人教版物理必修二：第六章《萬有引力與航天》章末檢測

1、萬有引力與航天章末檢測時間：90 分鐘 滿分： 100 分第I卷（選擇題，共 40 分）一、選擇題 （本題共 10 小題，每小題 4 分，共 40 分每小題給 出的四個選項中， 有的只有一個選項符合題目要求， 有的有多個選項 符合題目要求 ）1由于地球的自轉(zhuǎn)，使得靜止在地面的物體繞地軸做勻速圓周 運動對于這些做勻速圓周運動的物體，以下說法正確的是 （ ）A .向心力都指向地心B .速度等于第一宇宙速度C.加速度等于重力加速度D .周期與地球自轉(zhuǎn)的周期相等解析 本題重點考查了地球上的物體做勻速圓周運動的知識. 由 于地球上的物體隨著地球的自轉(zhuǎn)做圓周運動， 則其周期與地球的自轉(zhuǎn) 周期相同， D 正

2、確，不同緯度處的物體的軌道平面是不相同的， 如圖， m 處的物體的向心力指向 0點，選項 A 錯誤；由于第一宇宙速度 是圍繞地球運行時， 軌道半徑最小時的速度， 即在地表處圍繞地球運 行的衛(wèi)星的速度，則選項 B 錯誤；由圖可知，向心力只是萬有引力 的一個分量，另一個分量是重力，因此加速度不等于重力加速度，選 項 C 錯誤.fi)答案 D2.關(guān)于人造地球衛(wèi)星，以下說法正確的是（）A .人造衛(wèi)星繞地球運動的軌道通常是橢圓，應遵守開普勒三定律B .人造地球同步衛(wèi)星一般做通信衛(wèi)星，處于赤道上空，距地面2的高度可以通過下列公式計算：G RM2= m（R + h）帑，其中 T 是 地球自轉(zhuǎn)的周期，h 為衛(wèi)

3、星到地面的高度，R 為地球的半徑，M 為地 球質(zhì)量，m 為衛(wèi)星質(zhì)量C .人造地球衛(wèi)星繞地球轉(zhuǎn)的環(huán)繞速度（第一宇宙速度）是 7.9 km/s，可以用下列兩式計算：v= 幵孚、v =VRg.其中 R 為地球半 徑，g 為地球的重力加速度，M 為地球質(zhì)量D.當人造衛(wèi)星的速度等于或大于 11.2 km/s 時，衛(wèi)星將擺脫太 陽的束縛，飛到宇宙太空解析人造衛(wèi)星繞地球轉(zhuǎn)動的軌道是橢圓，衛(wèi)星受到的作用力為地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力，所以遵守開普勒三定律，選項A 正確；同步衛(wèi)星處于赤道上空，其周期與地球的自轉(zhuǎn)周期相同，由萬有引力提Mm4n供向心力，G 只+山2= m(R + h)T,選項 B 正確；人造衛(wèi)星的第一宇

4、gR2，所以第一宇宙速度v= gR，選項 C 正確；當衛(wèi)星的速度等于或大于 11.2 km/s 時，衛(wèi)星將擺脫地球的束縛繞太陽運轉(zhuǎn)，選項D 錯誤.答案 ABC3.宇宙飛船到了月球上空后以速度 v 繞月球做圓周運動，如圖 所示，為了使飛船落在月球上的 B 點，在軌道 A 點，火箭發(fā)動器在 短時間內(nèi)發(fā)動，向外噴射高溫燃氣，噴氣的方向應當是()A .與 v 的方向一致B .與 v 的方向相反宙速度，即為衛(wèi)星在地球表面繞地球運轉(zhuǎn)時的線速度,tGMm mv2由有=_R地球表面的物體受到的重力mg=贊，可得 Gm =得 v =C.垂直 v 的方向向右D.垂直 v 的方向向左解析 因為要使飛船做向心運動，只

5、有減小速度，這樣需要的向 心力減小，而此時萬有引力大于所需向心力，所以只有向前噴氣，使v 減小，從而做向心運動，落到 B 點，故 A 正確.答案 A4.下列說法中正確的是（）A .經(jīng)典力學能夠說明微觀粒子的規(guī)律性B .經(jīng)典力學適用于宏觀物體，低速運動問題，不適用于高速運動的問題C.相對論和量子力學的出現(xiàn)表示經(jīng)典力學已失去意義D .對宏觀物體的高速運動問題，經(jīng)典力學仍能適用解析經(jīng)典力學適用于低速宏觀問題，不能說明微觀粒子的規(guī)律 性，不能適用于宏觀物體的高速運動的問題，故 A、D 選項錯誤，B選項正確；相對論和量子力學的出現(xiàn)，并不否定經(jīng)典力學，只是說經(jīng) 典力學有其適用范圍，故 C 選項錯誤.答案

6、B繞地球做勻速圓周運動而言（）A.衛(wèi)星的軌道可能為 aB .衛(wèi)星的軌道可能為 bC.衛(wèi)星的軌道可能為 cD .同步衛(wèi)星的軌道只可能為 b解析 若衛(wèi)星在 a 軌道，則萬有引力可分為兩個分力， 一個是向 心力，一個是指向赤道平面的力，衛(wèi)星不穩(wěn)定， A 選項錯誤對 b、 c 軌道，萬有引力無分力，故 B、 C 選項正確答案 BC6在繞地球做圓周運動的空間實驗室內(nèi)，能使用下列儀器完成 的實驗是 ()A.用天平測物體的質(zhì)量B .用彈簧秤、刻度尺驗證力的平行四邊形定則C.用彈簧秤測物體的重力D .用水銀氣壓計測定實驗室的艙內(nèi)氣壓解析 繞地球做圓周運動的空間站處于完全失重狀態(tài)， 所以與重 力有關(guān)的實驗都要受

7、到影響，故 B 選項正確.答案 B7.兩顆靠得很近而與其他天體相距很遠的天體稱為雙星， 它們 以兩者連線上的某點為圓心做勻速圓周運動，如果二者質(zhì)量不相等， 則下列說法正確的是 ()A .它們做勻速圓周運動的周期相等B .它們做勻速圓周運動的向心加速度大小相等C.它們做勻速圓周運動的向心力大小相等D .它們做勻速圓周運動的半徑與其質(zhì)量成正比解析 雙星系統(tǒng)中兩個天體繞著其連線上某一點做勻速圓周運 動，它們之間的萬有引力是各自做圓周運動的向心力， 兩天體具有相m232r2,兩者質(zhì)量不等，故兩天體的軌道半徑不等，且 miri= m2.故 B、D 選項錯誤.8 如圖所示，衛(wèi)星 A、B、C 在相隔不遠的不

8、同軌道上，以地球 為中心做勻速圓周運動，且運動方向相同.若在某時刻恰好在同一直線上，則當衛(wèi)星 B 經(jīng)過一個周期時，下列關(guān)于三個衛(wèi)星的位置說法 中正確的是（）A .三個衛(wèi)星的位置仍在一條直線上B .衛(wèi)星 A 位置超前于 B，衛(wèi)星 C 位置滯后于 BC.衛(wèi)星 A 位置滯后于 B，衛(wèi)星 C 位置超前于 BD .由于缺少條件，無法比較它們的位置解析 由衛(wèi)星 A、B、C 的位置可知TAVTBVTC,原因是衛(wèi)星運動的周期 T =；書3當衛(wèi)星 B 運行一個周期時，A 轉(zhuǎn)過一周多，C 轉(zhuǎn)過不到一周，故答案應選 B.答案 B9. 下面是地球、火星的有關(guān)情況比較星球地球火星公轉(zhuǎn)半徑1.5X108km2.25X10

9、8km同的角速度，周期相等，故 A、C 項正確.根據(jù) FGmim22r2=miAB C-00答案自轉(zhuǎn)周期23 時 56 分24 時 37 分表面溫度15C100C0C大氣主要成分78% 的 N2,21% 的02約 95%的 C02根據(jù)以上信息，關(guān)于地球及火星（行星的運動可看做圓周運動）, F 列推測正確的是（）A .地球公轉(zhuǎn)的線速度小于火星公轉(zhuǎn)的線速度B .地球公轉(zhuǎn)的向心加速度大于火星公轉(zhuǎn)的向心加速度C.地球的自轉(zhuǎn)角速度小于火星的自轉(zhuǎn)角速度D .地球表面的重力加速度大于火星表面的重力加速度2解析地球和火星都繞太陽公轉(zhuǎn)，由GMrm= ，得v二2 兀B 項正確；地球自轉(zhuǎn)周期小于火星，由3=得地球的

10、自轉(zhuǎn)角速度大于火星的自轉(zhuǎn)角速度，C 項錯誤；由于題目沒有給出地球和火星的質(zhì)答案 B,地球公轉(zhuǎn)的半徑小，故地球公轉(zhuǎn)的線速度大,A 項錯誤；由r2ma，得地球公轉(zhuǎn)的向心加速度大于火星公轉(zhuǎn)的向心加速度,量及相應的半徑，故不能比較它們表面的重力加速度,D 項錯誤.GMm10.如圖所示，A 為靜止于地球赤道上的物體，B為繞地球做橢 圓軌道運行的衛(wèi)星， C 為繞地球做圓周運動的衛(wèi)星， P 為 B、C 兩衛(wèi) 星軌道的交點.已知 A、B、C 繞地心運動的周期相同.相對于地心，下列說法中正確的是（）A .物體 A 和衛(wèi)星 C 具有相同大小的加速度B .衛(wèi)星 C 的運行線速度的大小大于物體 A 線速度的大小C.可

11、能出現(xiàn)：在每天的某一時刻衛(wèi)星 B 在 A 的正上方D .衛(wèi)星 B 在 P 點的運行加速度大小與衛(wèi)星 C 的運行加速度大 小相等解析 A、C 兩者周期相同，轉(zhuǎn)動角速度相同.由 a=浙可知 A選項錯誤；由 v=rVAVC,故 B 選項正確；因為物體 A 隨地球自 轉(zhuǎn)，而 B繞地球做橢圓運動，且周期相同，當 B 物體經(jīng)過地心與 A 連線與橢圓軌道的交點時，就會看到 B 在 A 的正上方，故 C 選項正確；P 點是 C 衛(wèi)星的圓形軌道與 B 衛(wèi)星橢圓軌道的交點，到地心的 距離都是 C 衛(wèi)星的軌道半徑，由=ma 可知，B 在 P 點的加速度 和衛(wèi)星 C 的加速度大小相等時，D 選項正確.第H卷（非選擇題

12、，共 60 分）二、填空題（本題共 3 小題，共 20 分）11. （8 分）此前，我國曾發(fā)射“神舟”號載人航天器進行模擬試驗飛行，飛船順利升空，在繞地球軌道飛行數(shù)圈后成功回收. 當今我 國已成為繼前蘇聯(lián)和美國之后第三個實現(xiàn)載人航天的國家， 載人航天 已成為全國人民關(guān)注的焦點.航天工程是個龐大的綜合工程，理科知 識在航天工程中有許多重要的應用.（1） 地球半徑為 6 400 km，地球表面重力加速度 g = 9.8 m/s2，若使載人航天器在離地面高 640 km 的圓軌道上繞地球飛行，則在軌道 上的飛行速度為 _m/s.保留兩位有效數(shù)字）（2） 載人航天器在加速上升的過程中，宇航員處于超重狀

13、態(tài)，若在離地面不太遠的地點，宇航員對支持物的壓力是他在地面靜止時重 力的4 倍，則航天器的加速度為_.解析（1）航天器在軌道上運行時，地球?qū)教炱鞯囊μ峁┖剑?）加速上升時宇航員處于超重狀態(tài)，根據(jù)牛頓第二定律得FN-mg = ma,由牛頓第三定律可知FN=4mg,解得 a= 3g.答案 BCD天器所需的向心力,GMm _ mv2R+h2 R + h在地面上GMmR2mg，解得 v = 7.6x103m/s.答案（1）7.6X103（2）3g12. （8 分）一艘宇宙飛船飛近某一新發(fā)現(xiàn)的行星，并進入靠近該 行星表面的圓形軌道繞行數(shù)圈后，著陸在行星上.宇宙飛船上備有以 下實驗儀器：A .彈簧測力

14、計一個B .精確秒表一只C.天平一臺（附砝碼一套）D.物體一個為測定該行星的質(zhì)量 M 和半徑 R,宇航員在繞行及著陸后各進 行了一次測量，依據(jù)測量數(shù)據(jù)可求出M 和 R（已知引力常量為 G）.（1）繞行時測量所用的儀器為_（用儀器的字母序號表示）,所測物理量為_ .（2）著陸后測量所用的儀器為_，所測物理量為_ .用測量數(shù)據(jù)求該行星的半徑R=_ 質(zhì)量 M =_ .答案（1）B 周期 T13 題圖 13.（4 分）古希臘某地理學家經(jīng)過長期觀測，發(fā)現(xiàn) 6 月 21 日正午時刻， 在北半球 A 城陽光與豎直方向成 7.5 角下射， 而在 A 城正北方，(2)A、C、D物體質(zhì)量 m、重力F需F3T416

15、Gnm3與 A 城距離 L 的 B 城，陽光恰好沿豎直方向下射，如圖 所示.射到地球的陽光可看成平行光.據(jù)此他估算了地球的半徑，其表達式為 R=解析 B 點在 A 城的正北方，則 A、B 兩點在同一經(jīng)線圈上 A 與B 的距離為弧長 L，由題意可知弧長 L 所對圓心角的 7.5 L = R -0, L L24 L R07.5n n18024 L答案 一n三、解答題（本題共 3 小題，共 40 分.解答應寫出必要的文字說 明、方程式和重要的演算步驟，只寫出答案的不能得分.有數(shù)值計算 的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位）14. （12 分）2012 年 4 月 30 日 4 時 50 分，我國在西昌

16、衛(wèi)星發(fā)射中心用“長征三號乙”運載火箭首次采用“一箭雙星”的方式，成功發(fā)射兩顆北斗導航衛(wèi)星，衛(wèi)星順利進入預定轉(zhuǎn)移軌道.北斗衛(wèi)星導航 系統(tǒng)是中國自行研制開發(fā)的區(qū)域性有源三維衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)（CNSS），其空間端包括 5 顆靜止軌道衛(wèi)星和 30 顆非靜止軌道衛(wèi)星, 如圖甲所示.為簡便起見，認為其中一顆衛(wèi)星軌道平面與地球赤道平面重合,繞地心做勻速圓周運動（如圖乙所示） .已知地球表面重力加速度為 地球的半徑 R,該衛(wèi)星繞地球勻速圓周運動的周期為 T,求該衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動的軌道半徑 r.g,甲乙解析設(shè)該衛(wèi)星的質(zhì)量為 m,地球的質(zhì)量為 MMm 4 n由萬有引力提供向心力可得GT= mnr,而 G

17、M = gR2,15. （13 分）晴天晚上，人能看見衛(wèi)星的條件是衛(wèi)星被太陽照著且在人的視野之內(nèi)， 一個可看成漫反射體的人造地球衛(wèi)星的圓形軌道與 赤道共面，衛(wèi)星自西向東運動，春分期間太陽垂直射向赤道，赤道上 某處的人在日落后 8 小時時在西邊的地平線附近恰能看到它，之后極 快地變暗而看不到了，已知地球的半徑 R地=6.4X106m .地面上的 重力加速度為 10m/s2估算：（答案要求精確到兩位有效數(shù)字）（1） 衛(wèi)星軌道離地面的高度；（2） 衛(wèi)星的速度大小.解析（1）根據(jù)題意作出如圖所示由題意得/AOA = 120； /BOA = 60 由此得衛(wèi)星的軌道半徑 r = 2R地，衛(wèi)星距地面的高度

18、h = R地=6.4X106m,以上兩式聯(lián)立解得答案3gR2T2由萬有引力提供向心力得一 r2 =廠，由于地球表面的重力加速度尸詈，gR地.:gR地10 x6.4x106由得 V =r =2 =V2m/s5.7X103m/s.答案（1）6.4x106m（2） 5.7x103m/s16. （15 分） 2008 年 12 月， 天文學家們通過觀測的數(shù)據(jù)確認了銀 河系中央的黑洞“人馬座 A*”的質(zhì)量與太陽質(zhì)量的倍數(shù)關(guān)系.研究 發(fā)現(xiàn)，有一星體 S2 繞人馬座 A*做橢圓運動，其軌道半長軸為9.50X102天文單位（地球公轉(zhuǎn)軌道的半徑為一個天文單位），人馬座A*就處在該橢圓的一個焦點上.觀測得到 S2 星的運行周期為 15.2 年.（1） 若將 S2 星的運行軌道視為半徑 r = 9.50X102天文單位的圓軌道，試估算人馬座 A*的質(zhì)量MA是太陽質(zhì)量 Ms的多少倍（結(jié)果保留一 位有效數(shù)字）；（2） 黑洞的第二宇宙速度極大，處于黑洞表面的粒子即使以光速運動，其具有的動能也不足以克服黑洞對它的引力束縛.由于引力的作用，黑洞表面處質(zhì)量為 m 的粒子具有勢能為 Ep=