Question

（20分）当质量为的质点距离―个质量为、半径为的质量均匀分布的致密天体中心的距离为(≥) 时，其引力势能为，其中为万有引力常量．设致密天体是中子星，其半径，质量（，为太阳的质量)．

1．1Kg的物质从无限远处被吸引到中子星的表面时所释放的引力势能为多少?

2．在氢核聚变反应中，若参加核反应的原料的质量为，则反应中的质量亏损为0.0072 ，问1kg的原料通过核聚变提供的能量与第1问中所释放的引力势能之比是多少?

3．天文学家认为：脉冲星是旋转的中子星，中子星的电磁辐射是连续的，沿其磁轴方向最强，磁轴与中子星的自转轴方向有一夹角（如图所示），在地球上的接收器所接收到的一连串周期出现的脉冲是脉冲星的电磁辐射。试由上述看法估算地球上接收到的两个脉冲之间的时间间隔的下限。

Answer 1

解析：

1. 根据能量守恒定律，质量为的物质从无限远处被吸引到中子星的表面时所释放的引力势能应等于对应始末位置的引力势能的改变，故有

                                       （1）

代入有关数据得

                                               （2）

2. 在氢核聚变反应中，每千克质量的核反应原料提供的能量为

                                                     （3）

所求能量比为

                                                        （4）

3．根据题意，可知接收到的两个脉冲之间的时间间隔即为中子星的自转周期，中子星做高速自转时，位于赤道处质量为的中子星质元所需的向心力不能超过对应的万有引力，否则将会因不能保持匀速圆周运动而使中子星破裂，因此有

                                                （5）

式中                                                        （6）

为中子星的自转角速度，为中子星的自转周期．由（5）、（6）式得到

                                                        （7）

代入数据得

                                                      （8）

故时间间隔的下限为