第三章萬有引力定律單元練習(xí)-2021-2022學(xué)年高一下學(xué)期物理教科版必修第二冊Word版含解析

第三章萬有引力定律單元練習(xí)一、單選題（共14題）1．中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(簡稱BDS）是中國自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，也是繼美國GPS、俄羅斯GLONASS之后的第三個成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。第三代北斗導(dǎo)航系統(tǒng)一共由35顆衛(wèi)星組成。5顆地球同步靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成。35顆衛(wèi)星在離地面2萬多千米的高空上，以固定的周期環(huán)繞地球運行，使得在任意時刻，在地面上的任意一點都可以同時觀測到4顆以上的衛(wèi)星。北斗導(dǎo)航衛(wèi)星與近地軌道（低于2000km）衛(wèi)星相比（

）A．線速度更大 B．周期更長C．角速度更大 D．向心加速度更大2．牛頓說：“假如我看得遠(yuǎn)些，那是因為我站在巨人們的肩膀上?！标P(guān)于牛頓對物理學(xué)的貢獻(xiàn)，下列敘述不正確的是（）A．在伽利略和笛卡爾的工作基礎(chǔ)上，牛頓提出了牛頓第一定律，又叫慣性定律B．牛頓三大定律和萬有引力定律適用于低速、宏觀、弱引力的物體，都可以用實驗驗證C．笛卡爾最先提出了“動量”的概念，牛頓用質(zhì)量和速度的乘積修正了這一概念D．胡克、哈雷等認(rèn)為行星繞太陽運動是由于太陽對行星的引力，牛頓在此基礎(chǔ)上提出了萬有引力定律3．如圖所示，a，b，c是在地球大氣層外圓形軌道上運行的3顆人造衛(wèi)星，下列說法正確的是（）A．b，c的線速度大小相等，且大于a的線速度B．b，c的向心加速度相等，且大于a的向心加速度C．c加速可以追上同軌道上的b，b減速可以等候同一軌道上的cD．b，c衛(wèi)星的周期大小相等，且大于a的周期4．在“嫦娥五號”任務(wù)中，有一個重要環(huán)節(jié)，軌道器和返回器的組合體（簡稱“甲”）與上升器（簡稱“乙"）要在環(huán)月軌道上實現(xiàn)對接，以便將月壤樣品從上升器轉(zhuǎn)移到返回器中，再由返回器帶回地球。對接之前，甲、乙分別在各自的軌道上做勻速圓周運動，且甲的軌道半徑比乙小，如圖所示，為了實現(xiàn)對接，處在低軌的甲要抬高軌道。下列說法正確的是（）A．在甲抬高軌道之前，甲的線速度小于乙B．甲可以通過減小速度來抬高軌道C．在甲抬高軌道的過程中，月球?qū)椎娜f有引力逐漸增大D．返回地球后，月壤樣品的重量比在月球表面時大5．2021年10月16日，我國神舟十三號成功發(fā)射！翟志剛、王亞平、葉光富將在中國空間站駐留半年，從而為我國空間站的建設(shè)揭開新的篇章。設(shè)空間站繞地球做勻速圓周運動，周期為，將地球視為密度均勻的球體，若地球的密度保持不變，空間站距離地心的距離以及地球的半徑均變?yōu)樵瓉淼?倍。則空間站圍繞地球運轉(zhuǎn)時的周期為（）A．T B．2T C．4T D．8T6．如圖所示，A是靜止在赤道上的物體，B、C是同一平面內(nèi)兩顆人造衛(wèi)星。B位于離地高度等于地球半徑的圓形軌道上，C是地球同步衛(wèi)星。則以下判斷正確的是（）A．衛(wèi)星C的運行速度大小大于地球的第一宇宙速度B．A、B的線速度大小關(guān)系為C．周期大小關(guān)系為D．若衛(wèi)星B要靠近C所在軌道，需要先加速7．隨著科技的發(fā)展，人們期待將來有一天能在地球與其他星球之間自由往返。若航天愛好者在登陸某星球（可視為質(zhì)量分布均勻的球體）的過程中，測得航天器在該星球表面附近飛行的周期為T，著陸后用測力計測得質(zhì)量為m0的砝碼重力為P，引力常量為G，由此可算出（）A．該星球同步衛(wèi)星的質(zhì)量m′和半徑RB．該星球的質(zhì)量M和航天器的質(zhì)量mC．該星球的半徑R和密度ρD．該星球的公轉(zhuǎn)周期T0和第一宇宙速度v8．下列說法符合物理學(xué)史實的是（）A．哥白尼提出了地心說 B．牛頓發(fā)現(xiàn)了行星運動三大定律C．開普勒發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律 D．卡文迪許首先測出了萬有引力常量9．2021年10月16日神州十三號飛船搭載三名中國宇航員成功發(fā)射并順利完成在軌的相關(guān)對接，是中國作為航天強國的最新里程碑。已知空間站軌道離地高度為300km~360km，同步衛(wèi)星離地高度約為3.6×104km。通過所學(xué)的相關(guān)知識，對空間站的在軌運行以下說法你認(rèn)為正確的是（）A．空間站運行一周的時間大于24hB．因宇航員在空間站生活將長達(dá)6個月，因此必須把換下的衣服水洗后循環(huán)使用C．空間站的運行速度大于7.9km/sD．宇航員在艙內(nèi)可正常使用彈簧測力計10．如圖所示，a為地球赤道上的物體，b為沿地球表面附近做勻速圓周運動的人造衛(wèi)星，c為地球同步衛(wèi)星。則下列說法正確的是（）A．角速度的大小關(guān)系是ωa<ωbB．向心加速度的大小關(guān)系是aa>abC．線速度的大小關(guān)系是va>vbD．周期的大小關(guān)系是Ta<Tb11．2020年7月23日，“天問一號”探測器搭乘長征五號遙四運載火箭，在文昌發(fā)射場順利升空，開啟了中國人的首次火星之旅。假設(shè)“天問一號”探測器貼近火星表面做勻速圓周運動，已知探測器速度為v，周期為T，引力常量為G。下列說法不正確的是（）A．可算出探測器的質(zhì)量m=B．可算出火星的質(zhì)量M=C．可算出火星的半徑D．探測器若要離開火星，須用助推器使探測器加速12．2021年11月23日長征四號丙運載火箭將高分三號02星送入預(yù)定軌道，高分三號02星是由中國航天科技集團五院研制的海洋監(jiān)視監(jiān)測業(yè)務(wù)星，運行于距地球表面高度755km的太陽同步回歸軌道，我國即將建成的空間站運行于距地球表面高度400km的圓軌道，地球的半徑為6371km，高分三號02星和空間站繞地球的運動均可視為勻速圓周運動，下列說法正確的是（）A．高分三號02星的角速度比空間站的大B．高分三號02星的線速度比空間站的大C．根據(jù)題中信息，可以計算出地球的質(zhì)量D．根據(jù)題中信息，可以計算出高分三號02星與空間站的周期之比13．如圖所示，A為靜止在赤道上物體，為近地圓軌道衛(wèi)星，為地球同步衛(wèi)星。A、、三物體質(zhì)量相同，向心加速度大小分別為、、，向心力大小分別為、、、線速度大小分別為、、，周期分別為、、，則（）A． B． C． D．14．天問一號于2020年7月23日在文昌航天發(fā)射場由長征五號遙四運載火箭發(fā)射升空，2021年2月到達(dá)火星附近，實施火星捕獲。2021年5月?lián)駲C實施降軌，著陸巡視器與環(huán)繞器分離，軟著陸火星表面，火星車駛離著陸平臺，開展對火星的表面形貌、土壤特性、物質(zhì)成分、水冰、大氣、電離層、磁場等科學(xué)探測，實現(xiàn)中國在深空探測領(lǐng)域的技術(shù)跨越。如圖為天問一號著陸前的部分運行軌道，下列有關(guān)說法正確的是（）A．天問一號在停泊軌道上運行周期比在調(diào)相軌道上大B．天問一號在停泊軌道上P點的加速度比在N點小C．天問一號在調(diào)相軌道上運行時經(jīng)過P點的速度大于在停泊軌道上運行時經(jīng)過P點的速度D．天問一號在調(diào)相軌道上運行時經(jīng)過P點的加速度小于在停泊軌道上運行時經(jīng)過P點的加速度二、填空題（共7題）15．衛(wèi)星繞某一行星表面附近做勻速圓周運動，其線速度大小為v。假設(shè)宇航員在該行星表面上用彈簧測力計測量一質(zhì)量為m的物體重力，物體靜止時，彈簧測力計的示數(shù)為F．則該行星表面的重力加速度為_____，行星的半徑約為_____。16．地球的質(zhì)量為M，半徑為R，自轉(zhuǎn)的角速度為ω，萬有引力常量為G。用上述物理量，則地球表面重力加速度大小為_____，地球同步衛(wèi)星離地球表面的高度為_____。17．科學(xué)家測得一行星A繞一恒星B運行一周所用的時間為1200年，A、B間距離為地球到太陽距離的100倍。設(shè)A相對于B的線速度為v1，地球相對于太陽的線速度為v2，則v1:v2=_________，該恒星質(zhì)量與太陽質(zhì)量之比為________。18．如果測出行星的公轉(zhuǎn)周期T以及它和太陽的距離r，就可以求出________的質(zhì)量。根據(jù)月球繞地球運動的軌道半徑和周期，就可以求出_______的質(zhì)量。________星的發(fā)現(xiàn)，顯示了萬有引力定律對研究天體運動的重要意義。19．有A、B兩顆人造地球衛(wèi)星，已知它們的質(zhì)量關(guān)系為mA=3mB，繞地球做勻速圓周運動的軌道半徑關(guān)系為，則它們運行的速度大小之比為_______，運行周期之比為_________。20．如圖所示，人造衛(wèi)星A、B在同一平面內(nèi)繞地球做勻速圓周運動。則衛(wèi)星A的線速度_______衛(wèi)星B的線速度，衛(wèi)星A的加速度______衛(wèi)星B的加速度，衛(wèi)星A的周期_______衛(wèi)星B的周期（選填“大于”、“小于”或“等于”）。21．一宇航員站在某質(zhì)量分布均勻的星球表面的斜坡上的點沿水平方向以初速度拋出一個小球，測得小球經(jīng)時間落到斜坡上另一點，斜面的傾角為，已知該星球半徑為，引力常量為，該星球表面的重力加速度為__________；該星球的密度為_________；該星球的第一宇宙速度為_____________；人造衛(wèi)星繞該星球表面做勻速圓周運動的最小周期為__________。三、解答題（共4題）22．兩顆衛(wèi)星在同一軌道平面繞地球做勻速圓周運動，兩衛(wèi)星同向飛行，已知地球半徑為R，a衛(wèi)星離地面的高度等于R，b衛(wèi)星離地面高度為3R，則：（1）a、b兩衛(wèi)星周期之比Ta：Tb是多少？（2）若某時刻兩衛(wèi)星正好同時通過地面同一點的正上方，則經(jīng)過多長時間兩衛(wèi)星再次相遇？23．2021年10月16日，我國成功發(fā)射了神舟十三號載人飛船，與空間站組合體完成自主快速交會對接，3名航天員翟志剛、王亞平、葉光富成功送入了天和核心艙，他們將在軌駐留6個月，任務(wù)主要目標(biāo)為驗證中國空間站建造相關(guān)技術(shù)，為我國空間站后續(xù)建造及運營任務(wù)奠定基礎(chǔ)。已知神舟十三號與空間站組合體完成對接后在軌道上運行，可視為勻速圓周運動，它們飛行n圈所用時間為t。已知它們的總質(zhì)量為m，它們距地面的高度為h，地球半徑為R，引力常量為G。求：（1）神舟十三號與空間站組合體對接后，地球?qū)λ鼈兊娜f有引力F；（2）地球的質(zhì)量M；（3）地球表面的重力加速度g。24．一顆在赤道上空運行的人造衛(wèi)星，其距離地球表面的高度為h=R（R為地球半徑），衛(wèi)星的轉(zhuǎn)動方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同，已知地球自轉(zhuǎn)的角速度為ω0，地球表面處的重力加速度為g，引力常量為G，求：（1）該衛(wèi)星繞地球運行的角速度ω；（2）若某時刻衛(wèi)星通過赤道上某建筑物的正上方，到它下次通過該建筑物正上方需要的時間。25．如圖所示，A是地球的同步衛(wèi)星，另一衛(wèi)星的圓形軌道位于赤道平面內(nèi)，離地面高度為。已知地球半徑為，地球自轉(zhuǎn)角速度為，地球表面的重力加速度為g，O為地球中心。（1）求衛(wèi)星的運行周期；（2）若衛(wèi)星繞行方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同，某時刻A、兩衛(wèi)星相距最近，則至少經(jīng)過多長時間，它們再一次相距最近？參考答案：1．B【解析】【詳解】根據(jù)萬有引力提供向心力得，，，所以，地球衛(wèi)星的軌道半徑越大，線速度、角速度、向心加速度越小，周期越大。故選B。2．B【解析】【詳解】A．在伽利略和笛卡爾的工作基礎(chǔ)上，牛頓提出了牛頓第一定律，又叫慣性定律，A正確；B．牛頓三大定律和萬有引力定律適用于低速、宏觀、物體，不適用于弱引力相互作用的物體，B錯誤；C．笛卡爾最先提出了“動量”的概念，牛頓用質(zhì)量和速度的乘積修正了這一概念，C正確；D．胡克、哈雷等認(rèn)為行星繞太陽運動是由于太陽對行星的引力，牛頓在此基礎(chǔ)上提出了萬有引力定律，D正確。故選B。3．D【解析】【詳解】A．衛(wèi)星繞地球做圓周運動，由萬有引力提供向心力，則有解得，，，由，根據(jù)題意ra<rb=rc，所以b、c的線速度大小相等，小于a的線速度，選項A錯誤；B．由，根據(jù)題意ra<rb=rc，所以b、c的向心加速度大小相等，且小于a的向心加速度，選項B錯誤；C．c加速后，所需向心力增大，萬有引力不足以提供向心力，衛(wèi)星將做離心運動，離開原軌道，同理b減速后，萬有引力大于所需向心力，衛(wèi)星做近心運動，離開原軌道，所以不會與同軌道上的衛(wèi)星相遇，選項C錯誤；D．由，根據(jù)題意ra<rb=rc，所以b、c的周期相等，大于a衛(wèi)星的周期，選項D正確。故選D。4．D【解析】【詳解】A．在甲抬高軌道之前，兩衛(wèi)星均繞月球做勻速圓周運動，有可得線速度為因，則甲的線速度大于乙的線速度，故A錯誤；B．低軌衛(wèi)星甲變?yōu)楦哕壭l(wèi)星，需要做離心運動，則需要萬有引力小于向心力，則需向后噴氣增大速度，故B錯誤；C．在甲抬高軌道的過程中，離月球的距離r逐漸增大，由可知月球?qū)πl(wèi)星的萬有引力逐漸減小，故C錯誤；D．因地球表面的重力加速度比月球表面的重力加速度大，則由可知月壤樣品的重量在地表比在月表要大，故D正確。故選D。5．A【解析】【詳解】設(shè)空間站的質(zhì)量為m，地球的質(zhì)量為M，地球的半徑為R，空間站距離地心r，空間站做圓周運動的周期為T。根據(jù)萬有引力提供向心力有由球的體積公式有解得當(dāng)r、R均變?yōu)樵瓉?倍時，周期保持不變，選項A正確，BCD錯誤。故選A。6．D【解析】【詳解】A．第一宇宙速度是衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動最大的運行速度，C是地球同步衛(wèi)星，則衛(wèi)星C的運行速度大小小于地球的第一宇宙速度，A錯誤；B．根據(jù)解得則對于放在赤道上的物體A和地球同步衛(wèi)星C具有相同的角速度，根據(jù)則有B錯誤；C．對于放在赤道上的物體A和地球同步衛(wèi)星C具有相同的周期，即有根據(jù)解得則所以周期大小關(guān)系為C錯誤；D．因為若衛(wèi)星B要靠近C所在軌道，需要先加速，做離心運動，D正確。故選D。7．C【解析】【詳解】ABC．由題意可得該星球表面的重力加速度又因可得該星球半徑、質(zhì)量結(jié)合可求出該星球的密度同步衛(wèi)星和航天器是繞行天體，不能通過題給條件求出質(zhì)量，選項A、B錯誤，C正確；D．該星球的第一宇宙速度但該星球的公轉(zhuǎn)周期不可求，選項D錯誤。故選C。8．D【解析】【詳解】A．哥白尼提出了日心說，選項A錯誤；B．開普勒發(fā)現(xiàn)了行星運動三大定律，選項B錯誤；C．牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，選項C錯誤；

D．卡文迪許首先測出了萬有引力常量，選項D正確。故選D。9．D【解析】【詳解】A．根據(jù)解得空間站的軌道半徑比地球同步衛(wèi)星的小，同步衛(wèi)星的周期是24h，則空間站運行周期小于24h，A錯誤；B．宇航員在空間站處于完全失重狀態(tài)，宇航員在空間站生活將長達(dá)6個月，并且在空間站水很寶貴，沒必要把換下的衣服水洗后循環(huán)使用，B錯誤；C．7.9km/s是第一宇宙速度，是貼近地面衛(wèi)星做勻速圓周運動的速度，是最大的環(huán)繞速度，則空間站的運行速度小于7.9km/s，C錯誤；D．彈簧測力計的工作原理是彈簧的拉力與彈簧伸長的長度成正比，與物體的重力都無關(guān)，在艙內(nèi)可以正常使用彈簧測力計，D正確。故選D。10．A【解析】【詳解】A．由題知ωa＝ωc，而rb<rc，萬有引力充當(dāng)向心力，所以解得所以ωc<ωb，所以ωa＝ωc<ωb，A正確；B．a(chǎn)與c的角速度相等，由a＝ω2r，得aa<ac，b與c都是萬有引力提供向心力，有解得則ac<ab，所以aa<ab，B錯誤；C．a(chǎn)、c比較，角速度相等，由v＝ωr，可知va<vc，因為解得得vc<vb，故va<vb，C錯誤；D．衛(wèi)星c為同步衛(wèi)星，所以Ta＝Tc，周期與角速度關(guān)系為又因ωc<ωb，所以Tc>Tb，故Ta＝Tc>Tb，D錯誤。故選A。11．A【解析】【詳解】AB．根據(jù)萬有引力提供向心力，有G=mv=解得火星的質(zhì)量M=探測器為環(huán)繞天體，不能求出其質(zhì)量，故A說法錯誤，符合題意；B說法正確，不符合題意；C．探測器繞火星表面做勻速圓周運動，已知探測器速度為v，周期為T，根據(jù)v=，可知火星的半徑故C說法正確，不符合題意；D．探測器若要離開火星，必須啟動助推器使探測器加速，做離心運動，故D說法正確，不符合題意。故選A。12．D【解析】【詳解】AB．由可得因，則高分三號02星的角速度比空間站的小，線速度比比空間站的小，AB錯誤；C．根據(jù)題中只已知衛(wèi)星的軌道半徑，而無衛(wèi)星的運動參量、等，則無法計算地球的質(zhì)量，C錯誤；D．已知兩衛(wèi)星的軌道半徑之比，根據(jù)開普勒第三定律可以得出高分三號02星與空間站的周期之比，D正確；故選D。13．A【解析】【詳解】AB．根據(jù)萬有引力提供向心力因為則，因為C與A的角速度相同，根據(jù)，因為則，故，故A正確，B錯誤；C．根據(jù)萬有引力提供向心力因為則因為C與A的角速度相同，根據(jù)因為則故C錯誤；D．因為C與A的角速度相同，則周期相同，根據(jù)萬有引力提供向心力因為則故D錯誤。故選A。14．C【解析】【詳解】A．根據(jù)開普勒第三定律可知，由于停泊軌道半徑小于調(diào)相軌道半徑，則天問一號在停泊軌道上運行周期比在調(diào)相軌道上小，故A錯誤；BD．根據(jù)萬有引力提供向心力可知解得由于P點距離火星球心更近，則天問一號在停泊軌道上P點的加速度比在N點大，而兩種軌道過P點的軌道半徑相同，則天問一號在調(diào)相軌道上運行時經(jīng)過P點的加速度等于在停泊軌道上運行時經(jīng)過P點的加速度，故BD錯誤；C．天問一號從調(diào)相軌道進(jìn)入停泊軌道時，由于是從高軌變到低軌，則需要在P點處減速，則天問一號在調(diào)相軌道上運行時經(jīng)過P點的速度大于在停泊軌道上運行時經(jīng)過P點的速度，故C正確；故選C。15．

【解析】【詳解】[1]因為:G=mg所以：g==；[2]根據(jù)萬有引力提供向心力，得：G=m=mg解得：。16．

【解析】【詳解】[1][2]假設(shè)一個質(zhì)量為m的物體放在地球表面，根據(jù)萬有引力等于重力可得解得設(shè)地球同步衛(wèi)星離地球表面的距離為h，假設(shè)一顆質(zhì)量為的同步衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動，其軌道半徑為R+h，根據(jù)牛頓第二定律有（萬有引力提供向心力）解得17．

1:12

25:36【解析】【詳解】[1]行星A繞恒星B運行，有地球繞太陽運行，有因為，，所以[2]根據(jù)萬有引力提供向心力有：解得恒星質(zhì)量與太陽質(zhì)量之比為18．

太陽

地球

海王【解析】【詳解】[1]設(shè)太陽的質(zhì)量為，行星的質(zhì)量為，則由萬有引力等于向心力可得可求出太陽的質(zhì)量為[2]月球圍繞地球運動時，由地球的萬有引力提供向心力，則同理可得：根據(jù)月球圍繞地球運動的軌跡半徑和周期即可求出地球質(zhì)量。[3]海王星的發(fā)現(xiàn)，顯示了萬有引力定律對研究天體運動的重要意義。19．

∶1

1∶【解析】【分析】考查萬有引力與航天?！驹斀狻縖1][2]．衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動時，萬有引力提供向心力：解得，所以，AB運行的速度大小之比為：；由開普勒行星運動定律之周期定律得：故運行周期