黑洞的半径究竟多大

许多资料上有涉及黑洞的试题,但答案不同,笔者谈谈自己的看法. 试题已知质量为m的质点和质量为M、半径为R的星体中心相距r(r≥R)时,引力势能EP=-G(Mm)/r.有一些超高密度的星体,其巨大引力使得光子也无法逃逸出去,即它所发生的电磁波都无法向外传播,这类星体叫黑洞.若黑洞的质量等于太阳质量M,试估算该黑洞半径至多是多大?(本题为第五届全国中学生物理竞赛决赛试题)     

“黑洞”的最大半径应为多少？

在高三物理备考中 ,经常见到有关黑洞的问题 ,其中有一问题是求黑洞的最大半径 ,笔者翻阅了多种参考书籍 ,发现有两种不同的解法 ,有两个不同的结果 ,到底哪种结果正确呢 ?题目　已知质量为 m的质点与质量为M,半径为 R的星体中心相距为 r( r≥R)时 ,引力势能为 Ep=- GMmr .有一个“黑洞”(超高密度星体 ,其引力大得连光子也无法逃逸 ) ,设其质量等于太阳质量 Ms=2 .0× 1 0 30 kg,则“黑洞”的最大半径是多少 ?解法一　根据功能关系 ,光子从“黑洞”表面逃至无限远处 ( Ep=0 )所做的功 ,等于系统势能的增加 ,有W=0 - ( - GMmR) =GMmR,…     

九年级第一学期期末平面几何质量检测题

一、选择题 (每小题 3分 ,共 30分 )1 .⊙Ｏ的半径为ｒ,⊙Ｏ的弦ＡＢ的长等于ｒ.则以Ｏ为圆心、32 ｒ长为半径的圆与ＡＢ所在直线的位置关系是 (　　 ) .(Ａ)相离　　 (Ｂ)相切(Ｃ)相交　　 (Ｄ)位置不定图 12 .如图 1 ,ＰＭ与⊙Ｏ相切于点Ｍ ,ＰＯ交⊙Ｏ于点Ａ ,且ＰＡ =ＡＯ .若⊙Ｏ的半径为Ｒ ,那么 ,ＰＭ的长为(　　 ) .(Ａ)Ｒ2 (Ｂ) 2Ｒ(Ｃ)Ｒ (Ｄ) 3Ｒ3.等腰梯形ＡＢＣＤ外切于⊙Ｏ ,ＡＤ∥ＢＣ ,∠Ｂ =30° ,中位线ＥＦ =1 2ｃｍ .则⊙Ｏ的半径为 (　　 ) .(Ａ) 4ｃｍ　 (Ｂ) 3ｃｍ　 (Ｃ) 5ｃｍ　 (Ｄ) 2ｃｍ图 24 .如图 2 ,ＰＴ是…     

被能量守恒束缚的浩瀚宇宙

1．黑洞半径爱因斯坦的广义相对论预言：当星体中的物质因引力而塌缩到极小的球半径范围时,其周围的引力场可以强到使光子也不能离开星体远去,外部世界将“看”不到该星体．     

重力与万有引力夹角的最大值

设地球为球体 ,半径为Ｒ ,质量为Ｍ ,自转角速度为ω ,纬度为 φ。物体质量为ｍ ,绕地轴转动半径为ｒ,所受引力为Ｐ0 ,重力为Ｐ ,所需向心力为ｆ ,在两极的加速度为 ｇ ,把它沿经线 ,以角速度ω0从赤道移向北极。Ｐ与Ｐ0 的夹角为θ,Ｐ0 与 ｆ的夹角即为 φ ,见图 1中的△ＯＨＥ。1　精确计算法1 .1　用导数法　在由重力Ｐ ,引力Ｐ0 ,向心力 ｆ所组成的三角形中 ,根据正弦定理有 :ｆｓｉｎθ=Ｐ0ｓｉｎ(1 80° -θ- φ) =Ｐ0ｓｉｎ(θ φ) =Ｐｓｉｎφ ,(1 )ｆ =ｍω2 ｒ =ｍω2 Ｒｃｏｓφ ,(2 )Ｐ0 =ＧＭｍＲ2 , (3)把 (2 )、(3)式代入 (1…     

中考中的两圆公切线问题归类

一、公切线条数问题设两圆的半径分别为Ｒ、ｒ,圆心距为ｄ ,则 :(1 )ｄ >Ｒ +ｒ 两圆外离 有 4条公切线 ;(2 )ｄ =Ｒ +ｒ 两圆外切 有 3条公切线 ;(3 )Ｒ -ｒ<ｄ <Ｒ +ｒ(Ｒ≥ｒ) 两圆相交 有 2条公切线 ;(4 )ｄ =Ｒ -ｒ(Ｒ >ｒ) 两圆内切 有 1条公切线 ;(5 )ｄ <Ｒ -ｒ(Ｒ >ｒ) 两圆内含 无公切线 .此外 ,当Ｒ =ｒ时 ,两圆不存在内含、内切的关系 .例 1　已知⊙Ｏ1 和⊙Ｏ2 的直径分别为4ｃｍ和 2ｃｍ ,圆心距为 6ｃｍ ,则两圆的公切线有条 .(2 0 0 1年江苏省盐城市中考题 )分析　∵　Ｒ +ｒ=12 ×4+12 ×2 =3 ,ｄ =6,∴　ｄ >Ｒ +…     

涉及三角形高线的一个不等式

受文 [1]、[2 ]启发 ,笔者得到一个涉及三角形高线的不等式 .命题　设△ＡＢＣ对应边ａ、ｂ、ｃ上的三条高线是ｈａ、ｈｂ、ｈｃ,外接圆、内切圆半径分别是Ｒ、ｒ ,则有ｒ( 5Ｒ -ｒ)Ｒ2 ≤ ｈ2 ａｂｃ ｈ2 ｂｃａ ｈ2 ｃａｂ≤(Ｒ ｒ) 2Ｒ2 ,当且仅当ａ =ｂ =ｃ时等号成立 .为了证明命题 ,先给出如下的引理 .引理　设ａ、ｂ、ｃ为△ＡＢＣ的边长 ,Ｒ、ｒ、Ｓ分别为△ＡＢＣ的外接圆半径、内切圆半径、面积 ,则ｒ( 5Ｒ -ｒ)ＲＳ ≤ 1ａ 1ｂ 1ｃ ≤(Ｒ ｒ) 2ＲＳ ,当且仅当ａ =ｂ =ｃ时等号成立 .证明　由熟知的恒等式　ａｂｃ=4ＲＳ ,…     

一道二○○一年高考物理题的两种解法

20 0 1年高考 (广东、河南卷 )物理第 1 9题是一道考查学生推理能力、数字估算能力的试题 ,该题有多种解法 ,下面综述两种解法 .题目　无人飞船“神州二号”曾在离地面高度为Ｈ=3.4× 1 0 5ｍ的圆轨道上运行了 47小时 ,求在这段时间内它绕行地球多少圈 ?(地球半径Ｒ =6 .37× 1 0 6ｍ ,重力加速度ｇ =9.8ｍ/ｓ2 )解法一 :用ｒ表示飞船圆轨道半径 ,则ｒ =Ｒ Ｈ =6 .71× 1 0 6ｍ .由万有引力定律和牛顿定律得ＧｍＭｒ2 =ｍω2 ｒ (1 )又　ＧＭ/Ｒ2 =ｇ (2 )由 (1 ) (2 )解得飞船绕地球运行的角速度ω=Ｒｒｇｒ.飞船绕行的周期Ｔ=2πω =2πｒ…     

一个新的几何不等式

本文先给出三角形的外接圆半径、内切圆半径与面积之间的一个不等式 .定理 1　若三角形的外接圆半径为Ｒ ,内切圆半径为ｒ,面积为Ｓ ,则Ｒｒ≥2 39Ｓ .证　设△ＡＢＣ的三边长为ａ、ｂ、ｃ,由Ｓ =ａｂｃ4Ｒ ,得　 1ａｂ 1ｂｃ 1ｃａ=ｃ4ＲＳ ａ4ＲＳ ｂ4ＲＳ=ａ ｂ ｃ4ＲＳ =ａ ｂ ｃ4Ｒ·12 (ａ ｂ ｃ)ｒ=12Ｒｒ,即　 1ａｂ 1ｂｃ 1ｃａ=12Ｒｒ. ( 1)∵　Ｓ =12 ａｂｓｉｎＣ =12 ｂｃｓｉｎＡ =12 ｃａｓｉｎＢ ,∴　 1ａｂ 1ｂｃ 1ｃａ=ｓｉｎＣ2Ｓ ｓｉｎＡ2Ｓ ｓｉｎＢ2Ｓ　　 =ｓｉｎＡ ｓｉｎＢ ｓｉｎＣ2Ｓ .又易证　ｓｉ…     

涉及三角形高级的又一不等式

设ａ、ｂ、ｃ分别表示△ＡＢＣ的三条边长 ,ｈａ、ｈｂ、ｈｃ 分别为三边ａ、ｂ、ｃ上的高 ,Ｒ、ｒ分别为△ＡＢＣ的外接圆半径和内切圆半径 ,ｐ为△ＡＢＣ的半周长 .文〔1〕证明了下面的不等式 :　 ｒ(5Ｒ -ｒ)Ｒ2 ≤ ｈ2 ａｂｃ ｈ2 ｂｃａ ｈ2 ｃａｂ ≤ (Ｒ ｒ) 2Ｒ2 ,(1)当且仅当ａ =ｂ=ｃ时等号成立 .为美观起见 ,不等式 (1)可改写为ｒＲ 5- ｒＲ ≤ ｈ2 ａｂｃ ｈ2 ｂｃａ ｈ2 ｃａｂ ≤ 1 ｒＲ2 . (2 )读了文〔1〕 ,受益非浅 .受其启发 ,笔者根据正弦定理和Ｇｅｒｒｅｔｓｅｎ不等式给出上述不等式的另一简洁证法 ,并得到…     

涉及三角形高线的一个不等式的改进

设ａ、ｂ、ｃ分别表示△ＡＢＣ的三个边 ;ｈａ、ｈｂ、ｈｃ分别为ａ、ｂ、ｃ上的高 ;ｓ、ｒ、Ｒ分别表示△ＡＢＣ的半周长、内切圆半径、外接圆半径 .文 [1]证明了下面的不等式 :ｒ(5Ｒ-ｒ)Ｒ2 ≤ ｈ2 ａｂｃ ｈ2 ｂｃａ ｈ2 ｃａｂ ≤ (Ｒ ｒ) 2Ｒ2 ,(1)当且仅当ａ=ｂ=ｃ时等号成立 .文 [2 ]给出了 (1)式的另一简洁证法 ,并得到一个与之类似的不等式(ｒＲ) 3 (16- 5ｒＲ) ≤ (ｈ2 ａｂｃ) 2 (ｈ2 ｂｃａ) 2 (ｈ2 ｃａｂ) 2≤ (1 ｒＲ) 4- (ｒＲ) 2 (16- 5ｒＲ) ,(2 )当且仅当ａ=ｂ =ｃ时等号成立 .本文给出 (2 )式的改进 ,即ｒｓ22…     

H.Guggenheimer不等式的加强

文 [1]中给出了 ∑ 1ａ2 的上界估计 ,即设ａ、ｂ、ｃ为△ＡＢＣ的三边长 ,Ｒ、ｒ分别表示△ＡＢＣ的外接圆、内切圆半径 ,则有∑ 1ａ2 ≤(Ｒ2 +ｒ2 ) 2 +Ｒｒ(2Ｒ - 3ｒ) 2Ｒ2 ｒ3(16Ｒ - 5ｒ) .①本文将证明一个比①更强的结果 :∑ 1ａ2 ≤ 14ｒ2 .②引理[2 ] 　在△ＡＢＣ中 ,∑ 1ａ≤ Ｒ(Ｒ +4ｒ)2Ｒｒ .式②的证明 :由引理可知∑ 1ａ2 =ａ2 ｂ2 +ｂ2 ｃ2 +ｃ2 ａ2ａ2 ｂ2 ｃ2=ａｂ +ｂｃ +ｃａａｂｃ2 - 2 (ａ +ｂ +ｃ)ａｂｃ=1ａ+1ｂ+1ｃ2 - 1Ｒｒ≤ Ｒ(Ｒ +4ｒ)4Ｒ2 ｒ2 - 1Ｒｒ=14ｒ2 .由 14ｒ2 ≤(Ｒ2 +ｒ2 ) 2 +Ｒｒ(2Ｒ - 3ｒ) 2…     

一个新几何不等式链

文 [1]给出了一个有趣的几何不等式链 ｒｂｒｃｒ2 ａ≥ ｒｂｒｃｈｂｈｃ ≥ ｒａｈａ ≥ ｈｂｈｃｈ2 ａ≥ ｈｂｈｃｒｂｒｃ( 表示循环和 ,下同 ) ,并提供了一个猜想 ｈａｒａ ≤ 3Ｒ2ｒ,文 [2 ]否定了这个猜想 .笔者经过研究 ,得到了一个新的不等式 ,现以定理形式给出 .定理　在△ＡＢＣ中 ,设三边长为ａ、ｂ、ｃ ,外接圆半径 ,内切圆半径、半周长、面积分别为Ｒ、ｒ、ｐ、Ｓ ,三个旁切圆半径分别为ｒａ、ｒｂ、ｒｃ,三边上的高分别为ｈａ、ｈｂ、ｈｃ,则　　　 ｈｂｈｃｒｂｒｃ≤ 3Ｒ2ｒ,①当且仅当是正三角形时取等号 .证明　…     

关于三角形角平分线的几个等式

在三角形关系式中 ,关于角平分线的不等式居多 ,如文 [1 ],但往往等式更为可贵 .今以ｔａ、ｈａ、Ｒ、ｒ、ｐ、Δ等分别表示△ＡＢＣ的边ａ所对角的平分线、ａ上的高、外接圆与内切圆半径、半周长和面积 ,用 表示循环和 ,则有定理　 ( 1 ) ｂｃｔａ2 =Ｒｒ 2 ;( 2 ) ｈａｔａ2 =1Ｒ 12ｒ;( 3) 1ａｔａ2 =12Ｒ 14ｒ1Δ ;( 4) ｔｂｔｃａｔａ=4 (Ｒ 2ｒ)Δｒ(ｐ2 2Ｒｒ ｒ2 ) .证明 :记ｒａ,…为△ＡＢＣ的ａ边外旁切圆半径 ,则由ｂ =ｒ(ｃｔｇ Ｃ2 ｃｔｇ Ａ2 ) ,等等 ,得ｂ ｃ =ｐ ｒ·ｐｒａ=(ｒ ｒａ) ｐｒａ.而　ｔａ2 =4ｂ…     

几个天文知识概念

黑洞 有的天体的质量十分巨大,因而引力极强,没有任何东西能从该处逃逸,甚至光线也不例外.没有光线返回,眼睛无法看到物体,所以称之为"黑洞".     

四面体中的Milosevic不等式

198 7年 ,Ｄ .Ｍ .Ｍｉｌｏｓｅｖｉｃ[1] 提出并证明了下述不等式 :设△ＡＢＣ的三边长为ａ、ｂ、ｃ ,相应边上的高为ｈａ、ｈｂ、ｈｃ,外接圆半径和内切圆半径分别为Ｒ、ｒ.则ａｈｂ+ｈｃ+ ｂｈｃ+ｈａ+ ｃｈａ+ｈｂ≥ 93Ｒ2 (4Ｒ +ｒ) .①文 [2 ]考虑了不等于①的加强形式 :ａｈｂ+ｈｃ+ ｂｈｃ+ｈａ+ ｃｈａ+ｈｂ≥9Ｒ2ｓ.②文 [3 ]得到比②更强的结果 :ａｈｂ+ｈｃ· ｂｈｃ+ｈａ· ｃｈａ+ｈｂ≥2 7Ｒ38ｓ3 .③其中ｓ为△ＡＢＣ的半周长 .本文将不等式③类比到空间四面体 ,得到下述命题 .命题　设四面体Ａ1Ａ2 Ａ3 Ａ4的体积为Ｖ ,外…     

注意与圆有关问题的多解

由于圆具有对称性以及位置关系的相对性 ,使得与圆有关的计算问题往往存在两解的可能性 ,所以在解题时要周密思考 ,以防出现漏解 .一、点到圆的距离问题例 1　已知点Ｐ到⊙Ｏ的最长距离为 6ｃｍ ,最短距离为 2ｃｍ .求⊙Ｏ的半径 .分析　由于点Ｐ与⊙Ｏ的位置关系不确定 ,故应分点Ｐ在⊙Ｏ内 (如图 1)与点Ｐ在⊙Ｏ外 (如图 2 )两种情形讨论 .在图 1中 ,ＰＡ =6,ＰＢ =2 ,∴　ＡＢ =8.故⊙Ｏ的半径ｒ =4(ｃｍ) .在图 2中 ,ＰＡ =6,ＰＢ =2 ,∴　ＡＢ =4.故⊙Ｏ的半径ｒ =2 (ｃｍ) .所以⊙Ｏ的半径为 2ｃｍ或 4ｃｍ .图 1图 2　　二、一条弦所…     

不等式S_△≤(33~(1/2))/2Rr的证明及应用

若三角形的外接圆半径为Ｒ ,内切圆半径为ｒ ,面积为Ｓ△ ,则Ｓ△ ≤ 332 Ｒｒ .1　Ｓ△ ≤ 332 Ｒｒ的证明方法证法 1　易证Ｓ△ =4Ｒｒｃｏｓ Ａ2 ｃｏｓ Ｂ2 ｃｏｓ Ｃ2 ,及ｃｏｓ Ａ2 ｃｏｓ Ｂ2 ｃｏｓ Ｃ2 ≤ 338,于是Ｓ△ ≤ 332 Ｒｒ .证法 2　∵Ｓ△ =ｒｓ ,又易证ｓ≤ 332 Ｒ ,故Ｓ△ ≤ 332 Ｒｒ .　　证法 3　∵Ｓ△ =Ｒｒ(ｓｉｎＡ ｓｉｎＢ ｓｉｎＣ) ,又ｓｉｎＡ ｓｉｎＢ ｓｉｎＣ≤ 332 ,于是Ｓ△ ≤ 332 Ｒｒ .证法 4　∵Ｓ△ =12 (ａ ｂ ｃ)ｒ ,又易证ａ ｂ ｃ≤ 33Ｒ ,故Ｓ△ ≤ 332 Ｒｒ .综上可知 ,如能巧用形式各…     

谈物理竞赛一道预赛光学题的几种解法

第 1 8届中学生物理竞赛有一道预赛光学题是这样的 .题 :一束平行光沿薄平凸透镜的主光轴入射 ,经透镜折射后 ,会聚于透镜后 ｆ =48ｃｍ处 ,透镜的折射率ｎ =1 .5 .若将此透镜的凸面镀银 ,物置于平面前 1 2ｃｍ处 ,求最后所成像的位置 .首先求出凸面的曲率半径Ｒ .设平行光经透镜折射后交主轴于Ｆ ,薄平凸透镜的焦距为 ｆ(如图 1 ) ,由折射定律ｓｉｎｉｓｉｎｒ=1ｎ, (1 )ｒ =ｉ+θ . (2 )由于是近轴光线ｉ≈ｓｉｎｉ≈ｔａｎｉ =ｈＲ ,θ≈ｔａｎθ =ｈｆ ,ｒ =ｎｉ代入 (2 )式得ｈＲ +ｈｆ =ｎ ｈＲ ,Ｒ =(ｎ -1 ) ｆ =(1 .5 -1 )× 48ｃ…     

关于黑洞（高一、高二、高三）

题 1997年8月26日在日本举行的国际天文学大会上,德国 Max Plank学会的一个研究组宣布了他们的研究成果:银河系中心可能存在一个大黑洞.他们的根据是用口径3.5m的望远镜对猎户座位于银河系中心附近的星体进行近六年观测所得到的数据,他们发现距离银河系中心约60亿公里的星体正以2000km/s的速度围绕银河系中心旋转,根据上面的数据,试在经典力学范围内,通过计算确认,如果银河系中心确实存在黑洞的话,其最大半径是多少?(引力常数G=6.67·10-20km3·kg-1·S-2) 提示1.黑洞是一个密度极大的天体,其表面引力是如此之强,以至包括光在内所有物质都逃脱不了其引力作用. 2.计算中可采用拉普拉斯经典黑洞模型,在这种模型中,在黑洞表面上所有物质,即使初速等于光速c,也逃脱不了其引力作用.(99年全国初物竞)