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Examen

_AQA_Edexcel A_Level_Physics_Gravitational_Fields_Answers_2

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1. ThegraphbelowshowsthevariationoftheorbitalperiodsquaredwiththeradiuscubedforJupiter’smoons. TotalforQuestion1:10 (a) Define a gravitational field. (b) Byequatingthecentripetalforceandthegravitationalforceonaplanet,showthatT2= 4π2 r3. [1] [4] (c) UsetheresultfromthepreviouspartandthegraphabovetocalculateJupiter’smass. [3] (d) Kepler’s second law states that a line segment joining a planet and the sun sweeps out equal areasduring equal intervals of time. Use this to explain why we rarely see great comets, whose orbits arehighlyelliptical. [2] 2. Satellites can also be analysed using the various laws of gravitation and circular motion. For this question,assumethatEarth’smassis6.0×1024kgandthatithasaradiusof6400km. TotalforQuestion2:10 (a) Byequatinggravitationalandcentripetalforces,showthatthemassofasatelliteinorbitdoesnotaffectitsspeed. [2] (b) Calculatethespeedatwhichasatellitemustbereleasedintoorbitifitistomaintainaheightof100kmaboveEarth’ssurface. [2] (c) Defineageostationaryorbit. [3] (d) Calculatethealtitudeofageostationaryorbit. [3] 3. Allvectorfieldshaveanassociatedscalarpotential.Forthisquestion,assumeEarthhasaradiusof6400kmandamassof6.0×1024kg. (a) Define,inwords,thegravitationalpotential. TotalforQuestion3:10 [1] (b) Giventhatthegravitationalpotential,Vg,is63MJkg−1atEarth’ssurface,calculatethefollowing: i. Vgatinfinity. [1] ii. VgatanaltitudeequaltoEarth’sradius. [1] (c) Calculatethegravitationalpotentialenergyofa10kgballatanaltitudeequaltothreetimesEarth’sradius. [2] (d) Sketch a graph to show how the magnitude of the gravitational force varies with the distance fromthecentreofthesphericalobjectcreatingthefield.Whatisrepresentedbytheareaunderneaththegraph? [1] (e) TheaveragekineticenergyofanH2moleculeisgivenbytheequation1mc¯2=3kT,wheremisthe [4] 2 2 massofthemolecule,,kistheBoltzmannconstantandTistemperature.By andtheescapevelocity,determinewhetherornotaheliummoleculeat300KcanescapeEarth’satmosphere.Themassofoneatomofheliu

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AQA,Edexcel

ALevel
ALevelPhysics
GravitationalFields2(Answers)




TotalMarks:/30

, 1. ThegraphbelowshowsthevariationoftheorbitalperiodsquaredwiththeradiuscubedforJupiter’smoons.
TotalforQuestion1:10




(a) Define a gravitational field. [1]

Solution: A region where a mass experiences a force.
2
(b) Byequatingthecentripetalforceandthegravitationalforceonaplanet,showthatT2= 4π r3. [4]
G



2
GmM
Solution:mv= r r2 →v =2 GM
r 2πr
Sincetheplanetisassumedtobemovinginacircle,v= T
2
Combininggives: T2= 4πr3
GM

Información del documento

Subido en
1 de junio de 2022
Número de páginas
7
Escrito en
2021/2022
Tipo
Examen
Contiene
Preguntas y respuestas
$11.49

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