侦察卫星在通过地球两极上空的圆轨道上运行(1)

高考物理万有引力定律的应用解题技巧分析及练习题(含答案)(1)一、高中物理精讲专题测试万有引力定律的应用1．人类第一次登上月球时，宇航员在月球表面做了一个实验：将一片羽毛和一个铁锤从同一个高度由静止同时释放，二者几乎同时落地．若羽毛和铁锤是从高度为h 处下落，经时间t 落到月球表面．已知引力常量为G ，月球的半径为R ． （1）求月球表面的自由落体加速度大小g 月；（2）若不考虑月球自转的影响，求月球的质量M 和月球的“第一宇宙速度”大小v ．【答案】（1）22h g t =月 （2）222hR M Gt=；2hRv t= 【解析】 【分析】（1）根据自由落体的位移时间规律可以直接求出月球表面的重力加速度；（2）根据月球表面重力和万有引力相等，利用求出的重力加速度和月球半径可以求出月球的质量M ； 飞行器近月飞行时，飞行器所受月球万有引力提供月球的向心力，从而求出“第一宇宙速度”大小． 【详解】（1）月球表面附近的物体做自由落体运动 h ＝12g 月t 2 月球表面的自由落体加速度大小 g 月＝22h t （2）若不考虑月球自转的影响 G 2MmR ＝mg 月 月球的质量 222hR M Gt＝ 质量为m'的飞行器在月球表面附近绕月球做匀速圆周运动m ′g 月＝m ′2v R月球的“第一宇宙速度”大小 2hRv g R t月＝＝ 【点睛】结合自由落体运动规律求月球表面的重力加速度，根据万有引力与重力相等和万有引力提供圆周运动向心力求解中心天体质量和近月飞行的速度v ．2．某航天飞机在地球赤道上空飞行，轨道半径为r ，飞行方向与地球的自转方向相同，设地球的自转角速度为ω0，地球半径为R ，地球表面重力加速度为g ，在某时刻航天飞机通过赤道上某建筑物的上方，求它下次通过该建筑物上方所需的时间． 【答案】203t gR r ω=-或者202t gR r ω=-【解析】 【分析】 【详解】试题分析：根据人造卫星的万有引力等于向心力，列式求出角速度的表达式，卫星再次经过某建筑物的上空，比地球多转动一圈．解：用ω表示航天飞机的角速度，用m 、M 分别表示航天飞机及地球的质量，则有22Mm Gmr r ω= 航天飞机在地面上，有2mMG R mg =联立解得ω=若ω>ω0，即飞机高度低于同步卫星高度，用t 表示所需时间，则ωt －ω0t ＝2π所以t =若ω<ω0，即飞机高度高于同步卫星高度，用t 表示所需时间，则ω0t －ωt ＝2π所以t =． 点晴：本题关键：（1）根据万有引力提供向心力求解出角速度；（2）根据地球表面重力等于万有引力得到重力加速度表达式；（3）根据多转动一圈后再次到达某建筑物上空列式．3．据每日邮报2014年4月18日报道，美国国家航空航天局目前宣布首次在太阳系外发现“类地”行星.假如宇航员乘坐宇宙飞船到达该行星，进行科学观测：该行星自转周期为T ；宇航员在该行星“北极”距该行星地面附近h 处自由释放-个小球(引力视为恒力)，落地时间为.t 已知该行星半径为R ，万有引力常量为G ，求：()1该行星的第一宇宙速度； ()2该行星的平均密度．【答案】(()231 2?2hGt R π． 【解析】 【分析】根据自由落体运动求出星球表面的重力加速度，再根据万有引力提供圆周运动向心力，求出质量与运动的周期，再利用MVρ=，从而即可求解． 【详解】()1根据自由落体运动求得星球表面的重力加速度212h gt =解得：22h g t =则由2v mg m R=求得：星球的第一宇宙速度22hv gR R t ==， ()2由222Mm hG mg m Rt==有：222hR M Gt= 所以星球的密度232M h V Gt R ρπ== 【点睛】本题关键是通过自由落体运动求出星球表面的重力加速度，再根据万有引力提供圆周运动向心力和万有引力等于重力求解．4．宇航员在某星球表面以初速度2.0m/s 水平抛出一小球，通过传感器得到如图所示的运动轨迹，图中O 为抛出点。

【例1】中子星是恒星演化过程的一种可能结果，它的密度很大。

现有一中子星，观测到它的自转周期为T =301s 。

问该中子星的最小密度应是多少才能维持该星的稳定，不致因自转而瓦解。

计算时星体可视为均匀球体。

(引力常数G =6.67⨯1011-m 3/kg.s 2) 解析：设想中子星赤道处一小块物质，只有当它受到的万有引力大于或等于它随星体所需的向心力时，中子星才不会瓦解。

设中子星的密度为ρ，质量为M ，半径为R ，自转角速度为ω，位于赤道处的小物块质量为m ，则有 R m R GMm 22ω= T πω2= ρπ334R M = 由以上各式得23GT πρ=，代入数据解得：314/1027.1m kg ⨯=ρ。

点评：在应用万有引力定律解题时，经常需要像本题一样先假设某处存在一个物体再分析求解是应用万有引力定律解题惯用的一种方法。

（2）行星表面重力加速度、轨道重力加速度问题：（重力近似等于万有引力） 表面重力加速度：2002RGM g mg R Mm G =∴= 轨道重力加速度：()()22h R GMg mg h R GMmh h +=∴=+【例2】一卫星绕某行星做匀速圆周运动，已知行星表面的重力加速度为g 0，行星的质量M 与卫星的质量m 之比M /m=81，行星的半径R 0与卫星的半径R 之比R 0/R ＝3.6，行星与卫星之间的距离r 与行星的半径R 0之比r /R 0＝60。

设卫星表面的重力加速度为g ，则在卫星表面有m g r GMm=2 ……经过计算得出：卫星表面的重力加速度为行星表面的重力加速度的1/3600。

上述结果是否正确？若正确，列式证明；若有错误，求出正确结果。

解析：题中所列关于g 的表达式并不是卫星表面的重力加速度，而是卫星绕行星做匀速圆周运动的向心加速度。

正确的解法是 卫星表面2R Gm＝g 行星表面20R GM=g 0 即20)(R R M m =0g g 即g =0.16g 0。

2022北京重点校高一（下）期中物理汇编万有引力与宇宙航行章节综合1一、单选题1．（2022·北京师大附中高一期中）如图所示，图中A 点是地球赤道上一点，人造卫星B 轨道在赤道平面内，C 点为同步卫星。

已知人造卫星B 的轨道半径是地球半径的m 倍，同步卫星C 的轨道半径是地球半径的n 倍，，由此可知（ ）A ．人造卫星B 与同步卫星C 的运行周期之比为33m nB ．同步卫星C 与A 1nC ．人造卫星B 与A 点的速率之比为3n mD ．人造卫星B 与同步卫星C 的速率之比为n m2．（2022·北京师大附中高一期中）关于万有引力定律，下列说法正确的是（ ）A ．两个物体间的万有引力总是大小相等、方向相反，是一对平衡力B ．公式122m m F G r中的G 为比例系数，它的单位是N·m 2·kg 2 C ．万有引力定律是牛顿在总结前人研究的基础上发现的D ．测出引力常量的科学家是伽利略3．（2022·北京市第九中学高一期中）a 、b 、c 、d 是在地球大气层外的圆形轨道上运行的四颗人造卫星。

其中a 、c 的轨道相交于P ，b 、d 在同一个圆轨道上。

某时刻b 卫星恰好处于c 卫星的正上方。

则（ ）A．a、c的线速度大小相等，且小于d的线速度B．b、c的角速度大小相等，且小于a的角速度C．a、c的向心加速度大小相等，且大于b的向心加速度D．b、d存在相撞危险4．（2022·北京八十中高一期中）已知引力常量G、月球中心到地球中心的距离r和月球绕地球运行的周期T，仅利用这三个数据，可以估算出的物理量有（）A．月球的质量B．地球的质量C．地球的半径D．月球对地球的万有引力5．（2022·北京十五中高一期中）木星是太阳的一颗行里，木星又有自己的卫星，假设木星的卫星绕木星的运动和木星绕太阳的运动都可视为匀速圆周运动，要想计算木星的质量，需要测量的物理量有（）A．木星绕太阳运动的周期和轨道半径B．木星绕太阳运动的周期和木星的半径C．木星的卫星绕木星运动的周期和轨道半径D．木星的卫星绕木星运动的周期和木星的半径二、多选题6．（2022·北京师大附中高一期中）如图，在发射地球同步卫星的过程中，卫星首先进入椭圆轨道I，然后在Q点通过改变卫星速度，让卫星进入地球同步轨道II。

高考物理万有引力与航天试题(有答案和解析)一、高中物理精讲专题测试万有引力与航天1．一宇航员在某未知星球的表面上做平抛运动实验：在离地面h 高处让小球以某一初速度水平抛出，他测出小球落地点与抛出点的水平距离为x 和落地时间t ，又已知该星球的半径为R ，己知万有引力常量为G ，求： （1）小球抛出的初速度v o （2）该星球表面的重力加速度g （3）该星球的质量M（4）该星球的第一宇宙速度v （最后结果必须用题中己知物理量表示）【答案】(1) v 0=x/t (2) g=2h/t 2 (3) 2hR 2/(Gt 2) (4) t【解析】（1）小球做平抛运动，在水平方向：x=vt ， 解得从抛出到落地时间为：v 0=x/t（2）小球做平抛运动时在竖直方向上有：h=12gt 2， 解得该星球表面的重力加速度为：g=2h/t 2；（3）设地球的质量为M ，静止在地面上的物体质量为m ， 由万有引力等于物体的重力得：mg=2MmGR 所以该星球的质量为：M=2gR G= 2hR 2/(Gt 2)； （4）设有一颗质量为m 的近地卫星绕地球作匀速圆周运动，速率为v ，由牛顿第二定律得： 22Mm v G m R R=重力等于万有引力，即mg=2MmGR，解得该星球的第一宇宙速度为：v ==2．经过逾6 个月的飞行，质量为40kg 的洞察号火星探测器终于在北京时间2018 年11 月27 日03：56在火星安全着陆。

着陆器到达距火星表面高度800m 时速度为60m/s ，在着陆器底部的火箭助推器作用下开始做匀减速直线运动；当高度下降到距火星表面100m 时速度减为10m/s 。

该过程探测器沿竖直方向运动，不计探测器质量的变化及火星表面的大气阻力，已知火星的质量和半径分别为地球的十分之一和二分之一，地球表面的重力加速度为g = 10m/s 2。

求：(1)火星表面重力加速度的大小； (2)火箭助推器对洞察号作用力的大小.【答案】(1)2=4m/s g 火 (2)F =260N 【解析】 【分析】火星表面或地球表面的万有引力等于重力，列式可求解火星表面的重力加速度；根据运动公式求解下落的加速度，然后根据牛顿第二定律求解火箭助推器对洞察号作用力. 【详解】（1）设火星表面的重力加速度为g 火，则2=M m Gmg r火火火2=M mGmg r 地地解得g 火=0.4g=4m/s 2（2）着陆下降的高度：h=h 1-h 2=700m ，设该过程的加速度为a ，则v 22-v 12=2ah 由牛顿第二定律：mg 火-F=ma 解得F=260N3．我国发射的“嫦娥三号”登月探测器靠近月球后，经过一系列过程，在离月球表面高为h 处悬停，即相对月球静止．关闭发动机后，探测器自由下落，落到月球表面时的速度大小为v ，已知万有引力常量为G ，月球半径为R ，h R <<，忽略月球自转，求： （1）月球表面的重力加速度0g ； （2）月球的质量M ；（3）假如你站在月球表面，将某小球水平抛出，你会发现，抛出时的速度越大，小球落回到月球表面的落点就越远．所以，可以设想，如果速度足够大，小球就不再落回月球表面，它将绕月球做半径为R 的匀速圆周运动，成为月球的卫星．则这个抛出速度v 1至少为多大？【答案】（1）202v g h =（2）222v R M hG =（3）1v =【解析】（1）根据自由落体运动规律202v g h =，解得202v g h=（2）在月球表面，设探测器的质量为m ，万有引力等于重力，02MmGmg R=，解得月球质量222v R M hG=（3）设小球质量为'm ，抛出时的速度1v 即为小球做圆周运动的环绕速度万有引力提供向心力212''v Mm G m R R =，解得小球速度至少为1v =4．某行星表面的重力加速度为g ，行星的质量为M ，现在该行星表面上有一宇航员站在地面上，以初速度0v 竖直向上扔小石子，已知万有引力常量为G ．不考虑阻力和行星自转的因素，求： （1）行星的半径R ；（2）小石子能上升的最大高度． 【答案】(1)R = （2）202v h g =【解析】（1）对行星表面的某物体，有：2GMmmg R=-得：R =（2）小石子在行星表面作竖直上抛运动，规定竖直向下的方向为正方向，有：2002v gh =-+得：202v h g=5．侦察卫星在通过地球两极上空的圆轨道上运行,它的运行轨道距地面高为h ,要使卫星在一天的时间内将地面上赤道各处在日照条件下的情况全部都拍摄下来,卫星在通过赤道上空时,卫星上的摄影像机至少应拍地面上赤道圆周的弧长是多少?设地球半径为R ,地面处的重力加速度为g ,地球自转的周期为T ．【答案】l =【解析】 【分析】 【详解】设卫星周期为1T ,那么:22214()()Mm m R h G R h T π+=+, ① 又2MmGmg R=, ② 由①②得1T =设卫星上的摄像机至少能拍摄地面上赤道圆周的弧长为l ,地球自转周期为T ,要使卫星在一天(地球自转周期)的时间内将赤道各处的情况全都拍摄下来,则12TlR T π⋅=. 所以23124()RT h R l T Tgππ+==. 【点睛】摄像机只要将地球的赤道拍摄全，便能将地面各处全部拍摄下来；根据万有引力提供向心力和万有引力等于重力求出卫星周期；由地球自转角速度求出卫星绕行地球一周的时间内，地球转过的圆心角，再根据弧长与圆心角的关系求解．6．利用万有引力定律可以测量天体的质量． （1）测地球的质量英国物理学家卡文迪许，在实验室里巧妙地利用扭秤装置，比较精确地测量出了引力常量的数值，他把自己的实验说成是“称量地球的质量”．已知地球表面重力加速度为g ，地球半径为R ，引力常量为G ．若忽略地球自转的影响，求地球的质量． （2）测“双星系统”的总质量所谓“双星系统”，是指在相互间引力的作用下，绕连线上某点O 做匀速圆周运动的两个星球A 和B ，如图所示．已知A 、B 间距离为L ，A 、B 绕O 点运动的周期均为T ，引力常量为G ，求A 、B 的总质量．（3）测月球的质量若忽略其它星球的影响，可以将月球和地球看成“双星系统”．已知月球的公转周期为T 1，月球、地球球心间的距离为L 1．你还可以利用（1）、（2）中提供的信息，求月球的质量．【答案】（1）2gR G ；（2）2324L GT π；（3）2321214L gR GT G π-． 【解析】 【详解】（1）设地球的质量为M ，地球表面某物体质量为m ，忽略地球自转的影响，则有2Mm G mg R =解得：M =2gR G； （2）设A 的质量为M 1，A 到O 的距离为r 1，设B 的质量为M 2，B 到O 的距离为r 2， 根据万有引力提供向心力公式得：2121122()M M G M r L Tπ=， 2122222()M M GM r L T π=， 又因为L =r 1+r 2解得：231224L M M GTπ+=； （3）设月球质量为M 3，由（2）可知，2313214L M M GT π+=由（1）可知，M =2gR G解得：23213214L gR M GT Gπ=-7．我国首颗量子科学实验卫星于2016年8月16日1点40分成功发射。

考生注意：本卷共三大题，20小题，满分100分，时量90分钟。

一．选择题（本题共10小题，每题4分，满分40分。

第1~6题为单项选择题，每题所给的选项中有的只有一个是符合题意的。

第7~10题为不定项选择题，所给的选项中有的只有一个、有的有几个符合题意。

将所有符合题意选项的序号选出，填入题后的括号中。

全部选对的得4分，部分选对的得2分，有错选或不选的得0分）1、下列四种吸引力中，哪一种是万有引力（）A．宇宙中的所有异种电荷之间存在的吸引作用B．宇宙中的所有异名磁极之间存在的吸引作用C．宇宙中的所有有质量的物体之间存在的吸引作用D．宇宙中的所有的原子核内核子之间存在的强大吸引作用2、某同学这样来计算第一宇宙速度：v =2RTπ=62 3.14 6.410243600⨯⨯⨯⨯= 645m/s = 0.645km/s 。

这一结果与正确的值相差很大。

这是由于他在近似处理中错误地假设了（）A．卫星的轨道是圆B．卫星的周期等于地球自转的周期C．卫星的轨道半径等于地球的半径D．卫星的向心力等于它在地面上时所受的地球引力3、假设地球的自转逐渐加快，而对仍静止在赤道附近的物体，会变大的物理量是（）A．地球的万有引力B．自转向心力C．地面的支持力D．重力4、如果只有重力对物体做功，下列说法正确的是（）A．重力做正功，机械能增加B．重力做负功，机械能减小C．重力做负功，重力势能减少D．无论重力做正功还是做负功，机械能都不改变5、关于机械能下列说法，哪一项是正确的（）A．作变速运动的物体，只要有摩擦力存在，机械能一定减少B．如果物体所受的合外力不为零，则机械能一定发生变化C．斜向上抛出的物体，不计空气阻力时，机械能是守恒的。

因而物体在同一高度，具有相同的速度D．在水平面上作变速运动的物体，它的机械能不一定变化6、质量为5kg的物体，以5m/s2的加速度竖直下落4m的过程中（g取10m/s2），它的机械能将（）A．减少100J B．增加100J C．减少200J D．增加200J7、牛顿发现万有引力定律，在人类认识自然的历史上树立了一个里程碑，这一发现的深远意义在于（）A．第一次揭示出自然界中一种基本的相互作用力规律B．把地面上物体的运动规律和天体运动的规律统一起来C．发现了天体运动的推动力，找到了太阳系演化的原因D．在所有的物体相互作用中，万有引力均起主导作用8、关于地球同步卫星，下列说法正确的是（）A．它处于平衡状态，且具有一定的高度B．它的加速度小于9.8m/s2C．它的周期等于24h ，且轨道平面与赤道平面重合D．它的速度小于7.9km/s9、下列说法正确的是（）A．海王星与冥王星是人们依据万有引力定律计算的轨道而发现的B．天王星是人们依据万有引力定律计算的轨道而发现的C．天王星的运行轨道偏离根据万有引力定律计算而得的轨道，其原因是由于天王星受到轨道外面其他行星的万有引力作用D．以上均不正确10、以地面为参考平面，从地面竖直上抛两个质量不等的物体（不计空气阻力），它们的初动能相等。

天体运动中周期与频率的应用作者：刘成刚来源：《中学教学参考·理科版》2015年第08期[摘要]天体运动是高中物理教学的难点，随着我国航天技术的飞速发展，天体运动问题逐渐成为高考命题的热点，为了有效帮助学生提高解答此类问题的能力，本文从以下两方面结合例题作些分析说明。

[关键词]天体运动周期频率[中图分类号] G633.7 [文献标识码] A [文章编号] 16746058（2015）230042高中物理中，天体运动一般视为匀速圆周运动，天体运动所需的向心力都是由它们所围绕的星球对它们的万有引力所提供的。

处理天体运动问题的依据是万有引力定律和圆周运动规律，下面结合例题作些分析。

一、周期和频率的含义及应用1.周期T：物体做匀速圆周运动一周所需时间。

2.频率f：物体做匀速圆周运动1秒内旋转的圈数。

周期和频率互为倒数。

T=1f。

【例1】地球自转周期为T0，在圆轨道上运动的质量为m的人造地球卫星旋转周期为T，求卫星每天绕地球运转的圈数？解析：①先求卫星运转一周所需的时间。

由地球对卫星的万有引力等于卫星所需的向心力，得：GMmr2=m（2πT）2rT=2πr3GM由恒等变换：GM=R2g得T=2πr3R2g②再求卫星运转一周相当多少天。

TT0=2πT0r3R2g③最后求卫星每天绕地球运转的圈数。

TT0的倒数为卫星每天绕地球运转的圈数。

T0T=T2πR2g（R+h）3【例2】有一种卫星叫做极地卫星，其轨道平面与地球的赤道平面成90°角，它常应用于遥感、探测。

假设有一个极地卫星绕地球做匀速周运动。

已知：该卫星的运动周期为T0/4（T0为地球的自转周期），地球表面的重力加速度为g，地球半径为R。

则该卫星一昼夜能有几次经过赤道上空？解析：①先求卫星运转一周需要多少秒。

该卫星的运动周期为T0/4（T0为地球的自转周期）。

②再求卫星运转一周相当多少天。

TT0=14天③最后卫星每天绕地球运转的圈数。

TT0的倒数为卫星每天绕地球运转的圈数。

万有引力练习一、单项选择题1．人造卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径为R ，线速度为V ，周期为T 。

若要使卫星的周期变为2T ，可以采取的办法是：( )A 、R 不变，使线速度变为V/2；B 、V 不变，使轨道半径变为2R ；C 、使轨道半径变为R 34；D 、使卫星的高度增加R 。

2．关于“亚洲一号”地球同步卫星，下说法正确的是（ ）A ．已知该卫星的质量为1.24t ，若它的质量增加到2.48t ，则其同步轨道半径将变为原来的21。

B ．它的运行速度一定小于7.9km/s 。

C ．它可以经过北京的正上空，所以我国可以利用他进行电视转播。

D ．它距离地面的高度约为地球半径的5.6倍，所以它的向心加速度约为其下方地面上的物体重力加速度的26.51。

3．下列说法正确的有（ ）A ．人造地球卫星运行的速率可能等于8km/s 。

B ．一航天飞机绕地球做匀速圆周运动，在飞机内一机械手将物体相对航天飞机无初速地释放于机外，则此物体将做自由落体运动。

C ．由于人造地球卫星长期受微小阻力的作用，因此其运行的速度会逐渐变大。

D ．我国2003年10月“神州”5号飞船在落向内蒙古地面的过程中，一直处于失重状态。

4．2003年10月15日，我国成功地发射了“神舟五号”载人飞船，经过21小时的太 空飞行，返回舱于次日安全着陆。

已知飞船在太空中运行的轨道是一个椭圆，椭圆的一个焦点是地球的球心，如图4所示，飞船在飞行中是无动力飞行，只受到地球的万有引力作用，在飞船从轨道的A 点沿箭头方向运行到B 点的过程中，有以下说法：①飞船的速度逐渐增大 ②飞船的速度逐渐减小 ③飞船的机械能守恒④飞船的机械能逐渐增大。

上述说法中正确的是（ ）A ．①③B ．①④C ．②③D ．②④ 5、发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送入同步圆轨道3，轨道1、2相切于Q 点，轨道2、3相切于P 点，如图20所示。

高一物理天体运动测试题一．选择题1． 人造卫星在运行中因受高空稀薄空气的阻力作用,绕地球运转的轨道半径会慢慢减小,在半径缓慢变化过程中,卫星的运动还可近似当作匀速圆周运动;当它在较大的轨道半径r 1上时运行线速度为v 1,周期为T 1,后来在较小的轨道半径r 2上时运行线速度为v 2,周期为T 2,则它们的关系是A ．v 1﹤v 2,T 1﹤T 2B ．v 1﹥v 2,T 1﹥T 2C ．v 1﹤v 2,T 1﹥T 2D ．v 1﹥v 2,T 1﹤T 22. 两个质量均为M 的星体,其连线的垂直平分线为AB;O 为两星体连线的中点,如图,一个质量为M 的物体从O 沿OA 方向运动,则它受到的万有引力大小变化情况是A.一直增大B.一直减小C.先减小,后增大D.先增大,后减小3. 土星外层上有一个土星环,为了判断它是土星的一部分还是土星的卫星群,可以测量环中各层的线速度v 与该层到土星中心的距离R 之间的关系来判断 ① 若v R ∝,则该层是土星的一部分 ②2v R ∝,则该层是土星的卫星群.②③若1v R ∝,则该层是土星的一部分 ④若21v R∝,则该层是土星的卫星群.以上说法正确的是A. ①②B. ①④C. ②③D. ②④4. 假如地球自转速度增大,关于物体重力的下列说法中不正确的是 A 放在赤道地面上的物体的万有引力不变 B.放在两极地面上的物体的重力不变 C 赤道上的物体重力减小 D 放在两极地面上的物体的重力增大5．在太阳黑子的活动期,地球大气受太阳风的影响而扩张,这样使一些在大气层外绕地球飞行的太空垃圾被大气包围,而开始下落;大部分垃圾在落地前烧成灰烬,但体积较大的则会落到地面上给我们造成威胁和危害．那么太空垃圾下落的原因是A ．大气的扩张使垃圾受到的万有引力增大而导致的B ．太空垃圾在燃烧过程中质量不断减小,根据牛顿第二定律,向心加速度就会不断增大,所以垃圾落向地面C ．太空垃圾在大气阻力的作用下速度减小,那么它做圆运动所需的向心力就小于实际受到的万有引力,因此过大的万有引力将垃圾拉向了地面D ．太空垃圾上表面受到的大气压力大于下表面受到的大气压力,所以是大气的力量将它推向地面的6.用 m 表示地球通讯卫星同步卫星的质量,h 表示它离地面的高度,R 表示地球的半径,g 表示地球表面处的重力加速度,ω表示地球自转的角速度,则通讯卫星所受万有引力的大小为A.等于零B.等于22()R g mR h + C.等于342ωg R m D.以上结果都不正确7． 关于第一宇宙速度,下列说法不正确的是A 第一宇宙速度是发射人造地球卫星的最小速度B ．第一宇宙速度是人造地球卫星环绕运行的最大速度C ．第一宇宙速度是地球同步卫星环绕运行的速度D ．地球的第一宇宙速度由地球的质量和半径决定的8．如图5-1所示,以s 的水平速度v 0抛出的物体,飞行一段时间后垂直地撞在倾角为θ=30°的斜面上,可知物体完成这段飞行的时间是 A ．s 33 B ．s 332 C ．3 s D ．2s9、某人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,假如它的轨道半径增加到原来的n 倍后,仍能够绕地球做匀速圆周运动,则A ．根据r vω=,可知卫星运动的线速度将增大到原来的n 倍;B ．根据rmv F 2=,可知卫星受到的向心力将减小到原来的n1倍;C ．根据2r GMm F =,可知地球给卫星提供的向心力将减小到原来的21n 倍;D ．根据rmv rGMm 22,可知卫星运动的线速度将减小到原来的n1倍;10、设在地球上和某天体上以相同的初速度竖直上抛一物体的最大高度之比为k 均不计空气阻力,且已知地球和该天体的半径之比也为k,则地球质量与天体的质量之比为 A. 1 B. K C. K 2D. 1/K11．假设在质量与地球质量相同,半径为地球半径两倍的天体上进行运动比赛,那么与在地球上的比赛成绩相比,下列说法正确的是A ．跳高运动员的成绩会更好B ．用弹簧秤称体重时,体重数值变得更大C ．从相同高度由静止降落的棒球落地的时间会更短些D ．用手投出的篮球,水平方向的分速度变化更慢 12．在地球大气层外有很多太空垃圾绕地球做匀速圆周运动,每到太阳活动期,由于受太阳的影响,地球大气层的厚度开始增加,使得部分垃圾进入大气层．开始做靠近地球的近心运动,产生这一结果的初始原因是 A ．由于太空垃圾受到地球引力减小而导致做近心运动 B ．由于太空垃圾受到地球引力增大而导致做近心运动 C ．由于太空垃圾受到空气阻力而导致做近心运动D ．地球引力提供了太空垃圾做匀速圆周运动所需的向心力,故产生向心运动的结果与空气阻力无关13．西昌卫星发射中心的火箭发射架上,有一待发射的卫星,它随地球自转的线速度为v 1、加速度为a 1；发射升空后在近地轨道上做匀速圆周运动,线速度为v 2、加速度为a 2；实施变轨后,使其在同步卫星轨道上做匀速圆周运动,运动的线速度为v 3、加速度为a 3;则v 1、v 2、v 3的大小关系和a 1、a 2、a 3的大小关系是A ．v 2>v 3>v 1；a 2<a 3<a 1B ．v 2>v 3< v 1；a 2>a 3>a 1C ．v 2>v 3>v 1；a 2>a 3>a 1D ．v 3> v 2>v 1；a 2>a 3>a 1年1月发射的“月球勘探者”空间探测器,运用最新科技手段对月球进行近距离勘探,在月球重力分布,磁场分布及元素测定等方面取得了新成果,探测器在一些环形山中发现了质量密集区,当飞到这些质量密集区时,通过地面的大口径射电望远镜观察,“月球勘探者”的轨道参数发生了微小变化,这些变化是 A .半径变小 B.半径变大 C.速率变小 D.速率变大15．一质量为m 的物体,沿半径为R 的向下凹的圆形轨道滑行,如图所示,经过最低点的速度为v,物体与轨道之间的动摩檫因数为μ,则它在最低点时受到的摩檫力为 A ．μmg B ．μmv 2/R C ．μmg+v 2/R D ．μmg-v 2/R二．填空题16题6分,17题4分,18题4分16. 1957年10月4日,前苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星以来,人类活动范围从陆地、海洋、大气层扩展到宇宙空间,宇宙空间成为人类的第四疆域,人类发展空间技术的最终目的是开发太空资源.1宇航员在围绕地球做匀速圆周运动的航天飞机中,会处于完全失重的状态,下列说法正确的是 A. 宇航员仍受重力作用 B. 宇航员受力平衡C.重力正好为向心力D. 宇航员不受任何力的作用2宇宙飞船要与空间站对接,飞创为了追上空间站 A.只能从较低轨道上加速 B.只能从较高轨道上加速 C. 只能从空间站同一高度上加速 D.无论在什么轨道上,只要加速都行3.已知空间站周期为T ,地面重力加速度约为g ,地球半径为R.由此可计算出国际空间站离地面的高度为________ 17.了充分利用地球自转的速度,人造卫星发射时,火箭都是从 向_______ 填东、南、西、北发射;考虑这个因素,火箭发射场应建在纬度较 填高或低的地方较好; ．18．侦察卫星在通过地球两极上空的圆轨道上运动,它的运动轨道距地面高度为h ,要使卫星在一天的时间内将地面上赤道各处在日照条件下的情况全都拍摄下来,卫星在通过赤道上空时,卫星上的摄像机至少应拍摄地面上赤道圆周的弧长是________.设地球的半径为R ,地面处的重力加速度为g ,地球自转的周期为T . 三．计算题20、9分已知地球半径为R,地球表面的重力加速度为g,地球自转的周期为T,试求地球同步卫星的向心加速度大小; 21、10分晴天晚上,人能看见卫星的条件是卫星被太阳照着且在人的视野之内;一个可看成漫反射体的人造地球卫星的圆形轨道与赤道共面,卫星自西向东运动;春分期间太阳垂直射向赤道,赤道上某处的人在日落后8小时时在西边的地平线附近恰能看到它,之后极快地变暗而看不到了;已知地球的半径m104.6R 6⨯=地,地面上的重力加速度为2s /m 10,估算：答案要求精确到两位有效数字1卫星轨道离地面的高度; 2卫星的速度22. 10分发射地球同步卫星时,可认为先将卫星发射至距地面高度为h 1的圆形轨道上,在卫星经过A 点时点火喷气发动机工作实施变轨进入椭圆轨道,椭圆轨道的近地点为A ,远地点为B .在卫星沿椭圆轨道运动经过B 点再次点火实施变轨,将卫星送入同步轨道远地点B 在同步轨道上,如图所示.两次点火过程都使卫星沿切线方向加速,并且点火时间很短.已知同步卫星的运动周期为T ,地球的半径为R ,地球表面重力加速度为g ,求： ⑴卫星在近地圆形轨道运行接近A 点时的加速度大小； ⑵卫星同步轨道距地面的高度.23. 12分现代观测表明,由于引力的作用,恒星有“聚焦”的特点,众多的恒星组成不同层次的恒星系统,最简单的恒星系统是两颗互相绕转的双星．它们以两者连线上的某点为圆心做匀速圆周运动,这样就不至于由于万有引力的作用而吸引在一起．设某双星中A 、B 两星的质量分别为 m 和 3m,两星间距为L,在相互间万有引力的作用下,绕它们连线上的某点O 转动,则O 点距B 星的距离是多大它们运动的周期为多少24 10分.宇宙中某星体每隔×10-4s 就向地球发出一次电磁波脉冲．有人曾经乐观地认为,这是外星人向我们地球人发出的联络信号,而天文学家否定了这种观点,认为该星体上有一个能连续发出电磁波的发射源,由于星体围绕自转轴高速旋转,才使得地球上接收到的电磁波是不连续的．试估算该星体的最小密度．结果保留两位有效数字 注：星体的最小密度是保持星体表面物体不脱离星体2510分.已知物体从地球上的逃逸速度第二宇宙速度v 2=R Gm 2,其中G 、m 、R 分别是引力常量、地球的质量和半径;已知G =×10-11N ·m 2/kg 2,c =×108m/s;求下列问题：1逃逸速度大于真空中光速的天体叫作黑洞,设某黑洞的质量等于太阳的质量m =×1030kg,求它的可能最大半径；2在目前天文观测范围内,物质的平均密度为10-27kg/m 3,如果认为我们的宇宙是这样一个均匀大球体,其密度使得它的逃逸速度大于光在真空中的速度c ,因此任何物体都不能脱离宇宙,问宇宙的半径至少多大 参考答案C DBAC CBC C B CD CACCAD AD161A 、C ；宇航员仍受重力作用,此力提供宇航员做圆周运动的向心力;2A,当卫星在其轨道上加速时,F 引小于向心力,故要做离心运动,从而使半径增大;3万有引力提供向心力有：2222Mm G m r r T π⎛⎫= ⎪⎝⎭2g Mm G m R =其中r ＝R+h 由上述三式可求得2232gT h=4Rπ17. 西、 东、低;在纬度较低的地方地球自转的线速度较大18.侦察卫星绕地球做匀速圆周运动的周期设为T 1,则 21224T rm r GMm π= ①地面处的重力加速度为g ,则B 同步轨道地球 A20R GMm =m 0g ②由上述两式得到卫星的周期T 1=gr R32π其中r =h+R,地球自转的周期为T ,在卫星绕行一周时,地球自转转过的角度为θ=2πTT 1,摄像机应拍摄赤道圆周的弧长为s =Rθ 得s =gR h T 32)(4+π20.21解：从北极沿地轴往下看的地球俯视图如图所示,设卫星离地高h,Q 点日落后8小时时能看到它反射的阳光;日落8小时Q 点转过的角度设为θ1︒=︒⨯=θ120360248轨道高地地R 2cos Rh -θ=m104.6160cos 1104.666⨯=-︒⨯⨯=）（2因为卫星轨道半径地R 2h r r =+=根据万有引力定律,引力与距离的平方成反比卫星轨道处的重力加速度2r s /m 5.2g 41g ==地r 'g v =s /m 107.5104.625.236⨯=⨯⨯⨯=s/m 106.53⨯同样给分22.⑴()g h R R a A212+=⑵R T gR h -=322224π23.解：设O 点距B 星的距离为x ,双星运动的周期为T,由万有引力提供向心力．对于B 星：G 错误!= 3mx 错误!2对于A 星：G 错误!= mL-x 错误!2∴ 错误!= 3 即 x = 错误!L∴ T =πL 错误! 3分24.解：接收电磁波脉冲的间隔时间即是该星体自转的最大周期 星体表面物体不脱离星体时满足：G 错误! = mR 错误!2 而M =错误!πR 3ρ ∴ρ= 错误! 代入已知数据得：ρ=×1017kg/m 325.1任何天体均存在其所对应的逃逸速度v 2=RGm2,其中m 、R 为天体的质量和半径;黑洞,其逃逸速度大于真空中的光速 ,即v 2＞c ,R ＜22c Gm ＝283011)109979.2(1098.11067.62⨯⨯⨯⨯⨯-m ＝×103m,即质量为×1030kg 的黑洞的最大半径为×103m.2把宇宙视为普通天体,则其质量m =ρ·V =ρ·34πR 3－-----①其中R 为宇宙的半径,ρ为宇宙的密度,则宇宙的逃逸速度为v 2=RGm2------②由于宇宙密度使得其逃逸速度大于光速c ,即v 2＞c-------③则由以上三式可得R =×1026m,合×1010光年;即宇宙的最小半径。

【典型例题】例1、海王星的公转周期约为5.19×109s ，地球的公转周期为3.16×107s ，则海王星与太阳的平均距离约为地球与太阳的平均距离的多少倍？例2、有一颗太阳的小行星，质量是1.0×1021kg ，它的轨道半径是地球绕太阳运动半径的2.77倍，求这颗小行星绕太阳一周所需要的时间。

例3、16世纪，哥白尼根据天文观测的大量资料，经过40多年的天文观测和潜心研究，提出了“日心说”的如下四个观点，这四个论点目前看存在缺陷的是（ ）A 、宇宙的中心是太阳，所有行星都在绕太阳做匀速圆周运动。

B 、地球是绕太阳做匀速圆周运动的行星，月球是绕地球做匀速圆周运动的卫星，它绕地球运转的同时还跟地球一起绕太阳运动。

C 、天穹不转动，因为地球每天自西向东自转一周，造成天体每天东升西落的现象。

D 、与日地距离相比，恒星离地球都十分遥远，比日地间的距离大得多。

例4．假设已知月球绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，假如地球对月球的万有引力突然消失，则月球的运动情况如何？若地球对月球的万有引力突然增加或减少，月球又如何运动呢？【针对训练】1、某一人造卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径为月球绕地球轨道半径的1/3则此卫星运行的周期大约是：（ ）A ．1－4天之间B ．4－8天之间C ．8－16天之间D ．16－20天之间2、两行星运行周期之比为1：2，其运行轨道的半长轴之比为：（ ）A.1/2B. 22C. 3221D.23213、地球到太阳的距离是水星到太阳距离的2.6倍，那么地球和水星绕太阳运转的线速度之比是多少？（设地球和水星绕太阳运转的轨道是圆轨道）4．关于日心说被人们所接受的原因是（ ）A ．以地球为中心来研究天体的运动有很多无法解决的问题B ．以太阳为中心，许多问题都可以解决，行星的运动的描述也变得简单了C ．地球是围绕太阳转的D ．太阳总是从东面升起从西面落下5、考察太阳M 的卫星甲和地球m(m<M)的卫星乙，甲到太阳中心的距离为r1，乙到地球中心的距离为r2，若甲和乙的周期相同，则：（ ）A 、r1>r2B 、r1<r2C 、r1=r2D 、无法比较6、设月球绕地球运动的周期为27天,则地球的同步卫星到地球中心的距离r与月球中心到地球中心的距离R 之比r/R为（）A. 1/3B. 1/9C. 1/27D. 1/18【能力训练】1、关于公式R3 ／T2=k,下列说法中正确的是（）A.公式只适用于围绕太阳运行的行星B.不同星球的行星或卫星，k值均相等C.围绕同一星球运行的行星或卫星，k值不相等D.以上说法均错2、地球质量大约是月球质量的81倍,在登月飞船通过月、地之间的某一位置时，月球和地球对它的引力大小相等，该位置到月球中心和地球中心的距离之比为（）A. 1：27B. 1：9C. 1：3D. 9：13、两颗小行星都绕太阳做圆周运动，它们的周期分别是T和3T，则（）A、它们绕太阳运转的轨道半径之比是1：3B、它们绕太阳运转的轨道半径之比是1：39C、它们绕太阳运转的速度之比是：1：4D、它们受太阳的引力之比是9：74、开普勒关于行星运动规律的表达式为kTR23，以下理解正确的是（）A.k是一个与行星无关的常量B.R代表行星运动的轨道半径C.T代表行星运动的自传周期D.T代表行星绕太阳运动的公转周期5、关于天体的运动，以下说法正确的是（）A.天体的运动与地面上物体的运动遵循不同的规律B.天体的运动是最完美、和谐的匀速圆周运动C.太阳从东边升起，从西边落下，所以太阳绕地球运动D.太阳系中所有行星都绕太阳运动6、关于太阳系中各行星的轨道，以下说法正确的是：（）A.所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆B.所有行星绕太阳运动的轨道都是圆C.不同行星绕太阳运动的椭圆轨道的半长轴是不同的D.不同的行星绕太阳运动的轨道各不相同7、如果某恒星有一颗卫星，此卫星沿非常靠近此恒星的表面做匀速圆周运动的周期为T，则可估算此恒星的平均密度ρ=_________（万有引力常量为G）8、两颗行星的质量分别是m1,m2，它们绕太阳运转轨道的半长轴分别为R1、R2，如果m1=2m2,R1=4R2,那么，它们的运行周期之比T1：T2=9、已知两行星绕太阳运动的半长轴之比为b，则它们的公转周期之比为多少？10、有一行星，距离太阳的平均距离是地球到太阳平均距离的８倍，则该行星绕太阳公转周期是多少年？11、地球公转运行的轨道半径Ｒ＝1.49×1011m,若把地球的公转周期称为１年，土星运行的轨道半径是ｒ＝1.43×1012m，那么土星的公转周期多长？参考答案：例1. 646倍 例2. 4.61年 例3. ABC 例4. 略。

严选人教版物理学习资料高中同步测试卷(十三)期末测试卷(时间：90分钟，满分：100分)一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分．在每小题给出的四个选项中，只有一个选项正确．)1．下列关于运动和力的叙述中，正确的是()A．做曲线运动的物体，其加速度方向一定是变化的B．物体做圆周运动，所受的合力一定指向圆心C．物体所受合力方向与运动方向相反，该物体一定做直线运动D．物体运动的速率在增加，所受合力方向一定与运动方向相同2．如图所示，下列关于机械能是否守恒的判断正确的是()A．甲图中，物体A将弹簧压缩的过程中，A机械能守恒B．乙图中，A置于光滑水平面，物体B沿光滑斜面下滑，物体B机械能守恒C．丙图中，不计任何阻力时A加速下落，B加速上升过程中，A、B系统机械能守恒D．丁图中，小球沿水平面做匀速圆锥摆运动时，小球的机械能不守恒3.如图所示，从倾角为θ的斜面上某点先后将同一小球以不同的初速度水平抛出，小球均落在斜面上，当抛出的速度为v1时，小球到达斜面时速度方向与斜面的夹角为α1；当抛出速度为v2时，小球到达斜面时速度方向与斜面的夹角为α2，则()A．当v1>v2时，α1>α2B．当v1>v2时，α1<α2C．无论v1、v2大小如何，均有α1＝α2D．α1、α2的关系与斜面倾角θ有关4.如图所示，套在竖直细杆上的环A由跨过定滑轮的不可伸长的轻绳与重物B相连．由于B的质量较大，故在释放B后，A将沿杆上升，当A环上升至与定滑轮的连线处于水平位置时，其上升速度v1≠0，若这时B的速度为v2，则()A．v2＝v1B．v2>v1C．v2≠0 D．v2＝05．如图所示，一圆盘可绕通过圆心且垂直于盘面的竖直轴转动，在圆盘上放一块橡皮，橡皮块随圆盘一起转动(俯视为逆时针)．某段时间内圆盘转速不断增大，但橡皮块仍相对圆盘静止，在这段时间内，关于橡皮块所受合力F的方向的四种表示(俯视图)中，正确的是()6．(2016·高考全国卷甲)小球P和Q用不可伸长的轻绳悬挂在天花板上，P球的质量大于Q球的质量，悬挂P球的绳比悬挂Q球的绳短．将两球拉起，使两绳均被水平拉直，如图所示．将两球由静止释放．在各自轨迹的最低点，()A．P球的速度一定大于Q球的速度B．P球的动能一定小于Q球的动能C．P球所受绳的拉力一定大于Q球所受绳的拉力D．P球的向心加速度一定小于Q球的向心加速度7．如图甲所示，物体以一定的初速度从倾角α＝37°的斜面底端沿斜面向上运动，上升的最大高度为3.0 m．选择地面为参考平面，上升过程中，物体的机械能E随高度h的变化关系如图乙所示．g＝10 m/s2，sin 37°＝0.60，cos 37°＝0.80.则()A．物体的质量m＝0.67 kg B．物体与斜面之间的动摩擦因数μ＝0.40 C．物体上升过程中的加速度大小a＝8 m/s2D．物体回到斜面底端时的动能E k＝10 J二、多项选择题(本题共5小题，每小题6分，共30分．在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题意．)8.质量为M 的小球用长L 的悬绳固定于O 点，在O 点正下方L2处有一颗钉子，把悬线拉直与竖直方向成一定角度，由静止释放小球，如图所示，当悬线碰到钉子时，下列说法正确的是( )A ．小球机械能减少B ．小球向心加速度突然变大C ．小球角速度突然减小D ．悬线张力突然增大9．质量相同的两个物体，分别在地球和月球表面以相同的初速度竖直上抛，已知月球表面的重力加速度比地球表面重力加速度小，若不计空气阻力，下列说法中正确的是 ( )A ．物体在地球表面时的惯性比在月球表面时的惯性大B ．物体在地球表面上升到最高点所用时间比在月球表面上升到最高点所用时间长C ．落回抛出点时，月球表面物体重力做功的瞬时功率小D ．在上升到最高点的过程中，它们的重力势能变化量相等 10．如图所示为赛车场的一个水平“U”形弯道，转弯处为圆心在O 点的半圆，内外半径分别为r 和2r .一辆质量为m 的赛车通过AB 线经弯道到达A ′B ′线，有如图所示的①、②、③三条路线，其中路线③是以O ′为圆心的半圆，OO ′＝r .赛车沿圆弧路线行驶时，路面对轮胎的最大径向静摩擦力为F max .选择路线，赛车以不打滑的最大速率通过弯道(所选路线内赛车速率不变，发动机功率足够大)，则( )A ．选择路线①，赛车经过的路程最短B ．选择路线②，赛车的速率最小C ．选择路线③，赛车所用时间最短D ．①、②、③三条路线的圆弧上，赛车的向心加速度大小相等11.如图所示，小球自a 点由静止自由下落，到b 点时与弹簧接触，到c 点时弹簧被压缩到最短，若不计弹簧质量和空气阻力，在小球由a →b →c 的运动过程中( )A ．小球的加速度在ab 段不变，在bc 段先减小后增大B ．小球的重力势能随时间均匀减少C ．小球在b 点时速度最大D．到c点时小球重力势能的减少量等于弹簧弹性势能的增加量12．“嫦娥二号”卫星的发射是通过长征三号丙火箭直接将卫星由绕地轨道送入200～38×104km的椭圆奔月轨道，减少了多次变轨的麻烦，从而及早进入绕月圆形轨道，则在“嫦娥奔月”过程中()A．离开地球时，地球的万有引力对卫星做负功，重力势能增加；接近月球时月球引力做正功，卫星动能减小B．开始在200 km椭圆轨道近地点时，卫星有最大动能C．在进入不同高度的绕月轨道时，离月球越近，运动的线速度越大，角速度越大D．在某个绕月圆形轨道上，如果发现卫星高度偏高，可以通过向前加速实现纠偏题号123456789101112答案13．(10分)在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知电磁打点计时器所用的电源的频率为50 Hz，查得当地的重力加速度g＝9.80 m/s2，测得所用的重物质量为1.00 kg.实验中得到一条点迹清晰的纸带(如图所示)，把第一个点记作O，另选连续的四个点A、B、C、D作为测量的点，经测量知道A、B、C、D各点到O点的距离分别为62.99 cm、70.18 cm、77.76 cm、85.73 cm.(1)根据以上数据，可知重物由O点运动到C点，重力势能的减少量等于________J，动能的增加量等于________J．(结果取3位有效数字)(2)根据以上数据，可知重物下落时的实际加速度a＝__________m/s2，a__________g(选填“大于”或“小于”)，原因是____________________________________．四、计算题(本题共3小题，共32分．解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位．) 14．(8分)小物块A的质量为m＝1 kg，物块与坡道间的动摩擦因数μ＝0.5，水平面光滑．坡道总长度L＝1 m，倾角为37°，物块从坡道进入水平滑道时，在底端O点无机械能损失，将轻弹簧的一端连接在水平滑道M处并固定在墙上，另一自由端恰位于坡道的底端O点，如图所示，物块A从坡顶由静止滑下，g＝10 m/s2.求：(1)物块滑到O点时的速度大小；(2)弹簧为最大压缩量时的弹性势能；(3)物块A被弹回到坡道上升的最大高度．15．(10分)侦察卫星在通过地球两极上空的圆轨道上运行，它的运行轨道距地面高度为h.要使卫星在一天的时间内将地面上赤道各处在日照条件下全都摄下来，卫星在通过赤道上空时，卫星上的摄像机至少应拍摄地面上赤道圆周的弧长是多少？设地球半径为R，地面上的重力加速度为g，地球自转周期为T.16.(14分)某兴趣小组对一辆自制遥控小车的性能进行研究．他们让这辆小车在水平的直轨道上由静止开始运动，并将小车运动的全过程记录下来，通过处理转化为v－t图象，如图所示(除2 s～10 s时间段图象为曲线外，其余时间段图象均为直线)．已知在小车运动的过程中，2 s后小车的功率P＝9 W保持不变，小车的质量为1.0 kg，可认为在整个运动过程中小车所受到的阻力大小不变．求：(1)小车所受到的阻力大小；(2)小车在0～10 s内位移的大小．参考答案与解析1．[导学号94770195]C2．[导学号94770196][解析]选C.甲图中重力和弹力做功，物体A和弹簧组成的系统机械能守恒，但物体A 机械能不守恒，A 错；乙图中物体B 除受重力外，还受弹力，弹力对B 做负功，机械能不守恒，但从能量特点看A 、B 组成的系统机械能守恒，B 错；丙图中绳子张力对A 做负功，对B 做正功，代数和为零，A 、B 系统机械能守恒，C 对；丁图中动能不变，势能不变，机械能守恒，D 错．3．[导学号94770197] [解析]选C.物体从斜面某点水平抛出后落到斜面上，物体的位移与水平方向的夹角等于斜面倾角θ，即tan θ＝y x ＝12gt 2v 0t ＝gt2v 0，物体落到斜面上时速度方向与水平方向的夹角的正切值tan φ＝v y v x ＝gtv 0，故可得tan φ＝2tan θ，只要小球落到斜面上，位移方向与水平方向夹角就总是θ，则小球的速度方向与水平方向的夹角也总是φ，故速度方向与斜面的夹角就总是相等，与v 1、v 2的大小无关，C 选项正确．4．[导学号94770198] D5．[导学号94770199] [解析]选C.橡皮块做加速圆周运动，合力不指向圆心，但一定指向圆周的内侧．由于做加速圆周运动，动能不断增加，故合力与速度的夹角小于90°，故选C.6．[导学号94770200] [解析]选C.小球从释放到最低点的过程中，只有重力做功，由机械能守恒定律可知，mgL ＝12m v 2，v ＝2gL ，绳长L 越长，小球到最低点时的速度越大，A 项错误；由于P 球的质量大于Q 球的质量，由E k ＝12m v 2可知，不能确定两球动能的大小关系，B 项错误；在最低点，根据牛顿第二定律可知，F －mg ＝m v 2L ，求得F ＝3mg ，由于P球的质量大于Q 球的质量，因此C 项正确；由a ＝v 2L ＝2g 可知，两球在最低点的向心加速度相等，D 项错误．7．[导学号94770201] [解析]选D.上升过程，由动能定理得－(mg sin α＋μmg cos α)·h m /sin α＝0－E 1，摩擦生热μmg cos α·h m /sin α＝E 1－E 2(E 2为物体处于最高点时的机械能)，解得m ＝1 kg ，μ＝0.50，故A 、B 错误；物体上升过程中的加速度大小a ＝g sin α＋μg cos α＝10 m/s 2，故C 错误；上升过程中的摩擦生热为E 1－E 2＝20 J ，下降过程摩擦生热也应为20 J ，故物体回到斜面底端时的动能E k ＝50 J －40 J ＝10 J ，D 正确．8．[导学号94770202] BD9．[导学号94770203] [解析]选CD.两个物体质量相同，惯性相同，A 错误；由于月球表面的重力加速度g 1比地球表面重力加速度g 2小，物体在地球表面上升到最高点所用时间v 0/g 2比在月球表面上升到最高点所用时间v 0/g 1短，B 错误；应用动能定理可知落回抛出点时速度相同，月球上重力小、做功的瞬时功率小，C 正确；由于抛出时动能相同，到最高点时的动能都为0，应用动能定理可知重力做功相同、重力势能变化量相同，D 正确．10．[导学号94770204] [解析]选ACD.由几何关系可得，路线①、②、③赛车通过的路程分别为：(πr ＋2r )、(2πr ＋2r )和2πr ，可知路线①的路程最短，选项A 正确；圆周运动时的最大速率对应着最大静摩擦力提供向心力的情形，即μmg ＝m v 2R ，可得最大速率v ＝μgR ，则知②和③的速率相等，且大于①的速率，选项B 错误；根据t ＝sv ，可得①、②、③所用的时间分别为t 1＝（π＋2）r μgr ，t 2＝2r （π＋1）2μgr ，t 3＝2r π2μgr ，其中t 3最小，可知路线③所用时间最短，选项C 正确；在圆弧轨道上，由牛顿第二定律可得：μmg ＝ma 向，a 向＝μg ，可知三条路线上的向心加速度大小均为μg ，选项D 正确．11．[导学号94770205] [解析]选AD.在ab 段，小球仅受重力，做自由落体运动，加速度不变，bc 段，开始重力大于弹力，加速度向下，根据a ＝mg －Fm 知，加速度逐渐减小，做加速度逐渐减小的加速运动，重力等于弹力后，随着小球继续下落，弹力大于重力，加速度方向向上，根据a ＝F －mgm知，加速度逐渐增大，做加速度逐渐增大的减速运动，可知bc 段的加速度先减小后增大，故A 正确．小球在下降的过程中不是匀速直线运动，所以重力势能随时间不是均匀减小，故B 错误．由A 选项分析知，速度最大的位置在bc 之间，故C 错误．从开始下落到c 点，动能变化量为零，根据能量守恒，重力势能的减少量等于弹性势能的增加量，故D 正确．12．[导学号94770206] [解析]选BC.卫星接近月球时，月球引力做正功，动能增大，A 项错误；根据动能定理可知，卫星由远地点到近地点过程中，万有引力一直做正功；经过近地点后，万有引力做负功，故卫星在近地点时，动能最大，B 项正确；由万有引力定律可知，卫星离中心天体越近，线速度越大，角速度越大，C 项正确；若卫星高度偏高，加速后万有引力不足以提供向心力，卫星做离心运动，轨道半径增大，D 项错误．13．[导学号94770207] [解析](1)由题意知重物由O 点运动至C 点，下落的高度为h C＝77.76 cm ＝0.777 6 m ，m ＝1.00 kg ，g ＝9.80 m/s 2，所以重力势能的减少量为ΔE p ＝mgh C ＝1.00×9.80×0.777 6 J ＝7.62 J ．重物经过C 点时的速度v C ＝BD 2T ＝OD －OB2T ，又因为T ＝0.02s 、OD ＝85.73 cm ＝0.857 3 m 、OB ＝70.18 cm ＝0.701 8 m ，所以v C ＝0.857 3－0.701 82×0.02 m/s＝3.89 m/s ，故重物动能的增加量ΔE k ＝12m v 2C ＝12×1.00×3.892J ＝7.57 J. (2)根据CD －AB ＝2aT 2，CD ＝OD －OC ，AB ＝OB －OA ，代入数据得a ＝9.75 m/s 2<g .实验中重物受空气阻力，纸带受限位孔或打点计时器振针的阻力作用，导致a <g .[答案](1)7.62 7.57 (2)9.75 小于 重物受空气阻力，纸带受限位孔或打点计时器振针的阻力14．[导学号94770208] [解析](1)在物块A 由静止滑到O 点的过程中，重力做正功，摩擦力做负功，由动能定理得：mgh －μmg cos 37°·L ＝12m v 2(2分)解得：v ＝2gh （1－μcot θ） ＝2×10×（1×0.6）×（1－0.5×43） m/s ＝2 m/s.(1分) (2)在水平滑道上，由机械能守恒定律得： 12m v 2＝E pm (1分)代入数据解得： E pm ＝12×1×22 J ＝2 J ．(1分) (3)设物块A 能够上升的最大高度为h 1，物块被弹回过程中，由动能定理得： －mgh 1－μmg cos θ·h 1sin 37° ＝0－12m v 2(2分) 解得：h 1＝0.12 m ．(1分) [答案](1)2 m/s (2)2 J (3)0.12 m15．[导学号94770209] [解析]设侦察卫星的周期为T 1，地球对卫星的万有引力为卫星做圆周运动的向心力，卫星的轨道半径r ＝R ＋h ，根据牛顿第二定律，得G Mm（R ＋h ）2＝m (R＋h )4π2T 21.(2分) 在地球表面的物体重力近似等于地球的万有引力， 即mg ＝G MmR2.(2分) 解得侦察卫星的周期为T 1＝2πR（R ＋h ）3g， (2分) 已知地球自转周期为T ，则卫星绕行一周，地球自转的角度为θ＝2πT 1T .(2分) 摄像机应拍摄赤道圆周的弧长为θ角所对应的圆周弧长，应为 s ＝θ·R ＝2πT 1T ·R ＝2πR T ·2πR（R ＋h ）3g＝4π2T （R ＋h ）3g. (2分)[答案]4π2T（R ＋h ）3g16．[导学号94770210] [解析](1)由图象知，前两秒的末速度为v 1＝3 m/s ，最大速度为v m ＝6 m/s根据 P ＝F v ，当 F ＝F f 时，v ＝v m (3分) 解得阻力F f ＝P v m ＝96N ＝1.5 N ．(2分)(2)前2 s ，小车做匀加速直线运动，位移为x 1，由运动学公式得x 1＝v 12t 1＝32×2 m ＝3 m ，(3分)2 s ～10 s 内，时间为t 2，根据动能定理 Pt 2－F f x 2＝12m v 2m －12m v 21(4分) 代入数据解得x 2＝39 m(1分) 0～10 s 内位移x ＝x 1＋x 2＝42 m ． (1分) [答案](1)1.5 N (2)42 m。