专题复习（圆周运动与天体运动）（含答案）人教版（2019）高中物理必修第二册 模块复习检测

这是一份专题复习（圆周运动与天体运动）（含答案）人教版（2019）高中物理必修第二册 模块复习检测，共15页。试卷主要包含了单选题，多选题，实验题，解答题等内容，欢迎下载使用。
1．如图为自行车绕固定点O做圆周运动的示意图a、b分别是前、后轮轮轴上的一点，则a点和b点做圆周运动的说法正确的是（ ）
A．角速度相同 B．线速度相同
C．向心加速度相同
D．周期不相同
2．北京时间2024年4月26日，神舟十八号载人飞船升空6.5h后采用自主快速交会对接模式，与离地高度约390km的中国空间站天和核心舱完成对接，形成三船三舱组合体，下列说法中正确的是（ ）
A．为实现对接，两者运行速度的大小都应介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间
B．为实现对接，应先让飞船和天和核心舱处于同一轨道上，然后点火加速
C．若对接前飞船在较低轨道上做匀速圆周运动，对接后飞船速度和运行周期都变大
D．若对接前飞船在较低轨道上做匀速圆周运动，对接后飞船机械能和运行周期都变大
3．如图所示，一颗人造卫星原来在椭圆轨道1上绕地球E运行，在A点变轨后进入轨道2做匀速圆周运动，下列说法正确的是（ ）
A．在轨道1上，卫星在A点的速度等于在B点的速度
B．卫星在轨道2上的周期大于在轨道1上的周期
C．在轨道1和轨道2上，卫星在A点的速度大小相同
D．在轨道1和轨道2上，卫星在A点的加速度大小不同
4．我国北斗导航系统（BDS）到今年（2020年）将全面建成，是继GPS、GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。该卫星导航系统空间段包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星，静止轨道卫星是地球同步轨道卫星的一种。若有一颗与地球同步轨道卫星在同一轨道平面内的人造地球卫星，在自西向东绕地球运行，已知它的运行半径为同步轨道半径的四分之一，地球自转周期为T，某时刻该卫星与地球同步轨道卫星相距最近，则到下一次相距最近经历的最短时间为（ ）
A．B．C．D．
5．如图所示，一小球用长为l的细线悬于P点，并在水平面内做角速度为ω的匀速圆周运动，轨迹圆的圆心O到P点的距离为h。下列说法正确的是（ ）
A．保持h不变，增大l，ω不变 B．保持h不变，增大l，ω变大
C．保持l不变，增大ω，h不变
D．保持l不变，增大ω，h变大
6．如图所示，地球上两点绕地轴转动，其纬度分别是。关于两点，下列说法正确的是（ ）
A．加速度之比为 B．线速度之比为
C．角速度之比为 D．周期之比为
7．有一质量为、半径为、密度均匀的球体，在距离球心为的地方有一质量为的质点。现从中挖去半径为的球体，如图所示，则剩余部分对的万有引力为（ ）
A．B．
C．D．
8．在俄乌战争中，无人机发挥了重要作用。如图是某固定翼无人机在目标上空高度为h的水平面内盘旋，做匀速圆周运动，测得与目标的距离为s，无人机质量为m，巡航速度为v，所在地重力加速度为g。以下说法正确的是（ ）
A．无人机圆周运动的周期为
B．无人机匀速圆周运动过程中，竖直面内受重力、升力和向心力作用
C．无人机获得的升力大小等于mg
D．机翼与水平面的夹角θ满足关系式：
二、多选题
9．在物理学的发展过程中，许多物理学家都做出了重大贡献，下列说法正确的是（ ）
A．开普勒在天文观测数据的基础上，总结出了行星运动的规律
B．牛顿发现了万有引力定律，他被称为“称量地球质量”的第一人
C．牛顿进行了月-地检验，得出天上和地表的物体间的引力作用都遵从万有引力定律
D．卡文迪什在利用扭秤实验装置测量引力常量时，应用了微元法
10．关于开普勒行星运动定律，下列说法正确的是（ ）
A．地球绕太阳在椭圆轨道上运行，在近日点速率小于远日点运行的速率
B．所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上
C．表达式椭圆半长轴的与公转周期，比值为常数
D．若图中两阴影部分行星运动时间相等，则右侧面积大于左侧面积
11．嫦娥工程分为三期，简称“绕、落、回”三步走。我国发射的“嫦娥三号”卫星是嫦娥工程第二阶段的登月探测器，该卫星先在距月球表面高度为h的轨道上绕月球做周期为T的匀速圆周运动，再经变轨后成功落月。已知月球的半径为R，引力常量为G，忽略月球自转及地球对卫星的影响。则以下说法正确的是（ ）
A．物体在月球表面自由下落的加速度大小为
B．“嫦娥三号”绕月球做匀速圆周运动时的线速度大小为
C．月球的平均密度为 D．在月球上发射月球卫星的最小发射速度为
12．如图所示，一倾斜的圆筒绕固定轴以恒定的角速度转动，圆筒的半径r=1m。筒壁内有一小物体与圆筒始终保持相对静止，小物体与圆筒间的动摩擦因数为（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力），转动轴与水平面间的夹角为60°，重力加速度g取，则的值可能是（ ）
A．B．
C．D．
13．摩擦传动是传动装置中的一个重要模型，如图所示的两个水平放置的轮盘靠摩擦力传动，其中O、O′分别为两轮盘的轴心，已知两个轮盘的半径之比为r甲∶r乙=3∶1，且在正常工作时两轮盘不打滑，今在两轮盘上分别放置两个同种材料制成的完全相同的滑块A、B，两滑块与轮盘间的动摩擦因数相同，两滑块距离轴心0、0′的间距RA=2RB。若轮盘乙由静止开始缓慢地转动起来，且转速逐渐增加，则下列叙述正确的是（最大静摩擦力等于滑动摩擦力）（ ）
A．滑块A和滑块B在与轮盘相对静止时，角速度之比为ωA∶ωB=1∶2
B．滑块A和滑块B在与轮盘相对静止时，向心加速度的比值为aA：aB=2∶9
C．转速增加后两滑块一起发生滑动
D．转速增加后滑块B先发生滑动
三、实验题
14．探究向心力大小F与小球质量m、角速度ω和半径r之间关系的实验装置如图所示，转动手柄，可使变速塔轮、长槽和短槽随之匀速转动，皮带分别套在塔轮的圆盘上，可使两个槽内的小球分别以不同角速度做匀速圆周运动，小球做圆周运动的向心力由横臂的挡板提供，同时小球对挡板的弹力使弹簧测力筒下降，从而露出测力筒内的标尺，左、右标尺上露出的红白相间的等分格数之比即为两个小球所受向心力的比值，已知小球在挡板A、B、C处做圆周运动的轨迹半径之比为1:2:1。
(1)在这个实验中，利用了__________来探究向心力的大小与小球质量m、角速度ω和半径r之间的关系。
A．理想实验法B．等效替代法C．控制变量法
(2)探究向心力的大小与圆周运动半径的关系时，应选择两个质量 （填“相同”或“不同”）的小球，分别放在挡板C与 （填“挡板A”或“挡板B”）处，同时选择半径 （填“相同”或“不同”）的两个塔轮。
(3)当用两个质量相等的小球做实验，将长槽中小球的转动半径调整为短槽中小球的2倍，转动时发现左、右标尺上露出的红白相间的等分格数之比为1:2，则左、右两边塔轮的半径之比为 。
15．如图（a）所示为探究向心力与质量、半径、角速度关系的实验装置。金属块放置在转台凹槽中，电动机带动转台做圆周运动，可通过改变电动机的电压来控制转台的角速度。光电计时器可以采集转台转动时间信息。已知金属块被约束在转台的径向凹槽中，只能沿半径方向移动，且可以忽略与凹槽之间的摩擦力。
(1)某同学保持金属块质量和转动半径不变，仅改变转台的角速度，探究向心力与角速度的关系。不同角速度对应的向心力可由力传感器读出。若光电计时器记录转台每转50周的时间为T，则金属块转动的角速度=
(2)上述实验中，该同学多次改变角速度后，记录了一组角速度与对应的向心力F的数据，见下表。请根据表中数据在图（b）给出的坐标纸中作出F与的关系图象 。由图象可知，当金属块质量和转动半径一定时，F与呈 关系（选填“线性”或“非线性”）。
(3)为了探究向心力与半径、质量的关系，还需要用到的实验器材： 、 。
四、解答题
16．长为L的细线，拴一质量为m的小球，一端固定于O点．让其在水平面内做匀速圆周运动（这种运动通常称为圆锥摆运动），如图。求摆线L与竖直方向的夹角为α时：
（1）线的拉力F；
（2）小球运动的线速度的大小；
（3）小球运动的角速度及周期。
17．双星系统中的星球A、B都可视为质点，A、B绕两者连线上的点做匀速圆周运动，A、B之间距离不变，引力常量为，观测到的速率为、运行周期为，二者质量分别为、。
（1）求B的周期和速率；
（2）A受B的引力可等效为位于点处质量为的星体对它的引力，试求。（用、表示）
18．暗物质是二十一世纪物理学之谜，对该问题的研究可能带来一场物理学的革命，为了探测暗物质，我国在2015年12月17日成功发射了一颗被命名为“悟空”的暗物质探测卫星，已知“悟空”在低于静止卫星的轨道上绕地球做匀速圆周运动，经过时间t，运动的弧长为s，与地球中心连线扫过的角度为（弧度），引力常量为G，求：
（1）“悟空”的环绕半径r；
（2）“悟空”的环绕周期T；
（3）地球的质量M。
次数
物理量
1
2
3
4
5
F/N
0.70
1.35
1.90
2.42
3.10
2.3
4.6
6.6
8.3
10.7
参考答案
1．A
2．D
3．B
4．C
5．A
6．B
【详解】CD．AB两点均随地球自转一起绕地轴转动，角速度相同，周期相同，则角速度之比为，周期之比为，故CD错误；
A．设地球半径为R，由题意可知，A点运动的半径为
B点运动的半径为
则
由
可知加速度之比为
故A错误；
B．由
可知线速度之比为
故B正确；
故选B。
7．D
【详解】根据题意，由万有引力公式可得，未挖去之前，球体和质点间的引力为
挖去部分球体和质点间的引力为
由公式及可得
则有
则剩余部分对的万有引力为
故选D。
8．D
【详解】A．由题意，可得无人机做圆周运动的半径为
则周期为
故A错误；
B．无人机做匀速圆周运动的过程中，竖直面内受重力、升力的作用，二者的合力提供无人机所需的向心力，故B错误；
C．无人机做匀速圆周运动，无人机获得的升力在竖直方向上的分力大小等于mg，故C错误；
D．机翼与水平面的夹角θ满足关系式
联立求得
故D正确。
故选D。
9．AC
【详解】A．开普勒在天文观测数据的基础上，总结出了行星运动的规律，故A正确；
B．牛顿发现了万有引力定律，而卡文迪许通过实验测量并计算得出了万有引力常量，因此卡文迪许被称为“称量地球的质量”的人，故B错误；
C．牛顿进行了月-地检验，得出天上和地表的物体间的引力作用都遵从万有引力定律，故C正确；
D．卡文迪许在利用扭秤实验装置测量引力常量时，应用了放大法，故D错误。
故选AC。
10．BC
【详解】A．地球绕太阳在椭圆轨道上运行，从近日点到远日点，太阳对地球的引力做负功，则速度减小，即在近日点速率大于远日点运行的速率，选项A错误；
B．根据开普勒第一定律可知，所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上，选项B正确；
C．根据开普勒第三定律可知，表达式椭圆半长轴的与公转周期，比值为常数，选项C正确；
D．根据开普勒第二定律可知，若图中两阴影部分行星运动时间相等，则右侧面积等于左侧面积，选项D错误。
故选BC。
11．AC
【详解】A．在月球表面，重力等于万有引力，则得
对于“嫦娥三号”卫星绕月球做匀速圆周运动过程，由万有引力提供向心力得
联立解得
选项A正确；
B．“嫦娥三号”卫星绕月球做匀速圆周运动，轨道半径为
r=R＋h
则它绕月球做匀速圆周运动的速度大小为
选项B错误；
C．根据万有引力提供向心力有
解得月球的质量为
月球的平均密度为
选项C正确；
D．设在月球上发射卫星的最小发射速度为v，则有
解得
选项D错误。
故选AC。
12．CD
【详解】当物块在轨迹的最高点时，受力分析如图，其中沿桶壁的方向
垂直于桶壁的方向
联立可得
故选CD。
13．BD
【详解】A．假设轮盘乙的半径为r，由题意可知两轮盘边缘的线速度v大小相等，由
因为
所以
所以滑块相对轮盘滑动前，A，B的角速度之比为1：3， A错误；
B．滑块相对盘开始滑动前，根据
A、B的向心加速度之比为2∶9，B正确；
CD．据题意可得物块的最大静摩擦力分别为
最大静摩擦力之比为
转动中所受的静摩擦力之比为
分析可得滑块B先达到最大静摩擦力，先开始滑动，C错误D正确。
故选BD。
14．(1)C
(2) 相同 挡板B 相同
(3)2:1
【详解】（1）本实验中要分别探究向心力大小与质量m、角速度ω、半径r之间的关系，所以需要用到控制变量法。
故选C。
（2）[1][2][3]
探究向心力的大小与圆周运动半径的关系时，应选择两个质量相同的小球（控制质量不变），分别放在挡板C与挡板B处（控制半径不同），选择半径相同的两个塔轮（控制角速度不变）。
（3）当用两个质量相等的小球做实验，将长槽中小球的转动半径调整为短槽中小球的2倍，即
转动时发现左、右标尺上露出的红白相间的等分格数之比为，即
由向心力
解得
由于左、右两塔轮用皮带传动，两塔轮边缘的线速度大小相等，由可知，左、右两边塔轮的半径之比为
15． 线性 刻度尺 天平
【详解】(1)[1]由题意可知，周期为
根据角速度和周期的关系可得角速度
(2)[2] [3]根据描点法在坐标纸中作出F－ω2的关系图象如图所示
由图像可知，F与呈线性关系
(3) [4][5]根据向心力Fn=mrω2可知，为了探究向心力跟半径、质量的关系，还需要用到的实验器材刻度尺测半径，还需要用天平测量金属块的质量m
16．（1）；（2）；（3），
【详解】（1）做匀速圆周运动的小球受力分析如图所示
小球受重力mg和绳子的拉力F，因为小球在水平面内做匀速圆周运动，所以小球受到的合力指向圆心O′，且沿水平方向。根据平衡条件得
解得
（2）由牛顿第二定律得
由几何关系得
所以小球做匀速圆周运动的线速度的大小为
（3）小球运动的角速度
解得

小球运动的周期
解得
17．（1）T，；（2）
【详解】（1）由于A、B连线始终过O点，两星球的运动周期相同，因此B的运动周期也为T。
设A的轨道半径为r1，B的轨道半径为r2， 由于两星球间的向心力大小相等，可知
又
，
解得
（2）设两星球间的距离为L，根据万有引力定律和牛顿第二定律可得
而
可得
由于等效力为
整理得
18．（1）；（2）；（3）
【详解】（1）根据
“悟空”的环绕半径
（2）根据
则“悟空”的环绕的角速度
根据
“悟空”的环绕周期
（3）根据
解得地球的质量为