高中物理第四章第四课时万有引力定律及应用解析.docxVIP

第四课时万有引力定律及应用

第一关：基础关展望高考

基础知识

一、万有引力定律

知识讲解

1.内容:自然界中任何两个物体都是相互吸引的,引力的大小与物体的质量m1和m2的乘积成正比,与它们距离的二次方成反比.

2.公式

式中r表示两质点间的距离,m1\,m2表示两质点的质量,G表示引力常量,

×10-11N\5m2/kg2

3.适用条件

①万有引力公式适用于两质点间的引力大小的计算.

②对于可视为质点的物体间的引力的求解也可以利用万有引力公式,如两物体间距离远大于物体本身大小时,物体可看做质点;均匀球体可视为质量集中于球心的质点.

③当研究物体不能看成质点时,可以把物体假想分割成无数个质点,求出两个物体上每个质点与另一个物体上所有质点的万有引力,然后求合力.例如将物体放在地球的球心时,由于物体各方面受到相互对称的万有引力,故合外力为零.

活学活用

1.如图所示，两球的半径分别是r1和r2,而球的质量分布均匀，大小分别是m1和m2，则两球间的万有引力大小为()

解析:万有引力定律中，两个物体间的距离r,对于相距很远可以看成质点的物体是两个质点的距离；如果不能看成质点但两物体是球体而且质量分布均匀，r是两球心之间的距离.因此：

答案:D

二、三个宇宙速度

知识讲解

1.第一宇宙速度:

要想发射人造卫星,必须具有足够的速度,发射人造卫星最小的发射速度称为第一宇宙速度,v=7.9km/s.但却是绕地球做匀速圆周运动的各种卫星中的最大环绕速度.

2.第二宇宙速度:

当人造卫星进入地面附近的轨道速度大于7.9km11.2km/s时,卫星就会脱离地球的引力不再绕地球运行,成为绕太阳运行的人造行星或飞到其他行星上去,我们把11.2km

3.第三宇宙速度:

当物体的速度等于或大于16.7km/s时,物体将挣脱太阳引力的束缚,飞到太阳系以外的宇宙空间中去,我们把16.7km/s称为第三宇宙速度,也称逃逸速度.

活学活用

2.我国将要发射一颗绕月球运行的探月卫星“嫦娥一号”，月球的半径约为地球半径的，地球上的第一宇宙速度约为7.9km/s，则该探月卫星绕月运行的速度约为()

A.

B.1.8km/s

C.11km

D.36km

得近地(月)卫星的线速度为,则近月卫星与近地卫星的线速度之比为，所以近月卫星的线速度为.所以选项B正确.

答案:B

三、近地卫星和同步卫星

知识讲解

1.近地卫星

所谓近地卫星,是指卫星的运行轨道半径等于地球的半径,卫星做匀速圆周运动的向心力由万有引力提供.它的运行速度为第一宇宙速度,也是卫星的最大环绕速度.

2.地球同步卫星的六个一定

①位置一定(必须位于地球赤道的上空)

地球同步卫星绕地球旋转的轨道平面一定,与地球的赤道面重合.

如图所示,假设同步卫星的轨道平面与赤道平面不重合,同步卫星由于受到地球指向地心的万有引力F的作用,绕地轴做圆周运动,F的一个分力F1提供向心力,而另一个分力F2将使同步卫星不断地移向赤道面,最终直至与赤道面重合为止(此时万有引力F全部提供向心力),不可能定点在我国某地的正上方.

②周期(T)一定

a.同步卫星的运行方向与地球自转方向一致.

b.同步卫星的运转周期与地球自转周期相同,T=24h.

③角速度(ω)一定

由公式得，地球同步卫星的角速度,因为T恒定，π为常数，故ω也一定.

④向心加速度(a)大小一定

地球同步卫星的向心加速度为a,则由牛顿第二定律和万有引力定律得

⑤距离地球表面的高度(h)一定

由于万有引力提供向心力，则在ω一定的条件下，同步卫

⑥环绕速率一定

在轨道半径一定的条件下,同步卫星的环绕速率也一定,且为

活学活用

3.用m表示地球同步通信卫星的质量、h表示卫星离地面的高度、M表示地球的质量、R0表示地球的半径、g0表示地球表面处的重力加速度、T0表示地球自转的周期、ω0表示地球自转的角速度，则地球同步通信卫星的线速度v为()

A.ω0(R0+h)

B.

C

D

解析:设地球同步卫星离地心的高度为r,则r=R0+h

所以线速度：v=ωr=ω0(R0+h)

同步卫星做圆周运动由万有引力提供向心力：

得：,又因为：

则，故选项A、B、C、D均正确.

答案:ABCD

第二关：技法关解读高考

解题技法

一、万有引力定律的应用

技法讲解

应用万有引力定律分析天体运动的基本方法：

在地球上，通常物体的质量都较小，所以通常物体之间的万有引力很小，分析地球上物体的受力情况时，一般都不考虑物体之间的万有引力（重力除外）.但天体的质量很大，所以天体之间的万有引力很大，实际上，正是天体之间的万有引力决定了天体的运动规律.中学阶段我们处理天体问题，有两个基本出发点：（1）把天体的运动看作是匀速圆周运动；（2）万有引力提供天体做匀速圆周运动的向心力.然后，利用牛顿第二