（新课标）河南省2015高考物理总复习讲义 第4章 第4讲 万有引力与航天

（新课标）河南省2015高考物理总复习讲义 第4章 第4讲 万有引力与航天内容摘要：

1、光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 万有引力与航天知识一万有引力定律1内容自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的方向在它们的连线上，引力的大小与物体的质量 乘积成正比，与它们之间距离 r 的二次方成反比2公式F G ，其中 G0 11 Nm2/引力常量用条件两个质点之间的相互作用(1)质量分布均匀的球体间的相互作用，也可用本定律来计算，其中 r 为两球心间的距离(2)一个质量分布均匀的球体和球外一个质点之间的万有引力也适用，其中 r 为质点到球心间的距离(1)只有天体之间才存在万有引力()(2)只要已知两个物体的质量和两个物体之间的距离，就可以由 FG 计算物体间的)(3)当两物体间的距离 2、趋近于 0 时，万有引力趋近于无穷大( )知识二万有引力定律应用及三种宇宙速度1万有引力定律基本应用(1)基本方法：把天体(或人造卫星)的运动看成是匀速圆周运动，其所需向心力由万有引力提供(2)基本公式：G 距天体中心 r 处的重力加速度2三种宇宙速度宇宙速度 数值 (km/s) 意义第一宇宙速度( 环绕速度)是人造卫星的最小发射速度，若 7.9 km/sv11.2 km/s，物体将绕地球运行第二宇宙速度( 逃逸速度)物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度，若 11.2 km/sv16.7 km/s，物体将绕太阳运行第三宇宙 是物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，若光世昌老师高中物理精品资源免费下 3、载地址 16.7 km/s，物体将脱离太阳系在宇宙空间运行(1)两种周期 自转周期和公转周期的不同(2)两种速度 环绕速度与发射速度的不同，最大环绕速度等于最小发射速度(3)两个半径 天体半径 R 和卫星轨道半径 r 的不同当一枚火箭受到的重力只有它在地球表面上受到的重力一半时，它飞到了多大高度。 提示 地面上：G 12 地 h2解得飞行高度 h( 1) R 地2知识三经典时空观和相对论时空观1经典时空观(1)在经典力学中，物体的质量是不随运动状态而改变的(2)在经典力学中，同一物理过程发生的位移和对应时间的测量结果在不同的参考系中是相同的2相对论时空观(1)在狭义相对论中，物体的质量是随物体运 4、动速度的增大而增大的，用公式表示为m )在狭义相对论中，同一物理过程发生的位移和对应时间的测量结果在不同的参考系中是不同的3经典力学有它的适用范围只适用于低速运动，不适用于高速运动；只适用于宏观世界，不适用于微观世界(1)经典力学的基础是牛顿运动定律()(2)牛顿运动定律可以解决自然界中所有的问题()(3)经典力学可以解决自然界中所有的问题()1关于万有引力公式 FG ，以下说法中正确的是( ) 公式只适用于星球之间的引力计算，不适用于质量较小的物体B当两物体间的距离趋近于 0 时，万有引力趋近于无穷大C两物体间的万有引力也符合牛顿第三定律D公式中引力常量 G 的值是牛顿规定的【解析】万有引力 5、公式 FG ，虽然是牛顿由天体的运动规律得出的，但牛顿用于计算任何两个质点间的引力当两个物体间的距离趋近于 0 时，两个物体就不能视为质点了，万有引力公式不再适用两物体间的万有引力也符合牛顿第三定律公式中引力常量 G 的值是卡文迪许在实验室里用实验测定的，而不是人为规定的故正确答案为 C.【答案】(多选) 由于万有引力定律和库仑定律都满足平方反比定律，因此引力场和电场之间有许多相似的性质，在处理有关问题时可以将它们进行类比，例如电场中反映各点电场强弱的物理量是电场强度，其定义式为 E ，在引力场中可以用一个类似的物理量来反映各地球质量为 M，半径为 R，地球表面处重力加速度为 g，引力常量为G 6、，如果一个质量为 m 的物体位于距离地心 2R 处的某点，则下列表达式中能反映该点引力场强弱的是()AG B G CG R2 m2R2 R2 析】由万有引力定律知 FG ，引力场的强弱 ，A 对；在地球表R2 M2R2面附近有 G 以 ，D 对m 案】(多选) 在讨论地球潮汐成因时，地球绕太阳运行轨道与月球绕地球运行轨道可视为圆轨道已知太阳质量约为月球质量的 07 倍，地球绕太阳运行的轨道半径约为月球绕地球运行的轨道半径的 400 倍关于太阳和月球对地球上相同质量海水的引力，以下说法正确的是()A太阳引力远大于月球引力B太阳引力与月球引力相差不大C月球对不同区域海水的吸引力大小相等D月球对不同 7、区域海水的吸引力大小有差异【解析】设太阳质量为 M，月球质量为 m，海水质量为 m，太阳到地球距离为球到地球距离为 题意 0 7， 400 ，由万有引力公式，太阳对海水的Mm 1 ，月球对海水的引力 ，则 ，故 A 选项mm1074002 2 70016正确，B 选项错误；月球到地球上不同区域的海水距离不同，所以引力大小有差异，C 选项错误，D 选项正确【答案】(2013江苏高考)火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行，根据开普勒行星运动定律可知( )A太阳位于木星运行轨道的中心B火星和木星绕太阳运行速度的大小始终相等C火星与木星公转周期之比的平方等于它们轨道半长轴之比的立方D相同时间内，火星与 8、太阳连线扫过的面积等于木星与太阳连线扫过的面积光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 【解析】根据开普勒行星运动定律，火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行时，太阳位于椭圆的一个焦点上，选项 A 错误；行星绕太阳运行的轨道不同，周期不同，运行速度大小也不同，选项 B 错误；火星与木星运行的轨道半长轴的立方与周期的平方之比是一个常量，选项 C 正确；火星与太阳连线在相同时间内扫过的面积相等，木星与太阳连线在相同时间内扫过的面积相等，但这两个面积不相等，选项 D 错误【答案】(2013福建高考)设太阳质量为 M，某行星绕太阳公转周期为 T，轨道可视作半径为 r 的圆已知万有引力常量为 G，则描述该行 9、星运动的上述物理量满足 ()A B422 D2析】本题根据行星所受的万有引力提供其做圆周运动的向心力列方程求解对行星有： m r，故 ，选项 A 正确22案】32天体质量和密度的估算一、重力加速度法：利用天体表面的重力加速度 g 和天体半径 G 天体质量 M 体密度 43星环绕法 测出卫星绕天体做匀速圆周运动的半径 r 和周期 G m 得天体的质量 M 22已知天体的半径 R，则天体的密度 43道半径 rR，则有 1 个示范例 (2013 全国大纲卷)“嫦娥一号”是我国首次发射的探月卫星，它在距月球表面高度为 200 圆形轨道上运行，运行周期为 127 分钟已知引力常量 G0 11 Nm2/球 10、半径约为 03 )A0 10 B0 13 019 D0 22 析】天体做圆周运动时都是万有引力提供向心力 “嫦娥一号”绕月球做匀速圆光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 ，由牛顿第二定律知： ，得 M ，其中 rRh ，代入数据解得22022项 D 正确【答案】D1 个预测例 一卫星绕某一行星表面附近做匀速圆周运动，其线速度大小为 m 的物体重力，物体静止时，弹簧测力计的示数为 ，则这颗行星的质量为()A. B. C. 题指导】(1)明确行星表面附近的绕行卫星的轨道半径与行星半径的大小关系(2)弹簧测力计的示数、物体的重力与其所受万有引力的大小关系【解析】设卫星的质量为 m由万有引力提供向心 11、力，得 G m 2 m gm 的重力为 N 得N得 g ，代入得：R Nm M ，故 B 项正确案】B 考点二 33卫星运行参量的比较与运算一、卫星的动力学规律由万有引力提供向心力，G m m 2rm 2星的各物理量随轨道半径变化的规律1 G m v v G m 2r G m rT T 22G maa a (近地时) 地三、极地卫星和近地卫星1极地卫星运行时每圈都经过南北两极，由于地球自转，极地卫星可以实现全球覆盖2近地卫星是在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动的卫星，其运行的轨道半径可近似认为等于地球的半径，其运行线速度约为 7. 9 km/ 1 个示范例 (2013 四川高考) 迄今发现的二百余颗太阳系外行星大多不适宜人类居住，绕恒星“运行的行星 “81c”却很值得我们期待该行星的温度在 0 到 40 之间、质量是地球的 6 倍、直径是地球的 、公转周期为 13 个地球日 “质量是太阳质量的 设该行星与地球均视为质量分布均匀的球体，绕其中心天体做匀速圆周运动，则()A在该行星和地球上发射卫星的第一宇宙速度相同B如果人到。