【家教资料】万有引力定律
万有引力定律
万有引力定律万有引力定律是牛顿于1687年提出的一条基本物理定律，描述了任何两个物体之间相互作用的引力力量。
它在物理学中占据着重要的地位，不仅解释了地球、行星和恒星等天体的运动规律，还有助于我们理解宇宙的起源和演化。
本文将介绍万有引力定律的基本原理、应用以及相关的重要概念。
一、基本原理万有引力定律基于牛顿的第一和第二定律，描述了物体之间引力的作用和相互关系。
根据该定律，两个物体之间的引力与它们的质量成正比，与它们之间的距离的平方成反比。
具体表达式为：F =G * (m1 * m2) / r^2其中，F表示物体之间的引力，G为万有引力常量，m1和m2分别为两个物体的质量，r为它们之间的距离。
这个定律揭示了物体之间引力的本质，无论是地球上的物体还是宇宙中的星体，都会受到引力的相互作用。
二、应用实例万有引力定律广泛应用于各个领域，包括天文学、航天工程、地理学等。
以下是一些以万有引力定律为基础的实际应用：1. 星体运动和行星轨道：万有引力定律解释了行星绕太阳的运动规律。
根据定律，行星受太阳引力的作用，沿着椭圆轨道绕太阳运动。
这也适用于其他星球和卫星等天体的运动。
2. 人造卫星轨道设计：在航天工程中，万有引力定律用于计算和预测人造卫星的轨道。
通过合理地选择轨道高度和速度，使卫星能够保持稳定轨道并完成其任务。
3. 地球重力和物体的自由落体：地球的引力场是万有引力定律在地球上的具体表现。
根据定律，物体在地球表面上自由落体时将受到地球的引力加速度作用，加速度约为9.8米/秒^2。
4. 天体测量和天文学研究：通过观测天体之间的引力相互作用，科学家可以测量它们的质量、距离和运动速度。
这对于研究宇宙的结构、演化和宇宙学参数的确定至关重要。
三、相关概念在理解万有引力定律时，还需要了解一些相关概念：1. 万有引力常量(G)：它是连接引力与质量和距离的比例因子，其值为6.67430(15) × 10^-11 m^3·kg^-1·s^-2。
万有引力定律知识点总结
万有引力定律知识点总结引力是自然界中一种普遍存在的力量，它负责维持着行星、恒星和其他天体之间的相互作用。
而万有引力定律则是描述了引力的基本规律，由英国科学家牛顿在17世纪提出。
万有引力定律可以简洁地表述为：任何两个物体之间的引力大小与它们的质量成正比，与它们之间的距离的平方成反比。
下面将详细介绍这个定律的几个重要知识点。
1. 引力的大小与质量成正比：根据万有引力定律，两个物体之间的引力与它们的质量成正比。
这意味着质量越大的物体之间的引力越强。
例如，地球的质量远远大于一个苹果的质量，因此地球对苹果的引力要比苹果对地球的引力大得多。
2. 引力的大小与距离的平方成反比：万有引力定律还指出，两个物体之间的引力与它们之间的距离的平方成反比。
这意味着物体之间的距离越近，它们之间的引力越强。
例如，当我们离地球表面更近时，我们能感受到的地球引力也更强。
3. 引力的方向：根据万有引力定律，引力的方向始终指向两个物体之间的中心。
例如，地球对一个物体的引力指向地球的中心，而物体对地球的引力也指向地球的中心。
这解释了为什么物体会朝着地球的中心下落。
4. 引力的公式：万有引力定律的数学表达式为F = G * (m1 * m2) / r^2，其中F表示引力的大小，G是一个常数，m1和m2分别表示两个物体的质量，r表示它们之间的距离。
这个公式可以用来计算任意两个物体之间的引力大小。
5. 引力的应用：万有引力定律不仅可以解释地球上物体的运动，还可以解释行星绕太阳的运动、卫星绕地球的运动等。
它是天体力学的基础，对于研究宇宙的结构和演化具有重要意义。
总结起来，万有引力定律是描述引力作用的基本规律，它告诉我们引力的大小与物体的质量成正比，与它们之间的距离的平方成反比。
这个定律的发现对于我们理解宇宙的运行机制和天体运动具有重要的意义。
通过应用这个定律，我们可以解释和预测天体的运动，深入探索宇宙的奥秘。
万有引力定律知识点
万有引力定律知识点在物理学的广袤世界中，万有引力定律无疑是一颗璀璨的明珠。
它不仅解释了天体的运动规律，还对我们日常生活中的许多现象有着深远的影响。
万有引力定律是由英国科学家艾萨克·牛顿发现的。
牛顿在思考苹果为什么会从树上掉下来，而不是飞到天上的问题时，逐渐领悟到了物体之间存在着一种相互吸引的力。
万有引力定律的表述是：任何两个质点都存在通过其连心线方向上的相互吸引的力。
该引力大小与它们质量的乘积成正比、与它们距离的平方成反比，与两物体的化学组成和其间介质种类无关。
用公式表示就是：F ＝ G×（m1×m2) ／ r²其中，F 表示两个物体之间的引力，G 是万有引力常量，其数值约为 667×10⁻¹¹ N·m²/kg²，m1 和 m2 分别表示两个物体的质量，r 则是两个物体质心之间的距离。
我们先来理解一下这个公式中的各个要素。
质量是物体所含物质的多少，质量越大，产生的引力就越大。
距离的平方成反比意味着两个物体之间的距离越远，它们之间的引力就越小，而且减小的速度很快。
万有引力定律在天体物理学中的应用极为广泛。
比如，我们能够解释为什么地球绕着太阳转。
太阳的质量非常大，它对地球产生了巨大的引力，使得地球沿着椭圆轨道围绕太阳运动。
月球围绕地球转也是同样的道理。
不仅是宏观的天体，在地球上，万有引力也无处不在。
我们能稳稳地站在地面上，就是因为地球对我们有引力。
物体的重量实际上就是地球对它的引力。
当我们把一个物体抛向空中，它最终会落回地面，这也是万有引力的作用。
万有引力定律还能帮助我们计算一些物体之间的引力大小。
假设我们要计算两个质量分别为 100 千克和 200 千克的物体，它们之间的距离为 5 米时的引力。
首先，将质量和距离的值代入公式，得到：F ＝667×10⁻¹¹×（100×200) ／ 5²，经过计算就可以得出它们之间的引力大小。
高中物理——万有引力定律
高中物理——万有引力定律1.开普勒第三定律：行星轨道半长轴的三次方与公转周期的二次方的比值是一个常量。
32r k T = （K 值只与中心天体的质量有关）2.万有引力定律： 122m r F G m =⋅万（1）赤道上万有引力：F mg F mg ma =+=+引向向 （g a 向和是两个不同的物理量，） （2）两极上的万有引力：F mg =引3.忽略地球自转，地球上的物体受到的重力等于万有引力。
22GMm mg GM gR R =⇒=(黄金代换)4.距离地球表面高为h 的重力加速度：()()()222GMmGM mg GM g R h g R h R h '''=⇒=+⇒=++ 5.卫星绕地球做匀速圆周运动：万有引力提供向心力 2GMm F F r ==万向22GMm GM ma a r r =⇒= （轨道处的向心加速度a 等于轨道处的重力加速度g 轨）22GMm v m v r r =⇒=22GMm m r r ωω=⇒=222GMm m r T r T π⎛⎫=⇒= ⎪⎝⎭6.中心天体质量的计算：方法1：22gR GM gR M G =⇒= （已知R 和g ） 方法2：2v r v M G =⇒= （已知卫星的V 与r ） 方法3：23r M G ωω=⇒= （已知卫星的ω与r ） 方法4：2324r T M GT π=⇒= （已知卫星的周期T 与r ）方法5：已知32v v T M G T π⎧=⎪⎪⇒=⎨⎪=⎪⎩ （已知卫星的V 与T ）方法6：已知3v v M G ωω⎧=⎪⎪⇒=⎨⎪=⎪⎩ （已知卫星的V 与ω，相当于已知V 与T ）7.地球密度计算： 球的体积公式：343V R π=2233232322()3434r M M r R V mM G m GT R r r GT T M ππρππ=⎧⎪⎪=⇒⎨===⎪⎪⎩近地卫星23GTπρ=(r=R)8. 发射速度：采用多级火箭发射卫星时，卫星脱离最后一级火箭时的速度。
高中物理：万有引力定律
1、万有引力定律（1）内容：宇宙间的一切物体都是互相吸引的，两个物体间的引力大小跟它们的质量的乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比。
（2）公式：，其中，称为万有引力恒量，而、分别为两个质点的质量，r为两质点间的距离。
（3）适用条件：①严格地说，万有引力定律只适用于质点间的相互作用；②两个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 是两个球体球心间的距离；③一个均匀球体与球外一个质点的万有引力也适用，其中r为球心到质点间的距离；④两个物体间的距离远远大于物体本身的大小时，公式也近似适用，其中r为两物体质心间的距离。
（4）注意：公式中F是两物体间的引力，F与两物体质量乘积成正比，与两物体间的距离的平方成反比，不要理解成F与两物体质量成正比，与距离成反比。
（5）对万有引力定律的理解：①万有引力的普遍性：万有引力是普遍存在于宇宙中任何有质量物体之间的相互吸引力，它是自然界中物质之间的基本的相互作用之一，任何客观存在的两部分有质量的物质之间都存在着这种相互作用。
②万有引力的相互性：两个物体相互作用的引力是一对作用力和反作用力。
它们大小相等，方向相反，分别作用在两个物体上。
③万有引力的客观性：通常情况下，万有引力非常小，它的存在可由卡文迪许扭秤来观察，只有在质量巨大的天体间，它的作用才有宏观物理意义。
④万有引力的特殊性：两个物体间的万有引力，只与它们本身的质量有关，与它们之间的距离有关，和所在空间的性质无关，和周围有无其他物体的存在无关。
2、万有引力定律的推导思路和方法（1）把行星绕太阳的运行近似看成是匀速圆周运动，太阳对行星的万有引力是行星做圆周运动所需要的向心力，即，将圆周运动中线速度与周期的关系式代入上式，有。
根据开普勒第三定律可知，即。
（2）牛顿认为k是一个与行星无关，但与太阳质量有关的物理量，行星吸引太阳的力和太阳吸引行星的力应大小相等，并且具有相同的性质，而太阳对行星的引力F与行星的质量成正比，自然也应跟太阳的质量成正比，设太阳的质量为M，则有，写成等式为式中G为常量。
高三复习-万有引力定律
一、 万有引力定律[知识点析]一、万有引力定律的内容和公式宇宙间的一切物体都是互相吸引的，两个物体间的引力大小跟它们的质量的乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比，这一规律叫万有引力定律。
其数学表达式为：221r m m GF =式中G= 6.67×10-11Nm 2/kg 2 ,叫万有引力常量。
这个定律适用的条件是：质点间的相互作用。
当两个物体间的距离远远大于物体本身的大小时，物体可视为质点；均匀的球体可视为质点，r 是两球心间的距离。
万有引力和重力的关系是：重力是地面附近的物体受到地球的万有引力而产生的。
物体的重力和地球对该物体的万有引力差别很小，一般可以认为二者大小相等，即mg 0 =G 2021R m m 式中g 0为地球表面附近的加速度，R 0为地球半径。
[例题析思][例析1] 两大小相同的实心小铁球紧靠在一起时，它们之间的万有引力为F 。
若两个半径2倍于小铁球的实心大铁球紧靠在一起，则它们之间的万有引力为：（ ）A 、2FB 、4FC 、8FD 、16F[思考1] 用m 表示地球同步卫星的质量，h 表示它距地面的高度，R 0表示地球半径，g 0表示地球表面的重力加速度，ω0表示地球自转的角速度，则同步卫星所受地球对它的万有引力的大小是：（ ）A 、等于零B 、等于0202)(g h R mR + C 、等于40203ωg R m D 、以上均不对二、应用万有引力定律分析天体的运动 1、 1、 基本方法：把天体的运动近似看成是匀速圆周运动，其所需向心力由万有引力提供。
①2R GmM =mg g=2R GM (或GM=gR 2),要注意g 与R 的对应关系,如当R 是地球半径时,对应的g 是地球表面的重力加速度.②2R GmM =R m v 2=m ω2R=m(T π2)2R=m(2πf)2R,应用时根据实际情况选用适当的公式进行分析.卫星运行速度v 、角速度ω、周期T 与轨道半径R 的关系：①由2R GmM =R m v 2有v='R GM 即v ∝R 1,故R 越大,运行速度v 越小; ②由2R GmM=m ω2R 有ω=3R GM ,即v ∝31R ,故R 越大,角速度ω越小; ③由2R GmM =m(T π2)2R 有T=GM R 324π,即T ∝3R ,故R 越大,周期T 越大. [例析2] 两颗人造地球卫星，甲的质量是乙的质量的2倍，同样时间内，甲的转数是乙的转数的4倍，则甲受向心力是乙受向心力的 。
万有引力定律简解
万有引力定律简解
万有引力定律是由英国物理学家牛顿在17世纪提出的一条定律，用来描述物体之间的引力相互作用。
其表述为：任何两个物体之间存在一个引力，这个引力的大小与两个物体的质量成正比，与两个物体之间的距离的平方成反比。
具体地说，如果我们用F表示两个物体之间的引力，m1和m2表示这两个物体的质量，r表示它们之间的距离，那么根据万有引力定律，这个引力的大小可以表示为：
F =
G * (m1 * m2) / r^2
其中G是一个常数，被称为万有引力常数，它的值约为6.67430 ×10^-11 N·(m/kg)^2。
通过这个定律，我们可以推导出一些重要的结论。
首先，两个物体之间的引力与它们的质量成正比，质量越大，引力越大。
其次，两个物体之间的引力与它们之间的距离的平方成反比，距离越远，引力越小。
最后，这个引力是双向的，即两个物体之间的引力大小相等且方向相反。
万有引力定律在解释天体运动、行星轨道、地球和月球之间的引力等方面具有重要的应用。
它不仅帮助我们理解了物体之间的引力相互作用，还为我们研究宇宙的运行提供了基础。
高一复习万有引力定律
高一复习——————万有引力定律一、 知识梳理 1、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m 1和m 2的乘积成正比，与它们之间距离r 的二次方成反比．（2）．公式：F ＝Gm 1m 2r2，其中G ＝6.67×10－11 N·m 2/kg 2，叫引力常量． （3）．适用条件：两个质点之间的相互作用．(a)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．(b)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．2、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 Mmr 2＝ma ＝⎩⎪⎨⎪⎧m v 2rmrω2mr2πT 2mvω3、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) 7.9 这是卫星绕地球做圆周运动的最大环绕速度，也是人造卫星的最小发射速度，若7.9 km/s≤v ＜11.2 km/s ，物体将绕地球运行 第二宇宙速度(逃逸速度) 11.2是物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度，若11.2km/s≤v ＜16.7 km/s ，物体将绕太阳运行第三宇宙速度 16.7这是物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，若v ≥16.7km/s ，物体将脱离太阳系在宇宙空间运行 判断正误(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F ＝G Mm R2计算物体间的万有引力．( )(3)当两物体间的距离趋近于0时，万有引力趋近于无穷大．( )【特别提醒】(1)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．(2)两个半径——天体半径R 和卫星轨道半径r 的不同． 【思考回答】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：mg 0＝G Mm R 2地. 飞行处：12mg 0＝G MmR 地＋h 2解得飞行高度h ＝(2－1)R二 基础自测1、关于万有引力公式F ＝Gm 1m 2r 2，以下说法中正确的是( ) A ．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2、(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，火星与太阳连线扫过的面积等于木星与太阳连线扫过的面积3、(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 ，则描述该行星运动的上述物理量满足( )A ．GM ＝4π2r 3T 2B ．GM ＝4π2r2T2C ．GM ＝4π2r 2T3D ．GM ＝4πr3T2三、考点解析考点1：天体质量、密度的计算1、重力加速度法：利用天体表面的重力加速度g 和天体半径R .1．由G Mm R 2＝mg 得天体质量M ＝gR 2G.2．天体密度ρ＝M V ＝M 43πR3＝3g4πGR.2、卫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T .(1)．由G Mm r 2＝m 4π2r T 2得天体的质量M ＝4π2r3GT2.(2)．若已知天体的半径R ，则天体的密度ρ＝M V ＝M 43πR3＝3πr3GT 2R 3.若卫星绕中心天体表面运行时，轨道半径r ＝R ，则有ρ＝3πGT2.例题1：(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 km 的圆形轨道上运行，运行周期为127分钟．已知引力常量G ＝6.67×10－11N·m 2/kg 2，月球半径约为1.74×103km.利用以上数据估算月球的质量约为( )A ．8.1×1010 kgB ．7.4×1013kgC ．5.4×1019 kgD ．7.4×1022kg 考点2：卫星运行参量的比较与运算 1、卫星的动力学规律由万有引力提供向心力，G Mm r 2＝ma 向＝m v 2r ＝mω2r ＝m 4π2r T2.2、卫星的各物理量随轨道半径变化的规律（1）．G Mm r 2＝m v 2r →v ＝GM r→v ∝1r.（2）．G Mmr2＝mω2r →ω＝GM r 3→ω∝1r 3. （3）．G Mm r 2＝m 4π2T 2r →T ＝4π2r 3GM→T ∝r 3. （4）．G Mm r 2＝ma →a ＝GM r 2→a ∝1r2.（5）．mg ＝GMm R 2地(近地时)→GM ＝gR 2地. （黄金替换） 例题2：(多选)(2011·天津高考)质量为m 的探月航天器在接近月球表面的轨道上飞行，其运动视为匀速圆周运动．已知月球质量为M ，月球半径为R ，月球表面重力加速度为g ，引力常量为G ，不考虑月球自转的影响，则航天器的( )A ．线速度v ＝ GMRB ．角速度ω＝ gRC ．运行周期T ＝2π RgD ．向心加速度a ＝GmR2考点3：赤道上物体、近地卫星、同步卫星的区别 1、区别（1）．同步卫星与地球赤道上的物体的周期都等于地球自转的周期，而不等于近地卫星的周期．（2）．近地卫星与地球赤道上的物体的运动半径都等于地球半径，而不等于同步卫星运动半径．（3）．三者的线速度各不相同．2、求解此类题的关键（1）．在求解“同步卫星”与“赤道上的物体”的向心加速度的比例关系时应依据二者角速度相同的特点，运用公式a ＝ω2r 而不能运用公式a ＝GMr2.（2）．在求解“同步卫星”与“赤道上的物体”的线速度比例关系时，仍要依据二者角速度相同的特点，运用公式v ＝ωr 而不能运用公式v ＝GM /r . 3、同步卫星的特点：例题3:（2012·四川高考)西昌卫星发射中心发射的中圆轨道卫星，其轨道半径为2.8×107m ．它与另一颗同质量的同步轨道卫星(轨道半径为4.2×107m)相比( )A ．向心力较小B ．动能较大C ．发射速度都是第一宇宙速度D ．角速度较小 考点4：卫星的发射与变轨 1、宇宙速度（1）．第一宇宙速度v 1＝7.9 km/s ，既是发射卫星的最小发射速度，也是卫星绕地球运行的最大环绕速度．（2）．第一宇宙速度的求法：(a)GMm R 2＝m v 21R ，所以v 1＝GM R.(b)mg ＝mv 21R，所以v 1＝gR .(3)第二、第三宇宙速度也都是指发射速度． 2、卫星的变轨分析卫星的变轨问题可分为两类：大气层外的发动机变轨(跃迁式)和稀薄空气作用下的摩擦(连续)变轨．（1）．大气层外的发动机变轨又存在从较低轨道变轨到较高轨道和从较高轨道变轨到较低轨道两种情况，这两种情况互为逆过程．较低圆轨道近地点向后喷气近地点向前喷气椭圆轨道远地点向后喷气远地点向前喷气较高圆轨道（2）．空气阻力使速度减少，G Mm r 2>m v 2r→向心运动→引力做正功→卫星动能增大→低轨道运行v ′＝GMr ′.例题4：(多选)(2013·新课标全国卷Ⅰ)2012年6月18日，神舟九号飞船与天宫一号目标飞行器在离地面343 km 的近圆形轨道上成功进行了我国首次载人空间交会对接．对接轨道所处的空间存在极其稀薄的大气．下列说法正确的是( )A ．为实现对接，两者运行速度的大小都应介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间B ．如不加干预，在运行一段时间后，天宫一号的动能可能会增加C ．如不加干预，天宫一号的轨道高度将缓慢降低D ．航天员在天宫一号中处于失重状态，说明航天员不受地球引力作用 四、巩固提升1、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v .假设宇航员在该行星表面上用弹簧测力计测量一质量为m 的物体重力，物体静止时，弹簧测力计的示数为N .已知引力常量为G ，则这颗行星的质量为( )A.mv 2GNB.mv 4GNC.Nv 2GmD.Nv 4Gm2、有a 、b 、c 、d 四颗地球卫星，a 在地球赤道上未发射，b 在地面附近近地轨道上正常运动，c 是地球同步卫星，d 是高空探测卫星，各卫星排列位置如图4－4－1，则有( )A ．a 的向心加速度等于重力加速度gB ．c 在4 h 内转过的圆心角是π/6C ．b 在相同时间内转过的弧长最长D ．d 的运动周期有可能是20 h3、 (多选)“神舟十号”飞船于北京时间2013年6月11日17时38分在甘肃省酒泉卫星发射中心发射升空，并于北京时间6月13日13时18分，实施了与“天宫一号”的自动交会对接．这是“天宫一号”自2011年9月发射入轨以来，第5次与神舟飞船成功实现交会对接．交会对接前“神舟十号”飞船先在较低的圆轨道1上运动，在适当位置经变轨与在圆轨道2上运动的“天宫一号”对接．如图4－4－2所示，M 、Q 两点在轨道1上，P 点在轨道2上，三点连线过地球球心，把飞船的加速过程简化为只做一次短时加速．下列关于“神舟十号”变轨过程的描述，正确的是( )A ．“神舟十号”必须在Q 点加速，才能在P 点与“天宫一号”相遇B ．“神舟十号”在M 点经一次加速，即可变轨到轨道2C ．“神舟十号”变轨后在M 点的速度大于变轨前的速度D ．“神舟十号”变轨后的运行周期总大于变轨前的运行周期4、(2013·广东高考)如图，甲、乙两颗卫星以相同的轨道半径分别绕质量为M 和2M 的行星做匀速圆周运动．下列说法正确的是( ) ⊙卫星运行比较A ．甲的向心加速度比乙的小B ．甲的运行周期比乙的小C ．甲的角速度比乙的大D ．甲的线速度比乙的大5、(2012·新课标全国卷)假设地球是一半径为R 、质量分布均匀的球体．一矿井深度为d .已知质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零．矿井底部和地面处的重力加速度大小之比为( ) ⊙考查万有引力与重力加速度A ．1－d RB ．1＋dRC.⎝ ⎛⎭⎪⎫R －d R 2 D.⎝⎛⎭⎪⎫R R －d 2二、【基础自测】答案1、【解析】 万有引力公式F ＝Gm 1m 2r，虽然是牛顿由天体的运动规律得出的，但牛顿又将它推广到了宇宙中的任何物体，适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】 C 2、【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】 C 3、【解析】 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：GMm r 2＝m 4π2T 2r ，故GM ＝4π2r3T2，选项A 正确．【答案】 A三 【考点解析】答案例题1【解析】 天体做圆周运动时都是万有引力提供向心力．“嫦娥一号”绕月球做匀速圆周运动，由牛顿第二定律知：GMm r 2＝4π2mr T 2，得M ＝4π2r3GT2，其中r ＝R ＋h ，代入数据解得M＝7.4×1022kg ，选项D 正确．【答案】 D例题2【解析】 对航天器：G Mm R 2＝m v 2R ，v ＝ GM R ，故A 正确．由mg ＝mω2R 得ω＝ g R，故B 错误．由mg ＝m ⎝ ⎛⎭⎪⎫2πT 2R 得T ＝2πR g ，故C 正确．由G Mm R 2＝ma 得a ＝GM R 2，故D 错误．【答案】 AC例题3【解析】 由题意知，中圆轨道卫星的轨道半径r 1小于同步卫星轨道半径r 2，卫星运行时的向心力由万有引力提供，根据F 向＝G Mm r2知，两卫星的向心力F 1>F 2，选项A 错误；根据G Mm r 2＝mv 2r＝mω2r ，得环绕速度v 1>v 2，角速度ω1＞ω2，两卫星质量相等，则动能E k1>E k2，故选项B 正确，选项D 错误；根据能量守恒，卫星发射得越高，发射速度越大，第一宇宙速度是发射卫星的最小速度，因此两卫星的发射速度都大于第一宇宙速度，且v 01<v 02，选项C 错误．【答案】 B例题4【解析】 本题虽为天体运动问题，但题中特别指出存在稀薄大气，所以应从变轨角度入手．第一宇宙速度和第二宇宙速度为发射速度，天体运动的速度为环绕速度，均小于第一宇宙速度，选项A 错误；天体运动过程中由于大气阻力，速度减小，导致需要的向心力F n ＝mv 2r减小，做向心运动，向心运动过程中，轨道高度降低，且万有引力做正功，势能减小，动能增加，选项B 、C 正确；航天员在太空中受地球引力，地球引力全部提供航天员做圆周运动的向心力，选项D 错误．【答案】 BC 四、巩固提升答案 1、【解析】【审题指导】(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．设卫星的质量为m ′ 由万有引力提供向心力，得G Mm ′R 2＝m ′v 2R①m ′v 2R＝m ′g ② 由已知条件：m 的重力为N 得 N ＝mg ③由③得g ＝N m ，代入②得：R ＝mv 2N 代入①得M ＝mv 4GN，故B 项正确．【答案】 B2、【解析】 对于卫星a ，根据万有引力定律、牛顿第二定律可得，GMm r 2－N ＝ma 向，而GMmr2＝mg ，故a 的向心加速度小于重力加速度g ，A 项错；由c 是同步卫星可知卫星c 在4 h 内转过的圆心角是π3，B 项错；由GMm r 2＝m v 2r 得，v ＝GMr，故轨道半径越大，线速度越小，故卫星b 的线速度大于卫星c 的线速度，卫星c 的线速度大于卫星d 的线速度，而卫星a 与同步卫星c 的周期相同，故卫星c 的线速度大于卫星a 的线速度，C 项对；由G Mm r 2＝m (2πT)2r ，得，T ＝2πr 3GM，轨道半径r 越大，周期越长，故卫星d 的周期大于同步卫星c 的周期，D 项错．【答案】 C 3、【解析】 飞船经一次加速后由圆轨道1变轨到与加速点相切的椭圆轨道，加速点为近地点，椭圆轨道的远地点与轨道2相切，近地点与远地点分别在地球两侧，因此飞船必须在M 点加速，才能在P 点与“天宫一号”相遇，A 错；飞船在M 点经一次加速后由圆轨道1变轨到椭圆轨道，在椭圆轨道的远地点再经一次加速变轨到轨道2，B 错；飞船在M 点加速后由圆轨道1变轨到椭圆轨道，则变轨后在M 点的速度大于变轨前的速度，C 对；由T ＝2πr 3GM可知轨道半径增大，周期增大，D 项正确．【答案】 CD 4、【解析】 卫星绕行星做匀速圆周运动的向心力由行星对卫星的引力提供，根据万有引力定律和牛顿第二定律解决问题．根据GMm r 2＝ma 得a ＝GMr2，故甲卫星的向心加速度小，选项A 正确；根据G Mm r 2＝m (2πT )2r ，得T ＝2πr 3GM ，故甲的运行周期大，选项B 错误；根据G Mmr2＝mω2r ，得ω＝GM r 3，故甲运行的角速度小，选项C 错误；根据G Mm r 2＝mv 2r ，得v ＝GM r，故甲运行的线速度小，选项D 错误．【答案】 A5、【解析】 设地球的密度为ρ，地球的质量为M ，根据万有引力定律可知，地球表面的重力加速度g ＝GM R 2.地球质量可表示为M ＝43πR 3ρ，因质量分布均匀的球壳对球壳内物体的引力为零，所以矿井下以(R －d )为半径的地球的质量为M ′＝43π(R －d )3ρ，解得M ′＝⎝ ⎛⎭⎪⎫R －d R 3M ，则矿井底部处的重力加速度g ′＝GM ′R －d 2， 则矿井底部处的重力加速度和地球表面的重力加速度之比为g ′g ＝1－dR，选项A 正确；选项B 、C 、D 错误．【答案】 A。
万有引力定律
万有引力定律万有引力定律是牛顿在17世纪提出的一项重要物理定律，它揭示了物体之间的引力相互作用规律。
本文将从定律的内容、应用及历史背景等方面进行探讨，以便更好地理解和应用这一定律。
一、定律内容万有引力定律可以简述为：两个物体之间的引力大小与它们的质量成正比，与它们之间的距离的平方成反比。
具体表达为：F =G * (m1 * m2) / r^2其中F表示物体之间的引力大小，G为一个恒定值，m1和m2分别是两个物体的质量，r为它们之间的距离。
该定律揭示了物体间引力的本质，即所有物体之间都存在一种相互吸引的力。
不论是天体间的引力，还是地球上物体的引力，都可以用这个定律来描述和计算。
二、应用1. 行星运动万有引力定律为解释行星运动提供了基础。
根据该定律，行星绕太阳运动的轨道是椭圆形，太阳位于椭圆焦点的一个焦点上。
同时，行星离太阳的距离越近，引力越大，行星运动的速度就越快。
2. 飞行物体轨迹万有引力定律也可用于描述飞行物体的轨迹。
例如，火箭发射后离地球越远，引力越小，轨迹就会变成抛物线或者双曲线。
同时，不同行星对飞船的引力大小也会影响其轨迹，这在宇宙探索中具有重要意义。
3. 重力加速度万有引力定律也可用于计算地球上物体的重力加速度。
地球的质量和半径已知的情况下，可以根据定律计算物体在地球表面上的重力加速度。
这对于研究物体在不同引力环境下的运动具有重要意义。
三、历史背景万有引力定律的提出是在牛顿看到苹果从树上落下的时候。
他开始思考为什么苹果会落下，而不是飘浮在空中。
通过对地球上物体运动的观察和测量，牛顿总结出了万有引力定律，并将其公式化。
万有引力定律的提出对于现代物理学的发展起到了重要作用。
它不仅解释了行星运动和地球上物体的重力现象，还为后来的科学家提供了探索宇宙的基本法则。
同时，该定律也激发了更多关于引力和宇宙起源的研究。
结论万有引力定律是牛顿物理学的重要组成部分，它揭示了物体间引力相互作用的规律。
通过应用该定律，我们可以解释和预测宇宙中各种物体间的相互作用。
【学霸笔记】物理必修二6.3万有引力定律
第三节 万有引力定律一、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m 1和m 2的乘积成正比，与它们之间距离r 的二次方成反比．2、公式：F ＝G m 1m 2r2 3、方向：两物体连线指向受力物体。
4、理解：①普适性即大到天体小到原子分子都会受到万有引力作用。
②宏观性即地面上的一般物体或更小分子原子之间的万有引力比较小，与其他力比较可忽略不计，但在质量巨大的天体之间或天体与其附近的物体之间，万有引力起着决定性作用③相互性即m1吸引m2同时m2也在吸引m1。
④客观性即万有引力是客观存在的。
⑤独立性即周围环境不会影响两物体间的万有引力，两个物体之间的万有引力只与它们本身的质量和它们间的距离有关。
5、说明：①此公式适用于质点之间的相互作用。
②质量分布均匀的球体r 为两球体球心之间的距离。
③质量分布均匀的球体与质点的引力r 为质点到球心之间的距离。
④特别注意：r 趋向于无穷小，F 趋向于无限大，此说法是错误的，因为r 无限性公式不在成立。
6、万有引力的两个推论：①在均匀质量的球层空腔内的任意位置，质点受到的该球层的万有引力为零。
②在均匀质量的球体内部距离球心r 处质点受到的万有引力等于半径为r 的球体对其的引力。
二、万有引力与重力的关系1.万有引力的作用效果：万有引力F ＝G Mm R2的效果有两个： ①一个是重力mg ，②另一个是物体随地球自转需要的向心力F n ＝mrω2．2．重力与纬度的关系：地面上物体的重力随纬度的升高而变大．①赤道上：重力和向心力在一条直线上F ＝F n ＋mg ，即G Mm R 2＝mr ω2＋mg ，所以mg ＝G Mm R 2－mr ω2. ②地球两极处：向心力为零，所以mg ＝F ＝G Mm R 2.③其他位置：重力是万有引力的一个分力，重力的大小mg ＜G Mm R 2，重力的方向偏离地心．3.在粗略计算式，万有引力等于重力，即mg ＝G Mm R 2，GM=gR 2，此式子又被成为“黄金代换”。
(完整版)万有引力定律-知识点
万有引力定律及其应用二.万有引力定律(1)内容：宇宙间的一切物体都是互相吸引的，两个物体间的引力大小，跟它们的质量的乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比． (2)公式：F ＝G221r m m ,其中2211/1067.6kg m N G ⋅⨯=-，称为为有引力恒量。
(3)适用条件：严格地说公式只适用于质点间的相互作用，当两个物体间的距离远远大于物体本身的大小时，公式也可近似使用，但此时r 应为两物体重心间的距离．对于均匀的球体,r 是两球心间的距离．注意：万有引力定律把地面上的运动与天体运动统一起来，是自然界中最普遍的规律之一，式中引力恒量G 的物理意义是：G 在数值上等于质量均为1千克的两个质点相距1米时相互作用的万有引力． 三、万有引力和重力重力是万有引力产生的，由于地球的自转，因而地球表面的物体随地球自转时需要向心力．重力实际上是万有引力的一个分力．另一个分力就是物体随地球自转时需要的向心力，如图所示，由于纬度的变化，物体做圆周运动的向心力F 向不断变化，因而表面物体的重力随纬度的变化而变化，即重力加速度g 随纬度变化而变化，从赤道到两极逐渐增大．通常的计算中因重力和万有引力相差不大，而认为两者相等，即m 2g ＝G221r m m , g=GM/r 2常用来计算星球表面重力加速度的大小，在地球的同一纬度处，g 随物体离地面高度的增大而减小，即g h =GM/（r+h ）2，比较得g h =（hr r +）2·g 在赤道处，物体的万有引力分解为两个分力F 向和m 2g 刚好在一条直线上，则有 F ＝F 向＋m 2g ， 所以m 2g=F 一F 向＝G221r m m －m 2R ω自2因地球目转角速度很小G221r m m » m 2R ω自2,所以m 2g= G221r m m假设地球自转加快，即ω自变大，由m 2g ＝G 221rm m －m 2R ω自2知物体的重力将变小，当G221r m m =m 2R ω自2时，m 2g=0，此时地球上物体无重力，但是它要求地球自转的角速度ω自＝13Gm R ，比现在地球自转角速度要大得多. 四.天体表面重力加速度问题设天体表面重力加速度为g,天体半径为R ，由mg=2Mm G R 得g=2MG R ,由此推得两个不同天体表面重力加速度的关系为21212212g R M g R M =*五．天体质量和密度的计算原理：天体对它的卫星（或行星）的引力就是卫星绕天体做匀速圆周运动的向心力．G2rmM =m224Tπr ，由此可得：M=2324GT r π；ρ=V M=334R M π=3223R GT r π（R 为行星的半径）由上式可知，只要用实验方法测出卫星做圆周运动的半径r 及运行周期T ，就可以算出天体的质量M ．若知道行星的半径则可得行星的密度专题：人造天体的运动基础知识一、卫星的绕行角速度、周期与高度的关系（1）由()()22mMv Gmr h r h =++，得v =h ↑，v ↓ （2）由G()2h r mM+=m ω2（r+h ），得ω=()3h r GM+，∴当h ↑，ω↓（3）由G ()2h r mM+()224m r h T π=+，得T=()GM h r 324+π ∴当h ↑，T ↑ 二、三种宇宙速度：① 第一宇宙速度（环绕速度）：v 1=7.9km/s ，人造地球卫星的最小发射速度。
万有引力定律
万有引力定律万有引力定律是物理学中的基本定律之一，由英国科学家牛顿于17世纪提出。
它描述了物体之间的引力相互作用规律，广泛应用于天文学、力学等领域。
本文将详细介绍万有引力定律的原理、公式推导、应用以及其对人类认知宇宙的影响等相关内容。
一、定律原理万有引力定律是一项描述质点间引力相互作用的物理定律。
其原理表明，两个物体之间的引力大小与它们的质量成正比，与它们之间的距离平方成反比。
如果用F表示两物体之间的引力大小，m1和m2分别表示两物体的质量，r表示它们之间的距离，万有引力定律可表示为以下公式：F =G * ((m1 * m2) / r^2)其中，G为万有引力常数，其值为6.67430 × 10^-11 N·(m/kg)^2。
二、公式推导万有引力定律的公式由牛顿通过数学推导得出。
他首先研究了地球上物体下落的规律，提出了物体之间存在相互吸引的力。
然后，他通过实验观测行星运动轨迹的特点，得出了引力与距离平方成反比关系的结论。
牛顿使用了开普勒的行星运动定律作为基础，结合他的力学定律和数学知识，推导出了万有引力定律的公式。
根据公式推导的过程可以证明，这一定律可以适用于任何两个物体之间的引力相互作用。
三、应用万有引力定律的应用非常广泛。
首先，它可以解释天体运动规律，例如行星绕太阳的轨迹、卫星绕地球的运动等。
通过应用万有引力定律，科学家们可以准确预测和描述天体的运动。
其次，万有引力定律还用于研究地球上物体的运动和平衡。
例如，通过该定律可以解释地球上物体下落的原因，以及建筑物和桥梁的结构稳定性等。
此外，万有引力定律也被应用于航天探测和导航系统。
在航天器的轨道规划和导航定位中，必须考虑各个天体之间的引力相互作用，以保证航天器的安全和准确到位。
四、对人类认知宇宙的影响万有引力定律的发现和应用对人类认知宇宙产生了巨大影响。
它揭示了天体之间的引力相互作用规律，帮助我们更好地理解宇宙中的物体运动和相互关系。
第六章万有引力定律知识要点
第六章《万有引力定律》知识要点
1、关于天体运动的两种对立看法
•地心说---地球是宇宙的中心，是静止不动的，太阳、月亮及其它行星都绕地球运动。
•日心说---太阳是宇宙的中心，是静止不动的，地球、月亮及其它行星都绕太阳运动。
2、开普勒定律
•开普勒第一定律：所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上。
•开普勒第二定律：对于每一个行星而言，太阳和行星的连线在相等的时间内扫过的面积相等。
•开普勒第三定律：所有的行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。
3、万有引力定律
•文字内容：自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的大小跟这两个物体的质量的乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比•数学公式：F=Gm1m2/r2
4、宇宙速度
第一宇宙速度
•数值:7.9km/s
•意义:1)人造卫星在地球表面的环绕速度.2)人造卫星的最小发射速度.3)人造卫星的最大环绕速度.
第二宇宙速度
•数值:11.2km/s
•意义:物体脱离地球的引力成为太阳的人造行星所必须具有的最小发射速度,也叫脱离速度.
第三宇宙速度
•数值:16.7km/s
•意义:物体挣脱太阳的束缚,飞到太阳系外的宇宙空间去所必须具有的最小发射速度,也叫逃逸速度.
求解天体运动问题的两个黄金公式。
万有引力定律的内容
万有引力定律的内容
万有引力定律是物理学上最重要的定律之一，由英国物理学家诺伊·牛顿在1687年发表在《自然哲学的数学原理》中，也叫牛顿定
律或新力学定律。
它的内容是两个物体之间的力可以通过以下公式来表示：F=ma，其中F表示受力，m表示受力物体的质量，而a表示受力物体的加速度，即牛顿第二定律。
另外，它还描述了物体之间的相互引力。
它的内容是：任何两个物体之间都会相互产生吸引力，引力的大小与它们质量的乘积成正比，而与它们之间的距离的平方成反比，因此它可以表示为：F=Gm1m2/r2，其中G为万有引力常数，m1,m2分别表示两物体的质量，r表示它们
之间的距离。
万有引力定律是物理学中的基本定律，在物理学的很多领域都有广泛的应用，它可以解释许多物理现象，如行星运行、卫星运行、重力波、暗物质等。
- 1 -。
万有引力定律揭示物体相互吸引的普遍规律
万有引力定律揭示物体相互吸引的普遍规律万有引力定律是物理学中的一个重要定律，它由英国物理学家艾萨克·牛顿在17世纪提出。
这个定律描述了物体之间相互吸引的普遍规律，为解释天体运动和宇宙间相互作用提供了重要的理论基础。
本文将介绍万有引力定律的基本概念、公式以及对宇宙中物体运动的影响。
一、万有引力定律的基本概念万有引力定律是指两个物体之间存在一个相互吸引的力，这个力与两个物体的质量有关，与它们之间的距离成反比。
换句话说，两个物体质量越大，它们之间的吸引力越强；而它们之间的距离越远，吸引力越弱。
这个力的大小由万有引力公式描述，即F = G * (m1 * m2) / r²，其中F是两个物体之间的引力，G是一个常量，m1和m2分别是两个物体的质量，r是它们之间的距离。
二、万有引力定律的公式及其应用万有引力定律的公式F = G * (m1 * m2) / r²中，G是引力常量，其数值为6.67430(15) × 10^(-11) N·(m/kg)²。
这个公式可以用于计算任意两个物体之间的引力大小。
通过这个公式，我们可以了解物体之间的吸引力强度，并根据距离的变化预测物体的运动轨迹。
万有引力定律广泛应用于天文学领域，如解释行星围绕太阳的运动、计算人造卫星运动轨道等。
在这些应用中，我门可以根据物体质量和距离计算出引力的大小，从而预测物体的轨迹和运动。
这对于天文学的发展和研究提供了重要的理论基础。
三、万有引力定律对宇宙中物体运动的影响万有引力定律对宇宙中物体的运动产生了显著影响。
根据这个定律，宇宙中的物体相互吸引，因此行星、卫星、恒星等都会受到引力的作用，产生轨道运动。
以行星绕太阳的运动为例，根据万有引力定律，太阳对行星施加一个引力，使得行星产生向太阳的吸引力。
通过强大的引力作用，行星被强制绕太阳运动，形成椭圆轨道。
行星的质量和距离太阳的距离决定了其绕太阳的轨道大小和速度。
万有引力定律单元知识点
济钢高中2017级高二物理期末复习资料 今天的努力，明天的实力。
1万有引力定律单元知识点班级： 姓名：一、开普勒行星运动三定律1、开普勒行星运动定律是在丹麦天文学家 的大量观测数据的基础上由 概括出的，给出了行星运动的规律。
2、内容：第一定律：所有行星都在 轨道上运动，太阳则处在这些椭圆轨道的一个焦点上； 第二定律：行星沿椭圆轨道运动的过程中，与太阳的连线在单位时间内扫过的 相等；第三定律：所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的 都相等．即k Tr =23二、万有引力定律1、内容：自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的方向沿两物体的连线，引力的大小F与两个物体质量的乘积m 1m 2成正比，与这两物体间距离r 的平方成反比。
2、公式：3、2211/1067.6kg m N G ⋅⨯=-叫做引力常量，它在数值上等于两个质量都是1kg 的物体相距1m 时的相互作用力，1798年由英国物理学家 利用扭秤装置测出。
实验中的方法有力学放大（借助于力矩将万有引力的作用效果放大）和光学放大（借助于平面境将微小的运动效果放大）。
万有引力常量的测定使卡文迪许成为“能称出地球质量的人”4、万有引力与重力：（1）重力实际上是万有引力的一个 ，另一个分力就是物体随地球自转时需要的 。
因而表面物体的重力随纬度的变化而变化，即重力加速度g 随纬度变化而变化，从赤道到两极逐渐 。
在地球的同一纬度处，g 随物体离地面高度的增大而 ，即g h =GM/（r+h ）2，比较得g h =（hr r +）2·g （2）通常的计算中因重力和万有引力相差不大，而认为两者相等，即mg =GMm R 2,g=GM/R 2常用来计算星球表面重力加速度的大小，也提供了一种计算星球质量的方法，M =gR 2G。
三、天体质量和密度的计算1、环绕天体法求中心天体质量或密度 方程： ，结果：M=2324GT r π；ρ=V M =334R M π=3πr 3GT 2R 3（R 为行星的半径） 2、星球重力加速度法方程： ，结果：M =gR 2G；ρ=四、卫星的环绕速度、角速度、周期与高度的关系 （1）由()()22mMv Gmr h r h =++，得()GMv r h =+，∴当h ↑，v ↓ （2）由G()2h r mM+=m ω2（r+h ），得ω= ，∴当h ↑，ω（3）由G ()2h r mM+()224m r h T π=+，得T= ∴当h ↑，T 五、卫星的三种宇宙速度（1）第一宇宙速度（环绕速度）：v 1= km/s ，人造地球卫星的最 发射速度。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第2节 万有引力定律及其应用教学目标：1．掌握万有引力定律的内容并能够应用万有引力定律解决天体、卫星的运动问题2．掌握宇宙速度的概念3．掌握用万有引力定律和牛顿运动定律解决卫星运动问题的基本方法和基本技能教学重点：万有引力定律的应用教学难点：宇宙速度、人造卫星的运动教学方法：讲练结合，计算机辅助教学教学过程：一、万有引力定律：（1687年）适用于两个质点或均匀球体；r 为两质点或球心间的距离；G 为万有引力恒量（1798年由英国物理学家卡文迪许利用扭秤装置测出）2211/1067.6kg m N G ⋅⨯=- 二、万有引力定律的应用1．解题的相关知识：（1）在高考试题中，应用万有引力定律解题的知识常集中于两点：一是天体运动的向心力来源于天体之间的万有引力，即222r v m r Mm G =＝r Tm 224πr m 2ω=；二是地球对物体的万有引力近似等于物体的重力，即G 2RmM ＝mg 从而得出GM ＝R 2g 。
（2）圆周运动的有关公式：ω＝Tπ2，v=ωr 。
讨论：1）由222rv m r Mm G =可得：r GM v = r 越大，v 越小。
2）由r m rMm G 22ω=可得：3r GM =ω r 越大，ω越小。
3）由r T m r Mm G 222⎪⎭⎫ ⎝⎛=π可得：GM r T 32π= r 越大，T 越大。
4）由向ma r Mm G =2可得：2r GM a =向 r 越大，a 向越小。
点评：需要说明的是，万有引力定律中两个物体的距离，对于相距很远因而可以看作质点的物体就是指两质点的距离；对于未特别说明的天体，都可认为是均匀球体，则指的是两个球心的距离。
人造卫星及天体的运动都近似为匀速圆周运动。
2．常见题型万有引力定律的应用主要涉及几个方面：（1）测天体的质量及密度：（万有引力全部提供向心力） 由r T m r Mm G 222⎪⎭⎫ ⎝⎛=π 得2324GT r M π= 又ρπ⋅=334R M 得3233RGT r πρ= 【例1】中子星是恒星演化过程的一种可能结果，它的密度很大。
现有一中子星，观测到它的自转周期为T =301s 。
问该中子星的最小密度应是多少才能维持该星的稳定，不致因自转而瓦解。
计算时星体可视为均匀球体。
(引力常数G =6.67⨯1011-m 3/kg.s 2) 解析：设想中子星赤道处一小块物质，只有当它受到的万有引力大于或等于它随星体所需的向心力时，中子星才不会瓦解。
设中子星的密度为ρ，质量为M ，半径为R ，自转角速度为ω，位于赤道处的小物块质量为m ，则有 R m R GMm 22ω= T πω2= ρπ334R M = 由以上各式得23GT πρ=，代入数据解得：314/1027.1m kg ⨯=ρ。
点评：在应用万有引力定律解题时，经常需要像本题一样先假设某处存在一个物体再分析求解是应用万有引力定律解题惯用的一种方法。
（2）行星表面重力加速度、轨道重力加速度问题：（重力近似等于万有引力） 表面重力加速度：2002R GM g mg R Mm G =∴= 轨道重力加速度：()()22h R GM g mg h R GMmh h +=∴=+【例2】一卫星绕某行星做匀速圆周运动，已知行星表面的重力加速度为g 0，行星的质量M 与卫星的质量m 之比M /m=81，行星的半径R 0与卫星的半径R 之比R 0/R ＝3.6，行星与卫星之间的距离r 与行星的半径R 0之比r /R 0＝60。
设卫星表面的重力加速度为g ，则在卫星表面有mg r GMm=2 ……经过计算得出：卫星表面的重力加速度为行星表面的重力加速度的1/3600。
上述结果是否正确？若正确，列式证明；若有错误，求出正确结果。
解析：题中所列关于g 的表达式并不是卫星表面的重力加速度，而是卫星绕行星做匀速圆周运动的向心加速度。
正确的解法是 卫星表面2R Gm＝g 行星表面20R GM=g 0 即20)(R R M m =0g g 即g =0.16g 0。
（3）人造卫星、宇宙速度：人造卫星分类（略）：其中重点了解同步卫星宇宙速度：（弄清第一宇宙速度与发卫星发射速度的区别）【例3】我国自行研制的“风云一号”、“风云二号”气象卫星运行的轨道是不同的。
“一号”是极地圆形轨道卫星。
其轨道平面与赤道平面垂直，周期是12h ；“二号”是地球同步卫星。
两颗卫星相比 号离地面较高； 号观察范围较大； 号运行速度较大。
若某天上午8点“风云一号”正好通过某城市的上空，那么下一次它通过该城市上空的时刻将是 。
解析：根据周期公式T=GM r 32π知，高度越大，周期越大，则“风云二号” 气象卫星离地面较高；根据运行轨道的特点知，“风云一号” 观察范围较大；根据运行速度公式V=r GM知，高度越小，速度越大，则“风云一号” 运行速度较大，由于“风云一号”卫星的周期是12h ，每天能对同一地区进行两次观测，在这种轨道上运动的卫星通过任意纬度的地方时时间保持不变。
则下一次它通过该城市上空的时刻将是第二天上午8点。
【例4】可发射一颗人造卫星，使其圆轨道满足下列条件（ ）A 、与地球表面上某一纬度线（非赤道）是共面的同心圆B 、与地球表面上某一经度线是共面的同心圆C 、与地球表面上的赤道线是共面同心圆,且卫星相对地面是运动的D 、与地球表面上的赤道线是共面同心圆,且卫星相对地面是静止的解析：卫星绕地球运动的向心力由万有引力提供,且万有引力始终指向地心，因此卫星的轨道不可能与地球表面上某一纬度线（非赤道）是共面的同心圆，故A 是错误的。
由于地球在不停的自转，即使是极地卫星的轨道也不可能与任一条经度线是共面的同心圆，故B 是错误的。
赤道上的卫星除通信卫星采用地球静止轨道外，其它卫星相对地球表面都是运动的，故C 、D 是正确的。
【例5】侦察卫星在通过地球两极上的圆轨道上运行，它的运行轨道距地面高度为h ，要使卫星在一天的时间内将地面上赤道各处在日照条件的情况下全都拍摄下来，卫星在通过赤道上空时，卫星上的摄像机至少应拍摄地面上赤道圆周的弧长是多少？设地球半径为R ，地面处的重力加速度为g ，地球自转的周期为T 。
解析：如果周期是12小时，每天能对同一地区进行两次观测。
如果周期是6小时，每天能对同一纬度的地方进行四次观测。
如果周期是n 24小时，每天能对同一纬度的地方进行n 次观测。
设上星运行周期为T 1，则有2122)(4)(T R h m R h Mm G +=+π物体处在地面上时有g m R GMm 020= 解得：g R h R T 31)(2+=π 在一天内卫星绕地球转过的圈数为1T T ，即在日照条件下有1T T 次经过赤道上空，所以每次摄像机拍摄的赤道弧长为1122T TR T T R S ππ==，将T 1结果代入得 g R h T S 32)(4+=π 【例6】在地球（看作质量均匀分布的球体）上空有许多同步卫星，下面说法中正确的是（ ）A ．它们的质量可能不同B ．它们的速度可能不同C ．它们的向心加速度可能不同D ．它们离地心的距离可能不同解析：同步卫星绕地球近似作匀速圆周运动所需的向心力由同步卫星的地球间的万有引力提供。
设地球的质量为M ，同步卫星的质量为m ，地球半径为R ，同步卫星距离地面的高度为h ，由F 引=F 向， G 2)(h R mM+=m 224T π（R+h ）得：h =3224πGMT -R ，可见同步卫星离地心的距离是一定的。
由G 2)(h R mM+=m h R v +2得：v =h R GM +,所以同步卫星的速度相同。
由G 2)(h R mM+=ma 得：a = G 2)(h R M+即同步卫星的向心加速度相同。
由以上各式均可看出地球同步卫星的除质量可以不同外，其它物理量值都应是固定的。
所以正确选项为A 。
点评：需要特别提出的是：地球同步卫星的有关知识必须引起高度重视，因为在高考试题中多次出现。
所谓地球同步卫星，是相对地面静止的且和地球有相同周期、角速度的卫星。
其运行轨道与赤道平面重合。
【例7】地球同步卫星到地心的距离r 可由22234πc b a r =求出，已知式中a 的单位是m ，b 的单位是s ，c 的单位是m/s 2，则：A ．a 是地球半径，b 是地球自转的周期，C 是地球表面处的重力加速度；B ．a 是地球半径。
b 是同步卫星绕地心运动的周期，C 是同步卫星的加速度；C ．a 是赤道周长，b 是地球自转周期，C 是同步卫星的加速度D ．a 是地球半径，b 是同步卫星绕地心运动的周期，C 是地球表面处的重力加速度。
解析：由万有引力定律导出人造地球卫星运转半径的表达式，再将其与题给表达式中各项对比，以明确式中各项的物理意义。
AD 正确。
【例8】我国自制新型“长征”运载火箭，将模拟载人航天试验飞船“神舟三号”送入预定轨道，飞船绕地球遨游太空t ＝7天后又顺利返回地面。
飞船在运动过程中进行了预定的空间科学实验，获得圆满成功。
①设飞船轨道离地高度为h ，地球半径为R ，地面重力加速度为g .则“神舟三号”飞船绕地球正常运转多少圈?(用给定字母表示)。
②若h ＝600 km ，R ＝6400 km ，则圈数为多少?解析：（1）在轨道上h R v m h R GmM +=+22)( ① v =Th R )(2+π② 在地球表面：2RGmM =mg ③ 联立①②③式得：T =g h R R h R +⋅+)(2π 故n =hR g h R tR T t ++=)(2π ②代人数据得：n =105圈（4）双星问题：【例9】两个星球组成双星，它们在相互之间的万有引力作用下，绕连线上某点做周期相同的匀速圆周运动。
现测得两星中心距离为R ，其运动周期为T ，求两星的总质量。
解析：设两星质量分别为M 1和M 2，都绕连线上O 点作周期为T 的圆周运动，星球1和星球2到O 的距离分别为l 1和l 2。
由万有引力定律和牛顿第二定律及几何条件可得M 1：G 221R M M ＝M 1（T π2）2 l 1 ∴M 2＝21224GTl R π 对M 2：G 221R M M ＝M 2（T π2）2 l 2 ∴M 1＝22224GTl R π 两式相加得M 1＋M 2＝2224GT R π（l 1＋l 2）＝2324GT R π。
（5）有关航天问题的分析：【例10】无人飞船“神州二号”曾在离地高度为H ＝3. 4⨯105m 的圆轨道上运行了47小时。
求在这段时间内它绕行地球多少圈？（地球半径R =6.37⨯106m ，重力加速度g ＝9.8m/s 2）解析：用r 表示飞船圆轨道半径r =H + R ==6. 71⨯106m 。
M 表示地球质量，m 表示飞船质量，ω表示飞船绕地球运行的角速度，G 表示万有引力常数。