高中物理沪科版 (2019)必修 第二册第4章 万有引力与航天4.3 飞出地球去同步练习题

这是一份高中物理沪科版 (2019)必修 第二册第4章 万有引力与航天4.3 飞出地球去同步练习题，共11页。试卷主要包含了图a等内容，欢迎下载使用。
【基础】4.3飞出地球去练习一．填空题1．甲．乙两颗绕地球作匀速圆周运动人造卫星，其线速度大小之比为：1，则这两颗卫星的运转半径之比为    　，运转周期之比为       　．  2．若两颗人造地球卫星的周期之比T1：T2=2：1，则它们的轨道半径之比R1：R2=        ；向心加速度之比a1：a2=           
3．图a．b是力学中的两个实验装置．（1）图a是用来显示           　，图b是用来测量          　（2）由图可知，两个实验共同的物理思想方法是  　A．极限的思想方法    B．放大的思想方法     C．控制变量的方法    D．猜想的思想方法． 4．有两颗人造卫星，它们的质量之比，轨道半径之比，则它们所受向心力大小之比            ；它们的运行速率之比         ；它们的向心加速大小之比             ；它们的周期之比      。5．中子星是由密集的中子组成的星体，具有极大的密度．通过观察已知某中子星的自转角速度ω=60πrad/s，该中子星并没有因为自转而解体，根据这些事实人们可以推知中子星的密度．试写出中子星的密度最小值的表达式ρ=　　     ．6．地球半径为R，表面的重力加速度为g，卫星在距地面离R处做匀速圆周运动时，角速度为　     　，加速度为　      　． 7．人造卫星沿椭圆轨道绕地球运行，当它由近地点向远地点运行时，卫星的动能　     　（选填“增大”．“减小”．“不变”），卫星的势能　    　（选填“增大”．“减小”．“不变”） 8．黑洞是爱因斯坦的广义相对论中预言的一种特殊天体，它的密度极大，对周围的物质有极强的吸引力，根据恩爱斯坦理论，光子是有质量的，光子到达黑洞表面时也将被吸入，最多恰能绕黑洞表面做匀速圆周运动，根据天文观测，银河系中心可能有一个黑洞，距该黑洞6.0×1012m远的星体正以2.0×106m/s的速度绕它旋转，距此估算可能黑洞的最大半径为　  　（保留一位有效数字） 9．万有引力定律告诉我们自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的大小与物体的质量m1和m2乘积成        ，与它们之间距离r的二次方成         ，引力常量G=         N.m2/kg2． 10．宇航员在某星球表面，将一小球从离地面h高处以初速水平抛出，测出小球落地点与抛出点间的水平位移为s，若该星球的半径为R，万有引力恒量为G，则该星球表面重力加速度为          ，该星球的平均密度为           。 11．已知地球质量是月球质量的81倍，地球半径约为月球半径的4倍，地球上发射近地卫星的环绕速度为7.9km/s，那么在月球上发射一艘靠近月球表面运行的宇宙飞船，它的环绕速度为            ． 12．若某行星半径是R，平均密度是ρ，已知引力常量是G，那么在该行星表面附近运行的人造卫星的角速度大小是　　          . 13．赤道上的物体．近地卫星．同步卫星的向心加速度a1．a2．a3的大小关系为　     　；赤道上的物体．近地卫星．同步卫星的线速度v1．v2．v3的大小关系为　       　． 14．有两颗人造地球卫星A和B，分别在不同的轨道上绕地球做匀速圆周运动，两卫星的轨道半径分别为rA和rB，且rA＞rB，则两卫星的线速度关系为vA　     　vB；两卫星的角速度关系为ωA　     　ωB．两卫星的周期关系为TA　     　TB.（填“＞”．“＜”或“=”） 15．两颗人造卫星A．B绕地球做圆周运动的周期之比TA：TB=1：8，则轨道半径之比和运动速率之比分别为RA：RB=　    　 vA：vB=　     　．16．质量为m的同步卫星距地面的高度约为地球半径的5倍，已知地球的半径为R，地球自转的周期为T，则同步卫星绕地球转动的线速度为___________，同步卫星受到的万有引力为_______。17．双星靠相互吸引绕同一固定点O转动，己知它们的质量分别为M和m，则它们的向心力大小之比为FM：Fm= ______ ．转动半径之比为RM：Rm= ______ ．...18．两颗人造地球卫星，质量之比m1：m2=1：2，轨道半径之比R1：R2=3：1，则两颗人造地球卫星周期之比T1：T2=   　线速度之比v1：v2=　　   向心力之比为F1：F2=　        　向心加速度之比a1：a2=　        　． 
参考答案与试题解析1．【答案】1：2，1：2 【解析】【考点】:人造卫星的加速度．周期和轨道的关系．【专题】:人造卫星问题．【分析】:根据万有引力提供向心力，得出线速度．周期与轨道半径的关系，从而求出向心力．线速度．周期之比．解：根据，得v=，所以：根据：得：T=2π．所以周期之比为：=故答案为：1：2，1：2【点评】:该题考查人造卫星的应用，解决本题的关键掌握万有引力提供向心力，知道线速度．周期与轨道半径的关系．　 2．【答案】；：1； 1：【解析】根据万有引力提供向心力，得所以两个地球人造卫星的轨道半径之比为根据万有引力提供向心力，得所以向心加速度之比  3．【答案】(1)桌面或支持面的微小形变；万有引力恒量(2)B【解析】【考点】： 弹性形变和范性形变；万有引力定律的发现和万有引力恒量的测定．【分析】：这两个装置中，第一个装置是当支持面发生微小形变时，镜面法线也会改变一定角度，这一变化通过电光源投影进行放大．第二个装置都是球m，受到m对它的引力会使竖直悬线发生扭转，使镜面M的法线转过微小角度，从而电光源的投影会在标尺上移动一定距离，将微小形变放大将微小形变进行放大，故都是利用放大的思想方法．解：（1）因为装置A是演示微小形变的实验装置，装置B是卡文迪许扭秤，卡文迪许用该装置测出万有引力恒量．故答案为：桌面或支持面的微小形变；万有引力恒量．（2）第一个装置是当支持面发生微小形变时，镜面法线也会改变一定角度，这一变化通过电光源投影进行放大．第二个装置都是球m，受到m对它的引力会使竖直悬线发生扭转，从而使镜面M的法线转过微小角度，从而电光源的投影会在标尺上移动一定距离，从而将微小形变放大将微小形变进行放大，故都是利用放大的思想方法．这两个装置都是将微小形变进行放大，故都是利用放大的思想方法．故选B【点评】： 在物理实验中，经常会遇到要演示一些变化效应微弱的物理现象，为使实验效果明显，可见度大，通常采用放大手段．物理实验中常用的放大手段有杠杆放大，光点反射放大，点光源投影放大，投影仪放大，弱电流放大等．本题两个装置即为电光源投影放大法．  4．【答案】；；；【解析】试题分析：，人造卫星质量之比是，而轨道半径之比是，它们的向心力之比是；，，轨道半径之比是，所以它们的线速度之比是；，轨道半径之比是，所以它们的向心加速度之比是；，轨道半径之比是，所以它们的周期之比是；考点：人造卫星的加速度．周期和轨道的关系【名师点睛】解决本题的关键知道两人造卫星靠万有引力提供圆周运动的向心力，掌握线速度．角速度．加速度．周期与轨道半径的关系。 5．【答案】【解析】【考点】万有引力定律及其应用．【分析】中子星并没有因为自转而解体，临界情况是中子星对表面的物体支持力为零，靠万有引力提供向心力，结合万有引力提供向心力求出中子星的质量，从而根据密度公式求出中子星的密度最小值．【解答】解：中子星因为自转没有解体，临界情况是赤道处物体的支持力为零，物体靠万有引力提供向心力，根据得，M=．则中子星的最小密度．故答案为：．  6．【答案】：，．【解析】【考点】人造卫星的加速度．周期和轨道的关系；万有引力定律及其应用．【分析】根据地球表面处重力等于万有引力和卫星受到的万有引力等于向心力，即=ma列式即可求解．【解答】解：在地球表面的物体受到的重力等于万有引力为：，得：GM=R2g根据卫星受到的万有引力等于向心力得：，得： =又，得： =故答案为：，． 7．【答案】减小；增大．【解析】考点： 人造卫星的加速度．周期和轨道的关系；万有引力定律及其应用．专题： 人造卫星问题．分析： 根据影响动能和重力势能大小的因素来分析动能和重力势能的变化，找到转化的方向．解答： 解：当卫星从近地点向远地点运动时，所处高度增加，重力势能增加，但运动的速度减小，动能减小．正是动能转化为了重力势能．故答案为：减小；增大．点评： 对于能量的转化必定是一种能量减少另一种能量增加，并且减少的能量转化为增加的能量．8．【答案】黑洞的最大半径【解析】【考点】万有引力定律及其应用．【分析】根据距该黑洞6.0×1012m远的星体正以2.0×106m/s的速度绕它旋转，写出万有引力提供向心力的公式，求得黑洞的质量；光子到达黑洞表面最多恰能绕黑洞表面做匀速圆周运动，写出万有引力提供向心力的公式，求得黑洞的最大半径．【解答】解：对围绕黑洞做圆周运动的星体应用牛顿第二定律得即GM=由黑洞特点可知，光子到达黑洞表面最多恰能绕黑洞表面做匀速圆周运动，对光子应用牛顿第二定律得，而R=所以=答：黑洞的最大半径 9．【答案】正比．反比    6.67×10﹣11【解析】考点：万有引力定律及其应用.专题：万有引力定律的应用专题．分析：根据万有引力定律可知自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的大小与物体的质量m1和m2乘积成正比，与它们之间距离r的二次方成 反比，引力常量为G=6.67×10﹣11 N.m2/kg2解答：解：根据万有引力定律可知：自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的大小与物体的质量m1和m2乘积成正比，与它们之间距离r的二次方成 反比，引力常量为G=6.67×10﹣11 N.m2/kg2故答案为：正比．反比    6.67×10﹣11点评：本题的关键知道万有引力定律的内容，对于自然界中任意的两个物体，它们之间的引力的大小与两物体质量的乘积成正比，与两物体距离的二次方成反比，是平方反比律．10．【答案】 ,【解析】试题分析: （1）设月球的密度为ρ，月球的重力加速度为g，小球在月球表面做平抛运动则：水平方向：,竖直方向：,联立得：．（2）月球表面的物体受到的重力等于万有引力为：,月球的质量为：,联立得：考点：考查万有引力定律及其应用．【名师点睛】本题要抓住万有引力与平抛运动联系的桥梁是重力加速度g，知道根据万有引力等于重力是求星球质量的常用思路． 11．【答案】1.7km/s．【解析】考点：人造卫星的加速度．周期和轨道的关系；万有引力定律及其应用.专题：万有引力定律的应用专题．分析：根据卫星在星球表面附近做匀速圆周运动的速度即为环绕速度，由万有引力提供向心力，列式进行求解．解答：解：近地卫星的向心力由地球的万有引力提供，则：G=m，得：v地=同理，“近月卫星”的向心力由月球的万有引力提供，得：v月=所以==则得：v月=v地=km/s=1.7km/s故答案为：1.7km/s．点评：本题是卫星类型，关键要建立卫星运动的模型，根据万有引力提供向心力，得到环绕速度的表达式．12．【答案】【解析】考点： 万有引力定律及其应用.专题： 万有引力定律的应用专题.分析： 绕行星表面飞行的人造卫星的向心力由万有引力提供，据此计算人造卫星的角速度即可.解答： 解：令行星半径为R，则行星的质量近地人造卫星的向心力由万有引力提供有：解得：故答案为：点评： 解决本题的关键是抓住万有引力提供卫星圆周运动向心力，能掌握球的体积公式是解决问题的关键.13．【答案】a2＞a3＞a1，v2＞v3＞v1．  【解析】【考点】人造卫星的加速度．周期和轨道的关系．【分析】题中涉及三个物体：地球赤道上有一随地球的自转而做圆周运动物体1．绕地球表面附近做圆周运动的人造卫星2．地球同步卫星3，物体1与人造卫星2转动半径相同，物体1与同步卫星3转动周期相同，人造卫星2与同步卫星3同是卫星，都是万有引力提供向心力，分三种类型进行比较分析即可．【解答】解：物体1和同步卫星3周期相等，则角速度相等，即ω1=ω3，而加速度a=rω2，则a3＞a1，卫星2和卫星3都靠万有引力提供向心力，根据=ma，a=，知轨道半径越大，角速度越小，向心加速度越小，则a2＞a3，所以a2＞a3＞a1，根据v=rω，则v3＞v1，卫星2和卫星3都靠万有引力提供向心力，根据=m，解得v=，知轨道半径越大，线速度越小，则v2＞v3，则v2＞v3＞v1．故答案为：a2＞a3＞a1，v2＞v3＞v1． 14．【答案】＜，＜，＞.【解析】考点： 人造卫星的加速度．周期和轨道的关系；万有引力定律及其应用.专题： 人造卫星问题.分析： 根据万有引力提供向心力得出线速度．角速度．周期与轨道半径的关系式，从而进行比较.解答： 解：根据得，v=，，T=，因为rA＞rB，则vA＜vB，ωA＜ωB，TA＞TB.故答案为：＜，＜，＞.点评： 解决本题的关键掌握万有引力提供向心力这一重要理论，并能灵活运用，知道线速度．角速度．周期与轨道半径的关系.15．【答案】1：4；2：1 【解析】【考点】 线速度．角速度和周期．转速．【分析】根据人造卫星的万有引力等于向心力，列式求出线速度．周期的表达式进行讨论即可．【解答】解：根据万有引力提供向心力为：，r=，v=因为TA：TB=1：8所以：RA：RB=1：4所以：VA：VB=2：1故答案为：1：4；2：1【点评】能根据万有引力提供圆周运动向心力正确得到线速度和周期与轨道半径的关系是解决本题的关键  16．【答案】  【解析】试题分析：同步卫星的轨道半径为，因为同步卫星的运动周期和地球自转周期相同，所以根据公式可得，同步卫星受到地球的万有引力充当向心力，所以有考点：考查了万有引力定律的应用17．【答案】    (1). 1：1    (2). m：M【解析】双星做圆周运动，万有引力提供向心力，两星受到的万有引力为作用力与反作用力，它们大小相等，则：它们的向心力大小之比为：； 设双星间的距离为L，万有引力提供向心力，由牛顿第二定律得：， ，解得：。点睛：本题考查了求向心力之比．轨道半径之比，知道双星做圆周运动的角速度相等，应用万有引力公式与牛顿第二定律可以解题。 18．【答案】：：1，，1：18，1：9． 【解析】【考点】 人造卫星的加速度．周期和轨道的关系．【分析】根据万有引力提供向心力，计算出向心力．速率．周期和向心加速度，根据质量之比和轨道半径之比进行讨论．【解答】解：根据万有引力提供向心力所以根据万有引力提供向心力，得，，所以==故答案为：：1，，1：18，1：9．