高三一轮复习万有引力定律及其应用.docx
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1、精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -第五章万有引力定律第一单元万有引力定律及其应用基础学问一 . 开普勒运动定律(1) 开普勒第肯定律:全部的行星绕太阳运动的轨道都是椭圆,太阳处在全部椭圆的一个焦点上(2) 开普勒其次定律: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(3) 开普勒第三定律: 全部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 二. 万有引力定律(1) 内容:宇宙间的一切物体都是相互吸引的,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可编辑资料 - - - 欢迎下载精
2、品名师归纳总结(2) 公式: F Gm1 m2 r 2,其中 G6.6710 11 Nm 2 / kg2,称为为有引力恒量。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3 适用条件:严格的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匀称的球体,r是两球心间的距离留意: 万有引力定律把的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,由于的球的自转,因而
3、的球表面的物体随的球自转时需要向心 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的球自转时需要的向心力,如下列图,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运算中因重力和万有引力相差不大,而认为两者相等,即m2g可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结G m1 m2r 2, g=GM/r 2 常用来运算星球表面重力加速度的大小,在的球的同一纬可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结度处,g 随物体离的面高度的增大而减小,即 g=GM/( r+h2,比较得 g =
4、(r)可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2 gh)hrh可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结在赤道处,物体的万有引力分解为两个分力F 向和 m2g 刚好在一条直线上,就有2F F 向 m2g,可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结所以 m2g=F 一 F 向 Gm1 m2 r 2 m2R 自可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结因的球目转角速度很小Gm1m2 r 2. m2R 自, 所以 m2g= Gm1m2 r 2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2假设的球自转加快,即 自变大,由m2g Gm1m2 r 2 m2R 自知物体的重力将
5、变小,当可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 1 页,共 12 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结G m1 m2r 2=m2R 自时, m 2g=0,此时的球上物体无重力,但是它要求的球自转的角速度 自可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3
6、2Gm1 R,比现在的球自转角速度要大得多.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结四. 天体表面重力加速度问题2设天体表面重力加速度为g, 天体半径为R,由 mg=G MmR得 g= G M2R, 由此推得两个不同天体可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结表面重力加速度的关系为g1R2M 12gRM2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结五天体质量和密度的运算212可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结原理: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可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结mM4242 r 3MM3 r 2
7、可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结G2=m2rTr,由此可得:M=2GT。 =V43=R3GT2 R 3( R 为行星的半径)可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结由上式可知,只要用试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 如知道行星的半径就可得行星的密度规律方法1、万有引力定律的基本应用【例 1】如下列图,在一个半径为R、质量为M 的匀称球体中,紧贴球的边缘挖去一个半 径为 R/2 的球形空穴后,对位于球心和空穴中心连线上、与球心相距d 的质点 m 的引力是多大?分析把整个球体对质点的引力看成是挖去的小球体和剩余部分对质点的引力之和,
8、即可得解解完整的均质球体对球外质点m 的引力这个引力可以看成是:m 挖去球穴后的剩余部分对质点的引力F1 与半径为R/2 的小球对质点 的 引 力F2之 和 , 即F=F 1 +F 2 因 半 径 为R/2的 小 球 质 量M / 为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3M /4R3234RMR323 431 M ,8可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结就 F2GM / mMm2G2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结dR / 28 dR / 2所以挖去球穴后的剩余部分对球外质点m 的引力可编辑资料 - - -
9、 欢迎下载精品名师归纳总结F1FF2G Mmd 2GMm8 dR / 2 2GMm7d 28dR2R222可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结8ddR / 2说明( 1)有部分同学认为,假如先设法求出挖去球穴后的重心位置,然后把剩余部分的质量集中于这个重心上,应用万有引力公式求解这是不正确的 万有引力存在于宇宙间任可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 2 页,共 12 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - -
10、 - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结何两个物体之间,但运算万有引力的简洁公式MmFGr 2却只能适用于两个质点或匀称球可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结体,挖去球穴后的剩余部分已不再是匀称球了,不能直接使用这个公式运算引力(2)假如题中的球穴挖在大球的正中心,依据同样道理可得剩余部分对球外质点m 的引力可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结F1FF2G Mmd 2M / mG2dG Mmd 2G mM / 8d 2G 7Mm8d 2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结上式说明,一个均质球壳对球外质点的引力跟把球壳的质量(7M/
11、8 )集中于球心时对质点的引力一样【例 2】某物体在的面上受到的重力为160 N ,将它放置在卫星中,在卫星以加速度a .g随火箭加速上升的过程中,当物体与卫星中的支持物的相互压力为90 N 时,求此时卫星距3的球表面有多远?(的球半径R 6.4 102)km,g 取 10m/s解析:设此时火箭上升到离的球表面的高度为h,火箭上物体受到的支持力为N, 物体受到的重力为mg /,据牛顿其次定律N mg /=ma可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结在 h 高处 mg / GMm在的球表面处mg=G Mm可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结Rh 2R2可编辑资料 - - -
12、欢迎下载精品名师归纳总结把代入得mgR 2N2mahRmg1=1.92 104km.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结hRNma说明 :在本问题中,牢记基本思路,一是万有引力供应向心力,二是重力约等于万有引力周期是 T 0。当气球停在某一高度时,测得该单摆周期为T 。求该气球此时离海平面的高度h。把的球看作质量匀称分布的半径为R 的球体。【例 3】有人利用安装在气球载人舱内的单摆来确定气球的高度。已知该单摆在海平面处的可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结解析:依据单摆周期公式:T02L , T2g0L , 其中 l 是单摆长度, g 0 和 g 分别是两g可编辑资料
13、- - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结的点的重力加速度。依据万有引力公式得gG M , gGM, 其中 G 是引力常数, M可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结02R Rh 2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结是的球质量。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结由以上各式解得hT1 R T0可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结【例 4】登月火箭关闭发动机在离月球表面112 km 的空中沿圆形轨道运动,周期是 120.5 min,月球的半径是1740 km, 依据这组数据运算月球的质量和平均密度2解析:设
14、月球半径为R,月球质量为M ,月球密度为,登月火箭轨道离月球表面为h,运可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结动周期为 T ,火箭质量为m,由 GMm/r 2=m4r/T2 得 M=4 2r3/GT 2),=M/V ,其中 V=4 2R3/3 ,可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结(2222可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结就 F 向=m r=m4 ( R+h)/T ,F 引=GMm/ (R+h ) ,火箭沿轨道运行时有F 引 =F 向,即 GMm/可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结(R+h ) 2= m4 2( R+h) /T2故 M=4 2
15、( R+h) 3/(GT 2)2 =7.2 1022kg, =3M/4R3=3.26 103kg/m3【例 5】已知火星上大气压是的球的1/200火星直径约为球直径的一半,的球平均密度 的可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 3 页,共 12 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结=5.5310 kg/m3,火星平均密度 =4 1033 试求火星上大气
16、质量与的球大气质量之比可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结火kg/m分析包围天体的大气被吸向天体的力就是作用在整个天体表面(把它看成平面时)的大气压力利用万有引力算出火星上和的球上的重力加速度之比,即可算出它们的大气质量之比解设火星和的球上的大气质量、重力加速度分别为m 火 、g 火 、m 的、g 的,火星和的球可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结上的大气压分别为p火m火 g 火2,p的m的 g的2,据万有引力公式,火星和的球上的重力加速可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结4 R火4 R 的可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结度分别为 g 火M
17、火RG2,火可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结M 的Rg的G2的,式中 M 火43R3火火,M的43R3的的综合上述三式得可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结m火P火R的的115.m的P的R火火2002453.410 3可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结【例 6】一个宇航员在半径为R 的星球上以初速度v0 竖直上抛一物体,经ts 后物体落回宇航员手中为了使沿星球表面抛出的物体不再落回星球表面,抛出时的速度至少为多少?解析: 物体抛出后,受恒定的星球引力作用,做
18、匀减速运动,遵循着在的面上竖直上抛时的 同 样 规 律 设星 球 对 物体 产 生 的 “重 力 加速 度 ”为g x , 就 由 竖直 上 抛 运动 的 公 式得为使物体抛出后不再落回星球表面,应使它所受到的星球引力正好等于物体所需的向心力,即成为卫星发射了出去。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结得 vxRgx2Rv0t这个速度即是这个星球上发射卫星的第一宇宙速度。,可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结【例 7】在“士气”号火星探测器着陆的最终阶段,着陆器降落到火星表面上,再经过多次弹跳才停下来。假设着陆器第一次落到火星表面弹起后,到达最高点时高度为h,速度方向是水
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