2018-2019學(xué)年高中物理 第5章 萬有引力與航天章末檢測試卷 滬科版必修2.doc

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第5章 萬有引力與航天 章末檢測試卷(五) (時間：90分鐘　滿分：100分) 一、選擇題(本題共12小題，每小題4分，共48分) 1．在物理學(xué)理論建立的過程中，有許多偉大的科學(xué)家做出了貢獻(xiàn)．關(guān)于科學(xué)家和他們的貢獻(xiàn)，下列說法正確的是(　　) A．卡文迪許通過實驗比較準(zhǔn)確地測出了引力常量的數(shù)值 B．第谷通過對天體運動的長期觀察，發(fā)現(xiàn)了行星運動三定律 C．開普勒發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律 D．牛頓提出了“日心說” 答案　A 2.如圖1所示，火星和地球都在圍繞著太陽旋轉(zhuǎn)，其運行軌道是橢圓．根據(jù)開普勒行星運動定律可知(　　) 圖1 A．火星繞太陽運行過程中，速率不變 B．地球靠近太陽的過程中，運行速率減小 C．火星遠(yuǎn)離太陽過程中，它與太陽的連線在相等時間內(nèi)掃過的面積逐漸增大 D．火星繞太陽運行一周的時間比地球的長 答案　D 解析　根據(jù)開普勒第二定律：對每一個行星而言，太陽、行星的連線在相同時間內(nèi)掃過的面積相等，可知行星在此橢圓軌道上運動的速度大小不斷變化，地球靠近太陽過程中運行速率將增大，選項A、B、C錯誤．根據(jù)開普勒第三定律，可知所有行星的軌道的半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等．由于火星的半長軸比較大，所以火星繞太陽運行一周的時間比地球的長，選項D正確． 3．澳大利亞科學(xué)家近日宣布，在離地球約14光年的紅矮星wolf 1061周圍發(fā)現(xiàn)了三顆行星b、c、d，它們的公轉(zhuǎn)周期分別是5天、18天、67天，公轉(zhuǎn)軌道可視為圓，如圖2所示．已知萬有引力常量為G.下列說法不正確的是(　　) 圖2 A．可求出b、c的公轉(zhuǎn)半徑之比 B．可求出c、d的向心加速度之比 C．若已知c的公轉(zhuǎn)半徑，可求出紅矮星的質(zhì)量 D．若已知c的公轉(zhuǎn)半徑，可求出紅矮星的密度 答案　D 解析　行星b、c的周期分別為5天、18天，均做勻速圓周運動，根據(jù)開普勒第三定律公式＝k，可以求解出軌道半徑之比，選項A正確；根據(jù)萬有引力等于向心力列式，對行星c、d，有G＝ma，故可以求解出c、d的向心加速度之比，選項B正確；已知c的公轉(zhuǎn)半徑和周期，根據(jù)牛頓第二定律，有G＝mr，可以求解出紅矮星的質(zhì)量，但不知道紅矮星的體積，無法求解紅矮星的密度，選項C正確，D錯誤． 4．2015年12月29日，“高分四號”對地觀測衛(wèi)星升空．這是中國“高分”專項首顆高軌道高分辨率、設(shè)計使用壽命最長的光學(xué)遙感衛(wèi)星，也是當(dāng)時世界上空間分辨率最高、幅寬最大的地球同步軌道遙感衛(wèi)星．下列關(guān)于“高分四號”地球同步衛(wèi)星的說法中正確的是(　　) A．該衛(wèi)星定點在北京上空 B．該衛(wèi)星定點在赤道上空 C．它的高度和速度是一定的，但周期可以是地球自轉(zhuǎn)周期的整數(shù)倍 D．它的周期和地球自轉(zhuǎn)周期相同，但高度和速度可以選擇，高度增大，速度減小 答案　B 解析　地球同步衛(wèi)星若在除赤道所在平面外的任意點，假設(shè)實現(xiàn)了“同步”，那它的運動軌道所在平面與受到的地球的引力就不在一個平面上，且穩(wěn)定做圓周運動，這是不可能的，因為地球同步衛(wèi)星相對地面靜止不動，所以必須定點在赤道的正上方，選項A錯誤，B正確；因為同步衛(wèi)星要和地球自轉(zhuǎn)同步，即它們的T和ω都相同，根據(jù)G＝m＝mω2r，因為ω一定，所以r必須固定，且v的大小也固定，選項C、D錯誤． 5．地球的某一極地衛(wèi)星圍繞地球做勻速圓周運動，其運行周期為8小時，則(　　) A．它的軌道平面一定與赤道平面在同一平面內(nèi) B．它的軌道半徑是地球同步衛(wèi)星軌道半徑的 C．它運動的速度一定小于7.9 km/s D．該衛(wèi)星處的重力加速度為9.8 m/s2 答案　C 6．天文學(xué)家如果觀察到一個星球獨自做圓周運動，那么就想到在這個星球附近存在著一個看不見的星體——黑洞．若星球與黑洞由萬有引力的作用組成雙星，以兩者連線上某點為圓心做勻速圓周運動，那么(　　) A．它們做圓周運動的角速度與其質(zhì)量成反比 B．它們做圓周運動的周期與其質(zhì)量成反比 C．它們做圓周運動的半徑與其質(zhì)量成反比 D．它們所需的向心力與其質(zhì)量成反比 答案　C 解析　由于該雙星和它們的軌道中心總保持三點共線，所以在相同時間內(nèi)轉(zhuǎn)過的角度必相等，即它們做勻速圓周運動的角速度必相等，因此周期也必然相同，A、B錯誤；因為它們所需的向心力都是由它們之間的萬有引力來提供，所以大小必然相等，D錯誤；由F＝mω2r可得r∝，C正確． 7．若在某行星和地球上相對于各自的水平地面附近相同的高度處、以相同的速率平拋一物體，它們在水平方向運動的距離之比為2∶.已知該行星質(zhì)量約為地球質(zhì)量的7倍，地球的半徑為R，由此可知，該行星的半徑約為(　　) A.R B.R C．2R D.R 答案　C 解析　物體平拋時水平方向滿足x＝v0t，所以＝＝；豎直方向由h＝gt2得g＝，因此＝＝.在星球表面物體所受的重力等于萬有引力，由g＝得＝＝2，又因為R2＝R，所以R1＝2R，故選C. 8.“嫦娥一號”探月衛(wèi)星沿地月轉(zhuǎn)移軌道到達(dá)月球，在距月球表面200 km的P點進(jìn)行第一次“剎車制動”后被月球捕獲，進(jìn)入橢圓軌道Ⅰ繞月飛行，如圖3所示．之后，衛(wèi)星在P點經(jīng)過幾次“剎車制動”，最終在距月球表面200 km的圓形軌道Ⅲ上繞月球做勻速圓周運動．用T1、T2、T3分別表示衛(wèi)星在橢圓軌道Ⅰ、Ⅱ和圓形軌道Ⅲ的周期，用a1、a2、a3分別表示衛(wèi)星沿三個軌道運動到P點的加速度，則下面說法正確的是(　　) 圖3 A．T1>T2>T3 B．T1a2>a3 D．a(chǎn)1T2>T3，A項正確，B項錯誤；不管沿哪一軌道運動到P點，衛(wèi)星所受月球的引力都相等，由牛頓第二定律得a1＝a2＝a3，故C、D項均錯誤． 9．(多選)有一種衛(wèi)星的軌道是圓形，并且通過地球的南北極上空，這種衛(wèi)星稱為“極地衛(wèi)星”．它繞地球運行周期等于地球自轉(zhuǎn)周期，下面關(guān)于它的說法正確的是(　　) A．它每次從南向北經(jīng)過赤道上空時，都經(jīng)過地球上同一地點的上空 B．極地衛(wèi)星的軌道平面相對于太陽每天轉(zhuǎn)一圈 C．極地衛(wèi)星的軌道平面相對于地球每天轉(zhuǎn)一圈 D．極地衛(wèi)星的軌道平面相對于地球每天可以轉(zhuǎn)幾圈 答案　AC 10．(多選)一些星球由于某種原因而發(fā)生收縮，假設(shè)該星球的直徑縮小到原來的四分之一，若收縮時質(zhì)量不變，則與收縮前相比(　　) A．同一物體在星球表面受到的重力增大到原來的4倍 B．同一物體在星球表面受到的重力增大到原來的16倍 C．星球的第一宇宙速度增大到原來的4倍 D．星球的第一宇宙速度增大到原來的2倍 答案　BD 解析　在星球表面由重力等于萬有引力mg＝G可知，同一物體在星球表面受到的重力增大為原來的16倍，選項A錯誤，B正確．由第一宇宙速度計算式v＝可知，星球的第一宇宙速度增大為原來的兩倍，選項C錯誤，D正確． 11．(多選)“天宮一號”是我國第一個目標(biāo)飛行器和空間實驗室．已知“天宮一號”繞地球的運動可看做是勻速圓周運動，轉(zhuǎn)一周所用的時間約為90分鐘．關(guān)于“天宮一號”，下列說法正確的是(　　) A．“天宮一號”離地面的高度一定比地球同步衛(wèi)星離地面的高度小 B．“天宮一號”的線速度一定比靜止于赤道上的物體的線速度小 C．“天宮一號”的角速度約為地球同步衛(wèi)星角速度的16倍 D．當(dāng)宇航員站立于“天宮一號”內(nèi)不動時，他所受的合力為零 答案　AC 12．(多選)宇宙中兩顆相距較近的天體稱為“雙星”，它們以兩者連線上的某一點為圓心做勻速圓周運動，而不至于因萬有引力的作用吸引到一起．設(shè)兩者的質(zhì)量分別為m1和m2且m1>m2，則下列說法正確的是(　　) A．兩天體做圓周運動的周期相等 B．兩天體做圓周運動的向心加速度大小相等 C．m1的軌道半徑大于m2的軌道半徑 D．m2的軌道半徑大于m1的軌道半徑 答案　 AD 解析　 雙星繞連線上的一點做勻速圓周運動，其角速度相同，兩者之間的萬有引力提供向心力，所以兩者周期相同，故選項A正確；由F萬＝ma向可知，兩者的向心加速度不同，與質(zhì)量成反比，故選項B錯誤；由F萬＝mω2r可知半徑與質(zhì)量成反比，故選項C錯誤，D正確． 二、計算題(本題共4小題，共52分，解答時應(yīng)寫出必要的文字說明和解題步驟，有數(shù)值計算的要注明單位) 13．(12分)宇航員在某星球表面以初速度v0豎直向上拋出一個物體，物體上升的最大高度為h.已知該星球的半徑為R，且物體只受該星球的引力作用．求： (1)該星球表面的重力加速度大?。? (2)從這個星球上發(fā)射衛(wèi)星的第一宇宙速度大?。? 答案　(1)　(2)v0 解析　(1)設(shè)該星球表面的重力加速度為g′，物體做豎直上拋運動，由題意知v＝2g′h，得g′＝. (2)衛(wèi)星貼近星球表面運行，則有mg′＝m，得v＝＝v0. 14．(14分)“嫦娥一號”探月衛(wèi)星在空中的運動可簡化為如圖4所示的過程，衛(wèi)星由地面發(fā)射后，經(jīng)過發(fā)射軌道進(jìn)入停泊軌道，在停泊軌道經(jīng)過調(diào)速后進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道，再次調(diào)速后進(jìn)入工作軌道．已知衛(wèi)星在停泊軌道和工作軌道運行的半徑分別為R和R1，地球半徑為r，月球半徑為r1，地球表面重力加速度為g，月球表面重力加速度為.求： 圖4 (1)衛(wèi)星在停泊軌道上運行的線速度大??； (2)衛(wèi)星在工作軌道上運行的周期． 答案　(1)r　(2) 解析　(1)設(shè)衛(wèi)星在停泊軌道上運行的線速度為v，衛(wèi)星做圓周運動的向心力由地球?qū)λ娜f有引力提供，有G＝m，且有G＝m′g，由此得v＝r. (2)設(shè)衛(wèi)星在工作軌道上運行的周期為T，則有G＝m2R1，又有G＝m′， 解得T＝. 15．(12分)某星球的質(zhì)量約為地球的9倍，半徑約為地球的一半，若從地球上高h(yuǎn)處平拋一物體，射程為60 m，則在該星球上，從同樣高度以同樣的初速度平拋同一物體，問：(g地取10 m/s2) (1)該星球表面的重力加速度g是多少？ (2)射程應(yīng)為多少？ 答案　(1)360 m/s2　(2)10 m 解析　(1)根據(jù)G＝mg得g＝.因為星球的質(zhì)量約為地球的9倍，半徑約為地球的一半，則＝＝36.則星球表面的重力加速度g星＝3610 m/s2＝360 m/s2. (2)根據(jù)h＝gt2得，t＝，知平拋運動的時間之比＝.根據(jù)x＝v0t知，水平射程之比＝.所以x星＝60 m＝10 m. 16．(14分)由于銀河系外某雙黑洞系統(tǒng)的合并，北京時間2016年2月11日，美國國家科學(xué)基金會(NSF)宣布人類首次直接探測到了引力波，印證了愛因斯坦的預(yù)言．其實中國重大引力波探測工程“天琴計劃”也已經(jīng)于2015年7月份正式啟動，“天琴計劃”的其中一個階段就是需要發(fā)射三顆地球高軌衛(wèi)星進(jìn)行引力波探測，假設(shè)我國發(fā)射的其中一顆高軌衛(wèi)星以速度v沿圓形軌道環(huán)繞地球做勻速圓周運動，其周期為T，地球半徑為R，引力常量為G，根據(jù)以上所給條件，試求： (1)地球的質(zhì)量M； (2)地球的平均密度．(球體體積V＝πR3) 答案　(1)　(2) 解析　(1)地球衛(wèi)星做勻速圓周運動，根據(jù)牛頓第二定律得G＝m(R＋h)，v＝，解得M＝ (2)ρ＝，地球體積V＝，解得ρ＝.