肇庆万有引力与宇宙章末训练(Word版 含解析)(1)
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一、第七章万有引力与宇宙航行易错题培优(难)1.嫦娥三号探测器欲成功软着陆月球表面,首先由地月轨道进入环月椭圆轨道Ⅰ,远月点A距离月球表面为h,近月点B距离月球表面高度可以忽略,运行稳定后再次变轨进入近月轨道Ⅱ。
已知嫦城三号探测器在环月椭圆轨道周期为T、月球半径为R和引力常量为G,根据上述条件可以求得()A.探测器在近月轨道Ⅱ运行周期B.探测器在环月椭圆轨道Ⅰ经过B点的加速度C.月球的质量D.探测器在月球表面的重力【答案】ABC【解析】【分析】【详解】A.根据开普勒第三定律可得332222R hRT TII+⎛⎫⎪⎝⎭=解得3322RT TR hII=+⎛⎫⎪⎝⎭A正确;B.探测器在环月椭圆轨道Ⅰ经过B点时,由万有引力提供向心力2224=BMmG ma m RR TπII=即224Ba RTπII=B正确;C.由万有引力提供向心力2B MmGma R = 可得2B a R M G= C 正确;D .由于不知道探测器的质量,无法求出探测器在月球表面的重力,D 错误。
故选ABC 。
2.宇宙中两颗相距较近的天体称为“双星”,它们以两者连线上的某一点为圆心做匀速圆周运动,而不至于因万有引力的作用吸引到一起.设两者的质量分别为m 1和m 2且12m m >则下列说法正确的是( )A .两天体做圆周运动的周期相等B .两天体做圆周运动的向心加速度大小相等C . m 1的轨道半径大于m 2的轨道半径D . m 2的轨道半径大于m 1的轨道半径 【答案】AD 【解析】 【分析】 【详解】A .双星围绕两者连线上的某一点做匀速圆周运动,故两者周期相同,所以A 正确;B .双星间万有引力提供各自圆周运动的向心力有m 1a 1=m 2a 2因为两星质量不等,故其向心加速度不等,所以B 错误; CD .双星圆周运动的周期相同故角速度相同,即有m 1r 1ω2=m 2r 2ω2所以m 1r 1=m 2r 2,又因为m 1>m 2,所以r 1<r 2,所以C 错误,D 正确。
一、第七章 万有引力与宇宙航行易错题培优(难)1.组成星球的物质是靠引力吸引在一起的,这样的星球有一个最大的自转的速率,如果超出了该速率,星球的万有引力将不足以维持其赤附近的物体随星球做圆周运动,由此能得到半径为R,密度为ρ、质量为M 且均匀分布的星球的最小自转周期T ,下列表达式正确的是:( )A .2T =B .2T =C .T =D .T =【答案】BC 【解析】 【分析】 【详解】AB.当周期小到一定值时,压力为零,此时万有引力充当向心力,即2224m GMm RR Tπ= 解得:2T =① 故B 正确,A 错误; CD. 星球的质量343M ρV πρR ==代入①式可得:T =故C 正确,D 错误.2.如图所示为科学家模拟水星探测器进入水星表面绕行轨道的过程示意图,假设水星的半径为R ,探测器在距离水星表面高度为3R 的圆形轨道I 上做匀速圆周运动,运行的周期为T ,在到达轨道的P 点时变轨进入椭圆轨道II ,到达轨道II 的“近水星点”Q 时,再次变轨进入近水星轨道Ⅲ绕水星做匀速圆周运动,从而实施对水星探测的任务,则下列说法正确的是( )A .水星探测器在P 、Q 两点变轨的过程中速度均减小B .水星探测器在轨道II 上运行的周期小于TC .水星探测器在轨道I 和轨道II 上稳定运行经过P 时加速度大小不相等D .若水星探测器在轨道II 上经过P 点时的速度大小为v P ,在轨道Ⅲ上做圆周运动的速度大小为v 3,则有v 3>v P 【答案】ABD 【解析】 【分析】 【详解】AD .在轨道I 上运行时212mv GMm r r=而变轨后在轨道II 上通过P 点后,将做近心运动,因此22Pmv GMm r r> 则有1P v v >从轨道I 变轨到轨道II 应减速运动;而在轨道II 上通过Q 点后将做离心运动,因此22Qmv GMm r r <''而在轨道III 上做匀速圆周运动,则有232=mv GMm r r'' 则有3Q v v <从轨道II 变轨到轨道III 同样也减速,A 正确; B .根据开普勒第三定律32r T =恒量 由于轨道II 的半长轴小于轨道I 的半径,因此在轨道II 上的运动周期小于在轨道I 上运动的周期T ,B 正确; C .根据牛顿第二定律2GMmma r = 同一位置受力相同,因此加速度相同,C 错误; D .根据22mv GMm r r= 解得v =可知轨道半径越大运动速度越小,因此31v v >又1P v v >因此3P v v >D 正确。
一、选择题1.“木卫二”在离木星表面高h处绕木星近似做匀速圆周运动,其公转周期为T,把木星看作一质量分布均匀的球体,木星的半径为R,万有引力常量为G。
若有另一卫星绕木星表面附近做匀速圆周运动,则木星的质量和另一卫星的线速度大小分别为()A.()3222R hGTπ+32()R hT Rπ+B.()3222R hGTπ+34()3R hT Rπ+C.()3224R hGTπ+32()R hT Rπ+D.()3224R hGTπ+34()3R hT Rπ+2.2020年11月24日4时30分,长征五号遥五运载火箭在中国海南文昌航天发射场成功发射,飞行约2200s后,顺利将探月工程“嫦娥五号”探测器送入预定轨道,开启中国首次地外天体采样返回之旅。
如图所示为“嫦娥五号”运行的示意图,“嫦娥五号”首先进入近地圆轨道I,在P点进入椭圆轨道Ⅱ,到达远地点Q后进入地月转移轨道,到达月球附近后,经过一系列变轨进入环月轨道。
近地圆轨道I的半径为r1,“嫦娥五号”在该轨道上的运行周期为T1;椭圆轨道Ⅱ的半长轴为a,“嫦娥五号”在该轨道上的运行周期为T2;环月轨道Ⅲ的半径为r3,“嫦娥五号”在该轨道上的运行周期为T3。
地球半径为R,地球表面重力加速度为g。
“嫦娥五号”在轨道I、Ⅱ上运行时月球引力的影响不计,忽略地球自转,忽略太阳引力的影响。
下列说法正确的是()A.3 333 1222 123r r aT T T==B.“嫦娥五号”在轨道I1grC.“嫦娥五号”在轨道Ⅱ上运行时,在Q点的速度小于在P点的速度D.“嫦娥五号”在轨道I上P点的加速度小于在轨道Ⅱ上P点的加速度3.如图所示,一颗人造卫星原来在椭圆轨道1绕地球E运行,在P点变轨后进入轨道2做匀速圆周运动。
下列说法正确的是()A.不论在轨道1还是轨道2运行,卫星在P点的速度都相同B.不论在轨道1还是轨道2运行,卫星在P点的加速度都相同C.卫星在轨道1的任何位置都具有相同的加速度D.卫星在轨道2的任何位置都具有相同的速度4.一宇宙飞船在一个星球表面附近做匀速圆周运动,宇航员要估测星球的密度,只需要测定飞船的()A.环绕半径B.环绕速度C.环绕周期D.环绕加速度5.2020年6月23日,北斗三号最后一颗全球组网卫星在西昌卫星发射中心发射成功,这颗卫星为地球静止轨道卫星,距地面高度为H。
2020春人教(新教材)物理必修第二册第7章 万有引力与宇宙航行期末训练含答案(新教材)必修第二册第七章 万有引力与宇宙航行一、选择题1、(双选)在天文学上,春分、夏至、秋分、冬至将一年分为春、夏、秋、冬四季。
如图所示,从地球绕太阳的运动规律入手,下列判断正确的是 ( )A.在1月初,地球绕太阳的运行速率较大B.在7月初,地球绕太阳的运行速率较大C.在北半球,春夏两季与秋冬两季时间相等D.在北半球,春夏两季比秋冬两季时间长2、某实心均匀球半径为R ,质量为M ,在球壳外离球面h 远处有一质量为m 的质点,则它们之间万有引力的大小为( )A.G Mm R 2B.G Mm (R +h )2C.G Mm h 2D.G Mm R 2+h 2 3、随着太空技术的飞速发展,地球上的人们登陆其他星球成为可能。
假设未来的某一天,宇航员登上某一星球后,测得该星球表面的重力加速度是地球表面重力加速度的2倍,而该星球的平均密度与地球的差不多,则该星球质量大约是地球质量的( )A.12B.2倍C.4倍D.8倍4、我国高分系列卫星的高分辨对地观察能力不断提高。
2018年5月9日发射的“高分五号”轨道高度约为705 km ,之前已运行的“高分四号”轨道高度约为36 000 km ,它们都绕地球做圆周运动。
与“高分四号”相比,下列物理量中“高分五号”较小的是( )A.周期B.角速度C.线速度D.向心加速度5、通常我们把地球和相对地面静止或匀速直线运动的参考系看成惯性系,若以下列系统为参考系,则其中属于非惯性系的是( )A .停在地面上的汽车B .绕地球做匀速圆周运动的飞船C .在大海上匀速直线航行的轮船D .以较大速度匀速直线运动的磁悬浮列车6、(2019·河南开封高中期中考试)已知地球半径为R ,将物体从地面发射至离地面高度为h 处时,物体所受万有引力减小到原来的一半,则h 为( )A.RB.2RC.2RD.(2-1)R7、(双选)甲、乙两恒星相距为L ,质量之比m 甲m 乙=23,它们离其他天体都很遥远,我们观察到它们的距离始终保持不变,由此可知( )A.两恒星一定绕它们连线的某一位置做匀速圆周运动B.甲、乙两恒星的角速度之比为2∶3C.甲、乙两恒星的线速度之比为3∶2D.甲、乙两恒星的向心加速度之比为3∶28、(双选)如图所示,飞船从轨道1变轨至轨道2。
一、第七章 万有引力与宇宙航行易错题培优(难)1.在地球上观测,太阳与地内行星(金星、水星)可视为质点,它们与眼睛连线的夹角有最大值时叫大距。
地内行星在太阳东边时为东大距,在太阳西边时为西大距,如图所示。
已知水星到太阳的平均距离约为0.4天文单位(1天文单位约为太阳与地球间的平均距离),金星到太阳的平均距离约为0.7天文单位,地内行星与地球可认为在同一平面内的圆轨道上运动,地球的自转方向与公转方向相同,取0.70.8≈,0.40.6≈,则下列说法中正确的是( )A .水星的公转周期为0.4年B .水星的线速度大约为金星线速度的1.3倍C .水星两次东大距的间隔时间大约619年 D .金星两次东大距的间隔时间比水星短 【答案】BC 【解析】 【分析】 【详解】A .行星绕太阳公转时,由万有引力提供向心力,则得2224Mm G m r r Tπ= 可得行星公转周期为32r T GM= 式中M 是太阳的质量,r 是行星的公转轨道半径。
则水星与地球公转周期之比333 040.40.4T r T r ===水水地地.所以水星的公转周期为0.40.4T =水B .由万有引力提供向心力得22Mm v G m r r= 得v =则水星的线速度与金星线速度之比1.3v v ==≈水金则B 正确。
C .设水星两次东大距的间隔时间为t 。
则222t t T T πππ=-水地得619T T t T T ==≈-地水地水年则C 正确;D .因金星的周期长,则金星两次东大距的间隔时间比水星长,则D 错误。
故选BC 。
2.2020年5月24日,中国航天科技集团发文表示,我国正按计划推进火星探测工程,瞄准今年7月将火星探测器发射升空。
假设探测器贴近火星地面做匀速圆周运动时,绕行周期为T ,已知火星半径为R ,万有引力常量为G ,由此可以估算( ) A .火星质量 B .探测器质量 C .火星第一宇宙速度 D .火星平均密度【答案】ACD 【解析】 【分析】本题考查万有引力与航天,根据万有引力提供向心力进行分析。
一、第七章 万有引力与宇宙航行易错题培优(难)1.如图所示,A 是静止在赤道上的物体,地球自转而做匀速圆周运动。
B 、C 是同一平面内两颗人造卫星,B 位于离地高度等于地球半径的圆形轨道上,C 是地球同步卫星。
已知第一宇宙速度为v ,物体A 和卫星B 、C 的线速度大小分别为v A 、v B 、v C ,运动周期大小分别为T A 、T B 、T C ,下列关系正确的是( )A .T A =T C <TB B .T A =TC >T B C .v A <v C <v B <vD .v A <v B <v C <v【答案】BC 【解析】 【分析】 【详解】AB .由题意,A 是静止在赤道上的物体,C 是地球同步卫星,故有A C T T =,又由于B 、C 是同一平面内两颗人造卫星,由万有引力提供向心力可知2224Mm G m r r Tπ= 解得234r T GMπ=即轨道半径越大,周期越大,由于C 的轨道半径大于B 的轨道半径,则C B T T <,联立上式,可得T A =T C >T B故A 错误,B 正确;CD .由于B 、C 是同一平面内两颗人造卫星,由万有引力提供向心力可知22Mm v G m r r= 解得GMv r=也就是说,轨道半径越大,线速度越小,故有B C v v >,又因为A 、C 具有相同的周期和角速度,所以有C A v v >,又因为第一宇宙速度是最大的环绕速度,故有B v v >,结合以上分析可知v A <v C <v B <v故C正确,D错误。
故选BC。
2.2009年5月,航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后,在A点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ,B为轨道Ⅱ上的一点,如图所示,关于航天飞机的运动,下列说法中正确的有A.在轨道Ⅱ上经过A的速度小于经过B的速度B.在轨道Ⅱ上经过A的动能小于在轨道Ⅰ上经过A的动能C.在轨道Ⅱ上运动的周期小于在轨道Ⅰ上运动的周期D.在轨道Ⅱ上经过A的加速度小于在轨道Ⅰ上经过A的加速度【答案】ABC【解析】【分析】【详解】本题考查人造地球卫星的变轨问题以及圆周运动各量随半径的变化关系.22v Mmm Gr r=,得GMvr=,在人造卫星自然运行的轨道上,线速度随着距地心的距离减小而增大,所以远地点的线速度比近地点的线速度小,v A<v B,A项正确;人造卫星从椭圆轨道Ⅱ变轨到圆形轨道Ⅰ,需要点火加速,发生离心运动才能实现,因此v AⅡ<v AⅠ,所以E KAⅡ<E KAⅠ,B项正确;222Mmmr GT rπ⎛⎫=⎪⎝⎭,得234rTGMπ=,可知到地心距离越大,周期越大,因此TⅡ<TⅠ,C项正确;人造卫星运动的加速度由万有引力提供,而不管在轨道Ⅱ还是在轨道Ⅰ,两者的受力是相等的,因此加速度相等,D项错误.3.假设太阳系中天体的密度不变,天体直径和天体之间距离都缩小到原来的一半,地球绕太阳公转近似为匀速圆周运动,则下列物理量变化正确的是( )A.地球的向心力变为缩小前的一半B.地球的向心力变为缩小前的C.地球绕太阳公转周期与缩小前的相同D.地球绕太阳公转周期变为缩小前的一半【答案】BC【解析】A 、B 、由于天体的密度不变而半径减半,导致天体的质量减小,所以有:3/4328r MM ρπ⎛⎫==⎪⎝⎭ 地球绕太阳做圆周运动由万有引力充当向心力.所以有://221G162M M M M G R R =⎛⎫ ⎪⎝⎭日日地地, B正确,A 错误;C 、D 、由//2/224G22M M R M T R π⎛⎫= ⎪⎝⎭⎛⎫ ⎪⎝⎭日地地,整理得:23?4T r GMπ=,与原来相同,C 正确;D错误;故选BC .4.三颗人造卫星A 、B 、C 都在赤道正上方同方向绕地球做匀速圆周运动,A 、C 为地球同步卫星,某时刻A 、B 相距最近,如图所示。
一、第七章 万有引力与宇宙航行易错题培优(难)1.组成星球的物质是靠引力吸引在一起的,这样的星球有一个最大的自转的速率,如果超出了该速率,星球的万有引力将不足以维持其赤附近的物体随星球做圆周运动,由此能得到半径为R,密度为ρ、质量为M 且均匀分布的星球的最小自转周期T ,下列表达式正确的是:( )A .332R T GMπ= B .32R T GMπ= C .3T G πρ=D .T G πρ=【答案】BC 【解析】 【分析】 【详解】AB.当周期小到一定值时,压力为零,此时万有引力充当向心力,即2224m GMm RR Tπ= 解得:32R T GMπ=① 故B 正确,A 错误; CD. 星球的质量343M ρV πρR ==代入①式可得:3T G πρ=故C 正确,D 错误.2.中国火星探测器于2020年发射,预计2021年到达火星(火星与太阳的距离大于地球与太阳的距离),要一次性完成“环绕、着陆、巡视”三步走。
现用h 表示探测器与火星表面的距离,a 表示探测器所受的火星引力产生的加速度,a 随h 变化的图像如图所示,图像中a 1、a 2、h 0为已知,引力常量为G 。
下列判断正确的是( )A .火星绕太阳做圆周运动的线速度小于地球绕太阳做圆周运动的线速度B .火星表面的重力加速度大小为a 2 CD.火星的质量为2202h G 【答案】ABC 【解析】 【分析】 【详解】 A .根据22Mm v G m r r= 知v =轨道半径越大线速度越小,火星与太阳的距离大于地球与太阳的距离,所以火星绕太阳做圆周运动的线速度小于地球绕太阳做圆周运动的线速度,故A 正确; B .分析图象可知,万有引力提供向心力知2MmGma r= r 越小,加速度越大,当h =0时的加速度等于火星表面的重力加速度大小,大小为a 2,故B 正确;CD .当h =h 0时,根据120()MmGma R h =+ 22MmGma R = 得火星的半径0R =火星的质量220h M G=故C 正确,D 错误。
一、第七章 万有引力与宇宙航行易错题培优(难)1.假设太阳系中天体的密度不变,天体直径和天体之间距离都缩小到原来的一半,地球绕太阳公转近似为匀速圆周运动,则下列物理量变化正确的是( ) A .地球的向心力变为缩小前的一半 B .地球的向心力变为缩小前的C .地球绕太阳公转周期与缩小前的相同D .地球绕太阳公转周期变为缩小前的一半 【答案】BC 【解析】A 、B 、由于天体的密度不变而半径减半,导致天体的质量减小,所以有:3/4328r MM ρπ⎛⎫==⎪⎝⎭ 地球绕太阳做圆周运动由万有引力充当向心力.所以有://221G162M M M M G R R =⎛⎫ ⎪⎝⎭日日地地, B正确,A 错误; C 、D 、由//2/224G22M M R M T R π⎛⎫= ⎪⎝⎭⎛⎫ ⎪⎝⎭日地地,整理得:23?4T r GMπ=C 正确;D错误; 故选BC .2.下列说法正确的是( )A .球场上,一小球自由下落触地后,小球上下运动过程做的是简谐振动B .用竖直轻弹簧连接的小球,在弹性限度内,不计空气阻力,小球上下运动过程做的是简谐振动C .在同一栋高楼,将一在底层走时准确的摆钟移至高层后,摆钟显示的时间变慢D .高速飞离地球的飞船中的宇航员认为地球上的时钟变快 E.弹簧振子做简谐振动,振动系统的势能与动能之和保持不变 【答案】BCE 【解析】 【分析】 【详解】A .球场上,一小球自由下落触地后,小球上下运动过程所受力为恒力,不满足F =-kx ,固做的是简谐振动,选项A 错误;B.用竖直轻弹簧连接的小球,在弹性限度内,不计空气阻力,小球上下运动过程满足F =-kx ,做的是简谐振动,选项B 正确; C .根据2lT gπ=在同一栋高楼,将一在底层走时准确的摆钟移至高层后,由于g 变小,则摆钟显示的时间变慢,选项C 正确;D .根据爱因斯坦相对论可知,时间间隔的相对性021t v c =⎛⎫- ⎪⎝⎭,可知高速飞离地球的飞船中的宇航员认为地球上的时钟变慢,选项D 错误;E .弹簧振子做简谐振动,弹簧的弹性势能和动能相互转化,振动系统的势能与动能之和保持不变,选项E 正确。
一、第七章 万有引力与宇宙航行易错题培优(难)1.在地球上观测,太阳与地内行星(金星、水星)可视为质点,它们与眼睛连线的夹角有最大值时叫大距。
地内行星在太阳东边时为东大距,在太阳西边时为西大距,如图所示。
已知水星到太阳的平均距离约为0.4天文单位(1天文单位约为太阳与地球间的平均距离),金星到太阳的平均距离约为0.7天文单位,地内行星与地球可认为在同一平面内的圆轨道上运动,地球的自转方向与公转方向相同,取0.70.8≈,0.40.6≈,则下列说法中正确的是( )A .水星的公转周期为0.4年B .水星的线速度大约为金星线速度的1.3倍C .水星两次东大距的间隔时间大约619年 D .金星两次东大距的间隔时间比水星短 【答案】BC 【解析】 【分析】 【详解】A .行星绕太阳公转时,由万有引力提供向心力,则得2224Mm G m r r Tπ= 可得行星公转周期为32r T GM= 式中M 是太阳的质量,r 是行星的公转轨道半径。
则水星与地球公转周期之比333 040.40.4T r T r ===水水地地.所以水星的公转周期为0.40.4T =水故A 错误B .由万有引力提供向心力得22Mm v G m r r= 得v =则水星的线速度与金星线速度之比1.3v v ==≈水金则B 正确。
C .设水星两次东大距的间隔时间为t 。
则222t t T T πππ=-水地得619T T t T T ==≈-地水地水年则C 正确;D .因金星的周期长,则金星两次东大距的间隔时间比水星长,则D 错误。
故选BC 。
2.下列说法正确的是( )A .球场上,一小球自由下落触地后,小球上下运动过程做的是简谐振动B .用竖直轻弹簧连接的小球,在弹性限度内,不计空气阻力,小球上下运动过程做的是简谐振动C .在同一栋高楼,将一在底层走时准确的摆钟移至高层后,摆钟显示的时间变慢D .高速飞离地球的飞船中的宇航员认为地球上的时钟变快 E.弹簧振子做简谐振动,振动系统的势能与动能之和保持不变 【答案】BCE 【解析】 【分析】 【详解】A .球场上,一小球自由下落触地后,小球上下运动过程所受力为恒力,不满足F =-kx ,固做的是简谐振动,选项A 错误;B .用竖直轻弹簧连接的小球,在弹性限度内,不计空气阻力,小球上下运动过程满足F =-kx ,做的是简谐振动,选项B 正确;C.根据2lT gπ=在同一栋高楼,将一在底层走时准确的摆钟移至高层后,由于g 变小,则摆钟显示的时间变慢,选项C 正确;D .根据爱因斯坦相对论可知,时间间隔的相对性021t v c =⎛⎫- ⎪⎝⎭,可知高速飞离地球的飞船中的宇航员认为地球上的时钟变慢,选项D 错误;E .弹簧振子做简谐振动,弹簧的弹性势能和动能相互转化,振动系统的势能与动能之和保持不变,选项E 正确。
章末综合测评(三)万有引力定律(时间:90分钟分值:100分)1.(4分)在物理学建立、发展的过程中,许多物理学家的科学发现推动了人类历史的进步。
关于科学家和他们的贡献,下列说法中错误的是() A.德国天文学家开普勒对他的导师——第谷观测的行星数据进行了多年研究,得出了开普勒三大行星运动定律B.英国物理学家卡文迪许利用“卡文迪许扭秤”首先较准确的测定了万有引力常量C.伽利略用“月—地检验”证实了万有引力定律的正确性D.牛顿认为在足够高的高山上以足够大的水平速度抛出一物体,物体就不会再落在地球上C[根据物理学史可知C错,A、B、D正确。
]2.(4分)金星、火星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行,由开普勒定律可知() A.两行星的周期相等B.两行星的速率均不变C.太阳位于金星椭圆轨道的一个焦点上D.相同时间内,金星与太阳连线扫过的面积等于火星与太阳连线扫过的面积C[由开普勒第三定律知,所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等,则轨道不同周期不同,则A错误;由开普勒第二定律知,对每一个行星而言,太阳与行星的连线在相同时间内扫过的面积相等,则近日点速度快,远日点速度慢,则B错误;由开普勒第一定律知,所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆,太阳处在所有椭圆的一个公共焦点上,则C正确;由开普勒第二定律知,对每一个行星而言,太阳与行星的连线在相同时间内扫过的面积相等,不是同一星体,太阳与行星的连线在相同时间内扫过的面积不相等,则D错误。
]3.(4分)科学家们推测,太阳系有颗行星和地球在同一轨道上。
从地球上看,它永远在太阳的背面,人类一直未能发现它,可以说是“隐居”着的地球的“孪生兄弟”。
由以上信息我们可以推知( )A .这颗行星的质量等于地球的质量B .这颗行星的密度等于地球的密度C .这颗行星的公转周期与地球公转周期相等D .这颗行星的自转周期与地球自转周期相等C [由题意知,该行星和地球一样绕太阳运行,且该行星、太阳、地球在同一直线上,说明该颗行星与地球有相同的公转周期,C 选项正确;但根据所给条件,无法进一步判断这颗行星与地球的自转周期、质量、密度是否相同。
一、第七章 万有引力与宇宙航行易错题培优(难)1.如图所示,a 、b 、c 是地球大气层外圈圆形轨道上运动的三颗卫星,a 和b 质量相等,且小于c 的质量,则( )A .b 所需向心力最小B .b 、c 的周期相同且大于a 的周期C .b 、c 的向心加速度大小相等,且大于a 的向心加速度D .b 、c 的线速度大小相等,且小于a 的线速度 【答案】ABD 【解析】 【分析】 【详解】A .因卫星运动的向心力是由它们所受的万有引力提供,由2GMmF r =向知,b 所受的引力最小,故A 正确; B .由2222GMm mr mr r T πω⎛⎫== ⎪⎝⎭得32r T GM=,即r 越大,T 越大,所以b 、c 的周期相等且大于a 的周期,B 正确;C .由2GMmma r= 得2GMa r =,即 21a r ∝所以b 、c 的向心加速度大小相等且小于a 的向心加速度,C 错误; D .由22GMm mv r r=得GMv r=,即 v r∝所以b 、c 的线速度大小相等且小于a 的线速度,D 正确。
故选ABD 。
2.如图所示,A 是静止在赤道上的物体,地球自转而做匀速圆周运动。
B 、C 是同一平面内两颗人造卫星,B 位于离地高度等于地球半径的圆形轨道上,C 是地球同步卫星。
已知第一宇宙速度为v ,物体A 和卫星B 、C 的线速度大小分别为v A 、v B 、v C ,运动周期大小分别为T A 、T B 、T C ,下列关系正确的是( )A .T A =T C <TB B .T A =TC >T B C .v A <v C <v B <vD .v A <v B <v C <v【答案】BC 【解析】 【分析】 【详解】AB .由题意,A 是静止在赤道上的物体,C 是地球同步卫星,故有A C T T =,又由于B 、C 是同一平面内两颗人造卫星,由万有引力提供向心力可知2224Mm G m r r Tπ= 解得234r T GMπ=即轨道半径越大,周期越大,由于C 的轨道半径大于B 的轨道半径,则C B T T <,联立上式,可得T A =T C >T B故A 错误,B 正确;CD .由于B 、C 是同一平面内两颗人造卫星,由万有引力提供向心力可知22Mm v G m r r= 解得GMv r=也就是说,轨道半径越大,线速度越小,故有B C v v >,又因为A 、C 具有相同的周期和角速度,所以有C A v v >,又因为第一宇宙速度是最大的环绕速度,故有B v v >,结合以上分析可知v A <v C <v B <v故C 正确,D 错误。
故选BC 。
3.2020年也是我国首颗人造卫星“东方红一号”成功发射50周年。
1970年4月24日我国首次成功发射的人造卫星“东方红一号”,目前仍然在椭圆轨道上运行,其轨道近地点高度约为440km ,远地点高度约为2060km ;1984年4月8日成功发射的东方红二号卫星运行在赤道上空35786km 的地球同步轨道上。
设东方红一号在近地点的加速度为1a ,线速度1v ,东方红二号的加速度为2a ,线速度2v ,固定在地球赤道上的物体随地球自转的加速度为3a ,线速度3v ,则下列大小关系正确的是( ) A .213a a a >> B .123a a a >>C .123v v v >>D .321v v v >>【答案】BC 【解析】 【分析】 【详解】AB .对于两颗卫星公转,根据牛顿第二定律有2MmGma r = 解得加速度为2GMa r=,而东方红二号的轨道半径更大,则12a a >;东方红二号卫星为地球同步卫星,它和赤道上随地球自转的物体具有相同的角速度,由匀速圆周运动的规律 2a r ω=且东方红二号卫星半径大,可得23a a >,综合可得123a a a >>,故A 错误,B 正确;CD .假设东方红一号卫星过近地点做匀速圆周运动的线速度为1v ',需要点火加速变为椭圆轨道,则11v v '>;根据万有引力提供向心力有 22Mm v G m r r=得卫星的线速度v =可知,东方红二号的轨道半径大,则12v v '>;东方红二号卫星为地球同步卫星,它和赤道上随地球自转的物体具有相同的角速度,由匀速圆周运动的规律有v r ω=且东方红二号卫星半径大,可得23v v >,综上可得1123v v v v '>>>,故C 正确,D 错误。
故选BC。
4.嫦娥三号探测器欲成功软着陆月球表面,首先由地月轨道进入环月椭圆轨道Ⅰ,远月点A距离月球表面为h,近月点B距离月球表面高度可以忽略,运行稳定后再次变轨进入近月轨道Ⅱ。
已知嫦城三号探测器在环月椭圆轨道周期为T、月球半径为R和引力常量为G,根据上述条件可以求得()A.探测器在近月轨道Ⅱ运行周期B.探测器在环月椭圆轨道Ⅰ经过B点的加速度C.月球的质量D.探测器在月球表面的重力【答案】ABC【解析】【分析】【详解】A.根据开普勒第三定律可得332222R hRT TII+⎛⎫⎪⎝⎭=解得3322RT TR hII=+⎛⎫⎪⎝⎭A正确;B.探测器在环月椭圆轨道Ⅰ经过B点时,由万有引力提供向心力2224=BMmG ma m RR TπII=即224Ba RTπII=B正确;C.由万有引力提供向心力2B MmGma R = 可得2B a R M G= C 正确;D .由于不知道探测器的质量,无法求出探测器在月球表面的重力,D 错误。
故选ABC 。
5.宇宙中两颗相距较近的天体称为“双星”,它们以两者连线上的某一点为圆心做匀速圆周运动,而不至于因万有引力的作用吸引到一起.设两者的质量分别为m 1和m 2且12m m >则下列说法正确的是( )A .两天体做圆周运动的周期相等B .两天体做圆周运动的向心加速度大小相等C . m 1的轨道半径大于m 2的轨道半径D . m 2的轨道半径大于m 1的轨道半径 【答案】AD 【解析】 【分析】 【详解】A .双星围绕两者连线上的某一点做匀速圆周运动,故两者周期相同,所以A 正确;B .双星间万有引力提供各自圆周运动的向心力有m 1a 1=m 2a 2因为两星质量不等,故其向心加速度不等,所以B 错误; CD .双星圆周运动的周期相同故角速度相同,即有m 1r 1ω2=m 2r 2ω2所以m 1r 1=m 2r 2,又因为m 1>m 2,所以r 1<r 2,所以C 错误,D 正确。
故选AD 。
6.同步卫星的发射方法是变轨发射,即先把卫星发射到离地面高度为几百千米的近地圆形轨道Ⅲ上,如图所示,当卫星运动到圆形轨道Ⅲ上的B 点时,末级火箭点火工作,使卫星进入椭圆轨道Ⅱ,轨道Ⅱ的远地点恰好在地球赤道上空约36000km 处,当卫星到达远地点A 时,再次开动发动机加速,使之进入同步轨道Ⅰ。
关于同步卫星及发射过程,下列说法正确的是( )A .在B 点火箭点火和A 点开动发动机的目的都是使卫星加速,因此卫星在轨道Ⅰ上运行的线速度大于在轨道Ⅲ上运行的线速度B .卫星在轨道Ⅱ上由A 点向B 点运行的过程中,速率不断增大C .所有地球同步卫星的运行轨道都相同D .同步卫星在圆形轨道运行时,卫星内的某一物体处于超重状态 【答案】BC 【解析】 【分析】 【详解】A .根据变轨的原理知,在B 点火箭点火和A 点开动发动机的目的都是使卫星加速; 当卫星做圆周运动时有22Mm v G m r r= 解得GMv r=可知卫星在轨道I 上运行的线速度小于在轨道Ⅲ上运行的线速度,故A 错误; B .卫星在轨道Ⅱ上由A 点向B 点运行的过程中,万有引力做正功,动能增大,则速率不断增大,故B 正确;C .所有的地球同步卫星的静止轨道都在赤道平面上,高度一定,所以运行轨道都相同,故C 正确;D .同步卫星在圆形轨道运行时,卫星内的某一物体受到的万有引力完全提供向心力,物体处于失重状态,故D 错误。
故选BC 。
7.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,如图所示,则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时,以下说法不正确的是( )A .要将卫星由圆轨道1送入圆轨道3,需要在圆轨道1的Q 点和椭圆轨道2的远地点P 分别点火加速一次B .由于卫星由圆轨道1送入圆轨道3点火加速两次,则卫星在圆轨道3上正常运行速度大于卫星在圆轨道1上正常运行速度C .卫星在椭圆轨道2上的近地点Q 的速度一定大于7.9 km/s ,而在远地点P 的速度一定小于7.9 km/sD .卫星在椭圆轨道2上经过P 点时的加速度一定等于它在圆轨道3上经过P 点时的加速度 【答案】B 【解析】 【分析】 【详解】A .卫星由小圆变椭圆,需要在Q 点点火加速,而卫星由椭圆变大圆,需要在P 点点火加速,故A 正确,A 项不合题意;B .卫星在3轨道和1轨道做匀速圆周运动,由万有引力提供向心力,可得线速度为GMv r=而31r r >,可知星在圆轨道3上正常运行速度小于卫星在圆轨道1上正常运行速度,故B 正确,B 项符合题意;C .卫星在1轨道的速度为7.9 km/s ,而由1轨道加速进入2轨道,则在椭圆轨道2上的近地点Q 的速度一定大于7.9 km/s ,而椭圆上由近地点到远地点减速,且3轨道的线速度大于椭圆在远地点的速度,故在远地点P 的速度一定小于7.9 km/s ,,即有2132(7.9km/s)Q Q P P v v v v >=>>故C 正确,C 项不合题意;D .卫星在不同轨道上的同一点都是由万有引力提供合外力,则卫星在椭圆轨道2上经过P 点时的加速度一定等于它在圆轨道3上经过P 点时的加速度,故D 正确,D 项不合题意。
本题选不正确的,故选B 。
8.科幻影片《流浪地球》中为了让地球逃离太阳系,人们在地球上建造特大功率发动机,使地球完成一系列变轨操作,其逃离过程可设想成如图所示,地球在椭圆轨道I 上运行到远日点P 变轨进入圆形轨道II ,在圆形轨道II 上运行一段时间后在P 点时再次加速变轨,从而最终摆脱太阳束缚。
对于该过程,下列说法正确的是( )A .地球在P 点通过向前喷气减速实现由轨道I 进入轨道IIB .若地球在I 、II 轨道上运行的周期分别为T 1、T 2,则T 1<T 2,C .地球在轨道I 正常运行时(不含变轨时刻)经过P 点的加速度比地球在轨道II 正常运行(不含变轨时刻)时经过P 点的加速度大D .地球在轨道I 上过O 点的速率比地球在轨道II 上过P 点的速率小 【答案】B 【解析】 【分析】 【详解】A .地球沿轨道Ⅰ运动至P 点时,需向后喷气加速才能进入轨道Ⅱ,A 错误;B .设地球在Ⅰ、Ⅱ轨道上运行的轨道半径分别为r 1(半长轴)、r 2,由开普勒第三定律33r k T = 可知T 1<T 2B 正确;C .因为地球只受到万有引力作用,故不论从轨道Ⅰ还是轨道Ⅱ上经过P 点,地球的加速度都相同,C 错误;D .由万有引力提供向心力22GMm v m r r= 可得Gmv r=因此在O 点绕太阳做匀速圆周运动的速度大于轨道II 上过P 的速度,而绕太阳匀速圆周运动的O 点需要加速才能进入轨道Ⅰ,因此可知地球在轨道Ⅰ上过O 点的速率比地球在轨道II 上过P 点的速率大,D 错误。