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1、(江蘇專用)2022高考物理二輪復(fù)習(xí) 要點(diǎn)回扣 專題7 萬有引力定律學(xué)案
1.解決天體圓周運(yùn)動(dòng)問題的兩條思路
(1)在地面附近萬有引力近似等于物體的重力(常用于“地上”問題,如赤道上的物體),即G=mg,整理得GM=gR2(被稱為黃金代換式)。利用此關(guān)系式可求得行星表面的重力加速度g=。
(2)天體運(yùn)動(dòng)都可以近似地看成勻速圓周運(yùn)動(dòng),其向心力由萬有引力提供(常用于“天上”問題,如衛(wèi)星),即G=m=mω2r=mr=ma
2.萬有引力與重力的區(qū)別與聯(lián)系
(1)在赤道上:G=mg1+mω2R
(2)在兩極上:G=mg2
3.人造地球衛(wèi)星
(1)三種宇宙速度
(2)衛(wèi)星的運(yùn)行參量
2、
衛(wèi)星繞地球的運(yùn)動(dòng)近似看成圓周運(yùn)動(dòng),萬有引力提供向心力,類比行星繞太陽的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,同樣可得G=m=mω2r=mr=ma,可推導(dǎo)出:
(3)同步衛(wèi)星的特點(diǎn)
注意:不同的同步衛(wèi)星的質(zhì)量不同,受到的萬有引力不同。
(4)衛(wèi)星變軌:當(dāng)衛(wèi)星受到阻力作用后(或發(fā)動(dòng)機(jī)做負(fù)功),其總機(jī)械能要減小,衛(wèi)星必定只能降至低軌道上飛行,故r減小。由G=可知,v增大,動(dòng)能增大。重力勢能減少量大于動(dòng)能增加量。
(5)雙星系統(tǒng):ω相同,(質(zhì)心距≠軌道半徑)
G=m1ω2r1=m2ω2(L-r1)(如圖所示)
[保溫訓(xùn)練]
1.(2018·江蘇蘇州高三期中)在物理學(xué)發(fā)展的進(jìn)程中,許多科學(xué)家做出了重
3、要的貢獻(xiàn)。下列關(guān)于科學(xué)家及其成就的說法中正確的是( )
A.伽利略發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律
B.卡文迪許測出了引力常量G
C.亞里士多德指出“力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因”
D.開普勒得出“加速度與力成正比,與質(zhì)量成反比”的結(jié)論
答案 B
2.(2018·江蘇徐州高三期中)牛頓在思考萬有引力定律時(shí)就曾想,把物體從高山上水平拋出,速度一次比一次大,落點(diǎn)一次比一次遠(yuǎn)。如果速度足夠大,物體就不再落回地面,它將繞地球運(yùn)動(dòng),成為人造地球衛(wèi)星。牛頓設(shè)想的一顆衛(wèi)星,它沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)。下列說法正確的是( )
A.地球的球心與橢圓的中心重合
B.衛(wèi)星在近地點(diǎn)的速率小于在遠(yuǎn)地點(diǎn)的速率
C.衛(wèi)星在遠(yuǎn)地
4、點(diǎn)的加速度小于在近地點(diǎn)的加速度
D.衛(wèi)星與橢圓中心的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過相等的面積
答案 C
3.(2018·江蘇蘇州高三期中)A、B兩顆人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng),A的運(yùn)行周期大于B的運(yùn)行周期,則( )
A.A距離地面的高度一定比B的小
B.A的運(yùn)行速率一定比B的大
C.A的向心加速度一定比B的小
D.A的向心力一定比B的大
答案 C
4.(多選)(2018·江蘇無錫高三期中)2016年12月22日,我國成功發(fā)射了國內(nèi)首顆全球二氧化碳監(jiān)測科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星(以下簡稱“碳衛(wèi)星”)。如圖1所示,設(shè)“碳衛(wèi)星”在半徑為R的圓周軌道上運(yùn)行,經(jīng)過時(shí)間t,通過的弧長為s。已知引力常量為G
5、。下列說法正確的有( )
圖1
A.“碳衛(wèi)星”內(nèi)的物體處于平衡狀態(tài)
B.“碳衛(wèi)星”的運(yùn)行速度大于7.9 km/s
C.“碳衛(wèi)星”的發(fā)射速度大于7.9 km/s
D.可算出地球質(zhì)量為
答案 CD
5.(2018·江蘇無錫月考)如圖2所示,在地面上發(fā)射一個(gè)飛行器,進(jìn)入橢圓軌道Ⅱ運(yùn)行,其發(fā)射速度( )
圖2
A.等于7.9 km/s
B.大于16.7 km/s
C.大于7.9 km/s,小于11.2 km/s
D.大于11.2 km/s,小于16.7 km/s
答案 C
6.2017年4月20日 “天舟一號(hào)”貨運(yùn)飛船發(fā)射,并與“天宮二號(hào)”空間實(shí)驗(yàn)室交會(huì)對(duì)接、實(shí)
6、施推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加、開展空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)等功能。若對(duì)接前它們都繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng),且“天舟一號(hào)”處于低軌道,“天宮二號(hào)”空間實(shí)驗(yàn)室處于高軌道,如圖3所示,則( )
圖3
A.“天舟一號(hào)”在地面上的發(fā)射速度不會(huì)超過7.9 km/s
B.為了順利實(shí)現(xiàn)對(duì)接,“天舟一號(hào)”在圖示軌道需要點(diǎn)火減速
C.對(duì)接成功后,“天舟一號(hào)”的動(dòng)能減小,機(jī)械能增大
D.對(duì)接后,由于“天宮二號(hào)”的質(zhì)量增大,其軌道降低
解析 7.9 km/s為衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)的最小發(fā)射速度,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;為了順利實(shí)現(xiàn)對(duì)接,“天舟一號(hào)”在圖示軌道需要點(diǎn)火加速做離心運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)B錯(cuò)誤;“天舟一號(hào)”運(yùn)動(dòng)到“天宮二號(hào)”
7、所在軌道過程中,外界對(duì)天舟一號(hào)衛(wèi)星做正功,機(jī)械能增大,由v=知,軌道高度增大,速度減小,動(dòng)能也減小,選項(xiàng)C正確;對(duì)接后,“天宮二號(hào)”的質(zhì)量增大,與地球間萬有引力變大,所需的向心力也增大,由G=m知,“天宮二號(hào)”的軌道高度與其質(zhì)量m無關(guān),因此軌道不變,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
答案 C
7.(多選)科學(xué)探測表明,月球上存在豐富的硅、鋁、鐵等資源,設(shè)想人類開發(fā)月球,不斷把月球上的礦藏搬運(yùn)到地球上,假定經(jīng)長期的開采后月球與地球仍可看成均勻球體,月球仍沿開采前的軌道運(yùn)動(dòng),則與開采前相比(提示:a+b=常量,則當(dāng)a=b時(shí),ab乘積最大)( )
A.地球與月球間的萬有引力將變大
B.地球與月球間的萬有引力將
8、變小
C.月球繞地球運(yùn)行的周期將變大
D.月球繞地球運(yùn)行的周期將變小
解析 萬有引力公式F=中,G和r不變,因地球和月球的總質(zhì)量不變,當(dāng)M增大而m減小時(shí),兩者的乘積減小,萬有引力減小,故選項(xiàng)B正確;又=mr,T=,M增大,則T減小,故選項(xiàng)D正確。
答案 BD
8.(2018·鹽城一模)牛頓提出太陽和行星間的引力F=G后, 為證明地球表面的重力和地球?qū)υ虑虻囊κ峭环N力,也遵循這個(gè)規(guī)律,他進(jìn)行了“月-地檢驗(yàn)”。已知月球的軌道半徑約為地球半徑的60倍,“月-地檢驗(yàn)”是計(jì)算月球公轉(zhuǎn)的( )
A.周期是地球自轉(zhuǎn)周期的
B.向心加速度是地球自由落體加速度的
C.線速度是地球自轉(zhuǎn)地表線速度的602倍
D.角速度是地球自轉(zhuǎn)地表角速度的602倍
解析 已知月球繞地球運(yùn)行軌道半徑是地球半徑的60倍,則月球軌道上一個(gè)物體受到的引力與它在地面附近時(shí)受到的引力之比為,牛頓時(shí)代已經(jīng)較精確的測量了地球表面的重力加速度g、地月之間的距離和月球繞地球運(yùn)行的公轉(zhuǎn)周期,根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)的公式得月球繞地球運(yùn)行的加速度a=r,如果=,說明使月球圍繞地球運(yùn)動(dòng)的力與地球上物體受到的引力是同一種力,故選項(xiàng)B正確。
答案 B