高中物理必修二第七章万有引力与宇宙航行真题(带答案)

高中物理必修二第七章万有引力与宇宙航行真题

单选题1、如图所示，A为地面上的待发射卫星，B为近地圆轨道卫星，C为地球同步卫星。三颗卫星质量相同，三颗卫星的线速度大小分别为、、，角速度大小分别为、、，周期分别为、、，向心加速度大小分别为、、，则（

）A．B．C．D．答案：AA．同步卫星C的角速度等于地面上的特发射卫星A的角速度，即B、C均为卫星，由万有引力提供向心力有解得由于卫星B的轨道半径小于C的轨道半径，则所以故A正确；B．同步卫星C的周期等于地面上的特发射卫星A的周期，即TA=TCB、C均为卫星，根据开普勒第三定律可知B的周期小于C的周期，即TC＞TB所以有TA=TC＞TB故B错误；C．同步卫星C的角速度等于地面上的特发射卫星A的角速度，即根据可知由万有引力提供向心力有解得可知B的线速度大于C的线速度，即所以有故C错误；D．同步卫星C的角速度等于地面上的特发射卫星A的角速度，即根据可知根据牛顿第二定律可得解得B的向心加速度大于C的向心加速度，即所以有故D错误。故选A。2、若地球半径为R，把地球看作质量分布均匀的球体。“蛟龙号”下潜深度为d，“天宫一号”轨道距离地面高度为h，“蛟龙”号所在处与“天宫一号”所在处的加速度大小之比为（质量分布均匀的球壳对内部物体的万有引力为零）（

）A．B．C．D．答案：C设地球的密度为ρ，则在地球表面，物体受到的重力和地球的万有引力大小相等，有由于地球的质量为所以重力加速度的表达式可写成质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零，故在深度为d的地球内部，受到地球的万有引力即为半径等于（R－d）的球体在其表面产生的万有引力，故“蛟龙号”的重力加速度所以有根据万有引力提供向心力有G＝ma“天宫一号”所在处的重力加速度为a＝所以，故选C。3、同步卫星是与地球自转同步的人造地球卫星，它位于赤道正上方，而且（）A．运行速度可按需要取值B．运行周期可按需要取值C．离地心的距离是一确定的值D．可以位于任何城市的上空答案：CB．地球的同步卫星的特点是周期、角速度与地球自转同期、角速度相同，故B错误；CD．地球的同步卫星的特点是周期、角速度与地球自转同期、角速度相同，由得可知同步卫星的轨道半径是固定的，只能在赤上空，离地高度固定，故C正确，D错误；A．根据运行速度大小一定，故A错误。故选C。4、2021年6月29日，一篇发表在《天体物理学杂志快报》的论文称发现了两例来自黑洞吞噬中子星的引力波事件。有研究发现黑洞是通过不断“吸食”中子星表面的物质，从而慢慢吞噬中子星的。假设吞噬过程末期较短时间内黑洞和中子星之间的距离保持不变，总质量不变，黑洞质量大于中子星质量，二者可视为双星系统，则吞噬末期（

）A．二者之间的万有引力不变B．黑洞和中子星做圆周运动的角速度不变C．中子星的轨道半径逐渐减小D．黑洞做圆周运动的线速度逐渐增大答案：BA．设黑洞的质量为，轨道半径为，中子星的质量为，轨道半径为，一段时间内“吸食”的质量为，则二者之间的万有引力为由数学知识可知，随着的增大，F逐渐减小，故A错误；B．对黑洞有对中子星有两式联立可解得因为定值，故ω始终不变，故B正确；C．因整理可得由于逐渐增大，故也逐渐增大，故C错误；D．因逐渐增大，故逐渐减小，由可知黑洞的线速度逐渐减小，故D错误。故选B。5、为“嫦五”环绕月球做匀速圆周运动提供向心力的是（

）A．太阳对“嫦五”的万有引力B．月球对“嫦五”的万有引力C．火星对“嫦五”的万有引力D．地球对“嫦五”的万有引力答案：B为“嫦五”环绕月球做匀速圆周运动提供向心力的是月球对“嫦五”的万有引力。故选B。6、2021年2月，我国“天问一号”火星探测器抵达环绕火星的轨道，正式开启火星探测之旅，如图所示。“天问一号”进入火星停泊轨道2后，在近火点280千米，远火点5.9万千米，进行相关探测后再进入较低的椭圆轨道3开展科学探测。则“天问一号”（

）A．轨道2环绕周期比轨道3环绕周期小B．轨道2近火点的加速度比轨道3近火点的加速度大C．轨道2近火点的速率比轨道3近火点的速率大D．轨道2近火点的机械能比轨道2远火点的机械能小答案：CA．根据开普勒第三定律可知，轨道半径越大，环绕周期越大，故轨道2环绕周期比轨道3环绕周期大，故A错误；B．轨道2的近火点和轨道3的近火点为同一位置，加速度相等，故B错误；C．根据卫星变轨原理可知，从轨道2进入轨道3减速，做近心运动，所以轨道2近火点的速率比轨道3近火点的速率大，故C正确；D．探测器在轨道2上运行，只受万有引力作用，机械能守恒，故D错误。故选C。7、2020年12月17日1时59分，随着我国“嫦娥五号”返回器携带月球样品于内蒙古中部四子王旗成功着陆，我国实现了月球探测“绕、落、回”三步走规划的完美收官，标志着我国具备了地月往返的能力，是我国航天事业发展中里程碑式的新跨越。此次任务中需要完成上升器与轨道返回组合体的交会对接，将上升器中存放的月球样品通过轨道器转移到返回器中。假设此次交会对接的过程如图所示，上升器先在半径为r的环月轨道飞行，轨道返回组合体在半径为R的环月轨道飞行，当轨道返回组合体运动到图示B点时，上升器立即加速进入远月点与月球距离为R的椭圆轨道并恰与轨道返回组合体在远月点C相遇对接。则B、C两点对应的圆心角度是（

）A．

B．π

C．

D．π

答案：A由开普勒第三定律可知，上升器在椭圆轨道上运行周期等于绕月半径为圆轨道运行周期，由G解得椭圆轨道上的运动周期为T上=2π=2π=π上升器沿椭圆轨道从A点运动到C点的时间为运动周期的一半，即t=而组合体沿圆轨道运动的周期为T组=2π可得解得θ=2π故选A。8、卫星甲是一颗静止轨道卫星（同步卫星），轨道半径约为地球半径的6.6倍，卫星乙是一颗地球极地轨道卫星，轨道半径约为地球半径的3.17倍。下列说法正确的是（

）A．甲的公转周期比月球的公转周期大B．甲的公转角速度比乙的公转角速度大C．甲的公转线速度比乙的公转线速度大D．甲的公转向心加速度比乙的向心加速度小答案：DA．由于甲是一颗静止轨道卫星（同步卫星），所以甲的公转周期是24小时，而月球的公转周期大约是27天，故A错误；B．由卫星公转时万有引力提供向心力得由于甲轨道半径比乙轨道半径大，所以甲的公转角速度比乙的公转角速度小，故B错误；C．由卫星公转时万有引力提供向心力得由于甲轨道半径比乙轨道半径大，所以甲的公转线速度比乙的公转线速度小，故C错误；D．由卫星公转时万有引力提供向心力得由于甲轨道半径比乙轨道半径大，所以甲的公转向心加速度比乙的向心加速度小，故D正确。故选D。多选题9、下列说法正确的是（

）A．经典力学适用于任何领域B．经典力学只适用于宏观、低速物体的运动，对于微观、高速运动不适用C．在经典力学中，物体的长度不随运动状态而改变，在狭义相对论中，物体的长度随速度的增大而增大D．相对论与量子力学并没有否定经典力学，而认为经典力学是在一定条件下的特殊情形答案：BDAB．经典力学只适用于宏观、低速物体的运动，对于微观、高速运动不适用，故A错误，B正确；C．在经典力学中，物体的长度不随运动状态而改变，在狭义相对论中，物体的长度随速度的增大而减小，故C错误；D．相对论与量子力学并没有否定经典力学，而认为经典力学是在一定条件下的特殊情形，故D正确。故选BD。10、质量为m的小球由轻绳a和b分别系于一轻质细杆的B点和A点，如图所示，绳a与水平方向成θ角，绳b在水平方向且长为l，当轻杆绕轴AB以角速度ω匀速转动时，小球在水平面内做匀速圆周运动，则下列说法正确的是（

）A．a绳弹力不可能为零B．a绳的弹力随角速度的增大而增大C．当角速度，b绳将出现弹力D．若b绳突然被剪断，则a绳的弹力一定发生变化答案：ACA

B．小球在竖直方向受重力，所以必须有力平衡重力，而这个力只能是a绳在竖直方向的分力，即Tasin

θ＝mg得由此可知Ta与ω无关，故B错误，A正确；C．由圆锥摆模型知ω较小时b绳无弹力，设ω＝ω0时b绳刚伸直，对球进行受力分析，有＝则ω0＝＝C正确；D．当b绳上没弹力时，将b突然剪断，a绳上的弹力也不会发生变化，故D错误。故选AC。11、设某人在速度为0.5c的飞船上打开一个光源，则下列说法正确的是（

）A．飞船正前方地面上的观察者观察这一光速为1.5cB．飞船正后方地面上的观察者观察这一光速为0.5cC．在垂直飞船前进方向地面上的观察者观察这一光速是cD．在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c答案：CD根据狭义相对论的“光速不变原理”可知，真空中的光速在不同的惯性系中都是相同的，CD正确。故选CD。12、2020年6月23日，“北斗三号”最后一颗全球组网卫星在西昌卫星发射中心点火升空，中国终于有了自己的卫星导航系统，未来将向全世界开放，也会成为70多亿人生活的一部分。北斗卫星导航系统有55颗卫星，若其中在同一平面不同轨道上同向运行的两颗人造地球卫星甲和乙，它们运行的周期分别是2小时、16小时，且某时刻两卫星相距最近。则下列说法中正确的是（

）A．两颗卫星再次相距最近的时间是小时B．两颗卫星相距最远的时间是(16k+4)(k＝0，1，2，……)小时C．乙卫星点火加速可以与甲卫星对接D．甲、乙两颗卫星的轨道半径之比为1：4答案：ADA．设两颗卫星运行的周期分别为T1、T2，设经过时间两卫星再次相距最近，则它们运行的角度之差即解得故A正确；B．两卫星相距最远时，它们运行的角度之差＝(2k+1)π

(k＝0，1，2……)即(2k+1)π(k＝0，1，2……)解得(k＝0，1，2……)小时故B错误；C．乙卫星点火加速，v突然增大，有乙卫星将做离心运动，不可能与甲卫星对接。故C错误；D．根据开普勒第三定律可知解得故D正确。故选AD。13、如图是在同一平面不同轨道上运行的两颗人造地球卫星，设它们运行的周期分别是T1、T2（T1<T2），且某时刻两卫星相距最近，则下列说法正确的是（

）A．两卫星再次相距最近的时间是B．两卫星相距最远的时间是C．两卫星再次相距最近的时间是D．两卫星相距最远的时间是（其中）答案：ADAC．两卫星再次相距最近时，运行周期短的卫星比周期长的卫星正好多运行一圈，即转动的角度相差2π，所以有解得故A正确，C错误；BD．两卫星相距最远时，运行周期短的卫星比周期长的卫星正好多运行k圈加半圈，即转动的角度相差（其中），所以有解得（其中）故B错误，D正确。故选AD。填空题14、已知地球同步卫星离地心距离为，其运行速率用表示，加速度大小用表示；又已知地球半径为，在赤道上物体随地球自转的向心加速度大小用表示，第一宇宙速度用表示。则由此可知，________；________。答案：

[1]地球同步卫星绕地球做匀速圆周运动的角速度与地球自转角速度相等，则有，可得[2]设地球质量为，同步卫星绕地球做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力可得解得第一宇宙速度为卫星在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动的运行速度，根据万有引力提供向心力可得解得联立可得15、所有物体间都存在万有引力，万有引力定律用公式表示为__________。答案：所有物体间都存在万有引力，万有引力定律用公式表示为，和为可看成两质点的两物体的质量，为两质点间的距离。16、已知地球