2025高考物理步步高同步練習(xí)必修2第七章 章末檢測(cè)試卷(三)含答案

2025高考物理步步高同步練習(xí)必修2第七章章末檢測(cè)試卷(三)(時(shí)間：75分鐘滿分：100分)一、單項(xiàng)選擇題：共12題，每題4分，共48分．每題只有一個(gè)選項(xiàng)最符合題意．1．開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律是我們學(xué)習(xí)、研究天體運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)．下列關(guān)于開普勒三定律的理解錯(cuò)誤的是()A．由開普勒第一定律知，行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道不是標(biāo)準(zhǔn)的圓形B．由開普勒第一定律知，太陽處在繞它運(yùn)動(dòng)的行星軌道的焦點(diǎn)上C．由開普勒第二定律知，一個(gè)行星從遠(yuǎn)日點(diǎn)向近日點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的速度是逐漸減小的D．由開普勒第三定律知，地球與火星軌道的半長(zhǎng)軸的三次方跟其公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值相等答案C解析開普勒第一定律指出所有行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，故A正確；由開普勒第一定律知，太陽處在繞它運(yùn)動(dòng)的行星軌道的焦點(diǎn)上，故B正確；由開普勒第二定律可知，行星與太陽連線在相同時(shí)間內(nèi)掃過的面積相等，故離太陽近時(shí)運(yùn)動(dòng)速度大，離太陽遠(yuǎn)時(shí)運(yùn)動(dòng)速度小，故C錯(cuò)誤；由開普勒第三定律知，地球與火星軌道的半長(zhǎng)軸的三次方跟其公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值相等，故D正確．2．(2019·全國(guó)卷Ⅱ)2019年1月，我國(guó)嫦娥四號(hào)探測(cè)器成功在月球背面軟著陸．在探測(cè)器“奔向”月球的過程中，用h表示探測(cè)器與地球表面的距離，F(xiàn)表示它所受的地球引力，能夠描述F隨h變化關(guān)系的圖像是()答案D解析在嫦娥四號(hào)探測(cè)器“奔向”月球的過程中，根據(jù)萬有引力定律，可知隨著h的增大，探測(cè)器所受的地球引力逐漸減小但并不是均勻減小的，故能夠描述F隨h變化關(guān)系的圖像是D.3．(2020·華南師范大學(xué)附屬中學(xué)高一測(cè)試)我國(guó)已經(jīng)成功發(fā)射北斗COMPASS—G1地球同步衛(wèi)星．據(jù)了解，這是北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)射的第三顆地球同步衛(wèi)星．則對(duì)于這三顆已發(fā)射的同步衛(wèi)星，下列說法正確的是()A．它們的運(yùn)動(dòng)速度大小相等，且都小于7.9km/sB．它們的運(yùn)行周期可能不同C．它們離地心的距離可能不同D．它們的向心加速度與靜止在赤道上的物體的向心加速度大小相等答案A解析同步衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的周期都是24h，由eq\f(Gmm地,r2)＝mreq\f(4π2,T2)＝meq\f(v2,r)，可知所有的同步衛(wèi)星離地心的距離一定，運(yùn)行的速度大小相等且都比第一宇宙速度小，故A正確，B、C錯(cuò)誤；由a＝ω2r，靜止在赤道上的物體與同步衛(wèi)星的角速度相同，知同步衛(wèi)星的向心加速度大，D錯(cuò)誤．4．2015年12月，我國(guó)暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星“悟空”發(fā)射升空進(jìn)入高為5.0×102km的預(yù)定軌道．“悟空”衛(wèi)星和地球同步衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)均可視為勻速圓周運(yùn)動(dòng)．已知地球半徑R＝6.4×103km.下列說法正確的是()A．“悟空”衛(wèi)星的線速度比同步衛(wèi)星的線速度小B．“悟空”衛(wèi)星的角速度比同步衛(wèi)星的角速度小C．“悟空”衛(wèi)星的運(yùn)行周期比同步衛(wèi)星的運(yùn)行周期小D．“悟空”衛(wèi)星的向心加速度比同步衛(wèi)星的向心加速度小答案C解析地球同步衛(wèi)星距地表約3.6×104km，由v＝eq\r(\f(Gm地,r))可知，“悟空”的線速度較大，由ω＝eq\r(\f(Gm地,r3))，T＝eq\f(2π,ω)可知，“悟空”的角速度較大，運(yùn)行周期較小，由a＝eq\f(Gm地,r2)可知，“悟空”的向心加速度較大，故A、B、D錯(cuò)誤，C正確．5．一顆在赤道上空做勻速圓周運(yùn)動(dòng)運(yùn)行的人造衛(wèi)星，其軌道半徑上對(duì)應(yīng)的重力加速度為地球表面重力加速度的四分之一，則某一時(shí)刻該衛(wèi)星觀測(cè)到地面赤道最大弧長(zhǎng)為(已知地球半徑為R)()A.eq\f(2,3)πRB.eq\f(1,2)πRC.eq\f(1,3)πRD.eq\f(1,4)πR答案A解析地球表面Geq\f(Mm,R2)＝mg，衛(wèi)星軌道處eq\f(GMm,r2)＝mg′，因?yàn)間′＝eq\f(1,4)g，解得r＝2R，則某一時(shí)刻該衛(wèi)星觀測(cè)到地面赤道的弧度數(shù)為eq\f(2π,3)，則觀測(cè)到地面赤道最大弧長(zhǎng)為eq\f(2,3)πR，故選A.6．2016年10月19日凌晨，“神舟十一號(hào)”載人飛船與距離地面393km的圓軌道上的“天宮二號(hào)”成功交會(huì)對(duì)接．已知地球半徑為R＝6400km，引力常量G＝6.67×10－11N·m2/kg2，“天宮二號(hào)”繞地球飛行的周期為90分鐘，地球表面的重力加速度為9.8m/s2，則()A．由題中數(shù)據(jù)可以求得地球的平均密度B．“天宮二號(hào)”的發(fā)射速度應(yīng)小于7.9km/sC．“天宮二號(hào)”的向心加速度小于同步衛(wèi)星的向心加速度D．“神舟十一號(hào)”與“天宮二號(hào)”對(duì)接前始終處于同一軌道上答案A解析根據(jù)萬有引力提供向心力可得eq\f(Gmm地,r2)＝mreq\f(4π2,T2)，則m地＝eq\f(4π2r3,GT2)，又ρ＝eq\f(m地,\f(4,3)πR3)＝eq\f(3πr3,GT2R3)，A正確；v＝7.9km/s為第一宇宙速度，即為最小的發(fā)射速度，B錯(cuò)誤；根據(jù)eq\f(Gmm地,r2)＝man，可得an＝eq\f(Gm地,r2)，“天宮二號(hào)”的軌道半徑小于同步衛(wèi)星的軌道半徑，故“天宮二號(hào)”的向心加速度大于同步衛(wèi)星的向心加速度，C錯(cuò)誤；在同一軌道上運(yùn)行速度大小相等，二者無法實(shí)現(xiàn)對(duì)接，D錯(cuò)誤．7．2020年，中國(guó)航天再一次開啟“超級(jí)模式”，成功實(shí)施了以嫦娥五號(hào)首次地外天體采樣返回、北斗三號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)部署完成并面向全球提供服務(wù)、天問一號(hào)探測(cè)器奔向火星為代表的航天任務(wù)，如圖1所示，一系列航天重大事件有力地推動(dòng)了航天強(qiáng)國(guó)建設(shè)，引發(fā)全球關(guān)注．關(guān)于航天知識(shí)，下列說法正確的是(已知火星半徑約為地球半徑的eq\f(1,2))()圖1A．嫦娥五號(hào)從橢圓軌道的近月點(diǎn)進(jìn)入正圓軌道時(shí)應(yīng)減速B．北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的衛(wèi)星發(fā)射速度大于11.2km/sC．火星繞太陽運(yùn)行的周期小于地球繞太陽運(yùn)行的周期D．天問一號(hào)環(huán)繞火星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，軌道半徑越小，線速度越小答案A解析嫦娥五號(hào)在橢圓軌道的近月點(diǎn)進(jìn)入正圓軌道時(shí)速度應(yīng)減小，故A正確；北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的衛(wèi)星發(fā)射速度在7.9km/s至11.2km/s之間，故B錯(cuò)誤；火星繞太陽運(yùn)行的軌道半徑大于地球繞太陽運(yùn)行的軌道半徑，根據(jù)Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(4π2,T2)r得T＝2πeq\r(\f(r3,GM))，知軌道半徑越大，周期越大，故C錯(cuò)誤；天問一號(hào)環(huán)繞火星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，由Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)得v＝eq\r(\f(GM,r))，知軌道半徑越小，線速度越大，故D錯(cuò)誤．8．(2021·漣水縣第一中學(xué)高一月考)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BDS)是我國(guó)自主建設(shè)、獨(dú)立運(yùn)行的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，系統(tǒng)包含若干地球靜止軌道衛(wèi)星(GEO)和中圓地球軌道衛(wèi)星(MEO)．如圖2所示，A為地球靜止軌道衛(wèi)星(GEO)，B為中圓地球軌道衛(wèi)星(MEO)，它們都繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．若A、B的軌道半徑之比為k，則在相同時(shí)間內(nèi)，A、B與地心連線掃過的面積之比為()圖2A.eq\r(k)B．kC.eq\f(1,\r(k))D.eq\f(1,k)答案A解析由Geq\f(mm地,r2)＝meq\f(v2,r)可得v＝eq\r(\f(Gm地,r))，衛(wèi)星在時(shí)間t內(nèi)通過的路程L＝vt，在時(shí)間t內(nèi)衛(wèi)星與地心連線掃過的面積S＝eq\f(1,2)Lr＝eq\f(t,2)eq\r(Gm地r)，在相同時(shí)間內(nèi)，A、B與地心連線掃過的面積之比eq\f(SA,SB)＝eq\r(\f(rA,rB))＝eq\r(k)，故選A.9．(2021·南通市平潮高級(jí)中學(xué)學(xué)情檢測(cè))如圖3所示為探測(cè)器經(jīng)過多次變軌后登陸火星的軌跡示意圖，其中軌道Ⅰ、Ⅲ為橢圓，軌道Ⅱ?yàn)閳A．探測(cè)器經(jīng)軌道Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ運(yùn)動(dòng)后在Q點(diǎn)登陸火星，O點(diǎn)是軌道Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的交點(diǎn)，軌道上的O、P、Q三點(diǎn)與火星中心在同一直線上，O、Q分別是橢圓軌道Ⅲ的遠(yuǎn)火星點(diǎn)和近火星點(diǎn)．已知火星的半徑為R，OQ＝4R，軌道Ⅱ上經(jīng)過O點(diǎn)的速度為v，關(guān)于探測(cè)器，下列說法正確的是()圖3A．沿軌道Ⅰ運(yùn)動(dòng)時(shí)，探測(cè)器與P點(diǎn)連線在相等時(shí)間內(nèi)掃過的面積相等B．沿軌道Ⅲ運(yùn)動(dòng)時(shí)，經(jīng)過O點(diǎn)的加速度等于eq\f(v2,3R)C．沿軌道Ⅲ運(yùn)動(dòng)時(shí)，經(jīng)過O點(diǎn)的速度大于vD．沿軌道Ⅱ的運(yùn)動(dòng)周期小于沿軌道Ⅲ的運(yùn)動(dòng)周期答案B解析由開普勒第二定律可知，在同一軌道上運(yùn)行的探測(cè)器與天體中心連線在相等時(shí)間內(nèi)掃過的面積相等，而P點(diǎn)并非天體中心位置，故A錯(cuò)誤；由題意知，軌道Ⅱ是圓軌道，半徑為3R，經(jīng)過O點(diǎn)的速度為v，根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律可知，探測(cè)器經(jīng)過O點(diǎn)的加速度大小為a＝eq\f(v2,3R)，該加速度由探測(cè)器和火星之間的萬有引力提供，與沿軌道Ⅲ運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)時(shí)的萬有引力相等，則加速度也相等，故B正確；火星探測(cè)器在軌道Ⅱ上運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過O點(diǎn)時(shí)需要減速變軌到軌道Ⅲ，因而沿軌道Ⅲ運(yùn)動(dòng)時(shí)，經(jīng)過O點(diǎn)的速度小于v，故C錯(cuò)誤；軌道Ⅱ的半徑大于軌道Ⅲ的半長(zhǎng)軸，由開普勒第三定律eq\f(a3,T2)＝k可知，沿軌道Ⅱ的運(yùn)動(dòng)周期大于沿軌道Ⅲ的運(yùn)動(dòng)周期，故D錯(cuò)誤．10．(2021·江蘇揚(yáng)州市揚(yáng)州中學(xué)高一月考)已知火星的半徑是地球的eq\f(1,2)，質(zhì)量是地球的eq\f(1,9)，自轉(zhuǎn)周期與地球基本相同，地球表面重力加速度是g.若某同學(xué)在地球表面上能夠跳起的最大高度是h，忽略星球自轉(zhuǎn)的影響，下列描述正確的是()A．該同學(xué)在火星表面所受的萬有引力是地球表面的eq\f(9,4)B．火星表面的重力加速度是地球表面的eq\f(2,9)C．火星表面的重力加速度是地球表面的eq\f(4,9)D．該同學(xué)以相同的速度在火星上跳起，上升的最大高度是eq\f(9h,8)答案C解析根據(jù)萬有引力定律的表達(dá)式，該同學(xué)在地球表面受到的萬有引力F＝eq\f(Gmm地,R2)，在火星表面所受的萬有引力為F′＝eq\f(G\f(1,9)m地m,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(R,2)))2)＝eq\f(4,9)F，故A錯(cuò)誤；根據(jù)在星球表面萬有引力等于重力，有eq\f(Gmm地,R2)＝mg得g＝eq\f(Gm地,R2)，在火星表面的重力加速度g′＝eq\f(G\f(1,9)m地,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(R,2)))2)＝eq\f(4,9)g，故B錯(cuò)誤，C正確；根據(jù)速度位移公式有h＝eq\f(v2,2g)，以相同的速度在火星上跳起時(shí)，能上升的最大高度是h′＝eq\f(v2,2g′)＝eq\f(9,4)h，故D錯(cuò)誤．11．(2020·黃岡中學(xué)高一測(cè)試)假設(shè)地球可視為質(zhì)量均勻分布的球體．已知地球表面重力加速度在兩極的大小為g0，在赤道的大小為g；地球自轉(zhuǎn)的周期為T，引力常量為G.則地球的密度為()A.eq\f(3πg(shù)0－g,GT2g0) B.eq\f(3πg(shù)0,GT2g0－g)C.eq\f(3π,GT2) D.eq\f(3πg(shù)0,GT2g)答案B解析由萬有引力定律可知，物體在兩極上有Geq\f(Mm,R2)＝mg0，物體在地球的赤道上有Geq\f(Mm,R2)－mg＝m(eq\f(2π,T))2R，地球的質(zhì)量M＝eq\f(4,3)πR3ρ，聯(lián)立三式可得ρ＝eq\f(3πg(shù)0,GT2g0－g)，B正確．12.(2021·蘇州市吳中區(qū)吳江中學(xué)月考)所謂“雙星系統(tǒng)”，是指在相互間引力的作用下，繞連線上某點(diǎn)O做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)星球A和B，如圖4所示，星球A、B繞O點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期為T，其中A星球表面重力加速度為g，半徑為R，A星球的自轉(zhuǎn)忽略不計(jì)，B星球的質(zhì)量為m，引力常量為G，則A、B兩星球間的距離L可表示為()圖4A.eq\r(3,\f(gR2＋GmT2,4π2)) B.eq\r(\f(gR2＋GmT2,4π2))C.eq\r(3,\f(gR2T2,4π2)) D.eq\r(\f(mgR2T2,4Gπ2))答案A解析設(shè)A星球質(zhì)量為M，到O點(diǎn)的距離為r1，B星球到O點(diǎn)的距離為r2，則有：Geq\f(Mm,L2)＝Mr1eq\f(4π2,T2)＝mr2eq\f(4π2,T2)，又因?yàn)閞1＋r2＝L，物體在A星球表面受到的重力等于萬有引力，有：Geq\f(Mm0,R2)＝m0g，聯(lián)立解得：L＝eq\r(3,\f(gR2＋GmT2,4π2))，選項(xiàng)A正確，B、C、D錯(cuò)誤．二、非選擇題：共4題，共52分．其中第13題～第16題解答時(shí)請(qǐng)寫出必要的文字說明、方程式和重要的演算步驟，只寫出最后答案的不能得分；有數(shù)值計(jì)算時(shí)，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位．13.(12分)“嫦娥一號(hào)”探月衛(wèi)星在空中的運(yùn)動(dòng)可簡(jiǎn)化為如圖5所示的過程，衛(wèi)星由地面發(fā)射后，經(jīng)過發(fā)射軌道進(jìn)入停泊軌道，在停泊軌道經(jīng)過調(diào)速后進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道，再次調(diào)速后進(jìn)入工作軌道．已知衛(wèi)星在停泊軌道和工作軌道運(yùn)行的半徑分別為R和R1，地球半徑為r，月球半徑為r1，地球表面的重力加速度為g，月球表面的重力加速度為eq\f(g,6).求：圖5(1)衛(wèi)星在停泊軌道上運(yùn)行的線速度大?。?2)衛(wèi)星在工作軌道上運(yùn)行的周期．答案(1)req\r(\f(g,R))(2)eq\f(2πR1,r1)eq\r(\f(6R1,g))解析(1)設(shè)衛(wèi)星的質(zhì)量為m，該衛(wèi)星在停泊軌道上運(yùn)行的線速度為v，地球的質(zhì)量為M，處于地球表面的某一物體的質(zhì)量為m′，衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由地球?qū)λ娜f有引力提供，有Geq\f(Mm,R2)＝meq\f(v2,R)(2分)且有Geq\f(Mm′,r2)＝m′g(2分)聯(lián)立解得v＝req\r(\f(g,R))(2分)(2)設(shè)衛(wèi)星在工作軌道上運(yùn)行的周期為T，月球的質(zhì)量為M1，處于月球表面的某一物體質(zhì)量為m″，則有Geq\f(M1m,R\o\al(12))＝m(eq\f(2π,T))2R1(2分)又有Geq\f(M1,r\o\al(12))m″＝m″e(cuò)q\f(g,6)(2分)聯(lián)立解得T＝eq\f(2πR1,r1)eq\r(\f(6R1,g))(2分)14．(12分)假如宇航員乘坐宇宙飛船到達(dá)某行星，在該行星“北極”距地面h處由靜止釋放一個(gè)小球(引力視為恒力，阻力可忽略)，經(jīng)過時(shí)間t落到地面．已知該行星半徑為R，自轉(zhuǎn)周期為T，引力常量為G，求：(1)該行星的平均密度ρ；(2)該行星的第一宇宙速度v；(3)如果該行星有一顆同步衛(wèi)星，其距行星表面的高度H為多少．答案(1)eq\f(3h,2πGt2R)(2)eq\f(\r(2hR),t)(3)eq\r(3,\f(hT2R2,2π2t2))－R解析(1)設(shè)行星表面的重力加速度為g，對(duì)小球，有：h＝eq\f(1,2)gt2(1分)解得：g＝eq\f(2h,t2)(1分)設(shè)行星表面的某一物體質(zhì)量為m，有：Geq\f(Mm,R2)＝mg(1分)故行星質(zhì)量：M＝eq\f(2hR2,Gt2)(1分)故行星的密度：ρ＝eq\f(M,\f(4,3)πR3)＝eq\f(3h,2πGt2R)(2分)(2)設(shè)處于行星表面附近做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星質(zhì)量為m′，由牛頓第二定律有：m′g＝m′eq\f(v2,R)(2分)故第一宇宙速度為：v＝eq\r(gR)＝eq\f(\r(2hR),t)(1分)(3)同步衛(wèi)星的周期與該行星自轉(zhuǎn)周期相同，均為T，設(shè)同步衛(wèi)星的質(zhì)量為m″，由牛頓第二定律有：Geq\f(Mm″,R＋H2)＝m″e(cuò)q\f(4π2,T2)(R＋H)(1分)聯(lián)立解得同步衛(wèi)星距行星表面的高度：H＝eq\r(3,\f(hT2R2,2π2t2))－R.(2分)15．(13分)(2021·江蘇天一中學(xué)高一月考)如圖6是卡文迪什扭秤實(shí)驗(yàn)裝置，此實(shí)驗(yàn)被評(píng)為兩千多年來十大最美物理實(shí)驗(yàn)之一．卡文迪什運(yùn)用最簡(jiǎn)單的儀器和設(shè)備精確測(cè)量了引力常量G，這對(duì)天體力學(xué)、天文觀測(cè)學(xué)，以及地球物理學(xué)具有重要的實(shí)際意義．人們還可以在卡文迪什實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上“稱量”天體的質(zhì)量．圖6(1)已知地球表面重力加速度為g，地球半徑為R，引力常量為G，若忽略地球自轉(zhuǎn)的影響，求地球的質(zhì)量；(2)若忽略其他星球的影響，可以將月球和地球看成“雙星系統(tǒng)”．已知月球的公轉(zhuǎn)周期為T，月球、地球球心間的距離為L(zhǎng).結(jié)合(1)中的信息，求月球的質(zhì)量．答案(1)eq\f(gR2,G)(2)eq\f(4π2L3,GT2)－eq\f(gR2,G)解析(1)設(shè)地球的質(zhì)量為M1，地球表面某物體質(zhì)量為m，忽略地球自轉(zhuǎn)的影響，則有Geq\f(M1m,R2)＝mg(2分)解得M1＝eq\f(gR2,G)(2分)(2)地球的質(zhì)量為M1，設(shè)地球圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為r1，月球的質(zhì)量為M2，月球圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為r2對(duì)地球：Geq\f(M1M2,L2)＝M1eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,T)))2r1(2分)對(duì)月球：Geq\f(M1M2,L2)＝M2eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,T)))2r2(2分)又因?yàn)長(zhǎng)＝r1＋r2，解得M1＋M2＝eq\f(4π2L3,GT2)(3分)則月球的質(zhì)量M2＝eq\f(4π2L3,GT2)－eq\f(gR2,G).(2分)16．(15分)一顆在赤道上空運(yùn)行的人造衛(wèi)星，其軌道半徑為r＝2R(R為地球半徑)，衛(wèi)星的轉(zhuǎn)動(dòng)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，地球表面的重力加速度為g.求：(1)該衛(wèi)星所在處的重力加速度；(2)該衛(wèi)星繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度；(3)若某時(shí)刻衛(wèi)星通過赤道上某建筑物的正上方，求它下次通過該建筑物上方需要的時(shí)間．答案(1)eq\f(g,4)(2)eq\r(\f(g,8R))(3)eq\f(2π,\r(\f(g,8R))－ω0)解析(1)在地球表面處的物體受到的重力近似等于萬有引力，m0g＝eq\f(Gm地m0,R2)(2分)在軌道半徑為r＝2R處，衛(wèi)星所受萬有引力等于其重力，mg′＝eq\f(Gm地m,2R2)(2分)聯(lián)立解得：g′＝eq\f(g,4)(2分)(2)衛(wèi)星所受萬有引力提供其做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，有：eq\f(Gm地m,2R2)＝mω2·2R(2分)結(jié)合(1)中式子可得ω＝eq\r(\f(g,8R))(2分)(3)衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，建筑物隨地球自轉(zhuǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，且衛(wèi)星的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同，當(dāng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)過的角度與建筑物轉(zhuǎn)過的角度之差等于2π時(shí)，衛(wèi)星再次出現(xiàn)在建筑物上空，即ωΔt－ω0Δt＝2π(3分)解得：Δt＝eq\f(2π,\r(\f(g,8R))－ω0).(2分)本章知識(shí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建5相對(duì)論時(shí)空觀與牛頓力學(xué)的局限性[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.了解相對(duì)論時(shí)空觀，知道時(shí)間延緩效應(yīng)和長(zhǎng)度收縮效應(yīng).2.認(rèn)識(shí)牛頓力學(xué)的成就、適用范圍及局限性.3.了解科學(xué)理論的相對(duì)性，體會(huì)科學(xué)理論是不斷發(fā)展和完善的．一、相對(duì)論時(shí)空觀1．19世紀(jì)，英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋根據(jù)電磁場(chǎng)理論預(yù)言了電磁波的存在，并證明電磁波的傳播速度等于光速c.2．1887年的邁克耳孫—莫雷實(shí)驗(yàn)以及其他一些實(shí)驗(yàn)表明：在不同的參考系中，光的傳播速度都是一樣的！這與牛頓力學(xué)中不同參考系之間的速度變換關(guān)系不符．3．愛因斯坦假設(shè)：在不同的慣性參考系中，物理規(guī)律的形式都是相同的；真空中的光速在不同的慣性參考系中大小都是相同的．4．時(shí)間延緩效應(yīng)(1)如果相對(duì)于地面以v運(yùn)動(dòng)的慣性參考系上的人觀察到與其一起運(yùn)動(dòng)的物體完成某個(gè)動(dòng)作的時(shí)間間隔為Δτ，地面上的人觀察到該物體在同一地點(diǎn)完成這個(gè)動(dòng)作的時(shí)間間隔為Δt，那么兩者之間的關(guān)系是Δt＝eq\f(Δτ,\r(1－\f(v,c)2)).(2)Δt與Δτ的關(guān)系總有Δt＞Δτ(填“>”“<”或“＝”)，即物理過程的快慢(時(shí)間進(jìn)程)與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)(填“有關(guān)”或“無關(guān)”)．5．長(zhǎng)度收縮效應(yīng)(1)如果與桿相對(duì)靜止的人測(cè)得桿長(zhǎng)是l0，沿著桿的方向，以v相對(duì)桿運(yùn)動(dòng)的人測(cè)得桿長(zhǎng)是l，那么兩者之間的關(guān)系是l＝l0eq\r(1－\f(v,c)2).(2)l與l0的關(guān)系總有l(wèi)＜l0(填“>”“<”或“＝”)，即運(yùn)動(dòng)物體的長(zhǎng)度(空間距離)跟物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)(填“無關(guān)”或“有關(guān)”)．二、牛頓力學(xué)的成就與局限性1．牛頓力學(xué)的成就：牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)是牛頓運(yùn)動(dòng)定律，萬有引力定律的建立與應(yīng)用更是確立了人們對(duì)牛頓力學(xué)的尊敬．2．牛頓力學(xué)的局限性：牛頓力學(xué)的適用范圍是低速(填“高速”或“低速”)運(yùn)動(dòng)的宏觀(填“宏觀”或“微觀”)物體．(1)當(dāng)物體以接近光速運(yùn)動(dòng)時(shí)，有些規(guī)律與牛頓力學(xué)的結(jié)論不相同．(2)電子、質(zhì)子、中子等微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律在很多情況下不能用牛頓力學(xué)來說明．3．牛頓力學(xué)不會(huì)被新的科學(xué)成就所否定，當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于光速c時(shí)，相對(duì)論物理學(xué)與牛頓力學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)別．判斷下列說法的正誤．(1)運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘顯示的時(shí)間變慢，高速飛行的μ子的壽命變長(zhǎng)．(√)(2)沿著桿的方向，相對(duì)于觀察者運(yùn)動(dòng)的桿的長(zhǎng)度變短．(√)(3)牛頓力學(xué)只適用于世界上普通的物體，研究天體的運(yùn)動(dòng)牛頓力學(xué)就無能為力了．(×)(4)洲際導(dǎo)彈的速度可達(dá)到6000m/s，在這種高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，牛頓力學(xué)不適用．(×)(5)對(duì)于質(zhì)子、電子的運(yùn)動(dòng)情況，牛頓力學(xué)同樣適用．(×)一、相對(duì)論時(shí)空觀導(dǎo)學(xué)探究地球繞太陽公轉(zhuǎn)的速度是3×104m/s，設(shè)在美國(guó)伊利諾斯州費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的圓形粒子加速器可以把電子加速到0.999999999987倍光速的速度，請(qǐng)思考：(1)在狹義相對(duì)論中，地球的公轉(zhuǎn)速度屬于低速還是高速？被加速器加速后的電子的速度屬于低速還是高速？(2)在地面上校準(zhǔn)的兩只鐘，一只留在地面上，一只隨宇宙飛船遨游太空，隔一段時(shí)間飛船返回地面時(shí)，兩只鐘顯示的時(shí)間相同嗎？有什么差別？答案(1)地球的公轉(zhuǎn)速度屬于低速，被加速器加速后的電子的速度屬于高速．(2)不相同，隨飛船旅行的時(shí)鐘變慢．知識(shí)深化1．低速與高速(1)低速：通常所見物體的運(yùn)動(dòng)，如行駛的汽車、發(fā)射的導(dǎo)彈、人造地球衛(wèi)星及宇宙飛船等物體皆為低速運(yùn)動(dòng)的物體．(2)高速：有些微觀粒子在一定條件下其速度可以與光速相接近，這樣的速度稱為高速．2．相對(duì)論的兩個(gè)效應(yīng)(1)時(shí)間延緩效應(yīng)：運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘會(huì)變慢，即Δt＝eq\f(Δτ,\r(1－\f(v,c)2)).(2)長(zhǎng)度收縮效應(yīng)：運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度會(huì)收縮，即l＝l0eq\r(1－\f(v,c)2).如圖1所示，強(qiáng)強(qiáng)乘坐速度為0.9c(c為光速)的宇宙飛船追趕正前方的壯壯，壯壯的飛行速度為0.5c，強(qiáng)強(qiáng)向壯壯發(fā)出一束光進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，則壯壯觀測(cè)到該光速的傳播速度為()圖1A．0.4cB．0.5cC．0.9cD．1.0c答案D解析根據(jù)光速不變?cè)?，在一切慣性參考系中測(cè)量到的真空中的光速c都一樣，而壯壯所處參考系即為慣性參考系，因此壯壯觀察到的光速為1.0c，選項(xiàng)D正確．假設(shè)地面上有一火車以接近光速的速度運(yùn)行，其內(nèi)站立著一個(gè)中等身材的人，站在路旁的人觀察車?yán)锏娜耍^察的結(jié)果是()A．這個(gè)人是一個(gè)矮胖子 B．這個(gè)人是一個(gè)瘦高個(gè)子C．這個(gè)人矮但不胖 D．這個(gè)人瘦但不高答案D解析取路旁的人為慣性參考系，車上的人相對(duì)于路旁的人高速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)長(zhǎng)度收縮效應(yīng)，人在運(yùn)動(dòng)方向上將變窄，但在垂直于運(yùn)動(dòng)方向上沒有發(fā)生變化，故選D.相對(duì)于地面以速度v運(yùn)動(dòng)的物體，從地面