(六)万有引力理论的成就、宇宙航行、相对论时空观-【衡水金卷·先享题】2024-2025学年高一物理必修2同步周测卷（人教版）

高一同步周测卷/物理必修第二册 (六)万有引力理论的成就、宇宙航行、相对论时空观 (考试时间40分钟，满分100分) 一、单项选择题（本题共6小题，每小题6分，共36分。在每小题给出的四个选项中，只 有一项是符合题目要求的) 1.发射人造地球卫星时将卫星以一定的速度送入预定轨道。发射场一般选择在尽可能 靠近赤道的地方。下列说法正确的是 A.靠近赤道的地方线速度大，节省燃料 B.靠近赤道的地方第一宇宙速度小，节省燃料 C.靠近赤道的地方自转角速度大，节省燃料 D.靠近赤道的地方重力加速度小，节省燃料 2.如图所示为北斗导航系统中部分卫星的轨道示意图，已知P、Q、M三颗卫星均做匀 速圆周运动，其中P是地球同步卫星，卫星Q与P的轨道半径相等，则下列说法正确 的是 A.卫星Q、M的加速度大小关系为ao>aw B.卫星P、M的角速度大小关系为wp<wM C.卫星Q相对地面静止 D.卫星P、Q的线速度相同 3.有a、b、c、d四颗地球卫星：a还未发射，在地球赤道上随地球一起转动；b在地球的近 地圆轨道上正常运行；c是地球同步卫星；d是高空探测卫星。各卫星排列位置如图 所示，则下列说法正确的是 地球。 A.a的向心加速度大于b的向心加速度 B.四颗卫星的线速度大小关系为va>vb>v,>v C.在相同时间内d转过的弧长最长 D.d的运行周期大于c的运行周期 物理（人教版）必修第二册第1页（共4页) 衡水金卷·先享题 4.如图所示，天问一号火星探测器被火星捕获，经过一系列变轨后从“调相轨道”进入 “停泊轨道”，为着陆火星做准备。下列说法正确的是 A.天问一号从“调相轨道”进入“停泊轨道”时，需要在P点处 火星 点火加速 B.天问一号在“停泊轨道”上的运行周期比在“调相轨道”上 停泊轨道 的运行周期小 调相轨道 C.在“停泊轨道”上，天问一号在P点的加速度比在N点的加速度小 D.在“停泊轨道”上，天问一号在P点的线速度比在N点的线速度小 5.神舟十六号航天员景海鹏、朱杨柱、桂海潮在中国空间站梦天实验舱为广大青少年带 来了一场精彩的太空科普课。已知地球的半径为R,天宫空间站距离地球表面的高 度为kR,地球表面的重力加速度为g。下列说法正确的是 A.神舟十六号飞船的发射速度一定小于7.9km/s B.航天员在空间站中所受的合力比静止在地面上时所受的合力小 C.空间站所在位置的重力加速度为是 D.空间站所在位置的重力加速度为 g 6.如图所示，极地卫星的运行轨道平面通过地球的南北两极（轨道可视为圆轨道、地球 看作球体)，若一个极地卫星从北纬30°的正上方，按图示方向第一次 北极 运行至赤道正上方时所用的时间为0.25h,已知纬度是指某点与地球 30 球心的连线和地球赤道面所成的线面角。同步卫星是指与地球自转 地球 周期相同、在地面上空6R(R为地球的半径)处的卫星，则该极地卫星 距离地面的高度为 南极 AR C.R 二、多项选择题（本题共2小题，每小题8分，共16分。在每小题给出的四个选项中，有 多项符合题目要求。全部选对的得8分，选对但不全的得4分，有选错的得0分) 7.在半径为1的K星球表面竖直向上提起一质量为1的物体，拉力F与物体加速度 a的关系如图中图线1所示。在半径为r2的T星球表面竖直向上提起一质量为m2 的物体，拉力F与物体加速度α的关系如图中图线2所示。设两星球密度相等，质量 分布均匀，K星球表面的重力加速度为g1,T星球表面的重力加速度为g2,不计阻 力，则下列关系式正确的是 高一同步周测卷六 物理（人教版）必修第二册第2页（共4页) 2 2F0 -2a0-a00 A.g1:g2=1:2 B.r1r2=1:2 C.m1:m2=3:1 D.m1:m2=3:2 8.长征五号运载火箭在中国文昌航天发射场点火起飞，成功将天问一号火星探测器送 入预定轨道。目前天问一号火星探测器已经进入环火轨道。假设天问一号在着陆之 前绕火星表面做近地圆周运动的半径为、周期为T,火星绕太阳做圆周运动的半 径为2、周期为T2,引力常量为G。根据以上条件能得出 A.火星的密度 B.太阳对火星的引力大小 C.天问一号的质量 D.关系式- r 班级 姓名 分数 题号 1 2 3 5 7 8 答案 三、非选择题（本题共3小题，共48分。请按要求完成下列各题） 9.(16分)假如宇航员乘坐宇宙飞船到达某行星，在该行星“北极”距地面h处由静止释 放一个小球（引力视为恒力，阻力可忽略），经过时间t落到地面。已知该行星的半径 为R,自转周期为T,引力常量为G。 (1)求该行星的平均密度p; (2)求该行星的第一宇宙速度v; (3)如果该行星有一颗同步卫星，其距行星表面的高度H为多少？ 物理（人教版）必修第二册第3页（共4页） 衡水金卷·先享题· 10.(16分)一组宇航员乘坐太空穿梭机S,去修理位于离地球表面h=6×105的圆形 轨道上的太空望远镜H。机组人员使穿梭机S进入与H相同的轨道并关闭助推火 箭，望远镜在穿梭机前方数千米处，如图所示。已知地球半径R=6.4×106m,地球 表面重力加速度g=9.8m/s2,第一宇宙速度v=7.9km/s。 (1)求穿梭机所在轨道上的向心加速度g;(结果保留一位小数) (2)求穿梭机在轨道上的速率v';(结果保留一位小数) (3)穿梭机需先进入半径较小的轨道，才有较大的角速度追上望远镜。试判断穿梭 机要进入较低轨道时应增加还是减小其原有速率，并说明理由。 R 地球 11.(16分)如图所示为在同一平面上围绕地球做同向匀速圆周运动的A、B两颗卫星 之间的距离△随时间t变化的关系图像。已知地球的半径为R,引力常量为G,卫 星A的线速度大于卫星B的线速度，其他已知量图中已标出。 (1)求卫星A、B的运行周期；（结果用根号表示） (2)求地球的质量。（结果用根号表示） ↑△ 高一同步周测卷六 物理（人教版）必修第二册第4页（共4页)高一周测卷 ·物理（人教版）必修第二册· 高一同步周测卷/物理必修第二册（六） 9 命题要素一贤表 注： 1.能力要求： ,理解能力 Ⅱ，推理能力Ⅲ，分析综合能力Ⅳ.应用数学处理物理问题的能力V,实验能力 2.学科素养： ①物理观念 ②科学思维③科学探究( 科学态度与责任 分 知识点 能力要求 学科素养 预估难度 题号 题型 值 (主题内容) I ⅡⅢ ① ②③④ 档次 系数 1 单项选择题 6 卫星的发射 易 0.85 2 单项选择题 6 卫星数据研究 易 0.85 3 单项选择题 卫星轨道规律 中 0.75 4 单项选择题 6 变轨问题 中 0.75 5 单项选择题 6 神舟轨道研究 中 0.75 6 单项选择题 6 卫星周期问题 中 0.70 7 多项选择题 8 不同行星上的数据比较 中 0.65 8 多项选择题 8 天问一号的研究 难 0.55 行星的密度、第一宇宙速度、同 非选择题 16 中 0.70 步卫星 10 非选择题 16 重力加速度、变轨等 分 0.60 非选择题 16 卫星的追及问题 难 0.55 香考答案及解析 一、单项选择题 静止，C项错误；卫星P、Q二者的轨道半径相等，线 1.A【解析】地球各个位置自转的角速度一样，卫星在 速度大小相等，方向不同，D项错误。 赤道的半径大，线速度大，发射的时候可以节省燃料， 3.D【解析】因为a、c的角速度相同，根据a=wr,因 A项正确。 a离地心的距离小于c离地心的距离，所以a的向心 2.B【解析】由万有引力提供向心力GMm 加速度小于c的向心加速度，b、c是围绕地球公转的 r2 =ma,可得 a=GM 产，所以卫星Q,M的加速度大小关系为a。< 卫星，根据万有引力提供向心力GM恤=ma,可得a 2 aM,A项错误：由万有引力提供向心力GMm= -G,因b的轨道半径小于c的轨道半径，所以b的 r r2 向心加速度大于c的向心加速度，综上分析可知，a GM ma2r,可得w= ,所以wp<,B项正确；卫星 的向心加速度小于b的向心加速度，A项错误：因为 Q的轨道平面与赤道平面不重合，故不可能相对地面 a、c的角速度相同，根据v=wr,又a离地心的距离小 ·17· ·物理（人教版）必修第二册· 参考答案及解析 于c离地心的距离，所以u。<,b、c、d是围绕地球公 gr 转的卫星，根据万有引力提供向心力GMm=m吗 M G 3g 4π3 4πG ,两星球密度相等，故p=p2= 3 ,因b的轨道半径最小，d的轨道半径 可得=√ 丝=2，解得红三上=。，A,B,C项正确，D项 g2 r2 最大，所以>u>4,B项错误；因b的线速度最大， 错误。 则在相同时间内b转过的弧长最长，C项错误；c、d是 8.AB【解析】天问一号绕火星做圆周运动，设火星的 围绕地球公转的卫星，根据万有引力提供向心力 质量为m,天问一号探测器的质量为，根据万有引 G=m答，可得T=2√盒，因d的轨道半 r2 力提供向心力可得G”m心=m答，解得火星的质 4π2 ri 径大于c的轨道半径，故d的运行周期大于c的运行 周期，D项正确。 量阳票义一行V-受联立解得p祭， 4.B【解析】天问一号从“调相轨道”进入“停泊轨道” A项正确：太阳对火星的引力提供火星做圆周运动的 时，需要在P点处点火减速做向心运动，A项错误； 天问一号在“停泊轨道”上运行的半长轴比在“调相轨 m4r,=16m票，B项正确：天间一号 向心力F=m=GTT 道”上运行的半长轴小，根据开普勒第三定律可知，天 绕火星做圆周运动，可求出火星质量，不能求出环绕 问一号在“停泊轨道”上的运行周期比在“调相轨道” 的探测器的质量，C项错误；开普物第三定律适用于 上的运行周期小，B项正确；根据a可知，在“停 围绕同一中心天体做圆周运动的卫星，所以对火星和 天问一号不适用，D项错误。 泊轨道”上，天问一号在P点的加速度此在N点的加 三、非选择题 速度大，C项错误；根据开普勒第二定律可知，在“停 9.【解析】(1)设该行星表面的重力加速度为g,对小 泊轨道”上，天问一号在P点时离地心的距离比在V 球有 点时离地心的距离小，则天问一号在P点的线速度 比在N点的线速度大，D项错误。 h-z8 (1分) 5.D【解析】第一宇宙速度为最小发射速度，故神舟十 郁得发=治 (2分) 六号飞船的发射速度一定大于7.9km/s,A项错误； 航天员在空间站中所受的合力提供向心力，合力大于 设行星表面的某一物体质量为m,有 零，航天员静止在地面上时，所受的合力为零，故航天 Mm mg=G (1分) 员在空间站中所受的合力比静止在地面上时所受的 合力大，B项错误；根据牛顿第二定律可知，在地面上 解得行星的质量M=2hR Gt (1分) 时有G=m,在空间站时有GRK R =mg, 故行星的密度p= 3h (2分) 4 2πGtR 联立解得g=千1)，C项错误，D项正确。 3xRs (2)设处于行星表面附近做匀速圆周运动的卫星的质 6.D【解析】极地卫星的运行周期为0.25×12h 量为m 3,根据开普第三定徐有（受y=(是），可得 2 由牛顿第二定律有mg=m'尺 (2分) (=(,解得H=子R,D项正确。 解得u=√V②hR (2分) 二、多项选择题 t 7.ABC【解析】根据牛顿第二定律F,一1g1=1a1, (3)同步卫星的周期与该行星的自转周期相同，均为 T,设同步卫星的质量为m”,由牛顿第二定律有 B一m:g:=ma,由图可知m=3E, m,=E,解得 as R平D=m祭(R+ Mm" G (3分) m,=3m,又m1g=3F。,mg2=2F,解得8=号， 联立解得同步卫星距行星表面的高度 ·18· 高一周测卷 ·物理（人教版）必修第二册· hTR-R 可知卫星半径越小，线速度越大，结合图像有 H=2R (2分) RA十RB=7R (1分) 10.【解析】(1)在地球表面处有mg=G m R (3分) RB-RA=3R (1分) 联立解得R=5R (1分) 解得地球表面的重力加速度g=G M (1分) RA=2R (1分) 同理，穿梭机所在轨道上的向心加速度g=G, M 根据开普粉第三定体可特受一琴 (1分) (1分) 可得2-√侣 (1分) 联立解得g'≈8.2m/s (2分) 从图像上可以看出每隔时间T两颗卫星相距最近 (2)在地球表面处由牛顿第二定律得 一次，则有 (2分) 经-2T=2 (1分) 解得第一宇宙速度= GM R (1分) 联立解得T=(1一 (2分) 同理穿梭机在轨道上的速率'= GM (1分) 22 解得v≈7.6km/s (2分) 1-N5 (2分) 22 (3)穿梭机应减速 (1分) 5V5 由6恤=m二可知，学校机要进人较低我道，万 (2)以卫星A为研究对象，由万有引力提供向心力 可得 有引力必须大于穿梭机做圆周运动所需的向心力， 故当孩小时，向心力0号减小，有G>n月 GM二mT (2分) R r (2分) 解得地球的质量M=4元R 32π2R GTA 11,【解析】(1)由万有引力提供卫星绕地球做圆周运动 的向心力可得 (2分) GMm-m (1分) 19·