高考物理一轮复习（要点+命题导向+策略）415万有引力定律.ppt

课时15万有引力定律 考点一开普勒行星运动定律 基础梳理 开普勒第一定律 所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆 太阳处在椭圆的焦点上 开普勒第二定律 行星与太阳的连线在相同的时间内扫过的面积相等 开普勒第三定律 所有行星轨道半长轴的三次方跟公转周期平方的比值都相等 即 k 疑难详析 研究天体运行时 太阳系中的九大行星及卫星运动的椭圆轨道的两个焦点相距很近 因此行星的椭圆轨道都很接近圆 在要求不太高时 通常可以认为行星以太阳为圆心做匀速圆周运动 这样做使处理问题的方法大为简化 而得到的结果与行星的实际运行情况相差并不很大 在上述情况下 k的表达式中a就是圆的半径r 利用 k的结论解决某些问题很方便 深化拓展 在太阳系中 比例系数k是一个与行星无关的常量 但不是恒量 在不同的星系中 k值不相同 该定律不仅适用于行星 也适用于其他天体 如对绕地球飞行的卫星来说 它们的k值相同与卫星无关 考点二万有引力定律 基础梳理 1 内容宇宙间的一切物体都是相互吸引的 引力的大小跟它们质量的乘积成正比 跟它们距离的平方成反比 2 公式f g为万有引力常量 g 6 67 10 11n m2 kg23 适用条件适用于相距很远 可以看作质点的物体之间的相互作用 质量分布均匀的球体可以认为质量集中于球心 也可用此公式计算 其中r为两球心之间的距离 疑难详析 研究天体运动的基本方法研究人造卫星 行星等天体的运动时 我们进行了以下近似处理 中心天体是不动的 环绕天体以中心天体的球心为圆心做匀速圆周运动 环绕天体只受到中心天体的万有引力作用 这个引力提供环绕天体做圆周运动的向心力 即f万 f向 这是每年高考必考的内容 一般把万有引力定律和圆周运动结合起来进行考查 或与运动学以及新的前沿知识联系起来命题 若以选择题形式出题 题型会比较常见 若为计算题 或数学运算繁琐或几何关系较复杂 或综合性较强 物理背景比较新颖 深化拓展 在地球表面上物体的重力是否就是万有引力地球在不断地自转 地面上一切物体随地球都在做圆周运动 这些圆周平面垂直于地轴而和纬线相合 做匀速圆周运动的物体需要向心力 这个向心力是由物体所受的合力来提供 即向心力等于万有引力和所受的支持力的合力 地球上物体的重力应该等于它受到的地球引力和它随同地球自转所需向心力的矢量差 从上面分析可知 物体的重力是由地球对物体的引力而产生的 除两极 两极处无向心力 外 物体重力都不等于万有引力 应该指出 重力和万有引力的差值是不大的 以需要向心力最大的赤道为例 向心力仅是万有引力的0 34 重力是万有引力的99 66 因此在粗略计算中可近似认为重力等于万有引力 题型一对开普勒行星运动定律的理解 例1 飞船以半径为r的圆周绕地球运动 其周期为t 如果飞船要返回地面 可在轨道的某一点a处 将速率降低到适当数值 从而使飞船沿着以地心为焦点的椭圆轨道运动 椭圆和地球表面在b点相切 如图1所示 如果地球半径为r0 求飞船由a点到b点所需要的时间 图1 题后反思 开普勒三定律虽然描述的是行星的运动规律 同样适用于卫星的运动规律 在第三定律的应用中 只是k值不同 图2 据 环球时报 报道 神舟 三号飞船发射升空后 美国方面立即组织力量进行追踪 但英国权威军事刊物 简史防务周刊 评论说 这使美国感到某种程度的失望 美国追踪失败的原因是 神舟 三号在发射数小时后 进行了变轨操作 后期轨道较初始轨道明显偏低 如图2所示 开始飞船在轨道1上运行几周后 在q点开启发动机喷射高速气体使飞船减速 随即关闭发动机 飞船接着沿椭圆轨道2运行 到达p点再次开启发动机 使飞船速度变为符合圆轨道3的要求 进入轨道3后绕地球做圆周运动 则飞船在轨道2上从q点到p点的过程中 运行速率将 a 保持不变b 逐渐增大c 逐渐减小d 先减小后增大解析 由开普勒第二定律可知 飞船与地球的连线在相等的时间内扫过相等的面积 连线越短 单位时间内通过的弧长越长即速率越大 b正确 答案 b 题型二计算星体的质量和密度 例2 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 s 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 引力常量g 6 67 10 11n m2 kg2 分析 设想中子星赤道处有一小块物质 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 答案 1 27 1014kg m3 2009 全国卷 天文学家新发现了太阳系外的一颗行星 这颗行星的体积是地球的4 7倍 质量是地球的25倍 已知某一近地卫星绕地球运动的周期约为1 4小时 引力常量g 6 67 10 11n m2 kg2 由此估算该行星的平均密度约为 a 1 8 103kg m3b 5 6 103kg m3c 1 1 104kg m3d 2 9 104kg m3 答案 d 题型三计算天体表面的重力加速度 例3 地球质量约为月球质量的81倍 地球半径约为月球半径的3 8倍 则地球表面重力加速度是月球表面重力加速度的多少倍 如果分别在地球和月球表面以相同初速度上抛一物体 物体在地球上上升高度是在月球上上升高度的几倍 题后反思 前面已经知道地球上不同纬度 不同高度的地方 重力加速度不同 这里我们又得到不同星球由于质量 半径不同 在表面对同一物体的引力不同 重力加速度也不同 同一物体从一个星球移到另一个星球 质量不变 重力发生变化 2009 江苏高考 英国 新科学家 newscientist 杂志评选出了2008年度世界8项科学之最 在xtej1650 500双星系统中发现的最小黑洞位列其中 若某黑洞的半径r约45km 质量m和半径r的关系满足 其中c为光速 g为引力常量 则该黑洞表面重力加速度的数量级为 a 108m s2b 1010m s2c 1012m s2d 1014m s2 答案 c 1 2009 浙江高考 在讨论地球潮汐成因时 地球绕太阳运行轨道与月球绕地球运行轨道可视为圆轨道 已知太阳质量约为月球质量的2 7 107倍 地球绕太阳运行的轨道半径约为月球绕地球运行的轨道半径的400倍 关于太阳和月球对地球上相同质量海水的引力 以下说法正确的是 a 太阳引力远大于月球引力b 太阳引力与月球引力相差不大c 月球对不同区域海水的吸引力大小相等d 月球对不同区域海水的吸引力大小有差异 解析 本题考查万有引力定律 意在考查考生运用万有引力定律解决问题的能力 由万有引力定律f 可知 太阳对地球上相同质量水的引力大约是月球引力的170倍 故a正确 b错 不同海域的水与月球的距离不一样 故引力也不一样 所以c错 d正确 答案 ad 2 最近 科学家在望远镜中看到太阳系外某一恒星有一行星 并测得它围绕该恒星运动一周所用的时间为1200年 它与该恒星的距离为地球到太阳距离的100倍 假定该行星绕恒星运行的轨道和地球绕太阳运行的轨道都是圆周 仅利用以上两个数据可以求出的量有 a 恒星质量与太阳质量之比b 恒星密度与太阳密度之比c 行星质量与地球质量之比d 行星运行速度与地球公转速度之比 答案 ad 3 2008 江苏高考 火星的质量和半径分别约为地球的和 地球表面的重力加速度为g 则火星表面的重力加速度约为 a 0 2gb 0 4gc 2 5gd 5g 答案 b 4 2008 宁夏高考 天文学家将相距较近 仅在彼此的引力作用下运行的两颗恒星称为双星 双星系统在银河系中很普遍 利用双星系统中两颗恒星的运动特征可推算出它们的总质量 已知某双星系统中两颗恒星围绕它们连线上的某一固定点分别做匀速圆周运动 周期均为t 两颗恒星之间的距离为r 试推算这个双星系统的总质量 引力常量为g 解析 设两颗恒星的质量分别为m1 m2 做圆周运动的半径分别为r1 r2 角速度分别为 1 2 根