9专题 万有引力定律(41张ppt).ppt

专题九万有引力定律经典力学的成就与局限性 考点1万引有力定律 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 且G 6 67 10 11N m2 kg2 第一次在实验室中较准确测量出G的是英国科学家 3 适用条件 适用于相距很远 可看作质点的两物体间的相互作用 若两物体是质量分布均匀的球体 则r为两球体球心间的距离 相互吸引力 两物体的质量乘积 它们间距离的二次方 卡文迪许 F G 小试身手 首次测出万有引力常量的科学家是 A 开普勒B 卡文迪许C 爱因斯坦D 麦克斯韦 B 考点2万有引力定律的应用 1 解题的相关知识 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 即F引 F向 具体来讲就是 G m mr m 2r 二是 近似等于物体的重力 即G mg从而得出GM R2g 式中R为地球半径 g为地表的重力加速度 天体之间的万有引力 地球对物体的万有引力 2 判断卫星或行星的绕行速度 角速度 周期与半径的关系 由G m m 2r mr 可得 1 v 即r越大 v越小 2 即r越大 越小 3 T 即r越大 T越大 小试身手 将太阳系中各行星绕太阳的运动近似看作匀速圆周运动 则离太阳越远的行星 A 角速度越大B 周期越大C 线速度越大D 向心加速度越大 A 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 7 9km s 发射速度 运行速度 11 2km s 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 小试身手 人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度 称为第一宇宙速度 第一宇宙速度大小是 A 11 2km sB 7 9km sC 16 7km sD 7 9m s B 考点4地球同步卫星 1 所谓地球同步卫星 是指位于赤道平面内相对于地面静止的 以和地球自转角速度相同的角速度绕地球运行的人造地球卫星 因为同步卫星主要用于通信等方面 故同步卫星又叫通信卫星 2 同步卫星具有以下特点 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 关于地球同步卫星 下列说法正确的是 A 卫星距地面的高度不确定B 卫星的运行轨道在地球的赤道平面内C 卫星的运行周期与地球的自转周期相同D 卫星的运行角速度与地球的自转角速度相同 BCD 考点5经典力学的适用范围和局限性 1 在经典力学中 物体的质量是不随运动状态改变的 而狭义相对论认为 物体的质量随着物体运动速度的增大而增大 2 宏观物体与微观粒子行为的差异 宏观物体具有粒子性 而微观粒子不仅具有粒子性 同时还具有波动性 又称波粒二象性 3 经典力学理论的适用范围 弱相互作用下 低速运动的宏观物体 人类对自然界的认识过程都是从肤浅到深刻 从片面到全面 一步步深入 一步步完善 所以理论的完善也需要一个过程 经典力学理论不可能穷尽一切真理 必有其局限性 现在可认为经典理论是狭义相对论和量子理论的特例 小试身手 经典力学规律有其局限性 物体以下列哪个速度运动时 经典力学规律不适用 A 2 5 10 5m sB 2 5 102m sC 2 5 103m sD 2 5 108m s D 热点1行星的运动 例1 2012年12月 经国际小行星命名委员会批准 紫金山天文台发现的一颗绕太阳运行的小行星被命名为 南大仙林星 如图所示 轨道上a b c d四个位置中 该行星受太阳引力最大的是 解析 南大仙林星 绕太阳运行时 该行星受太阳引力可以由公式F G比较出 a点与太阳间距最小 则a点受到太阳引力最大 答案 A A aB bC cD d 变式训练 1 把太阳系各行星的运动近似看作匀速圆周运动 比较各行星周期 则离太阳越远的行星 A 周期越小B 周期越长C 周期都一样D 无法确定 B 热点2万有引力定律 例2 一个物体在地球表面所受的万有引力为F 则该物体在距离地面高度为地球半径的2倍时 所受万有引力为 A B C D 解析 物体在地球表面时 物体距地心的距离是地球半径R 所受的万有引力为F 该物体在距离地面高度为地球半径的2倍时 此时物体距离地心的距离为3R 由万有引力公式F G可以求出此时的力应为F 答案 D 变式训练 2 2012年2月25日 我国成功发射了第11颗北斗导航卫星 标志着北斗卫星导航系统建设又迈出了坚实一步 若卫星质量为m 离地球表面的高度为h 地球质量为M 半径为R G为引力常量 则地球对卫星万有引力的大小为 A GB GC GD G D 热点3人造卫星 例3 某人造卫星绕地球做匀速圆周运动 已知卫星距离地面高度等于地球半径 地球表面的重力加速度为g 则卫星的向心加速度为 A gB g 2C g 4D g 8 解析 卫星距离地面高度等于地球半径时 卫星离地心的间距为地球半径的2倍 受到地球的万有引力只有地表面处的1 4 则卫星的向心加速度为g 4 答案 C 变式训练 3 在地面上发射飞行器 如果发射速度大于7 9km s 而小于11 2km s 则它将 A 围绕地球做圆周运动B 围绕地球做椭圆运动C 挣脱地球的束缚绕太阳运动D 挣脱太阳的束缚飞离太阳系 B 热点4卫星中的超重与失重 例4 某空间站绕地球做匀速圆周运动 在空间站中不能正常使用的仪器是 A 电子表B 天平C 电子温度计D 电压表 解析 空间站绕地球做匀速圆周运动时 空间站中所有物体处于完全失重状态 与重力有关的仪器不能使用 此时天平托盘中的物体对天平没有压力 天平测不出物体的质量 答案 B 变式训练 4 某空间站绕地球做匀速圆周运动 如果在空间站中用天平测量物体的质量 下列说法正确的是 A 所测得的质量比地球上的小B 所测得的质量比地球上的大C 无法测出物体的质量D 所测得的质量与地球上的相等 C 一 单项选择题 1 发现万有引力定律的科学家是 A 牛顿B 安培C 爱因斯坦D 库仑 A 2 牛顿得出万有引力定律100多年以后 英国物理学家卡文迪许在实验室里测出了引力常量G的数值 在国际单位制中G的单位是 A kg2 N m2 B N kg2 m2C N m2 kg2D G是常量没有单位 C 3 关于万有引力定律及其应用 下列说法正确的是 A 两物体间的万有引力是一对平衡力B 伽利略发现了万有引力定律C 利用万有引力定律可计算天体的质量D 两物体间的万有引力大小与物体间的距离成反比 解析 两物体间的万有引力是一对作用力与反作用力 其大小与物体间的距离的平方成反比 利用万有引力定律可计算天体的质量 答案 C 二 单项选择题 11 第一次通过实验比较准确地测出万有引力常量的科学家是 A 德国科学家开普勒B 英国科学家牛顿C 意大利科学家伽利略D 英国科学家卡文迪许 D 12 对人造地球卫星 可以判断 A 因为v 所以环绕速度随R增大而增大B 因为v R 所以环绕速度随R增大而增大C 因为F 所以当R增大到原来的2倍时 卫星所需的向心力减为原来的D 因为F 所以当R增大到原来的2倍时 卫星所需的向心力减为原来的 解析随着人造地球卫星的轨道半径R增大 卫星所在处的重力加速度g会减小 卫星运行的角速度 会减小 线速度v也会减小 因此A B D选项错误 而卫星的向心力由万有引力提供 所以C正确 答案 D 13 地球质量大约是月球质量的81倍 在登月飞船通过月 地之间的某一位置时 月球和地球对它的引力大小相等 该位置到月球中心和地球中心的距离之比为 A 1 27B 1 9C 1 3D 9 1 解析 答案 B 三 多项选择题16 在绕地球运行的人造地球卫星上 下列哪些仪器不能正常使用 A 天平B 弹簧秤C 摆钟D 水银气压计 解析 卫星上的物体受到地球引力 即重力 作用 但是由于物体的重力完全用来提供向心力 因此物体处于完全失重的状态 因此凡是制造原理与重力有关的均不能正常使用 答案 ACD 17 对于万有引力定律的表述式F G 下面说法中正确的是 A 公式中G为引力常量 它是由实验测得的 而不是人为规定的B 当m1与m2一定时 随着r的增大 万有引力逐渐减小C m1与m2受到的引力大小总是相等的 方向相反 是一对平衡力D m1与m2受到的引力总是大小相等的 而与m1 m2是否相等无关 解析 公式中G为引力常量 它是由实验测得的 而不是人为规定的 当m1与m2一定时 随着r的增大 万有引力逐渐减小 它们之间的万有引力是