春人教物理（新教材）必修万有引力与宇宙航行及答案

2020春人教物理（新教材）必修第二册第7章万有引力与宇宙航行及答案（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、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.太阳位于木星运行轨道的中心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.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2、(2019·河北武邑中学期中考试)(双选)在讨论地球潮汐成因时，地球绕太阳运行的轨道与月球绕地球运行的轨道均可视为圆轨道。已知太阳质量约为月球质量的×107倍，地球绕太阳运行的轨道半径约为月球绕地球运行的轨道半径的400倍。关于太阳和月球对地球上相同质量海水的引力，下列说法正确的是()A.太阳引力远大于月球引力B.太阳引力与月球引力相差不大C.月球对不同区域海水的引力大小相等D.月球对不同区域海水的引力大小有差异3、若地球绕太阳的公转周期及公转轨道半径分别为T和R，月球绕地球的公转周期和公转轨道半径分别为t和r，则太阳质量与地球质量之比eq\f(m日,m地)为()\f(R3t2,r3T2)\f(R3T2,r3t2)\f(R3t2,r2T3)\f(R2T3,r2t3)4、(双选)国家航天局探月与航天工程中心表示，2020年我国首次实施火星探测任务，并计划实现对火星的全球性、综合性环绕探测。已知火星的质量约为地球质量的eq\f(1,9)，火星的半径约为地球半径的eq\f(1,2)。下列关于火星探测器的说法中正确的是()A.发射速度只要大于第一宇宙速度即可B.发射速度只有达到第三宇宙速度才可以C.发射速度应大于第二宇宙速度而小于第三宇宙速度D.火星探测器环绕火星运行的最大速度为地球第一宇宙速度的eq\f(\r(2),3)5、一艘太空飞船静止时的长度为30m，他以(c为光速)的速度沿长度方向飞行越过地球，下列说法正确的是()A.飞船上的观测者测得该飞船的长度小于30mB.地球上的观测者测得该飞船的长度小于30mC.飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于cD.地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于c6、如图所示，两球间的距离为r，两球的质量分布均匀，质量大小分别为m1、m2，半径大小分别为r1、r2，则两球间的万有引力大小为()\f(m1m2,r2)\f(m1m2,req\o\al(2,1))\f(m1m2,（r1＋r2）2)\f(m1m2,（r1＋r2＋r）2)7、火星直径约为地球的一半，质量约为地球的十分之一，它绕太阳公转的轨道半径约为地球公转半径的倍。根据以上数据，以下说法中正确的是()A.火星表面重力加速度的数值比地球表面的大B.火星公转的周期比地球的长C.火星公转的线速度比地球的大D.火星公转的向心加速度比地球的大8、(多选)三颗人造地球卫星A、B、C绕地球做匀速圆周运动，如图所示，已知mA＝mB＜mC，则对于三颗卫星，正确的是()A.运行线速度关系为vA＞vB＝vCB.运行周期关系为TA＜TB＝TCC.向心力大小关系为FA＝FB＜FC利用牛顿第二定律D.半径与周期关系为eq\f(Req\o\al(3,A),Teq\o\al(2,A))＝eq\f(Req\o\al(3,B),Teq\o\al(2,B))＝eq\f(Req\o\al(3,C),Teq\o\al(2,C))利用开普勒第三定律9、在一个高速旋转的巨大转盘上放置三个完全相同的时钟，a放在转轴处，b放在中间，c放在边缘处，如图所示。对于地面上的观察者，根据相对论认为三个时钟的快慢情况，下列说法正确的是()钟最快，b、c钟一样慢 钟最慢，b、c钟一样快钟最快，c钟最慢 钟最慢，c钟最快10、(多选)如图所示，a、b、c是地球大气层外圈圆形轨道上运动的三颗卫星，a和b质量相等，且小于c的质量，则()所需向心力最小、c的周期相同且大于a的周期、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度、c的线速度大小相等，且小于a的线速度11、下列说法中正确的是()A.牛顿运动定律就是牛顿力学B.牛顿力学的基础是牛顿运动定律C.牛顿运动定律可以解决自然界中的所有问题D.牛顿力学可以解决自然界中的所有问题二、非选择题1、如图所示为地球绕太阳运动的示意图及北半球春分、夏至、秋分、冬至时地球所在的位置。(1)太阳是否在轨道平面的中心？夏至、冬至时地球到太阳的距离是否相同？(2)一年之内秋冬两季比春夏两季为什么要少几天？2、已知地球、火星都绕太阳转动，火星的公转半径是地球公转半径的倍，根据以上材料思考：(1)地球、火星遵循什么样的动力学规律？(2)如何比较火星与地球的线速度、角速度、周期以及向心加速度的大小？3、如图所示，两艘飞船A、B沿同一直线同向飞行，相对地面的速度均为v(v接近光速c)。地面上测得它们相距为L，则A测得两飞船间的距离________(选填“大于”“等于”或“小于”)L。当B向A发出一光信号，A测得该信号的速度为________。2020春人教物理（新教材）必修第二册第7章万有引力与宇宙航行及答案（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、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.太阳位于木星运行轨道的中心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.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【解析】太阳位于木星运行轨道的一个焦点上，A项错误；火星与木星轨道不同，在运行时速度不可能始终相等，B项错误；“在相等的时间内，行星与太阳连线扫过的面积相等”是对于同一颗行星而言的，不同的行星，则不具有可比性，D项错误；根据开普勒第三定律，对同一中心天体来说，行星公转半长轴的三次方与其周期的平方的比值为一定值，C项正确。【答案】C2、(2019·河北武邑中学期中考试)(双选)在讨论地球潮汐成因时，地球绕太阳运行的轨道与月球绕地球运行的轨道均可视为圆轨道。已知太阳质量约为月球质量的×107倍，地球绕太阳运行的轨道半径约为月球绕地球运行的轨道半径的400倍。关于太阳和月球对地球上相同质量海水的引力，下列说法正确的是()A.太阳引力远大于月球引力B.太阳引力与月球引力相差不大C.月球对不同区域海水的引力大小相等D.月球对不同区域海水的引力大小有差异【解析】根据F＝Geq\f(Mm,R2)，可得eq\f(F太阳,F月)＝eq\f(M太阳,M月)·eq\f(Req\o\al(2,月),Req\o\al(2,太阳))，代入数据可知，太阳对地球上相同质量海水的引力远大于月球对其的引力，则A正确，B错误；由于月心到不同区域海水的距离不同，所以引力大小有差异，C错误，D正确。【答案】AD3、若地球绕太阳的公转周期及公转轨道半径分别为T和R，月球绕地球的公转周期和公转轨道半径分别为t和r，则太阳质量与地球质量之比eq\f(m日,m地)为()\f(R3t2,r3T2)\f(R3T2,r3t2)\f(R3t2,r2T3)\f(R2T3,r2t3)【解析】无论地球绕太阳公转还是月球绕地球公转，统一表示为eq\f(Gmm0,req\o\al(2,0))＝meq\f(4π2,Teq\o\al(2,0))r0，即m∝eq\f(req\o\al(3,0),Teq\o\al(2,0))，所以eq\f(m日,m地)＝eq\f(R3t2,r3T2)，故选项A正确。【答案】A4、(双选)国家航天局探月与航天工程中心表示，2020年我国首次实施火星探测任务，并计划实现对火星的全球性、综合性环绕探测。已知火星的质量约为地球质量的eq\f(1,9)，火星的半径约为地球半径的eq\f(1,2)。下列关于火星探测器的说法中正确的是()A.发射速度只要大于第一宇宙速度即可B.发射速度只有达到第三宇宙速度才可以C.发射速度应大于第二宇宙速度而小于第三宇宙速度D.火星探测器环绕火星运行的最大速度为地球第一宇宙速度的eq\f(\r(2),3)【解析】根据三个宇宙速度的意义，可知选项A、B错误，C正确；已知M火＝eq\f(M地,9)，R火＝eq\f(R地,2)，则eq\f(vm,v1)＝eq\r(\f(GM火,R火))∶eq\r(\f(GM地,R地))＝eq\f(\r(2),3)，选项D正确。【答案】CD5、一艘太空飞船静止时的长度为30m，他以(c为光速)的速度沿长度方向飞行越过地球，下列说法正确的是()A.飞船上的观测者测得该飞船的长度小于30mB.地球上的观测者测得该飞船的长度小于30mC.飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于cD.地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于c【解析】由l＝l0eq\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))\s\up12(2))知A错误，B正确；由相对论时空观的基本假设知光信号的速度都等于c，C、D错误。【答案】B6、如图所示，两球间的距离为r，两球的质量分布均匀，质量大小分别为m1、m2，半径大小分别为r1、r2，则两球间的万有引力大小为()\f(m1m2,r2)\f(m1m2,req\o\al(2,1))\f(m1m2,（r1＋r2）2)\f(m1m2,（r1＋r2＋r）2)【解析】两球质量分布均匀，可认为质量集中于球心，由万有引力公式可知两球间的万有引力应为F＝Geq\f(m1m2,（r1＋r2＋r）2)，故选项D正确。【答案】D7、火星直径约为地球的一半，质量约为地球的十分之一，它绕太阳公转的轨道半径约为地球公转半径的倍。根据以上数据，以下说法中正确的是()A.火星表面重力加速度的数值比地球表面的大B.火星公转的周期比地球的长C.火星公转的线速度比地球的大D.火星公转的向心加速度比地球的大【解析】由Geq\f(m天m,R2)＝mg得g＝Geq\f(m天,R2)，计算得火星表面的重力加速度约为地球表面的eq\f(2,5)，选项A错误；由Geq\f(m天m,r2)＝meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,T)))eq\s\up12(2)r得T＝2πeq\r(\f(r3,Gm天))，公转轨道半径大的周期长，选项B正确；由v＝eq\r(\f(Gm天,r))判断轨道半径大的线速度小，选项C错误；公转向心加速度a＝eq\f(Gm天,r2)，可以判断火星的向心加速度小，选项D错误。【答案】B8、(多选)三颗人造地球卫星A、B、C绕地球做匀速圆周运动，如图所示，已知mA＝mB＜mC，则对于三颗卫星，正确的是()A.运行线速度关系为vA＞vB＝vCB.运行周期关系为TA＜TB＝TCC.向心力大小关系为FA＝FB＜FC利用牛顿第二定律D.半径与周期关系为eq\f(Req\o\al(3,A),Teq\o\al(2,A))＝eq\f(Req\o\al(3,B),Teq\o\al(2,B))＝eq\f(Req\o\al(3,C),Teq\o\al(2,C))利用开普勒第三定律【解析】由Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)得v＝eq\r(\f(GM,r))，所以vA＞vB＝vC，选项A正确；由Geq\f(Mm,r2)＝mreq\f(4π2,T2)得T＝2πeq\r(\f(r3,GM))，所以TA＜TB＝TC，选项B正确；由Geq\f(Mm,r2)＝ma得a＝eq\f(GM,r2)，所以aA＞aB＝aC，又mA＝mB＜mC，所以FA＞FB，FB＜FC，选项C错误；三颗卫星都绕地球运行，故由开普勒第三定律得eq\f(Req\o\al(3,A),Teq\o\al(2,A))＝eq\f(Req\o\al(3,B),Teq\o\al(2,B))＝eq\f(Req\o\al(3,C),Teq\o\al(2,C))，选项D正确。【答案】ABD9、在一个高速旋转的巨大转盘上放置三个完全相同的时钟，a放在转轴处，b放在中间，c放在边缘处，如图所示。对于地面上的观察者，根据相对论认为三个时钟的快慢情况，下列说法正确的是()钟最快，b、c钟一样慢 钟最慢，b、c钟一样快钟最快，c钟最慢 钟最慢，c钟最快【解析】根据公式Δt＝eq\f(Δτ,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))\s\up12(2)))，地面上的观察者认为c钟走得最慢，因为它相对观察者的速度最大；b钟比c钟快一些，而a钟最快，因为它的速度最小，选项C正确。【答案】C10、(多选)如图所示，a、b、c是地球大气层外圈圆形轨道上运动的三颗卫星，a和b质量相等，且小于c的质量，则()所需向心力最小、c的周期相同且大于a的周期、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度、c的线速度大小相等，且小于a的线速度【解析】因卫星运动的向心力是由它们所受的万有引力提供的，而b所受的万有引力最小，故A正确；由eq\f(Gm天m,r2)＝man得，an＝eq\f(Gm天,r2)，即卫星的向心加速度与轨道半径的平方成反比，所以b、c的向心加速度大小相等且小于a的向心加速度，C错误；由eq\f(Gm天m,r2)＝eq\f(4π2mr,T2)得，T＝2πeq\r(\f(r3,Gm天))，即卫星运动的周期与其轨道半径三次方的平方根成正比，所以b、c的周期相等且大于a的周期，B正确；由Geq\f(m天m,r2)＝meq\f(v2,r)得，v＝eq\r(\f(Gm天,r))，即卫星的线速度与其轨道半径的平方根成反比，所以b、c的线速度大小相等且小于a的线速度，D正确。【答案】ABD11、下列说法中正确的是()A.牛顿运动定律就是牛顿力学B.牛顿力学的基础是牛顿运动定律C.牛顿运动定律可以解决自然界中的所有问题D.牛顿力学可以解决自然界中的所有问题【解析】牛顿力学并不等同于牛顿运动定律，牛顿运动定律只是牛顿力学的基础；牛顿力学并非万能，也有其适用范围，并不能解决自然界中的所有问题，没有哪个理论可以解决自然界中的所有问题。因此只有弄清牛顿运动定律和牛顿力学的隶属关系，明确牛顿力学的适用范围才能正确解答此类问题，选项B正确。【答案】B二、非选择题1、如图所示为地球绕太阳运动的示意图及北半球春分、夏至、秋分、冬至时地球所在的位置。(1)太阳是否在轨道平面的中心？夏至、冬至时地球到太阳的距离是否相同？(2)一年之内秋冬两季比春夏两