第06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测试一、单选题（本大题共10小题，共40.0分）1.关于绕地球做匀速圆周运动的人造卫星，下列说法中正确的是（）A.同一轨道上，质量大的卫星线速度大B.同一轨道上，质量大的卫星向心加速度大C.离地面越近的卫星线速度越大D.离地面越高的卫星周期越短2.2017年12月23日12时14分，我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭，成功将陆地勘查卫星二号发射升空，该卫星进入预定轨道后，每天绕地球转动16圈。已知地球半径R，地球同步卫星距离地面的高度为h。则该卫星在预定轨道上绕地球做圆周运动过程中离地面的高度为（）A.（R+h）RB.（R+h）RC.D.3.假设有两颗人造卫星A、B绕地球做匀速圆周运动，周期之比为TA：TB=27：8，则运动速率之比为A.vA：vB=3：8B.vA：vB=4：3C.vA：vB=3：4D.vA：vB=2：34.2017年6月15日11时，中国在酒泉卫星发射中心采用长征四号乙运载火箭，成功发射首颗X射线空间天文卫星“慧眼”。并在引力波事件发生时成功监测了引力波源所在的天区。已知“慧眼”在距地面550km的圆轨道上运行，则其（）A.线速度大于第一宇宙速度B.运行周期大于地球自转周期C.角速度小于同步卫星的角速度D.向心加速度大于静止在地球赤道上物体的向心加速度5.1916年爱因斯坦建立广义相对论后预言了引力波的存在，2017年引力波的直接探测获得了诺贝尔物理学奖。科学家们其实是通过观测双星轨道参数的变化来间接验证引力波的存在。如图所示为某双星系统A、B绕其连线上的O点做匀速圆周运动的示意图，若A星的轨道半径大于B星的轨道半径，双星的总质量M，双星间的距离为L，其运动周期为T，则下列说法中正确的是（）学&科&网...学&科&网...A.A的质量一定大于B的质量B.A的线速度一定小于B的线速度C.L一定，M越小，T越小D.M一定，L越小，T越小6.如图所示，A为地球赤道上的物体，B为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星，C为地球同步卫星。则下列说法正确的是（）A.角速度的大小关系是ωA＜ωC＜ωBB.向心加速度的大小关系是aA＜aC＜aBC.线速度的大小关系是vA=vB＞vCD.周期的大小关系是TA=TB＞TC7.如果把水星和金星绕太阳的运动视为匀速圆周运动，如图所示。从水星与金星在一条直线上开始计时，若天文学家测得在相同时间内水星转过的角度为θ1，金星转过的角度为θ2（θ1、θ2均为锐角），则由此条件可求得（）A.水星和金星绕太阳运动的周期之比B.水星和金星的密度之比C.水星和金星表面的重力加速度之比D.水星和金星绕太阳运动的向心力大小之比8.已知火星的质量约为地球质量的，其半径约为地球半径的，自转周期与地球相近，公转周期约为地球公转周期的两倍。根据以上数据可推知（）A.火星表面的重力加速度约为地球表面重力加速度的B.火星的第一宇宙速度与地球的第一宇宙速度之比约为C.火星椭圆轨道的半长轴约为地球椭圆轨道半长轴的倍D.在地面上发射航天器到火星，其发射速度至少达到地球的第三宇宙速度9.2017年2月，美国宇航局宣布，在一颗恒星的周围发现多达7颗大小与地球接近的行星，其中3颗可能存在生命。若某颗行星绕该恒星做圆周运动，并测出了轨道半径和运行周期。引力常量已知，则可推算出（）A.行星的质量B.行星的半径C.恒星的质量D.恒星的半径10.已知两个质点相距为r时，它们之间的万有引力的大小为F；当这两个质点间的距离变为3r时，万有引力的大小变为（）A.B.C.D.3F二、多选题（本大题共5小题，共25.0分）11.在万有引力定律的发现历程中，下列叙述符合史实的是（）A.哥白尼通过观察行星的运动，提出了日心说，认为行星以椭圆轨道绕太阳运行B.开普勒研究了第谷的行星观测记录，提出了开普勒行星运动定律C.牛顿将行星与太阳、地球与月球、地球与地面物体之间的引力推广到宇宙中的一切物体，得出了万有引力定律D.卡文迪许准确地测得了引力常量G的数值12.如图所示，关于卫星可能的轨道，下列说法正确的是（）A.卫星可能的轨道为a、b、cB.卫星可能的轨道为a、cC.同步卫星可能的轨道为a、cD.同步卫星可能的轨道为a13.如图甲所示，河外星系中两黑洞A、B的质量分别为M1和M2，它们以两者连线上的某一点为圆心做匀速圆周运动。为研究方便可简化为如图乙所示示意图，黑洞A和黑洞B均可看成匀质球体，天文学家测得OA>OB，且黑洞A的半径大于黑洞B的半径。根据你所学的知识，下列说法正确的是A.两黑洞质量之间的关系为B.黑洞A的第一宇宙速度小于黑洞B的第一宇宙速度C.若两黑洞间距离不变，设法将黑洞A上的一部分物质移到黑洞B上，则它们间的万有引力将变大D.人类要将宇航器发射到距离黑洞A或黑洞B较近的区域进行探索，发射速度一定大于km/s14.“天宫一号”是中国第一个目标飞行器，随后发射的“神舟八号”无人飞船已与它成功对接．它们的运行轨迹如图所示，假设“天宫一号”绕地球做圆周运动的轨道半径为r，周期为T，引力常量为G，则以下说法正确的是（）A.根据题中条件可以计算出地球对“天宫一号”的引力大小B.根据题中条件可以计算出地球的质量C.在近地点P处，“神舟八号”的加速度比“天宫一号”大D.要实现“神舟八号”与“天宫一号”在近地点P处安全对接，需在靠近P处制动减速15.两颗地球工作卫星均绕地心

O

做匀速圆周运动，轨道半径为

r，某时刻两颗工作卫星分别位于轨

道上的

A、B

两位置（如图所示）．若卫星均顺时针运行，地球表面处的重力加速度为

g，地球半径

为

R，不计卫星间的相互作用力．则以下判断中正确的是（）A.这

2

颗卫星的加速度大小相等，均为B.卫星

1

由位置

A

第一次运动到位置

B

所需的时间为C.卫星

1

向后喷气，瞬间加速后，就能追上卫星D.卫星

1

向后喷气，瞬间加速后，绕地运行周期变长三、计算题（本大题共3小题，共35.0分）16.如图所示，“嫦娥三号”探测器在月球上着陆的最后阶段为：当探测器下降到距离月球表面高度为h时，探测器速度竖直向下，大小为v，此时关闭发动机，探测器仅在重力（月球对探测器的重力）作用下落到月面．已知从关闭发动机到探测器着地时间为t，月球半径为R且h＜＜R，引力常量为G，忽略月球自转影响，则：（1）月球表面附近重力加速度g的大小；（2）月球的质量M．17.如图所示，火箭栽着宇宙探测器飞向某行星，火箭内平台上还放有测试仪器．火箭从地面起飞时，以加速度竖直向上做匀加速直线运动（g0为地面附近的重力加速度），已知地球半径为R．（1）到某一高度时，测试仪器对平台的压力是刚起飞时压力的，求此时火箭离地面的高度h．（2）探测器与箭体分离后，进入行星表面附近的预定轨道，进行一系列科学实验和测量，若测得探测器环绕该行星运动的周期为T0，试问：该行星的平均密度为多少？（假定行星为球体，且已知万有引力恒量为G）18.某仪器在地面上受到的重力为160N，将它置于宇宙飞船中，当宇宙飞船以ag的加速度竖直上升到某高度时仪器所受的支持力为90N．（取地球表面处重力加速度g=10m∕s2，地球半径R=6400km）求：（1）此处离地面的高度H；（2）若卫星在此高度处做匀速圆周运动，求卫星运行的速度v．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10小题，共40.0分）1.关于绕地球做匀速圆周运动的人造卫星，下列说法中正确的是（）A.同一轨道上，质量大的卫星线速度大B.同一轨道上，质量大的卫星向心加速度大C.离地面越近的卫星线速度越大D.离地面越高的卫星周期越短【答案】C【解析】A、对卫星，根据万有引力等于向心力，有：，解得：，，故同一轨道上的卫星速度和向心加速度一样大，离地面越近的卫星轨道半径越小，线速度越大，向心加速度大，故AB错误，C正确；

D、对卫星，万有引力提供向心力，故：，解得：，离地面越高的卫星的轨道半径越大，故其周期越大，故D错误。点睛：本题考查万有引力提供圆周运动向心力，分析线速度的大小与哪此物理量有关，掌握规律是正确解题的基础。2.2017年12月23日12时14分，我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭，成功将陆地勘查卫星二号发射升空，该卫星进入预定轨道后，每天绕地球转动16圈。已知地球半径R，地球同步卫星距离地面的高度为h。则该卫星在预定轨道上绕地球做圆周运动过程中离地面的高度为（）A.（R+h）RB.（R+h）RC.D.【答案】A【解析】陆地勘查卫星二号的周期为：，根据万有引力提供向心力，对同步卫星有：，其中；对陆地勘查卫星二号有：，联立解得：，故A正确，BCD错误。3.假设有两颗人造卫星A、B绕地球做匀速圆周运动，周期之比为TA：TB=27：8，则运动速率之比为A.vA：vB=3：8B.vA：vB=4：3C.vA：vB=3：4D.vA：vB=2：3【答案】D【解析】试题分析：人造卫星绕地球做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力，设卫星的质量为、轨道半径为、地球质量为M，有：，解得：，，因为，所以，所以，故选项D正确。考点：人造卫星的加速度、周期和轨道的关系；万有引力定律及其应用【名师点睛】本题关键抓住万有引力提供向心力，列式求解出线速度、角速度、周期和向心力的表达式，再进行讨论。4.2017年6月15日11时，中国在酒泉卫星发射中心采用长征四号乙运载火箭，成功发射首颗X射线空间天文卫星“慧眼”。并在引力波事件发生时成功监测了引力波源所在的天区。已知“慧眼”在距地面550km的圆轨道上运行，则其（）A.线速度大于第一宇宙速度B.运行周期大于地球自转周期C.角速度小于同步卫星的角速度D.向心加速度大于静止在地球赤道上物体的向心加速度【答案】D【解析】试题分析：第一宇宙速度是卫星绕地球做圆周运动最大的运行速度。地球同步卫星的周期和角速度等于地球自转周期和角速度，将该卫星的向心加速度与地球同步卫星比较，将地球同步卫星的向心加速度与静止在地球赤道上物体的向心加速度比较，即可分析该的向心加速度与静止在地球赤道上物体的向心加速度的大小。第一宇宙速度是卫星绕地球做圆周运动最大的运行速度，即是近地卫星的线速度，可知，该卫星的线速度小于第一宇宙速度，A错误；地球同步卫星的周期等于地球自转周期，而该卫星的运行周期比地球同步卫星的周期小，所以该卫星的运行周期小于地球自转周期，B错误；该卫星的轨道半径比地球同步卫星的小，知该卫星的角速度比同步卫星的角速度大，C错误；根据知，该卫星的向心加速度大于地球同步卫星的向心加速度。由a=ω2r知，地球同步卫星的向心加速度大于静止在地球赤道上物体的向心加速度，因此，该卫星的向心加速度大于静止在地球赤道上物体的向心加速度，D正确。5.1916年爱因斯坦建立广义相对论后预言了引力波的存在，2017年引力波的直接探测获得了诺贝尔物理学奖。科学家们其实是通过观测双星轨道参数的变化来间接验证引力波的存在。如图所示为某双星系统A、B绕其连线上的O点做匀速圆周运动的示意图，若A星的轨道半径大于B星的轨道半径，双星的总质量M，双星间的距离为L，其运动周期为T，则下列说法中正确的是（）学+科+网...学+科+网...学+科+网...学+科+网...A.A的质量一定大于B的质量B.A的线速度一定小于B的线速度C.L一定，M越小，T越小D.M一定，L越小，T越小【答案】D【解析】A、根据万有引力提供向心力，因为，所以，即A的质量一定小于B的质量，故A错误；B、双星系统角速度相等，根据，且，可知A的线速度大于B的线速度，故B错误；CD、根据万有引力提供向心力公式得：，解得周期为，由此可知双星的距离一定，质量越小周期越大，故C错误；总质量一定，双星之间的距离就越大，转动周期越大，故D正确；故选D。【点睛】解决本题的关键知道双星靠相互间的万有引力提供向心力，具有相同的角速度．以及会用万有引力提供向心力进行求解。6.如图所示，A为地球赤道上的物体，B为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星，C为地球同步卫星。则下列说法正确的是（）A.角速度的大小关系是ωA＜ωC＜ωBB.向心加速度的大小关系是aA＜aC＜aBC.线速度的大小关系是vA=vB＞vCD.周期的大小关系是TA=TB＞TC【答案】B【解析】【详解】卫星C为同步卫星，所以TA=TC，根据T＝2π，可知TC＞TB，所以周期的大小关系是TA=TC＞TB，根据ω＝，所以角速度的大小关系是ωA=ωC＜ωB，故AD错误；由a=ω2r可得aA＜aC，根据a＝，可知aC＜aB，所以向心加速度的大小关系是aA＜aC＜aB，故B正确；AC角速度相等，由v=ωr，可知vA＜vC，根据v＝得vC＜vB，线速度的大小关系是vA＜vC＜vB，故C错误；故选B。【点睛】本题中涉及到三个做圆周运动物体，AC转动的周期相等，BC同为卫星，故比较他们的周期、角速度、线速度、向心加速度的关系时，涉及到两种物理模型，要两两比较.7.如果把水星和金星绕太阳的运动视为匀速圆周运动，如图所示。从水星与金星在一条直线上开始计时，若天文学家测得在相同时间内水星转过的角度为θ1，金星转过的角度为θ2（θ1、θ2均为锐角），则由此条件可求得（）A.水星和金星绕太阳运动的周期之比B.水星和金星的密度之比C.水星和金星表面的重力加速度之比D.水星和金星绕太阳运动的向心力大小之比【答案】A【解析】相同时间内水星转过的角度为，金星转过的角度为，可知它们的角速度之比为：，周期，则周期之比为，A正确；水星和金星是环绕天体，无法求出质量，也无法知道它们的半径，所以求不出密度比，B错误；在水星表面物体的重力等于万有引力，有，在金星表面物体的重力等于万有引力由于水星和金星的质量比及半径比都未知，所以无法求出水星和金星表面的重力加速度之比，C错误；根据，得，角速度之比可以得出水星和金星到太阳的距离，因为无法求出水星和金星的质量，所以无法求出水星和金星绕太阳运动的向心力大小之比，D错误．8.已知火星的质量约为地球质量的，其半径约为地球半径的，自转周期与地球相近，公转周期约为地球公转周期的两倍。根据以上数据可推知（）A.火星表面的重力加速度约为地球表面重力加速度的B.火星的第一宇宙速度与地球的第一宇宙速度之比约为C.火星椭圆轨道的半长轴约为地球椭圆轨道半长轴的倍D.在地面上发射航天器到火星，其发射速度至少达到地球的第三宇宙速度【答案】C【解析】【详解】根据G＝mg得，g=，火星质量和地球质量之比为1：9，半径之比为1：9，则表面重力加速度之比为9：1，故A错误。根据G＝m得，第一宇宙速度v=，火星和地球质量之比为1：9，半径之比为1：9，则第一宇宙速度之比为1：1，故B错误。根据开普勒第三定律得，a3/T2＝k，由于火星和地球的公转周期之比为2：1，则椭圆半长轴之比为：1，故C正确。发射的速度一旦达到第三宇宙速度，将挣脱地球的引力，飞到太阳系以外，故D错误。故选C。【点睛】解决本题的关键掌握万有引力定律的两个重要理论：1、万有引力等于重力，2、万有引力提供向心力，并能灵活运用。9.2017年2月，美国宇航局宣布，在一颗恒星的周围发现多达7颗大小与地球接近的行星，其中3颗可能存在生命。若某颗行星绕该恒星做圆周运动，并测出了轨道半径和运行周期。引力常量已知，则可推算出（）A.行星的质量B.行星的半径C.恒星的质量D.恒星的半径【答案】C【解析】根据万有引力提供向心力可知：，由上式可知，可求出恒星的质量，故C正确。10.已知两个质点相距为r时，它们之间的万有引力的大小为F；当这两个质点间的距离变为3r时，万有引力的大小变为（）A.B.C.D.3F【答案】C【解析】质点相距为r时，它们之间的万有引力的大小为，质点间的距离变为3r时，万有引力的大小变为，故C正确，ABD错误。二、多选题（本大题共5小题，共25.0分）11.在万有引力定律的发现历程中，下列叙述符合史实的是（）A.哥白尼通过观察行星的运动，提出了日心说，认为行星以椭圆轨道绕太阳运行B.开普勒研究了第谷的行星观测记录，提出了开普勒行星运动定律C.牛顿将行星与太阳、地球与月球、地球与地面物体之间的引力推广到宇宙中的一切物体，得出了万有引力定律D.卡文迪许准确地测得了引力常量G的数值【答案】BCD【解析】A、开普勒行星运动的三大定律，认为行星以椭圆轨道绕太阳运行，A错误；B、开普勒研究了第谷的行星观测记录，得出了开普勒行星运动定律，故B正确；C、牛顿将行星与太阳、地球与月球、地球与地面物体之间的引力规律推广到宇宙中的一切物体，得出了万有引力定律，故C正确；D、卡文迪许首次在实验室中比较准确地得出了引力常量G的数值，故D正确。故选BCD。12.如图所示，关于卫星可能的轨道，下列说法正确的是（）A.卫星可能的轨道为a、b、cB.卫星可能的轨道为a、cC.同步卫星可能的轨道为a、cD.同步卫星可能的轨道为a【答案】BD【解析】试题分析：卫星围绕地球做圆周运动，万有引力提供圆周运动向心力，由于万有引力指向地心，故卫星轨道的圆心为地心，由图可知，轨道b的平面与地心不共面，故b不可能是地球卫星的轨道，故AB错误；同步卫星与地球自转同步，故其轨道平面与赤道平面重合，轨道c不与赤道共面，不可以是同步卫星轨道，同步卫星可能的轨道为a，故C错误，D正确。考点：人造卫星的加速度、周期和轨道的关系；万有引力定律及其应用【名师点睛】本题主要考查卫星轨道问题，知道卫星做圆周运动万有引力提供圆周运动向心力，而万有引力指向地心，故卫星轨道平面与地心共面，同步卫星因与地球自转同步，故同步卫星的轨道平面与赤道平面重合，掌握卫星轨道平面是正确解决问题的关键。13.如图甲所示，河外星系中两黑洞A、B的质量分别为M1和M2，它们以两者连线上的某一点为圆心做匀速圆周运动。为研究方便可简化为如图乙所示示意图，黑洞A和黑洞B均可看成匀质球体，天文学家测得OA>OB，且黑洞A的半径大于黑洞B的半径。根据你所学的知识，下列说法正确的是A.两黑洞质量之间的关系为B.黑洞A的第一宇宙速度小于黑洞B的第一宇宙速度C.若两黑洞间距离不变，设法将黑洞A上的一部分物质移到黑洞B上，则它们间的万有引力将变大D.人类要将宇航器发射到距离黑洞A或黑洞B较近的区域进行探索，发射速度一定大于km/s【答案】BD【解析】【分析】双星靠相互间的万有引力提供向心力，具有相同的角速度。根据万有引力定律和向心力公式求解，注意其中的A、B距离和各自轨道半径的关系。【详解】两黑洞绕O点旋转的角速度相等，G＝M1ω2L1＝M2ω2L2，L1＞L2可知M1＜M2，故A错误；根据，因M1＜M2，R1>R2，则v1＜v2，即黑洞A的第一宇宙速度小于黑洞B的第一宇宙速度，故B正确；因M1＜M2，若两黑洞间距离不变，设法将黑洞A上的一部分物质移到黑洞B上，则两黑洞的质量相差越来越大，根据数学知识可知，两数和一定时，两数相等时乘积最大，根据可知它们间的万有引力将变小，选项C错误；人类要把宇航器发射到黑洞A或B较近的区域进行探索发射速度只需大于第三宇宙速度，即大于，故D正确；故选BD。【点睛】本题是双星问题，与卫星绕地球运动模型不同，两颗星都绕同一圆心做匀速圆周运动，关键抓住条件：周期相同.14.“天宫一号”是中国第一个目标飞行器，随后发射的“神舟八号”无人飞船已与它成功对接．它们的运行轨迹如图所示，假设“天宫一号”绕地球做圆周运动的轨道半径为r，周期为T，引力常量为G，则以下说法正确的是（）A.根据题中条件可以计算出地球对“天宫一号”的引力大小B.根据题中条件可以计算出地球的质量C.在近地点P处，“神舟八号”的加速度比“天宫一号”大D.要实现“神舟八号”与“天宫一号”在近地点P处安全对接，需在靠近P处制动减速【答案】BD【解析】【详解】因为无法求出环绕天体天宫一号的质量，地球对天宫一号的引力大小无法计算，故A错误；根据万有引力提供向心力有可得中心天体的质量，所以可以求出地球的质量，故B正确；神舟八号和天宫一号的加速度都是由万有引力引起的，根据可知，在同一位置处加速度相同，故C错误；在近地点P处，因为神舟八号将开始做离心运动故满足，要实现和天宫一号的安全对接，在轨道上做圆周运动，故必须是让神舟八号减速，故D正确。故选BD。【点睛】万有引力提供圆周运动向心力是解决天体问题的主要思路，神舟八号的变轨要注意神舟八号的轨道与天宫一号的半径关系，确定是加速与天宫一号对接还是减速对接。15.两颗地球工作卫星均绕地心

O

做匀速圆周运动，轨道半径为

r，某时刻两颗工作卫星分别位于轨

道上的

A、B

两位置（如图所示）．若卫星均顺时针运行，地球表面处的重力加速度为

g，地球半径

为

R，不计卫星间的相互作用力．则以下判断中正确的是（）A.这

2

颗卫星的加速度大小相等，均为B.卫星

1

由位置

A

第一次运动到位置

B

所需的时间为C.卫星

1

向后喷气，瞬间加速后，就能追上卫星D.卫星

1

向后喷气，瞬间加速后，绕地运行周期变长【答案】BD【解析】试题分析:卫星只受万有引力，所以A正确；根据，卫星1由位置A运动到位置B所用时间是，所用B正确；卫星1瞬间加速，卫星将会做离心运动，离开现在的轨道，不能追上卫星2，再次稳定下来后，卫星1的轨道半径变大，周期变大，D错误。考点：本题考查了对电场强度的理解。三、计算题（本大题共3小题，共35.0分）16.如图所示，“嫦娥三号”探测器在月球上着陆的最后阶段为：当探测器下