【物理 】2023-2024学年高中物理人教版（2019）必修第二册第七章万有引力与宇宙航行重难点检测卷.docx

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1、2023-2024学年高中物理人教版必修第二册第七章万有引力与宇宙航行重难点检测卷一、选择题1火星探测任务“天问一号”的标识如图所示。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32，则火星与地球绕太阳运动的（） A轨道周长之比为23B线速度大小之比为 C角速度大小之比为 D向心加速度大小之比为942 2023年5月30日9时31分，搭载神舟十六号载人飞船的长征二号F遥十六运载火箭在酒泉卫星发射中心发射升空。神舟十六号载人飞船入轨后，于5月30日16时29分，成功对接于空间站天和核心舱径向端口，如图所示，下列说法正确的是（）A“16时29分”指的是时间

2、间隔B天和核心舱绕地球运动时，必定受到地球引力的作用C对接后，“神舟十六号”与“天和核心舱”之间是相对运动的D“神舟十六号”与“天和核心舱”对接时，神舟十六号可视为质点3如图所示是北斗导航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的角速度小于c的角速度B卫星a的加速度大于b的加速度C卫星a的运行速度大于第一宇宙速度D卫星b的周期大于24h4如图所示，两颗地球卫星A、B均沿图示方向绕地球做匀速圆周运动，若卫星A、B的线速度大小之比为p，则（）AA、B的轨道半径之比为p2BA、B的角速度大小之比为p2CA、B的向心加速度大小之比为p4DA、B

3、受到地球的万有引力大小之比p45 如图所示，a为放在地球赤道上相对地面静止的物体，随地球自转做匀速圆周运动，b为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星（轨道半径约等于地球半径），c为地球的同步卫星。下列关于a、b、c的说法中正确的是（）Aa、b、c做匀速圆周运动的角速度大小关系为Ba、b、c做匀速圆周运动的向心加速度大小关系为Ca、b、c做匀速圆周运动的周期关系为D卫星b的线速度大小大于卫星c的线速度大小6如图所示，假设一列火车沿水平轨道接近光速匀速行驶，车厢正中央的光源S发出了一个闪光，车上的人甲和车旁边的人乙进行观察，则（）A甲认为闪光先到达车厢的后壁B甲认为闪光先到达车厢的前壁C乙认为闪

4、光先到达车厢的后壁D乙认为闪光先到达车厢的前壁二、多项选择题72019年7月25日，北京理工大学宣布：“北理工1号”卫星搭乘星际荣耀公司的双曲线一号火箭成功发射，进入地球轨道。如图所示，“北理工1号”卫星与高轨道卫星都在同一平面内绕地球做同方向的匀速圆周运动，此时恰好相距最近。已知地球的质量为M，高轨道卫星的角速度为，“北理工1号”卫星的轨道半径为R1，引力常量为G，则下列说法正确的是（） A“北理工1号”卫星的运行周期大于高轨道卫星的运行周期B“北理工1号”卫星的机械能小于高轨道卫星的机械能C“北理工1号”卫星的加速度和线速度大于高轨道卫星的加速度和线速度D从此时到两卫星再次相距最近，至少需

5、时间 8我国载人航天事业已迈入“空间站时代”。若中国空间站绕地球近似做匀速圆周运动，运行周期为T，轨道半径约为地球半径的倍，已知地球半径为R，引力常量为G，忽略地球自转的影响，则（）A漂浮在空间站中的宇航员不受地球的引力B空间站绕地球运动的线速度大小约为C地球的平均密度约为D空间站绕地球运动的向心加速度大小约为地面重力加速度的倍9 2021年5月15日，“天问一号”探测器成功着陆火星。图为“天问一号”探测器经过多次变轨后登陆火星的理想轨迹示意图，其中轨道I、III为椭圆，轨道II为圆，不计探测器变轨时质量的变化，万有引力常量为G，则（）A探测器在轨道I的运行周期小于在轨道II的运行周期B探测器

6、在轨道II上的速度小于火星的“第一宇宙速度”C若已知轨道II的周期和轨道半径，则可以求出火星质量D探测器在轨道I上O点的速度小于轨道II上O点的速度10 2007年10月24日18时05分，我国成功发射了“嫦娥一号”卫星，若“嫦娥一号”卫星在地球表面的重力为，发射后经过多次变轨到达月球表面附近绕月飞行时受月球的引力为，已知地球表面的重力加速度为g，地球半径，月球半径为，则（）A嫦娥一号卫星在距地面高度等于地球半径2倍的轨道上做圆周运动时，其速度为B嫦娥一号卫星在距地面高度等于地球半径2倍的轨道上做圆周运动时，其速度为C嫦娥一号卫星到达月球表面附近绕月球做圆周运动时周期为D嫦娥一号卫星到达月球表

7、面附近绕月球做圆周运动时周期为三、非选择题11在某星球上用如图甲所示的装置探究平抛运动的规律。在铁架台的悬点正下方点有水平放置的炽热电热丝，当悬线摆至电热丝处时被烧断，之后小球做平抛运动。现利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做平抛运动的多张照片，经合成后，照片如图乙所示。、为连续五次拍下的小球位置，而后用平滑曲线连接各点得到小球做平抛运动的轨迹，已知照相机拍照的频率为。（1）根据上述信息，可知点 （填“是”或“不是”）小球平抛的起点，小球做平抛运动的初速度大小为 （结果保留两位有效数字）；（2）小球在点时竖直方向的速度为 （结果保留两位有效数字）；（3）该星球表面的重力

8、加速度大小为 （结果保留两位有效数字）；（4）若该星球的半径与地球的半径之比为，地球表面加速度为，则该星球与地球的质量之比为 。12浩瀚的宇宙中有着无数的未知天体，当宇宙中的天体的质量和密度大到一定程度就可以形成黑洞。根据万有引力知识可得出在黑洞表面，物体的逃逸速度等于光速。已知天体表面的逃逸速度和其第一宇宙速度的关系为，万有引力常量，光速。若某黑洞的密度约为，试估算该黑洞半径最小为多少？（保留一位有效数字） 13宇航员在半径R = 3 106m的某星球表面研究平抛运动，他以v0= 2m/s的速度将物体水平抛出，实验得出一条如图所示的运动轨迹。图中O点为轨迹上的一点，以该点为坐标原点，以竖直向

9、下为y轴正方向、水平向右为x轴正方向建立平面直角坐标系。求：（1）该星球表面的重力加速度大小；（2）该星球的第一宇宙速度（计算结果保留两位有效数字）。142022年4月16日神舟十三号载人飞船返回舱成功着陆，三位航天员在空间站出差半年，完成了两次太空行走和20多项科学实验，并开展了两次“天宫课堂”活动，刷新了中国航天新纪录。已知地球半径为R，地球表面重力加速度为g。总质量为的空间站绕地球的运动可近似为匀速圆周运动，距地球表面高度为h。为研究方便，地球自转的影响忽略不计且忽略空气阻力。（1）求空间站绕地球匀速圆周运动的动能。 （2）物体间由于存在万有引力而具有的势能称为引力势能。若取两物体相距无

10、穷远时引力势能为0，质点和的距离为r时，其引力势能为（式中G为万有引力常量）。假设空间站为避免与其它飞行物相撞，将从原轨道转移到距地球表面高为1.2h的新圆周轨道上，则该转移至少需要提供多少额外的能量。 （3）航天员在空间站出差期间需要对生理状况进行有效监测，其中身体质量的测量是十分重要的。请你设计一种在太空失重环境下测量人的质量的方案，要求写出需要测量的物理量，以及人的质量的表达式。15开普勒用二十年的时间研究第谷的行星观测数据，分别于1609年和1619年发表了下列定律：开普勒第一定律：所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。开普勒第二定律：对任意一个行星来说，它与太阳

11、的连线在相等的时间内扫过的面积相等。开普勒第三定律：所有行星轨道的半长轴a的三次方跟它的公转周期T的二次方的比都相等，即，k是一个对所有行里都相同的常量。（1）在研究行星绕太阳运动的规律时，将行星轨道简化为一半径为r的圆轨道。a如图所示，设行星与太阳的连线在一段非常非常小的时间内，扫过的扇形面积为。求行星绕太阳运动的线速度的大小v，并结合开普勒第二定律证明行星做匀速圆周运动；（提示：扇形面积=半径弧长）b请结合开普勒第三定律、牛顿运动定律，证明太阳对行星的引力F与行星轨道半径r的平方成反比。（2）牛顿建立万有引力定律之后，人们可以从动力学的视角，理解和解释开普勒定律。已知太阳质量为MS、行星质

12、量为MP、太阳和行星间距离为L、引力常量为G，不考虑其它天体的影响。a通常认为，太阳保持静止不动，行星绕太阳做匀速圆周运动。请推导开普勒第三定律中常量k的表达式；b实际上太阳并非保持静止不动，如图所示，太阳和行星绕二者连线上的O点做周期均为T0的匀速圆周运动。依照此模型，开普勒第三定律形式上仍可表达为。请推导k的表达式（用MS、MP、L、G和其它常数表示），并说明kk需满足的条件。答案解析部分1【答案】C2【答案】B3【答案】A4【答案】C5【答案】D6【答案】C7【答案】C,D8【答案】B,D9【答案】B,C10【答案】A,C11【答案】（1）不是；0.40（2）0.50（3）4.0（4）8

13、512【答案】解：由第一宇宙速度意义可知 解得第一宇宙速度为 又 由题意可知 且对于黑洞有 联立可得 13【答案】（1）解：物体在水平方向上做匀速直线运动，竖直方向上做匀加速直线运动，记（1.0，1.0）为A点，（2.0，3.0）为B点，则tOA = tAB，竖直方向上有y = gT2，xAB = xOA = v0T 解得g = 4m/s2（2）解：由万有引力提供重力可得 第一宇宙速度满足 解得 14【答案】（1）解：地球表面附近有 解得 空间站绕地球匀速圆周运动，则 又 联立解得 （2）解：空间站绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，由牛顿第二定律得 空间站绕地球运动的动能为 则空间站从

14、原轨道转移到距地球表面高度为1.2h的新圆轨道上，动能的减小量为 引力势能的增加量为 由能量守恒定律可知，该转移至少需要提供额外的能量为 （3）解：用一个固定的力测量拉着宇航员在水平方向上做匀加速直线运动，力的大小为F，用打点计时器测出加速度为a，用牛顿第二定律求得宇航员质量为 15【答案】（1）解：a根据扇形面积公式可得时间 内行星扫过的扇形面积满足 解得 根据开普勒第二定律：对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等，即 为常量，则行星绕太阳运动的线速度的大小v也为常量，所以行星做匀速圆周运动；b设行星质量为m，根据题意可知行星的圆周运动由太阳对行星的引力F提供向心力，则根据牛顿第二定律有 根据开普勒第三定律可得 即 联立以上两式可得 其中 为常量，则太阳对行星的引力F与行星轨道半径r的平方成反比；（2）解：a行星绕太阳做匀速圆周运动由万有引力提供向心力，所以根据牛顿第二定律有 解得 b设行星做匀速圆周运动的轨道半径为r，太阳做匀速圆周运动的轨道半径为R，则有行星做匀速圆周运动由万有引力提供向心力，所以根据牛顿第二定律有 太阳做匀速圆周运动由万有引力提供向心力，所以根据牛顿第二定律有 将以上两式相加可得 解得 则若要使kk，即 需要行星的质量远小于太阳的质量。学科网（北京）股份有限公司