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1、万有引力定律 内容：自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的大小与物体的质量m和m的乘积成正比，与它们之间的距12离r的二次方成反比。即：其中G=6.67X IOfN” jmGmm 适用条件r21可看成质点的两物体间，r为两个物体质心间的距离。2质量分布均匀两球体间，r为两球体球心间距离。 运用万有引力与重力的关系：重力是万有引力的一个分力，一般情况下， 可认为重力和万有引力相等。 忽略地球自转可得：mg = GMm2二. 重力和地球的万有引力：R1.地球对其表面物体的万有引力产生两个效果：(1) 物体随地球自转的向心力：F =mR(2n/T ) 2，很小。GMv=、rGMl r3I r3T伞G
2、Mr2r越大，v越小，3越小，a越小，T越大。4.中心天体质量M和密度P的估算：向0Ii由于纬度的变化，物体做圆周运动的向心力不断变化，因而表面物体的重力随纬度的变化而变化。丿(2) 重力约等于万有引力：在赤道处：F二F. + mg，所以吨=f - f =沁-2 r 因地球自转角速度很向向 R 2自小，现 mo 2 R，所以g =黑。R 2自R 2说明：如果有些星球的自转角速度非常大，那么万有引力的向心力分力就会很大，重力就相应减小，就不能再认 为重力等于万有引力了。如果星球自转速度相当大，使得在它赤道上的物体所受的万有引力恰好等于该物体随星 球自转所需要的向心力，那么这个星球就处于自行崩溃的
3、临界状态了。在地球的同一纬度处，g随物体离地面髙度的增大而减小，即g = GM 。(R + h)2强调：沪GM/R2不仅适用于地球表面，还适用于其它星球表面。2绕地球运动的物体所受地球的万有引力充当圆周运动的向心力，万有引力、向心力、重力三力合一。 即.G M m/R2=m a 二mg. g二a =G M/R2*向向三. 天体运动：1. 开普勒行星运动规律：(1) 所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上。(2) 对每一个行星而言，太阳行星的连线在相同时间内扫过的面积相等。(3) 所有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。其表达式为：空=k，其中R
4、是椭T 2圆轨道的半长轴，T是行星绕太阳公转的周期，其中k是只与中心天体的质量有关，与做圆周运动的天体的质量 无关。2基本问题是研究星体(包括人造星体)在万有引力作用下做匀速圆周运动。 基本方法：将天体运动理想化为匀速圆周运动，所需的向心力由万有引力提供。即：G M m/r2=m V2/r=m 2 - r=m (2 n /T) 2 - r3. 绕行中心星体的运动的快慢与绕行半径的关系：测量卫星绕天体匀速圆周运动的半径r和周期T,由GMm/r2=mr(2n/T) 2得M=4 n 2?d/G?T2再测量天体 44的半径，得到 P =M/V=M/ ( - n?R3)=4 n 2?r3/ (G?T2?
5、 - n?R3)=3 n ?/ (G?T2?R3)33若卫星绕天体表面圆周运动，则：P=3n/ (G?T2)5计算重力加速度地球表面附近(hR)方法：万有引力心重力mg = GRm地球上空距离地心r=R+h处方法：在质量为M,半径为R的任意天体表面的重力加速度g”方法：6. 双星：宇宙中会有相距较近，质量可以相比的两颗星球，它们离其它星球较远，因此其它星球对它们的万有引力可以忽略。这种情况下，它们将各自围绕它们连线上的某一点做同周期的匀速圆周运动，叫做双星。1）由于双星和该固定点总保持三点共线，所以在相同时间内转过的角度必相等，即双星做匀速圆周运动的角速度必相等，因此周期也必然相同。（2）由于
6、每颗星的向心力都是由双星间相互作用的万有引力提供的，因此大小必然相等，由F=mr2可得 丄,GC m（3）公式：L,r22Rm1m + m1m2vRvmL，即固定点离质量大的星较近。注意：万有引力定律表达式中的r表示双星间的距离，按题意应该是L，而向心力表达式中的r表示它们各自做 圆周运动的半径，在本题中为r2,千万不可混淆。当我们只研究地球和太阳系统或地球和月亮系统时（其他星体对它们的万有引力相比而言都可以忽略不计），其 实也是一个双星系统，只是中心星球的质量远大于环绕星球的质量，因此固定点几乎就在中心星球的球心。可以 认为它是固定不动的。7. 人造地球卫星：（1）近地卫星：近地卫星的轨道半
7、径r可以近似地认为等于地球半径R，又因为地面附近g = GM，所以有 g R 2v = gR = 7.9x 103m/s,T = 2n = 5.1 x 103s = 85min。它们分别是绕地球做匀速圆周运动的人造卫星的最大 g线速度和最小周期。（2）地球同步卫星：（通讯卫星）运动周期与地球自转周期相同，且T=24h；运转角速度等于地球自转的角 速度，周期等于地球自转的周期；同步卫星髙度不变，运行速率不变（因为T不变）；同步卫星的轨道平面 必须与赤道平面平行，在赤道正上方。（3）三种宇宙速度： 第一宇宙速度（环绕速度）：人造地球卫星最小的发射速度，等于物体近地圆运动的运行速度。推导：由 G M
8、 m/R2=m v/R 或 m g=m v/R得 V= G - M / r = ： g - R =7.9km/s 第二宇宙速度（脱离速度）：物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度v2=11.2km/s 第三宇宙速度（逃逸速度）：物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度。v3=16.7km/s（四）同步卫星的特点：3地球同步卫星是相对地球表面静止的稳定运行卫星.？?=3.08X 103?m/SB1. 地球同步卫星的轨道平面，非同步人造地球卫星其轨道平面可与地轴有任意夹角同步卫星一定位于赤道的 正上方，不可能在与赤道平行的其他平面上？2. 地球同步卫星的周期：地球同步卫星的运转周期与地球自转周期才0R与地球
9、自转角速度相同，所以地球同3. 地球同步卫星的轨道半径：据牛顿第二定律有GMm/r2=m32r,： 步卫星的轨道半径为r=4.24X 104?km.其离地面髙度也是一定的.绕行方向与地球自转A4. 地球同步卫星的线速度：地球同步卫星的线速度大小为v=OQ 方向相同8. 人造卫星的运行规律9. 常用结论：（1）天上”：万有引力提供向心力（2）“地上”：万有引力近似等于重力练习1神舟七号沿半径为R的圆周绕地球运动，其周期为T,如果飞船要返回地面，可在轨道上的某一 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特殊椭圆轨道运动，椭圆和地球 表面在B点相切，如图所示，如果地球半径为R0，求
10、飞船由A点返回到地面B点所需的时间。2. 假如一个做圆周运动的人造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=3r可知，卫星运动的线速度将增加到原来的2倍B. 根据公式F二mva/r可知，卫星所需向心力减小到原来的1/2C. 根据公式F二GMm/r2可知，地球提供的向心力将减小到原来的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小到原来的。2/23某星球的质量约为地球的9倍，半径为地球的一半，若从地球上髙h处平抛一物体，射程为60m,则在该星球 上以同样高度、以同样初速度平抛同一物体，射程为多少?4. 宇航员在地球表面以一定初速度竖直上抛一小球，
11、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g=10 m/s2，空气阻力不计）求该星球表面附近的重力加速度g/;已知该星球的半径与地球半径之比为R -R = 1:4,求该星球的质量与地球质量之比M/M旳。星 地星 地5. 地球表面的重力加速度为g0，物体在距地面上方3R处（R为地球半径）的重力加速度为g，那么两个加速度之比g/g0 等于（）A.1:1B.1:4C.1:9D.1:166. 地球半径为R,地面重力加速度为g,地球自转周期为T,地球同步卫星离地面的髙度为h,则地球同步卫星 的线速度大小为（）7. 人造地球
12、卫星在运行中，由于受到稀薄大气的阻力作用，其运动轨道半径会逐渐减小，在此进程中，以下说 法中正确的是（）A卫星的速率将增大B卫星的周期将增大C卫星的向心加速度将增大D.卫星的向心力将减小_8如图，有A、B两颗行星绕同一恒星0做圆周运动，旋转方向相同，A行星 厂二、的周期为T , B行星的周期为T2,在某一时刻两行星第一次相遇（即两颗行星相距最近），则；:慾 和字 经过时间t1 = 时两行星第二次相遇，经过时间t =时两行星第一次相距最/ 远。129关于宇宙速度，下列说法正确的是（）A. 第一宇宙速度是能使人造地球卫星绕地球飞行的最小发射速度B. 第一宇宙速度是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度C
13、. 第二宇宙速度是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度D. 第三宇宙速度是发射人造地球卫星的最小速度10. 宇航员在一个半径为R的星球上，以速度v0竖直上抛一个物体，经过t秒后物体落回原抛物点，如果宇航 员想把这个物体沿星球表面水平抛出，而使它不再落回星球，则抛出速度至少应是（）11. 宇宙飞船和空间站在同轨道上运动，若飞船想与前面的空间站对接，为了追上轨道空间站，飞船可采取的办 法有（）A. 飞船加速直到追上空间站完成对接B. 飞船从原轨道减速至一个较低轨道，再加速追上空间站对接C. 飞船从原轨道加速至一个较低轨道，再减速追上空间站对接D. 无论飞船采取什么措施，均不能与空间站对接12. 在天
14、体运动中，将两颗彼此相距较近的行星称为双星。它们在相互的万有引力作用下间距保持不变，并沿它 们连线上某点做半径不同的同心匀速圆周运动。如果双星间距为L,质量分别为M和M2，试计算： （1）双星的轨道半径； （2）双星的运行周期； （3）双星的线速度。13地球可视为球体，其自转周期为T,在它的两极处，用弹簧秤测得一物体重为P；在赤道上，用弹簧秤测得同 一物体重为0.9P,地球的平均密度是多少？14.“嫦娥二号”是我国月球探测第二期工程的先导星。若测得“嫦娥二号”在月球（可视为密度均匀的球体）表4面附近圆形轨道运行的周期为T,已知引力常量为G,半径为R的球体体积公式V = 3兀R3则可估算月球的（）A. 密度C. 半径B. 质量D. 自转周期15某球状行星具有均匀的密度p,若在赤道上随行星一起转动的物体对行星表面的压力恰好为零，则该行星自 转周期为（万有引力常量为 G） （ ）16.组成星球的物质是靠引力吸引在一起的，这样的星球有一个最大的自转速率，如果超过了该速率，星球的 万有引力将不足以维持赤道附近的物体做圆周运动。已知一个星球的质量为M,半径为R,假设该星球是均匀分 布的，求它的最小自转周期。（已知万有引力常量为 G）
