高中物理沪科版 (2019)必修 第二册4.2  万有引力定律是怎样发现的课时训练

4.2万有引力定律是怎样发现的基础巩固2021—2022学年高中物理沪教版（2019）必修第二册

一、选择题（共15题）

1．以下描述中符合物理学史实的是（　　）

A．牛顿认为力是维持物体运动的原因

B．卡文迪什通过扭秤实验测出了引力常量

C．伽利略总结了行星运动定律，指出了所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆

D．开普勒研究了自由落体运动，认为在排除空气阻力的情况下所有物体下落一样快

2．下列说法符合物理学发展史的是（ ）

A．牛顿发现了行星的运动规律

B．伽利略发现了万有引力定律

C．开普勒第一次在实验室里测出了万有引力常量

D．引力常量G的含义是两个1kg的质点相距1m所受到的引力

3．一卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径为r，周期为T，已知地球的半径为R，地球表面的重力加速度为g，引力常量为G，则地球的质量可表示为（　　）

A． B． C． D．

4．关于万有引力公式，以下说法中正确的是（　　）

A．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

B．当两物体间的距离趋近于0时，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

D．公式中引力常量G是没有单位的

5．“物理”二字最早出现在我国的晋朝，泛指事物之理，源于《庄子•天下》中的“判天地之美，析万物之理”关于物理思想与方法，下列叙述正确的是（　　）

A．重心、合力的概念都体现了假设法

B．用质点来代替物体的方法运用了等效思想

C．在实验探究加速度与力、质量的关系时，运用了比值法

D．卡文迪许在利用扭秤实验装置测量万有引力常量时，应用了“放大法”

6．假如我国宇航员登上月球后，将一个物块在离月球表面h高处自由释放，物块下落到月球表面所用时间为t，已知月球的半径为R，万有引力常量为G，则月球的密度为（　　）

A． B． C． D．

7．科幻大片《星际穿越》是基于知名理论物理学家基普·索恩的黑洞理论，加入人物和相关情节改编而成的。电影中的黑洞花费三十名研究人员将近一年的时间，用数千台计算机精确模拟才得以实现，让我们看到了迄今最真实的黑洞模样。若某黑洞的第二宇宙速度为c，即（其中，G为引力常量，M为黑洞的质量，R为黑洞的半径）。已知该黑洞半径R约为45km，则它表面的重力加速度大约为（　　）

A．108m/s2 B．1010m/s2 C．1012m/s2 D．1014m/s2

8．太阳光自太阳表面到达地球的时间为500s，已知万有引力常量为，则太阳的质量最接近（　　）

A．kg B．kg C．kg D．kg

9．假定太阳系一颗质量均匀、可看成球体的小行星，自转原来可以忽略.现若该星球自转加快，角速度为ω时，该星球表面的“赤道”上物体对星球的压力减为原来的．已知引力常量G，则该星球密度ρ为

A． B． C． D．

10．太阳系八大行星绕太阳运动的轨道可粗略地认为是圆，各行星的星球半径、日星距离和质量如下表所示：

则根据所学的知识可以判断下列说法中正确的是（　　）A．太阳系的八大行星中，海王星的圆周运动速率最大

B．太阳系的八大行星中，水星的圆周运动周期最大

C．若已知地球的公转周期为1年，万有引力常量G=6.67×10-11 N·m2/kg2，再利用地球和太阳间的距离，则可以求出太阳的质量

D．若已知万有引力常量G=6.67×10-11 N·m2/kg2，并忽略地球的自转，利用地球的半径以及地球表面的重力加速度g=10 m/s2，则可以求出太阳的质量

11．“嫦娥五号”探测器登月前将在轨道半径为r的绕月圆形轨道上运行，运行周期为T。若已知引力常量为G，利用以上条件可以求出（　　）

A．月球对嫦娥五号的吸引力 B．月球表面的重力加速度

C．“嫦娥五号”绕月运行的向心加速度 D．月球的平均密度

12．在科学的发展历程中，许多科学家做出了杰出的贡献。下列叙述符合物理学史实的是（　　）

A．开普勒以行星运动定律为基础总结出万有引力定律

B．卡文迪许通过实验测出了万有引力常量

C．牛顿提出了万有引力定律，并通过实验测出了万有引力常量

D．伽利略在前人的基础上通过观察总结得到行星运动三定律

13．星际飞船探测X星球，当飞船绕X星球做匀速圆周运动时，测得飞船与X星球中心连线在t0（小于飞船做圆周运动周期）时间内转过的角度为θ，扫过的面积为S，忽略X星球自转的影响，引力常量为G，则X星球的质量为（　　）

A． B． C． D．

14．2019年4月11日21时黑洞视界望远镜合作组织(ETE)宣布了近邻巨椭圆星系M87中心捕获的首张黑洞图像，提供了黑洞存在的直接“视觉”证据，验证了1915年爱因斯坦的伟大预言。一种理论认为，整个宇宙很可能是个黑洞，如今可观测宇宙的范围膨胀到了半径465亿光年的规模，也就是说，我们的宇宙就像一个直径930亿光年的球体。黑洞的质量M和半径R的关系满足史瓦西半径公式 (其中c为光速，其值为c=3×108m/s，G为引力常量，其值为6.67×10-11N·m2/kg2)则，由此可估算出宇宙的总质量的数量级约为（　　）

A．1054kg B．1044kg C．1034kg D．1024kg

15．下列说法正确的是（　　）

A．开普勒研究了行星运动得出了开普勒三大定律，并发现了万有引力定律

B．卡文迪许利用扭秤实验测出了万有引力常量G的大小

C．由可知，当r趋近于零时，万有引力趋于无穷大

D．由开普勒第二定律可知，相同时间内，火星与太阳连线扫过的面积等于木星与太阳连线扫过的面积

二、填空题（共4题）

16．牛顿把所有物体之间都存在的相互吸引力叫做________；卡文迪什利用________实验测出了引力常量．

17．万有引力定律的内容:自然界中任何两个物体都相互______，引力的方向在______，引力的大小与______成正比、与它们之间距离r的二次方成______比。

18．某科学家估测一个密度约为1.5×103kg/m3的液态星球是否存在，他的主要依据之一就是它的自转周期，假若它存在，其自转周期最小值约为_____s．（结果保留一位有效数字）

19．一艘宇宙飞船飞近某一新发现的行星，并进入靠近该行星表面的圆形轨道绕行数圈后，着陆在行星上，宇宙飞船上备有以下实验仪器：

A．弹簧测力计一个

B．精确秒表一只

C．天平一台（附砝码一套）

D．物体一个

为测定该行星的质量M和半径R，宇航员在绕行及着陆后各进行一次测量，依据测量数据可以求出M和R（已知引力常量为G）。

(1)绕行时测量所用的仪器为________（用仪器的字母序号表示），所测物理量为________。

(2)着陆后测量所用的仪器为________（用仪器的字母序号表示），所测物理量为______________________。用测量数据求该行星质量M＝________，用测量数据求该星球半径R＝________。

三、综合题（共4题）

20．若有一艘宇宙飞船在一行星表面绕行星做匀速圆周运动，其运动周期为T，引力常量为G，请推导该行星的平均密度的表达式（用G、T表示）。

21．人类发射的空间探测器进入某行星的引力范围后，绕该行星做匀速圆周运动，已知该行星的半径为R，探测器运行轨道在其表面上空高为h处，运行周期为T，引力常量为G。求：

（1）探测器的线速度大小；

（2）该行星的质量；

（3）该行星的平均密度.

22．宇航员来到某星球表面做了如下实验：将一小钢球由距星球表面高h（h远小于星球半径）处由静止释放，小钢球经过时间t落到星球表面，该星球为密度均匀的球体，引力常量为G。

（1）若该星球的半径为R，忽略星球的自转，求该星球的密度；

（2）若该星球的半径为R，有一颗卫星在距该星球表面高度为H处的圆轨道上绕该星球做匀速圆周运动，求该卫星的线速度大小。

23．嫦娥五号是我国首个实施无人月面取样返回的月球探测器。2020年11月29日，嫦娥五号从椭圆环月轨道变轨为圆形环月轨道，环月轨道对应的周期为T，离月面高度为h，如图所示。已知月球半径为R，万有引力常量为G。

(1)求月球的质量M；

(2)求月球表面的重力加速度大小g；

(3)假设未来的你是宇航员，登陆月球后，要测量月球表面的重力加速度，请简要写出一种测量方案。

参考答案：

1．B

2．D

3．A

4．C

5．D

6．A

7．C

8．C

9．B

10．C

11．C

12．B

13．D

14．A

15．B

16．     万有引力     扭秤

17．     吸引     两物体的连线上     两物体的质量乘积     反

18．1×104s

19．     B     周期T     ACD     物体质量m、重力F         

20．

21．(1) ；(2) ；(3)

22．（1）；（2）

23．(1)；(2)；

例如：用弹簧测力计测出一个质量为m的钩码的重力G，则月球表面的重力加速度；在距月球表面高h处，由静止释放一个小钢球，测出其运动时间t，则月球表面的重力加速度；在月球表面某一高度释放手机，利用手机内的加速度传感器测月球表面的重力加速度。