广西南宁市马山县金伦中学2017-2018学年高一下学期“4N”高中联合体期中联考物理试题

2017—2018学年度下学期“4+N”高中联合体期中联考试卷高一物理一．单项选择题1.在物理学史上，测出万有引力常量G的科学家是（）A.卡文迪许B.伽利略C.牛顿D.开普勒【答案】A【解析】在物理学史上，牛顿提出了万有引力定律，卡文迪许利用卡文迪许扭秤测出了万有引力常量，故A正确，BCD错误。故选：A。2.对于万有引力定律的表达式，下列说法中正确的是（）A.公式中G为引力常量，它是由实验测得的，没有单位B.当r趋近于零时，万有引力趋近于无穷大C.m1与m2受到的引力总是大小相等的，而与m1、m2是否相等无关D.m1与m2受到的引力总是大小相等、方向相反，是一对平衡力【答案】C【解析】A、公式中引力常量G的值是卡文迪许在实验室里用实验测定的，而不是人为规定的，故A错误；B、当两个物体间的距离趋近于0时，两个物体就不能视为质点了，万有引力公式不再适用，故B错误；C、力是物体间的相互作用，万有引力同样适用于牛顿第三定律，即两物体受到的引力总是大小相等，与两物体是否相等无关，故C正确；D、两物体受到的引力总是大小相等、方向相反，是作用力与反作用力，故D错误；故选C。【点睛】1、万有引力定律内容：自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的方向在它们的连线上，引力的大小与物体的质量m1和m2的乘积成正比、与它们之间距离r的二次方成反比．2、适用条件：(1)公式适用于质点间的相互作用．当两物体间的距离远远大于物体本身的大小时，物体可视为质点．(2)质量分布均匀的球体可视为质点，r是两球心间的距离．3.GPS导航系统可以为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，它是由周期约为12h的卫星群组成．则GPS导航卫星与地球同步卫星相比（）A.地球同步卫星的角速度大B.地球同步卫星的轨道半径小C.GPS导航卫星的线速度大D.GPS导航卫星的向心加速度小【答案】C【解析】解：A、由题，北斗导航系统的同步卫星周期大于GPS导航卫星的周期，由公式ω=知道，北斗导航系统的同步卫星的角速度小．故A错误．B、由根据开普勒定律得到，北斗导航系统的同步卫星的轨道半径大．故B错误．C、由公式v=分析知道，G是常量，M是地球的质量不变，则GPS导航卫星的线速度大．故C正确．D、由公式a=分析得知，GPS导航卫星的向心加速度大．故D错误．故选：C．【点评】对于卫星类型的选择题，可以利用开普勒定律理解、记忆周期与半径的关系，再结合圆周运动的公式分析其他量的关系．4.对于环绕地球做圆周运动的卫星说，它们绕地球做圆周运动的周期会随着轨道半径的变化而变化，某同学根据测得的不同卫星做圆周运动的半径r与周期T关系作出如图所示图象，则可求得地球质量为（已知引力常量为G）（）A.B.C.D.【答案】B【解析】由万有引力提供向心力，有，得，由图可知：，所以地球的质量为，故B正确，A、C、D错误。故选B。【点睛】本题要掌握万有引力提供向心力这个关系，同时要能理解图象的物理含义，知道图象的斜率表示什么．5.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＜ωbB.向心加速度的大小关系是aa＞abC.线速度的大小关系是va＞vbD.周期的大小关系是Ta＜Tb【答案】A【解析】因为a是在赤道上随地球自转的物体，c是同步卫星，故a与c有相同的周期、角速度，即，根据和，可知因为c离球心的距离大，则有；而对卫星b和卫星c，由万有引力提供向心力，则有：，得，因为c的轨道半径大于b的轨道半径，则有，综上分析可知：，故A正确，BCD错误，故选A.6.理论和实践证明，开普勒定律不仅适用于太阳系中的天体运动，而且对一切天体（包括卫星绕行星的运动）都适用．下面对于开普勒第三定律的公式=K，下列说法正确的是（）A.公式只适用于轨道是椭圆的运动B.式中的K值，对于所有行星（或卫星）都相等C.若已知月球与地球之间的距离，根据公式可求出地球与太阳之间的距离D.式中的K值，只与中心天体有关，与绕中心天体旋转的行星（或卫星）无关【答案】D【解析】A、开普勒第三定律不仅适用于行星绕太阳的运动，也适用于卫星绕行星的运动．所以也适用于轨道是圆的运动，故A错误；

B、式中的k是与中心星体的质量有关，所以式中的k值，并不是对于所有行星（或卫星）都相等，故B错误；

C、式中的K是与中心星体的质量有关，已知月球与地球之间的距离，无法求出地球与太阳之间的距离，故C错误；

D、式中的K是与中心星体的质量有关，与绕中心天体旋转的行星（或卫星）无关，故D正确。点睛：此题需要掌握：开普勒运动定律不仅适用于椭圆运动，也适用于圆周运动，不仅适用于行星绕太阳的运动，也适用于卫星绕行星的运动．式中的k是与中心星体的质量有关的。7.下列情形中，哪种情形不能求得地球的质量（）A.已知地球的半径和地球表面的重力加速度B.已知近地卫星的周期和它的向心加速度C.已知卫星的轨道半径和运行周期D.已知卫星质量和它的离地高度【答案】D【解析】A、地球表面的物体受到的地球的重力等于万有引力，即，因此，可求出地球的质量，故A正确；B、已知近地卫星的周期和它的向心加速度，根据圆周运动向心加速度公式得：，所以能求出近地卫星的轨道半径①，也就是地球半径。再根据万有引力提供向心力得②，所以由①②可以求出地球质量。故B正确；C、已知卫星的轨道半径和运行周期，根据万有引力提供向心力得，，故C正确；D、根据万有引力提供向心力，其中卫星质量在等式中消去，只知道卫星离地高度不能求出地球质量，故D错误；本题选不能求得地球的质量的，故选D。【点睛】解答万有引力定律在天体运动中的应用时要明确天体做匀速圆周运动，其受到的万有引力提供向心力，会用线速度、角速度、周期表示向心力，同时注意公式间的化简．8.发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送入同步圆轨道3．轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点，则（）A.卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率B.卫星在轨道3上的角速度等于在轨道1上的角速度C.卫星在轨道1上经过Q点时的速率小于它在轨道2上经过Q点时的速率D.卫星在轨道2上经过P点时的加速度大于它在轨道3上经过P点时的加速度【答案】C【解析】A、卫星绕地球做匀速圆周运动时，由万有引力提供向心力得：，得，可知卫星的轨道半径越大，速率越小，所以卫星在轨道3上的速率小于在轨道1上的速率．A错误；B、由万有引力提供向心力得：，得，则轨道半径大的角速度小，所以卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度，B错误；C、从轨道1到轨道2，卫星在Q点是做逐渐远离圆心的运动，要实现这个运动必须使卫星加速，使其所需向心力大于万有引力，所以卫星在轨道1上经过Q点时的速率小于它在轨道2上经过Q点时的速率．C正确；D、卫星运行时只受万有引力，由a得：加速度，则知在同一地点，卫星的加速度相等，D错误；故选C。9.地球可视为球体，其自转周期为T，在它的两极处，用弹簧秤测得一物体重为P，在赤道上，用弹簧秤测得同一物体重为0.9P，已知万有引力常量为G，则地球的平均密度是（）A.B.C.D.【答案】C【解析】设地球质量为M，半径为R，由于两极处物体的重力等于地球对物体的万有引力，即①，在赤道上，地球对物体的万有引力和弹簧秤对物体的拉力的合力提供向心力，则有：②，联立①②解得：，,故选C.【点睛】解决本题的关键知道在地球的赤道和两极，重力与万有引力大小的关系，并能灵活运用．10.我国自行研制的“北斗三号”卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成，提供高精度的定位、测速和授时服务．静止轨道卫星工作在距地面高度约为5.6倍地球半径的地球同步轨道上．已知月球绕地球公转的周期约为27天，可知月球绕地球公转的轨道半径约为地球半径的（）A.50倍B.60倍C.150倍D.180倍【答案】B【解析】设地球半径为R，因为同步卫星和月球都是绕着地球运动，故根据开普勒第三定律可得，解得，故B正确．二．多项选择题11.关于第一宇宙速度，下列说法正确的是（）A.它是人造地球卫星在圆形轨道上的最小运行速度B.它是人造地球卫星绕地球作匀速圆周运动的最大速度C.它是能使卫星绕地球运行的最小发射速度D.它是人造卫星绕地球作椭圆轨道运行时在近地点的速度【答案】BC【解析】A、B、第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度,因而第一宇宙速度是人造地球卫星绕地球作匀速圆周运动的最大速度，A错误、B正确；C、7.9km/s是人造地球卫星在近地圆轨道上的运行速度，也是卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度，故C正确；D、在地面附近发射飞行器，如果速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，它绕地球飞行的轨迹就不是圆，而是椭圆，因此7.9km/s不是人造地球卫星环绕地球飞行的最大运行速度，大于此值也可以，只不过物体做的是椭圆轨道运动，故D错误;故选BC.【点睛】注意第一宇宙速度有三种说法：①它是人造地球卫星在近地圆轨道上的运行速度，②它是人造地球卫星在圆轨道上运行的最大速度，③它是卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度．12.2017年11月5日19时45分，西昌卫星发射中心再次用长征三号乙运载火箭，成功发射两颗北斗三号全球组网卫星。根据计划，2018年年底前后将发射18颗北斗三号卫星。覆盖“一带一路”沿线国家，到2020年，将完成35颗北斗三号卫星的组网，实现全球服务能力。北斗三号卫星导航系统空间段由A.我国发射的同步卫星可以定点在北京上空B.同步卫星要和地球自转同步，它离地面的高度和环行速率都是确定的C.同步卫星绕地球运动的线速度比第一宇宙速度小D.同步卫星绕地球运动的向心加速度大于地球表面的重力加速度【答案】BC【解析】成功定点后的“北斗导航卫星”，是地球同步卫星，A、地球同步卫星若在除赤道所在平面外的任意点，假设实现了“同步”，那它的运动轨道所在平面与受到地球的引力就不在一个平面上，就稳定做圆周运动，这是不可能的，因此地球同步卫星相对地面静止不动，所以必须定点在赤道的正上方，故A错误.B、根据万有引力提供向心力，列出等式,其中R为地球半径，h为同步卫星离地面的高度。由于同步卫星的周期必须与地球自转周期相同，所以T为一定值，根据上面等式得出：同步卫星离地面的高度h也为一定值。由于轨道半径一定，则线速度的大小也一定，故B正确。C、7.9km/s即第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度，也是圆周运动的最大的环绕速度。而同步卫星的轨道半径要大于近地卫星的轨道半径，根据v的表达式可以发现同步卫星运行的线速度一定小于第一宇宙速度，故C正确；D、地球表面向心加速度，设同步卫星离地面的高度为h，，故D错误。则选BC.【点睛】本题考查了地球卫星轨道相关知识点，地球卫星围绕地球做匀速圆周运动，圆心是地球的地心，万有引力提供向心力，轨道的中心一定是地球的球心；同步卫星有四个“定”：定轨道、定高度、定速度、定周期。13.已知地球半径为6400km，我国的“张衡一号”卫星在距离地面500km的圆轨道上运行，则它（）A.运行周期一定比地球同步卫星小B.线速度一定比静止于赤道上的物体小C.线速度大于第一宇宙速度D.角速度约为地球同步卫星的15倍【答案】AD【解析】A、设地球质量为M，卫星质量为m，运行轨道半径为r，线速度为v，角速度为ω，周期为T。由万有引力提供向心力可得；所以，周期，线速度，角速度，故卫星的轨道半径越小，线速度、角速度越大，周期越小，该卫星的轨道半径比地球同步卫星的小，则其运行周期一定比地球同步卫星小，故A正确。B、由知其运行速度一定比地球同步卫星大。静止于赤道上的物体与地球同步卫星的角速度相等，由v=ωr知，地球同步卫星的速度比静止于赤道上物体的速度比大，因此，其线速度一定比静止于赤道上的物体大，故B错误。C、第一宇宙速度是卫星最大的环绕速度，则知该卫星的线速度小于第一宇宙速度。故C错误。D、根据得其角速度与地球同步卫星的角速度之比，故D正确。故选AD.【点睛】解题的关键在于明确卫星运行时的向心力由万有引力提供，知道地面上物体与地球同步卫星的周期相等。通过列式进行分析。14.经长期观测人们在宇宙中已经发现了“双星系统”．“双星系统”由两颗相距较近的恒星组成，每个恒星的线度远小于两个星体之间的距离，而且双星系统一般远离其他天体．如图所示，两颗星球组成的双星，在相互之间的万有引力作用下，绕连线上的O点做周期相同的匀速圆周运动．现测得两颗星之间的距离为L，质量之比为m1：m2=3：2．则可知（）A.m1、m2做圆周运动的线速度之比为2：3B.m1、m2做圆周运动的角速度之比为3：2C.m1做圆周运动的半径为D.m2做圆周运动的半径为【答案】AC【解析】双星系统靠相互间的万有引力提供向心力，角速度大小相等，向心力大小相等，则有：，则，因为，则，.根据，知，故A、C正确，B、D错误。故选AC.【点睛】双星系统靠相互间的万有引力提供向心力，角速度的大小相等，根据向心力的关系求出转动的半径之比，从而得出线速度大小之比．三．计算题15.（1）开普勒行星运动第三定律指出：行星绕太阳运动的椭圆轨道的半长轴a的三次方与它的公转周期T的二次方成正比，即=k，k是一个对所有行星都相同的常量．将行星绕太阳的运动按圆周运动处理，请你推导出太阳系中该常量k的表达式．已知引力常量为G，太阳的质量为M太．（2）开普勒定律不仅适用于太阳系，它对一切具有中心天体的引力系统（如地月系统）都成立．经测定月地距离为3.84×108m，月球绕地球运动的周期为2.36×106s，试计算地球的质量M地．（G=6.67×10﹣11N•m2/kg2，结果