高中物理第六章万有引力与航天学业质量标准检测新人教必修.docx

第六章 万有引力与航天学业质量标准检测本卷分第卷(选择题)和第卷(非选择题)两部分。满分100分，时间90分钟。第卷(选择题共40分)一、选择题(共10小题，每小题4分，共40分，在每小题给出的四个选项中，第16小题只有一个选项符合题目要求，第710小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分)1(甘肃省天水一中20162017学年高一下学期段考)下列说法正确的是(C)A开普勒根据万有引力定律和牛顿运动定律推知为定值B伽利略最早提出了“日心说”C相对论和量子力学的理论并不否定经典力学理论的正确性D牛顿测量了万有引力常量解析：根据物理学史易判选项C正确。2“奋进”号宇航员斯蒂法尼斯海恩派帕在一次太空行走时丢失了一个工具包，关于工具包丢失的原因可能是(B)A宇航员松开了拿工具包的手，在万有引力作用下工具包“掉”了下去B宇航员不小心碰了一下“浮”在空中的工具包，使其速度发生了变化C工具包太重，因此宇航员一松手，工具包就“掉”了下去D由于惯性，工具包做直线运动而离开了圆轨道解析：工具包在太空中，万有引力提供向心力处于完全失重状态，当有其他外力作用于工具包时才会离开宇航员，B选项正确。3(江西赣州市于都二中20162017学年高一下学期检测)2015年12月10日，美国在夏威夷考艾乌的太平洋导弹靶场进行了一次中段反导试验，中段是指弹道导弹在大气层外空间依靠惯性飞行的一段。如图所示，一枚蓝军弹道导弹从地面上A点发射升空，目标是攻击红军基地B点，导弹升空后，红军反导预警系统立刻发现目标，从C点发射拦截导弹，并在弹道导弹飞行中段的最高点D将其击毁，下列说法中正确的是(C)A图中E到D过程，弹道导弹的速度不断增大B图中E到D过程，弹道导弹的加速度大小不变C弹道导弹在大气层外运动轨迹是以地心为焦点的椭圆D弹道导弹飞行至D点时速度大于7.9 km/s解析：E到D过程，依靠惯性飞行，只受引力，速度减小，故A错误。E到D过程，高度增大，地球对导弹的引力减小，加速度减小，故B错误。根据开普勒第一定律，导弹在大气层外只受地球引力，其运动轨迹是以地心为焦点的椭圆，故C正确。导弹离地面越远速度越小，地面附近的速度为第一宇宙速度7.9 km/s，所以弹道导弹飞行至D点时速度小于7.9 km/s，故D错误。故选C。4(浙江绍兴20162017学年高一检测)2015年12月，我国暗物质粒子探测卫星“悟空”发射升空进入高为5.0102 km的预定轨道。“悟空”卫星和地球同步卫星的运动均可视为匀速圆周运动，已知地球半径R6.4103 km。下列说法正确的是(C)A“悟空”卫星的线速度比同步卫星的线速度小B“悟空”卫星的角速度比同步卫星的角速度小C“悟空”卫星的运行周期比同步卫星的运行周期小D“悟空”卫星的向心加速度比同步卫星的向心加速度小解析：地球同步卫星距地表36 000 km，由v可知，“悟空”卫星的线速度要大，所以A错。由可知，“悟空”卫星的角速度要大，即周期要小，由a可知，“悟空”卫星的向心加速度要大，因此BD错，C对。5(陕西省西安一中20152016学年高一下学期期中)银河系的恒星中大约四分之一是双星。某双星由质量不等的星体S1和S2构成，两星在相互之间的万有引力作用下绕两者连线上某一定点C做匀速圆周运动。由天文观测得其周期为T，S1到C点的距离为r1，S1和S2的距离为r，已知万有引力常量为G。由此可求出S2的质量为(D)ABC D解析：设S1、S2两星体的质量分别为m1、m2，根据万有引力定律和牛顿定律得，对S1有Gm1()2r1，解之可得m2，则D正确，A、B、C错误。6如图所示的图形为中国月球探测工程形象标志，它以中国书法的笔触，抽象地勾勒出一轮明月，一双脚印踏在其上，象征着月球探测的终极梦想，一位敢于思考的同学，为探月宇航员设计了测量一颗卫星绕某星球表面做圆周运动的最小周期的方法：在某星球表面以初速度v0竖直上抛一个物体，若物体只受该星球引力作用，忽略其他力的影响，物体上升的最大高度为h，已知该星球的直径为d，如果在这个星球上发射一颗绕它运行的卫星，其做圆周运动的最小周期为(B)A BC D解析：v2gh，g，又mgm，T。7下列关于人造地球卫星与宇宙飞船的说法中，正确的是(AB)A如果知道人造地球卫星的轨道半径和它的周期，再利用万有引力常量，就可以算出地球的质量B两颗人造地球卫星，只要它们的绕行速率相等，不管它们的质量、形状差别有多大，它们的绕行半径和绕行周期都一定相同C原来在某一轨道上沿同一方向绕行的人造卫星一前一后，若要使后一卫星追上前一卫星并发生碰撞，只要将后者的速率增大一些即可D一只绕火星飞行的宇宙飞船，宇航员从舱内慢慢走出，并离开飞船，飞船因质量减小，所受万有引力减小，故飞行速度减小解析：根据FGmr可知，若知道人造卫星的轨道半径和它的周期就可以算出地球的质量即A正确，由G可知，两颗人造卫星，只要它们的绕行速率相等，它们的绕行半径一定相同，周期也一定相同，即B正确，原来某一轨道上沿同一方向绕行的卫星，一前一后，若后一卫星的速率增大，则FG，那么后一卫星将做离心运动，故C错，由知v，飞船飞行速度与其质量m无关，故D错误。8如图所示是在同一轨道平面上的三颗不同的人造地球卫星，关于各物理量的关系，下列说法正确的是(CD)A根据v，可知vAvBFBFCC角速度ABCD向心加速度aAaBaC解析：设地球质量为M，卫星质量为m，卫星做圆周运动的半径为r，由Gmm2rma得，v，a。因为rArBvBvC，A错。ABC，C对。aAaBaC，D对。而F，由于三个卫星的质量关系未知，故无法确定卫星所受地球引力的大小关系，B错。9(山西太原市20152016学年高一下学期期中)据媒体报道，科学家在太阳系发现一颗鲜为人知绰号“第9大行星”的巨型行星，天文学杂志研究员巴蒂金(Batygin)和布朗(Brown)表示，虽然没有直接观察到，但他们通过数学模型和电脑模拟发现了这颗行星该行星质量是地球质量的10倍，公转轨道半径是地球公转轨道半径的600倍，其半径为地球的3.5倍。科学家认为这颗行星属气态，类似天王星和海王星，将是真正的第9大行星。已知地球表面的重力加速度为9.8m/s2，地球绕太阳运行的周期为1年，则“第9大行星”(AC)A绕太阳运行一周约需1.5万年B绕太阳运行一周约需1.8年C表面的重力加速度为8.0m/s2D表面的重力加速度为10.0m/s2解析：根据开普勒定律，有：，解得：T9()T地1.5万年；故A正确，B错误；根据mg，有g；故g9()2g8.0m/s2，故C正确，D错误；故选AC。10(海南省海南中学20162017学年高一下学期期中)土星外层上有一个环(如图)，为了判断它是土星的一部分还是土星的卫星群，可以测量环中各层的线速度v与该层到土星中心的距离R之间的关系来判断(AD)A若vR，则该层是土星的一部分B若v2R，则该层是土星的卫星群C若v，则该层是土星的一部分D若v2，则该层是土星的卫星群解析：若为土星的一部分，则它们与土星绕同一圆心做圆周运动的角速度应与土星相同，根据vR可知vR。若为土星的卫星群，则由公式Gm可得：v2，故应选A、D。第卷(非选择题共60分)二、填空题(共2小题，共14分。把答案直接填在横线上)11(6分)2013年12月14日，“嫦娥三号”探月卫星从西昌成功发射，“嫦娥三号”飞行的路线示意图如下图所示，则“嫦娥三号”在P点由a轨道转变到b轨道时，速度必须_ 变大_(填“变小”或“变大”)；在Q点由d轨道转变到c轨道时，速度必须_ 变小_(填“变小”或“变大”)；在b轨道上，通过P点的速度_ 大于_通过R点的速度(填“大于”“等于”或“小于”)；“嫦娥三号”在C轨道上通过Q点的加速度_ 等于_在d轨道上通过Q点的加速度(填“大于”“等于”或“小于”)解析：卫星变轨类问题中从低轨到高轨需加速从高轨到低轨需减速在P点从a轨到b轨要加速，速度必须变大而Q处从d轨到c轨要减速，速度必须变小P点为近地点速度大于远地点R处速度，卫星在同一点加速度a相同。12(8分)我国宇航员在“天宫一号”中处于完全失重状态(如图甲)，此时无法用天平称量物体的质量。某同学设计了在这种环境中测量小球质量的实验装置，如图乙所示：光电传感器B能够接受光源A发出的细激光束，若B被挡光就将一个电信号给予连接的电脑。将弹簧测力计右端用细线水平连接在空间站壁上，左端拴在另一穿过了光滑水平小圆管的细线MON上，N处系有被测小球，让被测小球在竖直面内以O点为圆心做匀速圆周运动。(1)实验时，从电脑中读出小球自第1次至第n次通过最高点的总时间t和测力计示数F，除此之外，还需要测量的物理量是：_小球圆周运动半径_。(2)被测小球质量的表达式为m_ 用(1)中的物理量的符号表示。解析：测小球质量由圆周运动公式Fmr，小球自第一次至第n次过最高点，共转动n1周，用时t，则周期T，则可导出小球质量m，则需测小球转动半径r。三、论述计算题(共4小题，共46分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)13(10分)如图所示，火箭发射“天舟一号”宇宙飞船开始阶段是竖直升空，设向上的加速度a5 m/s2，宇宙飞船中用弹簧测力计悬挂一个质量为m9 kg的物体，当飞船升到某高度时，弹簧测力计示数为85 N，那么此时飞船距地面的高度是多少？(地球半径R6400 km，地球表面重力加速度g取10 m/s2)答案：3.2103 km解析：在地面附近，Gmg，在高空中，Gmg，在宇宙飞船中，对质量为m的物体，由牛顿第二定律可得：Fmgma，由以上三式解得：h3.2103 km14(11分)(江西省南昌二中20162017学年高一下学期段考)如图所示，是飞船控制中心的大屏幕上出现的一幅卫星运行轨迹图，它记录了“神舟”七号飞船在地球表面垂直投影的位置变化；图中表示在一段时间内飞船绕地球圆周飞行四圈，依次飞经中国和太平洋地区的四次轨迹、，图中分别标出了各地点的经纬度(如：在轨迹通过赤道时的经度为西经157.5，绕行一圈后轨迹再次经过赤道时经度为180)，已知地球半径为R，地球表面处的重力加速度为g，根据以上信息，试求：(1)若神舟七号飞船运行的周期为T，则神舟七号的圆轨道离地面的高度是多少？(用已知量字母表示)(2)神舟七号飞船运行的周期T为多少？(3)神舟七号搭载的三名宇航员在24 h内可以见到日落日出的次数应为多少？答案：(1)R(2)1.5小时(3)17次解析：(1)由万有引力提供向心力，即Gmr在地球表面处mg可求得飞船的轨道半径：r则轨道高度HrRR(2)飞船每运行一周，地球自转角度为180157.522.5则神舟飞船运行的周期为：T24 h1.5 h(3)飞船24 h转过的圈数：n16所以神舟七号搭载的三名宇航员在24 h内可以见到日落日出的次数应为17次。15(12分)(陕西西北大学附中20162017学年高一下学期期中)宇航员站在某质量分布均匀的星球表面一斜坡上P点，沿水平方向以初速度v0抛出一个小球，测得小球经时间t落到斜坡另一点Q上，斜坡的倾角，已知该星球的半径为R，引力常量为G，已知球的体积公式是VR3。求：(1)该星球表面的重力加速度g；(2)该星球的密度；(3)该星球的第一宇宙速度。答案：(1)(2)(3)解析：(1)小球在斜坡上做平抛运动时：水平方向上： xv0t竖直方向上：ygt2由几何知识tan由式得g(2)对于星球表面的物体m0，有Gm0g又VR3故(3)该星球的第一宇宙速度等于它的近地卫星的运行速度，故Gm，又GMgR2解得v16(13分)石墨烯是近些年发现的一种新材料，其超高强度及超强导电、导热等非凡的物理化学性质有望使21世纪的世界发生革命性的变化，其发现者由此获得2010年诺贝尔物理学奖。用石墨烯制作超级缆绳，人类搭建“太空电梯”的梦想有望在本世纪实现。科学家们设想，通过地球同步轨道站向地面垂下一条缆绳至赤道基站，电梯仓沿着这条缆绳运行，实现外太空和地球之间便捷的物资交换。(1)有关地球同步轨道卫星，下列表述正确的是(BD)A卫星距离地面的高度大于月球离地面的高度B卫星的运行速度小于第一宇宙速度C卫星运行时可能经过杭州的正上方D卫星运行的向心加速度小于地球表面的重力加速度(2)若把地球视为质量分布均匀的球体，己知同步卫星绕地球做匀速圆周运动的向心加速度大小为a1，近地卫星绕地球做匀速圆周运动的向心加速度大小为a2，地球赤道上的物体做匀速圆周运动的向心加速度大小为a3；地球北极地面附近的重力加速度为g1，地球赤道地面附近的重力加速度为g2，则(BD)Aa1g1Ba2g1Ca3g1 Dg1g2a3(3)当电梯仓停在距地面高度h4R的站点时，求仓内质量m50kg的人对水平地板的压力大小。地面附近