(必考题)高中物理必修二第七章《万有引力与宇宙航行》测试(含答案解析)

一、选择题

1．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

2．2018年11月20日，国内首颗商业低轨卫星“嘉定一号”在酒泉卫星发射中心成功升空，随后卫星进入预定匀速圆周运动的轨道，它也是中国首个全球低轨通信卫星星座“翔云”的首发星，开启了中国天基物联探测新时代，下列说法正确的是（ ）

A．该卫星的发射速度小于7.9km/s

B．据了解该卫星在距离地面约400km的近地轨道运行，则可以估算卫星所受的万有引力

C．该卫星在预定轨道上的周期等于同步卫星的周期

D．该卫星接到地面指令需要变轨至更高轨道，则卫星应向后喷气加速

3．“神舟十一号”飞船于2016年10月17日发射，对接“天宫二号”。若飞船质量为m，距地面高度为h，地球质量为M，半径为R，引力常量为G，则飞船所在处的重力加速度大小为（ ）

A．0 B．2GMRh C．2GMmRh D．2GMh

4．1789年英国物理学家卡文迪许测出引力常量G，因此卡文迪许被人们称为“能称出地球质量的人”。若已知引力常量为G，地球表面处的重力加速度为g，地球半径为R，地球上一个昼夜的时间为1T（地球自转周期），一年的时间为2T（地球公转周期），地球中心到月球中心的距离为1L，地球中心到太阳中心的距离为2L。下列说法正确的是（ ）

A．由以上数据不能求出地球的质量

B．由以上数据不能求出太阳的质量

C．由以上数据不能求出月球的质量

D．由题中数据可求月球的密度

5．下列叙述正确的是（ ）

A．牛顿提出了万有引力定律，并用实验测量了万有引力常量 B．在不需要考虑物体本身的大小和形状时，用质点来代替物体的方法叫建立物理模型法

C．伽利略提出行星运动三定律

D．伽利略在研究力和运动的关系时，得出了力不是维持物体运动的原因，采用了控制变量的方法

6．电影《流浪地球》深受观众喜爱，地球最后找到了新的家园，是一颗质量比太阳大一倍的恒星。假设地球绕该恒星做匀速圆周运动，地球中心到这颗恒星中心的距离是地球中心到太阳中心的距离的2倍，则现在地球绕新的恒星与原来绕太阳运动相比，说法正确的是（ ）

A．线速度大小是原来的2倍 B．角速度大小是原来的2倍

C．周期是原来的2倍 D．向心加速度大小是原来的2倍

7．2020年7月23日12时41分，我国在文昌航天发射场，用长征五号遥四运载火箭成功发射我国首枚火星探测器“天问一号”。发射后“天问一号”将在地火转移轨道飞行约7个月后，到达火星附近，通过“刹车”完成火星捕获，进入环火轨道，然后进行多次变轨。进入近火圆轨道，最终择机开展着陆、巡视等任务。如图为“天问一号”环绕火星变轨示意图，下列说法正确的是（ ）

A．发射“天问一号”的最小发射速度为7.9km/s

B．“天问一号”在轨道3上经过A点的速度大于在轨道2上经过A点的速度

C．“天问一号”在轨道3上经过A点的加速度大于在轨道1上经过A点的加速度

D．“天问一号”在轨道2上经过A点的机械能小于在轨道1上经过B点的机械能

8．随着我国航天技术的发展，国人的登月梦想终将实现。若宇航员着陆月球后在其表面以大小为0v的初速度竖直上抛一小球（可视为质点），经时间t小球落回抛出点；然后宇航员又在距月面高度为h处，以相同大小的速度沿水平方向抛出一小球，一段时间后小球落到月球表面，已知月球的半径为R，下列判断正确的是（ ）

A．月球表面的重力加速度大小为0vt B．平抛小球在空中运动的时间为02htv

C．平抛小球抛出点和落地点的水平距离为02hvt D．月球的第一宇宙速度为02vRt

9．2020年7月23日12时41分，我国在中国文昌航天发射场，用长征五号遥四运载火箭成功发射首次火星探测任务，“天问一号”探测器，火箭成功将探测器送入预定轨道，开启火星探测之旅，迈出了我国行星探测第一步。已知火星质量与地球质量之比为1：10，火星半径与地球半径之比为1:2，若火星和地球绕太阳的运动均可视为匀速圆周运动，火星公转轨道半径与地球公转轨道半径之比为3:2，下列说法正确的是（ ）

A．火星探测器的发射速度应介于地球的第一和第二宇宙速度之间

B．火星的第一宇宙速度大于地球的第一宇宙速度

C．火星与地球绕太阳运动的角速度大小之比为22:33

D．火星与地球绕太阳运动的向心加速大小之比为9:4

10．迄今为止，人类已经发射了数千颗人造地球卫星，其中的通信、导航、气象等卫星已极大地改变了人类的生活。如图所示为我国发射的二氧化碳监测卫星轨迹示意图。已知该卫星在半径为r的圆轨道上运行，经过时间t，通过的弧长为s。已知引力常量为G。下列说法正确的是（ ）

A．该卫星的发射速度小于7.9km/s

B．该卫星的运行速度大于7.9km/s

C．可算出该卫星的周期为2rts

D．可算出地球平均密度为22234rsGt

11．2020年7月23日12时41分，我国在海南文昌航天发射场，用长征五号遥四运载火箭将“天问一号”火星探测器发射升空，并成功送入预定轨道，迈出了我国自主开展行星探测的第一步。假设火星和地球绕太阳公转的运动均可视为匀速圆周运动。某一时刻，火星会运动到日地连线的延长线上，如图所示。下列选项正确的是（ ）

A．“天问一号”在发射过程中处于完全失重状态

B．图示时刻发射“天问一号”，可以垂直地面发射直接飞向火星

C．火星的公转周期大于地球的公转周期

D．从图示时刻再经过半年的时间，太阳、地球、火星再次共线

12．2020年底发射的“嫦娥五号”将执行月球采样返回任务。如图所示，“嫦娥五号”登陆月球前在圆形轨道Ⅰ上运动到达轨道的A点时点火变轨进入椭圆轨道Ⅱ，到达轨道的近月点B时，再次点火进入近月轨道Ⅲ绕月做圆周运动，下列说法正确的是（ ）

A．飞船在轨道Ⅰ上运行的周期大于轨道III上运行的周期

B．飞船在轨道I的运行速率大于轨道III上的运行速率

C．飞船在轨道Ⅰ上经过A点的加速度小于在轨道Ⅱ上经过A点的加速度

D．飞船在轨道Ⅰ上经过A点的运行速率小于飞船在轨道Ⅱ上经过A点的运行速率

13．中国自主研发、独立运行的北斗卫星导航系统，目前在轨卫星共38颗，正在成为太空中的指南针，促进世界互联互通，如图所示是系统中部分卫星的轨道示意图，已知a、b、c三颗卫星均做圆周运动，a是地球同步卫星，则（ ）

A．卫星a的线速度等于c的线速度

B．卫星a的加速度小于b的加速度

C．卫星a的运行速度小于第一宇宙速度

D．卫星b的周期小于24h

14．如图所示，人造卫星M、N 分别绕地球做匀速圆周运动，关于它们的线速度、角速度、向心加速度和周期的大小的比较，下列说法正确的是（ ）

A．卫星M 的线速度小于卫星N 的线速度

B．卫星M 的向心加速度小于卫星N 的向心加速度

C．卫星M 的角速度大于卫星N 的角速度

D．卫星M 的周期大于卫星N 的周期

15．地球公转轨道的半径在天文学上常用来作为长度单位，叫做天文单位，用来量度太阳系内天体与太阳的距离．已知木星公转的轨道半径约5.0天文单位，请估算木星公转的周期约为多少地球年（ ）

A．3年 B．5年 C．11年 D．25年

二、填空题

16．如图，三个质点a、b、c质量分别为1m、2m、12,()MMmMm。在c的万有引力作用下，a、b在同一平面内绕c沿逆时针方向做匀速圆周运动，周期之比:1:8abTT，则它们的轨道半径之比为:abrr______，从图示位置开始，在b运动一周的过程中，a、b、c共线了____次。

17．“2003年10月15日9时，我国神舟五号字由飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，把中国第一位航天员杨利伟送入太空。飞船绕地球飞行14圈后，于10月16日6时23分安全降落在内蒙古主着陆场。”根据以上消息，近似地把飞船从发射到降落的全部运动看做绕球的匀速圆周运动，可知神舟五号的绕行周期为______min（保留两位有效数字），若已知神舟五号的绕行周期为T，地球的质量M，地球的半径R，万有引常量为G，则神舟五号绕地球飞行时距地面高度的表达式为______。

18．最早用扭秤实验测得万有引力常量的科学家_______，实验不仅验证了万有引力定律的正确性，而且应用引力常量还可以测出地球的质量，因此也被称为“能称出地球质量的人”。设地球表面物体受到的重力等于地球对物体的万有引力，已知地球表面重力加速度为g，半径为R，引力常量G，则地球质量为M=__________（用上述已知量表示）。

19．人造卫星在其轨道上受到的地球引力是它在地球表面上所受引力的19，那么此人造卫星的轨道离地表的高度是地球半径的_____倍；如果人造卫星的轨道半径r=5R0（R0是地球半径），则它的向心加速度a0=_____m/s2（g取9.8m/s2）。

20．据报道，“嫦娥一号”和“嫦娥二号”绕月飞行器的圆形轨道距月球表面分别约为200km和100km，运动速率分别为v1和v2。那么v1和v2的比值为（月球半径取1700km）_________（可保留根号）

21．两颗行星A和B各有一颗卫星a和b，卫星轨道接近各自行星的表面，如果两行星的质量之比为ABMM=p，两行星半径之比为ABRR= q，则两个卫星的周期之比abTT为___________。

22．我国自行研制的“风云一号”、“风云二号”气象卫星运行的轨道是不同的，“风云一号”是极地圆形轨道卫星，其轨道平面与赤道平面垂直，周期是12h；“风云二号”是地球同步卫星，两颗卫星相比________离地面较高，________观察范围较大；________运行速度较大。

23．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，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），经时间t落到地面。已知该行星半径为R，自转周期为T，万有引力常量为G，求：

(1)该行星的平均密度；

(2)如果该行星存在一颗同步卫星，其距行星表面的高度h为多少。

24．假设宇航员乘坐宇宙飞船到某行星考察，当宇宙飞船在靠近该行星表面空间做匀速圆周运动时，测得环绕周期为T，当飞船降落在该星球表面时，用弹簧测力计称的质量为m的砝码受到的重力为F，已知引力常量为G，则该星球表面重力加速度g=_______，该行星的质量M=___________．

25．宇宙飞船(内有宇航员)绕地球做匀速圆周运动，地球的质量为M，宇宙飞船的质量为m，宇宙飞船到地球球心的距离为r，引力常量为G，宇宙飞船受到地球对它的万有引力F ______ ；飞船内的宇航员处于______ 状态(填“超重”或“失重”)，宇航员随身携带的天平______ 正常使用(填“能”或者“不能”)．

26．经典相对性原理：________规律在任何________中都是相同的．还可以表述为：在一个________内进行的任何力学实验都不能判断这个________是否相对于另一个惯性系做匀速直线运动；或者说，任何惯性参考系都是________的．