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高中物理万有引力知识点总结
高中物理万有引力知识点总结1. 牛顿的万有引力定律：任何两个物体间都存在引力，这个引力与它们的质量成正比，与它们之间距离的平方成反比。
这就是牛顿的万有引力定律。
公式表示为：F=G(m1m2)/r^2，其中F是两个物体间的引力，m1和m2分别是两个物体的质量，r是它们之间的距离，G是万有引力常量。
2. 万有引力定律的应用：天体运动：万有引力定律为解释和预测天体运动提供了基础。
例如，行星绕太阳的运动，卫星绕地球的运动等。
重力加速度：在地球表面，万有引力定律可以用来解释重力加速度的存在。
重力加速度是由地球的质量产生的万有引力引起的。
3. 开普勒三定律：第一定律（轨道定律）：所有行星绕太阳的轨道都是椭圆，太阳在其中一个焦点上。
第二定律（面积定律）：对于任何行星，它与太阳的连线在相同的时间内扫过的面积相等。
第三定律（周期定律）：所有行星绕太阳一周的周期的平方与它们轨道半长轴的立方之比是一个常数。
4. 万有引力定律与天体运动的关系：通过万有引力定律和牛顿第二定律（F=ma），我们可以推导出天体运动的规律。
例如，行星的轨道周期与其轨道半径的三次方和质量的二次方之间的关系，这就是开普勒第三定律的来源。
5. 人造卫星：人造卫星是利用万有引力定律进行设计和操作的。
通过调整卫星的轨道和速度，可以实现各种任务，如通信、气象观测、导航等。
6. 逃逸速度：逃逸速度是指一个物体从某天体表面发射出去，要逃离该天体的引力束缚所需要的最小速度。
逃逸速度的计算涉及到万有引力定律和动能定理。
以上就是高中物理中万有引力知识点的主要内容。
掌握这些知识，可以帮助我们更好地理解和预测天体运动，以及设计和操作人造卫星等任务。
(完整word版)高中物理万有引力定律知识点总结和典型例题
万有引力定律人造地球卫星『夯实基础知识』1．开普勒行星运动三定律简介（轨道、面积、比值）丹麦天文学家第必定律：全部行星都在椭圆轨道上运动，太阳则处在这些椭圆轨道的一个焦点上；第二定律：行星沿椭圆轨道运动的过程中，与太阳的连线在单位时间内扫过的面积相等；第三定律：全部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．即r3k T 2开普勒行星运动的定律是在丹麦天文学家弟谷的大批观察数据的基础上归纳出的，给出了行星运动的规律。
2．万有引力定律及其应用(1)内容：宇宙间的全部物体都是互相吸引的，两个物体间的引力大小跟它们的质量成积成正比，跟它们的距离平方成反比，引力方向沿两个物体的连线方向。
MmF G（1687年）r 2G 6.67 10 11 N m 2 / kg 2叫做引力常量，它在数值上等于两个质量都是1kg 的物体相距1m 时的互相作使劲， 1798 年由英国物理学家卡文迪许利用扭秤装置测出。
万有引力常量的测定——卡文迪许扭秤实验原理是力矩均衡。
实验中的方法有力学放大（借助于力矩将万有引力的作用见效放大）和光学放大（借助于平面境将渺小的运动见效放大）。
万有引力常量的测定使卡文迪许成为“能称出地球质量的人”：对于地面周边的物体m，有mg G m E mR E2（式中 R E为地球半径或物体到地球球心间的距离），可获得m E gR E2。
G(2)定律的合用条件：严格地说公式只合用于质点间的互相作用，当两个物体间的距离远远大于物体自己的大小时，公式也可近似使用，但此时r 应为两物体重心间的距离．对于平均的球体，r 是两球心间的距离．当两个物体间的距离无量凑近时，不可以够够再视为质点，万有引力定律不再合用，不可以够够依公式算出 F 近为无穷大。
(3) 地球自转对地表物体重力的影响。
ωF 心NO′mOF引mg甲重力是万有引力产生的，因为地球的自转，因此地球表面的物体随处球自转时需要向心力．重力其实是万有引以以以下图，在纬度为 的地表处， 万有引力的一个分力充任物体随处球一同绕地轴自转所需的向心力F向=mRcos ·ω2（方向垂直于地轴指向地轴） ，而万有引力的另一个分力就是平常所说的重力mg ，其方向与支持力 N 反向，应竖直向下，而不是指向地心。
(完整版)高中物理万有引力部分知识点总结
高中物理——万有引力与航天知识点总结一、开普勒行星运动定律（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）对于每一颗行星，太阳和行星的联线在相等的时间内扫过相等的面积。
（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。
二、万有引力定律1．内容：宇宙间的一切物体都是互相吸引的，两个物体间的引力大小，跟它们的质量的乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比．2．公式：F＝Gm1m2/r^2，其中G＝6.67×10－11 N·m2/kg2，称为万有引力常量。
3．适用条件：严格地说公式只适用于质点间的相互作用，当两个物体间的距离远远大于物体本身的大小时，公式也可近似使用，但此时r应为两物体重心间的距离。
对于均匀的球体，r是两球心间的距离。
三、万有引力定律的应用1．解决天体(卫星)运动问题的基本思路(1)把天体(或人造卫星)的运动看成是匀速圆周运动，其所需向心力由万有引力提供，关系式：F＝Gm1m2/r^2＝mv^2/r＝mω2r＝m(2π/T)2r(2)在地球表面或地面附近的物体所受的重力等于地球对物体的万有引力，即mg＝Gm1m2/r^2，gR2＝GM.2．天体质量和密度的估算通过观察卫星绕天体做匀速圆周运动的周期T，轨道半径r，由万有引力等于向心力，即G r2(Mm)＝m T2(4π2)r，得出天体质量M＝GT2(4π2r3).(1)若已知天体的半径R，则天体的密度ρ＝V(M)＝πR3(4)＝GT2R3(3πr3)(2)若天体的卫星环绕天体表面运动，其轨道半径r等于天体半径R，则天体密度ρ＝GT2(3π)可见，只要测出卫星环绕天体表面运动的周期，就可求得天体的密度．3．人造卫星(1)研究人造卫星的基本方法看成匀速圆周运动，其所需的向心力由万有引力提供．G r2(Mm)＝m r(v2)＝mr ω2＝m 224T πr^2＝ma 向．(2)卫星的线速度、角速度、周期与半径的关系①由GMm/r^2＝mv^2/r 得v ＝GM/r ，故r 越大，v 越小②由GMm/r^2＝mr ω2得ω＝GMm/r^3，故r 越大，ω越小③由GMm/r^2＝m(4π^2/T^2)r 得T ＝GM 32r 4π，故r 越大，T 越大(3)人造卫星的超重与失重①人造卫星在发射升空时，有一段加速运动；在返回地面时，有一段减速运动，这两个过程加速度方向均向上，因而都是超重状态。
高二物理的万有引力定律知识点详解.doc
高二物理的万有引力定律知识点详解高二物理的万有引力定律知识点万有引力是由于物体具有质量而在物体之间产生的一种相互作用。
它的大小和物体的质量以及两个物体之间的距离有关。
物体的质量越大，它们之间的万有引力就越大;物体之间的距离越远，它们之间的万有引力就越小。
两个可看作质点的物体之间的万有引力，可以用以下公式计算：F=GmM/r ,即万有引力等于引力常量乘以两物体质量的乘积除以它们距离的平方。
其中G代表引力常量，其值约为6.67×10的负11次方单位N·m2/kg2。
为英国科学家卡文迪许通过扭秤实验测得。
万有引力的推导：若将行星的轨道近似的看成圆形，从开普勒第二定律可得行星运动的角速度是一定的，即：ω=2π/T(周期)如果行星的质量是m，离太阳的距离是r，周期是T，那么由运动方程式可得，行星受到的力的作用大小为mrω =mr(4π )/T另外，由开普勒第三定律可得r /T =常数k’那么沿太阳方向的力为mr(4π )/T =mk’(4π )/r由作用力和反作用力的关系可知，太阳也受到以上相同大小的力。
从太阳的角度看，(太阳的质量M)(k’’)(4π )/r是太阳受到沿行星方向的力。
因为是相同大小的力，由这两个式子比较可知，k’包含了太阳的质量M，k’’包含了行星的质量m。
由此可知，这两个力与两个天体质量的乘积成正比，它称为万有引力。
如果引入一个新的常数(称万有引力常数)，再考虑太阳和行星的质量，以及先前得出的4·π2，那么可以表示为万有引力=GmM/r两个通常物体之间的万有引力极其微小，我们察觉不到它，可以不予考虑。
比如，两个质量都是60千克的人，相距0.5米，他们之间的万有引力还不足百万分之一牛顿，而一只蚂蚁拖动细草梗的力竟是这个引力的1000倍!但是，天体系统中，由于天体的质量很大，万有引力就起着决定性的作用。
在天体中质量还算很小的地球，对其他的物体的万有引力已经具有巨大的影响，它把人类、大气和所有地面物体束缚在地球上，它使月球和人造地球卫星绕地球旋转而不离去。
万有引力定律及其应用知识点总结
万有引力定律及其应用知识点总结
1、万有引力定律：，引力常量G=6.67×
N·m2/kg2
2、适用条件：可作质点的两个物体间的相互作用;若是两个均匀的球体,r应是两球心间距.(物体的尺寸比两物体的
距离r小得多时，可以看成质点)
3、万有引力定律的应用：(中心天体质量M, 天体半径R, 天体表面重力加速度g )
(1)万有引力=向心力 (一个天体绕另一个天体作圆周运
动时，下面式中r=R+h )
(2)重力=万有引力
地面物体的重力加速度：mg = G g = G ≈9.8m/s2 高空物体的重力加速度：mg = G g = G <9.8m/s2
4、第一宇宙速度----在地球表面附近(轨道半径可视为地球半径)绕地球作圆周运动的卫星的线速度,在所有圆周运
动的卫星中线速度是最大的.
由mg=mv2/R或由 = =7.9km/s
5、开普勒三大定律
6、利用万有引力定律计算天体质量
7、通过万有引力定律和向心力公式计算环绕速度
8、大于环绕速度的两个特殊发射速度：第二宇宙速度、第三宇宙速度(含义)。
(完整版)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 ====222224m πω 2.忽略地球自转的影响：mg RGM =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2324GTr M π=) 3．已知环绕天体的线速度v 和轨道半径r.（r v m rMm 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 rMm G 22ω=，则G r M 32ω=） 5．已知环绕天体的线速度v 和周期T （Tr 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2324GTr M π=——① 又334R V M πρρ⋅==—-② 联立两式得：3233R GT r πρ= 当R=r 时，有23GTπρ= 注:R 中心天体半径，r 轨道半径，球体体积公式334R V π=七、星球表面重力加速度、轨道重力加速度问题1．在星球表面: 2RGM 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: 22)('h R gR g += 八、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2a rM G =（卫星离地心越远,向心加速度越小） 2．r v m rMm G 22=,则r GM v =（卫星离地心越远，它运行的速度越小） 3．r m rMm G 22ω=,则3r GM =ω(卫星离的心越远,它运行的角速度越小） 4．r Tm r Mm G 2224π=，则GMT 32r 4π=（卫星离的心越远，它运行的周期越大） 九、三大宇宙速度 第一宇宙速度（环绕速度）：7。
【高中物理】万有引力定律知识点及练习
【高中物理】万有引力定律知识点及练习一．万有引力定律――归纳为四点：“一个定义式、两大思路、三个宇宙速度、四个结论”二．练习1.2021年9月25日至28日我国成功实施了“神舟”七号载入航天飞行并实现了航天员首次出舱。
飞船先沿椭圆轨道飞行，后在远地点343千米处点火加速，由椭圆轨道变成高度为343千米的圆轨道，在此圆轨道上飞船运行周期约为90分钟。
下列判断正确的是（）a．飞船变轨前后的机械能成正比b．飞船在圆轨道上时航天员出舱前后都处于失重状态c．飞船在此圆轨道上运动的角度速度大于同步卫星运动的角速度d．飞船变轨前通过椭圆轨道远地点时的加速度大于变轨后沿圆轨道运动的加速度解析：因为飞船燃烧变轨，消耗了能量，前后的机械能不动量，故a不恰当。
飞船在圆轨道上时万有引力来提供向心力，故航天员出舱前后都处于失重状态，b正确。
飞船在此圆轨道上运动的周期90分钟大于同步卫星运动的周期24小时，根据所述，飞船在此圆轨道上运动的角度速度大于同步卫星运动的角速度，c恰当。
飞船变轨前通过椭圆轨道远地点时只有万有引力来提供加速度，变轨后沿圆轨道运动也是只有万有引力来提供加速度，所以相等，d不正确。
练2.据报导，我国数据中继卫星“天链一号ol星”于2021年4月25日在西昌卫星发射中心升空升空，经过4次变轨掌控后，于5月1日顺利定点在东经770赤道飞过的同步轨道。
关于顺利定点后的“天链一号01星”，以下观点恰当的就是（）a．运行速度大于7.9km／sb．距地面高度一定，相对地面恒定c．绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大d．contribution加速度与恒定在赤道上物体的contribution加速度大小成正比解析：地球的第一宇宙速度为7.9km／s，是所有绕地卫星中环绕速度最大的。
“天链一号ol星”在同步轨道，即同步卫星。
又因其轨道半径大于近地卫星的轨道半径，故由知其速度小于第一宇宙速度，a不正确。
同步卫星的周期t与地球进动周期相同，故轨道半径就是定值，b恰当。
高一复习万有引力定律
高一复习——————万有引力定律一、 知识梳理 1、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m 1和m 2的乘积成正比，与它们之间距离r 的二次方成反比．（2）．公式：F ＝Gm 1m 2r2，其中G ＝6.67×10－11 N·m 2/kg 2，叫引力常量． （3）．适用条件：两个质点之间的相互作用．(a)质量分布均匀的球体间的相互作用，也可用本定律来计算，其中r 为两球心间的距离．(b)一个质量分布均匀的球体和球外一个质点之间的万有引力也适用，其中r 为质点到球心间的距离．2、万有引力定律基本应用(1)基本方法：把天体(或人造卫星)的运动看成是匀速圆周运动，其所需向心力由万有引力提供．(2)基本公式：G Mmr 2＝ma ＝⎩⎪⎨⎪⎧m v 2rmrω2mr2πT 2mvω3、三种宇宙速度 宇宙速度 数值(km/s) 意义 第一宇宙速度(环绕速度) 7.9 这是卫星绕地球做圆周运动的最大环绕速度，也是人造卫星的最小发射速度，若7.9 km/s≤v ＜11.2 km/s ，物体将绕地球运行 第二宇宙速度(逃逸速度) 11.2是物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度，若11.2km/s≤v ＜16.7 km/s ，物体将绕太阳运行第三宇宙速度 16.7这是物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，若v ≥16.7km/s ，物体将脱离太阳系在宇宙空间运行 判断正误(1)只有天体之间才存在万有引力．( )(2)只要已知两个物体的质量和两个物体之间的距离，就可以由F ＝G Mm R2计算物体间的万有引力．( )(3)当两物体间的距离趋近于0时，万有引力趋近于无穷大．( )【特别提醒】(1)两种速度——环绕速度与发射速度的不同，最大环绕速度等于最小发射速度．(2)两个半径——天体半径R 和卫星轨道半径r 的不同． 【思考回答】当一枚火箭受到的重力只有它在地球表面上受到的重力一半时，它飞到了多大高度？[提示] 地面上：mg 0＝G Mm R 2地. 飞行处：12mg 0＝G MmR 地＋h 2解得飞行高度h ＝(2－1)R二 基础自测1、关于万有引力公式F ＝Gm 1m 2r 2，以下说法中正确的是( ) A ．公式只适用于星球之间的引力计算，不适用于质量较小的物体 B ．当两物体间的距离趋近于0时，万有引力趋近于无穷大 C ．两物体间的万有引力也符合牛顿第三定律D ．公式中引力常量G 的值是牛顿规定的2、(2013·江苏高考)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3、(2013·福建高考)设太阳质量为M ，某行星绕太阳公转周期为T ，轨道可视作半径为r 的圆．已知万有引力常量为G ，则描述该行星运动的上述物理量满足( )A ．GM ＝4π2r 3T 2B ．GM ＝4π2r2T2C ．GM ＝4π2r 2T3D ．GM ＝4πr3T2三、考点解析考点1：天体质量、密度的计算1、重力加速度法：利用天体表面的重力加速度g 和天体半径R .1．由G Mm R 2＝mg 得天体质量M ＝gR 2G.2．天体密度ρ＝M V ＝M 43πR3＝3g4πGR.2、卫星环绕法测出卫星绕天体做匀速圆周运动的半径r 和周期T .(1)．由G Mm r 2＝m 4π2r T 2得天体的质量M ＝4π2r3GT2.(2)．若已知天体的半径R ，则天体的密度ρ＝M V ＝M 43πR3＝3πr3GT 2R 3.若卫星绕中心天体表面运行时，轨道半径r ＝R ，则有ρ＝3πGT2.例题1：(2013·全国大纲卷)“嫦娥一号”是我国首次发射的探月卫星，它在距月球表面高度为200 km 的圆形轨道上运行，运行周期为127分钟．已知引力常量G ＝6.67×10－11N·m 2/kg 2，月球半径约为1.74×103km.利用以上数据估算月球的质量约为( )A ．8.1×1010 kgB ．7.4×1013kgC ．5.4×1019 kgD ．7.4×1022kg 考点2：卫星运行参量的比较与运算 1、卫星的动力学规律由万有引力提供向心力，G Mm r 2＝ma 向＝m v 2r ＝mω2r ＝m 4π2r T2.2、卫星的各物理量随轨道半径变化的规律（1）．G Mm r 2＝m v 2r →v ＝GM r→v ∝1r.（2）．G Mmr2＝mω2r →ω＝GM r 3→ω∝1r 3. （3）．G Mm r 2＝m 4π2T 2r →T ＝4π2r 3GM→T ∝r 3. （4）．G Mm r 2＝ma →a ＝GM r 2→a ∝1r2.（5）．mg ＝GMm R 2地(近地时)→GM ＝gR 2地. （黄金替换） 例题2：(多选)(2011·天津高考)质量为m 的探月航天器在接近月球表面的轨道上飞行，其运动视为匀速圆周运动．已知月球质量为M ，月球半径为R ，月球表面重力加速度为g ，引力常量为G ，不考虑月球自转的影响，则航天器的( )A ．线速度v ＝ GMRB ．角速度ω＝ gRC ．运行周期T ＝2π RgD ．向心加速度a ＝GmR2考点3：赤道上物体、近地卫星、同步卫星的区别 1、区别（1）．同步卫星与地球赤道上的物体的周期都等于地球自转的周期，而不等于近地卫星的周期．（2）．近地卫星与地球赤道上的物体的运动半径都等于地球半径，而不等于同步卫星运动半径．（3）．三者的线速度各不相同．2、求解此类题的关键（1）．在求解“同步卫星”与“赤道上的物体”的向心加速度的比例关系时应依据二者角速度相同的特点，运用公式a ＝ω2r 而不能运用公式a ＝GMr2.（2）．在求解“同步卫星”与“赤道上的物体”的线速度比例关系时，仍要依据二者角速度相同的特点，运用公式v ＝ωr 而不能运用公式v ＝GM /r . 3、同步卫星的特点：例题3:（2012·四川高考)西昌卫星发射中心发射的中圆轨道卫星，其轨道半径为2.8×107m ．它与另一颗同质量的同步轨道卫星(轨道半径为4.2×107m)相比( )A ．向心力较小B ．动能较大C ．发射速度都是第一宇宙速度D ．角速度较小 考点4：卫星的发射与变轨 1、宇宙速度（1）．第一宇宙速度v 1＝7.9 km/s ，既是发射卫星的最小发射速度，也是卫星绕地球运行的最大环绕速度．（2）．第一宇宙速度的求法：(a)GMm R 2＝m v 21R ，所以v 1＝GM R.(b)mg ＝mv 21R，所以v 1＝gR .(3)第二、第三宇宙速度也都是指发射速度． 2、卫星的变轨分析卫星的变轨问题可分为两类：大气层外的发动机变轨(跃迁式)和稀薄空气作用下的摩擦(连续)变轨．（1）．大气层外的发动机变轨又存在从较低轨道变轨到较高轨道和从较高轨道变轨到较低轨道两种情况，这两种情况互为逆过程．较低圆轨道近地点向后喷气近地点向前喷气椭圆轨道远地点向后喷气远地点向前喷气较高圆轨道（2）．空气阻力使速度减少，G Mm r 2>m v 2r→向心运动→引力做正功→卫星动能增大→低轨道运行v ′＝GMr ′.例题4：(多选)(2013·新课标全国卷Ⅰ)2012年6月18日，神舟九号飞船与天宫一号目标飞行器在离地面343 km 的近圆形轨道上成功进行了我国首次载人空间交会对接．对接轨道所处的空间存在极其稀薄的大气．下列说法正确的是( )A ．为实现对接，两者运行速度的大小都应介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间B ．如不加干预，在运行一段时间后，天宫一号的动能可能会增加C ．如不加干预，天宫一号的轨道高度将缓慢降低D ．航天员在天宫一号中处于失重状态，说明航天员不受地球引力作用 四、巩固提升1、一卫星绕某一行星表面附近做匀速圆周运动，其线速度大小为v .假设宇航员在该行星表面上用弹簧测力计测量一质量为m 的物体重力，物体静止时，弹簧测力计的示数为N .已知引力常量为G ，则这颗行星的质量为( )A.mv 2GNB.mv 4GNC.Nv 2GmD.Nv 4Gm2、有a 、b 、c 、d 四颗地球卫星，a 在地球赤道上未发射，b 在地面附近近地轨道上正常运动，c 是地球同步卫星，d 是高空探测卫星，各卫星排列位置如图4－4－1，则有( )A ．a 的向心加速度等于重力加速度gB ．c 在4 h 内转过的圆心角是π/6C ．b 在相同时间内转过的弧长最长D ．d 的运动周期有可能是20 h3、 (多选)“神舟十号”飞船于北京时间2013年6月11日17时38分在甘肃省酒泉卫星发射中心发射升空，并于北京时间6月13日13时18分，实施了与“天宫一号”的自动交会对接．这是“天宫一号”自2011年9月发射入轨以来，第5次与神舟飞船成功实现交会对接．交会对接前“神舟十号”飞船先在较低的圆轨道1上运动，在适当位置经变轨与在圆轨道2上运动的“天宫一号”对接．如图4－4－2所示，M 、Q 两点在轨道1上，P 点在轨道2上，三点连线过地球球心，把飞船的加速过程简化为只做一次短时加速．下列关于“神舟十号”变轨过程的描述，正确的是( )A ．“神舟十号”必须在Q 点加速，才能在P 点与“天宫一号”相遇B ．“神舟十号”在M 点经一次加速，即可变轨到轨道2C ．“神舟十号”变轨后在M 点的速度大于变轨前的速度D ．“神舟十号”变轨后的运行周期总大于变轨前的运行周期4、(2013·广东高考)如图，甲、乙两颗卫星以相同的轨道半径分别绕质量为M 和2M 的行星做匀速圆周运动．下列说法正确的是( ) ⊙卫星运行比较A ．甲的向心加速度比乙的小B ．甲的运行周期比乙的小C ．甲的角速度比乙的大D ．甲的线速度比乙的大5、(2012·新课标全国卷)假设地球是一半径为R 、质量分布均匀的球体．一矿井深度为d .已知质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零．矿井底部和地面处的重力加速度大小之比为( ) ⊙考查万有引力与重力加速度A ．1－d RB ．1＋dRC.⎝ ⎛⎭⎪⎫R －d R 2 D.⎝⎛⎭⎪⎫R R －d 2二、【基础自测】答案1、【解析】 万有引力公式F ＝Gm 1m 2r，虽然是牛顿由天体的运动规律得出的，但牛顿又将它推广到了宇宙中的任何物体，适用于计算任何两个质点间的引力．当两个物体间的距离趋近于0时，两个物体就不能视为质点了，万有引力公式不再适用．两物体间的万有引力也符合牛顿第三定律．公式中引力常量G 的值是卡文迪许在实验室里用实验测定的，而不是人为规定的．故正确答案为C.【答案】 C 2、【解析】 根据开普勒行星运动定律，火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行时，太阳位于椭圆的一个焦点上，选项A 错误；行星绕太阳运行的轨道不同，周期不同，运行速度大小也不同，选项B 错误；火星与木星运行的轨道半长轴的立方与周期的平方之比是一个常量，选项C 正确；火星与太阳连线在相同时间内扫过的面积相等，木星与太阳连线在相同时间内扫过的面积相等，但这两个面积不相等，选项D 错误．【答案】 C 3、【解析】 本题根据行星所受的万有引力提供其做圆周运动的向心力列方程求解．对行星有：GMm r 2＝m 4π2T 2r ，故GM ＝4π2r3T2，选项A 正确．【答案】 A三 【考点解析】答案例题1【解析】 天体做圆周运动时都是万有引力提供向心力．“嫦娥一号”绕月球做匀速圆周运动，由牛顿第二定律知：GMm r 2＝4π2mr T 2，得M ＝4π2r3GT2，其中r ＝R ＋h ，代入数据解得M＝7.4×1022kg ，选项D 正确．【答案】 D例题2【解析】 对航天器：G Mm R 2＝m v 2R ，v ＝ GM R ，故A 正确．由mg ＝mω2R 得ω＝ g R，故B 错误．由mg ＝m ⎝ ⎛⎭⎪⎫2πT 2R 得T ＝2πR g ，故C 正确．由G Mm R 2＝ma 得a ＝GM R 2，故D 错误．【答案】 AC例题3【解析】 由题意知，中圆轨道卫星的轨道半径r 1小于同步卫星轨道半径r 2，卫星运行时的向心力由万有引力提供，根据F 向＝G Mm r2知，两卫星的向心力F 1>F 2，选项A 错误；根据G Mm r 2＝mv 2r＝mω2r ，得环绕速度v 1>v 2，角速度ω1＞ω2，两卫星质量相等，则动能E k1>E k2，故选项B 正确，选项D 错误；根据能量守恒，卫星发射得越高，发射速度越大，第一宇宙速度是发射卫星的最小速度，因此两卫星的发射速度都大于第一宇宙速度，且v 01<v 02，选项C 错误．【答案】 B例题4【解析】 本题虽为天体运动问题，但题中特别指出存在稀薄大气，所以应从变轨角度入手．第一宇宙速度和第二宇宙速度为发射速度，天体运动的速度为环绕速度，均小于第一宇宙速度，选项A 错误；天体运动过程中由于大气阻力，速度减小，导致需要的向心力F n ＝mv 2r减小，做向心运动，向心运动过程中，轨道高度降低，且万有引力做正功，势能减小，动能增加，选项B 、C 正确；航天员在太空中受地球引力，地球引力全部提供航天员做圆周运动的向心力，选项D 错误．【答案】 BC 四、巩固提升答案 1、【解析】【审题指导】(1)明确行星表面附近的绕行卫星的轨道半径与行星半径的大小关系．(2)弹簧测力计的示数、物体的重力与其所受万有引力的大小关系．设卫星的质量为m ′ 由万有引力提供向心力，得G Mm ′R 2＝m ′v 2R①m ′v 2R＝m ′g ② 由已知条件：m 的重力为N 得 N ＝mg ③由③得g ＝N m ，代入②得：R ＝mv 2N 代入①得M ＝mv 4GN，故B 项正确．【答案】 B2、【解析】 对于卫星a ，根据万有引力定律、牛顿第二定律可得，GMm r 2－N ＝ma 向，而GMmr2＝mg ，故a 的向心加速度小于重力加速度g ，A 项错；由c 是同步卫星可知卫星c 在4 h 内转过的圆心角是π3，B 项错；由GMm r 2＝m v 2r 得，v ＝GMr，故轨道半径越大，线速度越小，故卫星b 的线速度大于卫星c 的线速度，卫星c 的线速度大于卫星d 的线速度，而卫星a 与同步卫星c 的周期相同，故卫星c 的线速度大于卫星a 的线速度，C 项对；由G Mm r 2＝m (2πT)2r ，得，T ＝2πr 3GM，轨道半径r 越大，周期越长，故卫星d 的周期大于同步卫星c 的周期，D 项错．【答案】 C 3、【解析】 飞船经一次加速后由圆轨道1变轨到与加速点相切的椭圆轨道，加速点为近地点，椭圆轨道的远地点与轨道2相切，近地点与远地点分别在地球两侧，因此飞船必须在M 点加速，才能在P 点与“天宫一号”相遇，A 错；飞船在M 点经一次加速后由圆轨道1变轨到椭圆轨道，在椭圆轨道的远地点再经一次加速变轨到轨道2，B 错；飞船在M 点加速后由圆轨道1变轨到椭圆轨道，则变轨后在M 点的速度大于变轨前的速度，C 对；由T ＝2πr 3GM可知轨道半径增大，周期增大，D 项正确．【答案】 CD 4、【解析】 卫星绕行星做匀速圆周运动的向心力由行星对卫星的引力提供，根据万有引力定律和牛顿第二定律解决问题．根据GMm r 2＝ma 得a ＝GMr2，故甲卫星的向心加速度小，选项A 正确；根据G Mm r 2＝m (2πT )2r ，得T ＝2πr 3GM ，故甲的运行周期大，选项B 错误；根据G Mmr2＝mω2r ，得ω＝GM r 3，故甲运行的角速度小，选项C 错误；根据G Mm r 2＝mv 2r ，得v ＝GM r，故甲运行的线速度小，选项D 错误．【答案】 A5、【解析】 设地球的密度为ρ，地球的质量为M ，根据万有引力定律可知，地球表面的重力加速度g ＝GM R 2.地球质量可表示为M ＝43πR 3ρ，因质量分布均匀的球壳对球壳内物体的引力为零，所以矿井下以(R －d )为半径的地球的质量为M ′＝43π(R －d )3ρ，解得M ′＝⎝ ⎛⎭⎪⎫R －d R 3M ，则矿井底部处的重力加速度g ′＝GM ′R －d 2， 则矿井底部处的重力加速度和地球表面的重力加速度之比为g ′g ＝1－dR，选项A 正确；选项B 、C 、D 错误．【答案】 A。
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万有引力定律人造地球卫星『夯实基础知识』1．开普勒行星运动三定律简介（轨道、面积、比值）丹麦天文学家第一定律：所有行星都在椭圆轨道上运动，太阳则处在这些椭圆轨道的一个焦点上；第二定律：行星沿椭圆轨道运动的过程中，与太阳的连线在单位时间内扫过的面积相等；第三定律：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．即r3k T 2开普勒行星运动的定律是在丹麦天文学家弟谷的大量观测数据的基础上概括出的，给出了行星运动的规律。
2．万有引力定律及其应用(1)内容：宇宙间的一切物体都是相互吸引的，两个物体间的引力大小跟它们的质量成积成正比，跟它们的距离平方成反比，引力方向沿两个物体的连线方向。
MmF G（1687年）r 2G 6.67 10 11 N m 2 / kg 2叫做引力常量，它在数值上等于两个质量都是1kg 的物体相距1m 时的相互作用力， 1798 年由英国物理学家卡文迪许利用扭秤装置测出。
万有引力常量的测定——卡文迪许扭秤实验原理是力矩平衡。
实验中的方法有力学放大（借助于力矩将万有引力的作用效果放大）和光学放大（借助于平面境将微小的运动效果放大）。
万有引力常量的测定使卡文迪许成为“能称出地球质量的人”：对于地面附近的物体m，有mg G m E mR E2（式中 R E为地球半径或物体到地球球心间的距离），可得到m E gR E2。
G(2)定律的适用条件：严格地说公式只适用于质点间的相互作用，当两个物体间的距离远远大于物体本身的大小时，公式也可近似使用，但此时r 应为两物体重心间的距离．对于均匀的球体，r 是两球心间的距离．当两个物体间的距离无限靠近时，不能再视为质点，万有引力定律不再适用，不能依公式算出 F 近为无穷大。
(3) 地球自转对地表物体重力的影响。
ωF 心NO′mOF引mg甲重力是万有引力产生的，由于地球的自转，因而地球表面的物体随地球自转时需要向心力．重力实际上是万有如图所示，在纬度为的地表处， 万有引力的一个分力充当物体随地球一起绕地轴自转所需的向心力F向=mRcos ·ω2（方向垂直于地轴指向地轴） ，而万有引力的另一个分力就是通常所说的重力mg ，其方向与支持力 N 反向，应竖直向下，而不是指向地心。
由于纬度的变化，物体做圆周运动的向心力F 向不断变化，因而表面物体的重力随纬度的变化而变化，即重力加速度 g 随纬度变化而变化，从赤道到两极R 逐渐减小，向心力 mRcos ·ω2 减小，重力逐渐增大，相应重力加速度 g 也逐渐增大。
在赤道处，物体的万有引力分解为两个分力 F 向 和 m 2g 刚好在一条直线上， 则有 F ＝ F 向 ＋ m 2g ，所以 m 2g=F一 F 向 ＝Gm 1m 2－ m 2 R ω 自 2。
r 2物体在两极时，其受力情况如图丙所示，这时物体不再做圆周运动，没有向心力，物体受到的万有引力F 引和支持力 N 是一对平衡力，此时物体的重力mg ＝ N ＝F 引 。
ω ωNF 引 F 引Noo乙丙综上所述重力大小：两个极点处最大，等于万有引力；赤道上最小，其他地方介于两者之间，但差别很小。
重力方向：在赤道上和两极点的时候指向地心，其地方都不指向地心，但与万有引力的夹角很小。
由于地球自转缓慢，物体需要的向心力很小，所以大量的近似计算中忽略了自转的影响，在此基础上就有：地球表面处物体所受到的地球引力近似等于其重力，即 GmM≈ mgR 2万有引力定律的应用：基本方法：卫星或天体的运动看成匀速圆周运动，F 万 =F 心(类似原子模型 )方法：轨道上正常转：Mmv 224Gr 2mrmrmT22r地面附近： GMm= mgGM=gR2(黄金代换式 )R 2（1）天体表面重力加速度问题通常的计算中因重力和万有引力相差不大，而认为两者相等， 即 m 2g ＝ Gm 1m 2， g=GM/R 2 常用来计算R 2星球表面重力加速度的大小， 在地球的同一纬度处， g 随物体离地面高度的增大而减小，即 g h=GM/（ R+h ）2，比较得 g h = （ r）2·gR h设天体表面重力加速度为g ，天体半径为 R ，由 mg= GMm得 g= G M，由此推得两个不同天体表面重力加速度的关系为g1R22M 1g2R12M 2（2）计算中心天体的质量某星体 m 围绕中心天体 m 中做圆周运动的周期为T，圆周运动的轨道半径为r ，则：由G m中 m m 224 2 r 3r 得：m中r 2T GT 2例如：利用月球可以计算地球的质量，利用地球可以计算太阳的质量。
可以注意到：环绕星体本身的质量在此是无法计算的（选择题）。
（3）计算中心天体的密度M M3r 2ρ===2 R3V43GT3R由上式可知，只要用实验方法测出卫星做圆周运动的半径 r 及运行周期 T，就可以算出天体的质量 M ．若知道行星的半径 R 则可得行星的密度人造地球卫星。
这里特指绕地球做匀速圆周运动的人造卫星。
1、卫星的轨道平面：由于地球卫星做圆周运动的向心力是由万有引力提供的，所以卫星的轨道平面一定过地球球心，地球球心一定在卫星的轨道平面内。
2、原理：由于卫星绕地球做匀速圆周运动，所以地球对卫星的引力充当卫星所需的向心力，于是有GmM22 )2r ma m m 2 r m(r 2r T3、表征卫星运动的物理量：线速度、角速度、周期等：（1）向心加速度a向与r的平方成反比。
a向=GM当 r 取其最小值时，a向取得最大值。
r 2GMa 向max=R2 =g=9.8m/s2（2）线速度v 与 r 的平方根成反比v= GM∴当 h↑， v↓r当 r 取其最小值地球半径 R 时， v 取得最大值。
V max=GMRg =7.9km/s=R（3）角速度与 r 的二分之三次方成反比=GM3∴当 h↑，ω↓r当 r 取其最小值地球半径R 时，取得最大值。
GM gmax=R3 =R≈1.23 ×10－3rad/s（4）周期 T 与 r 的二分之三次方成正比。
r 3T=2∴当 h↑， T↑GM当 r 取其最小值地球半径R 时， T 取得最小值。
3T min=2R=2R≈84 min GM g卫星的能量： (类似原子模型 )r 增v 减小 (E K减小 <E p增加 )，所以 E 总增加;需克服引力做功越多，地面上需要的发射速度越大应该熟记常识：地球公转周期 1 年，自转周期 1 天=24 小时 =86400s，地球表面半径 6.4ｘ 103km 表面重力加速度 g=9.8 m/s2月球公转周期30 天4．宇宙速度及其意义(1)三个宇宙速度的值分别为第一宇宙速度（又叫最小发射速度、最大环绕速度、近地环绕速度）：物体围绕地球做匀速圆周运动所需要的最小发射速度，又称环绕速度，其值为：v17.9km/s第一宇宙速度的计算．在地面附近物体的重力近似地等于地球对物体的万有引力，重力就是卫星做圆周运动的向心力．mg m v12．当r＞＞h时．gh≈g r h所以 v1＝gr =7．9×103m/s第二宇宙速度（脱离速度）：如果卫生的速大于 7.9km/s 而小于 11.2km/s ，卫星将做椭圆运动。
当卫星的速度等于或大于 11.2km/s 的时候，物体就可以挣脱地球引力的束缚，成为绕太阳运动的人造行星，或飞到其它行星上去，把v211.2km/s 叫做第二宇宙速度，第二宇宙速度是挣脱地球引力束缚的最小发射速度。
第三宇宙速度：物体挣脱太阳系而飞向太阳系以外的宇宙空间所需要的最小发射速度，又称逃逸速度，其值为：v316.7km/s(2)当发射速度v 与宇宙速度分别有如下关系时，被发射物体的运动情况将有所不同①当 v＜ v1时，被发射物体最终仍将落回地面；③当 v 23时，被发射物体将脱离地球束缚，成为环绕太阳运动的“人造行星 ”； ≤v ＜ v ④当 v ≥v 3 时，被发射物体将从太阳系中逃逸。
5．同步卫星 （所有的通迅卫星都为同步卫星 ）⑴ 同步卫星。
“同步 ”的含义就是和地球保持相对静止（又叫静止轨道卫星），所以其周期等于地球自转周期，即 T=24h ， ⑵ 特点（ 1）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，而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。
这是因为： 不是赤道上方的某一轨道上跟着地球的自转同步地作匀速圆运动， 卫星的向心力为地球对它 引力的一个分力 F 1 2的作用将使其运行轨道靠赤道，故此，只有在赤道上空，同步卫，而另一个分力 F 星才可能在稳定的轨道上运行。
（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相同。
（3）同步卫星必位于赤道上方h 处，且 h 是一定的．Mm 2rGmr 23得 rGM故 h r R 35800km2 （4）地球同步卫星的线速度：环绕速度由 GMm2GMm得 v3.08km / sr 2rr（5）运行方向一定自西向东运行人造天体在运动过程中的能量关系当人造天体具有较大的动能时， 它将上升到较高的轨道运动， 而在较高轨道上运动的人造天体却具有较小的动能。
反之，如果人造天体在运动中动能减小，它的轨道半径将减小，在这一过程中，因引力对其做正功，故导致其动能将增大。
同样质量的卫星在不同高度轨道上的机械能不同。
其中卫星的动能为E KGMm，由于重力加速度 g 随2r高度增大而减小， 所以重力势能不能再用 E k =mgh 计算，而要用到公式E PGMm（以无穷远处引力势r能为零， M 为地球质量， m 为卫星质量， r 为卫星轨道半径。
由于从无穷远向地球移动过程中万有引力做正功，所以系统势能减小，为负。
）因此机械能为 EGMm。
同样质量的卫星，轨道半径越大，即2r离地面越高，卫星具有的机械能越大，发射越困难。
『题型解析』类型题： 万有引力定律的直接应用1.【例题】下列关于万有引力公式 FGm 1m2的说法中正确的是（）r 2A ．公式只适用于星球之间的引力计算，不适用于质量较小的物体B ．当两物体间的距离趋近于零时，万有引力趋近于无穷大C ．两物体间的万有引力也符合牛顿第三定律D ．公式中万有引力常量G 的值是牛顿规定的2.【例题】设想人类开发月球，不断地把月球上的矿藏搬运到地球上．假如经过长时间开采后，地球仍 可看成均匀球体，月球仍沿开采前的圆轨道运动则与开采前比较（ ）A ．地球与月球间的万有引力将变大B ．地球与月球间的万有引力将减小C ．月球绕地球运动的周期将变长D ．月球绕地球运动的周期将变短类型题： 重力加速度 g 随离高度 h 变化情况表面重力加速度：G Mmmg 0g 0 GMR 2R 2轨道重力加速度：GMmmg h g hGMRh2R h23.【例题】火星的质量和半径分别约为地球的1 和 1，地球表面的重力加速度为 g ，则火星表面的重力10 2加速度约为（ ）(A)0.2 g (B)0.4 g (C)2.5 g(D)5类型题： 用万有引力定律求天体的质量和密度通过观天体卫星运动的周期 T 和轨道半径 r 或天体表面的重力加速度g 和天体的半径 R ，就可以求出天体的质量 M 。