内容正文:
第七章《万有引力与宇宙航行》单元测试卷(基础卷)(原卷版)
(考试时间:90分钟 试卷满分:100分)
注意事项:
1.测试范围:人教版(2019): 必修第二册第7章。
第Ⅰ卷 选择题
一、选择题(本题共12小题,每小题4分,共48分。在每小题给出的四个选项中,第1~8题只有一项符合题目要求,第9~12题有多项符合题目要求。全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
1.物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识,推动了科学技术的创新和革命,促进了人类文明的进步,下列说法符合史实的是( )
A.伽利略根据理想斜面实验总结出了牛顿第一定律
B.牛顿建立了万有引力定律理论,并提出可以进行“月地检验”
C.牛顿测出了万有引力常量
D.相对论和量子力学建立,意味着经典力学已经没有存在的必要
2.中国预计将在2028年实现载人登月计划,把月球作为登上更遥远行星的一个落脚点。如图所示是“嫦娥一号奔月”的示意图,“嫦娥一号”卫星发射后经多次变轨,进入地月转移轨道,最终被月球引力捕获,成为绕月卫星。关于“嫦娥一号”下列说法正确的是( )
A.发射时的速度必须达到第三宇宙速度
B.在整个运行过程中,公转半长轴的立方与公转周期的平方之比不变
C.在轨道Ⅰ上运动时的速度不一定小于轨道Ⅱ上任意位置的速度
D.绕月轨道Ⅱ变轨到Ⅰ上需点火加速
3.甲、乙两探测器分别绕地球和月球做匀速圆周运动,它们的轨道半径之比为4:1,地球与月球质量之比约为81:1,则甲、乙两探测器运行的周期之比约为( )
A.9:2 B.8:1 C.4:9 D.8:9
4.我国是第三个同时拥有静止气象卫星和极轨气象卫星的国家。静止气象卫星是一种同步卫星;极轨气象卫星轨道为圆形,其轨道平面与地球赤道平面垂直,则( )
A.极轨气象卫星和静止气象卫星的线速度都小于
B.极轨气象卫星受地球的万有引力一定大于静止气象卫星受地球的万有引力
C.极轨气象卫星和静止气象卫星轨道中心不在同一点
D.极轨气象卫星和静止气象卫星与地心的连线单位时间扫过的面积相等
5.在力学发展的过程中,许多物理学家的科学发现推动了物理学的进步。对以下几位物理学家所作科学贡献的表述中,与事实不相符的是( )
A.哥白尼作为日心说的代表人物,著有《天体运行论》
B.海王星被称作“笔尖下发现的行星”,显示了理论对于实践的指导作用
C.卡文迪许是测量地球质量的第一人
D.第谷全身心投入行星位置的测量中,并提出行星的运行轨道为椭圆
6.如图所示,神舟十四号载人飞船绕地球沿椭圆轨道运动,运动周期为T,图中虚线为飞船的运行轨迹,A、B、C、D是轨迹上的四个位置,其中A点距离地球最近,C点距离地球最远。B点和D点是弧线ABC和ADC的中点,下列说法正确的是( )
A.飞船在C点速度最大
B.飞船在C点所受引力最大
C.飞船从A点经D到C点的运动时间小于
D.飞船从D点经C到B点的运动时间大于
7.下列关于物理学发展历史的说法正确的是( )
A.“笔尖下发现的行星—海王星”的发现者是伽利略
B.卡文迪什利用扭秤实验比较准确地测算出了引力常量G的值
C.开普勒分析卡文迪什的观测数据,提出了关于行星运动的三大定律
D.哥白尼大胆反驳地心说,提出了日心说,并发现行星沿椭圆轨道运行的规律
8.2024年4月中下旬,太阳系中被称为“恶魔彗星”的庞士-布鲁克斯彗星即将到达近日点,届时在视野良好的情况下可以通过肉眼观测到该彗星。如图所示,已知地球的公转轨道半径为1AU(AU为天文单位),该彗星的运行轨道近似为椭圆,其近日点与远日点之间的距离约为34AU,则这颗彗星绕太阳公转的周期约为( )
A.17年 B.年 C.34年 D.年
9.(多选)稳定运行在轨道3的飞船需要变轨返回地球,其中轨道1和轨道3为圆轨道,半径分别为和,椭圆轨道2为飞船的转移轨道。轨道1和2、2和3分别相切于P、Q两点。关于变轨过程,下列说法不正确的是( )
A.在Q点,,在P点,
B.飞船在椭圆轨道2上经过P、Q两点时,
C.在Q点,,在P点,
D.进入轨道1后,会有稀薄大气阻力,则飞船在无动力情况下,速度会逐渐减小而降轨
10.(多选)关于万有引力,下列说法正确的是( )
A.万有引力只存在于天体与天体之间
B.计算某物体在万有引力作用下的加速度时,牛顿第二定律同样适用
C.地球上的物体除受到地球对它们的万有引力外,还受到重力作用
D.两质点间的万有引力的方向沿着二者的连线
11.(多选)关于行星的运动,下列说法正确的是( )
A.牛顿研究了第谷的行星观测记录,得出了行星运动定律
B.所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆,太阳在椭圆的中心
C.同一行星沿椭圆轨道绕太阳运动,靠近太阳时速度增大,远离太阳时速度减小
D.开普勒第三定律中的常数k与行星无关,与太阳有关
12.(多选)在无地面网络时,某手机可通过天通一号卫星系统进行通话。如图所示,天通一号目前由01、02、03共三颗地球同步卫星组网而成,已知地球半径为R,地球表面的重力加速度大小为g,同步卫星运行的周期为T,引力常量为G。下列说法正确的是( )
A.地球的质量为
B.三颗卫星运行的半径为
C.三颗卫星运行的线速度大小均为
D.若01星减速,则有可能与正常运行的02星相撞
第Ⅱ卷 非选择题
二、填空题(本题共2小题,共12分)
13.我国自主研制的首艘货运飞船“天舟一号”发射升空后,与已经在轨运行的“天宫二号”成功对接形成组合体,在距地面高度为h的圆形轨道上绕地球做匀速圆周运动。已知地球半径为R,地球表面重力加速度为g,引力常量为G,且不考虑地球自转的影响。则地球质量为 ,组合体运动的角速度大小为 。
14.如图,图中的“宇宙飞船”是一颗小行星,叫奥陌陌,奥陌陌是一颗经过太阳系的星际天体,大约长400米,宽40米,呈现雪茄状,类似科幻电影中的宇宙飞船,最终,以高离心率离开太阳系,可以判断,奥陌陌的运行轨迹可能为 或 。
三、实验题(本题共1小题,共10分)
15.(1)卡文迪什利用如图所示的扭称实验装置测量了引力常量:如图所示,横梁一端固定有一质量为m、半径为r的均匀铅球A,旁边有一质量为m、半径为r的相同铅球B,A、B两球表面的最近距离为L,两球间的万有引力大小为F,则可以表示出引力常量 。
(2)已知某天体半径为R,现要测得该天体质量,用如图甲所示装置做了如下实验:悬点O正下方P点处有水平放置的炽热电热丝,当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断,小球由于惯性向前飞出做平抛运动。现对小球采用频闪数码照相机连续拍摄。在有坐标纸的背景屏前,拍下了小球在做平抛运动过程中的多张照片,经合成后,照片如图乙所示。a、b、c、d为连续四次拍下的小球位置,已知照相机连续拍照的时间间隔是0.10s,照片中坐标为物体运动的实际距离,已知引力常量为G,则:
①由以上及图信息,可以推算出该星球表面的重力加速度g为 m/s2;(保留两位有效数字)。
②该星球质量为 。(用G、R、g表示)
四.计算题(本题共3小题,共30分)
16.火星成为中国深空探测的第二颗星球。2020年4月24日,中国行星探测任务被命名为“天问系列”。若探测器在某高度处绕火星做匀速圆周运动的周期为T,忽略火星的自转,火星表面的重力加速度为g,已知火星的半径为R,引力常量为G,求:
(1)火星的质量M;
(2)求探测器距火星表面的高度h。
17.2023年10月26日“神舟十七号”飞船发射成功,飞船与空间站对接前在距地面高度为h的轨道上做匀速圆周运动。已知地球的半径为R,地球表面重力加速度为g,引力常量为G。求:
(1)飞船在轨运行的加速度大小a;
(2)飞船在轨运行的角速度大小ω。
18.“双星系统”是由两颗相距较近的恒星组成,每个恒星的线度(个头大小)远小于两个星体之间的距离,而且双星系统一般远离其他天体。质量分别为m1、m2的两颗星球组成的双星,相距L,m1、m2在相互之间的万有引力作用下绕连线上的O点做匀速圆周运动。
(1)m1的轨道半径是多少?
(2)m1的周期是多少?m2的角速度是多大?
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第七章《万有引力与宇宙航行》单元测试卷(基础卷)(解析版)
(考试时间:90分钟 试卷满分:100分)
注意事项:
1.测试范围:人教版(2019): 必修第二册第7章。
第Ⅰ卷 选择题
一、选择题(本题共12小题,每小题4分,共48分。在每小题给出的四个选项中,第1~8题只有一项符合题目要求,第9~12题有多项符合题目要求。全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
1.物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识,推动了科学技术的创新和革命,促进了人类文明的进步,下列说法符合史实的是( )
A.伽利略根据理想斜面实验总结出了牛顿第一定律
B.牛顿建立了万有引力定律理论,并提出可以进行“月地检验”
C.牛顿测出了万有引力常量
D.相对论和量子力学建立,意味着经典力学已经没有存在的必要
【答案】B
【详解】A.牛顿在伽利略理想斜面实验基础上总结出了牛顿第一定律,故A错误;
B.牛顿建立了万有引力定律理论,并提出可以进行“月地检验”,故B正确;
C.卡文迪什通过扭秤实验测量了万有引力常量,故C错误;
D.相对论和量子力学适应于微观高速粒子的运动,而经典力学适应于宏观低速物体的运动,相对论和量子力学的建立并不否认经典力学,经典力学对解决宏观低速物体的运动仍有必要性,故D错误。
故选B。
2.中国预计将在2028年实现载人登月计划,把月球作为登上更遥远行星的一个落脚点。如图所示是“嫦娥一号奔月”的示意图,“嫦娥一号”卫星发射后经多次变轨,进入地月转移轨道,最终被月球引力捕获,成为绕月卫星。关于“嫦娥一号”下列说法正确的是( )
A.发射时的速度必须达到第三宇宙速度
B.在整个运行过程中,公转半长轴的立方与公转周期的平方之比不变
C.在轨道Ⅰ上运动时的速度不一定小于轨道Ⅱ上任意位置的速度
D.绕月轨道Ⅱ变轨到Ⅰ上需点火加速
【答案】C
【详解】A.第三宇宙速度,又叫逃逸速度,即能够脱离太阳系的最小发射速度,“嫦娥一号”卫星发射后经多次变轨,进入地月转移轨道,可没有脱离地球的引力范围,因此发射时的速度应小于第二宇宙速度,A错误;
B.在绕地轨道中,中心天体分别为地球和月球,由开普勒第三定律可得
与中心天体质量有关,中心天体由地球变为月球,值发生变化,B错误;
C.设轨道Ⅰ上运动时的速度为,轨道Ⅱ上近月点的速度为,轨道Ⅱ上远月点的速度为,若在轨道Ⅱ上的远月点建立以月球球心为圆心的圆轨道,其速度为,由卫星加速将会做离心运动,以及线速度与轨道半径的大小关系可知
由万有引力提供向心力,可得
由上式可知
因此可得
因此在轨道Ⅰ上运动时的速度不是小于轨道Ⅱ上任意位置的速度,C正确;
D.由C选项解析可知,绕月轨道Ⅱ变轨到Ⅰ上需点火减速,D错误;
故选C。
3.甲、乙两探测器分别绕地球和月球做匀速圆周运动,它们的轨道半径之比为4:1,地球与月球质量之比约为81:1,则甲、乙两探测器运行的周期之比约为( )
A.9:2 B.8:1 C.4:9 D.8:9
【答案】D
【详解】根据天体环绕模型中,万有引力提供向心力可得
解得
则甲、乙两探测器运行的周期之比约为
故选D。
4.我国是第三个同时拥有静止气象卫星和极轨气象卫星的国家。静止气象卫星是一种同步卫星;极轨气象卫星轨道为圆形,其轨道平面与地球赤道平面垂直,则( )
A.极轨气象卫星和静止气象卫星的线速度都小于
B.极轨气象卫星受地球的万有引力一定大于静止气象卫星受地球的万有引力
C.极轨气象卫星和静止气象卫星轨道中心不在同一点
D.极轨气象卫星和静止气象卫星与地心的连线单位时间扫过的面积相等
【答案】A
【详解】A.是地球第一宇宙速度,指物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度。由卫星运行速度公式知
由于极轨气象卫星和静止气象卫星离地面有一定高度,做圆周运动半径大于,则可知线速度越小,如果大于第一宇宙速度卫星轨道会变成椭圆,A正确;
B.由于卫星质量关系不知,则无法比较极轨气象卫星受地球的万有引力与静止气象卫星受地球的万有引力的大小关系,B错误;
C.极轨气象卫星和静止气象卫星轨道中心都在地球的地心上,C错误;
D.由开普勒第二定律可知,极轨气象卫星与地心的连线在每秒内扫过的面积相等;静止气象卫星与地心的连线在每秒内扫过的面积相等,但前后两者不相等,D错误;
故选A。
5.在力学发展的过程中,许多物理学家的科学发现推动了物理学的进步。对以下几位物理学家所作科学贡献的表述中,与事实不相符的是( )
A.哥白尼作为日心说的代表人物,著有《天体运行论》
B.海王星被称作“笔尖下发现的行星”,显示了理论对于实践的指导作用
C.卡文迪许是测量地球质量的第一人
D.第谷全身心投入行星位置的测量中,并提出行星的运行轨道为椭圆
【答案】D
【详解】A.波兰天文学家哥白尼是日心说的代表人物,其著作有《天体运行论》,故A正确;
B.海王星被称作“笔尖下发现的行星”,显示了万有引力理论对于实践的指导作用,故B正确;
C.卡文迪许通过扭称实验精确测量了引力常量,从而运用万有引力定律第一次精确计算出了地球的质量,是测量地球质量的第一人,故C正确;
D.第谷全身心投入行星位置的测量中,积累了大量精确可靠的行星数据,开普勒在此基础上提出了行星的运行轨道为椭圆,故D错误。
本题要求选择错误的,故选D。
6.如图所示,神舟十四号载人飞船绕地球沿椭圆轨道运动,运动周期为T,图中虚线为飞船的运行轨迹,A、B、C、D是轨迹上的四个位置,其中A点距离地球最近,C点距离地球最远。B点和D点是弧线ABC和ADC的中点,下列说法正确的是( )
A.飞船在C点速度最大
B.飞船在C点所受引力最大
C.飞船从A点经D到C点的运动时间小于
D.飞船从D点经C到B点的运动时间大于
【答案】D
【详解】A.C点为远地点,根据开普勒第二定律可知,该点速度最小。故A错误;
B.根据万有引力定律可知,C点距离地球最远,引力最小。故B错误;
C.根据对称性可知,飞船从A点经D到C点的运动过程中,所用时间正好为总时间的一半,即正好为。故C错误;
D.根据开普勒第二定律飞船从D点经C到B点的平均速度小于从B点经A点到D点的平均速度,用时大于。故D正确。
故选D。
7.下列关于物理学发展历史的说法正确的是( )
A.“笔尖下发现的行星—海王星”的发现者是伽利略
B.卡文迪什利用扭秤实验比较准确地测算出了引力常量G的值
C.开普勒分析卡文迪什的观测数据,提出了关于行星运动的三大定律
D.哥白尼大胆反驳地心说,提出了日心说,并发现行星沿椭圆轨道运行的规律
【答案】B
【详解】A.“笔尖下发现的行星-海王星”的发现者是勒维耶和亚当斯,故A错误;
B.卡文迪什通过实验测出了引力常量,故B正确;
CD.哥白尼大胆反驳地心说,提出了日心说,开普勒分析第谷的观测数据,提出了关于行星运动的三大定律,故CD错误;
故选B。
8.2024年4月中下旬,太阳系中被称为“恶魔彗星”的庞士-布鲁克斯彗星即将到达近日点,届时在视野良好的情况下可以通过肉眼观测到该彗星。如图所示,已知地球的公转轨道半径为1AU(AU为天文单位),该彗星的运行轨道近似为椭圆,其近日点与远日点之间的距离约为34AU,则这颗彗星绕太阳公转的周期约为( )
A.17年 B.年 C.34年 D.年
【答案】B
【详解】设地球的轨道半径为,公转周期为,彗星的轨道半径为,公转周期为,根据开普勒第三定律可知
其中
解得
年
B正确。
故选B。
9.(多选)稳定运行在轨道3的飞船需要变轨返回地球,其中轨道1和轨道3为圆轨道,半径分别为和,椭圆轨道2为飞船的转移轨道。轨道1和2、2和3分别相切于P、Q两点。关于变轨过程,下列说法不正确的是( )
A.在Q点,,在P点,
B.飞船在椭圆轨道2上经过P、Q两点时,
C.在Q点,,在P点,
D.进入轨道1后,会有稀薄大气阻力,则飞船在无动力情况下,速度会逐渐减小而降轨
【答案】AB
【详解】A.根据万有引力提供加速度
在轨道2和3的Q点上,同理在P点,,A错误;
B.飞船在椭圆轨道2上经过P、Q两点时,近地点速度大于远地点速度, ,B错误;
C.在圆形轨道3的Q点,减速会进入椭圆轨道2,所以,在轨道2的P点减速进入圆形轨道1中,,C正确;
D.进入轨道1后,会有稀薄大气阻力,则飞船在无动力情况下,速度逐渐减小由于万有引力的作用向地球运动,轨道降低,D正确。
本题选不正确的,故选AB。
10.(多选)关于万有引力,下列说法正确的是( )
A.万有引力只存在于天体与天体之间
B.计算某物体在万有引力作用下的加速度时,牛顿第二定律同样适用
C.地球上的物体除受到地球对它们的万有引力外,还受到重力作用
D.两质点间的万有引力的方向沿着二者的连线
【答案】BD
【详解】A.自然界任何两个物体之间都存在万有引力,故A错误;
B.计算某物体在万有引力作用下的加速度时,牛顿第二定律仍然适用,故B正确;
C.地球上的物体所受的重力是万有引力的一个分力,故C错误;
D.两质点间的万有引力的方向沿着二者的连线,故D正确。
故选BD。
11.(多选)关于行星的运动,下列说法正确的是( )
A.牛顿研究了第谷的行星观测记录,得出了行星运动定律
B.所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆,太阳在椭圆的中心
C.同一行星沿椭圆轨道绕太阳运动,靠近太阳时速度增大,远离太阳时速度减小
D.开普勒第三定律中的常数k与行星无关,与太阳有关
【答案】CD
【详解】A.开普勒研究了第谷的行星观测记录,得出了行星运动定律,A错误;
B.所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆,太阳在椭圆的一个焦点上,B错误。
C.由开普勒行星第二定律可知,行星在靠近太阳时速度增大,远离时速度减小,故C正确;
D.开普勒第三定律中的常数从与中心天体的质量有关,与环绕卫星无关,故D正确。
故选CD。
12.(多选)在无地面网络时,某手机可通过天通一号卫星系统进行通话。如图所示,天通一号目前由01、02、03共三颗地球同步卫星组网而成,已知地球半径为R,地球表面的重力加速度大小为g,同步卫星运行的周期为T,引力常量为G。下列说法正确的是( )
A.地球的质量为
B.三颗卫星运行的半径为
C.三颗卫星运行的线速度大小均为
D.若01星减速,则有可能与正常运行的02星相撞
【答案】AB
【详解】A.在地球表面
解得地球的质量为
故A正确;
B.设同步卫星轨道半径为r,根据万有引力提供向心力,则
解得
故B正确;
C.同步卫星线速度的大小为
根据上述结论可得
故C错误;
D.若01星减速,其做圆周运动需要的向心力小于卫星受到的万有引力,因此其轨道半径减小,不可能与02星相撞,故D错误。
故选AB。
第Ⅱ卷 非选择题
二、填空题(本题共2小题,共12分)
13.我国自主研制的首艘货运飞船“天舟一号”发射升空后,与已经在轨运行的“天宫二号”成功对接形成组合体,在距地面高度为h的圆形轨道上绕地球做匀速圆周运动。已知地球半径为R,地球表面重力加速度为g,引力常量为G,且不考虑地球自转的影响。则地球质量为 ,组合体运动的角速度大小为 。
【答案】
【详解】[1][2]在地球表面附近,某物体m所受重力和万有引力近似相等,则有
解得
设该组合体的质量为m1,绕地球做匀速圆周运动,组合体做匀速圆周运动的半径为
万有引力提供向心力
联立解得
14.如图,图中的“宇宙飞船”是一颗小行星,叫奥陌陌,奥陌陌是一颗经过太阳系的星际天体,大约长400米,宽40米,呈现雪茄状,类似科幻电影中的宇宙飞船,最终,以高离心率离开太阳系,可以判断,奥陌陌的运行轨迹可能为 或 。
【答案】 双曲线 抛物线
【详解】根据开普勒第一定律可知,若奥陌陌是绕太阳转动,且运动轨迹为椭圆;由题意可知奥陌陌以高离心率离开太阳系,根据数学知识可知,双曲线和抛物线的离心率大于椭圆的离心率,所以奥陌陌的运行轨迹可能为双曲线或抛物线。
三、实验题(本题共1小题,共10分)
15.(1)卡文迪什利用如图所示的扭称实验装置测量了引力常量:如图所示,横梁一端固定有一质量为m、半径为r的均匀铅球A,旁边有一质量为m、半径为r的相同铅球B,A、B两球表面的最近距离为L,两球间的万有引力大小为F,则可以表示出引力常量 。
(2)已知某天体半径为R,现要测得该天体质量,用如图甲所示装置做了如下实验:悬点O正下方P点处有水平放置的炽热电热丝,当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断,小球由于惯性向前飞出做平抛运动。现对小球采用频闪数码照相机连续拍摄。在有坐标纸的背景屏前,拍下了小球在做平抛运动过程中的多张照片,经合成后,照片如图乙所示。a、b、c、d为连续四次拍下的小球位置,已知照相机连续拍照的时间间隔是0.10s,照片中坐标为物体运动的实际距离,已知引力常量为G,则:
①由以上及图信息,可以推算出该星球表面的重力加速度g为 m/s2;(保留两位有效数字)。
②该星球质量为 。(用G、R、g表示)
【答案】(1)
(2) 8.0
【详解】(1)根据万有引力定律
解得引力常量
(2)[1]根据
解得
[2]根据
解得
四.计算题(本题共3小题,共30分)
16.火星成为中国深空探测的第二颗星球。2020年4月24日,中国行星探测任务被命名为“天问系列”。若探测器在某高度处绕火星做匀速圆周运动的周期为T,忽略火星的自转,火星表面的重力加速度为g,已知火星的半径为R,引力常量为G,求:
(1)火星的质量M;
(2)求探测器距火星表面的高度h。
【答案】(1);(2)
【详解】(1)根据万有引力定律
得
(2)对探测器
得
17.2023年10月26日“神舟十七号”飞船发射成功,飞船与空间站对接前在距地面高度为h的轨道上做匀速圆周运动。已知地球的半径为R,地球表面重力加速度为g,引力常量为G。求:
(1)飞船在轨运行的加速度大小a;
(2)飞船在轨运行的角速度大小ω。
【答案】(1);(2)
【详解】(1)飞船所受万有引力提供向心力
又
联立得
(2)由
解得
18.“双星系统”是由两颗相距较近的恒星组成,每个恒星的线度(个头大小)远小于两个星体之间的距离,而且双星系统一般远离其他天体。质量分别为m1、m2的两颗星球组成的双星,相距L,m1、m2在相互之间的万有引力作用下绕连线上的O点做匀速圆周运动。
(1)m1的轨道半径是多少?
(2)m1的周期是多少?m2的角速度是多大?
【答案】(1);(2),
【详解】(1)双星靠相互间的万有引力提供向心力,它们的角速度相等,向心力相等,即
且
联立解得
(2)根据万有引力提供向心力有
解得
它们的角速度相等,均为
周期均为
1
学科网(北京)股份有限公司
$$