高中物理必修二专题04 万有引力定律（解析版）

1、专题04万有引力定律思维导图知识详解知识点一：开普勒行星运动定律1、天体运动的探索历程：l 哥白尼：提出“日心说”。l 第谷：连续20年对行星的位置进行观测并记录了精确的数据。l 开普勒：在第谷天文观测数据的基础上，总结出了行星运动的三大定律。l 牛顿：发现万有引力定律。l 卡文迪许：利用扭秤实验精确测量了万有引力常量G的数值。2、开普勒第一定律（几何定律）：所有的行星围绕太阳运动的轨迹都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上。3、开普勒第二定律（面积定律）：从太阳到行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积。推论：设行星1和行星2运行轨道的半径分别为R1和R2，当R1R2时，有行星1的线速度大于行星2的线速度。（行星离太阳近时速度快，离太阳远时速度慢。）v1v2=R2R1行星1的角速度大于行星2的角速度。行星1的加速度大于行星2的加速度。行星1的运行周期小于行星2的运行周期。在相同的时间内，行星1的运行路程大于行星2的运行路程。在相同的时间内，行星1扫过的角度大于行星2扫过的角度。说明：开普勒第二定律及其推论，不仅适用于绕太阳运转的所有行星，也适用于绕以行星为中心的卫星，还适用于单颗行星或

2、卫星沿椭圆轨道运行的情况。4、开普勒第三定律（周期定律）：行星轨道半长轴的三次方与公转周期二次方的比值是一个常量。r3T2=k注意：k是一个对所有行星都相同的常量，与行星无关，而只与太阳（中心天体）的质量有关。典例1（2021全国高一课时练习）如图所示，对开普勒第一定律的理解，下列说法中正确的是（）A在行星绕太阳运动一周的时间内，它离太阳的距离是一直不变的B在行星绕太阳运动一周的时间内，它离太阳的距离是不断变化的C太阳不一定在所有行星运动椭圆轨道的焦点上D某个行星绕太阳运动的轨道一定不在一个固定的平面内【答案】B【解析】AB根据开普勒第一定律的内容可以判定：行星绕太阳运动的轨道是椭圆，有时远离太阳，有时靠近太阳，所以它离太阳的距离是变化的，选项A错误，B正确；C太阳一定在所有行星运动的椭圆轨道的焦点上，C错误；D某个行星绕太阳运动的轨道一定在某一固定的平面内，选项D错误故选B。典例2（2021江苏南通市高一期中）地球和土星都沿椭圆轨道绕太阳公转，土星轨道的半长轴大于地球轨道的半长轴，根据开普勒行星运动定律可知（）A太阳处在椭圆的中心B土星比地球的公转周期大C它们在近日点的速度均小于各自

3、在远日点的速度D地球和土星分别与太阳的连线在相同时间内扫过的面积相等【答案】B【解析】A太阳处在椭圆的焦点上，选项A错误；B根据开普勒第三定律可知，可知，土星比地球的公转周期大，选项B正确；C根据开普勒第二定律可知，它们在近日点的速度均大于各自在远日点的速度，选项C错误；D地球和土星分别沿着不同的轨道运动，则地球和土星与太阳的连线在相同时间内扫过的面积不相等，选项D错误。故选B。典例3（2021江苏省邗江中学高一期中）某人造地球卫星绕地球运动的椭圆轨道如图所示，F1和F2是椭圆轨道的两个焦点，卫星在A点的速率比在B点的速率小，则地球位于（）AF2位置BF1位置CA位置DB位置【答案】B【解析】根据开普勒第二定律：地球和卫星的连线在相等的时间内扫过相同的面积，因为卫星在A点的速率比在B点的速率小，所以地球位于， ACD错误，B正确。故选B。典例4（2021浙江高三二模）如图所示是中国“天问一号”探测器拍摄的火星影像图。已知火星绕日公转一年，相当于地球上的两年，假设火星和地球均绕太阳做匀速圆周运动，则火星与太阳之间的距离约为地球与太阳之间距离的（）A0.5倍B倍C倍D2倍【答案】C【解析】

4、令地球与太阳之间的距离和周期分别为r1，T1，火星与太阳之间的距离和周期分别为r2，T2，则根据开普勒第三定律解得故选C。典例5（2021河北高三三模）无线通信早已进入大众的日常生活，可是海上或深山中由于无法建立基站而通信困难，利用三颗对称分布的地球同步卫星，基本上可使地球上除两极附近外的任意两点之间实现实时通信。正常情况下地球同步卫星的轨道距地球表面的高度为地球半径的5.6倍，若降低通信卫星的高度，只要任意两颗卫星之间的连线不通过地球而直接连接就能实现实时通信，即通信卫星距地面的高度等于地球半径时，通信卫星的周期最小，取，则通信卫星的最小周期约为（）A1hB4hC8hD16h【答案】B【解析】本题考查万有引力定律、开普勒第三定律、同步卫星，目的是考查学生的分析综合能力。如图所示，设地球的半径为R，同步卫星的周期T=24h，由开普勒第三定律可得故选B。典例6（2021广州市第七中学高一期中）许多科学家对物理学的发展作出了巨大贡献，以下关于物理学史和物理学家所用物理学方法的叙述不正确的是（）A根据速度定义式，当非常非常小时，就可以表示物体在时刻的瞬时速度，该定义应用了极限思想方法B伽利略

5、猜想自由落体的运动速度与下落时间成正比，并直接用实验进行了验证C开普勒在天文观测数据的基础上，总结出了行星运动的规律D哥白尼的“日心说”有突破，但也有局限性【答案】B【解析】A速度定义式为，采用极限的思想，当非常小趋近于零时，就可以表示物体在时刻的瞬时速度， A不符合题意；B伽利略用数学和逻辑推理得出了自由落体的速度与下落时间成正比，而不是直接用实验验证这个结论，B符合题意；C开普勒在他的导师第谷天文观测数据的基础上，总结出了行星运动的规律， C不符合题意；D哥白尼的日心学说虽然比地心学说更简洁，更有优越性，但是其局限性也是明显的，那就是太阳也不是宇宙的中心，D不符合题意。故选B。典例7（2021邯山区新思路学本文化辅导学校高一期中）（多选）地球和火星可以看成是在同一轨道平面绕太阳做匀速圆周运动，火星运行的轨道半径为地球运行的轨道半径的K倍，火星的质量是地球质量的Q倍，忽略火星与地球间的万有引力，以下判断正确的是（）A火星的公转周期与地球的公转周期的比值等于KB火星的公转周期与地球的公转周期的比值等于C火星和太阳间的引力与地球和太阳间引力的比值为K-2D火星和太阳间的引力与地球和太阳间

6、引力的比值为K-2Q【答案】BD【解析】AB根据开普勒第三定律可知解得火星的公转周期与地球的公转周期的比值等于，故A错误，B正确；CD根据可知，火星的质量是地球质量的Q倍，火星和太阳间的引力与地球和太阳间引力的比值为K-2Q，故C错，误D正确。故选BD。典例8（2021山西大同市高一期中）（多选）图示是行星m绕恒星M做椭圆运动的示意图，下列说法正确的是（）A恒星M位于该椭圆的一个焦点上的B恒星M位于该椭圆的中心C行星在A点时的速度最大D行星在C点时的速度最小【答案】AC【解析】AB根据开普勒第一定律可知，恒星M位于椭圆的一个焦点上，故A正确，B错误；CD根据开普勒第二定律的推论可知，行星在远日点时的速度最小，在近日点时的速度最大，故C正确，D错误。故选AC。知识点二：万有引力定律1、内容：任何两个物体之间都存在相互作用的引力，引力的大小与这两个物体的质量的乘积成正比，与这两个物体之间的距离的平方成反比。2、公式：F=Gm1m2r2G：引力常量，与物质种类无关的普适常量。r：两质点之间的距离，或质量分布均匀的两球体的球心之间的距离。3、适用条件：两个质点之间的相互作用力。两个均匀球体之间

7、的相互作用力。质点与球体间的相互作用力。4、万有引力的特性：l 普遍性：任何物体间都具有万有引力。l 相互性：两个物体相互作用的引力是一对作用力与反作用力，符合牛顿第三定律。l 宏观性：在质量很大的天体之间，虽然距离遥远，但万有引力很大。一般情况下，质量较小的物体之间的万有引力忽略不计，只考虑天体间或天体对其附近或表面的物体的万有引力。l 特殊性：只和相互作用的物体的质量、距离有关，与空间性质无关，也与周围有无其他物体无关。5、引力常量：G6.6710-11Nm2/kg2物理含义：两个质量为1kg的物体相距1m时，它们之间的万有引力为6.6710-11N。典例9（2021简阳市阳安中学高一期中）两个质量相等的质点之间的万有引力为F，若保持它们之间的距离不变，使它们的质量都减半，则它们之间的万有引力变为（）A4FBFCFDF【答案】C【解析】甲、乙两个质点相距r，它们之间的万有引力为F保持它们之间的距离不变，使它们的质量都减半，则它们之间的万有引力故选C。典例10（2021四川成都七中高一期中）下列说法正确的是（）A为了验证地面上物体的重力与地球吸引月球、太阳吸引行星的力是同一性质的力，

8、牛顿做了著名的“月-地”检验B在牛顿万有引力定律的指导下，开普勒发现了开普勒三大定律C在不同星球上，万有引力常量G的数值不一样D牛顿用实验的方法测定了引力常量的值，被称为“测出地球质量的人”【答案】A【解析】A为了验证地面上物体的重力与地球吸引月球、太阳吸引行星的力是同一性质的力，牛顿做了著名的“月-地”检验，选项A正确；B在开普勒行星三大定律的指导下，牛顿发现了万有引力定律，选项B错误； C在不同星球上，万有引力常量G的数值是一样的，选项C错误；D卡文迪许用实验的方法测定了引力常量的值，被称为“测出地球质量的人”，选项D错误。故选A。典例11（2021四川高一期中）2020年11月24日4时30分，嫦娥五号在中国文昌航天发射场发射成功，若嫦娥五号在地面时受地球的万有引力为F，则当其上升到离地距离为地球半径的3倍时受地球的万有引力为（）ABCD【答案】D【解析】在地球表面时嫦娥五号所受地球万有引力为当其离地高度为地球半径3倍时所受地球万有引力为故选D。典例12（2021重庆市第三十七中学校高一月考）如图所示，等边三角形ABC边长为L，在三角形的三顶点A、B、C各固定质量均为m的三个小球，已知万有引力常量为G，则C点小球受A、B两点小球的万有引力的合力为（）ABCD【答案】D【解析】由万有引力公式可得，A、B两点小球对C点小球的万有引力为A、B两点小球对C点小球的万有引力的夹角为，则两力的合力为所以D正确；ABC错误；故选D。典例13（2021四川省遂宁市第二中学校高一期中）在刘慈欣的科幻小说带上她的眼睛里演绎了这样一个故事：“落日六号”地层飞船深入地球内部进行探险，在航行中失事后下沉到船上只剩下一名年轻的女领航员，她只能在封闭的地心度过余生。已知地球可视为半径为R、质量分布均匀的球体，且均匀球壳对壳内质点的引力为零。若地球表面的重力加速度为g，当“落日六号”位于地面以下深0.5R处时，该处的重力加速度大小为（）A0.25gB0.5gC2gD4g【答案】B【解析】设地球的密度为，则在地球表面地球的质量为联立可得，地表重力加速度表达式为由题意可知，地面以下深0.5R处的重力加速度相当于半球为0.5R的球体表面的重力加速度，即对比可得

《高中物理必修二专题04 万有引力定律（解析版）》由会员陶**分享，可在线阅读，更多相关《高中物理必修二专题04 万有引力定律（解析版）》请在金锄头文库上搜索。