2021高一物理-第三章-萬(wàn)有引力定律-章末檢測(cè)卷(教科版必修2)

章末檢測(cè)卷(三)(時(shí)間：90分鐘滿分：100分)一、選擇題(本題共12小題，每小題4分．每題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，有的只有一個(gè)選項(xiàng)、有的有多個(gè)選項(xiàng)符合題目要求，全部選對(duì)的得4分，選對(duì)但不全的得2分，有選錯(cuò)的得0分)圖11．2021年6月13日，“神舟十號(hào)”飛船與“天宮一號(hào)”飛行器成功自動(dòng)對(duì)接，航天員聶海勝、張曉光、王亞平在“天宮一號(hào)”中處于完全失重狀態(tài)(如圖1)．對(duì)于太空艙中的航天員，下列說(shuō)法正確的是()A．航天員處于平衡狀態(tài)B．航天員不受任何力的作用C．航天員的加速度恒定不變D．航天員受到地球的引力作用答案D2．“奮進(jìn)”號(hào)宇航員斯蒂法尼斯海恩·派帕在一次太空行走時(shí)丟失了一個(gè)工具包，關(guān)于工具包丟失的緣由可能是()A．宇航員松開(kāi)了拿工具包的手，在萬(wàn)有引力作用下工具包“掉”了下去B．宇航員不當(dāng)心碰了一下“浮”在空中的工具包，使其速度發(fā)生了變化C．工具包太重，因此宇航員一松手，工具包就“掉”了下去D．由于慣性，工具包做直線運(yùn)動(dòng)而離開(kāi)了圓軌道答案B解析宇航員在太空行走時(shí)，宇航員與工具包都繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，地球?qū)λ麄兊囊ν耆脕?lái)供應(yīng)向心力，既使宇航員松開(kāi)手，工具包仍保持與宇航員同樣的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，但宇航員若“碰”包則會(huì)轉(zhuǎn)變工具包的速度，若包的速度變大則會(huì)做離心運(yùn)動(dòng)，若包的速度變小，則會(huì)做向心運(yùn)動(dòng)，這樣宇航員與工具包就會(huì)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，工具包就會(huì)丟失，故B選項(xiàng)正確．3．假設(shè)地球的質(zhì)量不變，而地球的半徑增大到原來(lái)半徑的2倍，那么從地球放射人造衛(wèi)星的第一宇宙速度的大小應(yīng)為原來(lái)的()A.eq\r(2)倍B.eq\f(\r(2),2)倍C.eq\f(1,2)倍D．2倍答案B解析因第一宇宙速度即為地球的近地衛(wèi)星的線速度，此時(shí)衛(wèi)星的軌道半徑近似的認(rèn)為是地球的半徑，且地球?qū)πl(wèi)星的萬(wàn)有引力供應(yīng)向心力．故公式Geq\f(Mm,R2)＝eq\f(mv2,R)成立，解得v＝eq\r(\f(GM,R))，因此，當(dāng)M不變，R增加為2R時(shí)，v減小為原來(lái)的eq\f(\r(2),2)倍，即選項(xiàng)B正確．4．美國(guó)的“大鳥”偵察衛(wèi)星可以發(fā)覺(jué)地面上邊長(zhǎng)僅為0.36m的方形物體，它距離地面高度僅有16km，理論和實(shí)踐都表明：衛(wèi)星離地面越近，它的辨別率就越高，那么辨別率越高的衛(wèi)星()A．向心加速度確定越大B．角速度確定越小C．周期確定越大D．線速度確定越大答案AD解析由萬(wàn)有引力供應(yīng)向心力，有eq\f(GMm,r2)＝meq\f(v2,r)＝mω2r＝meq\f(4π2,T2)r＝ma，可得a＝eq\f(GM,r2)，r越小，a越大，A正確；v＝eq\r(\f(GM,r))，r越小，v越大，D正確；ω＝eq\r(\f(GM,r3))，r越小，ω越大，B錯(cuò)誤；T＝eq\r(\f(4π2r3,GM))，r越小，T越小，C錯(cuò)誤．5．某物體在地面上受到地球?qū)λ娜f(wàn)有引力為F，為使此物體受到的引力減小到eq\f(F,4)，應(yīng)把此物體置于距地面的高度為(R指地球半徑)()A．RB．2RC．4RD．8R答案A解析在地球表面時(shí)有F＝Geq\f(Mm,R2)，當(dāng)物體受到的引力減小到eq\f(F,4)時(shí)有eq\f(F,4)＝Geq\f(Mm,h＋R2)，解得h＝R.6．已知地球質(zhì)量為M，半徑為R，自轉(zhuǎn)周期為T，地球同步衛(wèi)星質(zhì)量為m，引力常量為G.有關(guān)同步衛(wèi)星，下列表述正確的是()A．衛(wèi)星距地面的高度為eq\r(3,\f(GMT2,4π2))B．衛(wèi)星的運(yùn)行速度小于第一宇宙速度C．衛(wèi)星運(yùn)行時(shí)受到的向心力大小為Geq\f(Mm,R2)D．衛(wèi)星運(yùn)行的向心加速度小于地球表面的重力加速度答案BD解析依據(jù)eq\f(GMm,R＋h2)＝meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,T)))2(R＋h)，同步衛(wèi)星距地面的高度h＝eq\r(3,\f(GMT2,4π2))－R，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；近地衛(wèi)星的運(yùn)行速度等于第一宇宙速度，同步衛(wèi)星的運(yùn)行速度小于第一宇宙速度，選項(xiàng)B正確；衛(wèi)星運(yùn)行時(shí)的向心力大小為F向＝eq\f(GMm,R＋h2)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由Geq\f(Mm,R2)＝mg得地球表面的重力加速度g＝Geq\f(M,R2)，而衛(wèi)星所在處的向心加速度g′＝Geq\f(M,R＋h2)，選項(xiàng)D正確．7．據(jù)國(guó)際小行星中心通報(bào)：中科院紫金山天文臺(tái)1981年10月23日發(fā)覺(jué)的國(guó)際永久編號(hào)為4073號(hào)的小行星已榮獲國(guó)際小行星中心和國(guó)際小行星中心命名委員會(huì)批準(zhǔn)，正式命名為“瑞安中學(xué)星”．這在我國(guó)中等學(xué)校之中尚屬首次．“瑞安中學(xué)星”沿著一個(gè)近似圓形的軌道圍繞太陽(yáng)運(yùn)行，軌道半徑長(zhǎng)約3.2天文單位(一個(gè)天文單位為日地間的平均距離)，則“瑞安中學(xué)星”繞太陽(yáng)運(yùn)行一周大約需()A．1年B．3.2年C．5.7年D．6.4年答案C解析由開(kāi)普勒第三定律得eq\f(r\o\al(3,星),T\o\al(2,星))＝eq\f(r\o\al(3,地),T\o\al(2,地))，T星＝eq\r(\f(r星,r地)3)·T地＝eq\r(3.23)年≈5.7年，C對(duì)．8．美國(guó)地球物理專家通過(guò)計(jì)算得知，由于日本的地震導(dǎo)致地球自轉(zhuǎn)快了1.6μs(1s的百萬(wàn)分之一)，通過(guò)理論分析下列說(shuō)法正確的是()A．地球赤道上物體的重力會(huì)略變小B．地球赤道上物體的重力會(huì)略變大C．地球同步衛(wèi)星的高度略變小D．地球同步衛(wèi)星的高度略變大答案AC解析對(duì)地球赤道上的物體，mg＋m(eq\f(2π,T))2R＝eq\f(GMm,R2)，周期T略變小，g會(huì)略變小，則A項(xiàng)正確，B項(xiàng)錯(cuò)誤；對(duì)地球同步衛(wèi)星，m(eq\f(2π,T))2(R＋h)＝eq\f(GMm,R＋h2)，周期T略變小，h會(huì)略變小，則C項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤．圖29．如圖2所示，A為靜止于地球赤道上的物體，B為繞地球沿橢圓軌道運(yùn)行的衛(wèi)星，C為繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星，P為B、C兩衛(wèi)星軌道的交點(diǎn)．已知A、B、C繞地心運(yùn)動(dòng)的周期相同，相對(duì)于地心，下列說(shuō)法中正確的是()A．物體A和衛(wèi)星C具有相同大小的線速度B．物體A和衛(wèi)星C具有相同大小的加速度C．衛(wèi)星B在P點(diǎn)的加速度與衛(wèi)星C在該點(diǎn)的加速度確定相同D．衛(wèi)星B在P點(diǎn)的線速度與衛(wèi)星C在該點(diǎn)的線速度確定相同答案C解析物體A和衛(wèi)星B、C周期相同，故物體A和衛(wèi)星C角速度相同，但半徑不同，依據(jù)v＝ωr可知二者線速度不同，A項(xiàng)錯(cuò)；依據(jù)a＝rω2可知，物體A和衛(wèi)星C向心加速度不同，B項(xiàng)錯(cuò)；依據(jù)牛頓其次定律，衛(wèi)星B和衛(wèi)星C在P點(diǎn)的加速度a＝eq\f(GM,r2)，故兩衛(wèi)星在P點(diǎn)的加速度相同，C項(xiàng)正確；衛(wèi)星C做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，萬(wàn)有引力完全供應(yīng)向心力，衛(wèi)星B軌道為橢圓，故萬(wàn)有引力與衛(wèi)星C所需向心力不相等，二者線速度不愿定相等，D項(xiàng)錯(cuò)．10．地球和木星繞太陽(yáng)運(yùn)行的軌道都可以看作是圓形．已知木星的軌道半徑約為地球軌道半徑的5.2倍，則木星與地球繞太陽(yáng)運(yùn)行的線速度之比約為()A．0.19B．0.44C．2.3D．5.2答案B解析由eq\f(GMm,r2)＝meq\f(v2,r)得v＝eq\r(\f(GM,r))所以有eq\f(v1,v2)＝eq\r(\f(r2,r1))≈0.44，選項(xiàng)B正確．11．如圖3所示，三顆質(zhì)量均為m的地球同步衛(wèi)星等間隔分布在半徑為r的圓軌道上，設(shè)地球質(zhì)量為M，半徑為R.下列說(shuō)法正確的是()圖3A．地球?qū)σ活w衛(wèi)星的引力大小為eq\f(GMm,r－R2)B．一顆衛(wèi)星對(duì)地球的引力大小為eq\f(GMm,r2)C．兩顆衛(wèi)星之間的引力大小為eq\f(Gm2,3r2)D．三顆衛(wèi)星對(duì)地球引力的合力大小為eq\f(3GMm,r2)答案BC解析地球?qū)σ活w衛(wèi)星的引力等于一顆衛(wèi)星對(duì)地球的引力，由萬(wàn)有引力定律得其大小為eq\f(GMm,r2)，故A錯(cuò)誤，B正確；任意兩顆衛(wèi)星之間的距離L＝eq\r(3)r，則兩顆衛(wèi)星之間的引力大小為eq\f(Gm2,3r2)，C正確；三顆衛(wèi)星對(duì)地球的引力大小相等且三個(gè)引力互成120°，其合力為0，故D選項(xiàng)錯(cuò)誤．圖412．我國(guó)于2010年放射的“嫦娥二號(hào)”探月衛(wèi)星簡(jiǎn)化后的路線示意圖如圖4所示．衛(wèi)星由地面放射后，經(jīng)過(guò)放射軌道進(jìn)入?？寇壍?，然后在?？寇壍澜?jīng)過(guò)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，衛(wèi)星開(kāi)頭對(duì)月球進(jìn)行探測(cè)．已知地球與月球的質(zhì)量之比為a，衛(wèi)星的?？寇壍琅c工作軌道的半徑之比為b，衛(wèi)星在?？寇壍篮凸ぷ鬈壍郎暇梢暈樽鰟蛩賵A周運(yùn)動(dòng)，則()A．衛(wèi)星在?？寇壍篮凸ぷ鬈壍肋\(yùn)行的速度之比為eq\r(\f(b,a))B．衛(wèi)星在?？寇壍篮凸ぷ鬈壍肋\(yùn)行的周期之比為eq\r(\f(b,a))C．衛(wèi)星在?？寇壍肋\(yùn)行的速度大于地球的第一宇宙速度D．衛(wèi)星從?？寇壍擂D(zhuǎn)移到地月轉(zhuǎn)移軌道，衛(wèi)星必需加速答案D解析依據(jù)Geq\f(mM,r2)＝meq\f(v2,r)得v＝eq\r(\f(GM,r))，衛(wèi)星在?？寇壍篮凸ぷ鬈壍肋\(yùn)行的速度之比為eq\f(v1,v2)＝eq\r(\f(M1,M2)·\f(r2,r1))＝eq\r(\f(a,b))，A項(xiàng)錯(cuò)誤；依據(jù)T＝eq\f(2πr,v)＝2πreq\r(\f(r,GM))，衛(wèi)星在停靠軌道和工作軌道運(yùn)行的周期之比為eq\f(T1,T2)＝eq\f(r1,r2)eq\r(\f(M2,M1)·\f(r1,r2))＝beq\r(\f(b,a))，B錯(cuò)誤；由v＝eq\r(\f(GM,r))知r越大，v越小，則衛(wèi)星在停靠軌道運(yùn)行的速度小于地球的第一宇宙速度，C項(xiàng)錯(cuò)；衛(wèi)星從?？寇壍擂D(zhuǎn)移到地月轉(zhuǎn)移軌道，要遠(yuǎn)離地球，衛(wèi)星必需加速才能做離心運(yùn)動(dòng)，故D項(xiàng)正確．二、填空題(本題共2小題，共14分)13．(6分)2003年10月15日9時(shí)整，中國(guó)第一艘載人飛船“神舟五號(hào)”由“長(zhǎng)征2號(hào)F”運(yùn)載火箭從甘肅酒泉衛(wèi)星放射中心放射升空，10分鐘后，成功進(jìn)入預(yù)定軌道，中國(guó)首位航天員楊利偉，帶著中國(guó)人的千年企盼夢(mèng)圓浩瀚太空，中國(guó)成為世界上第三個(gè)能夠獨(dú)立開(kāi)展載人航天活動(dòng)的國(guó)家．(1)火箭在加速上升過(guò)程中宇航員處于________(選填“超重”或“失重”)狀態(tài)．由于地球在自西向東不停地自轉(zhuǎn)，為節(jié)省燃料，火箭在升空后，應(yīng)向________(選填“偏東”、“偏西”)方向飛行．(2)2021年12月“嫦娥三號(hào)”成功登月，已知月球表面沒(méi)有空氣，沒(méi)有磁場(chǎng)，引力為地球的eq\f(1,6)，假如登上月球，你能夠________(填代號(hào))A．用指南針推斷方向B．輕易躍過(guò)3米高度C．乘坐熱氣球探險(xiǎn)D．做托里拆利試驗(yàn)時(shí)發(fā)覺(jué)內(nèi)外水銀面高度差為76cm答案(1)超重偏東(2)B14．(8分)火星半徑是地球半徑的1/2，火星質(zhì)量是地球質(zhì)量的1/10，忽視火星的自轉(zhuǎn)，假如地球上質(zhì)量為60kg的人到火星上去，則此人在火星表面的質(zhì)量是________kg，所受的重力是________N；在火星表面由于火星的引力產(chǎn)生的加速度是________m/s2；在地球表面上可舉起60kg杠鈴的人，到火星上用同樣的力，可以舉起質(zhì)量________kg的物體．(g取9.8m/s2)答案60235.23.92150解析人到火星上去后質(zhì)量不變，仍為60kg；依據(jù)mg＝eq\f(GMm,R2)，則g＝eq\f(GM,R2)，所以eq\f(g火,g地)＝eq\f(M火,M地)·eq\f(R\o\al(2,地),R\o\al(2,火))＝eq\f(1,10)×22＝0.4，所以g火＝9.8×0.4m/s2＝3.92m/s2，人在火星的重力為mg火＝60×3.92N＝235.2N，在地球表面上可舉起60kg杠鈴的人，到火星上用同樣的力，可以舉起質(zhì)量為m′＝eq\f(mg地,g火)＝60×2.5kg＝150kg.三、計(jì)算題(本題共3小題，共38分，解答應(yīng)寫出必要的文字說(shuō)明和解題步驟，有數(shù)值計(jì)算的要注明單位)圖515．(12分)如圖5是放射地球同步衛(wèi)星的簡(jiǎn)化軌道示意圖，先將衛(wèi)星放射至距地面高度為h1的近地軌道Ⅰ上．在衛(wèi)星經(jīng)過(guò)A點(diǎn)時(shí)點(diǎn)火實(shí)施變軌，進(jìn)入遠(yuǎn)地點(diǎn)為B的橢圓軌道Ⅱ上，最終在B點(diǎn)再次點(diǎn)火，將衛(wèi)星送入同步軌道Ⅲ.已知地球表面重力加速度為g，地球自轉(zhuǎn)周期為T，地球的半徑為R，求：(1)近地軌道Ⅰ上的速度大?。?2)遠(yuǎn)地點(diǎn)B距地面的高度．答案(1)eq\r(\f(gR2,R＋h1))(2)eq\r(3,\f(gR2T2,4π2))－R解析(1)設(shè)地球的質(zhì)量為M，衛(wèi)星的質(zhì)量為m，衛(wèi)星在近地軌道Ⅰ上的速度為v1，在近地軌道Ⅰ上：eq\f(GMm,R＋h12)＝meq\f(v\o\al(2,1),R＋h1)①在地球表面：Geq\f(Mm,R2)＝mg②由①②得：v1＝eq\r(\f(gR2,R＋h1))③(2)設(shè)B點(diǎn)距地面高度是h2.在同步軌道Ⅲ上：Geq\f(Mm,R＋h22)＝m(eq\f(2π,T))2(R＋h2)④由②④得h2＝eq\r(3,\f(gR2T2,4π2))－R16．(12分)天文學(xué)家將相距較近、僅在彼此的引力作用下運(yùn)行的兩顆恒星稱為雙星．雙星系統(tǒng)在銀河系中很普遍．利用雙星系統(tǒng)中兩顆恒星的運(yùn)動(dòng)特征可推算出它們的總質(zhì)量．已知某雙星系統(tǒng)中兩顆恒星圍繞它們連線上的某一固定點(diǎn)分別做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，周期均為T，兩顆恒星之間的距離為r，試推算這個(gè)雙星系統(tǒng)的總質(zhì)量．(引力常量為G)答案eq\f(4π2r3,GT2)解析設(shè)兩顆恒星的質(zhì)量分別為m