高中物理《萬有引力與航天》練習(xí)題（附答案解析）

第第頁(yè)高中物理《萬有引力與航天》練習(xí)題（附答案解析）學(xué)校:___________姓名：___________班級(jí)：_________一、單選題1．如圖所示，兩球間的距離為r，兩球的質(zhì)量分布均勻，質(zhì)量大小分別為m1、m2，半徑大小分別為r1、r2，則兩球間的萬有引力大小為（）A． B．C． D．2．2021年5月15日，我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)天問一號(hào)探測(cè)器在火星烏托邦平原南部預(yù)選著陸區(qū)成功軟著陸。用h表示著陸器與火星表面的距離，用F表示它所受的火星引力大小，則在著陸器從火星上空向火星表面軟著陸的過程中，能夠描述F隨h變化關(guān)系的大致圖像是（）A． B．C． D．3．發(fā)現(xiàn)萬有引力定律和測(cè)出引力常量的科學(xué)家分別是（）A．牛頓、卡文迪許 B．開普勒、卡文迪許C．開普勒、庫(kù)侖 D．牛頓、庫(kù)侖4．經(jīng)典力學(xué)有一定的局限性。當(dāng)物體以下列速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，經(jīng)典力學(xué)不再適用的是（）A． B．C． D．5．有a、b、c、d四顆地球衛(wèi)星，a還未發(fā)射，在地球赤道上隨地球一起轉(zhuǎn)動(dòng)，b在近地軌道做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，c是地球同步衛(wèi)星，d是高空探測(cè)衛(wèi)星，各衛(wèi)星排列位置如圖所示。關(guān)于這四顆衛(wèi)星，下列說法正確的是（）A．a(chǎn)的向心加速度等于重力加速度gB．c在4h內(nèi)轉(zhuǎn)過的圓心角是C．在相同時(shí)間內(nèi)，這四顆衛(wèi)星中b轉(zhuǎn)過的弧長(zhǎng)最長(zhǎng)D．d做圓周運(yùn)動(dòng)的周期有可能是20小時(shí)6．2019年10月28日發(fā)生了天王星沖日現(xiàn)象，即太陽(yáng)、地球、天王星處于同一直線，此時(shí)是觀察天王星的最佳時(shí)間。已知日地距離為，天王星和地球的公轉(zhuǎn)周期分別為和，則天王星與太陽(yáng)的距離為（）A． B．C． D．7．如圖所示，兩顆人造衛(wèi)星繞地球逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)，衛(wèi)星1、衛(wèi)星2分別沿圓軌道、橢圓軌道運(yùn)動(dòng)，圓的半徑與橢圓的半長(zhǎng)軸相等，兩軌道相交于A、B兩點(diǎn)，某時(shí)刻兩衛(wèi)星與地球在同一直線上，如圖所示，下列說法中正確的是（）A．兩衛(wèi)星在圖示位置的速度v1<v2 B．兩衛(wèi)星在A處的加速度大小不相等C．兩顆衛(wèi)星可能在A或B點(diǎn)處相遇 D．兩衛(wèi)星永遠(yuǎn)不可能相遇8．我們的銀河系的恒星中大約四分之一是雙星。某雙星是由質(zhì)量不等的星體和構(gòu)成，兩星在相互之間的萬有引力作用下繞兩者連線上某一定點(diǎn)C做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。由天文觀察測(cè)得其運(yùn)動(dòng)周期為T，到C點(diǎn)的距離為，和的距離為r，已知引力常量為G。由此可求出的質(zhì)量為（）A． B． C． D．二、多選題9．2018年12月8日，肩負(fù)著億萬中華兒女探月飛天夢(mèng)想的嫦娥四號(hào)探測(cè)器成功發(fā)射，實(shí)現(xiàn)了人類航天器首次在月球背面巡視探測(cè)，率先在月背刻上了中國(guó)足跡。已知月球的質(zhì)量為M、半徑為R，探測(cè)器的質(zhì)量為m，引力常量為G。嫦娥四號(hào)探測(cè)器圍繞月球做半徑為r的勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，探測(cè)器的（

）A．線速度為 B．角速度為C．周期為2π D．向心加速度為10．美國(guó)“新地平線”號(hào)探測(cè)器，已于美國(guó)東部時(shí)間2006年1月17日13時(shí)（北京時(shí)間18日1時(shí)）借助“宇宙神5”火箭，從佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角肯尼迪航天中心發(fā)射升空，開始長(zhǎng)達(dá)九年的飛向冥王星的太空之旅。擁有3級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)的“宇宙神5”重型火箭將以每小時(shí)5.76萬千米的驚人速度把“新地平線”號(hào)送離地球，這個(gè)冥王星探測(cè)器因此將成為人類有史以來發(fā)射速度最高的飛行器，此速度（）A．大于第一宇宙速度 B．大于第二宇宙速度C．大于第三宇宙速度 D．小于并接近第三宇宙速度11．2021年7月和10月，SpaceX公司星鏈衛(wèi)星兩次侵入中國(guó)天宮空間站軌道，為保證空間站內(nèi)工作的三名航天員生命安全，中方不得不調(diào)整軌道高度，緊急避碰。2021年10月19日至23日，美國(guó)星鏈2305持續(xù)軌道變化，中國(guó)空間站于10月21日3點(diǎn)16分進(jìn)行變軌規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。圖示為10月20日至23日期間星鏈2305和中國(guó)空間站的軌道距離地面高度數(shù)據(jù)圖。假設(shè)除開變軌過程，中國(guó)空間站在不同高度軌道上都是繞地球進(jìn)行勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則下列說法正確的是（）A．10月21日3點(diǎn)16分，發(fā)動(dòng)機(jī)向前噴氣使得中國(guó)空間站速度減小B．中國(guó)空間站在10月22日運(yùn)行的向心加速度小于其在10月20日運(yùn)行的向心加速度C．中國(guó)空間站在10月22日運(yùn)行軌道的周期大于其在10月20日運(yùn)行軌道的周期D．中國(guó)空間站與地球的連線和星鏈2305與地球的連線在相同時(shí)間內(nèi)掃過相同的面積12．如圖是在同一平面不同軌道上運(yùn)行的兩顆人造地球衛(wèi)星，設(shè)它們運(yùn)行的周期分別是T1、T2（T1<T2），且某時(shí)刻兩衛(wèi)星相距最近，則下列說法正確的是（）A．兩衛(wèi)星再次相距最近的時(shí)間是B．兩衛(wèi)星相距最遠(yuǎn)的時(shí)間是C．兩衛(wèi)星再次相距最近的時(shí)間是D．兩衛(wèi)星相距最遠(yuǎn)的時(shí)間是（其中）三、填空題13．人造地球衛(wèi)星在運(yùn)行過程中由于受到微小的阻力，軌道半徑將緩慢減小。在此運(yùn)動(dòng)過程中，衛(wèi)星所受萬有引力大小將______（填“減小”或“增大”）；其動(dòng)能將______（填“減小”或“增大”）。14．設(shè)探測(cè)器繞月球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，軌道半徑為r，速度大小為v。已知月球半徑為R，引力常量為G，忽略月球自轉(zhuǎn)的影響，則月球的平均密度為___________，月球表面的重力加速度為___________。四、實(shí)驗(yàn)題15．地球和水星繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道可近似看作是圓形，已知地球到太陽(yáng)的距離為水星到太陽(yáng)距離的倍，那么地球和水星繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)的線速度之比為多少？16．下列個(gè)圖片說明了什么問題或者干什么用，請(qǐng)?jiān)诋嬀€處寫出來：(1)________________________________．(2)________________________________．(3)_________________________________．五、解答題17．天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)一顆小行星沿近似圓形軌道繞太陽(yáng)運(yùn)行，測(cè)得該軌道的平均半徑約為地球公轉(zhuǎn)軌道半徑的3倍。這顆小行星繞太陽(yáng)運(yùn)行的周期大約是多少年？18．我國(guó)的航空航天事業(yè)取得了巨大成就。根據(jù)新聞報(bào)道2025年前后，我國(guó)將發(fā)射了“嫦娥六號(hào)”探月衛(wèi)星。假設(shè)“嫦娥六號(hào)”的質(zhì)量為，它將繞月球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)距月球表面的距離為h。已知引力常量G、月球質(zhì)量M、月球半徑R。求：（1）求月球表面的重力加速度g；（2）“嫦娥六號(hào)”繞月球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期T；（3）求月球的第一宇宙速度v。19．如圖所示，有A、B兩顆衛(wèi)星繞同顆質(zhì)量未知，半徑為R的行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)方向相同，其中A為近地軌道衛(wèi)星，周期為T1，B為靜止軌道衛(wèi)星，周期為T2，在某一時(shí)刻兩衛(wèi)星相距最近，試用已知量求解下列問題：（引力常量G為已知）（1）經(jīng)過多長(zhǎng)時(shí)間，兩行星再次相距最近？（2）同步衛(wèi)星離地面的高度h＝？（3）該行星的平均密度ρ＝？參考答案與解析：1．D【詳解】?jī)汕蛸|(zhì)量分布均勻，可認(rèn)為質(zhì)量集中于球心，由萬有引力定律可知兩球間的萬有引力應(yīng)為故選D。2．C【詳解】由萬有引力定律可得著陸器從火星上空向火星表面軟著陸的過程中，隨著h減小，F(xiàn)非線性增大，對(duì)比圖線可知，C選項(xiàng)的圖像符合題意。故選C。3．A【詳解】牛頓根據(jù)行星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律推導(dǎo)出了萬有引力定律。經(jīng)100多年后，由英國(guó)物理學(xué)家卡文迪許在實(shí)驗(yàn)室里利用扭秤裝置巧妙的測(cè)量出了幾個(gè)鉛球間的引力，從而第一次較為準(zhǔn)確的得到萬有引力常量，A正確，BCD錯(cuò)誤。故選A。4．D【詳解】經(jīng)典力學(xué)只適用于宏觀、低速運(yùn)動(dòng)的物體，對(duì)微觀、高速（接近光速）運(yùn)動(dòng)的物體不再適用，故ABC錯(cuò)誤，D正確。故選D。5．C【詳解】A．對(duì)于衛(wèi)星a，根據(jù)萬有引力定律、牛頓第二定律可得所以a的向心加速度小于重力加速度g，故A項(xiàng)錯(cuò)；B．由c是同步衛(wèi)星，可知c在4h內(nèi)轉(zhuǎn)過的圓心角是故B項(xiàng)錯(cuò)；C．由萬有引力提供向心力，有解得故軌道半徑越大，線速度越小，故衛(wèi)星b的線速度大于衛(wèi)星c的線速度，衛(wèi)星c的線速度大于衛(wèi)星d的線速度，而衛(wèi)星a與同步衛(wèi)星c的周期相同，所以衛(wèi)星c的線速度大于衛(wèi)星a的線速度，所以b的線速度最大，在相同時(shí)間內(nèi)，這四顆衛(wèi)星中b轉(zhuǎn)過的弧長(zhǎng)最長(zhǎng)，故C正確；D．由萬有引力提供向心力，有解得軌道半徑r越大，周期越長(zhǎng)，故衛(wèi)星d的周期大于同步衛(wèi)星c的周期，故D項(xiàng)錯(cuò)。故選C。6．A【詳解】根據(jù)題意可知，天王星、地球繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由開普勒第三定律，解得天王星與太陽(yáng)的距離為故選A。7．D【詳解】A．為橢圓軌道的遠(yuǎn)地點(diǎn)速度，加速做離心運(yùn)動(dòng)，才能達(dá)到以所在點(diǎn)與地心連線為半徑的圓周軌道，故速度小于對(duì)應(yīng)圓軌道的環(huán)繞速度，表示做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度，根據(jù)可知故A錯(cuò)誤；B．兩個(gè)軌道上的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)時(shí)，所受的萬有引力產(chǎn)生加速度加速度大小相等，故B錯(cuò)誤；CD．橢圓的半長(zhǎng)軸與圓軌道的半徑相同，根據(jù)開普勒第三定律知，兩顆衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)周期相等，則不會(huì)相遇，故D正確，C錯(cuò)誤。故選D。8．D【詳解】設(shè)星體S1和S2的質(zhì)量分別為m1和m2，S1星體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由萬有引力提供，所以得故選D。9．BC【詳解】A．根據(jù)萬有引力提供向心力，有G=m得線速度v=故A錯(cuò)誤；B．根據(jù)萬有引力提供向心力，有G=mω2r得角速度ω=故B正確；C．根據(jù)萬有引力提供向心力，有G=mr得周期T=2π故C正確；D．根據(jù)萬有引力提供向心力，有G=ma得向心加速度a=故D錯(cuò)誤。故選BC。10．ABD【詳解】由題意可知探測(cè)器的發(fā)射速度為而第一、二、三宇宙速度分別為7.9km/h、11.2km/m、16.7km/h，由此可知v大于第一、二宇宙速度，小于并接近第三宇宙速度，故ABD正確，C錯(cuò)誤。故選ABD。11．BC【詳解】A．10月21日3點(diǎn)16分，空間站向更高軌道變軌發(fā)動(dòng)機(jī)向后噴氣使得中國(guó)空間站速度增大，A錯(cuò)誤；BC．中國(guó)空間站在10月22日運(yùn)行的高度大于在10月20日運(yùn)行的高度，向心加速度小于其在10月20日運(yùn)行的向心加速度，周期大于其在10月20日運(yùn)行軌道的周期，BC正確；D．變軌過程中空間站有動(dòng)力飛行，故中國(guó)空間站與地球的連線和星鏈2305與地球的連線在相同時(shí)間內(nèi)掃過的面積不同，D錯(cuò)誤；故選BC。12．AD【詳解】AC．兩衛(wèi)星再次相距最近時(shí)，運(yùn)行周期短的衛(wèi)星比周期長(zhǎng)的衛(wèi)星正好多運(yùn)行一圈，即轉(zhuǎn)動(dòng)的角度相差2π，所以有解得故A正確，C錯(cuò)誤；BD．兩衛(wèi)星相距最遠(yuǎn)時(shí)，運(yùn)行周期短的衛(wèi)星比周期長(zhǎng)的衛(wèi)星正好多運(yùn)行k圈加半圈，即轉(zhuǎn)動(dòng)的角度相差（其中），所以有解得（其中）故B錯(cuò)誤，D正確。故選AD。13．

增大

增大【詳解】[1]根據(jù)萬有引力公式，當(dāng)軌道半徑r減小的過程中，萬有引力增大。[2]根據(jù)萬有引力提供向心力有根據(jù)動(dòng)能表達(dá)式有聯(lián)立解得當(dāng)軌道半徑r減小的過程中，衛(wèi)星動(dòng)能增大。14．

【詳解】[1][2]根據(jù)萬有引力定律和牛頓第二定律可得又解得由于聯(lián)立可得15．【詳解】設(shè)地球繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)的半徑為，周期為，水星繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)的半徑為，周期為，由開普勒第三定律得因?yàn)榈厍蚺c水星均繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，可得，聯(lián)立可得16．

研究小球做平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律

物體的速度足夠大時(shí)，將不會(huì)落回地面

探究彈力做的功與速度的關(guān)系【詳解】圖（1）是研究小球做平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律描出的點(diǎn)跡；圖（2）是說當(dāng)物體的速度足夠大時(shí)，將不會(huì)落回地面；圖（3）是探究彈力做的功與速度的關(guān)系實(shí)驗(yàn)的裝置.17．5.2年【詳解】根據(jù)開普勒第三定律有解得18．（1）；（2）；（3）【詳解】（1）月球表面，根據(jù)萬有引力等于重力解得，月球表面的重力加速度（2）“嫦娥六號(hào)”繞月球做勻速