2021广东省物理学业水平合格考试总复习讲义学案:第5章 万有引力定律 经典力学的成就与局限 (含答案).doc
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1、 考纲展示考纲展示 考纲汇总考纲汇总 备考指导备考指导 2015 2016 2017 2018 2019 2020 万有引力万有引力 定律及其定律及其 应用应用() T1、 T1(1) T9(1)、 T17(1)、 T44(1) T40、 T41 T1、 T19 T39 T39 T9 对于前两个考点对于前两个考点, 要灵活运用万有要灵活运用万有 引力定律公式引力定律公式 GMm R2 mv 2 R m2Rm4 2 T2 R, 能区别出公式中能区别出公式中 物理量的概念物理量的概念, 并并 得出某个物理量得出某个物理量 的表达式的表达式, 在计算在计算 中勿忘记黄金代中勿忘记黄金代 换公式; 考
2、查星球换公式; 考查星球 卫星的题目卫星的题目, 特别特别 要注重地球同步要注重地球同步 卫星的特点; 对于卫星的特点; 对于 三个宇宙速度的三个宇宙速度的 数值数值、 概念概念, 特别特别 是第一宇宙速度是第一宇宙速度 的计算模型的计算模型, 要非要非 常熟悉 第三个考常熟悉 第三个考 点点, 简单识记教材简单识记教材 环绕速环绕速 度度、第二第二 宇宙速宇宙速 度度、第三第三 宇宙速度宇宙速度 () T17、 T35、 T41(1) T18、 T51 T17 经典力学经典力学 的适用范的适用范 围和局围和局限限 性性() T7、 T14、 T33(1) T20 T1 T12 中所描述的经典
3、中所描述的经典 力学的适用范围力学的适用范围 和局限性和局限性, 能轻松能轻松 解决考题解决考题. 万有引力定律及其应用万有引力定律及其应用 基础知识填充基础知识填充 1开普勒行星运动定律开普勒行星运动定律 (1)第一定律第一定律(轨道定律轨道定律):所有太阳系中的行星围绕太阳运动的轨道都是:所有太阳系中的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆椭圆, 太阳处在太阳处在椭圆椭圆的一个焦点上的一个焦点上 (2)第二定律第二定律(面积定律面积定律):对于任意一个行星而言:对于任意一个行星而言,太阳和行星的连线在相等太阳和行星的连线在相等 的时间内扫过的时间内扫过相等的面积相等的面积 (3)第三第三定律定律(
4、周期周期定律定律):所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二:所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二 次方的比值都相等次方的比值都相等,即即R 3 T2 k.比值比值 k 是一个与行星无关的常量是一个与行星无关的常量 2万有引力定律万有引力定律 (1)自然界中任何两个物体都相互自然界中任何两个物体都相互吸引吸引,引力的大小与物体的质量的乘积成引力的大小与物体的质量的乘积成正正 比比,与它们之间距离的平方成与它们之间距离的平方成反比反比 (2)万有引力定律公式:万有引力定律公式:FGm1m2 r2 . (3)万有引力定律适用于一切物体万有引力定律适用于一切物体,但用公式计算时但用公式计
5、算时,注意有一定的适用条件:注意有一定的适用条件: 公式适用于公式适用于质点质点间的相互作用;间的相互作用; 当两个物体间的距离当两个物体间的距离远大于远大于物体本身的大小时物体本身的大小时,物体可视为质点;物体可视为质点; 均均匀匀球体可视为质点球体可视为质点,r 为为两球心两球心间的距离间的距离 3万有引力定律在天文学上的应用万有引力定律在天文学上的应用 (1)基本方法基本方法 把天体的运动看成把天体的运动看成匀速圆周匀速圆周运动运动,其所需向心力由其所需向心力由万有引力万有引力提供;提供; 在忽略天体自转影响时在忽略天体自转影响时,天体表面的天体表面的重力加速度重力加速度 gGM R2
6、. (2)估算天体的质量和密度估算天体的质量和密度 由由 GMm r2 m4 2 T2 r, 得:得: M4 2r3 GT2 .即只要测出环绕星体即只要测出环绕星体 M 运转的一颗卫星运转运转的一颗卫星运转 的的半径半径和和周期周期,就可以计算出就可以计算出中心中心天体的质量天体的质量 由由 M V, ,V4 3R 3 得:得: 3r3 GT2R3.R 为 为中心中心天体的星体半径天体的星体半径 当当 rR 时时,即卫星绕天体即卫星绕天体 M 表面运行时表面运行时, 3 GT2, ,由此可以测量天体的密由此可以测量天体的密 度度 (3)环绕天体的绕行速度环绕天体的绕行速度、角速度角速度、周期与
7、半径的关系周期与半径的关系 由由 GMm r2 mv 2 r 得:得:v GM r ,即轨道半径越大即轨道半径越大,绕行速度绕行速度越小越小; 由由 GMm r2 m2r,得:得: GM r3 ,即轨道半径越即轨道半径越大大,绕行角速度绕行角速度越小越小; 由由 GMm r2 m4 2 T2 r 得:得:T2 r3 GM, ,即轨道半径越大即轨道半径越大,绕行周期绕行周期越大越大 学考真题对练学考真题对练 1(2020 广东学业水平考试广东学业水平考试)质量为质量为 m 的人造地球卫星离地面的高度是的人造地球卫星离地面的高度是 h,它它 绕地球飞行一圈的时间是绕地球飞行一圈的时间是 T.若地球
8、的质量是若地球的质量是 M,半径是半径是 R,万有引力常量是万有引力常量是 G, 下列说法中正确的是下列说法中正确的是( ) A卫星受到的万有引力大小为卫星受到的万有引力大小为 GMm R2 B卫星受到的万有引力大小为卫星受到的万有引力大小为 G Mm Rh 2 C卫星运行的角速度大小为卫星运行的角速度大小为2 R h T D卫星运行的角速度大小为卫星运行的角速度大小为2R T 答案答案 B 2.(2019 广东学业水平考试广东学业水平考试)假设某飞船在变轨前后都绕地球做匀速圆周运动假设某飞船在变轨前后都绕地球做匀速圆周运动, 变轨前和变轨后的轨道半径分别是变轨前和变轨后的轨道半径分别是 r1
9、和和 r2,且且 r1RN,则,则 M 的线速度、 角速度、 向心加速度都比的线速度、 角速度、 向心加速度都比 N 的小,的小, M 的环绕周期比的环绕周期比 N 的大,的大, A 正确正确 卫星的运行特点卫星的运行特点 由于万有引力提供卫星绕地球运动的向心力,所以有:由于万有引力提供卫星绕地球运动的向心力,所以有: F万 万F向向GMm r2 mv2 r v GM r v 1 r m2r GM r3 1 r3 m4 2 T2 rT 42r3 GM T r3 maaGMm r2 a1 r2 mgGMm R2地 地 (近地时近地时)GMgR2地 地(黄金代换黄金代换) 最新模拟快练最新模拟快练
10、 1(2020 茂名茂名学考模拟学考模拟)关于万有引力和关于万有引力和万有引力定律的万有引力定律的理解正确的是理解正确的是( ) A不能看作质点的两物体间不存在相互作用的引力不能看作质点的两物体间不存在相互作用的引力 B只有能看作质点的两物体间的引力才能用只有能看作质点的两物体间的引力才能用 FGm1m2 r2 计算计算 C由由 FGm1m2 r2 知知,两物体间距离两物体间距离 r 减小时减小时,它们之间的引力增大它们之间的引力增大 D 万有引力常量的大小首先是由牛顿测出来的万有引力常量的大小首先是由牛顿测出来的, 且等于且等于 6.6710 11N m2/kg2 答案答案 C 2(2020
11、 清远学考模拟清远学考模拟)理论和实践证明理论和实践证明,开普勒行星运动定律不仅适用于太开普勒行星运动定律不仅适用于太 阳系中的天体运动阳系中的天体运动,而且对一切天体而且对一切天体(包括卫星绕行星包括卫星绕行星的运动的运动)都适用对于开普都适用对于开普勒勒 第三定律的公式第三定律的公式R 3 T2 k,下列说法正确的是下列说法正确的是( ) A公式只适用于轨道是椭圆的运动公式只适用于轨道是椭圆的运动 B公式中的公式中的 T 为天体的自转周期为天体的自转周期 C公式中的公式中的 k 值值,只与中心天体有关只与中心天体有关,与绕中心天体公转的行星与绕中心天体公转的行星(或卫星或卫星)无无 关关
12、D 若已知月球与地球之间的距离若已知月球与地球之间的距离, 根据开普勒第三定律公式可求出地球与太根据开普勒第三定律公式可求出地球与太 阳之间的距离阳之间的距离 C 开普勒第三定律不仅适用于行星绕太阳的运动,也适用于卫星绕行星的开普勒第三定律不仅适用于行星绕太阳的运动,也适用于卫星绕行星的 运动,所以也适用于轨道是圆的运动,故运动,所以也适用于轨道是圆的运动,故 A 错误;式中的错误;式中的 T 是行星是行星(或卫星或卫星)的公的公 转周期,转周期, B 错误; 式中的错误; 式中的 k 是与中心星体的质量有关,是与中心星体的质量有关, 与绕中心天体旋转的行星与绕中心天体旋转的行星(或或 卫星卫
13、星)无关,故无关,故 C 正确;正确;月球绕地球运动,地球绕太阳运动,不是同一个中心天体,月球绕地球运动,地球绕太阳运动,不是同一个中心天体, 式中的式中的 k 是与中心星体的质量有关,已知月球与地球之间的距离,无法求出地球是与中心星体的质量有关,已知月球与地球之间的距离,无法求出地球 与太阳之间的距离,故与太阳之间的距离,故 D 错误错误 3地球质量大约是月球质量的地球质量大约是月球质量的 81 倍倍,在登月飞船通过月在登月飞船通过月、地之间的某一位地之间的某一位 置时置时,月球和地球对它的引力大小相等月球和地球对它的引力大小相等,该位置到月球中心和地球中心的距离之该位置到月球中心和地球中心
14、的距离之 比为比为( ) A127 B19 C13 D91 B 根据根据 FGm1m2 r2 ,由于引力大小相等,即,由于引力大小相等,即GM 地地 m r 地 地2 GM 月月 m r2月 月 ,所以,所以r 月月 r地 地 M月 月 M地 地 1 81 1 9,故选项 ,故选项 B 正确正确 4已知地球半径为已知地球半径为 R,地球质量为地球质量为 m,太阳与地球中心间距为太阳与地球中心间距为 r,地球表面地球表面 的重力加速度为的重力加速度为 g,地球绕太阳公转的周期为地球绕太阳公转的周期为 T,则太阳的质量为则太阳的质量为( ) A. 42r3 T2R2g B.4 2mr3 T2R2g
15、 C.4 2mgr2 R3T2 D. T2R2g 42mr3 B 地球表面物体的重力等于万有引力, 有地球表面物体的重力等于万有引力, 有 mgGmm R2 得得 GgR 2 m .地球围地球围 绕太阳做圆周运动,万有引力提供向心力,有绕太阳做圆周运动,万有引力提供向心力,有GmM r2 m4 2 T2 r,得,得 M4 2r3 GT2 .联立解联立解 得得 M4 2mr3 T2R2g ,B 选项正确,选项正确,A、C、D 选项错误选项错误 5(2018 黄埔区学考模拟黄埔区学考模拟)关于万有引力公式关于万有引力公式 FGm1m2 r2 ,以下说法正确的是以下说法正确的是 ( ) A公式只适用
16、于星球之间的引力计算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当两物体间的距离趋近于零时,万有引力趋近于无穷大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公式中引力常量公式中引力常量 G 的值是牛顿规定的的值是牛顿规定的 答案答案 C 6(2018 珠海学考模拟珠海学考模拟) 如图所示如图所示,甲甲、乙为两颗绕地球做匀速圆周运动的卫星乙为两颗绕地球做匀速圆周运动的卫星,甲的轨道半径小于甲的轨道半径小于 乙的轨道半径乙的轨道半径,则则( ) A甲的线速甲的线速度小于乙的线速度度
17、小于乙的线速度 B甲甲的的角速度小于乙的角速度角速度小于乙的角速度 C甲的向心加速度小于乙的向心加速度甲的向心加速度小于乙的向心加速度 D甲的周期小于乙的周期甲的周期小于乙的周期 答案答案 D 7(2019 清远学考模拟清远学考模拟)(多选多选)“量子科学实验卫星量子科学实验卫星”是我国首个是我国首个、也是世界也是世界 首个量子卫星该卫星的发射使中国在国际上率先实现高速星地量子通信首个量子卫星该卫星的发射使中国在国际上率先实现高速星地量子通信,连接连接 地面光纤量子通信网络地面光纤量子通信网络,初步构建量子通信网络如果量子卫星的轨道高度约为初步构建量子通信网络如果量子卫星的轨道高度约为 500
18、 km,低于地球同步卫星低于地球同步卫星,则则( ) A量子卫星的线速度大小比地球同步卫星的大量子卫星的线速度大小比地球同步卫星的大 B量子卫星的角速度大小比地球同步卫星的小量子卫星的角速度大小比地球同步卫星的小 C量子卫星的周期比地球同步卫星的小量子卫星的周期比地球同步卫星的小 D量子卫星的向心加速量子卫星的向心加速度比地球同步卫星的度比地球同步卫星的小小 答案答案 AC 第一宇宙速度、第二宇宙速度、第三宇宙第一宇宙速度、第二宇宙速度、第三宇宙 速度及经典力学的局限性速度及经典力学的局限性 基础知识填充基础知识填充 1三种宇宙速度三种宇宙速度 (1)第一宇宙速度第一宇宙速度(环绕速度环绕速度
19、):v17.9 km/s,人造卫星在地球附近环绕地球做人造卫星在地球附近环绕地球做 匀速圆周运动的速度匀速圆周运动的速度 (2)第二宇宙速度第二宇宙速度(脱离速度脱离速度):v211.2_km/s,使物体挣脱地球束缚的最小发使物体挣脱地球束缚的最小发 射速度射速度 (3)第三宇宙速度第三宇宙速度(逃逸速度逃逸速度):v316.7_km/s,使物体挣脱使物体挣脱太阳太阳引力束缚的引力束缚的最最 小发射速小发射速度度 2地球同步卫星指相对于地球同步卫星指相对于地面地面静止的人造卫星静止的人造卫星,它的周期它的周期 T24 h要使卫要使卫 星同步星同步,同步卫星只能位于同步卫星只能位于赤道赤道正上方
20、某一确定高度正上方某一确定高度 h.(所有地球同步卫星高度所有地球同步卫星高度、 运行方向运行方向、加速度加速度、角速度角速度、线速度大小线速度大小相同相同,质量质量不同不同) 3经典力学经典力学 (1)经典力学是指以牛顿运动定律为基础发展建立起来的力学体系经典力学是指以牛顿运动定律为基础发展建立起来的力学体系,有时也泛有时也泛 指描述低速宏观物体机械运动的经典力学体系指描述低速宏观物体机械运动的经典力学体系 (2)经典力学的局限性和适用范围经典力学的局限性和适用范围 只适用于低速物体的运动只适用于低速物体的运动,不适用于高速物体的运动;不适用于高速物体的运动; 只适用于宏观世界只适用于宏观世
21、界,不适用于微观世界不适用于微观世界 学考真题对练学考真题对练 1(2020 广东学业广东学业水平考试水平考试)下列关于经典力学的适用范围及其局限性的描下列关于经典力学的适用范围及其局限性的描 述述,正确的是正确的是( ) A经典力学适用于以任意速度运动的物体经典力学适用于以任意速度运动的物体 B经典力学适用于宏观物体和微观粒子的运动经典力学适用于宏观物体和微观粒子的运动 C经典力学适用于做高速运动的微观粒子经典力学适用于做高速运动的微观粒子 D经典力学适用于做低速运动的宏观物体经典力学适用于做低速运动的宏观物体 答案答案 D 2 (2019 广东学业水平考试广东学业水平考试)关于地球同步通讯
22、卫星关于地球同步通讯卫星, 下列说法正确的是下列说法正确的是( ) A若其质量加倍若其质量加倍,则轨道半径也要加倍则轨道半径也要加倍 B它以第一宇宙速度运行它以第一宇宙速度运行 C它以第二宇宙速度运行它以第二宇宙速度运行 D它绕地球运行时的角速度与地球自转角速度相同它绕地球运行时的角速度与地球自转角速度相同 答案答案 D 3(2019 广东学业水平广东学业水平考试考试)在经典力学的发展历程中在经典力学的发展历程中,许多科学家做出了贡许多科学家做出了贡 献下列说法正确的是献下列说法正确的是( ) A牛顿提出了万有引力定律牛顿提出了万有引力定律 B伽利略创立了伽利略创立了“日心说日心说” C哥白尼
23、提出了哥白尼提出了“地心说地心说” D开普勒测出了引力常量开普勒测出了引力常量 答案答案 A 4(2018 广东学业水平考试广东学业水平考试)我国神州系列飞船顺利飞天我国神州系列飞船顺利飞天,极大地振奋了民族极大地振奋了民族 精神飞船在轨道上正常运行时精神飞船在轨道上正常运行时,若宇航员出舱且相对飞船静止若宇航员出舱且相对飞船静止,则则 ( ) A宇航员处于平衡状态宇航员处于平衡状态 B宇航员不受任何力的作用宇航员不受任何力的作用 C飞船的加速度不为零飞船的加速度不为零 D飞船飞行的高度将降低飞船飞行的高度将降低 C 宇航员出舱且相对飞船静止,与飞宇航员出舱且相对飞船静止,与飞船一起做匀速圆周
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