【中學(xué)教材全解】2020-2021學(xué)年人教版高中物理必修2-第6章-萬有引力與航天-本章知能檢測

第六章萬有引力與航天建議用時實際用時設(shè)定分值實際得分90分鐘100分一、選擇題（本題共10小題，每小題4分，共40分。2，3，5，6，7為單選題；1，4，8，9，10為多選題，多選題中有多個選項正確，全部選對的得4分，選對但不全的得2分，有選錯或不答的不得分）1.萬有引力定律的發(fā)覺實現(xiàn)了物理學(xué)史上的第一次大統(tǒng)一——“地上物理學(xué)”和“天上物理學(xué)”的統(tǒng)一。它表明天體運動和地面上物體的運動遵循相同的規(guī)律。牛頓在發(fā)覺萬有引力定律的過程中將行星的橢圓軌道運動假想成圓周運動。另外，還應(yīng)用到了其他的規(guī)律和結(jié)論，其中有（）A.牛頓其次定律B.牛頓第三定律C.開普勒的爭辯成果D.卡文迪許通過扭秤試驗得出的引力常量2.我們學(xué)習(xí)了開普勒第三定律，知道了行星繞恒星的運動軌道近似是圓形，軌道半徑QUOTE的三次方與周期QUOTE的二次方的比為常量，則該常量的大?。ǎ〢.只跟恒星的質(zhì)量有關(guān)B.只跟行星的質(zhì)量有關(guān)C.跟行星、恒星的質(zhì)量都有關(guān)D.跟行星、恒星的質(zhì)量都沒關(guān)3.人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動，其軌道半徑為QUOTE，線速度為QUOTE，周期為QUOTE，若要使它的周期變?yōu)镼UOTE，可能的方法是（）A.QUOTE不變，使線速度變?yōu)镼UOTEB.QUOTE不變，使軌道半徑變?yōu)镼UOTEC.軌道半徑變?yōu)镼UOTED.無法實現(xiàn)4.QUOTE是放置在地球赤道上的物體，QUOTE是近地衛(wèi)星，QUOTE是地球同步衛(wèi)星，QUOTE在同一平面內(nèi)繞地心做逆時針方向的圓周運動，某時刻，它們運行到過地心的同始終線上，如圖6-7-1甲所示。一段時間后，它們的位置可能是圖乙中的（）圖6-7-1圖6-7-15.“靜止”在赤道上空的地球同步氣象衛(wèi)星將氣象數(shù)據(jù)發(fā)回地面，為天氣預(yù)報供應(yīng)精確、全面和準時的氣象資料。設(shè)地球同步衛(wèi)星的軌道半徑是地球半徑的QUOTE倍，下列說法中正確的是（）A.同步衛(wèi)星的運行速度是第一宇宙速度的QUOTEB.同步衛(wèi)星的運行速度是地球赤道上物體隨地球自轉(zhuǎn)獲得的速度的QUOTEC.同步衛(wèi)星的運行速度是第一宇宙速度的QUOTED.同步衛(wèi)星的向心加速度是地球表面重力加速度的QUOTE圖6-7-26.如圖6-7-2所示，地球赤道上的山丘QUOTE、近地資源衛(wèi)星QUOTE和同步衛(wèi)星QUOTE均在赤道平面上繞地心做勻速圓周運動。設(shè)QUOTE的圓周運動速率分別為QUOTE，向心加速度分別為QUOTE，則（）圖6-7-2QUOTE QUOTEQUOTE QUOTE7.質(zhì)量為QUOTE的探月航天器在接近月球表面的軌道上飛行，其運動視為勻速圓周運動。已知月球質(zhì)量為QUOTE，月球半徑為QUOTE，月球表面重力加速度為QUOTE，引力常量為QUOTE，不考慮月球自轉(zhuǎn)的影響，則航天器的（）A．線速度QUOTE B．角速度QUOTEC．運行周期QUOTE2πQUOTE D．向心加速度QUOTE8.下面是金星、地球、火星的有關(guān)狀況比較。星球金星地球火星公轉(zhuǎn)半徑QUOTEkmQUOTEkmQUOTEkm公轉(zhuǎn)周期225天365.26天687天赤道半徑質(zhì)量QUOTEkg6×QUOTEkg0.7×QUOTEkg依據(jù)以上信息，關(guān)于地球及地球的兩個鄰居金星和火星（行星的運動可看成圓周運動），下列推斷正確的是（）A.金星運行的線速度最小，火星運行的線速度最大B.金星公轉(zhuǎn)的向心加速度大于地球公轉(zhuǎn)的向心加速度C.金星表面的第一宇宙速度最大，火星表面的第一宇宙速度最小D.假設(shè)用同樣大的速度分別在三個星球上豎直上拋同樣的小球，則在火星上拋得最高9.2022年6月16日，執(zhí)行我國首次載人交會對接任務(wù)的“神舟九號”載人飛船放射升空，在距地面343千米的近圓軌道上，與等待已久的“天宮一號”實現(xiàn)兩次交會對接、分別，于6月29日成功返回地面。下列關(guān)于“神舟九號”與“天宮一號”的說法正確的是（）A.若再知道“天宮一號”的繞行周期，利用引力常量，就可計算出地球的質(zhì)量B.在對接前，“神舟九號”的軌道應(yīng)稍低于“天宮一號”的軌道，然后讓“神舟九號”加速追上“天宮一號”并與之對接C.在對接前，應(yīng)讓“神舟九號”和“天宮一號”在同一軌道上繞地球做圓周運動，然后讓“神舟九號”加速追上“天宮一號”并與之對接D.“神舟九號”返回地面時應(yīng)在繞行軌道上先減速10.隨著我國登月方案的實施，我國航天員登上月球已不是幻想。假如我國航天員登上月球并在月球表面四周以初速度QUOTE豎直向上拋出一個小球，經(jīng)時間QUOTE后回到發(fā)出點。已知月球的半徑為QUOTE，引力常量為QUOTE，則下列說法正確的是（）A.月球表面的重力加速度為QUOTEB.月球的質(zhì)量為QUOTEC.航天員在月球表面獲得QUOTE的速度就可能離開月球表面圍繞月球做圓周運動D.航天員在月球表面四周繞月球做勻速圓周運動的繞行周期為QUOTE二、填空題（本題共2小題，共16分。請將正確答案填在橫線上）11.［6分］為了充分利用地球自轉(zhuǎn)的速度，人造衛(wèi)星放射時，火箭都是從______向______（以上兩空均選填“東”“南”“西”或“北”）放射?？紤]這個因素，火箭放射場應(yīng)建在緯度較_______（選填“高”或“低”）的地方較好。12.［10分］當(dāng)飛船靠近月球表面的圓形軌道繞行幾圈后登陸月球，飛船上備有以下試驗器材：A.計時表一只；B.彈簧測力計一把；C.已知質(zhì)量為QUOTE的物體一個；D.天平一只（附砝碼一盒）。已知航天員在繞行時及著陸后各做了一次測量，依據(jù)測量的數(shù)據(jù)，可求出月球的半徑QUOTE及月球的質(zhì)量QUOTE（已知引力常量為QUOTE）（1）兩次測量所選用的器材分別為、和（用選項符號表示）。（2）兩次測量的物理量是和。（3）試用所給物理量的符號分別寫出月球半徑QUOTE和質(zhì)量QUOTE的表達式。QUOTE＝，QUOTE＝。三、計算題（本題共4小題，共44分。解答時應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟。只寫出最終答案的不能得分。有數(shù)值計算的題，答案中必需明確寫出數(shù)值和單位）13.［10分］已知地球半徑為QUOTE，地球表面重力加速度為QUOTE,引力常量為QUOTE，不考慮地球自轉(zhuǎn)的影響。（1）求衛(wèi)星環(huán)繞地球運行的第一宇宙速度QUOTE；（2）若衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動且運行周期為QUOTE，求衛(wèi)星運行半徑QUOTE。14.［10分］“嫦娥三號”探測器簡稱嫦娥三號，若“嫦娥三號”在離月球表面為QUOTE的圓形軌道繞月球飛行，周期為QUOTE。若已知地球中心和月球中心距離為地球半徑QUOTE的QUOTE倍，月球半徑QUOTE，月球公轉(zhuǎn)周期QUOTE，引力常量QUOTE，求：（1）月球的質(zhì)量；（2）地球受月球的吸引力。圖6-7-315.［12分］一組太空人乘坐太空穿梭機，去修理距離地球表面QUOTEm的圓形軌道上的哈勃太空望遠鏡QUOTE，機組人員使穿梭機QUOTE進入與QUOTE相同的軌道并關(guān)閉助推火箭，而望遠鏡則在穿梭機前方數(shù)千米處。如圖6-7-3所示，設(shè)QUOTE為引力常量，QUOTE為地球質(zhì)量（已知地球半徑QUOTE＝QUOTEm）。圖6-7-3（1）在穿梭機內(nèi)，一質(zhì)量為70kg的太空人的視重是多少？（2）計算軌道上的重力加速度及穿梭機在軌道上的速率和周期。16.［12分］據(jù)報道最近在太陽系外發(fā)覺了首顆“宜居”行星，其質(zhì)量約為地球質(zhì)量的6.4倍。已知一個在地球表面質(zhì)量為50kg的人在這個行星表面的重約為800N，地球表面處的重力加速度為10QUOTE。求：（1）該行星的半徑與地球的半徑之比約為多少？（2）若在該行星上距行星表面2m高處，以10m/s的水平初速度拋出一個小球（不計任何阻力），則小球的水平射程是多大？參考答案1.ABC解析：牛頓運用其運動規(guī)律（牛頓其次定律、牛頓第三定律）爭辯天體運動并結(jié)合開普勒定律建立了萬有引力定律?？ㄎ牡显S測得引力常量是在牛頓建立萬有引力定律之后。2.A解析：由于行星軌道近似為圓形，則QUOTE，得到QUOTE，故選項A正確。3.C解析：由QUOTE，可得QUOTE，若QUOTE變?yōu)樵瓉淼?倍，則軌道半徑變?yōu)镼UOTE，故選項C正確。4.AC解析：地球赤道上的物體與同步衛(wèi)星做圓周運動的角速度相同，故QUOTE終始在QUOTE的正上方，近地衛(wèi)星轉(zhuǎn)動的角速度比同步衛(wèi)星的大，故一段時間后QUOTE可能在QUOTE的連線上，也可能不在其連線上，故選項A、C正確。5.C解析：同步衛(wèi)星繞地球做圓周運動，由萬有引力供應(yīng)向心力，則QUOTE得同步衛(wèi)星的運行速度QUOTE，又第一宇宙速度QUOTE,所以QUOTE=QUOTE，故選項A錯誤，選項C正確；QUOTE，所以QUOTE，故選項D錯誤；同步衛(wèi)星與地球自轉(zhuǎn)的角速度相同，則QUOTE,QUOTE＝QUOTE，所以QUOTE＝QUOTE，故選項B錯誤。6.D解析：衛(wèi)星的速度QUOTE，可見衛(wèi)星距離地心越遠，即QUOTE越大，則速度越小，所以QUOTE。QUOTE是同步衛(wèi)星，其角速度QUOTE與地球自轉(zhuǎn)角速度相同，所以其線速度QUOTE。選項A、B均錯誤。由QUOTE得QUOTE，同步衛(wèi)星QUOTE的軌道半徑大于近地資源衛(wèi)星QUOTE的軌道半徑，可知QUOTE的向心加速度QUOTE。由于同步衛(wèi)星QUOTE的角速度QUOTE與地球自轉(zhuǎn)的角速度相同，即與地球赤道上的山丘QUOTE的角速度相同，但QUOTE軌道半徑大于QUOTE的軌道半徑，依據(jù)QUOTE可知QUOTE。依據(jù)以上分析可知，選項D正確，選項C錯誤。7.A解析：由萬有引力供應(yīng)向心力知QUOTE，故QUOTE，QUOTE，故選項A正確，選項D錯誤；月球表面物體所受重力等于萬有引力，即QUOTE，聯(lián)立以上各式解得QUOTE,T=2πQUOTE，選項B、C錯誤。8.BD解析：由QUOTE知,選項B正確，選項A錯誤；由QUOTE得QUOTE,所以地球表面的第一宇宙速度最大，火星表面的第一宇宙速度最小，選項C錯誤；由QUOTE得QUOTE，所以地球上的重力加速度最大，火星上的重力加速度最小，由QUOTE得,在火星上拋得最高，選項D正確。9.BD解析：由QUOTE可知，要計算出地球的質(zhì)量，除QUOTE已知外，還必需知道地球的半徑QUOTE，故選項A錯誤；在對接前，“神舟九號”的軌道應(yīng)稍低于“天宮一號”的軌道，“神舟九號”加速后做離心運動，才能到達較高軌道與“天宮一號”實現(xiàn)對接，故選項B正確，選項C錯誤；“神舟九號”返回地面時，應(yīng)在圓形軌道上先減速，才能做近心運動，故選項D正確。10.AB解析：設(shè)月球表面的重力加速度為QUOTE,QUOTE,即QUOTE，選項A正確；而QUOTE，兩式聯(lián)立得QUOTE，選項B正確；月球表面的第一宇宙速度為QUOTE,選項C錯誤；在月球表面，由QUOTE,聯(lián)立前面式子解得QUOTE＝πQUOTE，選項D錯誤。11.西東低12.（1）ABC（2）飛船繞月球運行的周期QUOTE質(zhì)量為QUOTE的物體在月球上所受重力的大小QUOTE（3）QUOTEQUOTE解析：（1）利用計時表測環(huán)繞周期，利用彈簧測力計測量質(zhì)量為QUOTE的物體在月球表面上時的重力。（2）飛船繞月球的運行周期QUOTE，質(zhì)量為QUOTE的物體在月球上受重力的大小QUOTE。（3）近月環(huán)繞時，QUOTE＝QUOTE，QUOTE＝QUOTE，得月球半徑QUOTE。由于QUOTE，QUOTE，故月球質(zhì)量QUOTE＝QUOTE。13.（1）QUOTE（2）QUOTE解析：（1）設(shè)衛(wèi)星的質(zhì)量為QUOTE，地球的質(zhì)量為QUOTE物體在地球表面四周滿足QUOTE①第一宇宙速度是指衛(wèi)星在地面四周繞地球做勻速圓周運動的速度，衛(wèi)星做圓周運動的向心力等于它受到的萬有引力，QUOTE②①式代入②式，得到QUOTE。（2）衛(wèi)星受到的萬有引力為QUOTE③由①③式解得QUOTE。14.（1）QUOTE(2)QUOTE解析：（1）設(shè)嫦娥三號的質(zhì)量為QUOTE，其繞月球做圓周運動的向心力由月球?qū)λ奈?yīng)。QUOTE=QUOTE·QUOTE·（QUOTE）得QUOTE=QUOTE（2）由題意知，地球中心