專題九萬有引力定律與天體運(yùn)動(dòng)自整理

專題九萬有引力定律與天體運(yùn)動(dòng)自整理第一頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六考綱內(nèi)容考綱解讀1.萬有引力定律及其應(yīng)用(Ⅱ)2．環(huán)繞速度、第二宇宙速度、第三宇宙速度(Ⅰ)3．經(jīng)典力學(xué)的適用范圍和局限性(Ⅰ)1.了解萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)過程，知道萬有引力定律，認(rèn)識(shí)發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的重要意義，體會(huì)科學(xué)定律對(duì)人類探索未知世界的作用2．知道環(huán)繞速度與哪些因素有關(guān)，知道第二宇宙速度和第三宇宙速度3．通過實(shí)例了解經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展歷程和偉大成就，了解經(jīng)典力學(xué)的適用范圍和局限性第二頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六第三頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六第四頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六考點(diǎn)一、萬有引力定律及其應(yīng)用

一、開普勒行星定律

1．第一定律(軌道定律)：所有行星圍繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌跡都是__________．

2．第二定律(面積定律)：太陽和行星的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過__________的面積．

3．第三定律(周期定律)：行星繞太陽公轉(zhuǎn)周期的平方和其軌道半長(zhǎng)軸的三次方成__________．橢圓相同正比第五頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六第六頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六第七頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六二、萬引有力定律1．內(nèi)容：宇宙間任意兩個(gè)有質(zhì)量的物體間都存在____________，其大小與_________________成正比，與__________________成反比．2．?dāng)?shù)學(xué)表達(dá)式：____________，式中G稱為引力常量，且G＝6.67×10－11N·m2/kg2，第一次在實(shí)驗(yàn)室中較準(zhǔn)確測(cè)量出G的是英國(guó)科學(xué)家________．3．適用條件：適用于相距很遠(yuǎn)，可看作質(zhì)點(diǎn)的兩物體間的相互作用；若兩物體是質(zhì)量分布均勻的球體，則r為兩球體球心間的距離．相互吸引力兩物體的質(zhì)量乘積它們間距離的二次方卡文迪許F＝G第八頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六AC

A．公式中G為引力常量，它是由實(shí)驗(yàn)測(cè)得的，而不是人為規(guī)定的

B．當(dāng)r趨于零時(shí)，萬有引力趨于無限大

C．任意兩個(gè)物體間存在吸引力，與m1、m2

是否相等無關(guān)

D．兩物體受到的引力總是大小相等、方向相反，是一對(duì)平衡力

解析：引力常量G是由卡文迪許在實(shí)驗(yàn)室測(cè)出的；當(dāng)r趨于零時(shí)公式不再成立；兩個(gè)物體間的引力是作用力和反作用力的關(guān)系．第九頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六

萬有引力定律AA．RB．2RC．4RD．8R第十頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六1-1．(單選Ⅱ)(2010年廣東學(xué)業(yè)水平考試)卡文迪許利用扭秤實(shí)驗(yàn)測(cè)量的物理量是(

)A．地球的半徑B．太陽的質(zhì)量C．地球到太陽的距離D．萬有引力常數(shù)解析：卡文迪許利用扭秤實(shí)驗(yàn)測(cè)出了萬有引力常量，選D.答案：D第十一頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六考點(diǎn)2、萬有引力定律的應(yīng)用1．解題的相關(guān)知識(shí):應(yīng)用萬有引力定律解題的知識(shí)常集中于兩點(diǎn):一是天體運(yùn)動(dòng)的向心力來源于___________________，即F引＝F向，具體來講就是：G＝m＝mr＝mω2r；二是______________________近似等于物體的重力，即G＝mg從而得出GM＝R2g，式中R為地球半徑，g為地表的重力加速度．天體之間的萬有引力地球?qū)ξ矬w的萬有引力第十二頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六軌道越高（r越大），向心力（Fn）、向心加速度（an）、線速度（v）、角速度（ω）均減小，但周期（T）增大。第十三頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六小試身手2-1、(2012年6月廣東學(xué)業(yè)水平考試)將太陽系中各行星繞太陽的運(yùn)動(dòng)近似看作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則離太陽越遠(yuǎn)的行星(

)A．角速度越大B．周期越大

C．線速度越大D．向心加速度越大B第十四頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六

2-2、(單選Ⅱ)宇宙飛船在半徑為R1的軌道上運(yùn)行，變軌后的半徑為R2，R1>R2.宇宙飛船繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則變軌后宇宙飛船的(

)A．線速度變小B．角速度變小C．周期變大D．向心加速度變大第十五頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六2-3．(單選Ⅰ)(2010年貴陽會(huì)考)我國(guó)2005年發(fā)射的“神舟六號(hào)”載人飛船，與“神舟五號(hào)”飛船相比，它在更高的軌道上繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如圖所示，下列說法中正確的是(

)A．“神舟六號(hào)”的速度較小B．“神舟六號(hào)”的速度與“神舟五號(hào)”的相同C．“神舟六號(hào)”的周期更短D．“神舟六號(hào)”的周期與“神舟五號(hào)”的相同第十六頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六考點(diǎn)3、宇宙速度1．第一宇宙速度(環(huán)繞速度)v＝___________，是人造衛(wèi)星近地環(huán)繞速度，它是人造衛(wèi)星在地面附近環(huán)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所必須具有的速度，是人造地球衛(wèi)星的最小______________，該速度又是環(huán)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星中的最大___________．2．第二宇宙速度(又叫脫離速度)v＝________：在地面上發(fā)射物體，使之能夠脫離地球的引力作用，成為繞太陽運(yùn)行的人造行星或飛到其他行星上去所必需的最小發(fā)射速度，稱為第二宇宙速度．7.9km/s發(fā)射速度

運(yùn)行速度

11.2km/s第十七頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六3．第三宇宙速度(逃逸速度)v＝16.7km/s：在地面上發(fā)射物體，使之最后能脫離太陽的引力范圍，飛到太陽系以外的宇宙空間所必需的最小速度，稱為第三宇宙速度．第十八頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六3-1．(單選Ⅱ)關(guān)于宇宙速度，下列說法不正確的是()A．第一宇宙速度v＝7.9km/s，是人造衛(wèi)星繞地球飛行的最大速度C

B．第一宇宙速度v＝7.9km/s，是人造衛(wèi)星繞地球飛行發(fā)射的最小速度

C．當(dāng)飛船的速度7.9km/s<v<11.2km/s時(shí)，飛船將會(huì)脫離地球

D．當(dāng)飛船的速度大于16.7km/s時(shí)，飛船將會(huì)飛出太陽系

解析：當(dāng)飛船的速度滿足7.9km/s<v<11.2km/s時(shí)，由于飛船做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力不足，因此，將繞地球做橢圓運(yùn)動(dòng)．第十九頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六3-2．(單選Ⅱ)當(dāng)人造衛(wèi)星進(jìn)入軌道做勻速圓周運(yùn)動(dòng)后，下列敘述不正確的是()C

A．在任何軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，地球球心都在衛(wèi)星的軌道平面內(nèi)

B．衛(wèi)星運(yùn)行速度一定不超過7.9km/s C．衛(wèi)星內(nèi)的物體仍受重力作用，并可用彈簧測(cè)力計(jì)直接測(cè)出所受重力的大小

D．衛(wèi)星運(yùn)行時(shí)的向心加速度等于衛(wèi)星軌道所在處的重力加速度

解析：在衛(wèi)星內(nèi)的物體處于完全失重狀態(tài)，不能使用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)重力的大?。诙?，共五十一頁，編輯于2023年，星期六考點(diǎn)4地球同步衛(wèi)星1．所謂地球同步衛(wèi)星，是指位于赤道平面內(nèi)相對(duì)于地面靜止的，以和地球自轉(zhuǎn)角速度相同的角速度繞地球運(yùn)行的人造地球衛(wèi)星，因?yàn)橥叫l(wèi)星主要用于通信等方面，故同步衛(wèi)星又叫通信衛(wèi)星．2．同步衛(wèi)星具有以下特點(diǎn)：

(1)周期一定：同步衛(wèi)星在赤道上空相對(duì)地球靜止，它繞地球的運(yùn)動(dòng)與地球自轉(zhuǎn)同步，它的運(yùn)動(dòng)周期就等于地球自轉(zhuǎn)的周期，即T＝________.24h第二十一頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六(2)角速度一定：同步衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的角速度等于地球自轉(zhuǎn)的角速度．(3)軌道一定：只能位于地球赤道上空的某一特定高度，其高度可由周期求出．(4)環(huán)繞速度大小一定：由于同步衛(wèi)星的軌道高度一定，所以所有同步衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的線速度的大小是一定的．第二十二頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六小試身手4-1、(2011年6月廣東學(xué)業(yè)水平考試)關(guān)于地球同步衛(wèi)星，下列說法正確的是(

)A．衛(wèi)星距地面的高度不確定B．衛(wèi)星的運(yùn)行軌道在地球的赤道平面內(nèi) C．衛(wèi)星的運(yùn)行周期與地球的自轉(zhuǎn)周期相同D．衛(wèi)星的運(yùn)行角速度與地球的自轉(zhuǎn)角速度相同BCD第二十三頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六4-2(單選Ⅰ)關(guān)于地球同步衛(wèi)星，下列說法不正確的是(

)A．它的周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同B．它的周期、高度、角速度都是一定的C．我們國(guó)家發(fā)射的同步通訊衛(wèi)星可以定點(diǎn)在北京上空D．我國(guó)發(fā)射同步通訊衛(wèi)星必須定點(diǎn)在赤道上空解析：所有地球同步衛(wèi)星都定點(diǎn)在赤道上空，且都在同一軌道運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)的角速度、周期都相同，周期等于地球自轉(zhuǎn)周期．答案：C點(diǎn)評(píng)：同步衛(wèi)星定點(diǎn)在赤道上空，與地球自轉(zhuǎn)同步．第二十四頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六考點(diǎn)5經(jīng)典力學(xué)的適用范圍和局限性1．在經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量是不隨運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的，而狹義相對(duì)論認(rèn)為，物體的質(zhì)量隨著物體運(yùn)動(dòng)速度的增大而增大．2．宏觀物體與微觀粒子行為的差異：宏觀物體具有粒子性；而微觀粒子不僅具有粒子性，同時(shí)還具有波動(dòng)性，又稱波粒二象性．3．經(jīng)典力學(xué)理論的適用范圍：弱相互作用下，低速運(yùn)動(dòng)的宏觀物體．人類對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)過程都是從膚淺到深刻，從片面到全面，一步步深入，一步步完善．所以理論的完善也需要一個(gè)過程，經(jīng)典力學(xué)理論不可能窮盡一切真理，必有其局限性，現(xiàn)在可認(rèn)為經(jīng)典理論是狹義相對(duì)論和量子理論的特例．第二十五頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六小試身手5-1、(2012年6月廣東學(xué)業(yè)水平考試)經(jīng)典力學(xué)規(guī)律有其局限性．物體以下列哪個(gè)速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，經(jīng)典力學(xué)規(guī)律不適用(

)A．2.5×10－5m/sB．2.5×102m/sC．2.5×103m/sD．2.5×108m/sD第二十六頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六5-2．(單選Ⅰ)(2010年廣東學(xué)業(yè)水平考試)在經(jīng)典力學(xué)的建立過程中，牛頓和伽利略均作出了重要貢獻(xiàn)，下列說法正確的是(

)A．伽利略總結(jié)出了慣性定律B．牛頓提出了萬有引力定律C．伽利略總結(jié)得出作用力和反作用力之間的關(guān)系D．牛頓利用理想實(shí)驗(yàn)推斷出勻速運(yùn)動(dòng)需要力來維持解析：伽利略提出了理想斜面實(shí)驗(yàn)，證明了勻速運(yùn)動(dòng)不需力來維持；而牛頓提出了萬有引力定律，選B.答案：B第二十七頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六

經(jīng)典力學(xué)的成就

【例1】(單選Ⅰ，2011年高州學(xué)業(yè)水平模擬)歷史上首先正確認(rèn)識(shí)力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，推翻“力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因”的物理學(xué)家是()CA．阿基米德C．伽利略B．牛頓D．亞里士多德

[解析]伽利略的“理想斜面”實(shí)驗(yàn)證實(shí)了“力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因”．第二十八頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六

經(jīng)典力學(xué)的適用范圍和局限性【例2】(單選Ⅱ，2011年廣東學(xué)業(yè)水平考試)經(jīng)典力學(xué)有一定的適用范圍和局限性，不適合用經(jīng)典力學(xué)描述的運(yùn)動(dòng)是()A．子彈的飛行D

B．飛船繞地球的運(yùn)行

C．列車的運(yùn)行

D．粒子接近光速的運(yùn)動(dòng)

[解析]當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速率接近光速或微觀領(lǐng)域中的結(jié)構(gòu)、能量問題等，經(jīng)典力學(xué)就不再適用．第二十九頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六1．(單選Ⅰ，2011年廣東學(xué)業(yè)水平考試)首次測(cè)出萬有引力B常量的科學(xué)家是(）

A．開普勒

C．愛因斯坦B．卡文迪許D．麥克斯韋第三十頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六3．(單選Ⅱ，2011年廣東學(xué)業(yè)水平模擬)經(jīng)典力學(xué)的適用范圍()CA．高速、微觀運(yùn)動(dòng)的物體C．低速、宏觀運(yùn)動(dòng)的物體B．高速、宏觀運(yùn)動(dòng)的物體D．低速、微觀運(yùn)動(dòng)的物體第三十一頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六第三十二頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六熱點(diǎn)1行星的運(yùn)動(dòng)【例1】(2013年江蘇學(xué)業(yè)水平測(cè)試)2012年12月，經(jīng)國(guó)際小行星命名委員會(huì)批準(zhǔn)，紫金山天文臺(tái)發(fā)現(xiàn)的一顆繞太陽運(yùn)行的小行星被命名為“南大仙林星”．如圖所示，軌道上a、b、c、d四個(gè)位置中，該行星受太陽引力最大的是(

)第三十三頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六解析：“南大仙林星”繞太陽運(yùn)行時(shí)，該行星受太陽引力可以由公式F＝G比較出：a點(diǎn)與太陽間距最小，則a點(diǎn)受到太陽引力最大．答案：AA．a(chǎn) B．b

C．c D．d

第三十四頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六變式訓(xùn)練1．把太陽系各行星的運(yùn)動(dòng)近似看作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，比較各行星周期，則離太陽越遠(yuǎn)的行星(

)A．周期越小 B．周期越長(zhǎng)C．周期都一樣 D．無法確定B第三十五頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六熱點(diǎn)2萬有引力定律【例2】

(2012年1月廣東學(xué)業(yè)水平考試)一個(gè)物體在地球表面所受的萬有引力為F，則該物體在距離地面高度為地球半徑的2倍時(shí)，所受萬有引力為(

)A. B.C. D.第三十六頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六解析：物體在地球表面時(shí)，物體距地心的距離是地球半徑R，所受的萬有引力為F，該物體在距離地面高度為地球半徑的2倍時(shí)，此時(shí)物體距離地心的距離為3R，由萬有引力公式F＝G可以求出此時(shí)的力應(yīng)為F.答案：D第三十七頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六變式訓(xùn)練2．(2012年江蘇學(xué)業(yè)水平測(cè)試)2012年2月25日，我國(guó)成功發(fā)射了第11顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，標(biāo)志著北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)又邁出了堅(jiān)實(shí)一步．若衛(wèi)星質(zhì)量為m、離地球表面的高度為h，地球質(zhì)量為M、半徑為R，G為引力常量，則地球?qū)πl(wèi)星萬有引力的大小為(

)A．G B．G

C．G D．GD第三十八頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六熱點(diǎn)3人造衛(wèi)星【例3】(2012年6月廣東學(xué)業(yè)水平考試)某人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，已知衛(wèi)星距離地面高度等于地球半徑，地球表面的重力加速度為g，則衛(wèi)星的向心加速度為(

)A．gB．g/2C．g/4D．g/8解析：衛(wèi)星距離地面高度等于地球半徑時(shí)，衛(wèi)星離地心的間距為地球半徑的2倍，受到地球的萬有引力只有地表面處的1/4，則衛(wèi)星的向心加速度為g/4.答案：C第三十九頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六變式訓(xùn)練3．(2012年江蘇學(xué)業(yè)水平測(cè)試)在地面上發(fā)射飛行器，如果發(fā)射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，則它將(

)A．圍繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)B．圍繞地球做橢圓運(yùn)動(dòng)C．掙脫地球的束縛繞太陽運(yùn)動(dòng)D．掙脫太陽的束縛飛離太陽系B第四十頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六熱點(diǎn)4衛(wèi)星中的超重與失重【例4】(2012年1月廣東學(xué)業(yè)水平考試)某空間站繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，在空間站中不能正常使用的儀器是(

)A．電子表 B．天平C．電子溫度計(jì) D．電壓表解析：空間站繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，空間站中所有物體處于完全失重狀態(tài)，與重力有關(guān)的儀器不能使用，此時(shí)天平托盤中的物體對(duì)天平?jīng)]有壓力，天平測(cè)不出物體的質(zhì)量．答案：B第四十一頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六變式訓(xùn)練4．(2011年6月廣東學(xué)業(yè)水平考試)某空間站繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．如果在空間站中用天平測(cè)量物體的質(zhì)量，下列說法正確的是(

)A．所測(cè)得的質(zhì)量比地球上的小B．所測(cè)得的質(zhì)量比地球上的大C．無法測(cè)出物體的質(zhì)量D．所測(cè)得的質(zhì)量與地球上的相等C第四十二頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六第四十三頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六1．發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的科學(xué)家是(

)（單選）A．牛頓 B．安培C．愛因斯坦 D．庫侖A2．(2012年安徽學(xué)業(yè)水平考試)牛頓得出萬有引力定律100多年以后，英國(guó)物理學(xué)家卡文迪許在實(shí)驗(yàn)室里測(cè)出了引力常量G的數(shù)值，在國(guó)際單位制中G的單位是(

)（單選）A．kg2(N·m2)B．N·kg2/m2C．N·m2/kg2D．G是常量沒有單位C第四十四頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六3．(2011年6月廣東學(xué)業(yè)水平考試)關(guān)于萬有引力定律及其應(yīng)用，下列說法正確的是(

)（單選）A．兩物體間的萬有引力是一對(duì)平衡力B．伽利略發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律C．利用萬有引力定律可計(jì)算天體的質(zhì)量D．兩物體間的萬有引力大小與物體間的距離成反比解析：兩物體間的萬有引力是一對(duì)作用力與反作用力，其大小與物體間的距離的平方成反比，利用萬有引力定律可計(jì)算天體的質(zhì)量．答案：C第四十五頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六4．第一次通過實(shí)驗(yàn)比較準(zhǔn)確地測(cè)出萬有引力常量的科學(xué)家是(

)（單選）A．德國(guó)科學(xué)家開普勒B．英國(guó)科學(xué)家牛頓C．意大利科學(xué)家伽利略D．英國(guó)科學(xué)家卡文迪許D第四十六頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六5．對(duì)人造地球衛(wèi)星，可以判斷(

)（單選）A．因?yàn)関＝，所以環(huán)繞速