高三物理《高考风向标》系列教案：43《万有引力定律及应用》.doc

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1、第3讲万有引力定律及应用1.考纲要求考纲内容能力要求考向定位1．万有引力定律及其应用2．环绕速度3．第二宇宙速度和第三宇宙速度1．掌握万有引力定律的内容，并能够用万有引力定律求解相关问题。2．理解第一宇宙速的意义。3．了解第二宇宙速度和第三宇宙速度万有引力定律是广东高考的必考内容，也是全国高考命题的一个热点内容。考生要熟练掌握该定律的内容，还要知道其主要应用，要求能够结合该定律与牛顿第二定律估算天体质量、密度、计算天体间的距离（卫星高度）、以及分析卫星运动轨道等相关问题。要理解环绕速度实际上是卫星在天体表面做匀速圆周运动时的线速度。由于高考计算题量减

2、少，故本节命题应当会以选择题为主，难度较以前会有所降低。2．考点整合考点1万有引力定律基本公式的理解1．万有引力定律：（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，跟它们的成正比，跟它们成反比．（2）公式：，G为万有引力常量，G=6.67×10-11N.m2/kg2．（3）适用条件：公式适用于间的相互作用．当两个物体间的距离物体本身的大小时，物体可视为质点．2．物体在地球表面所受的重力与万有引力的关系：若不考虑地球自转，物体在地球表面运行时有，[特别提醒]：万有引力普遍存在于物体之间，但万有引力定律有其适用条件，。此外，要注意有些

3、情况下万有引力可以略，例如微观粒子间的万有引力。[例1]如图所示，在一个半径为R、质量为M的均匀球体中，紧贴球的边缘挖去一个半径为R/2的球形空穴后，对位于球心和空穴中心连线上、与球心相距d的质点m的引力是多大？[解析]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．其中完整的均质球体对球外质点m的引力这个引力可以看成是：m挖去球穴后的剩余部分对质点的引力F1与半径为R/2的小球对质点的引力F2之和，即F=F1+F2．因半径为R/2的小球质量M/为.则所以挖去球穴后的剩余部分对球外质点m的引力.【答案】考点2与天体有关的估算问题在

4、估算有关天体的一些物理量时应紧扣两个关键：①掌握一串公式：，以及质量公式．②掌握一个模型：将天体或卫星的运动看成运动，其向心力由提供．[特别提醒]：应用万有引力定律能够估算到的只是中心天体的质量、密度等相关物理量，而对于绕行天体，则只能计算其运动的线速度、角速度、周期、向心加速度等。[例2]（2009湛师附中）中国首个月球探测计划“嫦娥工程”预计在2017年送机器人上月球，实地采样送回地球，为载人登月及月球基地选址做准备。设想我国宇航员随“嫦娥”号登月飞船绕月球飞行，飞船上备有以下实验仪器：A.计时表一只，B.弹簧秤一把，C.已知质量为m的物体一个，

5、D.天平一只（附砝码一盒）。在飞船贴近月球表面时可近似看成绕月做匀速圆周运动，宇航员测量出飞船在靠近月球表面的圆形轨道绕行N圈所用时间为t，飞船的登月舱在月球上着陆后，遥控机器人利用所携带的仪器又进行第二次测量，科学家利用上述两次测量数据便可计算出月球的半径和质量。若已知万有引力常量为G，则：（1）简述机器人是如何通过第二次测量物体在月球所受的重力F。（2）试利用测量数据（用符号表示）球月球的半径和质量。[解析](1)利用弹簧秤测量物体m的重力F（2）在月球近地表面有，，在月球表面有，则有，【答案】(1)略（2），[规律总结]万有引力定律在天文上的典

6、型应用就是计算天体的质量、密度、半径，此时要紧口两个关键：一是紧扣一个物理模型：就是将天体（或卫星）的运动看成是匀速圆周运动；二是紧扣一个物体做圆周运动的动力学特征，即天体（或卫星）的向心力由万有引力提供．考点3.描述天体运动的物理量之间的关系、卫星变轨问题1．描述天体运动的物理量主要有、、、与轨道半径2．行星和卫星的运动可近似视为，而万有引力提供行星、卫星作匀速圆周运动的．3．根据万有引力定律及向心力公式，可推导出线速度．角速度．周期随高度变化的关系，具体关系如下：①由得　，r越大，v越小；②由得，r越大，ω越小；③由得，r越大，T越大．[特别提醒

7、]：卫星在变轨过程中，机械能并不守恒。轨道半径越大，运动的速度越小，但发射时所需要的能量却越多，即发射速度要越大。[例3]（2009深圳外国语学校）“嫦娥一号”探月卫星以圆形轨道绕月飞行，卫星将获取的信息以微波信号发回地球，假设卫星绕月的轨道平面与地月连心线共面，各已知物理量如表中所示：地球质量月球质量地球半径月球半径月球表面重力加速度月球绕地轨道半径卫星绕月轨道半径MmＲR1g1rr1（1）嫦娥一号在奔月过程中受地球和月球引力相等时离月球面的高度为多少？（2）嫦娥一号绕月球一周所用的时间为多少？[解析]（1）设卫星质量m′，由万有引力定律得：卫星受

8、地球和月球引力相等有：又因为：Ｌ１＋Ｌ２＝r　，　卫星到月球表面的距离为：Ｓ＝Ｌ２－Ｒ１　　　　　　　由上各