题目
在地球中心单位质量的惯性离心力与月球对其引力__。()A. 大小相反,方向相反B. 大小相等,方向相等C. 大小相反,方向相等D. 大小相等,方向相反
在地球中心单位质量的惯性离心力与月球对其引力__。()
A. 大小相反,方向相反
B. 大小相等,方向相等
C. 大小相反,方向相等
D. 大小相等,方向相反
题目解答
答案
D. 大小相等,方向相反
解析
本题考查惯性离心力和引力的相关知识以及对地球中心处这两种力的分析。解题思路是分别分析地球中心单位质量的惯性离心力和月球对其引力的大小和方向,然后进行对比。
1. 分析地球中心单位质量的惯性离心力
地球绕地月系质心做圆周运动,可将地球的运动近似看作圆周运动。设地球绕地月系质心运动的角速度为$\omega$,地球中心到地月系质心的距离为$r$。
根据惯性离心力公式$F_{c}=m\omega^{2}r$(其中$m$为物体质量),对于单位质量($m = 1$)的物体,其惯性离心力$F_{c}=\omega^{2}r$,方向是沿着地球中心与地月系质心的连线,背离地月系质心。
2. 分析月球对地球中心单位质量物体的引力
根据万有引力定律$F_{g}=G\frac{Mm}{R^{2}}$(其中$G$为引力常量,$M$为月球质量,$m$为物体质量,$R$为地球中心到月球中心的距离),对于单位质量($m = 1$)的物体,其引力$F_{g}=G\frac{M}{R^{2}}$。
由于地月系质心的位置是由地球和月球的质量分布决定的,在地球中心处,月球对其引力的方向也是沿着地球中心与地月系质心的连线,指向地月系质心。
3. 对比两种力的大小和方向
从理论上来说,在地球中心处,单位质量的惯性离心力和月球对其引力是一对平衡力。这是因为地球和月球组成的系统处于一种动态平衡状态,地球绕地月系质心的运动使得惯性离心力与月球的引力相互平衡。
所以,它们大小相等,即$F_{c}=F_{g}$;方向相反,惯性离心力背离地月系质心,月球引力指向地月系质心。