高中物理必修二第七章萬有引力與宇宙航行真題(帶答案)

高中物理必修二第七章萬有引力與宇宙航行真題

單選題1、如圖所示，A為地面上的待發(fā)射衛(wèi)星，B為近地圓軌道衛(wèi)星，C為地球同步衛(wèi)星。三顆衛(wèi)星質(zhì)量相同，三顆衛(wèi)星的線速度大小分別為、、，角速度大小分別為、、，周期分別為、、，向心加速度大小分別為、、，則（

）A．B．C．D．答案：AA．同步衛(wèi)星C的角速度等于地面上的特發(fā)射衛(wèi)星A的角速度，即B、C均為衛(wèi)星，由萬有引力提供向心力有解得由于衛(wèi)星B的軌道半徑小于C的軌道半徑，則所以故A正確；B．同步衛(wèi)星C的周期等于地面上的特發(fā)射衛(wèi)星A的周期，即TA=TCB、C均為衛(wèi)星，根據(jù)開普勒第三定律可知B的周期小于C的周期，即TC＞TB所以有TA=TC＞TB故B錯誤；C．同步衛(wèi)星C的角速度等于地面上的特發(fā)射衛(wèi)星A的角速度，即根據(jù)可知由萬有引力提供向心力有解得可知B的線速度大于C的線速度，即所以有故C錯誤；D．同步衛(wèi)星C的角速度等于地面上的特發(fā)射衛(wèi)星A的角速度，即根據(jù)可知根據(jù)牛頓第二定律可得解得B的向心加速度大于C的向心加速度，即所以有故D錯誤。故選A。2、若地球半徑為R，把地球看作質(zhì)量分布均勻的球體?！膀札?zhí)枴毕聺撋疃葹閐，“天宮一號”軌道距離地面高度為h，“蛟龍”號所在處與“天宮一號”所在處的加速度大小之比為（質(zhì)量分布均勻的球殼對內(nèi)部物體的萬有引力為零）（

）A．B．C．D．答案：C設(shè)地球的密度為ρ，則在地球表面，物體受到的重力和地球的萬有引力大小相等，有由于地球的質(zhì)量為所以重力加速度的表達式可寫成質(zhì)量分布均勻的球殼對殼內(nèi)物體的引力為零，故在深度為d的地球內(nèi)部，受到地球的萬有引力即為半徑等于（R－d）的球體在其表面產(chǎn)生的萬有引力，故“蛟龍?zhí)枴钡闹亓铀俣人杂懈鶕?jù)萬有引力提供向心力有G＝ma“天宮一號”所在處的重力加速度為a＝所以，故選C。3、同步衛(wèi)星是與地球自轉(zhuǎn)同步的人造地球衛(wèi)星，它位于赤道正上方，而且（）A．運行速度可按需要取值B．運行周期可按需要取值C．離地心的距離是一確定的值D．可以位于任何城市的上空答案：CB．地球的同步衛(wèi)星的特點是周期、角速度與地球自轉(zhuǎn)同期、角速度相同，故B錯誤；CD．地球的同步衛(wèi)星的特點是周期、角速度與地球自轉(zhuǎn)同期、角速度相同，由得可知同步衛(wèi)星的軌道半徑是固定的，只能在赤上空，離地高度固定，故C正確，D錯誤；A．根據(jù)運行速度大小一定，故A錯誤。故選C。4、2021年6月29日，一篇發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志快報》的論文稱發(fā)現(xiàn)了兩例來自黑洞吞噬中子星的引力波事件。有研究發(fā)現(xiàn)黑洞是通過不斷“吸食”中子星表面的物質(zhì)，從而慢慢吞噬中子星的。假設(shè)吞噬過程末期較短時間內(nèi)黑洞和中子星之間的距離保持不變，總質(zhì)量不變，黑洞質(zhì)量大于中子星質(zhì)量，二者可視為雙星系統(tǒng)，則吞噬末期（

）A．二者之間的萬有引力不變B．黑洞和中子星做圓周運動的角速度不變C．中子星的軌道半徑逐漸減小D．黑洞做圓周運動的線速度逐漸增大答案：BA．設(shè)黑洞的質(zhì)量為，軌道半徑為，中子星的質(zhì)量為，軌道半徑為，一段時間內(nèi)“吸食”的質(zhì)量為，則二者之間的萬有引力為由數(shù)學(xué)知識可知，隨著的增大，F(xiàn)逐漸減小，故A錯誤；B．對黑洞有對中子星有兩式聯(lián)立可解得因為定值，故ω始終不變，故B正確；C．因整理可得由于逐漸增大，故也逐漸增大，故C錯誤；D．因逐漸增大，故逐漸減小，由可知黑洞的線速度逐漸減小，故D錯誤。故選B。5、為“嫦五”環(huán)繞月球做勻速圓周運動提供向心力的是（

）A．太陽對“嫦五”的萬有引力B．月球?qū)Α版衔濉钡娜f有引力C．火星對“嫦五”的萬有引力D．地球?qū)Α版衔濉钡娜f有引力答案：B為“嫦五”環(huán)繞月球做勻速圓周運動提供向心力的是月球?qū)Α版衔濉钡娜f有引力。故選B。6、2021年2月，我國“天問一號”火星探測器抵達環(huán)繞火星的軌道，正式開啟火星探測之旅，如圖所示?！疤靻栆惶枴边M入火星停泊軌道2后，在近火點280千米，遠火點5.9萬千米，進行相關(guān)探測后再進入較低的橢圓軌道3開展科學(xué)探測。則“天問一號”（

）A．軌道2環(huán)繞周期比軌道3環(huán)繞周期小B．軌道2近火點的加速度比軌道3近火點的加速度大C．軌道2近火點的速率比軌道3近火點的速率大D．軌道2近火點的機械能比軌道2遠火點的機械能小答案：CA．根據(jù)開普勒第三定律可知，軌道半徑越大，環(huán)繞周期越大，故軌道2環(huán)繞周期比軌道3環(huán)繞周期大，故A錯誤；B．軌道2的近火點和軌道3的近火點為同一位置，加速度相等，故B錯誤；C．根據(jù)衛(wèi)星變軌原理可知，從軌道2進入軌道3減速，做近心運動，所以軌道2近火點的速率比軌道3近火點的速率大，故C正確；D．探測器在軌道2上運行，只受萬有引力作用，機械能守恒，故D錯誤。故選C。7、2020年12月17日1時59分，隨著我國“嫦娥五號”返回器攜帶月球樣品于內(nèi)蒙古中部四子王旗成功著陸，我國實現(xiàn)了月球探測“繞、落、回”三步走規(guī)劃的完美收官，標志著我國具備了地月往返的能力，是我國航天事業(yè)發(fā)展中里程碑式的新跨越。此次任務(wù)中需要完成上升器與軌道返回組合體的交會對接，將上升器中存放的月球樣品通過軌道器轉(zhuǎn)移到返回器中。假設(shè)此次交會對接的過程如圖所示，上升器先在半徑為r的環(huán)月軌道飛行，軌道返回組合體在半徑為R的環(huán)月軌道飛行，當軌道返回組合體運動到圖示B點時，上升器立即加速進入遠月點與月球距離為R的橢圓軌道并恰與軌道返回組合體在遠月點C相遇對接。則B、C兩點對應(yīng)的圓心角度是（

）A．

B．π

C．

D．π

答案：A由開普勒第三定律可知，上升器在橢圓軌道上運行周期等于繞月半徑為圓軌道運行周期，由G解得橢圓軌道上的運動周期為T上=2π=2π=π上升器沿橢圓軌道從A點運動到C點的時間為運動周期的一半，即t=而組合體沿圓軌道運動的周期為T組=2π可得解得θ=2π故選A。8、衛(wèi)星甲是一顆靜止軌道衛(wèi)星（同步衛(wèi)星），軌道半徑約為地球半徑的6.6倍，衛(wèi)星乙是一顆地球極地軌道衛(wèi)星，軌道半徑約為地球半徑的3.17倍。下列說法正確的是（

）A．甲的公轉(zhuǎn)周期比月球的公轉(zhuǎn)周期大B．甲的公轉(zhuǎn)角速度比乙的公轉(zhuǎn)角速度大C．甲的公轉(zhuǎn)線速度比乙的公轉(zhuǎn)線速度大D．甲的公轉(zhuǎn)向心加速度比乙的向心加速度小答案：DA．由于甲是一顆靜止軌道衛(wèi)星（同步衛(wèi)星），所以甲的公轉(zhuǎn)周期是24小時，而月球的公轉(zhuǎn)周期大約是27天，故A錯誤；B．由衛(wèi)星公轉(zhuǎn)時萬有引力提供向心力得由于甲軌道半徑比乙軌道半徑大，所以甲的公轉(zhuǎn)角速度比乙的公轉(zhuǎn)角速度小，故B錯誤；C．由衛(wèi)星公轉(zhuǎn)時萬有引力提供向心力得由于甲軌道半徑比乙軌道半徑大，所以甲的公轉(zhuǎn)線速度比乙的公轉(zhuǎn)線速度小，故C錯誤；D．由衛(wèi)星公轉(zhuǎn)時萬有引力提供向心力得由于甲軌道半徑比乙軌道半徑大，所以甲的公轉(zhuǎn)向心加速度比乙的向心加速度小，故D正確。故選D。多選題9、下列說法正確的是（

）A．經(jīng)典力學(xué)適用于任何領(lǐng)域B．經(jīng)典力學(xué)只適用于宏觀、低速物體的運動，對于微觀、高速運動不適用C．在經(jīng)典力學(xué)中，物體的長度不隨運動狀態(tài)而改變，在狹義相對論中，物體的長度隨速度的增大而增大D．相對論與量子力學(xué)并沒有否定經(jīng)典力學(xué)，而認為經(jīng)典力學(xué)是在一定條件下的特殊情形答案：BDAB．經(jīng)典力學(xué)只適用于宏觀、低速物體的運動，對于微觀、高速運動不適用，故A錯誤，B正確；C．在經(jīng)典力學(xué)中，物體的長度不隨運動狀態(tài)而改變，在狹義相對論中，物體的長度隨速度的增大而減小，故C錯誤；D．相對論與量子力學(xué)并沒有否定經(jīng)典力學(xué)，而認為經(jīng)典力學(xué)是在一定條件下的特殊情形，故D正確。故選BD。10、質(zhì)量為m的小球由輕繩a和b分別系于一輕質(zhì)細桿的B點和A點，如圖所示，繩a與水平方向成θ角，繩b在水平方向且長為l，當輕桿繞軸AB以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動時，小球在水平面內(nèi)做勻速圓周運動，則下列說法正確的是（

）A．a(chǎn)繩彈力不可能為零B．a(chǎn)繩的彈力隨角速度的增大而增大C．當角速度，b繩將出現(xiàn)彈力D．若b繩突然被剪斷，則a繩的彈力一定發(fā)生變化答案：ACA

B．小球在豎直方向受重力，所以必須有力平衡重力，而這個力只能是a繩在豎直方向的分力，即Tasin

θ＝mg得由此可知Ta與ω無關(guān)，故B錯誤，A正確；C．由圓錐擺模型知ω較小時b繩無彈力，設(shè)ω＝ω0時b繩剛伸直，對球進行受力分析，有＝則ω0＝＝C正確；D．當b繩上沒彈力時，將b突然剪斷，a繩上的彈力也不會發(fā)生變化，故D錯誤。故選AC。11、設(shè)某人在速度為0.5c的飛船上打開一個光源，則下列說法正確的是（

）A．飛船正前方地面上的觀察者觀察這一光速為1.5cB．飛船正后方地面上的觀察者觀察這一光速為0.5cC．在垂直飛船前進方向地面上的觀察者觀察這一光速是cD．在地面上任何地方的觀察者看到的光速都是c答案：CD根據(jù)狹義相對論的“光速不變原理”可知，真空中的光速在不同的慣性系中都是相同的，CD正確。故選CD。12、2020年6月23日，“北斗三號”最后一顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心點火升空，中國終于有了自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，未來將向全世界開放，也會成為70多億人生活的一部分。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)有55顆衛(wèi)星，若其中在同一平面不同軌道上同向運行的兩顆人造地球衛(wèi)星甲和乙，它們運行的周期分別是2小時、16小時，且某時刻兩衛(wèi)星相距最近。則下列說法中正確的是（

）A．兩顆衛(wèi)星再次相距最近的時間是小時B．兩顆衛(wèi)星相距最遠的時間是(16k+4)(k＝0，1，2，……)小時C．乙衛(wèi)星點火加速可以與甲衛(wèi)星對接D．甲、乙兩顆衛(wèi)星的軌道半徑之比為1：4答案：ADA．設(shè)兩顆衛(wèi)星運行的周期分別為T1、T2，設(shè)經(jīng)過時間兩衛(wèi)星再次相距最近，則它們運行的角度之差即解得故A正確；B．兩衛(wèi)星相距最遠時，它們運行的角度之差＝(2k+1)π

(k＝0，1，2……)即(2k+1)π(k＝0，1，2……)解得(k＝0，1，2……)小時故B錯誤；C．乙衛(wèi)星點火加速，v突然增大，有乙衛(wèi)星將做離心運動，不可能與甲衛(wèi)星對接。故C錯誤；D．根據(jù)開普勒第三定律可知解得故D正確。故選AD。13、如圖是在同一平面不同軌道上運行的兩顆人造地球衛(wèi)星，設(shè)它們運行的周期分別是T1、T2（T1<T2），且某時刻兩衛(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間是B．兩衛(wèi)星相距最遠的時間是C．兩衛(wèi)星再次相距最近的時間是D．兩衛(wèi)星相距最遠的時間是（其中）答案：ADAC．兩衛(wèi)星再次相距最近時，運行周期短的衛(wèi)星比周期長的衛(wèi)星正好多運行一圈，即轉(zhuǎn)動的角度相差2π，所以有解得故A正確，C錯誤；BD．兩衛(wèi)星相距最遠時，運行周期短的衛(wèi)星比周期長的衛(wèi)星正好多運行k圈加半圈，即轉(zhuǎn)動的角度相差（其中），所以有解得（其中）故B錯誤，D正確。故選AD。填空題14、已知地球同步衛(wèi)星離地心距離為，其運行速率用表示，加速度大小用表示；又已知地球半徑為，在赤道上物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度大小用表示，第一宇宙速度用表示。則由此可知，________；________。答案：

[1]地球同步衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動的角速度與地球自轉(zhuǎn)角速度相等，則有，可得[2]設(shè)地球質(zhì)量為，同步衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動，根據(jù)萬有引力提供向心力可得解得第一宇宙速度為衛(wèi)星在地球表面附近繞地球做勻速圓周運動的運行速度，根據(jù)萬有引力提供向心力可得解得聯(lián)立可得15、所有物體間都存在萬有引力，萬有引力定律用公式表示為__________。答案：所有物體間都存在萬有引力，萬有引力定律用公式表示為，和為可看成兩質(zhì)點的兩物體的質(zhì)量，為兩質(zhì)點間的距離。16、已知地球