-新教材物理人教必修万有引力与宇宙航行提升练习及答案

2019—2020新教材物理人教必修第二册第7章万有引力与宇宙航行提升练习及答案（新教材）必修第二册第七章万有引力与宇宙航行一、选择题1、如图所示，某人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径为月球绕地球运转半径的eq\f(1,9)，设月球绕地球运动的周期为27天，则此卫星的运转周期大约是()\f(1,9)天\f(1,3)天天天2、地球质量大约是月球质量的81倍，在“嫦娥三号”探月卫星通过月、地之间某一位置时，月球和地球对它的引力大小相等，该位置到月球中心和地球中心的距离之比为()∶3∶9∶27∶13、(双选)一质量为m1的卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径为r，卫星绕地球做匀速圆周运动的周期为T，已知地球的半径为R，地球表面的重力加速度为g，引力常量为G，则地球的质量M可表示为()\f(4π2r3,GT2)\f(4π2R3,GT2)\f(gR2,G)\f(gr2,G)4、(双选)人造地球卫星绕地球表面附近做匀速圆周运动，设地球半径为R，地面处的重力加速度为g，人造地球卫星()A.绕行的线速度最大为eq\r(gR)B.绕行的周期小于2πeq\r(\f(R,g))C.在距地面高为R处的绕行速度为eq\r(\f(Rg,2))D.在距地面高为R处的周期为2πeq\r(\f(2R,g))5、下列说法正确的是()A．经典力学能够说明微观粒子的规律性B．经典力学适用于宏观物体的低速运动问题，不适用于高速运动的物体C．相对论与量子力学的出现，说明经典力学已失去意义D．对于宏观物体的高速运动问题，经典力学仍适用6、(多选)地球绕地轴自转时，对静止在地面上的某一个物体，下列说法正确的是()A.物体的重力并不等于它随地球自转所需要的向心力B.在地面上的任何位置，物体向心加速度的大小都相等，方向都指向地心C.在地面上的任何位置，物体向心加速度的方向都垂直指向地球的自转轴D.物体随地球自转的向心加速度随着地球纬度的减小而增大7、(双选)通过观测冥王星的卫星，可以推算出冥王星的质量。假设卫星绕冥王星做匀速圆周运动，除了引力常量外，至少还需要两个物理量才能计算出冥王星的质量。这两个物理量可以是()A.卫星的速度和角速度B.卫星的质量和轨道半径C.卫星的质量和角速度D.卫星的运行周期和轨道半径8、2017年11月21日，我国以“一箭三星”方式将吉林一号视频04、05、06星成功发射。其中吉林一号04星的工作轨道高度约为535km，比同步卫星轨道低很多，同步卫星的轨道又低于月球的轨道，其轨道关系如图所示。下列说法正确的是()A.吉林一号04星的发射速度一定小于km/sB.同步卫星绕地球运行的角速度比月球绕地球的角速度大C.吉林一号04星绕地球运行的周期比同步卫星的周期大D.所有卫星在运行轨道上完全失重，重力加速度为零9、牛顿运动定律不适用于下列哪些情况()A．研究原子中电子的运动B．研究“嫦娥三号”的高速发射C．研究地球绕太阳的运动D．研究飞机从北京飞往纽约的航线10、(多选)月球表面的重力加速度为地球表面重力加速度的eq\f(1,6)，一个质量为600kg的飞行器到达月球后()A.在月球上的质量仍为600kgB.在月球表面受到的重力为980NC.在月球表面上方的高空中所受万有引力小于980ND.在月球上的质量将小于600kg11、“静止”在赤道上空的地球同步气象卫星将气象数据发回地面，为天气预报提供准确、全面和及时的气象资料。设地球同步卫星的轨道半径是地球半径的n倍，下列说法中正确的是()A.同步卫星的运行速度是第一宇宙速度的eq\f(1,n)B.同步卫星的运行速度是地球赤道上物体随地球自转获得的速度的eq\f(1,n)C.同步卫星的运行速度是第一宇宙速度的eq\r(\f(1,n))D.同步卫星的向心加速度是地球表面重力加速度的eq\r(\f(1,n))二、非选择题1、已知某星球的自转周期为T0，在该星球赤道上以初速度v竖直上抛一物体，经时间t物体落回星球表面。已知物体在赤道上随星球自转的向心加速度为a，要使赤道上的物体“飘”起来，则该星球的转动周期T要变为多大？2、木星的卫星之一叫“艾奥”，它上面的珞珈火山喷出的岩块初速度为18m/s时，上升高度可达90m。已知“艾奥”的半径为R＝1800km，忽略“艾奥”的自转及岩块运动过程中受到稀薄气体的阻力，引力常量G＝×10－11N·m2/kg2，求：(结果保留2位有效数字)(1)“艾奥”的质量；(2)“艾奥”的第一宇宙速度。2019—2020新教材物理人教必修第二册第7章万有引力与宇宙航行提升练习及答案（新教材）必修第二册第七章万有引力与宇宙航行一、选择题1、如图所示，某人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径为月球绕地球运转半径的eq\f(1,9)，设月球绕地球运动的周期为27天，则此卫星的运转周期大约是()\f(1,9)天\f(1,3)天天天【解析】由于r卫＝eq\f(1,9)r月，T月＝27天，由开普勒第三定律eq\f(req\o\al(3,卫),Teq\o\al(2,卫))＝eq\f(req\o\al(3,月),Teq\o\al(2,月))，可得T卫＝1天，故选项C正确。【答案】C2、地球质量大约是月球质量的81倍，在“嫦娥三号”探月卫星通过月、地之间某一位置时，月球和地球对它的引力大小相等，该位置到月球中心和地球中心的距离之比为()∶3∶9∶27∶1【解析】由万有引力定律可得，月球对探月卫星的引力F＝Geq\f(M月m,req\o\al(2,1))，地球对探月卫星的引力F＝Geq\f(M地m,req\o\al(2,2))，由以上两式可得eq\f(r1,r2)＝eq\r(\f(M月,M地))＝eq\r(\f(1,81))＝eq\f(1,9)，故选项B正确。【答案】B3、(双选)一质量为m1的卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径为r，卫星绕地球做匀速圆周运动的周期为T，已知地球的半径为R，地球表面的重力加速度为g，引力常量为G，则地球的质量M可表示为()\f(4π2r3,GT2)\f(4π2R3,GT2)\f(gR2,G)\f(gr2,G)【解析】卫星绕地球运行时，地球对质量为m1的卫星的万有引力提供了卫星运行的向心力，由eq\f(GMm1,r2)＝m1eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,T)))eq\s\up12(2)r得M＝eq\f(4π2r3,GT2)，选项A正确；对地球表面质量为m2的物体，由eq\f(GMm2,R2)＝m2g得M＝eq\f(gR2,G)，选项C正确。【答案】AC4、(双选)人造地球卫星绕地球表面附近做匀速圆周运动，设地球半径为R，地面处的重力加速度为g，人造地球卫星()A.绕行的线速度最大为eq\r(gR)B.绕行的周期小于2πeq\r(\f(R,g))C.在距地面高为R处的绕行速度为eq\r(\f(Rg,2))D.在距地面高为R处的周期为2πeq\r(\f(2R,g))【解析】在距地面高为h处做匀速圆周运动的卫星，由万有引力提供向心力，则Geq\f(Mm,（R＋h）2)＝meq\f(v2,R＋h)＝m(R＋h)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,T)))eq\s\up12(2)，Geq\f(M,R2)＝g，所以v＝eq\r(\f(GM,R＋h))＝eq\r(\f(gR2,R＋h))，当h＝0时线速度最大，为v＝eq\r(Rg)，选项A正确；周期T＝2πeq\r(\f(（R＋h）3,gR2))，当h＝0时，最小周期T0＝2πeq\r(\f(R,g))，选项B错误；在距地面高为R处的绕行速度v′＝eq\r(\f(Rg,2))，选项C正确；在距地面高为R处的周期为T′＝4πeq\r(\f(2R,g))，选项D错误。【答案】AC5、下列说法正确的是()A．经典力学能够说明微观粒子的规律性B．经典力学适用于宏观物体的低速运动问题，不适用于高速运动的物体C．相对论与量子力学的出现，说明经典力学已失去意义D．对于宏观物体的高速运动问题，经典力学仍适用【答案】B【解析】经典力学适用于宏观、低速物体，新的学说的出现，是一种完善和拓展，经典力学并没有失去其存在的意义。故B正确，A、C、D错误。6、(多选)地球绕地轴自转时，对静止在地面上的某一个物体，下列说法正确的是()A.物体的重力并不等于它随地球自转所需要的向心力B.在地面上的任何位置，物体向心加速度的大小都相等，方向都指向地心C.在地面上的任何位置，物体向心加速度的方向都垂直指向地球的自转轴D.物体随地球自转的向心加速度随着地球纬度的减小而增大【解析】考虑地球自转的作用效果时，地面上的物体随着地球的自转而做圆周运动，其运动平面与地轴垂直，向心力的大小为mrω2，选项B错误，C正确；由于在不同位置的轨道半径各不相同，故向心力大小不一样，在赤道时向心力最大，选项D正确；地面上的物体随地球自转做圆周运动时的向心力远小于万有引力(重力近似等于万有引力)，选项A正确。【答案】ACD7、(双选)通过观测冥王星的卫星，可以推算出冥王星的质量。假设卫星绕冥王星做匀速圆周运动，除了引力常量外，至少还需要两个物理量才能计算出冥王星的质量。这两个物理量可以是()A.卫星的速度和角速度B.卫星的质量和轨道半径C.卫星的质量和角速度D.卫星的运行周期和轨道半径【解析】根据线速度和角速度可以求出半径r＝eq\f(v,ω)，根据万有引力提供向心力eq\f(GMm,r2)＝meq\f(v2,r)，整理可以得到M＝eq\f(v2r,G)＝eq\f(v3,Gω)，故选项A正确，B、C错误；若知道卫星的周期和轨道半径，则eq\f(GMm,r2)＝meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,T)))eq\s\up12(2)r，整理得到M＝eq\f(4π2r3,GT2)，故选项D正确。【答案】AD8、2017年11月21日，我国以“一箭三星”方式将吉林一号视频04、05、06星成功发射。其中吉林一号04星的工作轨道高度约为535km，比同步卫星轨道低很多，同步卫星的轨道又低于月球的轨道，其轨道关系如图所示。下列说法正确的是()A.吉林一号04星的发射速度一定小于km/sB.同步卫星绕地球运行的角速度比月球绕地球的角速度大C.吉林一号04星绕地球运行的周期比同步卫星的周期大D.所有卫星在运行轨道上完全失重，重力加速度为零【解析】km/s是发射地球人造卫星的最小发射速度，选项A错误；根据Geq\f(Mm,r2)＝mrω2得，ω＝eq\r(\f(GM,r3))，同步卫星的轨道半径小于月球的轨道半径，则同步卫星的角速度大于月球绕地球运动的角速度，故选项B正确；根据Geq\f(Mm,r2)＝mreq\f(4π2,T2)得，T＝eq\r(\f(4π2r3,GM))，吉林一号04星的轨道半径小于同步卫星的轨道半径，则吉林一号04星绕地球运行的周期小于同步卫星的周期，故选项C错误；卫星在轨道上运行时，处于完全失重状态，但是重力加速度不为零，故选项D错误。【答案】B9、牛顿运动定律不适用于下列哪些情况()A．研究原子中电子的运动B．研究“嫦娥三号”的高速发射C．研究地球绕太阳的运动D．研究飞机从北京飞往纽约的航线【答案】A【解析】牛顿力学属于经典力学的研究范畴，适用于宏观、低速运动的物体，并注意到低速和高速的标准是相对于光速，可判定牛顿运动定律适用于B、C、D中描述的运动，而A不适用。10、(多选)月球表面的重力加速度为地球表面重力加速度的eq\f(1,6)，一个质量为600kg的飞行器到达月球后()A.在月球上的质量仍为600kgB.在月球表面受到的重力为980NC.在月球表面上方的高空中所受万有引力小于980ND.在月球上的质量将小于600kg【解析】物体的质量与物体所处的位置及运动状态无关，选项A正确，D错误；由题意可知，物体在月球表面上所受的重力为地球表面上所受重力的eq\f(1,6)，即F＝eq\f(1,6)mg＝eq\f(1,6)×600×N＝980N，选项B正确；由F＝eq\f(Gm1m2,r2)知，r增大时，万有引力F减小，选项C正确。【答案】ABC11、“静止”在赤道上空的地球同步气象卫星将气象数据发回地面，为天气预报提供准确、全面和及时的气象资料。设地球同步卫星的轨道半径是地球半径的n倍，下列说法中正确的是()A.同步卫星的运行速度是第一宇宙速度的eq\f(1,n)B.同步卫星的运行速度是地球赤道上物体随地球自转获得的速度的eq\f(1,n)C.同步卫星的运行速度是第一宇宙速度的eq\r(\f(1,n))D.同步卫星的向心加速度是地球表面重力加速度的eq\r(\f(1,n))【解析】同步卫星绕地球做圆周运动，由万有引力提供向心力，则Geq\f(Mm,r2)＝ma＝meq\f(v2,r)＝mω2r＝meq\f(4π2,T2)r，得同步卫星的运行速度v＝eq\r(\f(GM,r))，又第一宇宙速度v1＝eq\r(\f(GM,R))，所以eq\f(v,v1)＝eq\r(\f(R,r))＝eq\r(\f(1,n))，故选项A错误，C正确；a＝eq\f(GM,r2)，g＝eq\f(GM,R2)，所以eq\f(a,g)＝eq\f(R2,r2)＝eq\f(1,n2)，故选项D错误；同步卫星与地球自转的角速度相同，则v＝ωr，v自＝ωR，所以eq\f(v,v自)＝eq\f(r,R)＝n，故选项B错误。【答案】C二、非选择题1、已知某星球的自转周期为T0，在该星球赤道上以初速度v竖直上抛一物体，经时间t物体落回星球表面。已知物体在赤道上随星球自转的向心加速度为a，要使赤道上的物体“飘”起来，则该星球的转动周期T要变为多大？【解析】物体抛出后，在星球表面上做竖直上抛运动。设星球对物体产生的“重力加速度”为g，则v＝g×eq\f(t,2)，物体在赤道上随星球自转的向心加速度为a，设该星球的半径是R，根据向