2018-2019學(xué)年高中物理 第三章 萬(wàn)有引力定律及其應(yīng)用章末檢測(cè)試卷 粵教版必修2.doc

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第三章 萬(wàn)有引力定律及其應(yīng)用 章末檢測(cè)試卷(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，共48分，其中1～8題為單項(xiàng)選擇題，9～12題為多項(xiàng)選擇題) 1．在物理學(xué)理論建立的過(guò)程中，有許多偉大的科學(xué)家做出了貢獻(xiàn)．關(guān)于科學(xué)家和他們的貢獻(xiàn)，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．卡文迪許通過(guò)實(shí)驗(yàn)比較準(zhǔn)確地測(cè)出了引力常數(shù)的數(shù)值 B．第谷通過(guò)對(duì)天體運(yùn)動(dòng)的長(zhǎng)期觀察，發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)動(dòng)三定律 C．開(kāi)普勒發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律 D．牛頓提出了“日心說(shuō)” 答案　A 【考點(diǎn)】物理學(xué)史的理解 【題點(diǎn)】物理學(xué)史的理解 2．如圖1所示，火星和地球都在圍繞著太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)，其運(yùn)行軌道是橢圓．根據(jù)開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律可知(　　) 圖1 A．火星繞太陽(yáng)運(yùn)行過(guò)程中，速率不變 B．地球靠近太陽(yáng)的過(guò)程中，運(yùn)行速率減小 C．火星遠(yuǎn)離太陽(yáng)過(guò)程中，它與太陽(yáng)的連線在相等時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的面積逐漸增大 D．火星繞太陽(yáng)運(yùn)行一周的時(shí)間比地球的長(zhǎng) 答案　D 解析　根據(jù)開(kāi)普勒第二定律：對(duì)任意一個(gè)行星而言，它與太陽(yáng)的連線在相同時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的面積相等，可知行星在此橢圓軌道上運(yùn)動(dòng)的速度大小不斷變化，地球靠近太陽(yáng)過(guò)程中運(yùn)行速率將增大，選項(xiàng)A、B、C錯(cuò)誤．根據(jù)開(kāi)普勒第三定律，可知所有行星的軌道的半長(zhǎng)軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等，由于火星軌道的半長(zhǎng)軸比較大，所以火星繞太陽(yáng)運(yùn)行一周的時(shí)間比地球的長(zhǎng)，選項(xiàng)D正確． 【考點(diǎn)】開(kāi)普勒定律的理解 【題點(diǎn)】開(kāi)普勒定律的理解 3．2015年12月29日，“高分四號(hào)”對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星升空．這是中國(guó)“高分”專項(xiàng)首顆高軌道高分辨率、設(shè)計(jì)使用壽命最長(zhǎng)的光學(xué)遙感衛(wèi)星，也是當(dāng)時(shí)世界上空間分辨率最高、幅寬最大的地球同步軌道遙感衛(wèi)星．下列關(guān)于“高分四號(hào)”地球同步衛(wèi)星的說(shuō)法中正確的是(　　) A．該衛(wèi)星定點(diǎn)在北京上空 B．該衛(wèi)星定點(diǎn)在赤道上空 C．它的高度和速度是一定的，但周期可以是地球自轉(zhuǎn)周期的整數(shù)倍 D．它的周期和地球自轉(zhuǎn)周期相同，但高度和速度可以選擇，高度增大，速度減小 答案　B 解析　地球同步衛(wèi)星若在除赤道所在平面外的任意點(diǎn)，假設(shè)實(shí)現(xiàn)了“同步”，那它的運(yùn)動(dòng)軌道所在平面與受到的地球的引力就不在一個(gè)平面上，且穩(wěn)定做圓周運(yùn)動(dòng)，這是不可能的，因此地球同步衛(wèi)星相對(duì)地面靜止不動(dòng)，必須定點(diǎn)在赤道的正上方，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；因?yàn)橥叫l(wèi)星要和地球自轉(zhuǎn)同步，即它們的T和ω都相同，根據(jù)G＝m＝mω2r，因?yàn)棣匾欢?，所以r必須固定，且v的大小也固定，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤． 【考點(diǎn)】同步衛(wèi)星規(guī)律的理解和應(yīng)用 【題點(diǎn)】同步衛(wèi)星規(guī)律的理解和應(yīng)用 4．2017年11月15日，我國(guó)又一顆第二代極軌氣象衛(wèi)星“風(fēng)云三號(hào)D”成功發(fā)射，順利進(jìn)入預(yù)定軌道．極軌氣象衛(wèi)星圍繞地球南北兩極運(yùn)行，其軌道在地球上空650～1 500 km之間，低于地球靜止軌道衛(wèi)星(高度約為36 000 km)，可以實(shí)現(xiàn)全球觀測(cè)．有關(guān)“風(fēng)云三號(hào)D”，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．“風(fēng)云三號(hào)D”軌道平面為赤道平面 B．“風(fēng)云三號(hào)D”的發(fā)射速度可能小于7.9 km/s C．“風(fēng)云三號(hào)D”的周期小于地球靜止軌道衛(wèi)星的周期 D．“風(fēng)云三號(hào)D”的加速度小于地球靜止軌道衛(wèi)星的加速度 答案　C 【考點(diǎn)】衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)參量與軌道半徑的關(guān)系 【題點(diǎn)】衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)參量與軌道半徑的關(guān)系 5．如圖2所示為北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的部分衛(wèi)星，每顆衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)可視為勻速圓周運(yùn)動(dòng)．下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　) 圖2 A．在軌道運(yùn)行的兩顆衛(wèi)星a、b的周期相等 B．在軌道運(yùn)行的兩顆衛(wèi)星a、c的線速度大小vaa1>a3 B．a(chǎn)3>a2>a1 C．a(chǎn)3>a1>a2 D．a(chǎn)1>a2>a3 答案　D 解析　衛(wèi)星圍繞地球運(yùn)行時(shí)，萬(wàn)有引力提供向心力，對(duì)于“東方紅一號(hào)”，在遠(yuǎn)地點(diǎn)時(shí)有G＝m1a1，即a1＝，對(duì)于“東方紅二號(hào)”，有G＝m2a2，即a2＝，由于h2>h1，故a1>a2，“東方紅二號(hào)”衛(wèi)星與地球自轉(zhuǎn)的角速度相等，由于“東方紅二號(hào)”做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑大于地球赤道上物體做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑，根據(jù)a＝ω2r，故a2>a3，所以a1>a2>a3，選項(xiàng)D正確，選項(xiàng)A、B、C錯(cuò)誤． 【考點(diǎn)】赤道上物體、同步衛(wèi)星以及近地衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)規(guī)律對(duì)比 【題點(diǎn)】赤道上物體、同步衛(wèi)星以及近地衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)規(guī)律對(duì)比 7．地球上站著兩位相距非常遠(yuǎn)的觀察者，都發(fā)現(xiàn)自己的正上方有一顆人造地球衛(wèi)星相對(duì)自己靜止不動(dòng)，則這兩位觀察者的位置及兩顆衛(wèi)星到地球中心的距離是(　　) A．一人在南極，一人在北極，兩顆衛(wèi)星到地球中心的距離一定相等 B．一人在南極，一人在北極，兩顆衛(wèi)星到地球中心的距離可以不等 C．兩人都在赤道上，兩顆衛(wèi)星到地球中心的距離可以不等 D．兩人都在赤道上，兩顆衛(wèi)星到地球中心的距離一定相等 答案　D 解析　兩位相距非常遠(yuǎn)的觀察者，都發(fā)現(xiàn)自己正上方有一顆人造地球衛(wèi)星相對(duì)自己靜止不動(dòng)，說(shuō)明此衛(wèi)星為地球同步衛(wèi)星，運(yùn)行軌道為位于地球赤道平面內(nèi)的圓形軌道，距離地面的高度約為36 000 km，所以兩個(gè)人都在赤道上，兩衛(wèi)星到地球中心的距離一定相等，故D正確． 8.“嫦娥一號(hào)”探月衛(wèi)星沿地月轉(zhuǎn)移軌道到達(dá)月球，在距月球表面200 km的P點(diǎn)進(jìn)行第一次“剎車制動(dòng)”后被月球捕獲，進(jìn)入橢圓軌道Ⅰ繞月飛行，如圖4所示．之后，衛(wèi)星在P點(diǎn)經(jīng)過(guò)幾次“剎車制動(dòng)”，最終在距月球表面200 km的圓形軌道Ⅲ上繞月球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．用T1、T2、T3分別表示衛(wèi)星在橢圓軌道Ⅰ、Ⅱ和圓形軌道Ⅲ上的運(yùn)行周期，用a1、a2、a3分別表示衛(wèi)星沿三個(gè)軌道運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)的加速度，則下面說(shuō)法正確的是(　　) 圖4 A．T1＞T2＞T3 B．T1＜T2＜T3 C．a(chǎn)1＞a2＞a3 D．a(chǎn)1＜a2＜a3 答案　A 解析　衛(wèi)星沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)，半長(zhǎng)軸的立方與周期的平方成正比，故T1＞T2＞T3，A項(xiàng)正確，B項(xiàng)錯(cuò)誤．不管沿哪一軌道運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)，衛(wèi)星所受月球的引力都相等，由牛頓第二定律得a1＝a2＝a3，故C、D項(xiàng)均錯(cuò)誤． 【考點(diǎn)】衛(wèi)星的變軌問(wèn)題 【題點(diǎn)】衛(wèi)星的變軌問(wèn)題 9．一些星球由于某種原因而發(fā)生收縮，假設(shè)該星球的直徑縮小到原來(lái)的四分之一，若收縮時(shí)質(zhì)量不變，則與收縮前相比(　　) A．同一物體在星球表面受到的重力增大到原來(lái)的4倍 B．同一物體在星球表面受到的重力增大到原來(lái)的16倍 C．星球的第一宇宙速度增大到原來(lái)的4倍 D．星球的第一宇宙速度增大到原來(lái)的2倍 答案　BD 解析　在星球表面由重力等于萬(wàn)有引力mg＝G可知，同一物體在星球表面受到的重力增大為原來(lái)的16倍，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確．由第一宇宙速度計(jì)算式v＝可知，星球的第一宇宙速度增大為原來(lái)的2倍，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確． 【考點(diǎn)】三個(gè)宇宙速度的理解 【題點(diǎn)】第一宇宙速度的理解 10．設(shè)地面附近重力加速度為g0，地球半徑為R0，人造地球衛(wèi)星的圓形軌道半徑為R，那么以下說(shuō)法中正確的是(　　) A．衛(wèi)星運(yùn)行的向心加速度大小為 B．衛(wèi)星運(yùn)行的速度大小為 C．衛(wèi)星運(yùn)行的角速度大小為 D．衛(wèi)星運(yùn)行的周期為2π 答案　ABD 解析　由G＝ma向，得a向＝G，又g0＝，故a向＝，A對(duì)．又a向＝，v＝＝，B對(duì)．ω＝＝，C錯(cuò)．T＝＝2π，D對(duì)． 【考點(diǎn)】天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析 【題點(diǎn)】應(yīng)用萬(wàn)有引力提供向心力分析天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律 11．一宇宙飛船繞地心做半徑為r的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，飛船艙內(nèi)有一質(zhì)量為m的人站在可稱體重的臺(tái)秤上．用R表示地球的半徑，g表示地球表面處的重力加速度，g′表示宇宙飛船所在處的重力加速度，F(xiàn)N表示人對(duì)臺(tái)秤的壓力，則下列關(guān)系正確的是(　　) A．g′＝0 B．g′＝ C．FN＝0 D．FN＝mg 答案　BC 解析　處在地球表面處的物體所受重力近似等于萬(wàn)有引力，所以有mg＝G，即GM＝gR2，對(duì)處在軌道半徑為r的宇宙飛船所在處的物體，有mg′＝G，即GM＝g′r2，所以有g(shù)′r2＝gR2，即g′＝，B正確，A錯(cuò)誤；當(dāng)宇宙飛船繞地心做半徑為r的勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，萬(wàn)有引力提供向心力，飛船及飛船內(nèi)物體處于完全失重狀態(tài)，所以對(duì)臺(tái)秤的壓力為零，C正確，D錯(cuò)誤． 【考點(diǎn)】衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)參量與軌道半徑的關(guān)系 【題點(diǎn)】衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)參量與軌道半徑的關(guān)系 12．為了探測(cè)X星球，載著登陸艙的探測(cè)飛船在以該星球中心為圓心、半徑為r1的圓軌道上運(yùn)動(dòng)，周期為T1，總質(zhì)量為m1.隨后登陸艙脫離飛船，變軌到離星球更近的半徑為r2的圓軌道上運(yùn)動(dòng)，此時(shí)登陸艙的質(zhì)量為m2，則(　　) A．X星球的質(zhì)量為M＝ B．X星球表面的重力加速度為g＝ C．登陸艙在r1與r2軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度大小之比為＝ D．登陸艙在半徑為r2軌道上做圓周運(yùn)動(dòng)的周期為T2＝T1 答案　AD 解析　探測(cè)飛船做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)有G＝m1()2r1，解得M＝，選項(xiàng)A正確；因?yàn)樾乔虬霃轿粗?，所以選項(xiàng)B錯(cuò)誤；根據(jù)G＝m，得v＝，所以＝，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；根據(jù)開(kāi)普勒第三定律＝，得T2＝T1，選項(xiàng)D正確． 【考點(diǎn)】衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)參量與軌道半徑的關(guān)系 【題點(diǎn)】衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)參量與軌道半徑的關(guān)系 二、計(jì)算題(本題共4小題，共52分，解答時(shí)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) 13．(12分)宇航員在某星球表面以初速度v0豎直向上拋出一個(gè)物體，物體上升的最大高度為h.已知該星球的半徑為R，且物體只受該星球的引力作用．求： (1)該星球表面的重力加速度； (2)從這個(gè)星球上發(fā)射衛(wèi)星的第一宇宙速度． 答案　(1)　(2)v0 解析　(1)設(shè)該星球表面的重力加速度為g′，物體做豎直上拋運(yùn)動(dòng)，由題意知v02＝2g′h，得g′＝. (2)衛(wèi)星貼近星球表面運(yùn)行，則有mg′＝m，得v＝＝v0. 【考點(diǎn)】萬(wàn)有引力定律和其他力學(xué)問(wèn)題的綜合應(yīng)用 【題點(diǎn)】萬(wàn)有引力與其他力學(xué)的綜合問(wèn)題 14．(12分)人們?cè)谔?yáng)系外發(fā)現(xiàn)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(gè)在地球表面質(zhì)量為50 kg的人在這個(gè)行星表面所受的重力約為800 N，地球表面處的重力加速度為10 m/s2. (1)求該行星的半徑與地球的半徑之比； (2)若在該行星上距行星表面2 m高處，以10 m/s的水平初速度拋出一只小球(不計(jì)任何阻力)，則小球的水平射程是多大？ 答案　(1)2∶1　(2)5 m 解析　(1)在該行星表面處，有G行＝mg行，可得g行＝16 m/s2.在忽略行星自轉(zhuǎn)的情況下，物體所受的萬(wàn)有引力等于物體所受的重力，得＝mg，有R2＝，故＝＝4，所以＝2∶1. (2)由平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律，有h＝g行t2，x＝vt， 故x＝v，代入數(shù)據(jù)解得x＝5 m. 15．(14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(guò)程，衛(wèi)星由地面發(fā)射后，經(jīng)過(guò)發(fā)射軌道進(jìn)入停泊軌道，在停泊軌道經(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．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，地球表面重力加速度為g，月球表面重力加速度為.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)r　(2) 解析　(1)設(shè)衛(wèi)星在停泊軌道上運(yùn)行的線速度為v，衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由地球?qū)λ娜f(wàn)有引力提供，有 G＝m，且有G＝m′g，解得v＝r. (2)設(shè)衛(wèi)星在工作軌道上運(yùn)行的周期為T， 則有G＝m2R1，又有G＝m″， 解得T＝ . 【考點(diǎn)】天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析 【題點(diǎn)】應(yīng)用萬(wàn)有引力提供向心力分析天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律 16．(14分)某航天員在一個(gè)半徑為R的星球表面做了如下實(shí)驗(yàn)：取一根細(xì)線穿過(guò)光滑的細(xì)直管，細(xì)線一端拴一質(zhì)量為m的砝碼，另一端連在一固定的測(cè)力計(jì)上，手握直管掄動(dòng)砝碼，使它在水平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，停止掄動(dòng)細(xì)直管并保持細(xì)直管豎直．砝碼繼續(xù)在一水平面繞圓心O做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如圖6所示，此時(shí)測(cè)力計(jì)的示數(shù)為F，細(xì)直管下端和砝碼之間的細(xì)線長(zhǎng)度為L(zhǎng)且與豎直方向的夾角為θ. 圖6 (1)求該星球表面重力加速度g的大小； (2)求砝碼在水平面內(nèi)繞圓心O做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)的角速度大??； (3)若某衛(wèi)星在距該星球表面h高處做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則該衛(wèi)星的線速度為多大？ 答案　(1)　(2)　(3)R 解析　(1)砝碼在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，合力的方向沿水平方向，所以mg＝Fcos θ 得g＝ (2)由細(xì)線的拉力和重力的合力提供向心力，則 Fsin θ＝mω2Lsin θ，則ω＝ (3)在星球表面的物體有G＝m′g 對(duì)衛(wèi)星，根據(jù)萬(wàn)有引力提供向心力得＝m″，聯(lián)立得v＝R . 【考點(diǎn)】萬(wàn)有引力定律和力學(xué)其他問(wèn)題的綜合應(yīng)用 【題點(diǎn)】萬(wàn)有引力定律與其他力學(xué)的綜合問(wèn)題