C万有引力定律的应用

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1、万万 有有 引引 力力 定定 律律 的的 应应 用用复习精要 地球自转对地表物体重力的影响 07届广东惠州市第二次调研考试4 2007年天津理综卷17 2007年理综全国卷 14 2007年高考江苏卷10 2007年理综四川卷17 06年12月广州市X科统考卷13 07年苏锡常镇四市二模14 06-07学年度南京市金陵中学一模14 江苏省启东市07届第一学期期中测试14 2007年上海卷19A 07年江苏省扬州市一模18 2007年理综山东卷22 2007年物理海南卷11 2007年高考广东卷16万万 有有 引引 力力 定定 律的应用律的应用复习精要1.在中学物理范围内，万有引力定律一般应用于

2、天体 在圆周运动中的动力学问题或运动学问题的分析，当 天体绕着某中心天体做圆周运动时，中心天体对该天 体的万有引力就是其做圆周运动所需的向心力,据此 即可列出方程进行定量的分析。2. 一个重要的关系式 由地球自转对地表物体重力的影响3如图所示，在纬度为的地表处，物体所 受的万有引力为mg F向F而物体随地球一起绕地轴自转所需 的向心力为F向=mRcos2 方向垂直于地轴指向地轴，这是物体所受到的万有引 力的一个分力充当的，而万有引力的另一个分力就是 通常所说的重力mg，严格地说：除了在地球的两个极 点处，地球表面处的物体所受的重力并不等于万有引 力，而只是万有引力的一个分力。 由于地球自转缓慢

3、，所以大量的近似计算中忽略了自 转的影响，认为地球表面处物体所受到的地球引力近 似等于其重力，即07届广东惠州市第二次调研考试44已知引力常量G、月球中心到地球中心的距 离R和月球绕地球运行的周期T。仅利用这三个数据，可以估算出的物理量有（ ） A月球的质量B地球的质量C地球的半径D月球绕地球运行速度的大小B D2007年天津理综卷17 17我国绕月探测工程的预先研究和工程实施已取 得重要进展。设地球、月球的质量分别为m1 、m2 ，半径分别为R1 、R2 ，人造地球卫星的第一宇宙速 度为v ，对应的环绕周期为T ，则环绕月球表面附近 圆轨道飞行的探测器的速度和周期分别为 ( )A2007年理

4、综全国卷 1414.据报道,最近在太阳系外发现了首颗“宜居”行星，其质量约为地球质量的6.4倍，一个在地球表面重量为600 N的人在这个行星表面的重量将变为960 N，由此可推知该行星的半径与地球半径之比约为 ( )A. 0.5 B. 2 C. 3.2 D. 4解:由题意可以得到 g=1.6g;由黄金代换GM=gR2可以得到解得R=2RB2007年高考江苏卷1010、假设太阳系中天体的密度不变，天体直径和天体 之间距离都缩小到原来的一半，地球绕太阳公转近似 为匀速圆周运动，则下列物理量变化正确的是 ( )A、地球的向心力变为缩小前的一半B、地球的向心力变为缩小前的1/16C、地球绕太阳公转周期

5、与缩小前的相同D、地球绕太阳公转周期变为缩小前的一半B C解 ：天体的密度不变，天体直径和天体之间距离 都缩小到原来的一半，则地球和太阳的质量缩小到 原来的1/8,地球和太阳的距离缩小到原来的1/2,即地球绕太阳公转的向心力地球绕太阳公转周期T2007年理综四川卷1717.我国探月的“嫦娥工程”已启动，在不久的将来，我国宇航员将登上月球。假如宇航员在月球上测得摆长 为 l 的单摆做小振幅振动的周期为T，将月球视为密度 均匀、半径为r的球体，则月球的密度为 ( )A B C D解：解得：B06年12月广州市X科统考卷13 13.（13分）宇航员在月球表面附近自h高处以初速度 v0水平抛出一个小球

6、，测出小球的水平射程为L已知 月球半径为R，若在月球上发射一颗卫星,使它在月球表 面附近绕月球作圆周运动若万有引力恒量为G，求： (1)该卫星的周期； (2)月球的质量.解： (1)设月球表面附近的重力加速度为g月L=v0t 由解得该卫星的周期(2) 由解得：解得月球的质量：07年苏锡常镇四市二模1414 . ( 14 分)已知地球质量为 M ，地球半径为 R ，引 力常量为G。(1)试利用上述物理量推导第一宇宙速度的表达式（要写出必要的文字说明）(2)若已知第一宇宙速度大小v1= 7.9km/s ，地球半径 R=6.4 103 km,引力常量G =6.6710-11Nm2/kg2，请计算地球

7、的质量（保留两位有效数字） (3)请推导第一宇宙速度的另一种表达式 ，式中 g 为地球表面的重力加速度解： ( l )设发射的人造地球卫星质量为m、速度为v， 它到地心的距离为 r 卫星绕地球做匀速圆周运动的向心力由万有引力提供又近地卫星的轨道半径近似等于地球的半径 r=R联立推得第一宇宙速度(2)由上式得：代入数据解得 M=6.01024 kg (3)地球表面附近重力近似等于万有引力所以06-07学年度南京市金陵中学一模14 14（14分）2003年10月15日，我国成功发射了“神 舟”五号载人宇宙飞船火箭全长58.3m，起飞质量为 479.8t，刚起飞时，火箭竖直升空，航天员杨利伟有 较强

8、的超重感，仪器显示他对座舱的最大压力达到他 体重的5倍飞船进入轨道后，21h内环绕地球飞行了 14圈，将飞船运行的轨道简化为圆形求 点火发射时，火箭的最大推力（g取10 m/s2） 飞船运行轨道与同步卫星的轨道半径之比解：对宇航员进行受力分析并根据牛顿第二定律,有 对火箭应用牛顿第二定律, 有由上式可以解得F5Mg2.4107N飞船运行周期为 T121/14=1.5h, 轨道半径为r1 ,同步卫星运行周期为 T224h, 轨道半径为r2，对飞船及同步卫星分别有于是有解得江苏省启东市07届第一学期期中测试1414太空中有一颗绕恒星作匀速圆周运动的行星，此行星上一昼夜的时间是t,在行星的赤道处用弹

9、簧秤测量物体的重力的读数比在两极时测量的读数小10，已知引力常量为G，求此行星的平均密度。行星上一昼夜的时间是t，即行星的自转周期Tt弹簧称在赤道和两极的读数分别为F1、F2 解：在赤道上， 在两极上，又 F2 F110% F2则则所以2007年上海卷19A19A（10分）宇航员在地球表面以一定初速度 竖直上抛一小球，经过时间t小球落回原处；若他在某星球表面以相同的初速度竖直上抛同一小球， 需经过时间5t,小球落回原处。（取地球表面重力加 速度g10m/s2，空气阻力不计）（1）求该星球表面附近的重力加速度g ；（2）已知该星球的半径与地球半径之比为R星:R地1:4，求该星球的质量与地球质量之

10、比M星:M地。解： （1）所以（2）所以，可解得：07年江苏省扬州市一模1818(16分)有人设想在地球赤道上垂直于地球表面竖 起一根刚性的长杆，杆子的长度是地球半径的若干倍 。长杆随地球一起自转。在长杆上距地面高度为 h=R(R为地球半径)处， 悬挂一个摆长为l，质量为m 的单摆(l远远小于R)。设地球半径R、地球表面的重 力加速度g、地球的自转周期T0均为已知，求：(1)悬挂单摆处随地球自转的向心加速度多大?(2)该单摆的振动周期为多少? (3)单摆悬挂于长杆上距地球表面的高度H为多高处 ，单摆就无法振动?解： （1）由于长杆随地球一起自转，与地球自转角速 度相同，h=R处的向心加速度应为

11、（2）h=R处的重力加速度就等于万有引力产生的 加速度减去物体随地球自转时的向心加速度万有引力产生的加速度所以h=R处的重力加速度由单摆周期公式求出振动周期（3）在地球的同步卫星轨道上引力加速度就是随地 球自转的向心加速度,则同步卫星轨道上重力加速度单摆在地球同步卫星轨道上无法振动。题目2007年理综山东卷22 22.2007年4月24日，欧洲科学家宣布在太阳之外发现 了一颗可能适合人类居住的类地行星Gliese581c。这 颗围绕红矮星Gliese581运行的星球有类似地球的温度 ，表面可能有液态水存在，距离地球约为20光年，直 径约为地球的1.5倍 ，质量约为地球的5倍，绕红矮星 Glie

12、se581运行的周期约为13天。假设有一艘宇宙飞船 飞临该星球表面附近轨道，下列说法正确是 ( ) A.飞船在Gliese581c表面附近运行的周期约为13天 B.飞船在Gliese581c表面附近运行时的速度大于 7.9 km/s C.人在Gliese581c上所受重力比在地球上所受重力大 D.Gliese581c的平均密度比地球平均密度小 B C解： 周期的平方与轨道半径的3次方成正比，飞船在 Gliese581c表面附近运行的周期的周期应小于13天 ，A错.v v1=7.9 km/s, B对C对D错2007年物理海南卷1111设地球绕太阳做匀速圆周运动，半径为R，速度 为v，则太阳的质量

13、可用v、R和引力常量G表示为 _。太阳围绕银河系中心的运动可视为匀速圆周运动 ，其运动速率约为地球公转速率的7倍，轨道半径约 为地球公转轨道半径的2109倍。为了粗略估算银河系中恒星的数目，可认为银河系中所有恒星的质量都 集中在银河系中心，且银河系中恒星的平均质量约等 于太阳质量，则银河系中恒星数目约为 _。1011 解见下页解： 设地球的质量为m,太阳的质量M,由万有引力定律设银河系的质量为M1 2007年高考广东卷1616（12分）土星周围有许多大小不等的岩石颗粒， 其绕土星的运动可视为圆周运动。其中有两个岩石颗 粒A和B与土星中心距离分别为rA=8.0104km和 rB=1.2105km

14、。忽略所有岩石颗粒间的相互作用。（ 结果可用根式表示）（1）求岩石颗粒A和B的线速度之比。（2）求岩石颗粒A和B的周期之比。（3）土星探测器上有一物体，在地球上重为10N，推 算出他在距土星中心3.2105km处受到土星的引力为 0.38N。已知地球半径为6.4103km，请估算土星质量 是地球质量的多少倍？ 第3页解: 设土星质量为M0 ，颗粒质量为m ，颗粒距 土星中心距离为r，线速度为v，根据牛顿第二定律 和万有引力定律：解得：对于A、B两颗粒分别有：和得：第4页设颗粒绕土星作圆周运动的周期为T，则：对于A、B两颗粒分别有：和得：题目设地球质量为M，地球半径为r0，地球上物体的重力 可视为万有引力，探测器上物体质量为m0，在地球表 面重力为G0，距土星中心r0 3.2105 km处的引力为 G0 ，根据万有引力定律：解得：题目第2页