人教A版2019  必修2 第七章 萬(wàn)有引力與宇宙航行 單元測(cè)試卷學(xué)校:___________姓名:___________班級(jí):___________考號(hào):___________
一、單選題(每題3分,共8各小題,共計(jì)24)1.人造衛(wèi)星甲、乙分別繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng),衛(wèi)星乙是地球同步衛(wèi)星,衛(wèi)星甲、乙的軌道平面互相垂直,乙的軌道半徑是甲軌道半徑的倍,某時(shí)刻兩衛(wèi)星和地心在同一直線上,且乙在甲的正上方(稱為相遇),如圖所示。在這以后,甲運(yùn)動(dòng)8周的時(shí)間內(nèi),它們相遇了(   )
 A.4 B.3 C.2 D.62.一質(zhì)量為m的物體,假設(shè)在火星兩極宇航員用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)得其所受的重力為,在火星赤道上宇航員用同一彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)得其所受的重力為,通過(guò)天文觀測(cè)測(cè)得火星的自轉(zhuǎn)角速度為ω,設(shè)引力常量為G,將火星看成是質(zhì)量分布均勻的球體,則火星的密度和半徑分別為(   )A. B.C. D.3.地球半徑為,在距球心有一同步衛(wèi)星(周期為24 h)。另有一半徑為的星球A,在距球心處也有一同步衛(wèi)星,它的周期是48 h,那么星球A的平均密度與地球的平均密度之比為(   )A.9:32 B.3:8 C.27:32 D.27:164.位于貴州的“中國(guó)天眼”(FAST)是目前世界上最大的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡,通過(guò)FAST可以測(cè)量地球與木星之間的距離。當(dāng)FAST接收到來(lái)自木星的光線的傳播方向恰好與地球公轉(zhuǎn)線速度方向相同時(shí),測(cè)得地球與木星的距離是地球與太陽(yáng)距離的k倍。若地球和木星繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)均視為勻速圓周運(yùn)動(dòng)且軌道共面,則可知木星的公轉(zhuǎn)周期為(   )A. B. C. D.5.如圖所示,兩球間的距離為,兩球的質(zhì)量分別為,半徑分別為,兩球的質(zhì)量分布均勻,則兩球間的萬(wàn)有引力大小為(   )
 A. B. C. D.6.火星繞太陽(yáng)的公轉(zhuǎn)周期約是金星繞太陽(yáng)的公轉(zhuǎn)周期的3倍,則火星軌道半徑與金星軌道半徑之比約為(   )A.2:1 B.3:1 C.6:1 D.9:17.在星球P和星球Q的表面,以相同的初速度豎直上拋一小球,小球在空中運(yùn)動(dòng)時(shí)的圖像分別如圖所示。假設(shè)兩星球均為質(zhì)量均勻分布的球體,星球P的半徑是星球Q半徑的3倍,下列說(shuō)法正確的是(   )
 A.星球P和星球O的質(zhì)量之比為3:1 B.星球P和星球O的密度之比為1:1C.星球P和星球Q的第一宇宙速度之比為3:1 D.星球P和星球O的近地衛(wèi)星周期之比為1:38.“天問(wèn)一號(hào)”火星探測(cè)器于2021210日實(shí)施近火捕獲制動(dòng),并于2021515日實(shí)施降軌軟著陸火星表面。設(shè)“天問(wèn)一號(hào)”距火星表面的高度為火星半徑的n倍,其環(huán)繞周期為T,引力常量為G,則火星的密度為(   )A. B. C. D.二、多選題(每題4分,共6各小題,共計(jì)24)9.如圖所示,兩星球相距為l,質(zhì)量之比為,兩星球半徑遠(yuǎn)小于l。沿連線從星球AB以某一初速度發(fā)射一探測(cè)器,只考慮星球對(duì)探測(cè)器的作用。下列說(shuō)法正確的是(   )
 A.探測(cè)器的速度一直減小B.探測(cè)器在距星球A處加速度為零C.若探測(cè)器能到達(dá)星球B,其速度可能恰好為零D.若探測(cè)器能到達(dá)星球B,所受合外力先變小后變大10.引力波探測(cè)于2017年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。雙星的運(yùn)動(dòng)是引力波的來(lái)源之一,假設(shè)宇宙中有一雙星系統(tǒng)由兩顆星體組成,這兩顆星繞它們連線上的某一點(diǎn)在二者之間萬(wàn)有引力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng),測(cè)得P星的周期為兩顆星之間的距離為兩顆星的軌道半徑之差為P星的軌道半徑大于Q星的軌道半徑),引力常量為G,則(   )A.兩顆星的向心力大小相等 B.兩顆星的線速度之差為C.兩顆星的質(zhì)量之差為 D.兩顆星的質(zhì)量之和為11.我國(guó)計(jì)劃發(fā)射“嫦娥五號(hào)”探月衛(wèi)星,執(zhí)行月面取樣返回任務(wù)?!版隙鹞逄?hào)”從月球返回地球的過(guò)程可以簡(jiǎn)單分成四步,如圖所示,第一步將“嫦娥五號(hào)”發(fā)射至月球表面附近的環(huán)月圓軌道I,第二步在環(huán)月軌道的A處進(jìn)行變軌,進(jìn)入月地轉(zhuǎn)移軌道Ⅱ,第三步當(dāng)接近地球表面附近時(shí),又一次變軌,從B點(diǎn)進(jìn)入繞地圓軌道Ⅲ,第四步再次變軌道后降落至地面。下列說(shuō)法正確的是(   )

A.將“嫦娥五號(hào)”發(fā)射至軌道Ⅰ時(shí),所需的發(fā)射速度為7.9 km/s
B.“嫦娥五號(hào)”從環(huán)月軌道Ⅰ進(jìn)入月地轉(zhuǎn)移軌道Ⅱ時(shí)需要加速
C.“嫦娥五號(hào)”從A點(diǎn)沿月地轉(zhuǎn)移軌道Ⅱ到達(dá)B點(diǎn)的過(guò)程中其速率先減小后增大
D.“嫦娥五號(hào)”在第四步變軌時(shí)需要加速
12.甲、乙兩顆人造衛(wèi)星質(zhì)量相等,均繞地球做圓周運(yùn)動(dòng),甲的軌道半徑是乙的2倍。下列應(yīng)用公式進(jìn)行的推論正確的有(   )A.可知,甲的速度是乙的 B.可知,甲的向心加速度是乙的2C.可知,甲的向心力是乙的 D.可知,甲的周期是乙的13.2017年,人類第一次直接探測(cè)到來(lái)自雙中子星合并的引力波。根據(jù)科學(xué)家們復(fù)原的過(guò)程,在兩顆中子星合并前約100 s時(shí),它們相距約400 km,繞二者連線上的某點(diǎn)每秒轉(zhuǎn)動(dòng)12圈。將兩顆中子星都看作是質(zhì)量均勻分布的球體,由這些數(shù)據(jù)、萬(wàn)有引力常量并利用牛頓力學(xué)知識(shí),可以估算出這一時(shí)刻兩顆中子星(   )A.質(zhì)量之積 B.質(zhì)量之和 C.速率之和 D.各自的自轉(zhuǎn)角速度14.天文學(xué)家觀測(cè)發(fā)現(xiàn)的雙子星系統(tǒng)“開普勒-47”有一對(duì)互相圍繞運(yùn)行的恒星,其中一顆大恒星的質(zhì)量為M,另一顆小恒星的質(zhì)量只有大恒星質(zhì)量的三分之一。已知引力常量為G,據(jù)此可知(   )
A.大、小兩顆恒星的轉(zhuǎn)動(dòng)周期之比為13 B.大、小兩顆恒星的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度之比為11
C.大、小兩顆恒星的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑之比為31 D.大、小兩顆恒星的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑之比為13
三、計(jì)算題(每題8分,共4各小題,共計(jì)32)15.一宇航員在半徑為R、質(zhì)量分布均勻的某行星表面做如下實(shí)驗(yàn):如圖所示,在不可伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度為l的輕繩一端系一質(zhì)量為m的小球,另一端固定在O點(diǎn),當(dāng)小球繞O點(diǎn)在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),通過(guò)最高點(diǎn)的速度為時(shí),繩的彈力為零。不計(jì)小球的尺寸,已知引力常量為G,求:
 1)該行星表面的重力加速度;2)該行星的第一宇宙速度;3)該行星的平均密度。16.已知月球半徑為R,月球表面的重力加速度為,飛船在繞月球的圓形軌道I上運(yùn)動(dòng),軌道半徑為,到達(dá)軌道Ⅰ的A點(diǎn)時(shí)點(diǎn)火變軌進(jìn)入橢圓軌道Ⅱ,到達(dá)軌道的近月點(diǎn)B時(shí)再次點(diǎn)火進(jìn)入近月軌道Ⅲ繞月球做圓周運(yùn)動(dòng)。已知引力常量G,求:

1)第一次點(diǎn)火和第二次點(diǎn)火分別是加速還是減速;2)飛船在軌道Ⅰ上的運(yùn)行速率;
3)飛船在軌道Ⅲ上繞月運(yùn)行一周所需的時(shí)間。
17.由三顆星體構(gòu)成的系統(tǒng),忽略其他星體對(duì)它們的作用,存在著一種運(yùn)動(dòng)形式:三顆星體在相互之間的萬(wàn)有引力作用下,分別位于等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上,繞某一共同的圓心O在三角形所在的平面內(nèi)做相同角速度的圓周運(yùn)動(dòng)(圖示為三顆星體質(zhì)量不相同時(shí)的一般情況)。若A星體質(zhì)量為兩星體的質(zhì)量均為m,三角形的邊長(zhǎng)為a,求:
 1A星體所受合力大小;
2B星體所受合力大小;
3C星體的軌道半徑;
4)三星體做圓周運(yùn)動(dòng)的周期T
18.已知引力常量為G,地球半徑為R,地球同步衛(wèi)星距地面的高度為h,地球的自轉(zhuǎn)周期為,地球表面的重力加速度為g。某同學(xué)根據(jù)以上條件,提出一種估算地球赤道表面的物體隨地球自轉(zhuǎn)的線速度大小的方法:地球赤道表面的物體隨地球做圓周運(yùn)動(dòng),由牛頓第二定律有;又因?yàn)榈厍蛏系奈矬w的重力約等于地球?qū)ζ涞娜f(wàn)有引力,有;由以上兩式得。問(wèn):1)上面的結(jié)果是否正確?如果正確,請(qǐng)說(shuō)明理由;如果不正確,請(qǐng)給出正確的解法和結(jié)果。2)由題目給出的條件還可以估算的物理量有哪些?(寫出一個(gè),不需要寫估算過(guò)程)四、實(shí)驗(yàn)題(每題10分,共2各小題,共計(jì)20)19.我國(guó)航天計(jì)劃的下一個(gè)目標(biāo)是登上月球,當(dāng)飛船靠近月球表面的圓形軌道繞行幾圈后登陸月球,飛船上備有以下實(shí)驗(yàn)器材:A.計(jì)時(shí)表一只;B.彈簧測(cè)力計(jì)一個(gè);C.已知質(zhì)量為m的物體一個(gè);D.天平一只(附砝碼一盒)。已知宇航員在繞行時(shí)以及著陸后各做了一次測(cè)量,依據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù),可求出月球的半徑R及月球的質(zhì)量M(已知萬(wàn)有引力常量為G)。1兩次測(cè)量所選用的器材分別為               。(填選項(xiàng)符號(hào))2兩次測(cè)量的物理量是          3試用所給物理量的符號(hào)分別寫出月球半徑R和質(zhì)量M的表達(dá)式R     ,M     20.飛船飛近某一新發(fā)現(xiàn)的行星,并進(jìn)入靠近行星表面的圓形軌道,在引力的作用下繞行數(shù)圈后著陸,飛船上備有以下實(shí)驗(yàn)器材:A.精確秒表一個(gè)B.已知質(zhì)量為m的物體一個(gè)
C.彈簧測(cè)力計(jì)一只D.天平一臺(tái)(附砝碼)
已知宇航員在繞行時(shí)和著陸后各做了一次測(cè)量,依據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù),可求出該行星的半徑R、行星質(zhì)量M.(已知萬(wàn)有引力常量為G)1.兩次測(cè)量所選用的器材分別為__________、__________(填寫儀器前的字母代號(hào));
2.兩次測(cè)量的物理量分別是__________、__________(用文字和符號(hào)表示);
3.用以上數(shù)據(jù)寫出半徑R的表達(dá)式:R=______________(用以上的物理量符號(hào)表示).
參考答案1.答案:B解析:根據(jù)周期公式,又因,解得,當(dāng)時(shí),,當(dāng)時(shí),,當(dāng)時(shí),,所以在這以后,甲運(yùn)動(dòng)8周的時(shí)間內(nèi),它們相遇了3次,B正確。2.答案:A解析:在兩極有,在赤道上有,聯(lián)立解得,根據(jù),可得火星的密度,故選項(xiàng)A正確,BCD錯(cuò)誤。3.答案:C解析:萬(wàn)有引力提供向心力,有,天體的質(zhì)量,體積,密度,因?yàn)榈厍虻耐叫l(wèi)星和星球A的同步衛(wèi)星的軌道半徑之比為1:3,地球和星球A的半徑之比為1:2,兩同步衛(wèi)星的周期之比為1:2,所以星球A的平均密度與地球的平均密度之比為,故C正確,ABD錯(cuò)誤。4.答案:A解析:太陽(yáng)、地球、木星的位置關(guān)系如圖。設(shè)地球的公轉(zhuǎn)半徑為,木星的公轉(zhuǎn)半徑為,測(cè)得地球與木星的距離是地球與太陽(yáng)距離的k倍,由題意有,由開普勒第三定律有,可得,由于地球公轉(zhuǎn)周期為1年,則有年,故選項(xiàng)A正確,BCD錯(cuò)誤。
 5.答案:D解析:6.答案:A解析:根據(jù)開普勒第三定律,得,則,故A正確。7.答案:B解析:8.答案:C解析:9.答案:BD解析:設(shè)探測(cè)器的質(zhì)量為m,探測(cè)器距星球A的距離為x時(shí),兩星球?qū)μ綔y(cè)器的引力相等,即解得,根據(jù)牛頓第二定律可得,此時(shí)探測(cè)器的加速度為零,選項(xiàng)B正確;探測(cè)器到達(dá)B的過(guò)程中,其所受合力先向左減小到0,后向右增加,故探測(cè)器先減速后加速,故選項(xiàng)AC錯(cuò)誤,選項(xiàng)D正確。10.答案:AC解析:11.答案:BC解析:7.9 km/s是地球的第一宇宙速度,也是將衛(wèi)星從地面發(fā)射到近地圓軌道的最小發(fā)射速度,而月球的第一宇宙速度比地球的小得多,故將衛(wèi)星發(fā)射到近月軌道I上的發(fā)射速度比7.9 km/s小得多,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;“嫦娥五號(hào)”從環(huán)月軌道I進(jìn)入月地轉(zhuǎn)移軌道Ⅱ時(shí)做離心運(yùn)動(dòng),因此需要加速,選項(xiàng)B正確;“嫦娥五號(hào)”從A點(diǎn)沿月地轉(zhuǎn)移軌道Ⅱ到達(dá)B點(diǎn)的過(guò)程中,開始時(shí)月球的引力大于地球的引力,“嫦娥五號(hào)”做減速運(yùn)動(dòng),當(dāng)?shù)厍虻囊Υ笥谠虑虻囊r(shí),“嫦娥五號(hào)”開始做加速運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)C正確;“嫦娥五號(hào)”在第四步變軌時(shí)做近心運(yùn)動(dòng),因此需要減速,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
12.答案:CD解析:可知,在離地不同高度處重力加速度不同,而A項(xiàng)推論誤將g作為一個(gè)常量,故A項(xiàng)所得結(jié)果錯(cuò)誤。同理由可知衛(wèi)星在不同軌道上運(yùn)行的角速度不同,B項(xiàng)將ω作為常量做出的推論也是錯(cuò)誤的。由萬(wàn)有引力定律可知C項(xiàng)正確。由可得,可見是一個(gè)只與地球質(zhì)量有關(guān)的物理量,故D項(xiàng)由此所得推論是正確的。13.答案:BC解析:雙星系統(tǒng)由彼此間萬(wàn)有引力提供向心力,得,,且,兩顆星的周期及角速度相同,即,兩顆星的軌道半徑,解得,因?yàn)?/span>未知,故之積不能求出,則選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確。各自的自轉(zhuǎn)角速度不可求,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。速率之和,故C項(xiàng)正確。14.答案:BD解析:一對(duì)互相圍繞運(yùn)行的恒星組成雙星系統(tǒng),大、小兩顆恒星的轉(zhuǎn)動(dòng)周期和角速度均相等,故A錯(cuò)誤,B正確;設(shè)大恒星距兩恒星運(yùn)動(dòng)軌道的圓心的距離為,小恒星距兩恒星運(yùn)動(dòng)軌道的圓心的距離為,有,可得大、小兩顆恒星的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑之比為1:3,C錯(cuò)誤,D正確。15.答案:123解析:1)小球以速度通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)繩的彈力為零,小球只受重力作用,根據(jù)牛頓第二定律得

解得
2)對(duì)在行星表面附近做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星,有

解得
3)對(duì)行星表面質(zhì)量為的物體,根據(jù)重力等于萬(wàn)有引力,得
解得
根據(jù)密度公式得16.答案:1)見解析23解析:1)由高軌道到低軌道,必須使飛船所需要的向心力小于萬(wàn)有引力,故要減速才可實(shí)現(xiàn),即第一次點(diǎn)火與第二次點(diǎn)火都要減速。
2)飛船在軌道I上運(yùn)行時(shí),由萬(wàn)有引力提供向心力,設(shè)月球的質(zhì)量為M,飛船的質(zhì)量為m,運(yùn)行速率為v,根據(jù)牛頓第二定律有

設(shè)在月球表面上有一個(gè)質(zhì)量為的物體,其所受重力與萬(wàn)有引力相等,則有

聯(lián)立解得
3)由題意可知軌道Ⅲ的半徑為R,設(shè)飛船在軌道Ⅲ上的運(yùn)行周期為T,根據(jù)牛頓第二定律有

解得17.答案:1234解析:1)由萬(wàn)有引力定律,A星體所受星體引力大小為,方向如圖

則合力大小為
2)同上,B星體所受星體引力大小分別為
方向如圖
,
可得
3)通過(guò)分析可知,圓心O在中垂線的中點(diǎn),
(或:由對(duì)稱性可知 
可得
4)三星體運(yùn)動(dòng)周期相同,對(duì)C星體,由
可得18.答案:見解析解析:1)題中的結(jié)果是不正確的。因?yàn)榈厍虺嗟辣砻娴奈矬w隨地球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力并不等于物體所受的地球的萬(wàn)有引力,物體所受的地球的萬(wàn)有引力與地面對(duì)物體支持力的合力提供向心力。
正確解答如下:由于地球赤道表面的物體隨地球自轉(zhuǎn)的周期為,軌道半徑為R,所以線速度大小為

2)可估算地球的質(zhì)量
設(shè)地球質(zhì)量為M,地球同步衛(wèi)星的質(zhì)量為m,其軌道半徑為,周期等于地球自轉(zhuǎn)的周期。地球同步衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng),由萬(wàn)有引力提供向心力,有

可得19.答案:1A 、 B 、 C2)飛船繞月球運(yùn)行的周期T    質(zhì)量為m的物體在月球上所受重力的大小F3R 、  M 解析:20.答案:1.A; BC; 2.飛船繞行周期T,物體的重力F
3. 解析:
 

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