周测9 宇宙航行、卫星的发射与变轨、相对论时空观与牛顿力学的局限性- 【蓝海启航·启航金卷周周测】2024-2025学年高中物理必修二册（人教版2019）

周测9宇宙航行 卫星的发射与变轨 相对论 5.据中国载人航天工程办公室酒息,神舟十七号载天飞船入孰后,于北京时间证1 时空观与牛顿力学的局限性 203年10月2日1时44分:成动对接下空间站天和格舱些突满口:整个刻 援过程历时约6.5小时,空间站的运行轨遁可运似看作匿形教道I,输圆轨道 (时间:60分 :100分) II为被是士上号载人飞铅与空间站时接翁的运行轨道,已解地球半径为R,商势 一、单选题(本题共8小题,每题5分,满计40分) 道相望于P点,效球表声重力加速度大小为,下列说法正确的是 照。1.根据相对论理论,有关物体的质量与遍度的关系的说法,正确的是 A.神舟士七号载人指在轨道I上的线速度大小为/& A.物体的昏量与物体的运动选度无关 B.神舟十七号载人飞粘在孰道1上P点的加速度小乎在轨道lI上P点的加速度 B. 物体的质量随物体的运动速度增大面增大 C.神舟十七号载人飞整在P点经点火加速才能从轨道进入转道] 。 C.物体的质量所物体的运动涂斑增大而过生 D.当物体的运动速度接近速时,量趋干零 D.执道1上的神舟士上号载人飞幅提与前方的空间站对接,只雷要沿运动方向加迷即可 2.夸父一号卫全称先选夫基大阳天文台(A53一5),是我回首题综合性大阳探测专用卫星,子 5.2023年10月20日,弹舟十七号航天员乘组顺初遗壮中国空间站,与神舟十六号航天乘组成 2022年10月5日在酒泉成功发射.已知夸父一号绕地球做勾速因罔运动,运行在距地面高度 功会师,若地球的率径为R,地球表驱的重力加速度为g,中国空阔站的运行周期为7,引力常 1_ 约为720km的大阳同步昏转道上(即随地球阿步淡大阳运动,且不受地球自较的影响面 量为G.忽略地球的自转及驱力作用,则中国空间站的运行速率为 又绕地球运动所处的轨道),加图所示,既下到说法正确的是 ) 2r 2r / 1K 7.清喻的字富中有着无数的未知天体,当宇宙中的天体的质量和密度大现一定程度就可以形成里 洞,数掘万有引力知识可得出在黑洞表面,物体的遇逸速度等于光速,已知天体表面的选逸过 2 A.夸父一号发财建度大于11?m5 度.和其第一字宙遮度.的关系为u.-2,引力常量G-6.67×10m/g·,完速 B.交一号烧地球的运行遮度大于7.0km/ 3×10m/8.若某黑洞的密度约为2×10”bn,试估算该黑洞半径最小为 B.5×10m C.3×10m C.夸父一号受到地球引力、大阻引力和向心力的作开 A.③x10m D.x10m D.夸父一号的周期比地球同梦卫星的周期小 8.0年?月,执行我国火星探测任各的”天确一号”探漏路在成功安 3.2023年5月30日,舟十云号黄人飞船临景海熟朱杨,海期三名数天度 射升空,井已人驻空间站组合体,与神舟十五号航天员在大空成功会妙,假没空站 班三次近火制动后进人运行周用为7的展形停拍轨道(如图所 组合体地球做勾速陪隅运动,其运动周为T,执道率径为+.引力常量为G.地球 示).近火点A到火星中心O的距离为.已知火基的半径为R,在 表面的重力加速变为,仅由以上数据无法计算出的物理量是 火是上以心.的选理壁直上物体,经过?封问后物体田辑草处,已 A.地球的量 B.空间站组合体所受的向心力 划力常量为C,氢略火自转,以下说法正确的望 C.地球的第_宙速度 D.空部结真地高度 4.2023年11月27日20时02分,提影爱好者成功拍概蜀中国空回站凌月 (空间站从图中“点沿虚线到心点)的绝美函,整个“凌月”过程持续时间为 B.天度R 1-0.55.将空问站绕地球的运动看作径为7的句速翻闹运动,已邻地 c.火的第一字速度为、二K 半径为R,地球表面处的重力加速度为i。在整个“凌月”过程中空间站运动 的)% __ 1._ 1_T .2t. 周测) 牢舱行 卫是的发射与登轨 相对论时空观与顿力学的局限性 二、多选题(本题共3小题,每题6分,共计11分,全部选对的得6分,选对征不全的得)分,选的 ()幅国相机的短囚题为 H 得0分) (2)该呈球表面重力加速度为 m/。 9.CoRoT一7.行是与其主回呈相距文近,面对主桓是的一高温度可达2000七,对主幅的一 (3)若该早球半径为R一1000k,侧该基第一宙速度为 m/st 面温度跃至一200,已知该行呈的半径约为地球半径的1.7俗,该行星的密度与地球密度近 (4)该星球的量大约是 。(保望两位有瓷数字) 相等,则 ) 13.(14分)我国计则在2030年临后完成载人登月计划,若字航员登月后站在一斜坡上,从P点铅 A.该行星与地球的看量之比约为1000:4113 水平方向以韧速度一、出一小石块,测得小球经时间1落到斜酸另一点Q上,斜坡的预角为 B.该行星与地球的第一字宙速度之比约为17,10 a.已舞月的半径为R,引力常量为G.求: C.这行早表起与地球表死的重力如速度之比救为17:10 (1)月球表面的重力加速度g1 D.该行是的近地卫星与地球的近地里周期之比约为17!10 (②月球量M: 10.2020每我国齿行了第一次大探离,向火发射勃道探洲器程火这深器,已火是的是 (3)月球的第一宙速度v. 约为地球质量的,火星的半径约为地球率径的.下列关于火星探测器的说法中正确的是 ) A.发射速度只要大干第一字宙速度畔可 B. 发射速度只有达到第三字宙速度才可以 二.发射速度应大干第二字宙速度且小干第三字宙遭度 D.火屋探测器环挠火壁远行的最大迷度均为地球的第一牛市速度的} 11.探月星的发射过程可简化如图;首进入绕地球运行的 接怕轨贞,在该勃道的P处,送过变凉,进入转移热道,在 14.(18分)已知地球质量M。约为月球质量M。的82倍,地球半径R。约为月球半径R,的4 到达月球附近的Q点时,再次变速,卫星被月引力停获r i 倍,且球绕地球公转的铁道丰径7约为地球率径R。的60倍,设地球表面的白由落体加速度 后成为环凡卫量,最终在用月球表面高度为入的工作软道 it 上月飞行视为图展号动),卫量在工作轨道上的运行间 为,月球绕地球公转的向心加速度为u,月球表面的自由落体加速度为,略地球和月球 的自转。来: 期为了,已知月球半径为R,引力看量为G,卫是绕月飞行时忽略月球以外天体的影响,则 . ) (1)地球的第一宙速度。与月球的第一字宙速度:之比 (2)地球表面的自由落体加速度:与月球挠地球公转的向心加速度。的大小之比; A. 正在P点对需减速 (33地球表面的自由落体加速度:与月球表面的自由落体加速度g。的大小之比. B.卫量分例在转移轨道与停治航道上经过P点时,受到地球的万有引为相回 。 C.星在Q点轨时需减速 答 选择答栏 答需 三、非选择题(本题共小题,共计42分) 12.(10分)字航鼓登陆某球效了一个平抛运动实验,并用陵闪照相机记是小球 嵌平舱运动的部分轨述,且已知平抛初速度为2.5m/5.将相片故大到实际 ___r 大小后在水平方向和竖直方向建立平面直角坐标系,A.1.C为小球运动中 的3个连续的记录点,A.B和C点的是标分别为(0.0)(0.50m.0.25m)和 (1.m.8.75m).已G-4.47×10"N.m/.密. ._ 因因测 指理 必第二R ..8.D 解析:根据万有引力定律,对题图乙所示的模型有 地球表面的重力加速度与火星表面的重力加速度之比为 GM_. __ ## 一?·”,故D正确。故选CD 可得T'-Gm #_ 12.(1)N·m/kg} 微量放大法 (2)BC (/3R)* Gmme,整理得G一 3R{ 可得T*-2- G_ 解析:(1)根据万有引力公式F一 Fr! _ 则有7.T”-2·v3,故A错误; 角速度之比等于周期的反比,题图乙中环绕天体的周期比题 卡文边什测量引力常量使用的扭秤装置,入射光线不变, 图丙中的大,故题图乙中环绕天体的角速度比题图丙中的 入射角改变时,将扭拜转动的高度通过反射光线在屏上光 斑移动显示出来,采用的微量放大法。 小,故B错误; .Mm_oR (2)当增大石英丝的直径时,会导致石英丝不容易转动,对 根据万有引力定律,对题图甲所示的模型有G “微小量放大”没有作用,故A错误: /CM 解得。-R 为了测量石英丝极微小的祖转角,该实验装置中采用使“微 小量放大”,利用平面镜对光线的反射,来体现微小形变 的,当增大刻度尺与平面镜的距离时,转动的角度更明显, 对题图丙所示的模犁有、③GmR 故B.C正确: (3R)* 当减小T形架横梁的长度时,会导致石英丝不容易转动,对 3Gmm 解得。一3 “敬小量效大”没有作用,故D错误。故选BC。 13.(102m/s(2)80 由于M》n,则题围甲中m的角速度大于题图丙中m的角 速度,故C错误; 解析:(1)设小球竖直上抛的初选度为1D,览 题图乙、丙中环绕天体的轨道丰径相同,线速度之比为周期 。=2- _'×5t 的反比,故线速度之比为③;2,故D正确。故选D. 9.AB 解析:若考虑地球自转的影响,万有引力的一个分力等 于重力,另一个分力提供向心力,故A错误,符合题意;若考 (2)设小球的质量为切,根据万有引力与重力的关系有 虑地球自转的影响,同一物体在地球两极受到的重力等于物 体受到的万有引力,在赤道上,万有引力的一个分力等于重 力,另一个分力提供向心力,即同一物体在地球两极受到的 重力最大,在赤道受到的重力最小,故B错误,符合题意:根 据上述,故C正确,不符合题意;由牛领第三定律可知,人对 该星球的质量与地球质量之比为 地面的压力与地面对人的支持力是一对相互作用力,始终大 小相等,方向相反,故D正确,不符合题意。故选AB。 10.BC解析:设天现星的质量为用,运动半径为r,周围一 1)一 颗伴星的质量为m。,运动半径为r。,则r.十r。-L. 14.(1) 则伴星运动的轨道半径小于L,根据G :ir 1 力,有#M_(),得到 解析:(1)探测器在圆轨道1上运动时,万有引力提供向心 mr-mr /G(n,十n:)。 /GM 可得一 GT. L #,.项A错误,B正确: Gn:_r_ R ⑧为1。 化简得到R一 GM G_r:-ar: 1: 整理得到R一 可得天现星和伴星的线逸度大小之和为 V7。 +:-V亡 /GM 7 __ 整理得到()-() 二n 天现星与伴星绕O点运动的线速度大小之比等千它们的 化得一#、#(第)#一# 质量倒数之比,选项C正确,D错误。故选BC。 11.CD解析:”天问一号”在“绕”的过程中,受到了火星的万 有引力作用,并不处于平衡状态,故A错误; 周测9 宇宙航行 卫星的发射与变轨 “天问一号”在“落”的最后阶段,发动机提供了反向的推力 使其减速,最终平稳降落,所以并不是始终处于失重状态, 相对论时空观与牛顿力学的局限性 故B错误; 1.B 解析:由相对论质量公式m-- 地球质量与火星质量之比为 1-() 一可知 4rr_ 物体的质量随速度的增大而增大,故B正确,A、C错误;当物 GT: 体的运动速度接近光速时,质量趋于无限大,故D错误。故 迭B。 .5· 答案全解全析 2.D 解析:因为11.2km/s是第二宇宙速度,是挣脱地球引力 .Mmu. 7.C 解析:由第一宇宙速度意义可知G #R{_ 束缚的最小速度,由题意可知,夸父一号并未脱离地球,仍靠 R 地球引力提供向心力,所以发射速度不会大于l1.2km/s. 解得第一宇宙速度为v-R GM 故A错误: 第一字宙速度7.9km/s是绕地运行卫星的最大速度,夸父 一号的运行速度小于7.9km/s,故B错误; 向心力是效果力,是夸父一号所受力的合力,故C错误; 由题意可知口。一2。 根据GM_ /7 且对于黑洞有u一( 联立可得该黑洞半径最小为R-8Gg /3 ~3×10m.故 同步卫星的轨道高度约为36000千来,夸父一号的航道去 径小于地球同步卫星的轨道半径,夸父一号的周期比地球同 选C. 步卫星的周期小,故D正确。故选D。 8.D 解析:由题意知,火星表面的加速度为8一 2 3.B 解析:依题意,设地球质量为M,丰径为R,空闹站组合 设火星的质量为M,火星表面质量为n的物体受到的万有 体质量为加,根据万有引力提供向心力,有 G_Mat _ F-F-G 引力等于物体的重力,故 GT R 由于空间站组合体的质量未知,所以无法计算空阅站组合体 联立解得M20R 所受的向心力,故A不符合题意,B符合题意; Gf 根据地球表面上的物体所受万有引力近似等于重力及第一 若用T,则应用围轨适的丰长轴,不应用R代入公式,故A 宇宙速度定义,可得 R,可得地球半径R一 R T 第一字宙速度-(4){ 解得。2GR,故B错误; 3。 根据,一R十h,可得空间站离地面的高度h-r一R-r- 第一字宙速度为-可R- /2.R # ,故C错误; ,故C.D不符合题意。故选B。 设质量为m,的卫星绕火星表面做匀速圆周运动的周期为 T.,由万有引力提供向心力有CMAn 4.A 解析:根据 ,} #解得# .R GM GMnt _ R GMu一n 在火星表面物体受到的万有引力等于物体的重力,故 R 因此这段时间空间站这动的路程为;-Rt 设远火点B到火星中心0的距离为b,则由开普勒第三定律 7 .Mm__。t 解得6一2~2t . RT 一,故D正确。故选D。 可得一{ /R 9.BC 解析:由星球质量M-。.R 神舟十七号载人飞船在轨道I上的轨道半径r大于R,线逸 可知,该行星与地球的质量之比约为4913:1000,A错误; 度小于vR,故A错误; _ R R GM 在同一位置引力大小相同,根据a一 可知加速度相同,故 GM _语 /nG B措误; 卫星由低轨道变轨到更高的轨道时雪加速,则神舟十七号载 因此该行星与地球的第一宇宙速度之比等于半径之比,为 人飞船在P点经点火加逸才能从轨道lI进入轨道I,故C 17:10.B正确; 正确; 根据ng_GMm_ 4rnGR R 对接空间站雪要先减速做向心运动降低轨道,再加速做离心 3 可得星球表面的重力加速度-4G.R 运动进行对接,故D错误。故选C. 6.D 解析:在地球表面,由万有引力近似等于重力得 因此该行星表面与地球表面的重力加速度之比等于半径之 =' 比,约为17110,C正确; 设中国空间站的轨道半径为r,由万有引力提供向心力得 因此该行星的近地卫星与地球的近地卫星周期之比为1: -。故选D。 1.D错误。故选BC。 周周测 物理 必修第二册RJ ·56. 10.CD 解析:火星轨道探洲器和火星巡视器需要挣脱地球的 M_n:g (2)在地球表面有G 束缚,成为火星的一颗卫星,则发射速度应大于第二字宙逸 R 度且小于第三宁宙速度,故A、B错误,C正确: Mms-m.a .Mnt _ 2 月球绕地球公转过程有G 根据万有引力提供向心力可得G { _2} , 解得-3600。 可得-” /GM M_ng (3)在地球表面有G M:= 则有一 R (#M#- Mm:-n:gn 选CD. 11.BC 解析:卫星在P点变轨是由低轨道到高轨道,可知,卫 结合上述解得41 星在P点变轨时需加速,故A错误: g 8 根据万有引力定律有F.-GMm 阶段检测三 万有引力与宇审航行 r.2 可知,卫星分别在转移轨道与停泊轨道上经过P点时,受 1.A 解析:开普勒通过研究第答的观测数据,发现了行星运 到地球的万有引力相同,效B正确; 打三大定律,使万有引力定律的发现成为可能,A正确;牛领 卫星在Q点变轨是由高轨道到低轨道,可知,卫星在Q点 所做的“月地检验”目的是检验重力与地球对月球的引力是 变轨时需减速,故C正确; 同种性质的力,B错误;牛领发现万有引力定律,卡文迪什通 卫星在工作轨道上绕月飞行过程中,由月球的万有引力提 过扭秤实验测出万有引力常量后,运用万有引力测出了地球 Mn 的质量因而被誉为“称量地球质量的人”,C错误;万有引力 供圆周运动的向心力,则有G -4(R+) (R十) 定律的发现具有极其伟大的意义,海王星和冥王星的发现就 T 是其运用的成果,D错误。故选A。 解得M。4r(R+) 一,故D错误。故选BC。 2.A 解析;D点离月球较近,月球对地表水的万有引力较大, G7 形成高潮,A正确;A点和C点受月球的引力主要是沿切线 12.(1)5(2)6.25 (3)2500 (4)9.4×10” 的力,但也有沿径向分力,所以形成低潮,B错误;B点离月 解析:(1)颊闪照相机的颊闪频率为 球较远,月球对地表水的万有引力较小,不足以提供其所需 2.5 向心力,形成高谢,C、D错误。故选A。 r=1.00-0.50Hz-5 Hz。 3.B 解析:由万有引力定律F-GM及题设条件可知所求 _ 根据△y-gT可得-6.25m/s. :故 (3)根据第一宇宙速度的计算公式有--VgR-2500m/s。 选B。 4.B 解析:将地球分为半径为(R一d)的球和厚度为d球壳两 R 部分,球壳对小球的引力为零 解得M-9.4X10{*kg。 则F等于半径为(R一d)的球对小球的引力,有F一 Gn,nt ②Ro。tana (R一) 13.(120o tana (③) 设半径为(R一d)球的质量为n,由密度公式得n-V- Gr 解析:(1)小石块做平抛运动,水平方向有1一u。/ 。o 所以M 坚直方向有y一一gt{ n(R-) R 根据几何关系有tan。-义 解得,F的大小为F一 GMn(R-d) R 联立解得月球表面的重力加速度为 B正确,A、C、D错误。故选B。 2u。 tana Mnr_ 5.C 解析:对地球近地卫星有G 4R g一 R -m 7 (2)根据万有引力与重力的关系有G 解得M-4^} GMn_ng. GT 2Rv。 tan 解得月球的质量为M- 或者根据一 G .M_R _{} (3)根据万有引力提供向心力有G 解得M。R R{ G /2R.tana 解得月球的第一字宙速度为-V 由以上数据可解得地球的质量,A正确; M 由密度公式。一可得。= M 3r GT 14.(1)8 由以上数据可解得地球的平均密度,B正确: 解析:(1)地球的第一宇宙速度等于近地卫星的环绕速度, MM 一MT M_# tr _ 太阳对地球的吸引力F-G 刻有G R r 月球的第一宇审速度等于进月卫星的环绕速度,则有 M _# 可得太阳的质量为M.= GT #G#R{ ) 由于不知道太阳的半径,则不能求出太阳的密度,C错误; GMM 由以上数据能够估算太阳对地球的吸引力为F一 r。 2。 D正确。故选C。 .57· 答案全解全析