【全程复习方略】（安徽专用）高中物理 第四章 第4讲 万有引力与航天课时提升作业 新人教版.doc

第四章 第4讲 万有引力与航天 (40分钟 100分)选择题(本大题共14小题,112小题每小题7分,13、14小题每小题8分,共100分。每小题只有一个答案正确)1.(2012安徽高考)我国发射的“天宫一号”和“神舟八号”在对接前,“天宫一号”的运行轨道高度为350km,“神舟八号”的运行轨道高度为343km。它们的运行轨道均视为圆周,则()a.“天宫一号”比“神舟八号”速度大b.“天宫一号”比“神舟八号”周期长c.“天宫一号”比“神舟八号”角速度大d.“天宫一号”比“神舟八号”加速度大2.近年来,人类发射的多枚火星探测器已经相继在火星上着陆,正在进行着激动人心的科学探究,为我们将来登上火星、开发和利用火星打下坚实的基础。如果火星探测器环绕火星做“近地”匀速圆周运动,并测得该运动的周期为t,若火星的平均密度为。下列关系式中正确的是()a.t b.1tc.t2 d.1t23.(2013宁波模拟)1798年,英国物理学家卡文迪许测出万有引力常量g,因此卡文迪许被人们称为能称出地球质量的人。若已知万有引力常量g,地球表面处的重力加速度g,地球半径r,地球上一个昼夜的时间t1(地球自转周期),一年的时间t2(地球公转的周期),地球中心到月球中心的距离l1,地球中心到太阳中心的距离l2。你能计算出()a.地球的质量m地=gr2gb.太阳的质量m太=42l22gt22c.月球的质量m月=42l13gt12d.可求月球、地球及太阳的密度4.(2012新课标全国卷)假设地球是一半径为r、质量分布均匀的球体。一矿井深度为d。已知质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零。矿井底部和地面处的重力加速度大小之比为()a.1-dr b.1+drc.(r-dr)2 d.(rr-d)25.(2013淮北模拟)已知近地卫星线速度大小为v1、向心加速度大小为a1,地球同步卫星线速度大小为v2、向心加速度大小为a2。设近地卫星距地面高度不计,同步卫星距地面高度约为地球半径的6倍。则以下结论正确的是()a.v1v2=61 b.v1v2=71c.a1a2=71 d.a1a2=4916.“北斗”卫星导航定位系统由5颗静止轨道卫星(同步卫星)和30颗非静止轨道卫星组成(如图所示),30颗非静止轨道卫星中有27颗是中轨道卫星,中轨道卫星平均分布在倾角为55的三个平面上,轨道高度约为21 500 km,静止轨道卫星的高度约为36 000 km。已知地球半径为6 400 km,(279424)30.53,下列说法中正确的是()a.质量小的静止轨道卫星的高度比质量大的静止轨道卫星的高度要低b.静止轨道卫星的向心加速度小于中轨道卫星的向心加速度c.中轨道卫星的周期约为45.2 hd.中轨道卫星的线速度大于7.9 km/s7.(2013池州模拟)关于人造地球卫星,以下说法正确的是()a.卫星绕地球做圆周运动时,其向心加速度可能大于地球表面的重力加速度b.卫星绕地球做圆周运动时,其线速度不可能大于第一宇宙速度c.卫星绕地球做圆周运动的周期只要等于24 h,这颗卫星一定是地球的同步卫星d.随着科技的发展,将来一定能发射定点于北京上空的地球同步卫星8.(2013唐山模拟)为研究太阳系内行星的运动,需要知道太阳的质量,已知地球半径为r,地球质量为m,太阳与地球中心间距为r,地球表面的重力加速度为g,地球绕太阳公转的周期为t。则太阳的质量为()a.42r3t2r2g b.t2r2g42mr3c.42mgr3r3t2 d.42mr3t2r2g9.(2013蚌埠模拟)2011年9月29日,我国成功发射“天宫一号”飞行器,“天宫一号”绕地球做匀速圆周运动的速度约为28 000 km/h,地球同步卫星的环绕速度约为3.1 km/s,比较两者绕地球的运动()a.“天宫一号”的轨道半径大于同步卫星的轨道半径b.“天宫一号”的周期大于同步卫星的周期c.“天宫一号”的角速度小于同步卫星的角速度d.“天宫一号”的向心加速度大于同步卫星的向心加速度10.(2013玉林模拟)据报道,天文学家近日发现了一颗距地球40光年的“超级地球”,名为“55cancrie”,该行星绕母星(中心天体)运行的周期约为地球绕太阳运行周期的1480,母星的体积约为太阳的60倍。假设母星与太阳密度相同,“55cancrie”与地球均做匀速圆周运动,则“55cancrie”与地球的()a.轨道半径之比约为360480b.轨道半径之比约为3604802c.向心加速度之比约为3604802d.向心加速度之比约为36048011.宇宙中两个星球可以组成双星,它们只在相互间的万有引力作用下,绕球心连线的某点做周期相同的匀速圆周运动。根据宇宙大爆炸理论,双星间的距离在不断缓慢增加,设双星仍做匀速圆周运动,则下列说法错误的是()a.双星相互间的万有引力减小b.双星做圆周运动的角速度增大c.双星做圆周运动的周期增大d.双星做圆周运动的半径增大12.(2012江苏高考改编)2011年8月,“嫦娥二号”成功进入了环绕“日地拉格朗日点”的轨道,我国成为世界上第三个造访该点的国家。如图所示,该拉格朗日点位于太阳和地球连线的延长线上,一飞行器处于该点,在几乎不消耗燃料的情况下与地球同步绕太阳做圆周运动,则此飞行器的()a.线速度大于地球的线速度b.角速度大于地球的角速度c.向心力仅由太阳的引力提供d.向心力仅由地球的引力提供13.(2013昆明模拟)“嫦娥一号”探月卫星绕地运行一段时间后,离开地球飞向月球。如图所示是绕地飞行的三条轨道,轨道1是近地圆形轨道,2和3是变轨后的椭圆轨道。a点是2轨道的近地点,b点是2轨道的远地点,卫星在轨道1的运行速率为7.7 km/s,则下列说法中正确的是()a.卫星在2轨道经过a点时的速率一定大于7.7km/sb.卫星在2轨道经过b点时的速率一定大于7.7km/sc.卫星在3轨道所具有的机械能小于在2轨道所具有的机械能d.卫星在3轨道所具有的最大速率小于在2轨道所具有的最大速率14.(能力挑战题)2011年12月,美国宇航局宣布,通过开普勒太空望远镜的观察证实了太阳系外第一颗类似地球的、适合居住的行星“开普勒-22b(kepler-22b)”。该行星距离地球约600光年,体积是地球的2.4倍,质量约是地球的18.5倍。它像地球绕太阳运行一样每290天环绕恒星运行一周。由于恒星风的影响,该行星的大气不断被吸引到恒星上。据估计,这颗行星每秒丢失至少10 000 t物质。已知地球半径为6 400 km,地球表面的重力加速度为9.8 m/s2,引力常量g为6.6710-11nm2/kg2,则由上述信息()a.可估算该恒星密度b.可估算该行星密度c.可判断恒星对行星的万有引力增大d.可判断该行星绕恒星运行周期大小不变答案解析1.【解析】选b。由gmmr2=mr2=mv2r=mr42t2=ma,得v=gmr,=gmr3,t=2r3gm,a=gmr2,由于r天r神,所以v天v神,天t神,a天a神;故正确选项为b。【变式备选】甲、乙为两颗地球卫星,其中甲为地球同步卫星,乙的运行高度低于甲的运行高度,两卫星轨道均可视为圆轨道。以下判断正确的是()a.甲的周期大于乙的周期b.乙的速度大于第一宇宙速度c.甲的加速度大于乙的加速度d.甲在运行时能经过北极的正上方【解析】选a。由题意知甲卫星的轨道半径比乙大,由万有引力提供向心力可得gmmr2=m42t2r,得出周期和轨道半径的关系t=2r3gm,轨道半径越大,卫星周期越长。可得出a选项正确。又由万有引力充当向心力的另一个表达式gmmr2=mv2r可得线速度和轨道半径的关系v=gmr,轨道半径越大,线速度越小。可得出b项错误。又由gmmr2=ma,得a=gmr2,故轨道半径越大,向心加速度越小。可得出c项错误。地球同步卫星的轨道应在赤道正上方,不可能经过北极,d项错误。2.【解析】选d。由gmmr2=m42rt2及m=43r3可知1t2,选项d正确。3.【解析】选a。由gmmr2=mg解得地球的质量m地=gr2g,选项a正确;根据地球绕太阳运动的万有引力等于向心力可得出太阳的质量m太=42l23gt22,选项b错误;不能求出月球的质量和月球、太阳的密度,选项c、d错误。4.【解析】选a。根据万有引力与重力相等可得,在地面处有:gm43r3r2=mg在矿井底部有:gm43(r-d)3(r-d)2=mg,所以gg=r-dr=1-dr。故选项a正确。5.【解析】选d。设地球半径为r,则同步卫星的轨道半径为7r,由gmmr2=mv2r得v=gmr,故v1v2=gmrgm7r=71,a、b错误;由gmmr2=ma得a=gmr2,故a1a2=gmr2gm(7r)2=491,c错误,d正确。【总结提升】同步卫星、近地卫星和赤道上随地球自转物体的比较(1)近地卫星是轨道半径等于地球半径的卫星,卫星做匀速圆周运动的向心力由万有引力提供。同步卫星是在赤道平面内,定点在某一特定高度的卫星,其做匀速圆周运动的向心力由万有引力提供。在赤道上随地球自转做匀速圆周运动的物体是地球的一个部分,它不是地球的卫星,充当向心力的是物体所受万有引力与重力之差。(2)近地卫星与同步卫星的共同点是卫星做匀速圆周运动的向心力由万有引力提供;同步卫星与赤道上随地球自转的物体的共同点是具有相同的角速度。当比较近地卫星和赤道上物体的运动规律时,往往借助同步卫星这条纽带会使问题迎刃而解。6.【解析】选b。质量不同的静止轨道卫星的高度相同,选项a错误;由万有引力定律和牛顿第二定律可知,静止轨道卫星的向心加速度小于中轨道卫星的向心加速度,选项b正确;由开普勒第三定律,中轨道卫星的周期为(279424)324 h=0.5324 h=12.72 h,选项c错误;中轨道卫星的线速度小于7.9km/s,选项d错误。7.【解析】选b。由gmmr2=ma得a=gmr2,r越大,a越小,r最小时为地球半径r,即卫星的最大向心加速度等于地球表面的重力加速度,a错;第一宇宙速度是卫星绕地球做圆周运动的最大速度,b对;只有在赤道正上空的运动轨道上的卫星,且周期为24 h,该卫星才是地球的同步卫星,c错;地球同步卫星一定在赤道正上空,d错。8.【解析】选d。地球表面质量为m的物体受到的万有引力等于重力,即gmmr2=mg,对地球绕太阳做匀速圆周运动有gmmr2=m42rt2,解得m=42mr3t2r2g,选项d正确。9.【解析】选d。“天宫一号”飞行器和同步卫星绕地球做匀速圆周运动的向心力由万有引力提供,由牛顿第二定律得gmmr2=mv2r,解得r=gmv2,由于“天宫一号”绕地球做匀速圆周运动的速度大于地球同步卫星的环绕速度,故“天宫一号”的轨道半径小于同步卫星的轨道半径,选项a错误;由gmmr2=m42t2r=m2r=man得t=2r3gm,=gmr3,an=gmr2,故轨道半径越大,周期越长、角速度越小、向心加速度越小,选项b、c错误,d正确。10.【解析】选b。由m=v得m母星m太阳=60,由gmmr2=m42rt2得r=3gmt242,故r55r地=3m母星t552m太阳t地2=3604802,选项a错误,b正确;由gmmr2=ma得a=gmr2,故a55a地=m母星r地2m太阳r552=3604804,选项c、d错误。11.【解析】选b。由m1r12=m2r22及r1+r2=r得,r1=m2rm1+m2,r2=m1rm1+m2,可知d正确;f=gm1m2r2=m1r12=m2r22,r增大,f减小,a正确;r1增大,减小,b错误;由t=2知t增大,c正确。12.【解题指南】解答本题时可按以下思路分析:同步的特点半径关系实例中向心力特点【解析】选a。由题意知在该位置时,飞行器和地球具有相同的角速度,b错误;由于飞行器绕太阳运行的轨道半径大于地球绕太阳运行的轨道半径,由v=r可知,飞行器的线速度一定大于地球的线速度,a正确;此位置上向心力应由太阳和地球对其万有引力的合力提供,所以c和d错误。13.【解题指南】解答本题应注意以下两点:(1)卫星在椭圆轨道近地点做离心运动,在远地点做近心运动。(2)卫星在不同轨道上运动时,轨道越高,机械能越大。【解析】选a。卫星在1轨道做匀速圆周运动,由万有引力定律和牛顿第二定律得gmmr2=mv12r,卫星在2轨道a点做离心运动,则有gmmr2mv2a2r,故v1mv2b2rb,若卫星在经过b点的圆轨道上运动,则gmmrb2=mvb2rb,由于rvb,故v2bvbv1=7.7km/s,选项b错误;3轨道的高度大于2轨道的高度,故卫星在3轨道所具有的机械能大于在2轨道所具有的机械能,选项c错误;卫星在各个轨道上运动时,只有万有引力做功,机械能守恒,在a点时重力势能最小,动能最大,速率最大,故卫星在3轨道所具有的最大速率大于在2轨道所具有的最大速率,选项d错误。14.【解题指南】解答本题应注意以下两点:(1)由地球半径