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1、万有引力定律 及其应用1. 万有引力定律 F= GmM/r2 适用于质点或均匀球体。 2.重力是物体在地球表面附近所受到的地球对它的引力.3. 天体做匀速圆周运动的向心力就是它受到的万有引 力 GmM/r2 =ma =mv2 / r =m2 r=m 42 r/T24. 一个重要的关系式 由GmM地/R地2 =mg GM地 =gR地 25.开普勒第三定律 T2/R3=k （R为行星轨道的半长轴） 6. 第一宇宙速度在地面附近环绕地球做匀速圆周运动的 最小速度， v1=7.9km/s第二宇宙速度脱离地球引力的束缚，成为绕太阳运动 的人造行星， v2=11.2km/s第三宇宙速度 脱离太阳引力的束缚
2、，飞到太阳系以外 的宇宙空间去 v3=16.7km/s例1关于万有引力定律和引力常量的发现，下面 说法中哪个是正确的 （ ）A万有引力定律是由开普勒发现的，而引 力常量是由伽利略测定的B万有引力定律是由开普勒发现的，而引 力常量是由卡文迪许测定的C万有引力定律是由牛顿发现的，而引力 常量是由胡克测定的D万有引力定律是由牛顿发现的，而引力 常量是由卡文迪许测定的D例2关于第一宇宙速度，下面说法正确的有（ ）A 它是人造卫星绕地球飞行的最小速度B 它是发射人造卫星进入近地圆轨道的最小速度 C它是人造卫星绕地球飞行的最大速度D 它是发射人造卫星进入近地圆轨道的最大速度。B C（提示：注意发射速度和环
3、绕速度的区别）练习已知金星绕太阳公转的周期小于地球绕太阳 公转的周期，它们绕太阳的公转均可看做匀速圆周 运动，则可判定 （ ）A金星到太阳的距离大于地球到太阳的距离B金星运动的速度小于地球运动的速度C金星的向心加速度大于地球的向心加速度D金星的质量大于地球的质量C例3若已知某行星绕太阳公转的半径为r，公转的周 期为T，万有引力常量为G，则由此可求出（ ）A某行星的质量 B太阳的质量C某行星的密度 D太阳的密度B练习一颗人造地球卫星在离地面高度等于地球半径的圆形轨道上运行，其运行速度是地球第一宇宙速度 的 倍.此处的重力加速度g= .（已知地球表面处重力加速度为g0） 0.25 g0练习、 从地
4、球上发射的两颗人造地球卫星A和B， 绕地球做匀速圆周运动的半径之比为RARB=41， 求它们的线速度之比和运动周期之比。【分析解答】卫星绕地球做匀速圆周运动，万有 引力提供向心力，根据牛顿第二定律有GMm/R2=mv2/Rv2=GM/R 1/R vA/vB=1/2GMm/R2=m42R/T2 T2 R3 （开普勒第三定律 ） TA/TB=8 1 例4、假如一做圆周运动的人造地球卫星的轨道半径增大到原来的2倍，仍做圆周运动，则 （ ）A. 根据公式v=r，可知卫星的线速度将增大到原来 的2倍B. 根据公式F=mv2 /r，可知卫星所需的向心力将减少 到原来的1/2C. 根据公式F=GMm/r2，
5、可知地球提供的向心力将减少到原来的1/4D. 根据上述B和C中给出的公式，可知卫星运动的线速度将减少到原来的C D04年江苏高考4若人造卫星绕地球作匀速圆周运动，则下列说 法正确的是 （ ）A.卫星的轨道半径越大，它的 运行速度越大B.卫星的轨道半径越大，它的 运行速度越小C.卫星的质量一定时，轨道半径越大，它需要的向心力越大 D.卫星的质量一定时，轨道半径越大，它需要的向心力越小B D例5一宇宙飞船在离地面h的轨道上做匀速圆周运 动，质量为m的物块用弹簧秤挂起，相对于飞船静止 ，则此物块所受的合外力的大小为 .（已知地球半径为R，地面的重力加速度为g）练习月球表面重力加速度为地球表面的1/6
6、，一位在地球表面最多能举起质量为120kg的杠铃的运动员，在月球上最多能举起 （ ）A120kg 的杠铃 B720kg 的杠铃C重力600N 的杠铃 D重力720N 的杠铃B例6若某行星半径是R，平均密度是，已知引力常量是G，那么在该行星表面附近运动的人造卫星的线速度大小是 . 练习如果发现一颗小行星，它离太阳的距离是地球 离太阳距离的8倍，那么它绕太阳一周的时间应是年. 例7三颗人造地球卫星A、B、C 绕地球作匀速圆周运 动，如图所示，已知MA=MB vB = vCB周期关系为 TA TB = TCC向心力大小关系为FA=FB FCD半径与周期关系为CAB地球A B D 练习、人造地球卫星在
7、绕地球运行的过程中，由于 高空稀薄空气的阻力影响，将很缓慢地逐渐向地球 靠近，在这个过程，卫星的 ( )(A) 机械能逐渐减小 (B) 动能逐渐减小(C) 运行周期逐渐减小 (D) 加速度逐渐减小A C例8如图所示，有A、B两颗行星绕同一颗恒星M做圆周运动 ，旋转方向相同，A行星的周期为T1，B行星的周期为T2，在某一时刻两行星相距最近，则 （ ）A经过时间 t=T1+T2两行星再次相距最近B 经过时间 t=T1T2/(T2-T1)，两行星再次相距最近C经过时间 t=(T1+T2 )/2，两行星相距最远D经过时间 t=T1T2/2(T2-T1) ，两行星相距最远MAB解：经过时间 t1 ， B
8、 转n 转，两行星再次相距最近， 则A 比B多转1 转t1 =nT2 =（n+1）T1n= T1/(T2-T1)， t1 =T1T2/(T2-T1) ，经过时间 t2 ， B 转m 转，两行星再次相距 最远， 则A比B多转1/2 转 t2 =mT2 =（m+1/2）T1m= T1/2(T2-T1) t2 =T1T2/2(T2-T1) B D例9宇宙飞船要与轨道空间站对接，飞船为了 追上轨道空间站 （ ）A只能从较低轨道上加速B只能从较高轨道上加速C只能从空间站同一高度轨道上加速D无论从什么轨道上加速都可以A练习地球的质量约为月球的81倍，一飞行器在地球与月球之间，当地球对它的引力和月球对它 的
9、引力大小相等时，这飞行器距地心的距离与距 月心的距离之比为 .91例10物体在一行星表面自由落下，第1s内下落了 9.8m，若该行星的半径为地球半径的一半，那么它的 质量是地球的 倍.解：h=1/2gt2 g=19.6m/s2 = 2gmg= G mM/r 2 mg= G mM/R 2 G M/r 2= 2GM/R 2M / M = 2r2 / R2 = 21/4 = 1/21/2例11一物体在地球表面重16N，它在以5m/s2的加 速度加速上升的火箭中的视重为9N，则此火箭离开 地球表面的距离是地球半径的 （ ）A1倍 B2倍 C3倍 D4倍解： G=mg=16N F-mg=mamg=F-m
10、a = 9-1/2mg = 9 8 = 1N g=1/16gGM/(R+H) 2= 1/16GM/R 2H=3RC例12地球绕太阳公转周期为T1，轨道半径为R1，月球 绕地球公转的周期为T2，轨道半径为R2，则太阳的质量 是地球质量的多少倍.解：例13地核的体积约为整个地球体积的16%，地 核的质量约为地球质量的34%，地核的平均密度为kg/m3 (G取6.671011Nm2/kg2， 地球半径R=6.4106m，结果取两位有效数字) 解：GmM球/R球2=mgM球=gR球2/G球=M球/V球=3M球/(4R球3 )=3g / （4 R球G）=30/ (46.41066.6710-11 ) =
11、5.6 103 kg/m3核=M核/V核=0.34 M球/0.16V球=17/8 球=1.2 104 kg/m31.2104例14某行星上一昼夜的时间为T=6h，在该行星赤 道处用弹簧秤测得一物体的重力大小比在该行星两 极处小10%，则该行星的平均密度是多大？（G取 6.671011Nm2/kg2）解：由题意可知赤道处所需的向心力为重力的10%两个星球组成双星，它们在相互之间 的万有引力作用下，绕连线上某点做周期相同的匀速 圆周运动。现测得两星中心距离为R，其运动周期为 T，求两星的总质量。2001年春18.O解答：设两星质量分别为M1和M2，都绕连线上O点 作周期为T 的圆周运动，星球1和星
12、球2到O 的距离分 别为l 1和 l2 由万有引力定律和牛顿第二定律及几何 条件可得l 1l 2 M2M1l 1 + l2 = R联立解得例15有一双星各以一定的速率绕垂直于两星连线的轴转动，两星与轴的距离分别为l1和l2， 转动周期为T，那么下列说法中错误的（ ）A这两颗星的质量必相等 B这两颗星的质量之和为 42（l1+l2）3/GT2C这两颗星的质量之比为 M1/M2=l2/l1 D其中有一颗星的质量必为42 l1 （l1+l2）2/GT2提示：双星运动的角速度相等A2003年江苏高考14 、（12分）据美联社2002年10月7日报道 ，天文学家在太阳系的9大行星之外，又发现了一颗比地球
13、小 得多的新行星，而且还测得它绕太阳公转的周期约为288年. 若把它和地球绕太阳公转的轨道都看作圆，问它与太阳的距 离约是地球与太阳距离的多少倍. （最后结果可用根式表示）解：设太阳的质量为M；地球的质量为m0,绕太阳公转的周 期为T0，太阳的距离为R0，公转角速度为0；新行星的质量为 m，绕太阳公转的周期为T，与太阳的距离为R，公转角速度 为 ，根据万有引力定律和牛顿定律，得由以上各式得已知 T=288年，T0=1年 得1990年5月，紫金山天文台将他们发现的第2752号 小行星命名为吴键雄星，该小行星的半径为16 km。 若将此小行星和地球均看成质量分布均匀的球体，小 行星密度与地球相同。
14、已知地球半径R=6400km，地 球表面重力加速度为g。这个小行星表面的重力加速 度为 （ ）A400g Bg/400 C20g D g/2004年北京20解：设小行星和地球的质量、半径分别为m吴、M地、r吴、R地密度相同 吴=地 m吴/r吴3=M地/R地3由万有引力定律 g吴=Gm吴r吴2 g地=GM地R地2g吴/ g地=m吴R地2M地r吴2= r吴 R地=1/400B（16分）某颗地球同步卫星正下方的地 球表面上有一观察者，他用天文望远镜观察被太阳光 照射的此卫星，试问，春分那天（太阳光直射赤道） 在日落12小时内有多长时间该观察者看不见此卫星？ 已知地球半径为R，地球表面处的重力加速度为g,地球 自转周期为T，不考虑大气对光的折射。04年广西16解：设所求的时间为t，用m、M分别表示卫星和地 球的质量，r 表示卫星到地心的距离.春分时，太阳光直射地球赤道，如图所示， 图中圆E表示赤道，S表示卫星， A表示观察者，O表示地心.SRAEOr阳光由图可看出当卫星S绕地心O转到图示位置以后（设地 球自转是沿图中逆时针方向），其正下方的观察者将 看不见它. 据此再考虑到对称性，有rsin =R 由以上各式可解得例16.“神舟三号”顺利发射升空后，在离地面340km的圆
