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第4萬(wàn)有引力與航 F=m1m2,以下說(shuō)法中正確的 G0兩物體間的萬(wàn)有引力也符合第三定中引力常量G的值是規(guī)定答 解 萬(wàn)有引 F=m1m2,雖然 又將它推廣到了宇宙G的任何物體,適用于計(jì)算任何兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)間的引力.當(dāng)兩個(gè)物體間的距離趨近于0時(shí),兩個(gè)物體就不能視為質(zhì)點(diǎn)了,萬(wàn)有引力不再適用.兩物體間的萬(wàn)有引力也符合第三定律.中引力常量G的值是許在里用實(shí)驗(yàn)測(cè)定的,而不是人為規(guī)定的.故正確答案為C.

=qMRgGm的物2R處的某點(diǎn),則下列表達(dá)式中能反映該點(diǎn)引力場(chǎng)強(qiáng)弱的是4 4答

Mm

G解 由萬(wàn)有引力定律知F=Mm,引力場(chǎng)的強(qiáng)弱F=GM,A對(duì);在地球表面附近 G所以F=g,D

G ttRR答

= =解 = =tmg=mR,所以v=

2v0,所以 第二定律得4.[應(yīng)用萬(wàn)有引力定律分析運(yùn)動(dòng)問(wèn)題]天宮一號(hào)第一個(gè)目標(biāo)飛行器,已于2011年9月29日時(shí)16分3秒在酒泉發(fā)射中心發(fā)射成功,它的發(fā)射標(biāo)志著中國(guó)邁入中國(guó)航天“三步走”戰(zhàn)略的第周期為5382秒的運(yùn)行軌道.由此可知 天宮一號(hào)在該軌道上的運(yùn)行周期比同步的運(yùn)行周期天宮一號(hào)在該軌道上任意一點(diǎn)的運(yùn)行速率比同步的運(yùn)行速率r天宮一號(hào)在該軌道上任意一點(diǎn)的運(yùn)行加速度比同步的運(yùn)行加速度小D.天宮一號(hào)在該軌道上遠(yuǎn)地點(diǎn)距地面的高度比同步軌道距地面的高度小 r

解 由題意知天宮一號(hào)的軌道半徑比同 要小由r2

r

v天>v

mrT2

GMT天<T

r2=maa=r2a天>aA、D表達(dá)式 Gm1m2,G為引力常量:G=6.67×10-11=(1)適用于質(zhì)點(diǎn)間的相互作用.當(dāng)兩物體間的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于物體本身的大小時(shí),物體可視為質(zhì)點(diǎn)質(zhì)量分布均勻的球體可視為質(zhì)點(diǎn),rmv R推導(dǎo)過(guò)程為:由mg=1 得R =gR=7.9第一宇宙速度是人造地球在地面附近環(huán)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)具有的速度第一宇宙速度是人造的最大環(huán)繞速度,也是人造地球的最小發(fā)射速度特別提醒1.兩種周期——兩個(gè)半徑——天體半徑R和軌道半徑r的不第三宇宙速度(逃逸速度):v3=16.7km/s,使物體掙脫引力束縛的最小發(fā)射速度5.[變軌問(wèn)題的分析方法]“天宮一號(hào)”被長(zhǎng)征二號(hào)火箭發(fā)射后,11上運(yùn)行4,在Q點(diǎn)開(kāi)啟發(fā)動(dòng)機(jī)短時(shí)間加速,關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)后,“天一號(hào)”沿橢圓軌道2運(yùn)行到達(dá)P點(diǎn),開(kāi)啟發(fā)動(dòng)機(jī)再次加速,進(jìn) 圖31、2、3 3131答案D解 根據(jù) GM,可知v3<v1,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;據(jù) GM可知ω3<ω1,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;加速 與萬(wàn)有引力大小有關(guān),raCD(1)的速度變大時(shí),做離心運(yùn)動(dòng),重新穩(wěn)定時(shí),軌道半徑變大(2)的速度變小時(shí),做近心運(yùn)動(dòng),重新穩(wěn)定時(shí),軌道半徑變小考點(diǎn) 天體質(zhì)量和密度的計(jì)解決天體()運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的基本思 Gr2=ma向=mr2=mωr=m

GR2=mg(g深化拓展(1)在研究的問(wèn)題中,若已知中心天體表面的重力加速度g時(shí),常運(yùn)用GM=gR2作為梁,可以把“地上”和“天上”聯(lián)系起來(lái).由于這種代換的作用很大,此式通常稱(chēng)為黃金代換

Mm=mgG Gh的軌道處重力加速度:Mm=mghgh=GMG g由

GR2=mgM=Gρ=M=M=3g

通過(guò)觀 繞天體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期T和軌道半徑 ①Gr2=mT2rM=GT2②R M ρ=V

③若天體 在天體表面附近環(huán)繞天體運(yùn)動(dòng),可認(rèn)為其軌道半徑r等于天體半徑R,則天體密度3π.可見(jiàn),只要測(cè) 環(huán)繞天體表面運(yùn)動(dòng)的周期T,就可估算出中心天體的密度例1(2012·福建理綜·16)一繞某一行星表面附近做勻速圓周運(yùn)動(dòng),其線速度大小為v.假設(shè)宇航員在該常量為G,則這顆行星的質(zhì)量為 () 解 設(shè)的質(zhì)量為

GR2=m′ 由已知條件:mN ③g=m,代入②得:R=代 ①M(fèi)=GNB答 突破訓(xùn)練1 常量為G,則 BGT2TT答

v 解

r2

r=mT2rM=G=2πG,A對(duì);無(wú)法計(jì)算行星的質(zhì)量,BTTT

,D考點(diǎn)二運(yùn)行參量的比較與運(yùn)

= 2=G

ma mr=mω

mT2極地和近地極地運(yùn)行時(shí)每圈都經(jīng)過(guò)南北兩極,由于地球自轉(zhuǎn),極地可以實(shí)現(xiàn)全球覆蓋近地是在地球表面附近環(huán)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的,其運(yùn)行的軌道半徑可近似認(rèn)為等于地7.9km/s.兩種的軌道平面一定通過(guò)地球的球心深化拓展(1)的a、v、ω、T是相互聯(lián)系的,如果一個(gè)量發(fā)生變化,其它量也隨之發(fā)生變化;這 例2 (2011··8)質(zhì)量為m的探月航天器在接近月球表面的軌道上飛行,其運(yùn)動(dòng)視為勻速圓周運(yùn)動(dòng).已知月球質(zhì)量為M,月球半徑為R,月球表面重力加速度為g,引力常量為G,不考慮月球自轉(zhuǎn)的影響,則航天器 RgCRg

Bω=

=解 由R2=mR=mωR=mT2R=mg=ma得

,A對(duì);ω=g/R,B錯(cuò) C對(duì);a=GM,D答 受到的萬(wàn)有引力提供向心力結(jié) 第二定律和圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律建立動(dòng)力學(xué)方程,

G

mmωr=mT2突破訓(xùn)練 如果把水星和金星繞的運(yùn)動(dòng)視為勻速圓運(yùn)動(dòng),從水星與金星在一條直線上開(kāi)始計(jì)時(shí),如圖2所示.若天文學(xué)家測(cè)得在相同時(shí)間內(nèi)水星轉(zhuǎn)過(guò)的角度為θ1;金星轉(zhuǎn)過(guò)的角度為θ2(θ1、θ2均為銳角),則由此條件可求得( B.水星和金星的密度之 圖C.水星和金星到的距離之答

解 由ω=Δt知,ω=θ,又因?yàn)棣兀絋,所以T=θ,A對(duì);

r2=mrT2r

4π2 r之比同樣可求,Ca=rω2知,向心加速度之比同樣可求,D對(duì);由于水星和金星的質(zhì)量未知,故密度不可求,B錯(cuò).3例3 3B.的運(yùn)行速度小于第一宇宙速C.運(yùn)行時(shí)受到的向心力大小

GR2解

GMF向=mrGM

T2.

R2=mg(此時(shí)R為地球半徑),設(shè)同 離地面hF引

GMm=F向=ma向<mgC錯(cuò)誤,D

=2=

得 22

33,B正確. 33

-R,A答 的六個(gè)“一定突破訓(xùn)練3 導(dǎo)航、定位等功能.“北斗”系統(tǒng)中兩顆工作1和2均繞地心O做勻速圓周運(yùn)動(dòng),軌道半徑均為r,某時(shí)刻兩顆工作分別位于軌道上的A、B兩位置,如圖3所示.若衛(wèi)為R,不計(jì)間的相互作用力.以下判斷正確的是 圖兩 的向心加速度大小相等,均為兩顆所受的向心力大小一定相1AB所需的時(shí)間可能為如果要使1追上2,一定要使1加答 考點(diǎn) 變軌問(wèn)題的分 的速度突然增加時(shí),Gr2<mr,即萬(wàn)有引力不足以提供向心力 r來(lái)的圓軌道,軌道半徑變大, 進(jìn)入新的軌道穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)由 r 的速度突然減小時(shí),Gr2>mr,即萬(wàn)有引力大于所需要的向心力 r原來(lái)的圓軌道,軌道半徑變小, 進(jìn)入新的軌道穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)由 r例4 的3次變軌均在近地點(diǎn)實(shí)施.“二號(hào)”的首次變軌之所以選擇在遠(yuǎn)地點(diǎn)實(shí)施,是為了抬高近地點(diǎn)的軌道高度.同樣的道理 圖要抬高遠(yuǎn)地點(diǎn)的高度就需要在近地點(diǎn)實(shí)施變軌.圖4為“二號(hào)”某次在近地點(diǎn)A由軌道1變軌為軌道2的示意圖,下列說(shuō)法中正確的是 “二號(hào)”在軌道1的A點(diǎn)處應(yīng)點(diǎn)火加“二號(hào)”在軌道1的A點(diǎn)處的速度比在軌道2的A點(diǎn)處的速度“二號(hào)”在軌道1的A點(diǎn)處的加速度比在軌道2的A點(diǎn)處的加速度“二號(hào)”在軌道1的B點(diǎn)處的機(jī)械能比在軌道2的C點(diǎn)處的機(jī)械能解 要由軌道1變軌為軌道2需在A處做離心運(yùn)動(dòng),應(yīng)加速使其做圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力mr

Gr2A項(xiàng)正確,B

Gr2=ma可知 在不同軌道同星的機(jī)械能增加,所以在軌道1的B點(diǎn)處的機(jī)械能比在軌道2的C點(diǎn)處的機(jī)械能小,D項(xiàng)錯(cuò)誤.答案A突破訓(xùn)練4 2011年9月29日,中國(guó)首個(gè)空間“天宮一號(hào)”在酒泉發(fā)射中心發(fā)射升空,由長(zhǎng)征運(yùn)載火箭將飛船送入近AB的橢圓軌道上,Bh,地球的中心位于橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上.“天宮一號(hào)”飛行幾進(jìn)行變軌,進(jìn)入預(yù)定圓軌道,如圖5所示.已知“天宮一號(hào)”在 圖ntGR. BBABAB答

解 在B點(diǎn),由GMm=ma知,無(wú)論在哪個(gè)軌道上的B點(diǎn),其向心加速度相同 ;“天宮

; 天宮一

Mm

=t

h)T2,而 故 ,D項(xiàng)對(duì)考點(diǎn) 宇宙速度的理解與計(jì)第一宇宙速度v1=7.9km/s,既是發(fā) 的最小發(fā)射速度,也 繞地球運(yùn)行的最大環(huán)繞速度 1RR2 ,所以 RmvR 1v1=R52012616361814∶00與“天宮一號(hào)”成功對(duì)接.在發(fā)射時(shí),“神舟九號(hào)”宇宙飛船首先要發(fā)射到離地面很近的圓軌道,然后經(jīng)過(guò)多h的圓形軌道上繞地球飛行的“天宮一號(hào)”完成對(duì)接,之后,整體 解 (1)設(shè)地球的第一宇宙速度為v,根據(jù)萬(wàn)有引力定律 第二定律得:GR2=m

=G =v=(2)根據(jù)題意可知,設(shè)“神舟九號(hào)”v1v1=v=gR

v2,根據(jù)萬(wàn)有引力定律和第二定律

GMm

v2v2

1∶ 答突破訓(xùn)練5宇航員在月球上做自由落體實(shí)驗(yàn),將某物體由距月球表面高h(yuǎn)處釋放,經(jīng)時(shí)間t落到月球表 ()t答

C.

D.解 設(shè)在月球表面處的重力加速度為h=1gt2 所以v= 2hR=2Rh,選項(xiàng)B正確 (3)兩星的軌道半徑之和等于兩星間的距離,即r1+r2=L.雙星系統(tǒng)模型的三大規(guī)律:例6 如圖6所示,質(zhì)量分別為m和M的兩個(gè)星球A和B在引力作用下都繞O點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),星球A和B兩者中心之間的距離為L(zhǎng).已知A、B的中心和O三點(diǎn)始終共線,A和B分別在O的兩側(cè).引力常量為G. 圖(2)AB,月球繞其軌道中3位小數(shù))解 (1)設(shè)兩個(gè)星球A和B做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑分別為r和R,相互作用的萬(wàn)有引力大小為運(yùn)行周期為T(mén).根據(jù)萬(wàn)有引力定律有:F=GMm 2πm(T) 2πM(T) 由題意有 TT⑤(2)O不在式中,M′m′分別是地球與月球的質(zhì)量,L′是地心與月心之間的距離.若認(rèn)為月球在地球的引力

2πGL′2=m′(T2) 由⑥⑧式得T2T1( T1(T代入題給數(shù)據(jù)得T2(T1突破訓(xùn)練6 們連線上某點(diǎn)O做勻速圓周運(yùn)動(dòng).由此可知,冥王星繞O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的( 7軌道半徑約 的77角速度大小約 的7線速度大小約為的7向心力大小約為的7答

因此r1=m2=1,v1=ωr1=m2=1A對(duì),C

G 1.(2012·理綜·21)如圖7所示,飛船從軌道1變軌至軌道2.若飛在兩軌道上都做勻速圓周運(yùn)動(dòng),不考慮質(zhì)量變化,相對(duì)于在軌道1上,飛船在軌道2上的 B.向心加速度 圖答

解 飛船繞中心天體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)其萬(wàn)有引力提供向心力即F引=F向所

r2=ma向=

=1

a

=2r

GM

r1<r2Ek1>Ek2,a向1>a向2,T1<T2,ω1>ω2C、D2.(2012··18)關(guān)于環(huán)繞地球運(yùn)動(dòng)的,下列說(shuō)法正確的是 ()A.分別沿圓軌道和橢圓軌道運(yùn)行的兩顆,不可能具有相同的周期B.沿橢圓軌道運(yùn)行的一顆,在軌道不同位置可能具有相同的速率C.在赤道上空運(yùn)行的兩顆地球同步,它們的軌道半徑有可能不同D.沿不同軌道經(jīng)過(guò)上空的兩顆,它們的軌道平面一定會(huì)重合答案Ba3a解 根 勒第三定律,T2=恒量知,當(dāng)圓軌道的半徑R與橢圓軌道的半長(zhǎng)軸a相等時(shí),的周期相等,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;沿橢圓軌道運(yùn)行且從近地點(diǎn)向遠(yuǎn)地點(diǎn)運(yùn)行時(shí),萬(wàn)有引力做負(fù)功,根

G m(T)一定,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤;根據(jù)做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由萬(wàn)有引力提供,可知運(yùn)行的軌道平面過(guò)某一地點(diǎn)時(shí),軌道平面必過(guò)地心,但軌道平面不一定重合,故上空的兩顆的軌道平面可以不重合,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.3.(2012·山東理綜·15)2011113日,“神舟八號(hào)”飛船與“天宮一號(hào)”目標(biāo)飛行器成功實(shí)施了首次R1、R2

v則等 v2R1RR1R2R C. D.R2R1答

解 “天宮一號(hào)”運(yùn)行時(shí)所需的向心力由萬(wàn)有引力提供,根據(jù)GR2=R得線速度 ,以 R2,故選項(xiàng)B正確,選項(xiàng)A、C、D錯(cuò)誤 4.(2011·理綜·15)由于通信和廣播等方面的需要,許多國(guó)家發(fā)射了地球同步軌道,這些答

r r解

r2=mT2r=mr,故有T2=4π2

同步運(yùn)行周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同,故同步的軌道半徑大小是確定的,速度v也是確定的,同步的質(zhì)量可以不同.要想使與地球自轉(zhuǎn)同步,軌道平面一定是赤道平面.故只有選項(xiàng)A正第二日點(diǎn)(圖中L2),L2點(diǎn)處在與地球連線的外側(cè),在和地球引力的共同作用下,在該點(diǎn)能與地球同步繞運(yùn)動(dòng)(視為圓周運(yùn)動(dòng)),且時(shí)刻保持背對(duì)和地球的,不受的干擾而進(jìn)行天文觀測(cè).不考 圖其他星球影響,下列關(guān)于工作在L2點(diǎn)的天文的說(shuō)法中正確的是 A.將它從地球上發(fā)射到L2點(diǎn)的發(fā)射速度大于7.9km/sB.它繞運(yùn)行的周期比地球繞運(yùn)行的周期C.它繞運(yùn)行的線速度比地球繞運(yùn)行的線速度D.它繞運(yùn)行的向心加速度比地球繞運(yùn)行的向心加速度答 解析的發(fā)射速度一定大于7.9km/s,選項(xiàng)A對(duì).由于和地球同步,因此它們的周期相同,角速度ω相同,由v=rω知,v衛(wèi)>v地,選項(xiàng)C對(duì),B錯(cuò).由a=rω2知選項(xiàng)D對(duì).國(guó)防科技工業(yè)局在2012年7月30日宣布,“三號(hào)”將于2013年下半年擇機(jī)發(fā)射.我國(guó)已成功g0.請(qǐng)推導(dǎo)出“二號(hào)”離月球表面高度的表達(dá)式

R地球和月球的半徑之比為R033g0R0

解 (1)由題意知,“二號(hào) 的周期nn設(shè)離月球表面的高度為h,由萬(wàn)有引力提供向心力得GMm

h)(T又:R 2R03g03g0R0ρ

m′gGR2ρ=M= 聯(lián)立解得:ρ=ρ0、ρ1,則: g0將R=4,g=6 (限時(shí):45分鐘題組 視為密度均勻的球體)TGR 式V=3πR,則可估算月球 B.質(zhì) C.半 答

解 對(duì)“二號(hào)”由萬(wàn)有引力提供向心力可得

R2=mT2R,故月球的質(zhì)量M=GT2,因“娥二號(hào)”為近

、錯(cuò);月球的密

=M=GT2=3π,

C做勻速圓周運(yùn)動(dòng).T,S1C點(diǎn)的距離為r1,S1S2rG.S2的質(zhì)量為 4π2r

C. 答

解 設(shè)S1、S2兩星體的質(zhì)量分別為m1、m2,根據(jù)萬(wàn)有引力定律和第二定律S1

2π G解

m(T)

題組 運(yùn)行參量的分析與計(jì)3.(2012·江蘇·8)2011年8月“二號(hào)”成功進(jìn)入了環(huán)繞“日地拉如圖1所示,該日點(diǎn)位于和地球連線的延長(zhǎng)線上,一飛行器處于該點(diǎn),在幾乎不消耗的情況下與地球同步繞 C.向心力僅由的引力提供答 解析飛行器與地球同步繞做圓周運(yùn)動(dòng)所以ω飛=ω地由圓周運(yùn)動(dòng)線速度和角速度的關(guān)系v=rω得v飛>v地,選項(xiàng)A正確;由a=rω2知,a飛>a地,選項(xiàng)B正確;飛行器受到和地球的萬(wàn)有引力,方向均指向圓心,其合力提供向心力,故C、D選. (軌道半徑為4.2×107m)相比( 答 解 由題知,中圓軌道的軌道半徑r1小于同步的軌道半徑r2,運(yùn)行時(shí)的向心力由萬(wàn)

=Mm知, 的向心

2F G

Gr2

r=mω繞速度v1>v2,角速度ω1>ω2,兩質(zhì)量相等,則動(dòng)能Ek1>Ek2,故選項(xiàng)B正確,選項(xiàng)D錯(cuò)誤;根據(jù)的發(fā)射速度都大于第一宇宙速度,且v01<v02,選項(xiàng)C錯(cuò)誤.4減小為原來(lái)的,不考慮 A.向心加速度大小之比為4∶14BC答 mm

2解 根據(jù)2

,所 變軌前、后的速度之比為v=1.根據(jù)Gr2=mr,得r v 星變軌前、后的軌道半徑之比為1=2=,選項(xiàng)D錯(cuò)誤;根據(jù) v41 v41 r

加速度大小之比為=2

r11 r11r2,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;根據(jù)3為r2,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;根據(jù)3

,得變軌前、后的周期之比,選項(xiàng)C,得變軌前、后的周期之比,選項(xiàng)C

6.(2010·理綜·16)一物體靜置在平均密度為ρ的球形天體表面的赤道上.已知萬(wàn)有引力常量為G,若

4 22

221π

3π 答

GR2 M

=3π=mT2R

,所以T=

,D題組 假設(shè)地球同步的軌道半徑是地球半徑的n倍,

運(yùn)行速度是第一宇宙速度的n1同步的運(yùn)行速度是第一宇宙速度1同 的向心加速度是地球表面重力加速度的n同步的運(yùn)行速度是地球赤道上物體隨地球自轉(zhuǎn)速度的nrRr答 rRr

v

解析對(duì)都有

r2=mr

,所以v

n,B對(duì),A

r2

a

v maa向=nR2

R2,g=R2,故g=nR2=n2,C錯(cuò);由v=rω知 =RvD定軌道.這是一顆地球靜止軌道,是我國(guó)當(dāng)年發(fā)射的首顆北斗導(dǎo)航系統(tǒng)組網(wǎng).下列關(guān)于這兩顆的說(shuō)法正確的是()“天宮一號(hào)”的運(yùn)行周期大于北斗導(dǎo)航的運(yùn)行周“天宮一號(hào)”和北斗導(dǎo)航上攜帶的物體都處于完全失重狀態(tài)北斗導(dǎo)航的向心加速度比地球赤道表面的重力加速度答 解析“天宮一號(hào)”的軌道半徑要小于同步的軌道半徑,因此T天<T北斗,A錯(cuò);由于所受的萬(wàn)有引力全部用來(lái)提供向心力,因此及其內(nèi)的所有物體都處于完全失重狀態(tài),B對(duì);“天宮一號(hào)”的軌道半徑大于地球半徑,因此它的環(huán)繞速度要小于第一宇宙速度,C錯(cuò);由a=GM知D對(duì).題組 變軌問(wèn)題的分如圖2所示,將發(fā)射至近地圓軌道1,然后再次點(diǎn)火,將送入同步軌道3.軌道1、2相切于Q,2、3相切于P點(diǎn),則當(dāng)分別在1、2、3軌道上正常運(yùn)行時(shí),以下說(shuō)法正確的是( A.在軌道2上經(jīng)過(guò)Q點(diǎn)時(shí)的速度小于它在軌道2上經(jīng)過(guò)P時(shí)的速 圖B.在軌道1上經(jīng)過(guò)Q點(diǎn)時(shí)的加速度等于它在軌道2上經(jīng)過(guò)Q點(diǎn)時(shí)的加速C.在軌道1上的向心加速度小于它在軌道3上的向心加速D.在軌道3上的角速度小于在軌道1上的角速答 M解析本題考查人造的知識(shí).由勒第二定律可知,在橢圓軌道的近地點(diǎn)速

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