万有引力题型归类

万有引力题型归类
万有引力题型归类

万有引力定律的应用归纳为三大类的问题

第一类问题:涉及重力加速度“g ”的问题

解题思想:G F =万,即万有引力等于重力G 2

r Mm =mg 表述方式一般体现两种:(1)在星体表面或表面附近

(2)不考虑星体自转

说明:上式中的“M ”表示所涉及重力加速度的星球,

“m ”表示任意假设的一个物体,“r ”表示所问及处加

速度g 与球心的距离

题型分析:

题型一:两星球表面重力加速度的比较(表面问题) 表面重力加速度:2002R GM g mg R Mm G

=∴=

1、一个行星的质量是地球质量的8倍,半径是地球质量的4倍,这颗行星表面的重力加速度是地球表面重力加速度的多少倍?

2、地球赤道上的物体重力加速度为g,物体在赤道上随地球自转的向心加速度为a ,要使赤道上的物体“飘”起来,则地球转动的角速度应为原来的( ) A.

g a B.a a g + C.a a g - D. a g

题型二:非星球表面重力加速度的计算(高空问题)

轨道重力加速度:()()22h R GM

g mg h R GMm

h h +=∴=+

1、地球半径为R ,地球附近的重力加速度为0g ,则在离地面高度为h 处的重力加速度是( )

A.()20

2h R g h + B.()20

2h R g R + C.()20

h R Rg + D.()20

h R g +

2、已知万有引力常量G ,地球半径R ,月球和地球之间的距离r ,同步卫星距地面的高度h ,月球绕地球的运转周期T 1,地球的自转周期T 2,地球表面的重力加速度g 。某同学根据以上条件,提出一种估算地球质量M 的方法: 同步卫星绕地球作圆周运动,由h T m h Mm G 2

22??

? ??=π得2324GT h M π=

⑴请判断上面的结果是否正确,并说明理由。如不正确,请给出正确的解法和结果。 ⑵请根据已知条件再提出两种估算地球质量的方法并解得结果。

题型三:与运动学相结合的计算

1、某星球质量为地球质量的9倍,半径为地球半径的一半,在该星球表面从某一高度以10 m/s 的初速度竖直向上抛出一物体,从抛出到落回原地需要的时间为多少?(g 地=10 m/s 2)

2、我国在2010年实现探月计划——“嫦娥工程”.同学们也对月球有了更多的关注.若已知地球半径为R ,地球表面的重力加速度为g ,若宇航员随登月飞船登陆月球后,在月球表面某处以速度v 0竖直向上抛出一个小球,经过时间t ,小球落回抛出点.已知月球半径为r ,万有引力常量为G ,试求出月球的质量M 月.

3、宇航员在地球表面以一定初速度竖直上抛一小球,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 =10m/s 2,空气阻力不计)

(1)求该星球表面附近的重力加速度g ’;

(2)已知该星球的半径与地球半径之比为R 星:R 地=1:4,求该星球的质量与地球质量之比M 星:M 地。

4、已知地球和火星的质量比1/8/=火地M M ,半径比1/2/=火地R R ,表面动摩擦因数均为0.5,用一根绳在地球表面上水平拖一个箱子,箱子能获得2/10s m 的最大加速度。将此箱子和绳子送上火星表面,仍用该绳子水平拖木箱,则木箱产生的最大加速度为多少?(地球表面的重力加速度为2/10s m )( )

A. 2/10s m

B.2/5.12s m

C.2/5.7s m

D.2/15s m

5、宇航员站在一星球表面上的某高处,沿水平方向抛出一小球,经过时间t ,小球落在星球表面,测得抛出点与落地点之间的距离为L ,若抛出时的初速度增大到2倍,则抛出点与落地点间的距离为3L ,已知两落地点在同一水平面上,该星球的半径为R ,引力常量为G ,

求该星球的质量M 和密度ρ.

6、在“勇气”号火星探测器着陆的最后阶段,着陆器降落到火星表面上,再经过多次弹跳才停下来。

假设着陆器第一次落到火星表面弹起后,到达最高点时高度为h ,速度方向是水平的,速度大小为v 0,求它第二次落到火星表面时速度的大小,计算时不计大气阻力。已知火星的一个卫星的圆轨道半径为r ,周期为T 。火星可视为半径为r 0的均匀球体。

第二类问题:圆周运动类的问题

解题思想:向万F F =,即万有引力提供向心力22

2224T

mr mr r v m r Mm G πω====ma 表述方式体现:环绕天体绕中心天体转动。

题型分析:

(1)求人造卫星的绕行速度问题

1、据媒体报道,嫦娥一号卫星环月工作轨道为圆轨道,轨道高度200 km,运用周期127分钟。若还知道引力常量和月球平均半径,仅利用以上条件不能..

求出的是 A .月球表面的重力加速度 B .月球对卫星的吸引力

C .卫星绕月球运行的速度

D .卫星绕月运行的加速度

2、最近,科学家在望远镜中看到太阳系外某一恒星有一行星,并测得它围绕该恒星运行一周所用的时间为1200 年,它与该恒星的距离为地球到太阳距离的100 倍。假定该行星绕恒星运行的轨道和地球绕太阳运行的轨道都是圆周,仅利用以上两个数据可以求出的量有( )

A .恒星质量与太阳质量之比

B .恒星密度与太阳密度之比

C .行星质量与地球质量之比

D .行星运行速度与地球公转速度之比

(2)求星球的第一宇宙速度问题

1、若取地球的第一宇宙速度为8 km/s ,某行星的质量是地球质量的6倍,半径是地球的1.5倍,这个行星的第一宇宙速度约为( )

A. 2 km/s

B. 4 km/s

C. 16 km/s

D. 32 km/s

2、已知某星球的平均密度是地球的n 倍,半径是地球的k 倍,地球的第一宇宙速度为v ,则该星球的第一宇宙速度为 ( )

A .v k n

B .v k nk

C .v n k

D .v nk

3、宇航员在月球表面附近自高h 处以初速度v 0水平抛出一个小球,测出小球的水平射程为L ,已知月球半径为R ,万有引力常量为G ,(1)求月球表面的重力加速度g ′多大?(2)月球的质量M ?(3)若在月球附近发射一颗卫星,则卫星的绕行速度v 为多少?

(3)求天体的质量问题

1、为了研究太阳演化的进程需知太阳的质量,已知地球的半径为R ,地球的质量为m ,日地中心的距离为r ,地球表面的重力加速度为g ,地球绕太阳公转的周期为T ,则太阳的质量为

A .g

R T mr 223

24π B .32224mr g R T π C .23224T r mgR π D .g mR T r 22234π 2、下列几组数据中能算出地球质量的是(万有引力常量G 是已知的)( )

A.地球绕太阳运行的周期T 和地球中心离太阳中心的距离r

B.月球绕地球运行的周期T 和地球的半径r

C.月球绕地球运动的角速度和月球中心离地球中心的距离r

D.月球绕地球运动的周期T 和轨道半径r

(4)求天体密度问题

近年来,人类发射的多枚火星探测器已经相继在火星上着陆,正在进行着激动人心的科学探究,为我们将来登上火星、开发和利用火星资源奠定了坚实的基础。如果火星探测器环绕火星做“近地”匀速圆周运动,并测得该运动的周期为T ,则火星的平均密度ρ的表达式为(k 为某个常数)

A .T k =ρ

B .kT =ρ

C .2kT =ρ

D .2

T k =ρ

(5)同步卫星问题

1、我国发射的“亚洲一号”地球同步通信卫星的质量为l .24t ,在某一确定的轨道上运行.下列说法正确的是

A .“亚洲一号”卫星定点在北京正上方太空,所以我国可以利用它进行电视转播

B .“亚洲一号”卫星的轨道平面一定与赤道平面重合

C .若要发射一颗质量为2.48t 的地球同步通信卫星,则该卫星的轨道半径将比“亚洲一号”卫星轨道半径小

D .若要发射一颗质量为2.48t 的地球同步通信卫星,则该卫星的轨道半径和“亚洲一号”卫星轨道半径一样大

2、来自中国航天科技集团公司的消息称,中国自主研发的北斗二号卫星系统2012年起进入组网高峰期,预计在2015年形成覆盖全球的卫星导航定位系统。此系统由中轨道、高轨道和同步轨道卫星等组成。现在正在服役的北斗一号卫星定位系统的三颗卫星都定位在距地面36000km 的地球同步轨道上.目前我国的各种导航定位设备

都要靠美国的GPS 系统提供服务,而美国的全球卫星定位系

统GPS 由24颗卫星组成,这些卫星距地面的高度均为

20000km .则下列说法中正确的是( )

A .北斗一号系统中的三颗卫星的动能必须相等

B .所有GPS 的卫星比北斗一号的卫星线速度大

C .北斗二号中的每颗卫星一定比北斗一号中的每颗卫星

D .北斗二号中的中轨道卫星的加速度一定大于高轨道卫星的加速度

3.有a 、b 、c 、d 四颗地球卫星,a 还未发射,在赤道表面上随地球一起转动,b 是近地轨

道卫星,c 是地球同步卫星,d 是高空探测卫星,它们均做匀速圆周运动,各卫星排列位置如图所示,则( )

A .a 的向心加速度小于重力加速度g

B .在相同时间内b 转过的弧长最长

C .c 在4 h 内转过的圆心角是3

π D .d 的运动周期有可能是20h

4.如图,拉格朗日点L 1位于地球和月球连线上,处在该点的物体在地球和月球引力的共同作用下,可与月球一起以相同的周期绕地球运动。据此,科学家设想在拉格朗日点L 1建立

空间站,使其与月球同周期绕地球运动。以1a 、2a 分别表示

该空间站和月球向心加速度的大小,3a 表示地球同步卫星向

心加速度的大小。以下判断正确的是

A .321a a a >>

B .213a a a >>

C .312a a a >>

D .231a a a >>

(6)地球赤道上的物体、地球同步卫星与近地卫星的比较

1.如图所示,地球绕地轴匀速转动。在地球表面上有a 、b 两物体,设a 、b 两物体的线速度分别为v 1、v 2,角速度分别为ω1、ω2,向心加速度分别为a 1、a 2,转

速分别为n 1、n 2,下列说法正确的是

A .v 1>v 2

B .ω1>ω2

C .a 1

D .n 1

已知地球赤道上的物体随地球自转的线速度大小为v 1、向心加速度大小为a 1,近地卫星线速度大小为v 2、向心加速度大小为a 2,地球同步卫星线速度大小为v 3、向心加速度大小为a 3。设近地卫星距地面高度不计,同步卫星距地面高度约为地球半径的6倍。则以下结论正确的是

A .1632=v v

B .7132=v v

C .7131=a a

D .1

4931=a a 第三类问题:变轨问题

解决思想:离心与向心运动结合 、牛顿第二定律等

1、如图所示,轨道A 与轨道B 相切于P 点,轨道B 与轨道C 相切于Q

点,以下说法正确的是( )

A.卫星在轨道B 上由P 向Q 运动的过程中速率越来越小

B.卫星在轨道C 上经过Q 点的速率大于在轨道A 上经过P 点的速率

C.卫星在轨道B 上经过P 时的向心加速度与在轨道A 上经过P 点的向心加速度是相等的

D.卫星在轨道B 上经过Q 点时受到地球的引力小于经过P 点的时受到地球的引力

2、关于航天飞机与空间站对接问题,下列说法正确的是( )

A.先让航天飞机与空间站在同一轨道上,然后让航天飞机加速,即可实现对接

B.先让航天飞机与空间站在同一轨道上,然后让航天飞机减速,即可实现对接

C.先让航天飞机进入较低的轨道,然后再对其进行加速,即可实现对接

D.先让航天飞机进入较高的轨道,然后再对其进行加速,即可实现对接

3、2011年9月29日晚21时16分,我国将首个目标飞行器天宫一号发射升空.2011年11月3日凌晨神八天宫对接成功,完美完成一次天空之吻.若对接前两者

在同一轨道上运动,下列说法正确的是( )

A .对接前 “天宫一号”的运行速率大于“神舟八号”的运行速率

B .对接前“神舟八号”的向心加速度小于“天宫一号”的向心加速

C .“神舟八号”先加速可实现与“天宫一号”在原轨道上对接

D .“神舟八号”先减速后加速可实现与“天宫一号”在原轨道上对接

4、如图所示,“嫦娥奔月”的过程可以简化为:“嫦娥一号”升空后,绕地球沿椭圆轨道运动,远地点A 距地面高为h 1,然后经过变轨被月球捕获,再经多次变轨,最终在距离月球表

面高为h 2的轨道上绕月球做匀速圆周运动。若已知地球的半径为

R 1、表面重力加速度为g 0,月球的质量为M 、半径为R 2,引力常量

为G ,根据以上信息,可以确定

A .“嫦娥一号”在远地点A 时的速度

B .“嫦娥一号”在远地点A 时的加速度

C .“嫦娥一号” 绕月球运动的周期

D .月球表面的重力加速度

附加 专 题

(1)黄金代换

设地面附近重力加速度为g 0,地球半径为R 0,人造地球卫星圆形运行轨道半径为R ,那么以下说法正确的是 [ ]

(2)双星问题

1、两棵靠得很近的天体称为双星,它们都绕两者连线上某点做匀速圆周运动,因而不至于由于万有引力而吸引到一起,以下说法中正确的是( )

A.它们做圆周运动的角速度之比与其质量成反比

B.它们做圆周运动的线速度之比与其质量成反比

C.它们做圆周运动的半径与其质量成正比

D.它们做圆周运动的半径与其质量成反比

2、我们的银河系的恒星中大约四分之一是双星.某双星由质量不等的星体1S 和2S 构成,两

A O

星在相互之间的万有引力作用下绕两者连线上某一定点O 做匀速圆周运动.由天文观察测得其运动周期为T 已知引力常量为G .

(1)1S 和2S 的距离为r ,求两星的总质量.

(2) 到O 点的距离为1r , 求2S 的质量.

(3)“两星”问题

1、如图是在同一平面不同轨道上运行的两颗人造地球卫星。设它们运行的

周期分别是T 1、T 2,(T 1<T 2),且某时刻两卫星相距最近。问:

⑴两卫星再次相距最近的时间是多少?

⑵两卫星相距最远的时间是多少?

2、经长期观测发现,A 行星运行的轨道半径为R 0,周期为T 0但其实际运行的轨道与圆轨道总存在一些偏离,且周期性地每隔t 0时间发生一次最大的偏离.如图所示,天文学家认为形成这种现象的原因可能是A 行星外侧还存在着一颗未知行星B ,

则行星B 运动轨道半径为( )

A . 030002()2t R R t T =-

B .T t t R R -=000

C . 3

20000)(T t t R R -= D .300200T t t R R -=

高一物理万有引力定律测试题及答案

万有引力定律测试题 班级姓名学号 一、选择题(每小题中至少有一个选项是正确的,每小题5分,共40分) 1.绕地球作匀速圆周运动的人造地球卫星内,其内物体处于完全失重状态,则物体() A.不受地球引力作用 B.所受引力全部用来产生向心加速度 C.加速度为零 D.物体可在飞行器悬浮 2.人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,其轨道半径为R,线速度为v,周期为T,若要使卫星的周期变为2T,可能的办法是() 不变,使线速度变为 v/2 不变,使轨道半径变为2R D.无法实现 3.由于地球的自转,地球表面上各点均做匀速圆周运动,所以() A.地球表面各处具有相同大小的线速度 B.地球表面各处具有相同大小的角速度 C.地球表面各处具有相同大小的向心加速度 D.地球表面各处的向心加速度方向都指向地球球心 4.地球上有两位相距非常远的观察者,都发现自己的正上方有一颗人造地球卫星,相对自己静止不动,则这两位观察者的位置及两人造卫星到地球中心的距离可能是()A.一人在南极,一人在北极,两卫星到地球中心的距离一定相等 B.一人在南极,一人在北极,两卫星到地球中心的距离可以不等,但应成整数倍 C.两人都在赤道上,两卫星到地球中心的距离一定相等 D.两人都在赤道上,两卫星到地球中心的距离可以不等,但应成整数倍 5.设地面附近重力加速度为g0,地球半径为R0,人造地球卫星圆形运行轨道半径为R,那么以下说法正确的是 ( ) 6.一宇宙飞船在一个星球表面附近做匀速圆周运动,宇航员要估测星球的密度,只需要测定飞船的() A:环绕半径 B:环绕速度 C:环绕周期 D:环绕角速度 7.假设火星和地球都是球体,火星的质量M火和地球的质量M地之比M火/M地=p,火星的半径R火和地球的半径R地之比R火/R地=q,那么火星表面处的重力加速度g火和地球表面处的重力的加速度g地之比等于[ ] q2 q

最新高考物理万有引力与航天常见题型及答题技巧及练习题(含答案)

最新高考物理万有引力与航天常见题型及答题技巧及练习题(含答案) 一、高中物理精讲专题测试万有引力与航天 1.宇宙中存在一些离其他恒星较远的三星系统,通常可忽略其他星体对它们的引力作用,三星质量也相同.现已观测到稳定的三星系统存在两种基本的构成形式:一种是三颗星位于同一直线上,两颗星围绕中央星做囿周运动,如图甲所示;另一种是三颗星位于等边三角形的三个顶点上,并沿外接于等边三角形的囿形轨道运行,如图乙所示.设这三个 星体的质量均为 m ,且两种系统中各星间的距离已在图甲、图乙中标出,引力常量为 G , 则: (1)直线三星系统中星体做囿周运动的周期为多少? (2)三角形三星系统中每颗星做囿周运动的角速度为多少? 【答案】(1)3 45L Gm 23 3Gm L 【解析】 【分析】 (1)两侧的星由另外两个星的万有引力的合力提供向心力,列式求解周期; (2)对于任意一个星体,由另外两个星体的万有引力的合力提供向心力,列式求解角速度; 【详解】 (1)对两侧的任一颗星,其它两个星对它的万有引力的合力等于向心力,则: 222 22 2()(2)Gm Gm m L L L T π+= 3 45L T Gm ∴=(2)三角形三星系统中星体受另外两个星体的引力作用,万有引力做向心力,对任一颗 星,满足:2 222cos30()cos30L Gm m L ω?=? 解得:3 3Gm L ω 2.经过逾6 个月的飞行,质量为40kg 的洞察号火星探测器终于在北京时间2018 年11 月27 日03:56在火星安全着陆。着陆器到达距火星表面高度800m 时速度为60m/s ,在着陆器底部的火箭助推器作用下开始做匀减速直线运动;当高度下降到距火星表面100m 时速度减为10m/s 。该过程探测器沿竖直方向运动,不计探测器质量的变化及火星表面的大气

万有引力定律例题

1.天体运动的分析方法 2.中心天体质量和密度的估算 (1)已知天体表面的重力加速度g和天体半径R G=mg? (2)已知卫星绕天体做圆周运动的周期T和轨道半径r 1.火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行,根据开普勒行星运动定律可知() A.太阳位于木星运行轨道的中心 B.火星和木星绕太阳运行速度的大小始终相等 C.火星与木星公转周期之比的平方等于它们轨道半长轴之比的立方 D.相同时间内,火星与太阳连线扫过的面积等于木星与太阳连线扫过的面积 解析:由开普勒第一定律(轨道定律)可知,太阳位于木星运行轨道的一个焦点上,A错误;火星和木星绕太阳运行的轨道不同,运行速度的大小不可能始终相等,B错误;根据开普勒第三定律(周期定律)知所有行星轨道的半长轴的三次方与它的公转周期的平方的比值是一个常数,C正确;对于某一个行星来说,其与太阳连线在相同的时间内扫过的面积相等,不同行星在相同的时间内扫过的面积不相等,D错误.答案:C 2.(2016·郑州二检)据报道,目前我国正在研制“萤火二号”火星探测器.探测器升空后,先在近地轨道上以线速度v环绕地球飞行,再调整速度进入地火转移轨道,最后再一次调整速度以线速度v′在火星表面附近环绕飞行.若认为地球和火星都是质

量分布均匀的球体,已知火星与地球的半径之比为1∶2,密度之比为5∶7,设火星与地球表面重力加速度分别为g′和g,下列结论正确的是() A.g′∶g=4∶1B.g′∶g=10∶7 C.v′∶v=D.v′∶v= 解析:在天体表面附近,重力与万有引力近似相等,由G=mg,M=ρπR3,解两式得g=GπρR,所以g′∶g=5∶14,A、B项错;探测器在天体表面飞行时,万有引力充当向心力,由G=m,M=ρπR3,解两式得v=2R,所以v′∶v=,C项正确,D 项错. 答案:C 3.嫦娥三号”探月卫星于2013年12月2日1点30分在西昌卫星发射中心发射,将实现“落月”的新阶段.若已知引力常量G,月球绕地球做圆周运动的半径r1、周期T1,“嫦娥三号”探月卫星绕月球做圆周运动的环月轨道(见图)半径r2、周期T2,不计其他天体的影响,则根据题目条件可以() A.求出“嫦娥三号”探月卫星的质量 B.求出地球与月球之间的万有引力 C.求出地球的密度 D.= 解析:绕地球转动的月球受力为=M′r1得T1==.由于不知道地球半径r,无法求出地球密度,C错误;对“嫦娥三号”而言,=mr2,T2=,已知“嫦娥三号”的周期和半径,可求出月球质量M′,但是所有的卫星在万有引力提供向心力的运动学公式中卫星质量都约掉了,无法求出卫星质量,因此探月卫星质量无法求出,A错误;已

《万有引力定律》测试题

(C)在距地面高为R处的绕行速度为」Rg/2 (D)在距地面高为R处的周期为2n 2R/g 7、如图所示,有A、B两个行星绕同一恒星0做圆周运动,运转方向相同,A行星的周期为「,B行星的周期为T2,在某一时刻两行星第一次相遇(即两行星相距最近)则( ) 3、人造卫星环绕地球运动的速率v= gR2/r,其中g为地面处的重力加速度,R为地球半 径,r为卫星离地球中心的距离,下面哪些说法是正确的? (A)从公式可见,环绕速度与轨道半径的平方根成反比; (B)从公式可见,把人造卫星发射到越远的地方越容易; (C)上面环绕速度的表达式是错误的; (D)以上说法都错。() 4、地球同步卫星是指相对于地面不动的人造地球卫星: (A)它可以在地面上任一点的正上方,且离地心的距离可按需要选择不同值; (B)它可以在地面上任一点的正上方,但离地心的距离是一定的; (C)它只能在赤道的正上方,但离地心的距离可按需要选择不同值; (D)它只能在赤道的正上方,且离地心的距离是一定的。() 5、已知下面哪组数据可以计算出地球的质量M地(引力常数G为已知)() (A)月球绕地球运行的周期T1及月球到地球中心的距离Ri (B)地球“同步卫星”离地面的高度h (C)地球绕太阳运行的周期T2及地球到太阳中心的距离艮 (D)人造地球卫星在地面附近的运行速度v和运行周期T3 6、人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,设地球半径为R地面处的重力加速度为g,则人造地球卫星(). (A)绕行的线速度最大为Rg (B) 绕行的周期最小为2n . R/g 9、如图所示,在同一轨道平面上的几个人造地球卫星A、B、C,在某一时刻恰好在同一直 线上,下列正确说法有( ) 根据V _ gr,可知Sv V B v V 根据万有引力定律,F A> F B > F C 向心加速度a A> a B> a c 运动一周后,A先回到原地点 10、?同一轨道上有一个宇航器和 一个小行星,同方向围绕太阳做 匀速圆周运动,由于某种原因,小行星发生爆炸而被分成两块,爆炸结束瞬间,两块都有原方向速度,一块比原速度大,一块比原速度小,关于两块小行星能否撞上宇航器,下列判断正确的是( ) B.速度大的一块不能撞上宇航器 D.以上说法都不对 11、地球可近似看成球形,由于地球表面上物体都随地球自转,所以有:( ) A.物体在赤道处受的地球引力等于两极处,而重力小于两极处 B.赤道处的角速度比南纬30°大 C.地球上物体的向心加速度都指向地心,且赤道上物体的向心加速度比两极处大 一、选择题(每题有一个或多个正确答案,选对得4分,多选得0分,漏选得2分) 1某天体半径是地球半径的K倍,密度是地球的P倍,则该天体表面的重力加速度是地球表面重力加速度的( ) K K p2 (A)笃倍 (B)—倍(C) KP 倍(D)—倍 P2P K 2、已知两颗人造地球卫星的轨道半径5=2",则它们的线速度、角速度、加速度和周期之比正确的是( ) (A) V A:V B= 1: .2 (B) A:B「2、2 (C) a A:a B=1: 4 (D) T A:T B= . 2 : 4 (A)经过时间t=「+T2两行星将第二次相遇 (B)经过时间t 卫J两行星将第二将相遇 T2 T1 (C)经过时间t宁两行星第一次相距较远 (D)经过时间t E两行星第一次相距最远 8、设地球的质量为M半径为R,其自转角速度为3,则地球上空的同步卫星离地面的高度是( ) (A) GM(B) 3GM(C) 2R (D) GM 高一物理《万有引力定律》测试题 班级_______________ :生名______________ 数_____________ (A) (B) (C) (D ) A.速度大的一块能撞上宇航器 C.宇航器能撞上速度小的一块

万有引力定律公式总结

万有引力公式 线速度 角速度 向心加速度 向心力 两个基本思路 1.万有引力提供向心力:r m r n m ma r T m r m r v m r M G ωππω======22222 2244m 2.忽略地球自转的影响: mg R GM =2 m (2 g R GM =,黄金代换式) 一、测量中心天体的质量和密度 测质量: 1.已知表面重力加速度g ,和地球半径R 。(mg R GM =2m ,则G gR M 2= ) 2.已知环绕天体周期T 和轨道半径r 。(r T m r Mm G 2224π= ,则2 3 24GT r M π=) 3.已知环绕天体的线速度v 和轨道半径r 。(r v m r Mm G 22=,则G r v M 2=) 4.已知环绕天体的角速度ω和轨道半径r 。(r m r Mm G 2 2ω=,则G r M 32ω=) 5.已知环绕天体的线速度v 和周期T 。(T r v π2=,r v m r M G 22m =,联立得G T M π2v 3=) 测密度: 已知环绕天体的质量m 、周期T 、轨道半径r 。中心天体的半径R ,求中心天体的密度ρ 解:由万有引力充当向心力

r T m r Mm G 2224π= 则2 324GT r M π= ——① 又3 3 4R V M πρρ? == ——② 联立两式得:3 23 3R GT r πρ= 当R=r 时,有2 3GT π ρ= 二、星球表面重力加速度、轨道重力加速度问题 1.在星球表面: 2 R GM mg =(g 为表面重力加速度,R 为星球半径) 2.离地面高h: 2 ) (h R GM g m += '(g '为h 高处的重力加速度) 联立得g'与g 的关系: 2 2 )('h R gR g += 三、卫星绕行的向心加速度、速度、角速度、周期与半径的关系 1.ma r M G =2m ,则2 a r M G =(卫星离地心越远,向心加速度越小) 2.r v m r Mm G 2 2=,则r GM v = (卫星离地心越远,它运行的速度越小) 3.r m r Mm G 22ω=,则3r GM =ω(卫星离的心越远,它运行的角速度越小) 4.r T m r Mm G 22 24π=,则GM T 3 2r 4π= (卫星离的心越远,它运行的周期越大)

最新高考物理万有引力定律的应用常见题型及答题技巧及练习题(含答案)

最新高考物理万有引力定律的应用常见题型及答题技巧及练习题(含答案) 一、高中物理精讲专题测试万有引力定律的应用 1.据报道,一法国摄影师拍到“天宫一号”空间站飞过太阳的瞬间.照片中,“天宫一号”的太阳帆板轮廓清晰可见.如图所示,假设“天宫一号”正以速度v =7.7km/s 绕地球做匀速圆周运动,运动方向与太阳帆板两端M 、N 的连线垂直,M 、N 间的距离L =20m ,地磁场的磁感应强度垂直于v ,MN 所在平面的分量B =1.0×10﹣5 T ,将太阳帆板视为导体. (1)求M 、N 间感应电动势的大小E ; (2)在太阳帆板上将一只“1.5V 、0.3W”的小灯泡与M 、N 相连构成闭合电路,不计太阳帆板和导线的电阻.试判断小灯泡能否发光,并说明理由; (3)取地球半径R =6.4×103 km ,地球表面的重力加速度g = 9.8 m/s 2,试估算“天宫一号”距离地球表面的高度h (计算结果保留一位有效数字). 【答案】(1)1.54V (2)不能(3)5410m ? 【解析】 【分析】 【详解】 (1)法拉第电磁感应定律 E=BLv 代入数据得 E =1.54V (2)不能,因为穿过闭合回路的磁通量不变,不产生感应电流. (3)在地球表面有 2Mm G mg R = 匀速圆周运动 2 2 ()Mm v G m R h R h =++ 解得 2 2gR h R v =- 代入数据得 h ≈4×105m

【方法技巧】 本题旨在考查对电磁感应现象的理解,第一问很简单,问题在第二问,学生在第一问的基础上很容易答不能发光,殊不知闭合电路的磁通量不变,没有感应电流产生.本题难度不大,但第二问很容易出错,要求考生心细,考虑问题全面. 2.万有引力定律揭示了天体运动规律与地上物体运动规律具有内在的一致性. (1)用弹簧测力计称量一个相对于地球静止的物体的重力,随称量位置的变化可能会有不同结果.已知地球质量为M,自转周期为T,引力常量为G.将地球视为半径为R、质量分布均匀的球体,不考虑空气的影响.设在地球北极地面称量时,弹簧测力计的读数是F0.①若在北极上空高出地面h处称量,弹簧测力计读数为F1,求比值的表达式,并就 h=1.0%R的情形算出具体数值(计算结果保留两位有效数字); ②若在赤道表面称量,弹簧测力计读数为F2,求比值的表达式. (2)设想地球绕太阳公转的圆周轨道半径为r、太阳半径为R s和地球的半径R三者均减小为现在的1.0%,而太阳和地球的密度均匀且不变.仅考虑太阳与地球之间的相互作用,以现实地球的1年为标准,计算“设想地球”的1年将变为多长? 【答案】(1)①0.98,② 23 2 2 0 4 1 F R F GMT π =- (2)“设想地球”的1年与现实地球的1年时间相同 【解析】 试题分析:(1)根据万有引力等于重力得出比值的表达式,并求出具体的数值. 在赤道,由于万有引力的一个分力等于重力,另一个分力提供随地球自转所需的向心力,根据该规律求出比值的表达式 (2)根据万有引力提供向心力得出周期与轨道半径以及太阳半径的关系,从而进行判断.解:(1)在地球北极点不考虑地球自转,则秤所称得的重力则为其万有引力,于是 ① ② 由公式①②可以得出: =0.98. ③

万有引力定律练习题

万有引力定律练习题 一.选择题(共8小题) 1.(2018?榆林一模)2009年5月,航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后,在A点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ,B为轨道Ⅱ上的一点,如图所示.关于航天飞机的运动,下列说法中不正确的有() A.在轨道Ⅱ上经过A的速度小于经过B的速度 B.在轨道Ⅱ上经过A的动能小于在轨道Ⅰ上经过A的动能 C.在轨道Ⅱ上运动的周期小于在轨道Ⅰ上运动的周期 D.在轨道Ⅱ上经过A的加速度小于在轨道Ⅰ上经过A的加速度2.(2018?江西模拟)北斗卫星导航系统由一组轨道高低不同的人造地球卫星组成。高轨道卫星是地球同步卫星,其轨道半径约为地球半径的6.6倍。若某低轨道卫星的周期为12小时,则这颗低轨道卫星的轨道半径与地球半径之比约为() A.4.2 B.3.3 C.2.4 D.1.6 3.(2018?海南)土星与太阳的距离是火星与太阳距离的6倍多。由此信息可知() A.土星的质量比火星的小 B.土星运行的速率比火星的小 C.土星运行的周期比火星的小 D.土星运行的角速度大小比火星的大 4.(2018?高明区校级学业考试)如果把水星和金星绕太阳的运动视为匀速圆周运动,如图所示。从水星与金星在一条直线上开始计时,若天文学家测得在相同时间内水星转过的角度为θ1,金星转过的角度为θ2(θ1、θ2均为锐角),则由此条件可求得()

A.水星和金星绕太阳运动的周期之比 B.水星和金星的密度之比 C.水星和金星表面的重力加速度之比 D.水星和金星绕太阳运动的向心力大小之比 5.(2018?瓦房店市一模)如图所示,“嫦娥三号”的环月轨道可近似看成是圆轨道,观察“嫦娥三号”在环月轨道上的运动,发现每经过时间t通过的弧长为l,该弧长对应的圆心角为θ弧度,已知万有引力常量为G,则月球的质量是() A.B.C.D. 6.(2018春?南岗区校级期中)如图,有关地球人造卫星轨道的正确说法有() A.a、b、c 均可能是卫星轨道B.卫星轨道只可能是a C.a、b 均可能是卫星轨道D.b 可能是同步卫星的轨道7.(2018春?武邑县校级月考)如图所示,假设月球半径为R,月球表面的重力加速度为g0,飞船在距月球表面高度为3R的圆形轨道Ⅰ运动,到达轨道的A点点火变轨进入椭圆轨道Ⅱ,到达轨道的近月点B再次点火进入近月轨道Ⅲ绕月球做圆周运动。则()

万有引力定律典型例题解析

万有引力定律·典型例题解析 【例1】设地球的质量为M ,地球半径为R ,月球绕地球运转的轨道半径为r ,试证在地球引力的作用下: (1)g (2)(3)r 60R 地面上物体的重力加速度= ;月球绕地球运转的加速度=;已知=,利用前两问的结果求的值; GM R GM r g 22αα (4)已知r =3.8×108m ,月球绕地球运转的周期T =27.3d ,计算月球绕地球运转时的向心加速度a ; (5)已知地球表面重力加速度g =9.80m/s 2,利用第(4)问的计算结果, 求 的值.α g 解析: (1)略;(2)略; (3)2.77×10-4; (4)2.70×10-3m/s 2 (5)2.75×10-4 点拨:①利用万有引力等于重力的关系,即=.②利用万有引力等于向心力的关系,即=.③利用重力等于向心力 G Mm r mg G Mm r m 2 2α 的关系,即mg =ma .以上三个关系式中的a 是向心加速度,根据题目 的条件可以用、ω或来表示.v r r T 2224r 2 π 【例】月球质量是地球质量的 ,月球半径是地球半径的,在21811 38. 距月球表面14m 高处,有一质量m =60kg 的物体自由下落. (1)它落到月球表面需用多少时间? (2)它在月球上的“重力”和质量跟在地球上是否相同(已知地球表面重力

加速度g 地=9.8m/s 2)? 解析:(1)4s (2)588N 点拨:(1)物体在月球上的“重力”等于月球对物体的万有引力,设 mg G M m R mg G M m R 22月月月 地地地 =.同理,物体在地球上的“重力”等于地球对物体的 万有引力,设=. 以上两式相除得=,根据=可得物体落到月球表 面需用时间为==×=. 月月g 1.75m /s S gt t 4s 2 2 12 2214 175S g . (2)在月球上和地球上,物体的质量都是60kg .物体在月球上的“重力”和在地球上的重力分别为G 月=mg 月=60×1.75N =105N ,G 地=mg 地=60×9.8N =588N . 跟踪反馈 1.如图43-1所示,两球的半径分别为r 1和r 2,均小于r ,两球质量分布均匀,大小分别为m 1、m 2,则两球间的万有引力大小为: [ ] A .Gm 1m 2/r 2 B .Gm 1m 2/r 12 C .Gm 1m 2/(r 1+r 2)2 D .Gm 1m 2/(r 1+r 2+r)2

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万有引力定律练习题 一.选择题(共8小题) 1.(2018?榆林一模)2009年5月,航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后,在A点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ,B为轨道Ⅱ上的一点,如图所示.关于航天飞机的运动,下列说法中不正确的有() A.在轨道Ⅱ上经过A的速度小于经过B的速度 B.在轨道Ⅱ上经过A的动能小于在轨道Ⅰ上经过A的动能 C.在轨道Ⅱ上运动的周期小于在轨道Ⅰ上运动的周期 D.在轨道Ⅱ上经过A的加速度小于在轨道Ⅰ上经过A的加速度 2.(2018?江西模拟)北斗卫星导航系统由一组轨道高低不同的人造地球卫星组成。高轨道卫星是地球同步卫星,其轨道半径约为地球半径的6.6倍。若某低轨道卫星的周期为12小时,则这颗低轨道卫星的轨道半径与地球半径之比约为() A.4。2 B.3.3 C.2.4 D.1.6 3.(2018?海南)土星与太阳的距离是火星与太阳距离的6倍多。由此信息可知() A.土星的质量比火星的小 B.土星运行的速率比火星的小 C.土星运行的周期比火星的小 D.土星运行的角速度大小比火星的大 4.(2018?高明区校级学业考试)如果把水星和金星绕太阳的运动视为匀速圆周运动,如图所示.从水星与金星在一条直线上开始计时,若天文学家测得在相同时间内水星转过的角度为θ1,金星转过的角度为θ2(θ1、θ2均为锐角),则由此条件可

高中物理公式大全全集万有引力

五、万有引力 1、开普勒三定律: ⑴开普勒第一定律(轨道定律):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 ⑵开普勒第二定律(面积定律):太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积 ⑶开普勒第三定律(周期定律):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 对T 1、T 2表示两个行星的公转周期,R 1、R 2表示两行星椭圆轨道的半长轴,则周期定律可表示为32 312221R R T T = 或k T R =3 3,比值k 是与行星无关而只与太阳有关的恒量 【注意】:⑴开普勒定律不仅适用于行星,也适用于卫星,只不过此时k T R =33 ‘ ,比值k ’ 是 由行星的质量所决定的另一恒量。 ⑵行星的轨道都跟圆近似,因此计算时可以认为行星是做匀速圆周运动 ⑶开普勒定律是总结行星运动的观察结果而总结归纳出来的规律,它们每一条都 是经验定律,都是从观察行星运动所取得的资料中总结出来的。 例题:飞船沿半径为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R 0,求飞船由A 点到B 点所需要的时间。 解析:依开普勒第三定律知,飞船绕地球做圆周(半长轴和半短轴相等的特殊椭圆)运动时,其轨道半径的三次方跟周期的平方的比值,等于飞船绕地球沿椭圆轨道运动时,其半长轴的三次方跟周期平方和比值,飞船椭圆轨道的半长轴为 2 R R +,设飞船沿椭圆轨道运动的周期一、知识网络 二、 画龙点睛 概念

高中物理万有引力定律的应用常见题型及答题技巧及练习题(含答案)

高中物理万有引力定律的应用常见题型及答题技巧及练习题(含答案) 一、高中物理精讲专题测试万有引力定律的应用 1.人类第一次登上月球时,宇航员在月球表面做了一个实验:将一片羽毛和一个铁锤从同一个高度由静止同时释放,二者几乎同时落地.若羽毛和铁锤是从高度为h 处下落,经时间t 落到月球表面.已知引力常量为G ,月球的半径为R . (1)求月球表面的自由落体加速度大小g 月; (2)若不考虑月球自转的影响,求月球的质量M 和月球的“第一宇宙速度”大小v . 【答案】(1)22h g t =月 (2)2 2 2hR M Gt =;2hR v t = 【解析】 【分析】 (1)根据自由落体的位移时间规律可以直接求出月球表面的重力加速度; (2)根据月球表面重力和万有引力相等,利用求出的重力加速度和月球半径可以求出月球的质量M ; 飞行器近月飞行时,飞行器所受月球万有引力提供月球的向心力,从而求出“第一宇宙速度”大小. 【详解】 (1)月球表面附近的物体做自由落体运动 h =1 2 g 月t 2 月球表面的自由落体加速度大小 g 月=2 2h t (2)若不考虑月球自转的影响 G 2 Mm R =mg 月 月球的质量 2 2 2hR M Gt = 质量为m'的飞行器在月球表面附近绕月球做匀速圆周运动m ′g 月=m ′2 v R 月球的“第一宇宙速度”大小 2hR v g R t 月== 【点睛】 结合自由落体运动规律求月球表面的重力加速度,根据万有引力与重力相等和万有引力提供圆周运动向心力求解中心天体质量和近月飞行的速度v . 2.在不久的将来,我国科学家乘坐“嫦娥N 号”飞上月球(可认为是均匀球体),为了研究月球,科学家在月球的“赤道”上以大小为v 0的初速度竖直上抛一物体,经过时间t 1,物体回到抛出点;在月球的“两极”处仍以大小为v 0的初速度竖直上抛同一物体,经过时间t 2,物体回到抛出点。已知月球的半径为R ,求: (1)月球的质量; (2)月球的自转周期。

高考物理万有引力定律的应用技巧和方法完整版及练习题含解析

高考物理万有引力定律的应用技巧和方法完整版及练习题含解析 一、高中物理精讲专题测试万有引力定律的应用 1.一名宇航员到达半径为R 、密度均匀的某星球表面,做如下实验:用不可伸长的轻绳拴一个质量为m 的小球,上端固定在O 点,如图甲所示,在最低点给小球某一初速度,使其绕O 点在竖直面内做圆周运动,测得绳的拉力大小F 随时间t 的变化规律如图乙所示.F 1、F 2已知,引力常量为G ,忽略各种阻力.求: (1)星球表面的重力加速度; (2)卫星绕该星的第一宇宙速度; (3)星球的密度. 【答案】(1)126F F g m -=(212()6F F R m -(3) 128F F GmR ρπ-= 【解析】 【分析】 【详解】 (1)由图知:小球做圆周运动在最高点拉力为F 2,在最低点拉力为F 1 设最高点速度为2v ,最低点速度为1v ,绳长为l 在最高点:2 22mv F mg l += ① 在最低点:2 11mv F mg l -= ② 由机械能守恒定律,得 221211222 mv mg l mv =?+ ③ 由①②③,解得1 2 6F F g m -= (2) 2 GMm mg R = 2GMm R =2 mv R 两式联立得:12()6F F R m -

(3)在星球表面:2 GMm mg R = ④ 星球密度:M V ρ= ⑤ 由④⑤,解得12 8F F GmR ρπ-= 点睛:小球在竖直平面内做圆周运动,在最高点与最低点绳子的拉力与重力的合力提供向心力,由牛顿第二定律可以求出重力加速度;万有引力等于重力,等于在星球表面飞行的卫星的向心力,求出星球的第一宇宙速度;然后由密度公式求出星球的密度. 2.a 、b 两颗卫星均在赤道正上方绕地球做匀速圆周运动,a 为近地卫星,b 卫星离地面高度为3R ,己知地球半径为R ,表面的重力加速度为g ,试求: (1)a 、b 两颗卫星周期分别是多少? (2) a 、b 两颗卫星速度之比是多少? (3)若某吋刻两卫星正好同时通过赤道同--点的正上方,则至少经过多长时间两卫星相距最远? 【答案】(1 )2 ,16(2)速度之比为2 【解析】 【分析】根据近地卫星重力等于万有引力求得地球质量,然后根据万有引力做向心力求得运动周期;卫星做匀速圆周运动,根据万有引力做向心力求得两颗卫星速度之比;由根据相距最远时相差半个圆周求解; 解:(1)卫星做匀速圆周运动,F F =引向, 对地面上的物体由黄金代换式2 Mm G mg R = a 卫星 2 224a GMm m R R T π= 解得2a T =b 卫星2 2 24·4(4)b GMm m R R T π= 解得16b T = (2)卫星做匀速圆周运动,F F =引向, a 卫星2 2a mv GMm R R =

万有引力定律单元测试题及解析

万有引力定律单元测试题 及解析 Prepared on 21 November 2021

万有引力定律单元测试题 一、选择题(每小题7分,共70分) 1.(2010·上海高考)月球绕地球做匀速圆周运动的向心加速度大小为a.设月球表面的重力加速度大小为g1,在月球绕地球运行的轨道处由地球引力产生的加速度大小为g2,则( ) A.g1=a B.g2=a C.g1+g2=a D.g2-g1=a 2. 图4-3-5 (2012·广东高考)如图4-3-5所示,飞船从轨道1变轨至轨道2.若飞船在两轨道上都做匀速圆周运动,不考虑质量变化,相对于在轨道1上,飞船在轨道2上的( ) A.动能大 B.向心加速度大 C.运行周期长 D.角速度小 3.(2010·北京高考)一物体静置在平均密度为ρ的球形天体表面的赤道上.已知万有引力常量为G,若由于天体自转使物体对天体表面压力恰好为零,则天体自转周期为( ) A.B. C.D. 4.(2012·山东高考)2011年11月3日,“神舟八号”飞船与“天宫一号”目标飞行器成功实施了首次交会对接.任务完成后“天宫一号”经变轨升到更高的轨道,等待与“神舟九号”交会对接.变轨前和变轨完成后“天宫一号”的运行轨道均可视为圆轨道,对应的轨道半径分别为R1、R2,线速度大小分别为v1、v2.则等于( ) A.B. C.D. 5.(2012·北京高考)关于环绕地球运动的卫星,下列说法正确的是( ) A.分别沿圆轨道和椭圆轨道运行的两颗卫星,不可能具有相同的周期 B.沿椭圆轨道运行的一颗卫星,在轨道不同位置可能具有相同的速率 C.在赤道上空运行的两颗地球同步卫星,它们的轨道半径有可能不同 D.沿不同轨道经过北京上空的两颗卫星,它们的轨道平面一定会重合 6.(2011·重庆高考)某行星和地球绕太阳公转的轨道均可视为圆.每过N 年,该行星会运行到日地连线的延长线上,如图4-3-6所示,该行星与地球的公转半径之比为( )

高一物理万有引力定律测试题及答案

高一物理万有引力定律测 试题及答案 The document was prepared on January 2, 2021

万有引力定律测试题 班级姓名学号 一、选择题(每小题中至少有一个选项是正确的,每小题5分,共40分)1.绕地球作匀速圆周运动的人造地球卫星内,其内物体处于完全失重状态,则物体() A.不受地球引力作用B.所受引力全部用来产生向心加速度 C.加速度为零D.物体可在飞行器悬浮 2.人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,其轨道半径为R,线速度为v,周期为T,若要使卫星的周期变为2T,可能的办法是() 不变,使线速度变为 v/2 不变,使轨道半径变为2R D.无法实现 3.由于地球的自转,地球表面上各点均做匀速圆周运动,所以() A.地球表面各处具有相同大小的线速度 B.地球表面各处具有相同大小的角速度 C.地球表面各处具有相同大小的向心加速度 D.地球表面各处的向心加速度方向都指向地球球心 4.地球上有两位相距非常远的观察者,都发现自己的正上方有一颗人造地球卫星,相对自己静止不动,则这两位观察者的位置及两人造卫星到地球中心的距离可能是() A.一人在南极,一人在北极,两卫星到地球中心的距离一定相等 B.一人在南极,一人在北极,两卫星到地球中心的距离可以不等,但应成整数倍 C.两人都在赤道上,两卫星到地球中心的距离一定相等 D.两人都在赤道上,两卫星到地球中心的距离可以不等,但应成整数倍 5.设地面附近重力加速度为g 0,地球半径为R ,人造地球卫星圆形运行轨道半 径为R,那么以下说法正确的是 ( ) 6.一宇宙飞船在一个星球表面附近做匀速圆周运动,宇航员要估测星球的密度,只需要测定飞船的() A:环绕半径 B:环绕速度 C:环绕周期 D:环绕角速度

万有引力定律公式总结

万有引力定律知识点 班级: 姓名: 一、三种模型 1、匀速圆周运动模型:无论自然天体还是人造天体都可以看成质点,围绕中心天体做匀速圆周运动。 2、双星模型:将两颗彼此距离较近的恒星称为双星,它们相互之间的万有引力提供各自转动的向心力。 3、“天体相遇”模型:两天体相遇,实际上是指两天体相距最近。 二、两种学说 1、地心说:代表人物是古希腊科学托勒密 2、日心说:代表人物是波兰天文学家哥白尼 三、两个定律 第一定律(椭圆定律):所有行星绕太阳的运动轨道都是椭圆,太阳位于椭圆的每一个焦点上。 第二定律(面积定律):对每一个行星而言,太阳和行星的连线,在相等时间内扫过相同的面积。 第三定律(周期定律):所有行星绕太阳运动的椭圆轨道半长轴R 的三次方跟公转周期T 的二次方的比值都相等。 (表达式 ) 四、基础公式 线速度:v ==== 角速度:== == 向心力:F=m =m(2r=m(2 )2r= m(2)2r=m =m 向心加速度:a= = (2r= (2)2r= (2 )2r== 五、两个基本思路 1.万有引力提供向心力:ma r T m r m r v m r M G ====22 2224m πω 2.忽略地球自转的影响: mg R GM =2m (2g R GM =,黄金代换式) 六、测量中心天体的质量和密度 测质量: 1.已知表面重力加速度g ,和地球半径R 。(mg R GM =2m ,则G gR M 2=)一般用于地球 2.已知环绕天体周期T 和轨道半径r 。(r T m r Mm G 2224π= ,则2 3 24GT r M π=) 3.已知环绕天体的线速度v 和轨道半径r 。(r v m r Mm G 22=,则G r v M 2=) 4.已知环绕天体的角速度ω和轨道半径r (r m r Mm G 22ω=,则G r M 32ω=) 5.已知环绕天体的线速度v 和周期T (T r v π2=,r v m r M G 22m =,联立得G T M π2v 3=) 测密度:

高中物理高考物理万有引力定律的应用常见题型及答题技巧及练习题(含答案).docx

高中物理高考物理万有引力定律的应用常见题型及答题技巧及练习题( 含答案 ) 一、高中物理精讲专题测试万有引力定律的应用 1.天文学家将相距较近、仅在彼此的引力作用下运行的两颗恒星称为双星.双星系统在银 河系中很普遍.利用双星系统中两颗恒星的运动特征可推算出它们的总质量.已知某双星 系统中两颗恒星围绕它们连线上的某一固定点分别做匀速圆周运动,周期均为T,两颗恒星之间的距离为r,试推算这个双星系统的总质量.(引力常量为G) 【答案】 【解析】 设两颗恒星的质量分别为m 1 、m2,做圆周运动的半径分别为r1、 r2,角速度分别为 w ,w.根据题意有 12 w1=w2①(1 分) r +r =r ②( 1 分) 12 根据万有引力定律和牛顿定律,有 G③( 3分) G④( 3 分) 联立以上各式解得 ⑤(2分) 根据解速度与周期的关系知 ⑥(2分) 联立③⑤⑥式解得 (3 分) 本题考查天体运动中的双星问题,两星球间的相互作用力提供向心力,周期和角速度相 同,由万有引力提供向心力列式求解 2.“天舟一号”货运飞船于2017 年 4 月 20 日在海南文昌航天发射中心成功发射升空,完成 了与天宫二号空间实验室交会对接。已知地球质量为M ,半径为R,万有引力常量为G。(1)求质量为m 的飞船在距地面高度为h 的圆轨道运行时的向心力和向心加速度大小。 (2)若飞船停泊于赤道上,考虑地球的自转因素,自转周期为 小物体所受重力大小G0。 T0,求飞船内质量为m0的 (3)发射同一卫星到地球同步轨道时,航天发射场一般选取低纬度还是高纬度发射基地更 为合理?原因是什么?

【答案】 (1)(2)(3)借助接近赤道的低纬度发射基地更 为合理,原因是低纬度地区相对于地心可以有较大线速度,有较大的初动能 【解析】 【详解】 (1)根据万有引力定律和牛顿第二定律有 解得 (2)根据万有引力定律及向心力公式,有及 解得 (3)借助接近赤道的低纬度发射基地更为合理,原因是低纬度地区相对于地心可以有较大 线速度,有较大的初动能。 3.经过逾 6 个月的飞行,质量为 40kg 的洞察号火星探测器终于在北京时间2018 年11 月27 日 03: 56 在火星安全着陆。着陆器到达距火星表面高度800m 时速度为60m/s ,在着陆器底部的火箭助推器作用下开始做匀减速直线运动;当高度下降到距火星表面100m时速度减为 10m/s 。该过程探测器沿竖直方向运动,不计探测器质量的变化及火星表面的大气 阻力,已知火星的质量和半径分别为地球的十分之一和二分之一,地球表面的重力加速度 为g = 10m/s2。求: (1)火星表面重力加速度的大小; (2)火箭助推器对洞察号作用力的大小. 【答案】 (1) 2 g火 =4m/s (2) F=260N 【解析】 【分析】 火星表面或地球表面的万有引力等于重力,列式可求解火星表面的重力加速度;根据运动公式求解下落的加速度,然后根据牛顿第二定律求解火箭助推器对洞察号作用力.【详解】 (1)设火星表面的重力加速度为g 火,则G M 火m=mg 火 r火2 G M 地 m =mg r地2 解得 g 火=0.4g=4m/s 2

万有引力定律典型例题分析

“万有引力定律”的典型例题 例5 【例1】假如一个作圆周运动的人造地球卫星的轨道半径增大到原来的2倍,仍作圆周运动,则 [ ] A.根据公式v=ωr,可知卫星运动的线速度将增大到原来的2倍 D.根据上述选答B和C中给出的公式,可知卫星运动的线速度将 【分析】人造地球卫星绕地球作匀速圆周运动时,由地球对它的引力作向心力,即 卫星运动的线速度

当卫星的轨道半径增大为原来的2倍时,由于角速度会发生变化, 错,D正确. 同理,当卫星的轨道半径增大为原来的2倍时,由于线速度的变化,卫星所需的向心力不是减为原来的1/2,而是减小到原来的1/4.B错,C正确. 【答】C、D. 【说明】物体作匀速圆周运动时,线速度、角速度、向心加速度、向心力和轨道半径间有一定的牵制关系.例如,只有当ω不变时,线速度才与半径成正比;同样,当线速度不变时,同一物体的向心力才与半径成反比.使用中不能脱离条件. 研究卫星的运动时,最根本的是抓住引力等于向心力这一关系. 【例2】估算天体的质量 【解】把卫星(或行星)绕中心天体的运动看成是匀速圆周运动,由中心天体对卫星(或行星)的引力作为它绕中心天体的向心力.根据 得 因此,只需测出卫星(或行星)的运动半径r和周期T,即可算出中心天体的质量M.

【例3】登月飞行器关闭发动机后在离月球表面112km的空中沿圆形轨道绕月球飞行,周期是120.5min.已知月球半径是1740km,根据这些数据计算月球的平均密度.(G=6.67×10-11Nm2/kg2) 【分析】要计算月球的平均密度,首先应求出质量M.飞行器绕月球做匀速圆周运动的向心力是由月球对它的万有引力提供的. 【解】根据牛顿第二定律有 从上式中消去飞行器质量m后可解得 根据密度公式有 【例4】如图1所示,在一个半径为R、质量为M的均匀球体中, 连线上、与球心相距d的质点m的引力是多大? 【分析】把整个球体对质点的引力看成是挖去的小球体和剩余部分对质点的引力之和,即可得解.

《万有引力定律》测试题(内含答案)

高一物理《万有引力定律》测试题 班级______________姓名______________分数 一、 选择题(每题有一个或多个正确答案,选对得4分,多选得0分,漏选得2分) 1、某天体半径是地球半径的K 倍,密度是地球的P 倍,则该天体表面的重力加速度是地球表面重力加速度的( ) (A )2P K 倍 (B )P K 倍 (C ) KP 倍 (D ) K P 2倍 2、已知两颗人造地球卫星的轨道半径r A =2r B ,则它们的线速度、角速度、加速度和周期之比正确的是( ) (A )V A :V B =2:1 (B )22:1:=B A ωω (C )a A :a B =1:4 (D )T A :T B =4:2 3、人造卫星环绕地球运动的速率v=gR r 2/,其中g 为地面处的重力加速度,R 为地球半径,r 为卫星离地球中心的距离,下面哪些说法是正确的? (A)从公式可见,环绕速度与轨道半径的平方根成反比; (B)从公式可见,把人造卫星发射到越远的地方越容易; (C)上面环绕速度的表达式是错误的; (D)以上说法都错。 ( ) 4、地球同步卫星是指相对于地面不动的人造地球卫星: (A)它可以在地面上任一点的正上方,且离地心的距离可按需要选择不同值; (B)它可以在地面上任一点的正上方,但离地心的距离是一定的; (C)它只能在赤道的正上方,但离地心的距离可按需要选择不同值; (D)它只能在赤道的正上方,且离地心的距离是一定的。 ( ) 5、已知下面哪组数据可以计算出地球的质量M 地(引力常数G 为已知)( ) (A)月球绕地球运行的周期T 1及月球到地球中心的距离R 1 (B)地球“同步卫星”离地面的高度h (C)地球绕太阳运行的周期T 2及地球到太阳中心的距离R 2 (D)人造地球卫星在地面附近的运行速度v 和运行周期T 3 6、人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,设地球半径为R ,地面处的重力加速度为g ,则人造地球卫星( ). (A)绕行的线速度最大为Rg (B)绕行的周期最小为2π g R / (C)在距地面高为R 处的绕行速度为2/Rg (D)在距地面高为R 处的周期为2πg R /2 7、如图所示,有A 、B 两个行星绕同一恒星O 做圆周运动,运转方向相同,A 行星的周期为 T 1,B 行星的周期为T 2,在某一时刻两行星第一次相遇(即两行星相距最近)则( ) (A )经过时间t=T 1+T 2两行星将第二次相遇 (B )经过时间1 22 1T T T T t -= 两行星将第二将相遇 (C )经过时间22 1T T t += 两行星第一次相距较远 (D )经过时间) (2122 1T T T T t -= 两行星第一次相距最远 8、设地球的质量为M ,半径为R ,其自转角速度为ω,则地球上空的同步卫星离地面的高度是( ) (A ) R GM -3 ω (B )R GM -3 2 ω (C )2R (D ) R GM -2 3 ω 9、如图所示,在同一轨道平面上的几个人造地球卫星A 、B 、C ,在某一时刻恰好在同一直线上,下列正确说法有( ) (A )根据gr V =,可知V A <V B <V C (B )根据万有引力定律,F A >F B >F C (C )向心加速度a A >a B >a C (D )运动一周后,A 先回到原地点 10、.同一轨道上有一个宇航器和一个小行星,同方向围绕太阳做匀速圆周运动,由于某种原因,小行星发生爆炸而被分成两块,爆炸结束瞬间,两块都有原方向速度,一块比原速度大,一块比原速度小,关于两块小行星能否撞上宇航器,下列判断正确的是( ) A. 速度大的一块能撞上宇航器 B. 速度大的一块不能撞上宇航器 C. 宇航器能撞上速度小的一块 D. 以上说法都不对 11、地球可近似看成球形,由于地球表面上物体都随地球自转,所以有: ( ) A .物体在赤道处受的地球引力等于两极处,而重力小于两极处 B .赤道处的角速度比南纬300大 C .地球上物体的向心加速度都指向地心,且赤道上物体的向心加速度比两极处大

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