【步步高 学案导学设计】2021-2021学年高中物理 第三章 第3节 万有引力定律的应用课时作业 教科版必修2.doc

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1、第3节万有引力定律的应用118世纪，人们发现太阳系的第七个行星天王星的运动轨道有些古怪：根据_计算出的轨道与实际观测的结果总有一些偏差据此，人们推测，在天王星轨道的外面还有一颗未发现的行星，它对天王星的_使其轨道发生了偏离2若不考虑地球自转的影响，地面上质量为m的物体所受的重力mg等于_对物体的_，即mg_，式中M是地球的质量，R是地球的半径，也就是物体到地心的距离由此可得出地球的质量M_.3将行星绕太阳的运动近似看成_运动，行星做圆周运动的向心力由_提供，则有_，式中M是_的质量，m是_的质量，r是_，也就是行星和太阳中心的距离，T是_由此可得出太阳的质量为：_.4同样的道理，如果已知卫星绕

2、行星运动的_和卫星与行星之间的_，也可以计算出行星的质量_和_确立了万有引力定律的地位5应用万有引力定律解决天体运动问题的两条思路是：(1)把天体(行星或卫星)的运动近似看成是_运动，向心力由它们之间的_提供，即F万F向，可以用来计算天体的质量，讨论行星(或卫星)的线速度、角速度、周期等问题基本公式：_mmr2mr.(2)地面及其附近物体的重力近似等于物体与地球间的_，即F万mg，主要用于计算涉及重力加速度的问题基本公式：mg_(m在M的表面上)，即GMgR2.6下列说法正确的是()A海王星是人们直接应用万有引力定律计算的轨道而发现的B天王星是人们依据万有引力定律计算的轨道而发现的C海王星是人

3、们经过长期的太空观测而发现的D天王星的运行轨道与由万有引力定律计算的轨道存在偏差，其原因是天王星受到轨道外的行星的引力作用，由此，人们发现了海王星7利用下列数据，可以计算出地球质量的是()A已知地球的半径R和地面的重力加速度gB已知卫星绕地球做匀速圆周运动的半径r和周期TC已知卫星绕地球做匀速圆周运动的半径r和线速度vD已知卫星绕地球做匀速圆周运动的线速度v和周期T【概念规律练】知识点一发现未知天体1科学家们推测，太阳系的第九大行星就在地球的轨道上，从地球上看，它永远在太阳的背面，人类一直未能发现它，可以说是“隐居”着的地球的“孪生兄弟”由以上信息我们可以推知()A这颗行星的公转周期与地球相等

4、B这颗行星的自转周期与地球相等C这颗行星的质量与地球相等D这颗行星的密度与地球相等知识点二计算天体的质量2已知引力常量G和下列各组数据，能计算出地球质量的是()A地球绕太阳运行的周期及地球离太阳的距离B月球绕地球运行的周期及月球离地球的距离C人造地球卫星在地面附近绕行的速度及运行周期D若不考虑地球自转，已知地球的半径及重力加速度3已知引力常量G6.671011 Nm2/kg2，重力加速度g9.8 m/s2，地球半径R6.4106 m，则可知地球质量的数量级是()A1018 kg B1020 kgC1022 kg D1024 kg知识点三天体密度的计算4一飞船在某行星表面附近沿圆轨道绕该行星飞行

5、，若认为行星是密度均匀的球体，那么要确定该行星的密度，只需要测量()A飞船的轨道半径 B飞船的运行速度C飞船的运行周期 D行星的质量5假设在半径为R的某天体上发射一颗该天体的卫星，若卫星贴近该天体的表面做匀速圆周运动的周期为T1，已知万有引力常量为G，则该天体的密度是多少？若这颗卫星距该天体表面的高度为h，测得在该处做圆周运动的周期为T2，则该天体的密度又是多少？【方法技巧练】应用万有引力定律分析天体运动问题的方法6近地人造卫星1和2绕地球做匀速圆周运动的周期分别为T1和T2，设在卫星1、卫星2各自所在的高度上的重力加速度大小分别为g1、g2，则()A.()4/3 B.()4/3C.()2 D

6、.()27已知地球半径R6.4106 m，地面附近重力加速度g9.8 m/s2.计算在距离地面高为h2106 m的圆形轨道上的卫星做匀速圆周运动的线速度v和周期T.1若知道太阳的某一颗行星绕太阳运转的轨道半径为r，周期为T，引力常量为G，则可求得()A该行星的质量 B太阳的质量C该行星的平均密度 D太阳的平均密度2有一星球的密度与地球的密度相同，但它表面处的重力加速度是地面表面处重力加速度的4倍，则该星球的质量将是地球质量的()A. B4倍C16倍 D64倍3火星直径约为地球直径的一半，质量约为地球质量的十分之一，它绕太阳公转的轨道半径约为地球绕太阳公转半径的1.5倍根据以上数据，下列说法中正

7、确的是()A火星表面重力加速度的数值比地球表面小B火星公转的周期比地球的长C火星公转的线速度比地球的大D火星公转的向心加速度比地球的大4若有一艘宇宙飞船在某一行星表面做匀速圆周运动，设其周期为T，引力常量为G，那么该行星的平均密度为()A. B.C. D. 5为了对火星及其周围的空间环境进行监测，我国预计于2011年10月发射第一颗火星探测器“萤火一号”假设探测器在离火星表面高度分别为h1和h2的圆轨道上运动时，周期分别为T1和T2.火星可视为质量分布均匀的球体，且忽略火星的自转影响，引力常量为G.仅利用以上数据，可以计算出()A火星的密度和火星表面的重力加速度B火星的质量和火星对“萤火一号”

8、的引力C火星的半径和“萤火一号”的质量D火星表面的重力加速度和火星对“萤火一号”的引力6设地球半径为R，a为静止在地球赤道上的一个物体，b为一颗近地绕地球做匀速圆周运动的人造卫星，c为地球的一颗同步卫星，其轨道半径为r.下列说法中正确的是()Aa与c的线速度大小之比为Ba与c的线速度大小之比为Cb与c的周期之比为Db与c的周期之比为72008年9月27日“神舟七号”宇航员翟志刚顺利完成出舱活动任务，他的第一次太空行走标志着中国航天事业全新时代的到来“神舟七号”绕地球做近似匀速圆周运动，其轨道半径为r，若另有一颗卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径为2r，则可以确定()A卫星与“神舟七号”的加速度

9、大小之比为14B卫星与“神舟七号”的线速度大小之比为1C翟志刚出舱后不再受地球引力D翟志刚出舱任务之一是取回外挂的实验样品，假如一不小心使实验样品脱手，则它将做自由落体运动8一物体静置在平均密度为的球形天体表面的赤道上已知万有引力常量为G，若由于天体自转使物体对天体表面压力恰好为零，则天体自转周期为()A. B.C. D.9“嫦娥二号”是我国月球探测第二期工程的先导星若测得“嫦娥二号”在月球(可视为密度均匀的球体)表面附近圆形轨道运行的周期为T，已知引力常量为G，半径为R的球体体积公式VR3，则可估算月球的()A密度 B质量C半径 D自转周期题号123456789答案10.土星周围有许多大小不

10、等的岩石颗粒，其绕土星的运动可视为圆周运动其中有两个岩石颗粒A和B与土星中心的距离分别为rA8.0104 km和rB1.2105 km，忽略所有岩石颗粒间的相互作用(结果可用根式表示)(1)求岩石颗粒A和B的线速度之比(2)土星探测器上有一物体，在地球上重为10 N，推算出它在距土星中心3.2105 km处受到土星的引力为0.38 N已知地球半径为6.4103 km，请估算土星质量是地球质量的多少倍？11中子星是恒星演化过程中的一种可能结果，它的密度很大现有一中子星，观测到它的自转周期为T s问该中子星的最小密度应是多少才能维持该星体的稳定，不致因自转而瓦解？(计算时星体可视为均匀球体，万有引

11、力常量G6.671011m3/(kgs2)第3节万有引力定律的应用课前预习练1万有引力定律吸引2地球引力3匀速圆周太阳对行星的万有引力mr()2太阳行星行星绕太阳运动的轨道半径行星绕太阳运动的公转周期M4周期距离海王星的发现哈雷彗星的“按时回归”5(1)匀速圆周万有引力(2)万有引力6D7ABCD设相对地面静止的某一物体的质量为m，则有Gmg得M，所以A选项正确设卫星质量为m，则万有引力提供向心力，Gm得M，所以B选项正确设卫星质量为m，由万有引力提供向心力，Gm，得M，所以C选项正确设卫星质量为m，由万有引力提供向心力，Gm2rmvmv，由vrr，消去r得M，所以D选项正确课堂探究练1A2B

12、CD3D点评天体质量的计算仅适用于计算被环绕的中心天体的质量，无法计算围绕中心天体做圆周运动的天体的质量，常见的天体质量的计算问题有如下两种：(1)已知行星的运动情况，计算太阳质量(2)已知卫星的运动情况，计算行星质量4C因为mR，所以M，又因为VR3，所以，选项C正确点评利用飞船受到行星的万有引力提供飞船做圆周运动的向心力进行分析5.解析设卫星的质量为m，天体的质量为M.卫星贴近天体表面做匀速圆周运动时有GmR，则M根据数学知识可知星球的体积VR3故该星球密度1卫星距天体表面距离为h时有Gm(Rh)M2点评利用公式M计算出天体的质量，再利用计算天体的密度，注意r指绕天体运动的轨道半径，而R指

13、中心天体的半径，只有贴近中心天体运动时才有rR.6B卫星绕天体做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力有m()2R，可得k为常数，由重力等于万有引力有mg，联立解得g，则g与T成反比76.9103 m/s7.6103 s解析根据万有引力提供卫星做匀速圆周运动的向心力，有Gm知v 由地球表面附近万有引力近似等于重力，即Gmg得GMgR2由两式可得v 6.4106 m/s6.9103 m/s运动周期T s7.6103 s方法总结解决天体问题的两种思路(1)所有做圆周运动的天体，所需要的向心力都来自万有引力因此，向心力等于万有引力是我们研究天体运动建立方程的基本关系式，即Gma，式中的a是向心加速度(2

14、)物体在地球(天体)表面时受到的万有引力近似等于物体的重力，即：Gmg，式中的R为地球(天体)的半径，g为地球(天体)表面物体的重力加速度课后巩固练1B2D由Gmg得M，所以R，则4根据M64M地，所以D项正确3AB由Gm物g得gG，计算得火星表面的重力加速度约为地球表面的，A正确；由Gm()2r得T2，公转轨道半径大的周期长，B对；周期长的线速度小(或由v 判断轨道半径大的线速度小)，C错；公转向心加速度a，D错4B设飞船的质量为m，它做匀速圆周运动的半径为行星半径R，则Gm()2R，所以行星的质量M，行星的平均密度，B项正确5A设火星质量为M，半径为R，“萤火一号”的质量为m，则有Gm2(

15、Rh1)Gm2(Rh2)联立两式可求得M、R，由此可进一步求火星密度，由于mg，则g，显然火星表面的重力加速度也可求出，m无法求出，故火星对“荧火一号”的引力也无法求出，正确答案为A.6D物体a与同步卫星c角速度相等，由vr可得，二者线速度之比为，选项A、B均错误；而b、c均为卫星，由T2可得，二者周期之比为，选项C错误，D正确7AB根据a，可知a1a214，故A正确；根据v ，可知v1v21，故B正确；根据万有引力定律，翟志刚不论是在舱里还是在舱外，都受地球引力的作用，故C错；样品脱手时具有和人同样的初速度，并不会做自由落体运动，故D错8D物体随天体一起自转，当万有引力全部提供向心力使之转动

16、时，物体对天体的压力恰好为零，则GmR，又，所以T，D正确9A对“嫦娥二号”由万有引力提供向心力可得：mR.故月球的质量M，因“嫦娥二号”为近月卫星，故其轨道半径为月球的半径R，但由于月球半径未知，故月球质量无法求出，故B、C项均错；月球的密度，故A正确10(1)(2)95解析(1)万有引力提供岩石颗粒做圆周运动的向心力，所以有Gmv2/r.故v所以.(2)设物体在地球上重为G地，在土星上重为G土，则由万有引力定律知：G地G，G土G又F万G，故G土RF万r2所以95.111.271014 kg/m3解析考虑中子星赤道处一小块物体，只有当它受到的万有引力大于或等于它随星体一起旋转所需的向心力时，中子星才不会瓦解设中子星的密度为，质量为M，半径为R，自转角速度为，位于赤道处的小块物体质量为m，则有m2R，MR3由以上各式得代入数据解得1.271014 kg/m3点评因中子星自转的角速度处处相同，据Gm2R知，只要赤道上的物体不做离心运动，其他位置上的物体就会处于稳定状态，中子星就不会瓦解8