第09小组使用高一物理人教版必修2第六章万有引力与航天单元测试（原卷版）

20172018学年度高一物理人教版必修2第六章万有引力与航天单元测试一、单选题（本大题共9小题，共36.0分）1.2016年10月17日，我国自主研发的神舟十一号载人飞船在酒泉卫星发射中心由长征二号运载火箭发射升空．“神舟11号”发射后首先进入椭圆形轨道绕地球运行，理论上其发射速度为A.km/sB.km/sC.km/sD.大于km/s且小于km/s2.如图所示，a为放在地球赤道上随地球表面一起转动的物体，b为处于地面附近近地轨道上的卫星，c是地球同步卫星，d是高空探测卫星，若a、b、c、d的质量相同，地球表面附近的重力加速度为g．则下列说法正确的是（）A.a和b的向心加速度都等于重力加速度gB.a的角速度最大C.c距离地面的高度不是一确定值D.d是三颗卫星中动能最小，机械能最大的3.2013年6月13日，“神州十号”飞船和“天宫一号”飞行器成功自动对接，航天员聂海胜、张晓光、王亚平在“天宫一号”中处于完全失重状态（如图），对于太空舱中的航天员，下列说法正确的是（）学.科.网...学.科.网...A.航天员处于平衡状态B.航天员不受任何力的作用C.航天员的加速度恒定不变D.航天员受到地球的引力作用4.“神舟十一号”载人飞船，于2016年10月19日3时31分，与“天宫二号”空间实验室成功实现自动交会对接，为我国未来空间站建设进行科学的技术验证，为实现我国从航天大国走向航天强国的中国梦典定了坚实的基础．“天宫二号”围绕地球做圆周运动，是由于受到万有引力作用，我国罗俊院士团队的引力实验室因其算出世界最精确的万有引力常数而被外国专家称为世界“引力中心”，关于万有引力定律的公式，下列正确的是（）A.F=kxB.F=GC.F=maD.F=k5.如图所示，两颗人造地球卫星A、B绕地心O做匀速圆周运动，已知A为同步卫星，B为近地卫星．则正确的判断是（）A.角速度大小的关系是ωA＞ωBB.卫星A的周期为24小时小于卫星B的周期C.向心加速度大小的关系是aA＜aBD.卫星B的线速度大小为第一宇宙速度且小于卫星A的速度6.神舟八号飞船绕地球做匀速圆周运动时，飞行轨道在地球表面的投影如图所示，图中标明了飞船相继飞临赤道上空所对应的地面的经度．设神舟八号飞船绕地球飞行的轨道半径为r1，地球同步卫星飞行轨道半径为r2．则：等于（）A.1：24B.1：156C.1：210D.1：2567.图甲所示的“轨道康复者”航天器可在太空中给“垃圾”卫星补充能源，延长卫星的使用寿命．图乙是“轨道康复者”在某次拯救一颗地球同步卫星前，二者在同一平面内沿相同绕行方向绕地球做匀速圆周运动的示意图，此时二者的连线通过地心，轨道半径之比为1：4．若不考虑卫星与“轨道康复者”之间的引力，则在图示轨道上，（）A.“轨道康复者”的速度大于7.9

km/sB.“轨道康复者”的加速度大小是地球同步卫星的4倍C.“轨道康复者”的周期是3

h，且两者均从图示位置开始经h与同步卫星距离最近D.若要对该同步卫星实施拯救，“轨道康复者”应加速，然后与同步卫星对接8.嫦娥一号探月卫星沿地月转移轨道达到月球，在距月球表面200km的P点进行第一次刹车制动后被月球捕获，进入椭圆轨道Ⅰ绕月飞行．之后，卫星在P点经过几次“刹车制动”，最终在距月球表面200km、周期127分钟的圆形轨道III上绕月球做匀速圈周运动．若已知月球的半径R月和引力常量G，则（）A.卫星经过P点的速度，轨道Ⅰ比轨道Ⅱ小B.卫星经过P点的加速度，轨道Ⅰ比轨道Ⅱ大C.可估算卫星的质量D.可估算月球的质量9.宇航员王亚平在“天宫1号”飞船内进行了我国首次太空授课，演示了一些完全失重状态下的物理现象．若飞船质量为m，距地面高度为h，地球质量为M，半径为R，引力常量为G，则飞船做圆周运动的向心加速度大小为（）A.0B.C.D.二、多选题（本大题共6小题，共30.0分）10.经长期观测人们在宇宙中已经发现了“双星系统”。“双星系统”由两颗相距较近的恒星组成，每个恒星的线度远小于两个星体之间的距离，而且双星系统一般远离其他天体。如图，两颗星球组成的双星，在相互之间的万有引力作用下，绕连线上的O点做周期相同的匀速圆周运动。现测得两颗星之间的距离为L，质量之比为m1∶m2=3∶2，则可知(

)A.m1、m2做圆周运动的线速度之比为2∶3B.m1、m2做圆周运动的角速度之比为3∶2C.m1做圆周运动的半径为LD.m2做圆周运动的半径为L11.通信卫星又叫同步卫星，下面关于同步卫星的说法中正确的是（）A.所有的地球同步卫星都位于地球的赤道平面内B.所有的地球同步卫星的质量都相等C.它运行的线速度一定小于第一宇宙速度D.它可以定位在我们居住的城市桂林的正上空12.火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行，根据开普勒行星运动定律可知（）A.相同时间内，火星与太阳连线扫过的面积等于木星与太阳连线扫过的面积B.火星和木星绕太阳运行速度的大小始终相等C.火星与木星公转周期之比的平方等于它们轨道半长轴之比的立方D.太阳没有位于木星运行轨道的中心13.地球同步卫星与静止在地球赤道上的物体比较，下列物理量相同的是（）A.线速度B.角速度C.向心加速度D.周期14.木星是绕太阳运动的一颗行星，它有多颗卫星．若将木星绕太阳的运动和卫星绕木星的运动均视为匀速圆周运动，现要计算木星的质量，需要知道的物理量是（）A.卫星绕木星运动的周期、轨道半径及引力常量GB.卫星绕木星运动的周期、轨道半径及卫星的质量C.木星的半径、木星表面的重力加速度及引力常量GD.木星绕太阳运动的周期、轨道半径及引力常量G15.地球质量为M，绕太阳做匀速圆周运动，半径为R，有一质量为m的飞船，由静止开始从P点在恒力F的作用下，（不计飞船受到的万有引力），沿PD方向做匀加速直线运动，一年后在D点飞船掠过地球上空，再过三个月，又在Q处掠过地球上空。（取π2=10）根据以上条件可以得出（）A.DQ的距离为RB.PD的距离为RC.地球与太阳的万有引力的大小D.地球与太阳的万有引力的大小三、计算题（本大题共3小题，共34.0分）16.某中子星的质量大约与太阳的质量相等，为2×1030kg，但是它的半径才不过10km，（已知引力常量为G=6.67×1011Nm2/kg2，=1.1，）求：（1）此中子星表面的自由落体加速度。（2）此中子星的第一宇宙速度。17.在“北斗”卫星导航系统中，同步卫星起到非常重要的作用，这些卫星运动在离地心的距离为r的圆形轨道上，同时已知某颗同步卫星的质量m，引力常量G，地球自转周期为T，请根据以上信息，求出下列物理量（用题中给出的物理量表示）。（1）同步卫星运动的角速度大小；（2）地球对该卫星的吸引力大小；（3）地球的质量。18.一宇航员在某未知星球的表面上做平抛运动实验：在离地面h高处让小球以v0的初速度水平抛出，他测出小球落地点与抛出点的水平距离为x，又已知该星球的半径为R，己知万有引力常量为G，求：（1）该星球表面的重力加速度g（2）该星球的质量M（3）该星球的第一宇宙速度v（最后结果必须用题中己知物理量表示）20172018学年度高一物理人教版必修2第六章万有引力与航天单元测试一、单选题（本大题共9小题，共36.0分）1.2016年10月17日，我国自主研发的神舟十一号载人飞船在酒泉卫星发射中心由长征二号运载火箭发射升空．“神舟11号”发射后首先进入椭圆形轨道绕地球运行，理论上其发射速度为A.km/sB.km/sC.km/sD.大于km/s且小于km/s【答案】D【解析】在地球表面发射卫星，大于第一宇宙速度，小于第二宇宙速度，即大于且小于，故D正确，ABC错误；故选D。2.如图所示，a为放在地球赤道上随地球表面一起转动的物体，b为处于地面附近近地轨道上的卫星，c是地球同步卫星，d是高空探测卫星，若a、b、c、d的质量相同，地球表面附近的重力加速度为g．则下列说法正确的是（）A.a和b的向心加速度都等于重力加速度gB.a的角速度最大C.c距离地面的高度不是一确定值D.d是三颗卫星中动能最小，机械能最大的【答案】D【解析】同步卫星的周期必须与地球自转周期相同，角速度相同，则知a与c的角速度相同，根据a=ω2r知，c的向心加速度大．由牛顿第二定律得：，解得：，卫星的轨道半径越大，向心加速度越小，则同步卫星的向心加速度小于b的向心加速度，而b的向心加速度约为g，故知a的向心加速度小于重力加速度g，故A错误；万有引力提供向心力，由牛顿第二定律得：，解得：，由于rb＜rc＜rd，则ωb＞ωc＞ωd，a与c的角速度相等，则b的角速度最大，故B错误；c是同步卫星，同步卫星相对地面静止，c的轨道半径是一定的，c距离地面的是一确定值，故C错误；卫星做圆周运动万有引力提供向心力，由牛顿第二定律得：，卫星的动能：，三颗卫星中d的轨道半径最大，则d的动能最小，以无穷远处为零势能面，机械能：，d的轨道半径最大，d的机械能最大，故D正确；故选D.点睛：对于卫星问题，要建立物理模型，根据万有引力提供向心力，分析各量之间的关系，并且要知道同步卫星的条件和特点.3.2013年6月13日，“神州十号”飞船和“天宫一号”飞行器成功自动对接，航天员聂海胜、张晓光、王亚平在“天宫一号”中处于完全失重状态（如图），对于太空舱中的航天员，下列说法正确的是（）学#科#网...学#科#网...学#科#网...学#科#网...学#科#网...A.航天员处于平衡状态B.航天员不受任何力的作用C.航天员的加速度恒定不变D.航天员受到地球的引力作用【答案】D【解析】太空舱中的人、物体都处于完全失重状态，靠地球的万有引力提供向心力，做圆周运动，故航天员仍受到地球引力，产生加速度，但是加速度方向时刻发生变化，故ABC错误，D正确。点睛：本题要知道太空舱中的人、物体都处于完全失重状态，靠地球的万有引力提供向心力，做圆周运动。4.“神舟十一号”载人飞船，于2016年10月19日3时31分，与“天宫二号”空间实验室成功实现自动交会对接，为我国未来空间站建设进行科学的技术验证，为实现我国从航天大国走向航天强国的中国梦典定了坚实的基础．“天宫二号”围绕地球做圆周运动，是由于受到万有引力作用，我国罗俊院士团队的引力实验室因其算出世界最精确的万有引力常数而被外国专家称为世界“引力中心”，关于万有引力定律的公式，下列正确的是（）A.F=kxB.F=GC.F=maD.F=k【答案】B【解析】A为胡克定律，B为万有引力定律公式，C为牛顿第二定律公式，D为库仑定律公式，故B正确．5.如图所示，两颗人造地球卫星A、B绕地心O做匀速圆周运动，已知A为同步卫星，B为近地卫星．则正确的判断是（）A.角速度大小的关系是ωA＞ωBB.卫星A的周期为24小时小于卫星B的周期C.向心加速度大小的关系是aA＜aBD.卫星B的线速度大小为第一宇宙速度且小于卫星A的速度【答案】C【解析】【详解】根据万有引力提供向心力，得，由此可知，距离越远，角速度越小，ωA<ωB，故A错误。根据万有引力提供向心力，得，轨道半径越小，周期越小，故卫星A的周期为24小时大于卫星B的周期，故B错误。根据＝ma可知，轨道半径小的加速度大，故C正确。第一宇宙速度是绕地球做圆周运动的最大运行速度，卫星B的线速度小于第一宇宙速度且大于卫星A的速度。故D错误。故选C。【点睛】本题主要考查卫星的相关知识，能根据万有引力提供圆周运动向心力分析描述圆周运动物理与卫星轨道半径的关系，知道同步卫星的周期等于地球的自传周期，轨道平面与赤道平面重合.6.神舟八号飞船绕地球做匀速圆周运动时，飞行轨道在地球表面的投影如图所示，图中标明了飞船相继飞临赤道上空所对应的地面的经度．设神舟八号飞船绕地球飞行的轨道半径为r1，地球同步卫星飞行轨道半径为r2．则：等于（）A.1：24B.1：156C.1：210D.1：256【答案】D【解析】试题分析：从图象中可以看出，飞船每转动一圈，地球自转22.5°，故飞船的周期为：，同步卫星的周期为24h，卫星周期公式由得：故,故选D。【名师点睛】神舟八号飞船和地球同步卫星都绕地球做匀速圆周运动，根据题给条件确定它们的周期关系，再利用地球对卫星的万有引力提供卫星做圆周运动的向心力，得出它们的轨道半径关系。考点：万有引力定律在天体运动中的应用。7.图甲所示的“轨道康复者”航天器可在太空中给“垃圾”卫星补充能源，延长卫星的使用寿命．图乙是“轨道康复者”在某次拯救一颗地球同步卫星前，二者在同一平面内沿相同绕行方向绕地球做匀速圆周运动的示意图，此时二者的连线通过地心，轨道半径之比为1：4．若不考虑卫星与“轨道康复者”之间的引力，则在图示轨道上，（）A.“轨道康复者”的速度大于7.9

km/sB.“轨道康复者”的加速度大小是地球同步卫星的4倍C.“轨道康复者”的周期是3

h，且两者均从图示位置开始经h与同步卫星距离最近D.若要对该同步卫星实施拯救，“轨道康复者”应加速，然后与同步卫星对接【答案】D【解析】，，故C错误；D.“轨道康复者”从图示轨道上加速，则会做离心运动，从而接近同步轨道才能实现对接，故D正确。考点：本题考查了万有引力定律、牛顿第二定律.8.嫦娥一号探月卫星沿地月转移轨道达到月球，在距月球表面200km的P点进行第一次刹车制动后被月球捕获，进入椭圆轨道Ⅰ绕月飞行．之后，卫星在P点经过几次“刹车制动”，最终在距月球表面200km、周期127分钟的圆形轨道III上绕月球做匀速圈周运动．若已知月球的半径R月和引力常量G，则（）A.卫星经过P点的速度，轨道Ⅰ比轨道Ⅱ小B.卫星经过P点的加速度，轨道Ⅰ比轨道Ⅱ大C.可估算卫星的质量D.可估算月球的质量【答案】D【解析】【分析】卫星从轨道Ⅰ到轨道Ⅱ，需要在P点“刹车”；根据同一点卫星所受万有引力相同，根据卫星运动特征比较加速度大小问题．万有引力提供圆周运动的向心力，已知轨道半径和绕行周期可以算出中心天体月球的质量．【详解】由题意可知，卫星从轨道Ⅰ到轨道Ⅱ，需要在P点“刹车”，所以卫星经过P点的速度，轨道Ⅰ比轨道Ⅱ大，故A错误；卫星的加速度由万有引力产生，根据G＝ma可知，卫星在轨道I和轨道III上经P点时的加速度相同，故B错误；根据万有引力提供圆周运动向心力可以算得月球的质量M，但不能得到卫星的质量，故C错误，D正确。故选D。9.宇航员王亚平在“天宫1号”飞船内进行了我国首次太空授课，演示了一些完全失重状态下的物理现象．若飞船质量为m，距地面高度为h，地球质量为M，半径为R，引力常量为G，则飞船做圆周运动的向心加速度大小为（）A.0B.C.D.【答案】D【解析】试题分析：飞船在距地面高度为h处，由万有引力等于重力得：解得：故选D．考点：万有引力定律的应用【名师点睛】本题考查万有引力定律的应用，要能根据公式求解飞船做圆周运动的向心加速度，难度不大，属于基础题。视频二、多选题（本大题共6小题，共30.0分）10.经长期观测人们在宇宙中已经发现了“双星系统”。“双星系统”由两颗相距较近的恒星组成，每个恒星的线度远小于两个星体之间的距离，而且双星系统一般远离其他天体。如图，两颗星球组成的双星，在相互之间的万有引力作用下，绕连线上的O点做周期相同的匀速圆周运动。现测得两颗星之间的距离为L，质量之比为m1∶m2=3∶2，则可知(

)A.m1、m2做圆周运动的线速度之比为2∶3B.m1、m2做圆周运动的角速度之比为3∶2C.m1做圆周运动的半径为LD.m2做圆周运动的半径为L【答案】AC【解析】双星系统靠相互间的万有引力提供向心力，角速度大小相等，向心力大小相等，则有：，则，因为，则，.根据，知，故A、C正确，B、D错误。故选AC.【点睛】双星系统靠相互间的万有引力提供向心力，角速度的大小相等，根据向心力的关系求出转动的半径之比，从而得出线速度大小之比．11.通信卫星又叫同步卫星，下面关于同步卫星的说法中正确的是（）A.所有的地球同步卫星都位于地球的赤道平面内B.所有的地球同步卫星的质量都相等C.它运行的线速度一定小于第一宇宙速度D.它可以定位在我们居住的城市桂林的正上空【答案】AC【解析】A、所有的地球同步卫星的必要条件之一，是它们的轨道都必须位于地球的赤道平面内，位于赤道的上空，故A正确，D错误；B、所有的地球同步卫星的质量不一定相等，故选项B错误；C、卫星的运行速度，同步卫星的轨道半径大于地球半径，则其速度小于第一宇宙速度，则C正确；点睛：对于同步卫星，要抓住五个“一定”：轨道一定，角速度一定，高度一定，速率一定，周期一定。12.火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行，根据开普勒行星运动定律可知（）A.相同时间内，火星与太阳连线扫过的面积等于木星与太阳连线扫过的面积B.火星和木星绕太阳运行速度的大小始终相等C.火星与木星公转周期之比的平方等于它们轨道半长轴之比的立方D.太阳没有位于木星运行轨道的中心【答案】CD【解析】【详解】根据第二定律：对每一个行星而言，太阳与行星的连线在相同时间内扫过的面积相等，是对同一个行星而言，故A错误；第二定律：对每一个行星而言，太阳行星的连线在相同时间内扫过的面积相等。行星在此椭圆轨道上运动的速度大小不断变化，故B错误；根据开普勒第三定律，R3/T2=K，K为常数，火星与木星公转周期之比的平方等于它们轨道半长轴之比的立方。故C正确；第一定律的内容为：所有行星分别沿不同大小的椭圆轨道绕太阳运动，太阳处于椭圆的一个焦点上，故D正确；故选CD。【点睛】正确理解开普勒的行星运动三定律是解答本题的关键．注意第三定律R3/T2=K中，R是半长轴，T是公转周期，K与中心天体的质量有关．13.地球同步卫星与静止在地球赤道上的物体比较，下列物理量相同的是（）A.线速度B.角速度C.向心加速度D.周期【答案】BD【解析】【分析】地球同步卫星的角速度与地球自转的角速度相同，相对于地球静止．静止在地球赤道上的物体角速度与地球自转的角速度相同．根据v=ωr分析线速度关系，由公式an=ω2r分析向心加速度关系。【详解】地球同步卫星的角速度与地球自转的角速度相同，相对于地球静止。静止在地球赤道上的物体角速度与地球自转的角速度也相同。则地球同步卫星与静止在地球赤道上的物体角速度ω相同。根据v=ωr分析可知，地球同步卫星的线速度大于地球上物体的线速度。故A错误，B正确。由公式an=ω2r分析得知，地球同步卫星的轨道半径大，向心加速度大。故C错误。由周期可知，卫星与物体周期相同。故D正确。故选BD。14.木星是绕太阳运动的一颗行星，它有多颗卫星．若将木星绕太阳的运动和卫星绕木星的运动均视为匀速圆周运动，现要计算木星的质量，需要知道的物理量是（）A.卫星绕木星运动的周期、轨道半径及引力常量GB.卫星绕木星运动的周期、轨道半径及卫星的质量C.木星的半径、木星表面的重力加速度及引力常量GD.木星绕太阳运动的周期、轨道半径及引力常量G【答案】AC【解析】【详解】木星的卫星绕木星运动的周期，和木星的卫星的轨道半径，设木星质量为M，木星的卫星的质量为m，木星的卫星的周期为T，轨道为r，根据万有引力提供向心力，解得木星的质量．故A正确，B错误；已知木星的半径、木星表面的重力加速度及引力常量G．则由mg=，可以求出木星的质量。故C正确；根据万有引力提供向心力，只能求出中心天体的质量，由于木星绕太阳运动的中心天体是太阳，则已知木星绕太阳运动的周期、轨道半径及引力常量G，只能求解太阳的质量，故D错误；故选AC。【点睛】本题关键是根据木星的卫星做圆周运动的向心力有万有引力提供，列出方程，分析方程式即可看出要测量的量．15.地球质量为M，绕太阳做匀速圆周运动，半径为R，有一质量为m的飞船，由静止开始从P点在恒力F的作用下，（不计飞船受到的万有引力），沿PD方向做匀加速直线运动，一年后在D点飞船掠过地球上空，再过三个月，又在Q处掠过地球上空。（取π2=10）根据以上条件可以得出（）A.DQ的距离为RB.PD的距离为RC.地球与太阳的万有引力的大小D.地球与太阳的万有引力的大小【答案】ABC【解析】【分析】根据DQ的时间与周期的关系得出D到Q所走的圆心角，结合几何关系求出DQ的距离。抓住飞船做匀加速直线运动，结合PD的时间和PQ的时间之比得出位移之比，从而得出PD的距离。根据位移时间公式和牛顿第二定律，结合地球与太阳之间的引力等于地球的向心力求出引力的大小。【详解】地球绕太阳运动的周期为一年，飞船从D到Q所用的时间为三个月，则地球从D到Q的时间为三个月，即四分之一个周期，转动的角度为90度，根据几何关系知，DQ的距离为R，故A正确。因为P到D的时间为一年，D到Q的时间为三个月，可知P到D的时间和P到Q的时间之比为4：5，根据x=at2得，PD和PQ距离之比为16：25，则PD和DQ的距离之比为16：9，DQ=R，则PD=R，故B正确。地球与太阳的万有引力等于地球做圆周运动的向心力，对PD段，根据位移公式有R=at2，a=F/m，因为P到D的时间和D到Q的时间之比为4：1，则，即T=t，向心力Fn=MR，联立解得地球与太阳之间的引力F=，故C正确，D错误。故选ABC。三、计算题（本大题共3小题，共34.0分）16.某中子星