高三物理一轮复习课件 万有引力定律及其应用

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R-d 2 C. R
( d B.1+R
R D.R-d2
)
物理
第4节
万有引力定律及其应用
[解析]
Mm 4 3 在地球表面 mg=G 2 ,又 M=ρ·πR ,所以 g= R 3
M 4 G 2= πGρR,因为球壳对球内物体的引力为零,所以在深为 d R 3 Mm M 4 的矿井内 mg′=G ,得 g′=G = πGρ(R-d), R-d2 R-d2 3 g′ R-d d 所以 g = R =1-R,可得 A 正确。
万有引力定律及其应用
(1)德国天文学家开普勒提出天体运动的开普勒三大定律。
(2)牛顿总结了前人的科研成果, 在此基础上, 经过研究得出 了万有引力定律。 (3)英国物理学家卡文迪许利用扭秤实验装置比较准确地测 出了引力常量。
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第4节
万有引力定律及其应用
要点一
开普勒行星运动定律
1.行星绕太阳的运动通常按圆轨道处理。
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3 3 2 4
3
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万有引力定律及其应用
要点三
天体表面的重力加速度问题
重力是由于物体受到地球的万有引力而产生的,严格说 重力只是万有引力的一个分力,另一个分力提供物体随地球 自转做圆周运动的向心力,但由于向心力很小,一般情况下 GMm 认为重力约等于万有引力,即 mg= 2 ,这样重力加速度 R 就与行星质量、半径联系在一起,高考也多次在此命题。
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万有引力定律及其应用
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万有引力定律及其应用
万 有 引 力 定 律 及 其 应 用
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万有引力定律及其应用
万 有 引 力 定 律 及 其 应 用
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万有引力定律及其应用
(1)所有行星绕太阳运行的轨道都是椭圆。
(√ )
(2)行星在椭圆轨道上运行速率是变化的, 离太阳越远, 运行速率 越大。
万有引力的计算
m1m2 公式 F=G 2 适用于质点、 均匀介质球体或球壳之间万 r 有引力的计算。当两物体为均质球体或球壳时,可以认为均 质球体或球壳的质量集中于球心,r 为两球心的距离,引力的 方向沿两球心的连线。
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万有引力定律及其应用
[多角练通] 1.两个半径均为 r 的实心铁球靠在一起时,彼此之间的万有
答案:D
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万有引力定律及其应用
2.(多选)(2013· 浙江高考)如图 442 所示,三颗质量均为 m 的地 球同步卫星等间隔分布在半径为 r 的圆轨 道上,设地球质量为 M,半径为 R。下列 说法正确的是 ( ) GMm A.地球对一颗卫星的引力大小为 r-R2 GMm B.一颗卫星对地球的引力大小为 2 r Gm2 C.两颗卫星之间的引力大小为 2 3r 3GMm D.三颗卫星对地球引力的合力大小为 r2
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万有引力定律及其应用
解析:月球、地球同步卫星绕地球做匀速圆周运动,根据开普 3 T2 r23 T22 2 勒第三定律有 3= 2,解得 r2=r1· ,代入数据求得同步 r1 T1 T12 卫星的轨道半径 r2=4.2×107 m。从发出信号至对方接收到信 s 2r2-R 号所需最短时间为 t=v= ,代入数据求得 t=0.24 s。 c 答案:B
2
( mgR2 B. R+h2 D.m R2gω4 3
)
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万有引力定律及其应用
Mm 解析:由万有引力定律得:F=G R+h2 M 地球表面的重力加速度 g=G 2 R mgR2 由①②式得 F= R+h2 万有引力充当向心力 F=mω2(R+h) 3
① ② ③ ④
由于 D 选项 m R2gω4中不含(R+h),所以上面③④两式联立 消掉(R+h)得: F =m R gω ,由此得 F=m R2gω4。 由以上分析,本题正确选项为 B、C、D。答案:BCD
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万有引力定律及其应用
要点四 天体质量和密度的计算
利用天体表面的重力加速度g和天体半径R。
自 力 更 生 法
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万有引力定律及其应用
测出卫星绕天体做匀速圆周运动的半径r和周期T。
Mm 4π2r 4π2r3 (1)由 G 2 =m 2 得天体的质量 M= 。 r T GT2
借 助 外 援 法
M M 3πr3 (2)若已知天体的半径 R,则天体的密度 ρ= = = 。 V 4 3 GT2R3 πR 3 (3)若卫星绕天体表面运行时,可认为轨道半径 r 等于天体半
3π 径 R,则天体密度 ρ= 2,可见,只要测出卫星环绕天体表 GT 面运动的周期 T,就可估算出中心天体的密度。
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第4节
解析:根据开普勒第二定律,近地点的速度大于远地点的速度,A 正确;由轨道Ⅰ变到轨道Ⅱ要减速,所以 B 正确;根据开普勒第 R3 GM 三定律, 2=k,R2<R1,所以 T2<T1,C 正确;根据 an= 2 , T r 所以加速度应不变,D 错误。
答案:ABC
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要点二
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图 442
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万有引力定律及其应用
解析:根据万有引力定律,地球对一颗卫星的引力大小 F 万= Mm G 2 ,A 项错误,由牛顿第三定律知 B 项正确。三颗卫星等 r 间距分布,任意两星间距为 3r,故两星间引力大小 F

′=
m2 G 2,C 项正确。任意两星对地球引力的夹角为 120° ,故任意 3r 两星对地球引力的合力与第三星对地球的引力大小相等,方向 相反,三星对地球引力的合力大小为零,D 项错误。
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万有引力定律及其应用
[解析]
当我国宇航员王跃在地球表面时, 根据万有引力定律及
mv 2 GMm 牛顿第二定律可得 2 =mg=ma= r , 同理可得王跃在火星表面 r GM′m mv′2 时 F 万′= =mg′=ma′= ,可得王跃在火星表面受 r′ 2 r′ 4 的万有引力是在地球表面受万有引力的 ,A 项对;火星表面的重力 9 2v 0 2v0 4 9 加速度 g′= g,B 项错;由 t 火= 和 t 地= g 可知,t 火= t 地,C 9 4 g′ 正确;由 0-v2=-2gh 可得王跃以相同的初速度在火星上起跳时, g 9 可跳的最大高度 h′= h= h,D 项错。 4 g′ [答案] AC
2hv02 = 2 ,选项 A 错误; L
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[典例]
(2015· 滨海五校联考)若宇航员在月球表面附近自高 h 处 ( )
以初速度 v0 水平抛出一个小球,测出小球的水平射程为 L。已知月球 半径为 R,万有引力常量为 G。则下列说法正确的是 hv02 × A.月球表面的重力加速度 g 月= L2 hR2v02 × B.月球的质量 m 月= GL2 v0 C.月球的第一宇宙速度 v= L 2h 3hv02 D.月球的平均密度 ρ= 2πGL2R
(3)只有天体之间才存在万有引力。
(× )
(× )
(4)只要知道两个物体的质量和两个物体之间的距离, 就可以由 F m1m2 =G 2 计算物体间的万有引力。 r
(5)地面上的物体所受地球的引力方向一定指向地心。
(× )
(√ ) (6)两物体间的距离趋近于零时,万有引力趋近于无穷大。 (×)
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[典例]
(2015· 滨海五校联考)若宇航员在月球表面附近自高 h 处 ( )
以初速度 v0 水平抛出一个小球,测出小球的水平射程为 L。已知月球 半径为 R,万有引力常量为 G。则下列说法正确的是 hv02 × A.月球表面的重力加速度 g 月= L2 hR2v02 B.月球的质量 m 月= GL2 v0 C.月球的第一宇宙速度 v= L 2h 3hv02 D.月球的平均密度 ρ= 2πGL2R 1 [解析] 根据平抛运动规律,L=v0t,h= g 月 t2,联立解得 g 2
B.4 倍
M星 9g3 g星3 M= ,故 = =64。 16π2ρ2G3 M地 g地
[答案]
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D
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(二)求天体表面某高度或某深度处的重力加速度
[典例 2]
(2012· 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 d A.1-R
引力大小为 F。 若两个半径为 2r 的实心铁球靠在一起时, 它们之间的万有引力大小为 A.2F C.8F B.4F D.16F ( )
源自文库
m12 4 3 m22 解析:F=G ,其中 m1= πr · ρ,F′=G ,其中 3 2r2 4r2 4 m2= π(2r)3· ρ。 3 解得 F′=16F。
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万有引力定律及其应用
A. 王跃在火星表面受到的万有引力是在地球表面受到的万 4 有引力的 9 2 B.火星表面的重力加速度是 g 3 C. 王跃以相同的初速度在火星上起跳时, 在空中的时间为 9 在地球上的 倍 4 D. 王跃以相同的初速度在火星上起跳时, 可跳的最大高度 3 是 h 2
[答案]
A
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万有引力定律及其应用
(三)重力加速度与抛体运动的综合
[典例 3]
(多选)为了实现人类登陆火星的梦想,近期我国宇
航员王跃与俄罗斯宇航员一起进行“模拟登火星”实验活动。已 1 1 知火星半径是地球半径的 ,质量是地球质量的 ,自转周期也基 2 9 本相同。地球表面重力加速度是 g,若王跃在地面上能向上跳起的 最大高度是 h, 在忽略自转影响的条件下, 下述分析正确的是( )
答案:C
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万有引力定律及其应用
2.(2011· 全国卷)卫星电话信号需要通过地球同步卫星传送。如 果你与同学在地面上用卫星电话通话,则从你发出信号至 对方接收到信号所需最短时间最接近于(可能用到的数据: 月球绕地球运动的轨道半径约为 3.8×105 km,运行周期约 为 27 天,地球半径约为 6 400 km,无线电信号的传播速度 为 3×108 m/s) A.0.1 s C .0.5 s B.0.25 s D.1 s ( )
2.开普勒行星运动定律也适用于其他天体,例如月球、 卫星绕地球的运动。
a3 3.开普勒第三定律 2=k 中,k 值只与中心天体的质量 T 有关,不同的中心天体 k 值不同。
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[多角练通]
1.(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
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[多维探究] (一)利用重力等于万有引力计算天体表面的重力加速度 [典例 1] 有一星球的密度跟地球密度相同, 但它表面处的重
力加速度是地球表面处重力加速度的 4 倍,则该星球的质量是地 球质量的(忽略其自转影响) 1 A. 4
[解析]
(
)
C.16 倍 D.64 倍 GMm 3M 天体表面的重力 mg= 2 ,又知 ρ= ,所以 R 4πR3
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(
)
第4节
万有引力定律及其应用
解析:太阳位于木星运行轨道的一个焦点上,A 错误;不同的 行星对应不同的运行轨道,运行速度大小也不相同,B 错误; 同一行星与太阳连线在相等时间内扫过的面积才能相同,D 错 r火3 r木3 T火2 r火3 误;由开普勒第三定律得: 2= 2,故 2= 3,C 正确。 T火 T木 T木 r木
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万有引力定律及其应用
3. (多选)2009 年 5 月, 航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修 任务后,在 A 点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ,B 为轨道Ⅱ 上的一点,如图 441 所示。关于航天飞机的运动,下列说 法中正确的有 ( )
图 441
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万有引力定律及其应用
A.在轨道Ⅱ上经过 A 的速度小于经过 B 的速度 B.在轨道Ⅱ上经过 A 的动能小于在轨道Ⅰ上经过 A 的动能 C.在轨道Ⅱ上运动的周期小于在轨道Ⅰ上运动的周期 D.在轨道Ⅱ上经过 A 的加速度小于在轨道Ⅰ上经过 A 的加速度
答案:BC
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万有引力定律及其应用
3. (多选)用 m 表示地球的通讯卫星(同步卫星)的质量, h 表示离 地面的高度, 用 R 表示地球的半径, g 表示地球表面的重力 加速度,ω 表示地球自转的角速度,则通讯卫星所受的地 球对它的万有引力的大小为 Mm A.G R+h2 C.mω (R+h)
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