24学年高中物理阶段验收评估(三)万有引力定律教科版必修2

PAGEPAGE1。。内部文件，版权追溯内部文件，版权追溯内部文件，版权追溯阶段验收评估〔三〕万有引力定律(时间：50分钟总分值：100分)一、选择题(此题共8小题，每题6分，共48分。在每题给出的四个选项中，第1～5题只有一项符合题目要求，第6～8题有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分)1．(全国丙卷)关于行星运动的规律，以下说法符合史实的是()A．开普勒在牛顿定律的根底上，导出了行星运动的规律B．开普勒在天文观测数据的根底上，总结出了行星运动的规律C．开普勒总结出了行星运动的规律，找出了行星按照这些规律运动的原因D．开普勒总结出了行星运动的规律，发现了万有引力定律解析：选B开普勒在前人观测数据的根底上，总结出了行星运动的规律，与牛顿定律无联系，选项A错误，选项B正确；开普勒总结出了行星运动的规律，但没有找出行星按照这些规律运动的原因，选项C错误；牛顿发现了万有引力定律，选项D错误。2．太阳系有八大行星，八大行星离地球的远近不同，绕太阳运转的周期也不相同。以下反映周期与轨道半径关系的图像中正确的选项是()解析：选D由开普勒第三定律知eq\f(R3,T2)＝k，所以R3＝kT2，D正确。3．一名宇航员来到一个星球上，如果该星球的质量是地球质量的一半，它的直径也是地球直径的一半，那么这名宇航员在该星球上所受的万有引力大小是他在地球上所受万有引力大小的()A．0.25倍 B．0.5倍C．2倍 D．4倍解析：选C根据万有引力定律得：宇航员在地球上所受的万有引力F1＝eq\f(GM地m,R地2)，在星球上受的万有引力F2＝eq\f(GM星m,R星2)，所以eq\f(F2,F1)＝eq\f(M星R地2,M地R星2)＝eq\f(1,2)×22＝2，故C正确。4．地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a；假设月球绕地球作匀速圆周运动，轨道半径为r1，向心加速度为a1。万有引力常量为G，地球半径为R。以下说法中正确的选项是()A．地球质量M＝eq\f(a1r12,G)B．地球质量M＝eq\f(aR2,G)C．地球赤道外表处的重力加速度g＝aD．加速度之比eq\f(a1,a)＝eq\f(R2,r12)解析：选A根据万有引力充当向心力：eq\f(GMm,r12)＝ma1，可知地球质量M＝eq\f(a1r12,G)，A正确，B错误；地球外表物体的向心加速度大小与到地轴的距离有关，与重力加速度不同，C错误；向心加速度a＝Rω2，不与半径的平方成正比，D错误。5.如图1所示，拉格朗日点L1位于地球和月球连线上，处在该点的物体在地球和月球引力的共同作用下，可与月球一起以相同的周期绕地球运动。据此，科学家设想在拉格朗日点L1建立空间站，使其与月球同周期绕地球运动。以a1、a2分别表示该空间站和月球向心加速度的大小，a3表示地球同时卫星向心加速度的大小。以下判断正确的选项是()图1A．a2＞a3＞a1 B．a2＞a1＞a3C．a3＞a1＞a2 D．a3＞a2＞a1解析：选D空间站和月球绕地球运动的周期相同，由a＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,T)))2r知，a2＞a1；对地球同时卫星和月球，由万有引力定律和牛顿第二定律得Geq\f(Mm,r2)＝ma，可知a3＞a2，应选项D正确。6．不可回收的航天器在使用后，将成为太空垃圾。如图2所示是漂浮在地球附近的太空垃圾示意图，对此如下说法中正确的选项是()图2A．离地越低的太空垃圾运行周期越小B．离地越高的太空垃圾运行角速度越小C．由公式v＝eq\r(gr)得，离地越高的太空垃圾运行速率越大D．太空垃圾一定能跟同一轨道上同向飞行的航天器相撞解析：选AB太空垃圾绕地球做匀速圆周运动，根据Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)＝mω2r＝meq\f(4π2,T2)r，可得：离地越低，周期越小，角速度越大，速度越大，选项A、B正确，C错误。太空垃圾与同一轨道上同向飞行的航天器速率相等，不会相撞，选项D错误。7.如图3所示是牛顿研究抛体运动时绘制的一幅草图，以不同速度抛出的物体分别沿a、b、c、d轨迹运动，其中a是一段曲线，b是贴近地球外表的圆，c是椭圆，d是双曲线的一局部。引力常量为G、地球质量为M、半径为R、地面附近的重力加速度为g。以下说法中正确的选项是()图3A．沿a运动的物体初速度一定小于eq\r(gR)B．沿b运动的物体速度等于eq\r(\f(GM,R))C．沿c运动的物体初速度一定大于第二宇宙速度D．沿d运动的物体初速度一定大于第三宇宙速度解析：选ABb是贴近地球外表的圆，沿此轨迹运动的物体满足Geq\f(Mm,R2)＝meq\f(v2,R)，解得v＝eq\r(\f(GM,R))，或满足mg＝meq\f(v2,R)，解得v＝eq\r(gR)，以上得到的两个速度均为第一宇宙速度，发射速度小于第一宇宙速度那么不能成为人造卫星，如轨迹a，A、B正确。发射速度大于第一宇宙速度而小于第二宇宙速度，卫星的轨道为椭圆，如轨迹c，C错误。发射速度大于第二宇宙速度，轨迹将不闭合，发射速度大于第三宇宙速度，轨迹也不闭合，故d轨迹不能确定其发射速度是否大于第三宇宙速度，D错误。8.宇航员驾驶飞船环绕一未知星球外表飞行一周用时为T，然后飞船减速降落在该星球外表，宇航员让随身携带的小铁锤从高为h1处自由下落，得到小铁锤与地面距离随时间变化如图4所示，引力常量为G，根据题中所给信息，判断以下说法中正确的选项是()图4A．可以测出该星球外表的重力加速度B．可以测出该星球的密度C．可以测出该飞船的质量D．可以测出小铁锤撞击地面前一瞬间的速度解析：选ABD由h1＝eq\f(1,2)gt12可得该星球外表的重力加速度g＝eq\f(2h1,t12)，A正确。由Geq\f(Mm,R2)＝meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,T)))2R和密度定义式ρ＝eq\f(M,V)可知ρ＝eq\f(3π,GT2)，故可以测出该星球的密度，B正确。小铁锤撞击地面前一瞬间的速度v＝gt1，D正确。不能测出该飞船的质量，C错误。二、计算题(此题共3小题，共52分，解答时应写出必要的文字说明、方程式和演算步骤，有数值计算的要注明单位)9．(14分)我国古代神话传说，地上的“凡人〞过一年，天上的“神仙〞过一天。如果把看到一次日出就算做“一天〞。求：近地轨道上(距地面300km～700km)环绕地球飞行的宇航员24小时内在太空中度过的“天〞数约为多少？(地球的半径为6400km，地球外表重力加速度为10m/s2)解析：根据万有引力充当向心力有Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(4π2,T2)r，又因为地球外表处mg＝Geq\f(Mm,R2)，由以上两式，代入数据可得：T≈1.5h，转过的圈数n＝eq\f(24,T)≈16。所以近地轨道环绕地球飞行的宇航员24小时内在太空度过的“天〞数约为16天。答案：1610．(16分)在某星球上，宇航员用弹簧测力计提着质量为m的物体以加速度a竖直上升，此时弹簧测力计示数为F，而宇宙飞船在靠近该星球外表绕星球做匀速圆周运动而成为该星球的一颗卫星时，宇航员测得其环绕周期是T。根据上述数据，试求该星球的质量。解析：由牛顿第二定律可知F－mg＝ma，所以mg＝F－ma。设星球半径为R，在星球外表mg＝Geq\f(Mm,R2)，所以F－ma＝Geq\f(Mm,R2)，解得R＝eq\r(\f(GMm,F－ma))。设宇宙飞船的质量为m′，那么其环绕星球外表飞行时，轨道半径约等于星球半径，那么有eq\f(GMm′,R2)＝m′eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,T)))2R，所以M＝eq\f(4π2R3,GT2)＝eq\f(4π2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\r(\f(GMm,F－ma))))3,GT2)，解得M＝eq\f(F－ma3T4,16π4m3G)。答案：eq\f(F－ma3T4,16π4m3G)11．(22分)质量为m的卫星发射前静止在地球赤道外表。假设地球可视为质量均匀分布的球体，半径为R。(1)地球质量为M，自转周期为T，引力常量为G。求此时卫星对地表的压力N的大小；(2)卫星发射后先在近地轨道上运行(轨道离地面的高度可以忽略不计)，运行的速度大小为v1，之后经过变轨成为地球的同时卫星，此时离地面高度为H，运行的速度大小为v2。①求比值eq\f(v1,v2)；②假设卫星发射前随地球一起自转的速度大小为v0，通过分析比较v0、v1、v2三者的大小关系。解析：(1)卫星静止在地球上，随地球一起做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律得：Geq\f(Mm,R2)－N′＝meq\f(4π2R,T2)解得：N′＝Geq\f(Mm,R2)－meq\f(4π2R,T2)根据牛顿第三定律可知卫星对地表的压力N的大小为：N＝N′＝Geq\f(Mm,R2)－meq\f(4π2R,T2)。(2)①卫星围绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，那么有：Geq\f(Mm,R2)＝me