前面我们在星球瓦解中知道了密度与周期有一定关系,今天我们就重点来看看地球密度或天体密度测量的两种思路即两种测量方法。

物理如何测密度(高考中地球密度或者天体密度的两种测量方法)(1)

第一种测量方法就是我们前面谈到的借助近地卫星的方法。以地球为例来说明,假设地球的质量为M,地球的密度为ρ,地球的半径为R,近地卫星的周期为T,近地卫星的质量为m,则由万有引力定律可知GMm/(R的平方)=m4(π的平方)R/(T的平方),M=ρ(4/3)π(R的立方),所以很容易通过近地卫星的周期知道中心天体的密度。

第二种测量方法就是放在赤道的物体跟着地球一起转动时,物体受到的万有引力近似等于重力。我们还是利用万有引力定律GMm/(R的平方)=mg,可求地球表面的重力加速度g=GM/(R的平方),这也是我们以前提到的黄金代换。当然离地一定高度处的重力加速度g=GM/(R h)的平方。其中h是物体的离地高度。如果和密度公式结合,也可以求密度。

以地球为例说明,设地球质量为M,表面重力加速度为g,半径为R。假设地球赤道表面有一个物体,质量为m。

由万有引力基本等于重力知

(GMm) /( R的平方)=mg,

GM=g(R的平方),

M=(4/3)πR的立方乘以密度,

故密度为ρ=(3g)/(4πRG)。

前面我们也谈过地球半径的测量方法,所以密度就知道了。

上述两种方法的原理没有什么难度,之所以我们还是要拿出来说一下,更重要的是告诉大家一个“道”——直接和间接。多么神奇的哲学。

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