高中物理人教版 (2019)必修 第二册第七章 万有引力与宇宙航行综合与测试单元测试习题

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册第七章 万有引力与宇宙航行综合与测试单元测试习题，共18页。试卷主要包含了单选题，解答题，填空题等内容，欢迎下载使用。
第七章万有引力与宇宙航行同步测试（含答案）一、单选题1．“嫦娥五号”探测器由轨道器、返回器、着陆器等多个部分组成，自动完成月面样品采集，并从月球起飞返回地球。若已知月球半径为R，探测器在距月球表面高为R的圆轨道上飞行，周期为T，引力常量为G，下列说法正确的是（　　）A．月球质量为 B．月球表面的重力加速度为C．月球的密度为 D．月球表面的环绕速度为2．下列说法不正确的是（　　）A．绝对时空观认为空间和时间是独立于物体及其运动而存在的B．相对论时空观认为物体的长度会因物体的速度不同而不同C．牛顿力学只适用于宏观物体、低速运动问题，不适用于高速运动的问题D．当物体的运动速度远小于光速时，相对论和牛顿力学的结论仍有很大的区别3．一人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，假如该卫星变轨后仍做匀速圆周运动，速度减小为原来的，不考虑卫星质量的变化，则变轨前后卫星的（   ）A．向心加速度大小之比为4∶1B．角速度之比为2∶1C．周期之比为1∶4D．轨道半径之比为1∶44．关于天体的运动，下列说法正确的是（　　）A．日心说是哥白尼提出的，观点是行星绕太阳做椭圆运动B．开普勒第一定律认为：行星绕太阳运动时太阳在轨道的中心C．k=中r代表轨道半长轴，T代表公转周期，比值k只与中心天体有关D．行星绕太阳运动时，所有行星都在同一轨道上5．设想把质量为m的物体放在地球的中心，地球质量为M，半径为R，则物体与地球间的万有引力为（　　）A．零 B．无穷大 C． D．6．2020年，中国北斗卫星导航系统覆盖全球，为全球提供导航服务。北斗卫星导航系统由若干地球静止轨道（GEO）卫星、中圆地球轨道（MEO）卫星和倾斜地球同步轨道（IGSO）卫星组成混合导航星座。其中MEO卫星轨道高度为21500千米，ICSO卫星轨道高度为36000千米，则（　　）A．MEO卫星的角速度大于IGSO卫星的角速度B．MEO卫星的线速度小于IGSO卫星的线速度C．MEO卫星的向心加速度小于IGSO卫星的向心加速度D．MEO卫星的运行周期大于IGSO卫星的运行周期7．2020年5月7日，出现超级月亮景观，从科学定义而言，叫作近地点满月更为准确如图所示，月球的绕地运动轨道实际上是一个椭圆，地球位于椭圆的一个焦点上，则（　　）A．月球运动到远地点时的速度最大B．月球运动到近地点时的加速度最大C．月球由近地点向远地点运动的过程，月球的线速度增大D．月球由远地点向近地点运动的过程，月球的线速度减小8．2020年诺贝尔物理奖授予黑洞的发现者，若某黑洞的半径R约45km，质量M和半径R的关系满足（其中c为光速，G为引力常量），则该黑洞表面重力加速度的数量级为（　　）A． B． C． D．9．2020年7月23日，我国首个火星探测器“天问一号”由长征五号运载火箭在海南文昌航天发射场成功发射。升空后，它将经历7个月左右的长途跋涉靠近火星，开展火星环绕、表面降落、巡视探测三大任务。假设环绕器绕火星运行的轨道半径约为火星同步卫星轨道半径的，火星自转周期与地球接近，那么环绕器绕火星一圈需要的时间最接近(　　)A．1小时 B．3小时 C．6小时 D．12小时10．星球上的物体脱离该星球引力所需要的最小速度称为第二宇宙速度。已知星球的第二宇宙速度与第一宇宙速度的关系是。已知某星球的半径为，它表面的重力加速度为地球表面重力加速度的。不计其他星球的影响，则该星球的第二宇宙速度为（　　）A． B． C． D．11．我国成功发射一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥一号”，设该卫星的运行轨道是圆形的，且贴近月球表面。已知月球的质量约为地球质量的，月球的半径约为地球半径的，地球上的第一宇宙速度约为7.9km/s，则该探月卫星绕月运行的速率约为（　　）A．0.4km/s B．1.8km/s C．1.1km/s D．3.6km/s12．2018年12月8日，肩负着亿万中华儿女探月飞天梦想的“嫦娥四号”探测器成功发射，“实现人类航天器首次在月球背面巡视探测，率先在月背刻上了中国足迹”。已知月球的质量为M、半径为R，探测器的质量为m，引力常量为G，“嫦娥四号”探测器围绕月球做半径为r的匀速圆周运动时，探测器的（　　）A．周期为 B．速度为C．角速度为 D．向心加速度为二、解答题13．取引力常量G＝6.67×10－11 N·m2/kg2，地球表面重力加速度g＝9.8 N/kg，地球半径R＝6400 km，月球绕地球转动的周期T＝27天，试估算：（以下计算结果均取整数）(1)地球质量；(2)月球绕地球公转半径与地球半径的比值。14．发射地球同步卫星时，先将卫星发射到距地面高度为h1的近地圆形轨道上，在卫星经过A点时点火实施变轨进入椭圆轨道，最后在椭圆轨道的远地点B点再次点火将卫星送入同步轨道，如图所示。已知同步卫星的运动周期为T，地球的半径为R，地球表面重力加速度为g，忽略地球自转的影响。求：(1)卫星在近地点A的加速度大小；(2)远地点B距地面的高度。15．地球质量约为月球质量的81倍，地球半径约为月球半径的4倍,一飞行器在近地圆轨道1上,经一系列变轨后在近月圆轨道2上运行,已知地球中心到月球中心的距离为r求：⑴飞行器在近地圆轨道1上受到地球的引力F1与在近月圆轨道2上受到月球的引力F2的比值；⑵O为地月连线上一点,飞行器在该点受到地球和月球的引力的合力为零，求O点到地心的距离r1.16．    为了方便研究物体与地球间的万有引力问题，通常将地球视为质量分布均匀的球体．已知地球的质量为M，半径为R，引力常量为G，不考虑空气阻力的影响．（1）求北极点的重力加速度的大小；（2）若“天宫二号”绕地球运动的轨道可视为圆周，其轨道距地面的高度为h，求“天宫二号”绕地球运行的周期和速率；（3）若已知地球质量M=6.0×1024kg，地球半径R=6400km，其自转周期T=24h，引力常量G=6.67×10-11N·m2/kg2．在赤道处地面有一质量为m的物体A，用W0表示物体A在赤道处地面上所受的重力，F0表示其在赤道处地面上所受的万有引力．请求出的值（结果保留1位有效数字），并以此为依据说明在处理万有引力和重力的关系时，为什么经常可以忽略地球自转的影响．三、填空题17．已知一颗人造卫星在某行星表面绕行星做匀速圆周运动，经过时间t，卫星的路程为s，卫星与行星的中心连线扫过的角度是θ，那么该卫星的环绕周期T=____________，设万有引力常量为G，该行星的质量为M=____________。18．将地球半径R、自转周期T地面重力加速度g取为已知量，则地球同步卫星的轨道半径为___________R，轨道速度与第一宇宙速度的比值为___________。19．两行星A和B是两个均匀球体，行星A的卫星a沿圆轨道运行的周期为；行星B的卫星b沿圆轨道运行的周期为。设两卫星均为各自中心星体的近地卫星，而且，行星A和行星B的半径之比为，两行星的质量之比MA：MB =_____，则行星A和行星B的密度之比＝_____，行星表面的重力加速度之比＝_____。20．一组太空人乘坐太空穿梭机，去修理距离地球表面的圆形轨道上的哈勃太空望远镜，机组人员使穿梭机进入与相同的轨道并关闭助推火箭，而望远镜则在穿梭机前方数千米处，如图所示。设为引力常量，为地球质量（已知地球半径，地球表面重力加速度，地球的第一宇宙速度）。在穿梭机内，一质量为的太空人的视重是___________，轨道上的重力加速度大小为____________，穿梭机在轨道上的速率为___________，周期为__________。
参考答案1．A【详解】A．对于探测器，万有引力提供向心力，根据牛顿第二定律，有G=m·2R·解得m月=故A正确；B．在月球表面附近，物体的重力等于万有引力，有解得月球表面的重力加速度为g月==故B错误；C．月球的密度ρ===故C错误；D．设月球表面的环绕速度为v，根据牛顿第二定律，有解得v==故D错误。故选A。2．D【详解】A．绝对时空观认为时间和空间是独立于物体及其运动而存在的，而相对论时空观认为时间和空间与物体及其运动有关系，故A正确；B．相对论时空观认为物体的长度会因物体的速度不同而不同，故B正确；C．牛顿力学只适用于宏观物体、低速运动问题，不适用于高速运动（相对于光速）的问题，故C正确；D．当物体的运动速度远小于光速时，相对论和牛顿力学的结论相差不大，故D错误。3．D【详解】D．该卫星变轨后仍做匀速圆周运动，速度减为原来的，根据G = m可得r = 可知变轨后轨道半径变为原来的4倍，D正确；A．根据G = man得an = 则变轨后的向心加速度变为原来的，A错误；B．根据ω = 可知变轨后角速度变为原来的，B错误；C．根据T = 可知，变轨后周期变为原来的8倍，C错误。故选D。4．C【详解】A．哥白尼提出“日心说”，认为行星绕太阳做匀速圆周运动，故A错误；B．开普勒第一定律认为：行星绕太阳运动时太阳在椭圆轨道的一个焦点上，故B错误；C．开普勒第三定律的公式中r代表轨道半长轴，T代表公转周期，比值k只与中心天体有关，故C正确；D．行星绕太阳运动时，所有行星都在不同轨道上，故D错误。故选C。5．A【详解】把物体放到地球的中心时r＝0，此时万有引力定律不再适用，由于地球关于球心对称，所以吸引力相互抵消，对整体而言，万有引力为零。故选A。6．A【详解】设地球的质量为M，地球的半径为R，卫星的质量为m，卫星的轨道高度为h，由地球对卫星的万有引力提供卫星的向心力，则有可得，，，由于MEO卫星轨道高度小于IGSO卫星轨道高度，所以MEO卫星的向心加速度、线速度及角速度均比IGSO卫星的大，运行周期比IGSO卫星的小。故选A。7．B【详解】ACD．由开普勒第二定律可知，月球运动到远地点时的速度最小，月球由近地点向远地点运动的过程中，月球的线速度减小，由远地点向近地点运动的过程中，月球的线速度增大，故A、C、D错误；B．根据牛顿第二定律和万有引力定律可得月球运动到近地点时所受万有引力最大，加速度最大，故B正确。故选B。8．C【详解】黑洞实际为一天体，天体表面的物体受到的重力近似等于物体与该天体之间的万有引力，对黑洞表面的某一质量为m物体有又有联立解得代入数据得重力加速度的数量级为1012m/s2故选C。9．B【详解】火星自转周期与地球接近，可知火星的同步卫星的周期为24h；根据开普勒第三定律可得故选B。10．A【详解】设星球的质量为M，半径为r，绕其飞行的卫星质量m，由万有引力提供向心力得在星球表面第一宇宙速度时R=r联立知第二宇宙速度v2与第一宇宙速度v1的关系是v2=v1即故选A。11．B【详解】地球上第一宇宙速度为探月卫星所受万有引力等于向心力解得因而 故选B。12．A【详解】A．探测器绕月球运动由万有引力提供向心力，对探测器，由牛顿第二定律得解得周期故A正确；B．探测器绕月球做半径为r的圆周运动时，有解得探测器的绕行速度故B错误；C．由得角速度故C错误；D．由得向心加速度故D错误。故选A。13．(1)6×1024 kg；(2)59【详解】(1)设地球的质量为M，地球表面存在一个质量为m0的物体，物体受到的重力近似等于万有引力，则m0g＝G则地球质量M＝＝kg≈6×1024 kg。(2)设月球的质量为m，月球绕地球做圆周运动的向心力由万有引力提供，则G＝m2rr＝ ＝ ≈3.8×108 ＝3.8×105月球绕地球公转半径与地球半径的比值为≈5914．(1)；(2)【详解】(1)设地球质量为M，卫星质量为m，万有引力常量为G，卫星在A点的加速度为a，由牛顿第二定律得G＝ma①卫星在地球赤道表面上受到的万有引力等于重力，则G＝mg②解以上两式得a＝③(2)设远地点B距地面高度为h2，卫星在同步轨道上运动时受到的万有引力提供向心力，由牛顿第二定律得G＝m（R＋h2）④由②④两式解得h2＝－R15．（1）（2）【详解】（1）由万有引力定律得飞行器在近地圆轨道1上受到地球的引力在近月圆轨道2上受到月球的引力所以（2）由题意可得联立解得16．（1）g0=GM/R2（2）v=2π(R+h)/T1=（3）3×10-3【详解】（1）设质量为m0的物体静止在北极点时所受地面的支持力为N0，根据万有引力定律和共点力平衡条件则有： 即质量为m0的物体在北极点时所受的重力为：  设北极点的重力加速度为g0，则有：  解得：  （2）设“天宫二号”的质量为m1，其绕地球做匀速圆周运动的周期为T1，根据万有引力定律和牛顿第二定律有： 解得：  运行速率为：  （3）物体A在赤道处地面上所受的万有引力 对于物体A在赤道处地面上随地球运动的过程，设其所受地面的支持力为N，根据牛顿第二定律有： 物体A此时所受重力的大小为： 所以 代入数据解得： 这一计算结果说明，由于地球自转对地球表赤道面上静止的物体所受重力与所受地球引力大小差别的影响很小，所以通常情况下可以忽略地球自转造成的地球引力与重力大小的区别．点睛：解决本题的关键是要知道在地球的两极：万有引力等于重力，在赤道：万有引力的一个分力等于重力，另一个分力提供随地球自转所需的向心力．17．        【分析】本题考查万有引力定律的应用。【详解】卫星的角速度环绕周期卫星轨道半径根据万有引力定律18．        【详解】以M表示地球的质量，m表示同步卫星的质量，表示地球表面处某一物体的质量，表示同步卫星的轨道半径。根据万有引力定律和牛顿第二定律，有联立解得同步卫星的轨道速度第一宇宙速度所以19．2∶1    16∶1    8∶1    【详解】人造地球卫星的万有引力充当向心力，即 ①体积为  ②解得密度为  ③故A和B密度之比为∶=16∶1由  ④联立②③④得  ⑤所以∶=2∶1  ⑥忽略行星自转的影响，根据万有引力等于重力列出等式 ⑦由①⑦解得  ⑧所以两行星表面处重力加速度之比为  ⑨【点睛】求一个物理量之比，我们应该把这个物理量先用已知的物理量表示出来，再根据表达式进行比较．向心力的公式选取要根据题目提供的已知物理量或所求解的物理量选取应用。20．0                【分析】由题可知本题考查万有引力定律的应用。【详解】穿梭机内的人处于完全失重状态，故视重为0由得则所以轨道上的重力加速度由得则得所以穿梭机在轨道上的速率[4]由得穿梭机在轨道上的周期