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(shí)間：90分鐘滿分：100分第卷(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(gè)選項(xiàng)中，有的只有一個(gè)選項(xiàng)符合題目要求，有的有多個(gè)選項(xiàng)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(yùn)動對于這些做勻速圓周運(yùn)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(diǎn)考查了地球上的物體做勻速圓周運(yùn)動的知識由于地球上的物體隨著地球的自轉(zhuǎn)做圓周運(yùn)動，則其周期與地球的自轉(zhuǎn)周期相同，D正確，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O點(diǎn)

2、，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由于第一宇宙速度是圍繞地球運(yùn)行時(shí)，軌道半徑最小時(shí)的速度，即在地表處圍繞地球運(yùn)行的衛(wèi)星的速度，則選項(xiàng)B錯(cuò)誤；由圖可知，向心力只是萬有引力的一個(gè)分量，另一個(gè)分量是重力，因此加速度不等于重力加速度，選項(xiàng)C錯(cuò)誤答案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(yùn)動的軌道通常是橢圓，應(yīng)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，距地面的高度可以通過下列公式計(jì)算：Gm(Rh)，其中T是地球自轉(zhuǎn)的周期，h為衛(wèi)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(jì)算：v、v.其

3、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(dāng)人造衛(wèi)星的速度等于或大于11.2 km/s時(shí)，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(xiàng)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，由萬有引力提供向心力，Gm(Rh)，選項(xiàng)B正確；人造衛(wèi)星的第一宇宙速度，即為衛(wèi)星在地球表面繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的線速度，由得v ，地球表面的物體受到的重力mg，可得GmgR2，所以第一宇宙速度v，選項(xiàng)C正確；當(dāng)衛(wèi)星的速度等于或大于11.2 km/s時(shí)，衛(wèi)星將擺脫地球的束縛繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤答案ABC3宇宙飛船

4、到了月球上空后以速度v繞月球做圓周運(yùn)動，如圖所示，為了使飛船落在月球上的B點(diǎn)，在軌道A點(diǎn)，火箭發(fā)動器在短時(shí)間內(nèi)發(fā)動，向外噴射高溫燃?xì)?，噴氣的方向?yīng)當(dāng)是()A與v的方向一致B與v的方向相反C垂直v的方向向右 D垂直v的方向向左解析因?yàn)橐癸w船做向心運(yùn)動，只有減小速度，這樣需要的向心力減小，而此時(shí)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(yùn)動，落到B點(diǎn)，故A正確答案A4下列說法中正確的是()A經(jīng)典力學(xué)能夠說明微觀粒子的規(guī)律性B經(jīng)典力學(xué)適用于宏觀物體，低速運(yùn)動問題，不適用于高速運(yùn)動的問題C相對論和量子力學(xué)的出現(xiàn)表示經(jīng)典力學(xué)已失去意義D對宏觀物體的高速運(yùn)動問題，經(jīng)典力學(xué)仍能適用解析

5、經(jīng)典力學(xué)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(yùn)動的問題，故A、D選項(xiàng)錯(cuò)誤，B選項(xiàng)正確；相對論和量子力學(xué)的出現(xiàn)，并不否定經(jīng)典力學(xué)，只是說經(jīng)典力學(xué)有其適用范圍，故C選項(xiàng)錯(cuò)誤答案B5如圖所示，圖a、b、c的圓心均在地球的自轉(zhuǎn)軸線上，對環(huán)繞地球做勻速圓周運(yùn)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(gè)分力，一個(gè)是向心力，一個(gè)是指向赤道平面的力，衛(wèi)星不穩(wěn)定，A選項(xiàng)錯(cuò)誤對b、c軌道，萬有引力無分力，故B、C選項(xiàng)正確答案BC6在繞地球做圓周運(yùn)動的空間實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，能使用下列儀器完成的實(shí)驗(yàn)是

6、()A用天平測物體的質(zhì)量B用彈簧秤、刻度尺驗(yàn)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(jì)測定實(shí)驗(yàn)室的艙內(nèi)氣壓解析繞地球做圓周運(yùn)動的空間站處于完全失重狀態(tài)，所以與重力有關(guān)的實(shí)驗(yàn)都要受到影響，故B選項(xiàng)正確答案B7兩顆靠得很近而與其他天體相距很遠(yuǎn)的天體稱為雙星，它們以兩者連線上的某點(diǎn)為圓心做勻速圓周運(yùn)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(yùn)動的周期相等B它們做勻速圓周運(yùn)動的向心加速度大小相等C它們做勻速圓周運(yùn)動的向心力大小相等D它們做勻速圓周運(yùn)動的半徑與其質(zhì)量成正比解析雙星系統(tǒng)中兩個(gè)天體繞著其連線上某一點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動，它們之間的萬有引力是各自做圓周運(yùn)動的向心力，

7、兩天體具有相同的角速度，周期相等，故A、C項(xiàng)正確根據(jù)Fm12r1m22r2，兩者質(zhì)量不等，故兩天體的軌道半徑不等，且m1r1m2r2，故B、D選項(xiàng)錯(cuò)誤答案AC8如圖所示，衛(wèi)星A、B、C在相隔不遠(yuǎn)的不同軌道上，以地球?yàn)橹行淖鰟蛩賵A周運(yùn)動，且運(yùn)動方向相同若在某時(shí)刻恰好在同一直線上，則當(dāng)衛(wèi)星B經(jīng)過一個(gè)周期時(shí)，下列關(guān)于三個(gè)衛(wèi)星的位置說法中正確的是()A三個(gè)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TATBTC，原因是衛(wèi)星運(yùn)動的周期T .當(dāng)衛(wèi)星B運(yùn)行一個(gè)周期時(shí)，A轉(zhuǎn)過一周多，C轉(zhuǎn)

8、過不到一周，故答案應(yīng)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1.5108 km2.25108 km自轉(zhuǎn)周期23時(shí)56分24時(shí)37分表面溫度15 100 0 大氣主要成分78%的N2,21%的O2約95%的CO2根據(jù)以上信息，關(guān)于地球及火星(行星的運(yùn)動可看做圓周運(yùn)動)，下列推測正確的是()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解析地球和火星都繞太陽公轉(zhuǎn)，由Gm，得v ，地球公轉(zhuǎn)的半徑小，故地球公轉(zhuǎn)的線速度大，A項(xiàng)錯(cuò)誤；由Gma，得地球公轉(zhuǎn)的向

9、心加速度大于火星公轉(zhuǎn)的向心加速度，B項(xiàng)正確；地球自轉(zhuǎn)周期小于火星，由得地球的自轉(zhuǎn)角速度大于火星的自轉(zhuǎn)角速度，C項(xiàng)錯(cuò)誤；由于題目沒有給出地球和火星的質(zhì)量及相應(yīng)的半徑，故不能比較它們表面的重力加速度，D項(xiàng)錯(cuò)誤答案B10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(yùn)行的衛(wèi)星，C為繞地球做圓周運(yùn)動的衛(wèi)星，P為B、C兩衛(wèi)星軌道的交點(diǎn)已知A、B、C繞地心運(yùn)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(yùn)行線速度的大小大于物體A線速度的大小C可能出現(xiàn)：在每天的某一時(shí)刻衛(wèi)星B在A的正上方D衛(wèi)星B在P點(diǎn)的運(yùn)行加速度大小與衛(wèi)星C的運(yùn)行加速度大小相等解析A

10、、C兩者周期相同，轉(zhuǎn)動角速度相同由a2r可知A選項(xiàng)錯(cuò)誤；由vr，vAvC，故B選項(xiàng)正確；因?yàn)槲矬wA隨地球自轉(zhuǎn)，而B繞地球做橢圓運(yùn)動，且周期相同，當(dāng)B物體經(jīng)過地心與A連線與橢圓軌道的交點(diǎn)時(shí)，就會看到B在A的正上方，故C選項(xiàng)正確；P點(diǎn)是C衛(wèi)星的圓形軌道與B衛(wèi)星橢圓軌道的交點(diǎn)，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(diǎn)的加速度和衛(wèi)星C的加速度大小相等時(shí)，D選項(xiàng)正確答案BCD第卷(非選擇題，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(jìn)行模擬試驗(yàn)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(dāng)今我國已成為繼前蘇聯(lián)和美國之后第三個(gè)實(shí)現(xiàn)載人

11、航天的國家，載人航天已成為全國人民關(guān)注的焦點(diǎn)航天工程是個(gè)龐大的綜合工程，理科知識在航天工程中有許多重要的應(yīng)用(1)地球半徑為6 400 km，地球表面重力加速度g9.8 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，宇航員處于超重狀態(tài)，若在離地面不太遠(yuǎn)的地點(diǎn)，宇航員對支持物的壓力是他在地面靜止時(shí)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(yùn)行時(shí)，地球?qū)教炱鞯囊μ峁┖教炱魉璧南蛐牧Γ?在地面上mg，解得v7.6103 m/s.(2)加速上升時(shí)宇航員處于超重狀態(tài)，根據(jù)牛頓

12、第二定律得FNmgma，由牛頓第三定律可知FN4mg，解得a3g.答案(1)7.6103(2)3g12(8分)一艘宇宙飛船飛近某一新發(fā)現(xiàn)的行星，并進(jìn)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(shí)驗(yàn)儀器：A彈簧測力計(jì)一個(gè) B精確秒表一只C天平一臺(附砝碼一套) D物體一個(gè)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(jìn)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(shí)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T(2)A、C、D物體

13、質(zhì)量m、重力F13題圖13.(4分)古希臘某地理學(xué)家經(jīng)過長期觀測，發(fā)現(xiàn)6月21日正午時(shí)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，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(dá)式為R_.解析B點(diǎn)在A城的正北方，則A、B兩點(diǎn)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，LR，R.答案三、解答題(本題共3小題，共40分解答應(yīng)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(jì)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(shí)50分，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)

14、射中心用“長征三號乙”運(yùn)載火箭首次采用“一箭雙星”的方式，成功發(fā)射兩顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，衛(wèi)星順利進(jìn)入預(yù)定轉(zhuǎn)移軌道北斗衛(wèi)星導(dǎo)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(rèn)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(yùn)動(如圖乙所示)已知地球表面重力加速度為g，地球的半徑R，該衛(wèi)星繞地球勻速圓周運(yùn)動的周期為T，求該衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動的軌道半徑r. 解析設(shè)該衛(wèi)星的質(zhì)量為m，地球的質(zhì)量為M由萬有引力提供向心力可得Gmr，而GMgR2，以上兩式聯(lián)立解得r .答案 15(13分)晴天晚上，

15、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(gè)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(yùn)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(shí)時(shí)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6.4106 m地面上的重力加速度為10 m/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AOA120，BOA60，由此得衛(wèi)星的軌道半徑r2R地，衛(wèi)星距地面的高度hR地6.4106 m，(2)由萬有引力提供向心力得，由于地球表面的重力加速度g，由得v m/s5.

16、7103 m/s. 答案(1)6.4106 m(2) 5.7103 m/s16(15分)2008年12月，天文學(xué)家們通過觀測的數(shù)據(jù)確認(rèn)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(yùn)動，其軌道半長軸為9.50102天文單位(地球公轉(zhuǎn)軌道的半徑為一個(gè)天文單位)，人馬座A*就處在該橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上觀測得到S2星的運(yùn)行周期為15.2年(1)若將S2星的運(yùn)行軌道視為半徑r9.50102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(yùn)動，其具有的動能

17、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EpG(設(shè)粒子在離黑洞無限遠(yuǎn)處的勢能為零)，式中M、R分別表示黑洞的質(zhì)量和半徑已知引力常量G6.71011Nm2/kg2，光速c3.0108 m/s，太陽質(zhì)量MS2.01030 kg，太陽半徑RS7.0108 m，不考慮相對論效應(yīng)，利用上問結(jié)果，在經(jīng)典力學(xué)范圍內(nèi)求人馬座A*的半徑RA與太陽半徑RS之比應(yīng)小于多少(結(jié)果按四舍五入保留整數(shù))解析(1)S2星繞人馬座A*做圓周運(yùn)動的向心力由人馬座A*對S2星的萬有引力提供，設(shè)S2星的質(zhì)量為mS2，角速度為，周期為T，則GmS22r，.設(shè)地球質(zhì)量為mE，公轉(zhuǎn)軌道半徑為rE，周期為TE，則GmE()2rE.