2016年高中物理学业水平测试复习资料(9-6)---专题6万有引力定律

2016年高中物理学业水平测试复习资料（9-6）专题六万有引力定律考纲内容复习指南1.万有引力定律及其应用(Ⅱ)2．人造地球卫星的环绕速度(Ⅰ)3．宇宙速度(Ⅰ)4．经典力学的适用范围及其局限性(Ⅰ)本专题复习有以下几个方面：(1)了解地心学说和日心学说，了解开普勒三定律．(2)理解掌握万有引力定律．(3)会讨论人造地球卫星的环绕速度与运行半径之间的关系.开普勒行星运动定律第一定律（轨道定律）第二定律（面积定律）第三定律（周期定律）万有引力发现内容公式：F＝Gm1m2r2常量：G称量地球的质量：M＝gR2G理论成就计算天体的质量M＝4πr3GT2r＝R，M＝4πR3GT2M＝gR2G发现未知天体宇宙航行人造地球卫星：F向＝GMmr2＝mv2r＝m2πT2r＝mrω2＝ma宇宙速度第一宇宙速度：7.9km/s第二宇宙速度：11.2km/s第三宇宙速度：16.7km/s经典力学经典力学的发展历程与伟大成就经典力学的局限性与适用范围经典力学的时空观：时间空间互不影响考点1万有引力定律一、开普勒三定律1．开普勒第一定律：所有的行星围绕太阳运动的轨道都是________，太阳处在所有椭圆的一个________上．2．开普勒第二定律：对于每一个行星，太阳和行星的连线________________扫过的________相等．3．开普勒第三定律：所有行星的轨道的________________跟__________________的比值都相等．即R3T2＝k.二、万有引力定律1．内容：宇宙间任意两个有质量的物体间都存在____________，其大小与____________________成正比，与__________________成反比．2．数学表达式：__________________，式中G称为引力常量，英国科学家__________第一次在实验室中较准确地测量出G＝6.67×10－11N·m2/kg.3．适用条件：质点间的相互作用．两物体间的距离远大于它们的自身大小时定律成立．一、1．椭圆焦点2．在相等时间内面积3．半长轴的三次方公转周期的平方二、1．相互吸引力两物体的质量乘积它们间距离的二次方2．F＝Gm1m2R2卡文迪许►小试身手1．关于万有引力定律及其表达式F＝Gm1m2r2，下列说法中正确的是()A．对于不同物体，G取值不同B．G是万有引力常量，由实验测得C．两个物体彼此所受的万有引力方向相同D．两个物体之间的万有引力是一对平衡力1．解析：因万有引力定律适用于真空任何有质量的物体间相互作用，引力常量G由英国科学家卡文迪许用实验测量，所以选项A错，B对；两个物体之间的万有引力是一对作用力和反作用力，大小相等，方向相反，C、D选项错．答案：B2．(2015·广东省普通高中学业水平考试)发现万有引力定律的科学家是()A．伽利略B．牛顿C．爱因斯坦D．库仑2．B方法归纳1．了解万有引力定律的发现过程，知道几位主要物理学家的伟大贡献．2．理解万有引力定律，知道物体间的万有引力定律是相互的，知道定律的适用范围．考点2万有引力定律的应用1．估算中心天体的质量．(1)解题思路：环绕天体(m)受中心天体(M)的万有引力提供环绕天体做匀速圆周运动的向心力，即F引力＝F向，GMmr2＝m2πT2r.(2)中心天体的质量M＝4π2GT2r3，从式子可知，只要能测出环绕天体的运动半径和周期即可估算出中心天体的质量．2．判断卫星或行星的周期、角速度、线速度与半径的关系：(1)从上式可得r3T2＝GM4π2，当半径r增大时，周期也增大．(2)从式T＝2πω可得，当半径r增大时，角速度ω减小．(3)从式v＝GMr可得，当半径r增大时，线速度v减小．►小试身手3．(2014·广东省普通高中学业水平考试)(多选)环绕地球做匀速圆周运动的人造卫星，距离地面越高，环绕的()A．速度越小B．周期越大C．向心加速度越大D．角速度越大3．解析：由开普勒第三定律r3T2＝k知，距离地面越远，r越大，T越大，角速度越小，线速度越小，向心加速度越小，A、B正确．答案：AB4．一群质量不同的小行星在同一轨道上绕太阳的旋转，则这些小行星的()A．向心加速度大小和向心力大小都相同B．运行周期和运行速率都相同C．向心加速度大小和向心力大小都不同D．运行周期和运行速率都不同4．解析：行星绕太阳做圆周运动，由GMmr2＝m2πT2r＝mω2r＝mv2r，同一轨道半径相同，加速度相等，周期、速率相等，而向心力则与行星质量有关．答案：B方法归纳1．应用万有引力定律解决实际问题．一般都是万有引力作向心力，即F引＝F向．2．静止在地球表面的物体的重力近似等于万有引力．3．一般天体看做球形，天体(含卫星)的运动看做匀速圆周运动．考点3宇宙速度1．第一宇宙速度(环绕速度)v＝________，是人造卫星近地环绕速度，它是人造卫星在地面附近环绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度，是人造地球卫星的最小________，该速度又是环绕地球做匀速圆周运动的卫星中的最大________．2．第二宇宙速度(又叫脱离速度)v＝________，在地面上发射物体，使之能够脱离地球的引力作用，成为绕太阳运行的人造行星或飞到其他行星上去所必需的最小发射速度，称为第二宇宙速度．3．第三宇宙速度(逃逸速度)v＝16.7km/s，在地面上发射物体，使之最后能脱离太阳的引力范围，飞到太阳系以外的宇宙空间所必需的最小速度，称为第三宇宙速度．考点31．7.9km/s发射速度运行速度2．11.2km/s►小试身手5．地面上发射人造卫星，不同发射速度会产生不同的结果，下列说法中正确的是()A．要使卫星绕地球运动，发射速度至少要达到11.2km/sB．要使卫星飞出太阳系，发射速度至少要达到16.7km/sC．发射速度介于7.9km/s和11.2km/s之间，卫星能绕太阳运动D．发射速度小于7.9km/s，卫星能在地面附近绕地球做匀速圆周运动5．解析：要成为地球的卫星，发射速度应大于7.9km/s，若发射速度大于11.2km/s时，将脱离地球的引力作用，若发射速度大于16.7km/s，卫星将脱离太阳的引力作用，只有选B正确．答案：B6．在19世纪末，科学家认识到人类要实现飞出大气层进入太空，就必须摆脱地球的引力束缚，首要条件是必须具有足够大的速度，也就是说要进入绕地球飞行的轨道成为人造卫星，最小速度为7.9km/s，此速度称为()A．第一宇宙速度B．第二宇宙速度C．脱离速度D．逃逸速度6．解析：第一宇宙速度又称为环绕速度，是人造卫星在地面附近环绕地球做匀速圆周运动必须具有的速度，也是发射人造卫星的最小速度；第二宇宙速度又叫脱离速度，是物体脱离地球束缚的最小发射速度；第三宇宙速度又叫逃逸速度，是物体挣脱太阳的束缚的最小发射速度．故选A.答案：A方法归纳理解三个宇宙速度的意义并记住宇宙速度的大小，是解此类问题的关键．考点4地球同步卫星1．地球同步卫星：是指位于赤道平面内相对地面静止的，运动周期与地球自转周期相同的人造地球卫星．因同步卫星主要用于通信，故同步卫星又叫通信卫星．2．同步卫星的特点．(1)周期一定：同步卫星在赤道上空相对地球静止，它绕地球的运动与地球自转同步，它的运动周期就等于地球自转的周期，即T＝________．24h(2)角速度一定：同步卫星绕地球运行的角速度等于地球自转的角速度．(3)轨道一定：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)环绕速度大小一定：由于同步卫星的轨道高度一定，所以所有同步卫星绕地球运动的线速度的大小是一定的．►小试身手7．地球的半径为R，某同步卫星在地球表面所受万有引力为F，则该卫星在离地面高度约6R的轨道上受到的万有引力约为()A．6FB．7FC.136FD.149F7．解析：某同步卫星质量为m，它在地球表面时受到的引力为F＝GMmR2，当它在离地面高度为6R时，它到地心的距离变为r＝7R，所以它受到引力为F′＝GMm（7R）2＝GMm49R2＝149F，D选项正确．答案：D8．关于地球同步卫星，下列说法正确的是()A．地球同步卫星相对地面是静止的B．质量不同的同步卫星轨道高度不同C．质量不同的同步卫星线速度大小不同D．质量不同的同步卫星角速度不同8．解析：所有同步卫星都处于赤道正上方，高度一定，线速度、角速度、周期都是一定的，与质量无关．答案：A方法归纳同步卫星的角速度和周期与地球自转的角速度和周期相同，位于赤道上空，它的线速度大小、轨道半径都是定值，但各个同步卫星的质量应是不同．考点5经典力学的局限性1．经典力学理论的适用范围：适用于低速(相对于光速而言)、宏观物体．2．经典力学理论的时空观：物体的质量、长度、时间都不随速度而改变．3．狭义相对论的时空观：物体的质量、长度、时间都随速度的改变而改变．►小试身手9．关于经典力学的适用范围和局限性下列说法正确的是()A．天地四方，古往今来发生的一切现象都能够用经典力学来描述B．在高速公路上高速行驶的汽车的运动规律，不能用经典力学来描述C．经典力学对速率远小于真空中光速的宏观物体的运动仍然适用D．现代物理学的发展，使经典力学逐渐失去存在的价值9．解析：经典力学只是人类长期对自然运动规律探索的一个发展阶段，和其他任何理论一样，有其自身的局限性和适用范围．当物体运动的速率接近于真空中的光速时，经典力学的许多观念将发生重大变化，而高速公路上行驶的汽车其速度远远小于真空中光速，经典力学是适用的．现代物理学的发展，并没有使经典力学失去存在价值，经典力学仍将在它的适用范围内大放异彩．故选C.答案：C10．(多选)牛顿定律适用于下列哪些运动()A．研究原子中电子的运动B．研究“神舟”飞船的发射C．研究地球绕太阳的运动D．研究飞机从北京飞往广州10．解析：电子的运动属于微观高速运动，牛顿定律不适用，A错；BCD都是宏观低速运动问题，所以牛顿定律适用．答案：BCD方法归纳牛顿运动定律虽然统一了天上星体的运动与地面上物体运动的规律，但牛顿运动定律不适用于微观世界中物质的结构和能量不连续的现象，对布朗运动、光电效应等现象无法解释，只能用量子力学或相对论解决问题．一、单项选择题Ⅰ：在每小题列出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求．1．下列说法正确的是()A．地球是绕太阳运动的一颗行星B．日心说和地心说的全部内容都是错误的C．太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动D．地球是宇宙的中心，太阳、月亮及其他行星都绕地球运动1．解析：太阳只是行星的中心，但它相对银河系仍在运行．答案：A2．你认为以下对各学者的评价及观点不正确的是()A．万有引力定律是卡文迪许总结提出的B．开普勒总结第谷大量观测资料，提出了开普勒三个定律C．万有引力定律的提出，再一次证明牛顿“……站在了巨人的肩上”D．牛顿运用归纳方法将行星受到的引力推广到所有物体之间都有引力——万有引力2．解析：万有引力定律由牛顿总结、卡文迪许验证．答案：A3．由万有引力定律可知，万有引力恒量G的单位是()A．牛·米2/千克2B．千克2/(牛·米2)C．牛·千克2/米2D．米2/(牛·千克)23．解析：表达式中的常数或系数是否有单位、单位如何．可以根据表达式中其他物理量关系及物理量单位来推导．如F＝GMmR2，则G＝FR2Mm，根据力F、距离R、质量M和m就可以推导引力常数G的单位．答案：A4．我国于2007年10月24日发射的“嫦娥一号”探月卫星已正常工作近8个月了．若已知“嫦娥一号”卫星的质量为m，月球的质量为M，万有引力恒量为G，当“嫦娥一号”与月球球心之间的距离为r时，则它受到月球的万有引力大小为()A．F＝GMmrB．F＝GMmr2C．F＝GMmr3D．F＝GMmr24．解析：根据万有引力定律得F＝GMmr2.答案：B5．人造卫星绕地球做匀速圆周运动，卫星所受万有引力F与轨道半径r的关系是()A．F与r成正比B．F与r成反比C．F与r2成正比D．F