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1、专题九 万有引力定律及天体运动经典力学的成就与局限性,考点 一、万有引力定律及其应用,一、开普勒行星定律1第一定律(轨道定律)：所有行星围绕太阳运动的轨迹都是_2第二定律(面积定律)：太阳和行星的连线在相等的时间内扫过_的面积3第三定律(周期定律)：行星绕太阳公转周期的平方和其轨道半长轴的三次方成_,椭圆,相同,正比,二、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G6.671011 Nm2/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
2、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,FG,AC,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 r 趋于零时，万有引力趋于无限大C任意两个物体间存在吸引力，与 m1、m2 是否相等无关D两物体受到的引力总是大小相等、方向相反，是一对平衡力解析：引力常量 G 是由卡文迪许在实验室测出的；当 r 趋于零时公式不再成立；两个物体间的引力是作用力和反作用力的关系,万有引力定律,A,AR,B2R,C4R,D8R,1-1(单选)(2010年广东学业水平考试)卡文迪许利用扭秤实验测量的物理量是( ) A地球的半径
3、 B太阳的质量 C地球到太阳的距离 D万有引力常数,解析：卡文迪许利用扭秤实验测出了万有引力常量，选D. 答案：D,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 m rm2r；二是_近似等于物体的重力，即Gmg从而得出GMR2g，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,轨道越高（r越大），向心力（Fn）、向心加速度（an）、线速度（v）、角速度（）均减小，但周期（T）增大。,小试身手,2-1、(2012年6月广东学业水平考试)将太阳系中各行星绕太阳的
4、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,B,2-2、 (单选)宇宙飞船在半径为R1的轨道上运行，变轨后的半径为R2，R1R2.宇宙飞船绕地球做匀速圆周运动，则变轨后宇宙飞船的( ) A线速度变小 B角速度变小 C周期变大 D向心加速度变大,2-3(单选)(2010年贵阳会考)我国2005年发射的“神舟六号”载人飞船，与“神舟五号”飞船相比，它在更高的轨道上绕地球做匀速圆周运动，如图所示，下列说法中正确的是( )A“神舟六号”的速度较小 B“神舟六号”的速度与 “神舟五号”的相同 C“神舟六号”的周期更短 D“神舟六号”的周期
5、与“神舟五号”的相同,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,7.9 km/s,发射速度,运行速度,11.2 km/s,3第三宇宙速度(逃逸速度)v16.7 km/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
6、宇宙速度,3-1(单选)关于宇宙速度，下列说法不正确的是(,),A第一宇宙速度 v7.9 km/s，是人造卫星绕地球飞行的,最大速度,C,B第一宇宙速度 v7.9 km/s，是人造卫星绕地球飞行发射的最小速度C当飞船的速度 7.9 km/sv11.2 km/s 时，飞船将会脱离地球D当飞船的速度大于 16.7 km/s 时，飞船将会飞出太阳系解析：当飞船的速度满足 7.9 km/sv11.2 km/s 时，由于飞船做圆周运动的向心力不足，因此，将绕地球做椭圆运动,3-2(单选)当人造卫星进入轨道做匀速圆周运动后，下列,叙述不正确的是(,),C,A在任何轨道上运动时，地球球心都在卫星的轨道平面内
7、B卫星运行速度一定不超过 7.9 km/sC卫星内的物体仍受重力作用，并可用弹簧测力计直接测出所受重力的大小D卫星运行时的向心加速度等于卫星轨道所在处的重力加速度解析：在卫星内的物体处于完全失重状态，不能使用弹簧测力计测重力的大小,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_.,24 h,(2)角速度一定：同步
8、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,4-1、(2011年6月广东学业水平考试)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,4-2 (单选)关于地球同步卫星，下列说法不正确的是( ) A它的周期与地球自转周期相同 B它的周期、高度、角速度都是一定的 C我们国家发
9、射的同步通讯卫星可以定点在北京上空 D我国发射同步通讯卫星必须定点在赤道上空 解析：所有地球同步卫星都定点在赤道上空，且都在同一轨道运动，运动的角速度、周期都相同，周期等于地球自转周期 答案：C 点评：同步卫星定点在赤道上空，与地球自转同步,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
10、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,5-1、(2012年6月广东学业水平考试)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( ) A2.5105 m/s B2.5102 m/s C2.5103 m/s D2.5108 m/s,D,5-2(单选)(2010年广东学业水平考试)在经典力学的建立过程中，牛顿和伽利略均作出了重要贡献，下列说法正确的是( ) A伽利略总结出了惯性定律 B牛顿提出了万有引力定律 C伽利略总结得出作用力和反作用力之间的关系
11、D牛顿利用理想实验推断出匀速运动需要力来维持,解析：伽利略提出了理想斜面实验，证明了匀速运动不需力来维持；而牛顿提出了万有引力定律，选B. 答案：B,经典力学的成就【例 1】(单选，2011 年高州学业水平模拟)历史上首先正确认识力和运动的关系，推翻“力是维持物体运动的原因”的,物理学家是(,),C,A阿基米德C伽利略,B牛顿D亚里士多德,解析伽利略的“理想斜面”实验证实了“力不是维持物体运动的原因”,经典力学的适用范围和局限性【例 2】(单选，2011 年广东学业水平考试)经典力学有一,定的适用范围和局限性，不适合用经典力学描述的运动是(,),A子弹的飞行,D,B飞船绕地球的运行C列车的运行
12、D粒子接近光速的运动解析当物体的运动速率接近光速或微观领域中的结构、能量问题等，经典力学就不再适用,1(单选，2011 年广东学业水平考试)首次测出万有引力,B,常量的科学家是( ） A开普勒C爱因斯坦,B卡文迪许D麦克斯韦,3(单选，2011 年广东学业水平模拟)经典力学的适用范围,(,),C,A高速、微观运动的物体C低速、宏观运动的物体,B高速、宏观运动的物体D低速、微观运动的物体,热点1 行星的运动,【例1】 (2013年江苏学业水平测试)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，
13、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FG 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,Aa Bb Cc Dd,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】 (2012年1月广东学业水平考试)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
14、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FG 可以求出此时的力应为F. 答案：D,变式训练,2(2012年江苏学业水平测试)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( ) AG BG CG DG,D,热点3 人造卫星,【例3】 (2012年6月广东学业水平考试)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( ) Ag Bg/2 Cg/4 Dg/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(2012年江苏学业水平测试)在地面上发射飞行器，如果发射速度大于7.9 km/s，而小于11.2 km/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,
