高中物理万有引力定律的应用解题技巧及练习题及解析.docx

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1、高中物理万有引力定律的应用解题技巧及练习题及解析一、高中物理精讲专题测试万有引力定律的应用1．牛顿说：“我们必须普遍地承认，一切物体，不论是什么，都被赋予了相互引力的原理”．任何两个物体间存在的相互作用的引力，都可以用万有引力定律F万=Gm1m2计r2算，而且任何两个物体之间都存在引力势能，若规定物体处于无穷远处时的势能为零，则二者之间引力势能的大小为Ep=-Gm1m2，其中m1、m2为两个物体的质量，r为两个质r点间的距离（对于质量分布均匀的球体，指的是两个球心之间的距离），G为引力常量．设有一个质量分布均匀的星球，质量为M，半径为R．（1）该星球的第一宇宙速度是多少？（2）为了描述电场

2、的强弱，引入了电场强度的概念，请写出电场强度的定义式．类比电场强度的定义，请在引力场中建立“引力场强度”的概念，并计算该星球表面处的引力场强度是多大？（3）该星球的第二宇宙速度是多少？（4）如图所示是一个均匀带电实心球的剖面图，其总电荷量为+Q（该带电实心球可看作电荷集中在球心处的点电荷），半径为R，P为球外一点，与球心间的距离为r，静电力常量为k．现将一个点电荷-q（该点电荷对实心球周围电场的影响可以忽略）从球面附近移动到p点，请参考引力势能的概念，求电场力所做的功．【答案】（1）v1GM；（2）E引=GM；（3）v22GMR2；（4）RRWkQq(11)rR【解析】【分析】【详解】(1

3、)设靠近该星球表面做匀速圆周运动的卫星的速度大小为v1，万有引力提供卫星做圆周运动的向心力GmMmv12R2R解得：v1GM；R(2)电场强度的定义式EFq设质量为m的质点距离星球中心的距离为r，质点受到该星球的万有引力MmF引=Gr2F引质点所在处的引力场强度E引=mM得E引=Gr2'M该星球表面处的引力场强度E引=G(3)设该星球表面一物体以初速度v2向外抛出，恰好能飞到无穷远，根据能量守恒定律1mv22GmM02R解得：v22GM；R(4)点电荷-q在带电实心球表面处的电势能EP1kqQR点电荷-q在P点的电势能EP2kqQr点电荷-q从球面附近移动到P点，电场力所做的功W(EP2

4、EP1)11解得：WkQq()．2．木星的卫星之一叫艾奥，它上面的珞珈火山喷出的岩块初速度为v0时，上升的最大高度可达h．已知艾奥的半径为R，引力常量为G，忽略艾奥的自转及岩块运动过程中受到稀薄气体的阻力，求：（1）艾奥表面的重力加速度大小g和艾奥的质量M；（2）距艾奥表面高度为2R处的重力加速度大小g＇；（3）艾奥的第一宇宙速度v．【答案】（1）MR2v02；（2）g2hG【解析】【分析】【详解】v023v0R18h；（）v2h（1）岩块做竖直上抛运动有0v022gh，解得gv022hGMmmg，解得MR2v02忽略艾奥的自转有2hGR2（2GMm2mg，解得g'v02）距艾奥表面高度

5、为2R处有18h(R2R)（3v2R）某卫星在艾奥表面绕其做圆周运动时mgm，解得vv0R2h【点睛】在万有引力这一块，涉及的公式和物理量非常多，掌握公式Mmv2242在做题的时候，首先明确过程中的向心力，然后Gr2mrmrmT2rma弄清楚各个物理量表示的含义，最后选择合适的公式分析解题，另外这一块的计算量一是非常大的，所以需要细心计算3．如图所示，质量分别为m和M的两个星球A和B在引力作用下都绕O点做匀速圆周运动，星球A和B两者中心之间距离为、L．已知AB的中心和O三点始终共线，A和B分别在O的两侧，引力常量为G．求：(1)A星球做圆周运动的半径R和B星球做圆周运动的半径r；(2)两星

6、球做圆周运动的周期．ML,r=mL,（2）2πL3【答案】（1）R=mMmMGMm【解析】（1）令A星的轨道半径为R，B星的轨道半径为r，则由题意有LrR两星做圆周运动时的向心力由万有引力提供，则有：GmM4242L2mR2Mr2TT可得R＝M，又因为LRrrm所以可以解得：ML,rmL；RMmMm（2）根据（1）可以得到：GmM4242ML2m2Rm2MLTTm42L32L3则：TmGGmMM点睛：该题属于双星问题，要注意的是它们两颗星的轨道半径的和等于它们之间的距离，不能把它们的距离当成轨道半径．4．从在某星球表面一倾角为的山坡上以初速度v0平抛一物体，经时间t该物体落到山坡上．已知该

7、星球的半径为R，一切阻力不计，引力常量为G，求：（1）该星球表面的重力加速度的大小g（2）该星球的质量M．2v0tan2v0R2tan【答案】(1)(2)tGt【解析】【分析】（1）物体做平抛运动，应用平抛运动规律可以求出重力加速度．（2）物体在小球的表面受到的万有引力等于物体的重力，由此即可求出．【详解】（1）物体做平抛运动，水平方向：xvt，竖直方向：y1gt202由几何关系可知：ygttan2v0x解得：g2v0t