万有引力含答案.doc

1 万有引力定律一、历史的回顾: 1 、公元二世纪以希腊天文学家托勒玫为代表的地心说认为: 地球是宇宙的中心,宇宙万物都是上帝创造。宇宙中的一切天体都围着地球旋转。这个学说在教会支持下, 延续一千余年。现在看来这个学说是错误的,但地心说的出现仍旧促使了世界航海事业的发展,对提高发展生产力起到了积极作用。 2 、十六世纪波兰天文学家哥白尼,经过四十年的观测和研究,在古代日心说的启发下重新提出了新的日心说: 太阳是宇宙的中心,地球和其它行星一样都绕太阳旋转。这个学说很容易解释许多天文现象。这种学说虽然受到教会的反对和迫害,但在伽利略、布鲁诺为代表的一些人支持下仍被人们逐渐接受。 3 、丹麦天文学家第谷经过二十余年长期对行星的观测和精确测量,又经他的助手开普勒用二十年时间的统计分析概括进一步完善了“日心说”。开普勒于十七世纪发表著名的开普勒三定律。开普勒第一定律: 所有的行星分别在大小不同的椭圆轨道上围绕太阳运动,太阳是在这些椭圆的一个焦点上。开普勒第二定律: 对每个行星来说,太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积。开普勒第三定律: 所有行星的椭圆轨道的长半轴的三次方跟公转周期的平方的比值都相等。即RT K 32?常数( ) 三大定律的发现,使人类的天文学知识提高了一大步。例题: 1. 有两个人造地球卫星,它们绕地球运转的轨道半径之比是 1:2 ,则它们绕地球运转的周期之比为。例2. 16 世纪,哥白尼根据天文观测的大量资料,经过 40 多年的天文观测和潜心研究,提出“日心说”的如下四个基本论点,这四个基本论点目前看存在缺陷的是() A .宇宙的中心是太阳,所有的行星都在绕太阳做匀速圆周运动 B .地球是绕太阳做匀速圆周运动的行星,月球是绕地球做匀速圆周运动的卫星,它绕地球运动的同时还跟地球一起绕太阳运动 C .天穹不转动,因为地球每天自西向东转一周,造成天体每天东升西落的现象 D .与日地距离相比,恒星离地球都十分遥远,比日地间的距离大的多【解析】所有行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆,太阳处在所有椭圆的一个焦点上;行星在椭圆轨道上运动的周期 T 和轨道半长轴 R 满足=恒量,故所有行星实际并不是在做匀速圆周运动,整个宇宙是在不停运动的. 【答案】 ABC 例3. 某行星沿椭圆轨道运行,远日点离太阳的距离为 a ,近日点离太阳的距离为 b ,过远日点时行星的速率为 va ,则过近日点时的速率为() 2 【解析】如图 6—1—1 所示, A、B 分别表示远日点、近日点,由开普勒第二定律知,太阳和行星的连线在相等的时间里扫过的面积相等,取足够短的时间Δt ,则有: va·Δt·a= vb·Δt·b ,所以 vb= va. 【答案】 C例4. 有一个名叫谷神的小行星,质量为 m= × 1021 kg ,它的轨道半径是地球绕太阳运动的轨道半径的 倍,求它绕太阳运动一周所需要的时间. 【解析】根据开普勒第三定律求解例5. 关于“日心说”和“地心说”的一些说法中,正确的是( CD) A .地球是宇宙的中心,是静止不动的 B.“太阳从东方升起,在西方落下”,这说明太阳绕地球转动,地球是不动的 C .如果认为地球是不动的( 以地球为参考系) ,行星运动的描述不仅复杂且问题很多 D .如果认为太阳是不动的( 以太阳为参考系) ,则地球和其他行星都在绕太阳转动二、牛顿对行星运动的解释: 牛顿从他本人发现的牛顿第二定律出发深入分析和研究了天体运行的规律,他对行星运动的规律的解释主要有以下几个层次: 1 、设行星都沿圆周运动,那么行星运动所需的向心力 F n 应满足: FT R n? 4 22?· 由开普勒第三定律 RT K 32?则:F mK R n? 4 22?式中 m 为行星质量, R 为行星运动的轨道半径。式中的常数 K 对太阳系来说保持不变。从牛顿第三定律出发,太阳吸引行星的力 F n 应与行星吸引太阳的力? F n 大小相等。既然F n 与行星质量 m 成正比,那么行星吸引太阳的力也应与太阳的质量 M 成正比,也就是说常数 K 是一个与太阳质量 M 成正比的数。再引进一个常数 G ,并令: G KM ? 4 2?则太阳吸引行星的力: FG Mm R n?常数 G 是与太阳质量无关的恒量。 2 、行星与卫星之间的作用力与太阳和行星之间的作用力同属一个性质的力。关于这一点牛顿是从月亮运行的周期 T 、轨道半径 R 等已知参数计算得出,月球和地球之间的作用力也是跟它们质量的乘积成正比,跟它们之间的距离的平方成反比的。 3 、地球对地面物体的吸引力跟地球对月球的吸引力属同种性质的力。地面上的重力加速度为 g ,地球的半径为 R ,而月球到地心的距离? R 恰为地球半径的 60 倍,而月球作匀速圆周运动的加速度恰为重力加速度的 1