高考物理一轮复习 课时跟踪检测（十四）万有引力定律及其应用-人教版高三物理试题

课时跟踪检测（十四）万有引力定律及其应用对点训练：开普勒行星运动定律与万有引力定律1．(2018·上海黄浦区检测)关于万有引力定律，下列说法正确的是()A．牛顿提出了万有引力定律，并测定了引力常量的数值B．万有引力定律只适用于天体之间C．万有引力的发现，揭示了自然界一种基本相互作用的规律D．地球绕太阳在椭圆轨道上运行，在近日点和远日点受到太阳的万有引力大小是相同的解析：选C牛顿提出了万有引力定律，卡文迪许测定了引力常量的数值，万有引力定律适用于任何物体之间，万有引力的发现，揭示了自然界一种基本相互作用的规律，选项A、B错误，C正确；地球绕太阳在椭圆轨道上运行，在近日点和远日点受到太阳的万有引力大小是不相同的，选项D错误。2．(2018·福州模拟)在物理学发展过程中，有许多科学家做出了贡献，下列说法正确的是()A．牛顿通过多年观测记录行星的运动，提出了行星运动的三大定律B．卡文迪许发现万有引力定律，被人们称为“能称出地球质量的人”C．伽利略利用“理想斜面”得出“力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因”的观点D．开普勒从理论和实验两个角度，证明了轻、重物体下落一样快，从而推翻了古希腊学者亚里士多德的“小球质量越大下落越快”的错误观点解析：选C开普勒提出了行星运动的三大定律，牛顿在此基础上发现了万有引力定律，故A错误；牛顿发现万有引力定律后，英国物理学家卡文迪许利用扭秤实验装置比较准确地测出了万有引力常量G，所以B选项是错误的；伽利略利用“理想斜面”否定了“力是维持物体运动的原因”的观点，得出了“力是改变物体运动状态的原因”的观点，故C正确；伽利略从理论和实验两个角度，证明了轻、重物体下落一样快，从而推翻了古希腊学者亚里士多德的“小球质量越大下落越快”的错误观点，故D错误。3．(2018·石家庄模拟)“月—地检验”为万有引力定律的发现提供了事实依据。已知地球半径为R，地球中心与月球中心的距离r＝60R，下列说法正确的是()A．卡文迪许为了检验万有引力定律的正确性，首次进行了“月—地检验”B．“月—地检验”表明地面物体所受地球的引力与月球所受地球的引力是不同性质的力C．月球由于受到地球对它的万有引力而产生的加速度与月球绕地球做近似圆周运动的向心加速度相等D．由万有引力定律可知，月球绕地球做近似圆周运动的向心加速度是地面重力加速度的eq\f(1,60)解析：选C牛顿为了检验万有引力定律的正确性，首次进行了“月—地检验”，A错误；“月—地检验”表明地面物体所受地球的引力与月球所受地球的引力是同种性质的力，B错误；月球由于受到地球对它的万有引力而产生的加速度与月球绕地球做近似圆周运动的向心加速度相等，所以证明了万有引力的正确，C正确；物体在地球表面所受的重力等于其受到的万有引力，则有mg＝eq\f(GMm,R2)，月球绕地球在引力提供向心力作用下做匀速圆周运动，则有eq\f(GMm′,60R2)＝m′an，联立上两式可得an∶g＝1∶3600，故g＝3600an，D错误。4．关于重力和万有引力的关系，下列认识错误的是()A．地面附近物体所受的重力就是万有引力B．重力是由于地面附近的物体受到地球的吸引而产生的C．在不太精确的计算中，可以认为物体的重力等于万有引力D．严格来说重力并不等于万有引力，除两极处物体的重力等于万有引力外，在地球其他各处的重力都略小于万有引力解析：选A万有引力是由于物体具有质量而在物体之间产生的一种相互作用。任何两个物体之间都存在这种吸引作用。物体之间的这种吸引作用普遍存在于宇宙万物之间，称为万有引力。重力，就是由于地面附近的物体受到地球的万有引力而产生的，重力只是万有引力的一个分力。故A错误。重力是由于地面附近的物体受到地球的吸引而产生的，故B正确。在不太精确的计算中，可以认为物体的重力等于万有引力，故C正确。严格来说重力并不等于万有引力，除两极处物体的重力等于万有引力外，在地球其他各处的重力都略小于万有引力，故D正确。对点训练：天体质量和密度的计算5．(2018·银川一中月考)已知地球质量为M，半径为R，地球表面重力加速度为g，有一个类地行星的质量为地球的p倍、半径为地球的q倍，该行星绕中心恒星做匀速圆周运动的周期为T，线速度为v，则此类地行星表面的重力加速度和中心恒星的质量分别为()A.eq\f(q2,p)g、eq\f(MTv3,2πgR2) B.eq\f(p,q2)g、eq\f(MTv3,2πgR2)C.eq\f(q2,p)g、eq\f(MTv2,2πgR) D.eq\f(p,q2)g、eq\f(MTv2,2πgR)解析：选B根据万有引力等于地表物体所受重力：Geq\f(Mm,R2)＝mg，g＝eq\f(GM,R2)；类地行星的质量为地球的p倍、半径为地球的q倍，则g′＝eq\f(p,q2)g；根据中心恒星对行星的万有引力充当行星做匀速圆周运动的向心力：Geq\f(M恒m行,r2)＝m行eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,T)))2r，r＝eq\f(vT,2π)，又根据上式可得：G＝eq\f(gR2,M)，联立解得：M恒＝eq\f(MTv3,2πgR2)。6．(2018·吉林五校联考)随着太空技术的飞速发展，地球上的人们登陆其它星球成为可能，假设未来的某一天，宇航员登上某一星球后，测得该星球表面的重力加速度是地球表面重力加速度的2倍，而该星球的平均密度与地球的差不多，则该星球质量大约是地球质量的()A．0.5倍 B．2倍C．4倍 D．8倍解析：选D根据天体表面附近万有引力等于重力，列出等式：Geq\f(Mm,r2)＝mg，解得g＝eq\f(GM,r2)，其中M是地球的质量，r应该是物体在某位置到球心的距离。根据密度与质量关系得：M＝ρ·eq\f(4,3)πr3，星球的密度跟地球密度相同，g＝eq\f(GM,r2)＝Gρ·eq\f(4,3)πr，星球的表面重力加速度是地球表面重力加速度的2倍，所以星球的半径也是地球的2倍，所以再根据M＝ρ·eq\f(4,3)πr3得：星球质量是地球质量的8倍。故D正确。7．“嫦娥一号”是我国首次发射的探月卫星，它在距月球表面高度为200km的圆形轨道上运行，运行周期为127分钟。已知引力常量G＝6.67×10－11N·m2/kg2，月球半径约为1.74×103A．5.1×1013kgC．5.4×1022kg解析：选D“嫦娥一号”卫星的轨道半径r＝1.74×103km＋200km＝1940000m，运行周期T＝127×60s＝7620s，根据万有引力提供圆周运动向心力有Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(4π2,T2)r，可得中心天体月球的质量M＝eq\f(4π2r3,GT2)＝eq\f(4×3.142×19400003,6.67×10－11×76202)kg≈7.4×1022kg，故D正确。8．据报道，天文学家新发现了太阳系外的一颗行星。这颗行星的体积是地球的a倍，质量是地球的b倍。已知近地卫星绕地球运动的周期约为T，引力常量为G。则该行星的平均密度为()A.eq\f(3π,GT2) B.eq\f(π,3T2)C.eq\f(3πb,aGT2) D.eq\f(3πa,bGT2)解析：选C万有引力提供近地卫星绕地球运动的向心力Geq\f(M地m,R2)＝meq\f(4π2R,T2)，且ρ地＝eq\f(3M地,4πR3)，由以上两式得ρ地＝eq\f(3π,GT2)。而eq\f(ρ星,ρ地)＝eq\f(M星V地,V星M地)＝eq\f(b,a)，因而ρ星＝eq\f(3πb,aGT2)，C正确。对点训练：天体表面的重力加速度问题9．宇航员站在某一星球距表面h高度处，以某一速度沿水平方向抛出一个小球，经过时间t后小球落到星球表面，已知该星球的半径为R，引力常量为G，则该星球的质量为()A.eq\f(2hR2,Gt2) B.eq\f(2hR2,Gt)C.eq\f(2hR,Gt2) D.eq\f(Gt2,2hR2)解析：选A设该星球表面的重力加速度g，小球在星球表面做平抛运动，h＝eq\f(1,2)gt2。设该星球的质量为M，在星球表面有mg＝eq\f(GMm,R2)。由以上两式得，该星球的质量为M＝eq\f(2hR2,Gt2)，A正确。10．(2018·江苏沛县模拟)据报道，科学家们在距离地球20万光年外发现了首颗系外“宜居”行星。假设该行星质量约为地球质量的6.4倍，半径约为地球半径的2倍。那么，一个在地球表面能举起64kg物体的人在这个行星表面能举起的物体的质量约为(地球表面重力加速度g＝10m/s2)()A．40kg B．50kgC．60kg D．30kg解析：选A根据万有引力等于重力eq\f(GMm,R2)＝mg得g＝eq\f(GM,R2)，因为行星质量约为地球质量的6.4倍，其半径是地球半径的2倍，则行星表面重力加速度是地球表面重力加速度的1.6倍，而人的举力可认为是不变的，则人在行星表面所举起的重物质量为：m＝eq\f(m0,1.6)＝eq\f(64,1.6)kg＝40kg，故A正确。11．[多选]宇航员在地球表面以一定初速度竖直上抛一小球，经过时间t小球落回原地。若他在某星球表面以相同的初速度竖直上抛同一小球，需经过时间5t小球落回原处。已知该星球的半径与地球半径之比为R星∶R地＝1∶4，地球表面重力加速度为g，设该星球表面附近的重力加速度为g′，空气阻力不计。则()A．g′∶g＝1∶5 B．g′∶g＝5∶2C．M星∶M地＝1∶20 D．M星∶M地＝1∶80解析：选AD由速度对称性知竖直上抛的小球在空中运动时间t＝eq\f(2v0,g)，因此得eq\f(g′,g)＝eq\f(t,5t)＝eq\f(1,5)，A正确，B错误；由Geq\f(Mm,R2)＝mg得M＝eq\f(gR2,G)，因而eq\f(M星,M地)＝eq\f(g′R星2,gR地2)＝eq\f(1,5)×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,4)))2＝eq\f(1,80)，C错误，D正确。12．(2018·西安高三检测)理论上已经证明：质量分布均匀的球壳对壳内物体的万有引力为零。现假设地球是一半径为R、质量分布均匀的实心球体，O为球心，以O为原点建立坐标轴Ox，如图所示。一个质量一定的小物体(假设它能够在地球内部移动)在x轴上各位置受到的引力大小用F表示，则选项图所示的四个F随x的变化关系图像正确的是()解析：选A令地球的密度为ρ，则在地球表面，重力和地球的万有引力大小相等，有：g＝eq\f(GM,R2)。由于地球的质量为M＝eq\f(4,3)πR3·ρ，所以重力加速度的表达式可写成：g＝eq\f(4πGRρ,3)。根据题意有，质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零，受到地球的万有引力即为半径等于r的球体在其表面产生的万有引力，g′＝eq\f(4πGρ,3)r，当r<R时，g与r成正比；当r>R时，g与r平方成反比。即质量一定的小物体受到的引力大小F在地球内部与r成正比，在外部与r的平方成反比。故选A。考点综合训练13．已知一质量为m的物体静止在北极与赤道对地面的压力差为ΔN，假设地球是质量分布均匀的球体，半径为R。则地球的自转周期为()A．T＝2πeq\r(\f(mR,ΔN)) B．T＝2πeq\r(\f(ΔN,mR))C．T＝2πeq\r(\f(mΔN,R)) D．T＝2πeq\r(\f(R,mΔN))解析：选A在北极，物体所受的万有引力F与支持力N大小相等，在赤道处有F－N＝ΔN＝mReq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,T)))2，解得T＝2πeq\r(\f(mR,ΔN))，A正确。14．[多选](2018·衡水调研)为进一步获取月球的相关数据，我国已成功地进行了“嫦娥三号”的发射和落月任务，该卫星在月球上空绕月球做匀速圆周运动时，经历时间t，卫星行程为s，卫星与月球中心连线扫过的角度是θ弧度，万有引力常量为G，则可推知()A．月球的半径为eq\f(s,θ)B．月球的质量为eq\f(s3,Gθt2)C．月球的密度为eq\f(3θ2,4Gπt2)D．若该卫星距月球表面的高度变大，其绕月运动的线速度变小解析：选BD卫星行程为s，卫星与月球中心连线扫过的角度是θ弧度，那么，轨道半径为eq\f(s,θ)；卫星在月球上空绕月球做匀速圆周运动，故轨道半径大于月球半径，故A错误；卫星轨道半径R＝eq\f(s,θ)，运行速度v＝eq\f(s,t)，那么由万有引力提供向心力可得：eq\f(GMm,R2)＝meq\f(v2,R)，所以月球质量为：M＝eq\f(Rv2,G)＝eq\f(s3,Gθt2)，故B正确；轨道半径大于月球半径，故月球密度为：ρ＞eq\f(M,\f(4,3)πR3)＝eq\f(\f(s3,Gθt2),\f(4,3)π\f(s3,θ3))＝eq\f(3θ2,4πGt2)，故C错误；由万有引力提供向心力可得线速度为：v＝eq\r(\f(GM,R))，故若该卫星距月球表面的高度变大，则轨道半径变大，其绕月运动的线速度变小，故D正确。15.有一质量为M、半径为R、密度均匀的球体，在距离球心O为2R的地方有一质量为m的质点，现在从M中挖去一半径为eq\f(R,2)的球体(如图)，然后又在挖空部分填满另外一种密度为原来2倍的物质，如图所示。则填充后的实心球体对m的万有引力为()A.eq\f(11GMm,36R2) B.eq\f(5GMm,18R2)C.eq\f(GMm,3R2) D.eq\f(13GMm,36R2)解析：选A设球体密度为ρ，则ρ＝eq\f(M,\f(4,3)πR3)，在球体内部挖去半径为eq\f(R,2)的球体，挖去小球的质量为：m′＝ρeq\f(4,3)πeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(R,2)))2＝eq\f(M,8)，挖去小球前，球与质点的万有引力：F1＝eq\f(GMm,2R2)＝eq\f(GMm,4R2)被挖部分对质点的引力为：F2＝eq\f(G\f(M,8)m,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3R,2)))2)＝eq\f(GMm,18R2)，填充物密度为原来物质的2倍，则填充物对质点的万有引力为挖去部分的二倍，填充后的实心球体对m的万有引力为：F1－F2＋2F2＝eq\f(11GMm,36R2)，A正确，B、C、D错误。16．[多选](2018·平度二模)我国志愿者王跃曾与俄罗斯志愿者一起进行“火星500”的实验活动。