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线密度为 1 的细直棒端点为、,质量为的质点位于,为引力常量,则细棒对质点的引力大小为(  )。
  1. A
  2. B
  3. C
  4. D
    正确答案

答案

D

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(1)取质量微元。细棒在线段 上,线密度为 ,在 处取长 的微元,其质量为 。微元与质点 的距离为 ,引力大小为 。

(2)分解引力。细棒微元对质点的引力由 指向 ,单位方向向量为 ,因此

水平分量关于 为奇函数,在对称区间 上积分为零;竖直分量均向下,其大小为偶函数,故合力大小为

故选 D,合力沿 轴负向。若先计算质点对细棒的引力,由牛顿第三定律,其大小相同、方向相反。

(3)辨析选项。引力大小按距离平方反比计算,再乘竖直投影因子 ,分母为 ,因此 A、B 的幂次不对。C 中的 对应水平投影,但左右水平分量互相抵消,不能将半边的大小乘以 作为合力。

(4)计算积分核对。令 ,则 ,当 从 到 时, 从 到 ,且该区间 。于是