7.2 万有引力定律(举一反三)【四大题型】(解析版)-2024-2025学年高一物理举一反三系列(人教版2019必修第二册).docx

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7.2万有引力定律【四大题型】

【人教版2019】

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【题型1对万有引力定律的理解】 2

【题型2万有引力与重力的关系】 5

【题型3月地检验】 9

【题型4求解空壳和地下万有引力的方法】 13

知识点1:自由落体运动

一、太阳与行星间的引力

1.模型简化:行星以太阳为圆心做匀速圆周运动,太阳对行星的引力提供了行星做匀速圆周运动的向心力.

2.太阳对行星的引力推导:

eq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1((1)行星做圆周运动需要的向心力F=m\f(v2,r),(2)周期T可以观测,则线速度v=\f(2πr,T),(3)开普勒第三定律\f(r3,T2)=k))?F∝eq\f(m,r2)

3.行星对太阳的引力:根据牛顿第三定律,行星对太阳的引力F′的大小也存在与上述关系类似的结果,即F′∝eq\f(M,r2).

4.太阳与行星间的引力:由于F∝eq\f(m,r2)、F′∝eq\f(M,r2),且F=F′,则有F∝eq\f(Mm,r2),写成等式F=Geq\f(Mm,r2),式中G为比例系数.

二、万有引力定律

1.月—地检验

(1)猜想:维持月球绕地球运动的力与使物体下落的力是同一种力,遵从“平方反比”的规律.

(2)推理:物体在月球轨道上运动时的加速度大约是它在地面附近下落时的加速度(重力加速度)的eq\f(1,602).

(3)根据观察得到的月球绕地球运转周期T及半径r,月球做圆周运动的向心加速度可由a=eq\f(4π2,T2)r算出.

(4)结论:计算结果与我们的预期符合得很好.这表明:地面物体所受地球的引力、月球所受地球的引力,与太阳、行星间的引力遵从相同的规律.

2.万有引力定律

(1)内容:自然界中任何两个物体都相互吸引,引力的方向在它们的连线上,引力的大小与物体的质量m1和m2的乘积成正比,与它们之间距离r的二次方成反比.

(2)表达式:F=Geq\f(m1m2,r2).其中r指两个质点之间的距离.

(3)引力常量G:由英国物理学家卡文迪许在实验室中测量得出,常取G=6.67×10-11N·m2/kg2.

【题型1对万有引力定律的理解】

【例1】关于万有引力公式的理解,以下说法中正确的是()

A.牛顿首先得到了万有引力定律,并且用实验测定了引力常量G的数值

B.由公式可知,两物体紧靠在一起时万有引力无穷大

C.可看作质点的两物体间的引力可用公式计算

D.两个质点质量不变,距离变为原来的2倍,则它们之间的万有引力将变为原来的

【答案】C

【详解】A.卡文迪许用实验测定了引力常量G的数值,A错误;

B.两物体紧靠在一起时,万有引力公式不再适用,B错误;

C.可看作质点的两物体间的引力可用公式计算,C正确;

D.根据公式,两个质点质量不变,距离变为原来的2倍,则它们之间的万有引力将变为原来的,D错误。

故选C。

【变式1-1】某行星的卫星A、B绕以其为焦点的椭圆轨道运行,作用于A、B的引力随时间的变化如图所示,其中,行星到卫星A、B轨道上点的距离分别记为rA、rB。假设A、B只受到行星的引力,下列叙述正确的是()

A.B与A的绕行周期之比为:1 B.rB的最大值与rB的最小值之比为2:1

C.rA的最大值与rA的最小值之比为3:1 D.rB的最小值小于rA的最大值

【答案】D

【详解】A.由图可知,A、B的周期为

所以B与A的绕行周期之比为

故A错误;

B.由图可知,当rB最小时,有

当rB最大时,有

所以rB的最大值与rB的最小值之比为

故B错误;

C.同理,当rA最小时,有

当rA最大时,有

所以rA的最大值与rA的最小值之比为

故C错误;

D.根据开普勒第三定律,有

解得

所以rB的最小值小于rA的最大值,故D正确。

故选D。

【变式1-2】电影中的太空电梯非常吸引人。现假设已经建成了如图所示的太空电梯,其通过超级缆绳将地球赤道上的固定基地、同步空间站和配重空间站连接在一起,它们随地球同步旋转。图中配重空间站比同步空间站更高,P是缆绳上的一个平台。则下列说法正确的是(????)

A.太空电梯上各点加速度与该点离地球球心的距离的平方成反比

B.超级缆绳对P平台的作用力方向背离地心

C.若从配重空间站向外自由释放一个小物块,则小物块会一边朝配重空间站转动的方向向前运动一边落向地球

D.若两空间站之间缆绳断裂,配重空间站将绕地球做椭圆运动,且断裂处为椭圆的远地点

【答案】B

【详解】A.太空电梯上各点具有相同的角速度,根据

可知,太空电梯上各点加速度与该点离地球球心的距离成正比,故A错误;

B.P平台如果只受地球万有引力,则圆周运动角速度比同步空间站要快,而实际圆周运动角速度等于同步空间站角速

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