双星运动模型是指在天体运行中,两颗彼此相距较近,且在相互之间万有引力作用下绕两者连线上的某点做周期相同的匀速圆周运动的行星。双星模型是天体运动的一种,在宇宙中普遍存在,因其结构的特殊性,能够考查学生的综合认知能力,高考物理试卷中时不时出现。
一、双星模型特点:
1、两颗星做匀速圆周运动的向心力:由它们之间的万有引力提供,等大反向,属一对作用力和反作用力。
2、两颗星做匀速圆周运动的周期、角速度相等,线速度与绕行半径成正比。
3、两颗星做匀速圆周运动的半径与该星的质量成反比。
典型例题:
例1、(年宁夏卷23)天文学家将相距较近、仅在彼此的引力作用下运行的两颗恒星成为双星。双星系统在银河系中很普遍。利用双星系统中两颗恒星的运动特征可推算出它们的总质量。已知某双星系统中两颗恒星围绕它们连线上的一固定点分别做匀速圆周运动,周期为T,两颗恒星之间的距离为r,试推算这个双星系统的总质量。(引力常量为G)
例2、质量分别为m和M的两个星球A和B在万有引力作用下都绕O点做匀速圆周运动,星球两者中心之间距离为L。已知A和B的中心和O三点始终共线,A和B分别在O的两侧,引力常量为G。
(1)求两星球做圆周运动的周期。
(2)在地月系统中,若忽略其他星球的影响,可以将月球和地球看成上述星球A和B,月球绕其轨道中心运行的周期记为T1。但在近似处理问题时,常常认为月球是绕地心做圆周运动的,这样算得的运行周期记为T2。已知地球和月球的质量分别为
。求T2与T1两者平方之比。(结果保留三位小数)
总结方法:
1、解决双星类题目时,在头脑中一定要有“双星模型”图,并画出示意图。
2、找出双星做匀速圆周运动的向心力来源。
3、运动参数之间的关系:
(1)周期、角速度、向心力相等;
(2)r=r1+r2
(3)线速度与半径成正比
(4)质量与半径成反比
总之,“双星模型”类题目属中档题,只要掌握其规律,完全能够拿到高分。