7. 如图(a),若将小球从弹簧原长处由静止释放,其在地球与某球体天体表面做简谐运动的图像如(b),设地球,该天体的平均密度分别为 $\rho _ { 1 }$ 和 $\rho _ { 2 }$ 。地球半径是该天体半径的n倍。 $\frac { \rho _ { 1 } } { \rho _ { 2 } }$ 的值为( )


图(a) 图(b)
参考答案
C
2024_省自主命题(辽宁)
7. 如图(a),若将小球从弹簧原长处由静止释放,其在地球与某球体天体表面做简谐运动的图像如(b),设地球,该天体的平均密度分别为 $\rho _ { 1 }$ 和 $\rho _ { 2 }$ 。地球半径是该天体半径的n倍。 $\frac { \rho _ { 1 } } { \rho _ { 2 } }$ 的值为( )


图(a) 图(b)
C
【答案】C
【解析】
<sub>【详解】设地球表面的重力加速度为</sub>g<sub>,某球体天体表面的重力加速度为</sub> $g ^ { \prime }$ ,弹簧的劲度系数为k,根据简谐运动的对称性有
$$ k \cdot 4 A - m g = m g $$
$$ k \cdot 2 A - m g ^ {\prime} = m g ^ {\prime} $$
可得
$$ g = \frac {2 k A}{m} $$
$$ g ^ {\prime} = \frac {k A}{m} $$
可得
$$ \frac {g}{g ^ {\prime}} = 2 $$
设某球体天体的半径为R,在星球表面,有
$$ G \frac {\rho_ {1} \cdot \frac {4}{3} \pi (n R) ^ {3} \cdot m}{(n R) ^ {2}} = m g $$
$$ G \frac {\rho_ {2} \cdot \frac {4}{3} \pi R ^ {3} \cdot m}{R ^ {2}} = m g ^ {\prime} $$
联立可得
$$ \frac {\rho_ {1}}{\rho_ {2}} = \frac {2}{n} $$
故选 C。