专题5经典力学的成就与局限-近5年全国各地合格性考试（学业水平测试）真题专题汇编（word版含答案）

近5年全国各地合格性考试（学业水平测试）真题专题汇编
专题5
经典力学的成就与局限
考点
万有引力定律及其应用
环绕速度、第二宇宙速度、第三宇宙速度
经典力学的适用范围和局限性
21.
（2018.7·宁夏）在太阳系中，若火星轨道的半长轴为a，公转周期为T，则下列关系正确的是（
）
A.
a
3=kT2
B.
a2=kT2
C.
a=kT2
D.
a=kT
【答案】A
【解析】
【分析】
【详解】根据开普勒第三定律，所有行星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，即
则
a3=kT2
故选A。
1.
（2019.6·广东）在经典力学的发展历程中，许多科学家做出了贡献．下列说法正确的是
A.
伽利略创立了“日心说”
B.
牛顿提出了万有引力定律
C.
哥白尼提出了“地心说”
D.
开普勒测出了引力常量
【答案】B
【解析】
【详解】AC、地心说最初由米利都学派形成初步理念，后由古希腊学者欧多克斯提出，然后经亚里士多德、托勒密进一步发展而逐渐建立和完善起来；哥白尼提出了日心说，故选项A、C错误；
B、牛顿提出了万有引力定律，故选项B正确；
D、卡文迪许测出了万有引力常量，开普勒通过对天体运动的长期观察，发现了行星运动三定律，故选项D错误．
11.
（2019.12·河北）飞船由地球飞向月球的过程中，在某一位置飞船受到地球和月球对它的万有引力大小相等。若地球和月球的质量分别为m1和m2，则此位置到地球和月球的距离之比为
A.
B.
C.
D.
【答案】B
【解析】
【详解】设物体到地球和月球的距离分别为r1、r2，根据万有引力公式可得，故，B正确；
故选B。
18.（2015·陕西）关于两物体间万有引力的大小和它们之间距离的关系，下列说法正确的是（
）
A.
与距离成正比
B.
与距离平方成正比
C.
与距离成反比
D.
与距离平方成反比
【答案】D
【解析】
【详解】万有引力定律的内容是自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的大小与两物体的质量的乘积成正比，与两物体间距离的平方成反比。故D正确，ABC错误。
故选D。
3.
（2017·河南）今年4月20日,为天宫二号空间实验室输送补给物资的中国首艘货运飞船发射成功．在飞船发射过程中,
随着飞船离地面高度的增加,
地球对飞船中补给物资的万有引力大小的变化情况是(
)
A.
变大
B.
变小
C.
不变
D.
无法确定
【答案】B
【解析】
【详解】根据万有引力，可知随着飞船离地面高度的增加，则r增大，故万有引力大小变小，故选B．
【点睛】随着飞船离地面高度的增加，飞船的半径
r增大，结合万有引力的表达式即可分析万有引力大小的变化．
15.
（2018·江苏）有两颗行星环绕某恒星运动，它们的运动周期比为27:1，则它们的轨道半径比为
A.
3：1
B.
27:1
C.
9：1
D.
1：9
【答案】C
【解析】
【详解】根据开普勒第三定律，则有，解得，故选项C正确，A、B、D错误．
16.
（2018·江苏）航天飞机绕地球做匀速圆周运动时，机上物体处于失重状态，是指这个物体（
）
A.
不受地球的吸引力
B.
受到地球吸引力和向心力平衡
C.
不受重力作用
D.
受到的地球引力提供了物体做圆周运动的向心力
【答案】D
【解析】
【详解】A.
航天飞机中的物体处于失重状态，仍受地球的吸引力．故A错误；
B.
物体受到地球吸引力的作用做圆周运动，处于非平衡状态．故B错误；
C.
航天飞机中的物体处于失重状态，物体仍受到重力作用．故C错误；
D.
物体受到地球吸引力的作用做圆周运动，故D正确．
故选D.
【点睛】航天飞机中的物体处于失重状态，物体仍受到重力作用．物体受到地球吸引力的作用做圆周运动，处于非平衡状态．
13.
（2020.12·河北）质量为m的卫星在离地面高度为h的轨道上绕地球做匀速圆周运动。已知引力常量为G，地球质量为M、半径为R，则地球对该卫星的万有引力大小为（　　）
A.
B.
C.
D.
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】根据万有引力的大小公式为
故选C。
18.
（2020.12·河北）一卫星在火星表面附近绕火星做匀速圆周运动，已知火星半径为R，火星表面重力加速度为g0，不考虑火星自转的影响，该卫星绕火星运动的线速度大小为（　　）
A.
B.
C.
g0R
D.
g0R2
【答案】B
【解析】
【分析】
【详解】若不考虑火星自转的影响，则在火星表面附近有
可知卫星绕火星运动的线速度大小为
故选B。
16.
（2020·陕西）地球绕太阳运动是因为受到了太阳对它的引力。地球的质量为，太阳的质量为，地球到太阳的距离为，则太阳对地球的引力大小是（引力常量为）（　　）
A.
B.
C.
D.
【答案】B
【解析】
【分析】
【详解】地球的质量为，太阳的质量为，地球到太阳的距离为，则太阳对地球的引力大小是
故选B。
1.
（2017.6·广东）下列科学家中，用扭秤实验测出引力常数数值的是(　　)
A.
牛顿
B.
爱因斯坦
C.
卡文迪许
D.
伽利略
【答案】C
【解析】
【详解】牛顿提出了万有引力定律，由于没有测出引力常量，英国物理学家卡文迪许利用扭秤实验测出了引力常量的大小，故C正确．
19.
（2017.6·广东）人造卫星绕地球做匀速圆周运动的线速度大小为v，轨道半径为r，已知引力常量为G，根据万有引力定律，可算出地球的质量为
A.
B.
C.
D.
【答案】A
【解析】
【详解】人造卫星绕地球做匀速圆周运动的线速度大小为v，轨道半径为r，已知引力常量为G，则对卫星，解得：地球的质量．故A项正确，BCD三项错误．
点睛：万有引力解题的两种思路：1、物体在天体表面时重力近似等于它所受的万有引力；2、将行星绕恒星、卫星绕行星的运动视为匀速圆周运动，其所需的向心力由万有引力提供．
13.
（2018·江苏）2018年1月31日晚，月球位于近地点附近，“蓝月亮”刷爆微信朋友圈．月球在如图所示的近地点、远地点受地球的万有引力分别为F1、F2，则F1、F2的大小关系是(　　)
A.
F1B.
F1>F2
C.
F1=F2
D.
无法确定
【答案】B
【解析】
【详解】根据万有引力定律
由于近地点的轨道半径小于远地点的轨道半径，所以
故B正确，ACD错误。
16.
（2020.7·青海）太阳对行星的引力提供了行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力，这个向心力大小（
）
A.
与行星距太阳间的距离成正比
B.
与行星距太阳间的距离成反比
C.
与行星运动的速率的平方成正比
D.
与行星距太阳的距离的平方成反比
【答案】D
【解析】
【详解】根据万有引力定律，太阳与行星间的引力，故D正确，故选D.
15．（2015·山东）要使可视为质点的两物体间万有引力减小到原来的，可采取的方法是（　　）
　
A．
两物体间距离保持不变，两物体的质量均减为原来的
　
B．
两物体间距离保持不变，仅一个物体质量减为原来的
　
C．
两物体质量均不变，两物体间的距离变为原来的
　
D．
两物体质量均不变，两物体间的距离变为原来的2倍
【答案】
B
【解析】根据知，两物体间距离保持不变，两物体的质量均减为原来的，则万有引力减小为原来的，故A错误；根据知，两物体间距离保持不变，仅一个物体质量减为原来的，则万有引力减小为原来的，故B正确；根据知，两物体质量均不变，两物体间的距离变为原来的，则万有引力变为原来的4倍，故C错误；根据知，两物体质量均不变，两物体间的距离变为原来的2倍，则万有引力变为原来的，故D错误。
8．（2021.1·广东）我国自主研制的“天宫二号”空间站在轨道上的运行可看作匀速圆周运动，其轨道半径比地球的同步卫星轨道半径小．关于“天宫二号”，下列说法正确的是(　　)
A．运行周期比同步卫星的小
B．向心加速度比同步卫星的小
C．运行角速度比同步卫星的小
D．运行线速度比同步卫星的小
【解析】由万有引力提供向心力：＝mr＝ma＝mω2r＝m，得T＝，a＝，ω＝，v＝，r越小，T越小，a越大，ω越大，v越大，所以A正确．
【答案】A
19.（2015·陕西）不可回收的航天器最终将成为漂浮在太空中的垃圾．如图所示，是绕地球运行的太空垃圾，对于离地面越高的太空垃圾，下列说法正确的是(　　)
A.
运行速率越大
B.
运行速率越小
C.
运行周期越小
D.
可能追上同一轨道上的航天器
【答案】B
【解析】
【分析】根据万有引力提供圆周运动向心力，由轨道的大小变化判定描述圆周运动物理量大小关系即可．
【详解】根据万有引力提供圆周运动向心力有：
A、B项：垃圾的运行速率可得半径越大的太空垃圾运行速率越小，故A错误，B正确；
C项：垃圾运行的周期T=可得半径越大的太空垃圾周期越大，故C错误；
D项：在同一轨道上运动的航天器周期和线速度大小相同，故在同一轨道上不能追上同一轨道的航天器，故D错误．
故应选：B．
【点睛】航天器绕地球匀速圆周运动向心力由万有引力提供，能根据半径关系分析描述圆周运动物理量的大小关系是正确解题的关键．
22.（2015·陕西）我国发射“神舟十号”载人飞船并实现了与“天宫一号”目标飞行器对接。开始对接前，“天宫一号”在高轨道，“神舟十号”飞船在低轨道，各自绕地球做匀速圆周运动，距离地面的高度分别为h1和h2（设地球半径为R），“天宫一号”的运行周期为90分钟，如图所示，则有（
）
①“天宫一号”与“神舟十号”的向心加速度大小之比为
②“天宫一号”与“神舟十号”的向心加速度大小之比为
③“天宫一号”角速度比地球同步卫星的角速度大
④“天宫一号”的运行速度大于7.9km/s
A.
①③
B.
②③
C.
②④
D.
③④
【答案】B
【解析】
【详解】根据：
又因为：
则可解得：
所以“天宫一号”跟“神舟十号”的向心加速度大小之比为：
因为：
“天宫一号”的运行周期为90分钟，小于地球同步卫星的周期24小时，所以
“天宫一号”的角速度比地球同步卫星的角速度大；
第一宇宙速度是卫星绕地球圆周运动的最大速度，所以“天宫一号”的线速度小于。
综上分析可知②③是正确的，故B正确，ACD错误。
故选B。
8.
（2016·云南）卫星绕地球的运动可近似看做匀速圆周运动，如图所示，a、b是绕地球做匀速圆周运动的两颗卫星，下列说法正确的是（　　）
A.
a的线速度比b小
B.
a的周期比b小
C.
a的角速度比b小
D.
a的加速度比b小
【答案】B
【解析】a、b绕地球做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力：，解得：，因为ra＜rb，则va＞vb，故A错误；根据万有引力提供向心力：，解得：，因为ra＜rb，所以Ta＜Tb，故B正确；根据万有引力提供向心力：，解得：，因为ra＜rb，则ωa＞ωb，故C错误；根据万有引力提供向心力：，解得：，因为ra＜rb，则aa>ab，故D错误．所以B正确，ACD错误．
7.
（2017·安徽）我国发射的第一艘货运飞船“天舟一号”与“天官二号”空间实验室完成对接后，其组合体在离地面
高度约为
380km
的轨道上绕地球飞行．已知地球同步卫星的轨道离地面的高度约为
36000km，将组合体
和同步卫星的运动都看成匀速圆周运动，则组合体的
A.
线速度小于同步卫星的线速度
B.
角速度小于同步卫星的角速度
C.
周期小于同步卫星的周期
D.
向心加速度小于同步卫星的向心加速度
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】A．根据可知
轨道半径越大，线速度越小，故同步卫星的线速度小于组合体的线速度，A错误；
B．根据公式可知
轨道半径越大，角速度越小，故同步卫星的角速度小于组合体的角速度，B错误；
C．根据可知
轨道半径越大，周期越大，故同步卫星的周期大于组合体的周期，C正确；
D．根据可得
轨道半径越大，向心加速度越小，故同步卫星的向心加速度小于组合体的向心加速度，D错误．
故选C。
14.
（2017·河南）关于第一宇宙速度，下列说法正确的是（
）
A.
它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度
B.
它是使卫星进入近地圆轨道的最大发射速度
C.
它是近地圆轨道上人造地球卫星的运行速度
D.
它是卫星在椭圆轨道上运行时在远地点的速度
【答案】C
【解析】
【详解】第一宇宙速度是环绕地球运动的最大环绕速度，A错；是发射卫星的最小发射速度，B错；是近地圆轨道上人造地球卫星的运行速度，C对；D错；
17.
（2019.6·广东）关于地球同步通讯卫星，下列说法正确的是
A.
若其质量加倍，则轨道半径也要加倍
B.
它以第一宇宙速度运行
C.
它以第二宇宙速度运行
D.
它绕地球运行时的角速度与地球自转角速度相同
【答案】D
【解析】
【详解】A、根据万有引力提供向心力可得，解得，地球同步卫星距离地球的高度约为36000km，半径一样，所以各国发射的这种卫星轨道半径都一样，与质量无关，故选项A错误；
BC、卫星绕地球做圆周运动，万有引力提供向心力可得，解得，由于同步卫星的轨道半径大于地球半径，则同步卫星的线速度小于第一宇宙速度，故选项B、C错误；
D、同步卫星是指与地球相对静止的卫星，这种卫星绕地球转动的角速度与地球自转的角度速度相同，故选项D正确．
31.
（2019.12·河北）（多选）我国发射的“中星2D”卫星和天绘二号01组卫星绕地球的运动均可看作匀速圆周运动。与天绘二号01组卫星小相比，“中星2D”卫星绕地球运行的周期较长，则“中星2D”卫星得
A.
运行角速度较大
B.
运行角速度较小
C.
轨道半径较大
D.
轨道半径较小
【答案】BC
【解析】
【详解】由万有引力提供向心力，故可知，轨道半径越大，周期越长，角速度、线速度越小，“中星2D”卫星绕地球运行周期较长，故其角速度较小，半径较大，B、C正确，A、D错误；
故选BC。
13.
（2019.6·福建）2018年11月1日，我国成功发射的第41颗北斗导航系统卫星为地球同步卫星，该卫星（　　）
A.
位于北京上空
B.
位于福州上空
C.
周期为30天
D.
周期为24小时
【答案】D
【解析】
【详解】地球同步卫星是指卫星与地球自转同步，周期与地球自转周期相同，为24小时；地球对卫星的万有引力提供向心力，相对地球静止，故同步卫星只能在赤道上空，距离地球高度一定的位置，故ABC错误，D正确。
故选D。
16.
（2019·福建）如图所示，若“嫦娥一号”和“嫦娥四号”绕月球做匀速圆周运动的轨道半径分别为r1、r2，且，向心加速度大小分别为a1、a2，周期分别为T1、T2，则（　　）
A
B.
C.
D.
【答案】B
【解析】
【详解】AB．设地球质量为M，卫星质量为m，卫星做圆周运动的半径为r，卫星的线速度大小为v，根据万有引力提供向心力，可得
解得运动的线速度为
由于，所以，A错误，B正确；
CD．设卫星的周期为T，根据万有引力提供向心力，可得
解得卫星的周期为
由于，周期，C、D错误。
故选B。
38.
（2020.12·河北）（多选）已知我国某颗量子通信卫星的轨道距地面高度约为500km，该高度低于地球同步卫星轨道距地面高度，该量子通信卫星和地球同步卫星均绕地球做匀速圆周运动，则该量子通信卫星绕地球运行的（　　）
A.
周期比地球同步卫星的运行周期长
B.
周期比地球同步卫星的运行周期短
C.
线速度比地球同步卫星的线速度大
D.
线速度比地球同步卫星的线速度小
【答案】BC
【解析】
【分析】
【详解】AB．量子通信卫星的轨道距地面高度约为500km，该高度低于地球同步卫星轨道距地面高度，则量子通信卫星的轨道半径小于地球同步卫星的轨道半径，根据开普勒第三定律可知，该量子通信卫星绕地球运行的周期比地球同步卫星的运行周期短，故A错误，B正确；
CD．根据万有引力提供向心力，则有
得，因量子通信卫星轨道半径小于地球同步卫星的轨道半径，故量子通信卫星的线速度比地球同步卫星的线速度大，故C正确，D错误。
故选BC。
20.
（2020·陕西）2020年9月我国已经顺利完成北斗导航系统的组网并投入运营，它是我国自主研发并具有完全知识产权的导航系统，为世界贡献了中国智慧和中国方案。该系统中有多颗地球同步卫星，对于这些地球同步卫星，下列说法正确的是（　　）
A.
轨道半径各不相同
B.
运行速率各不相同
C.
角速度各不相同
D.
运行周期均相同
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】D．同步卫星的周期都相同都等于地球的自转周期，故D正确；
AB．由
可得周期相同，轨道半径也相同，运行速度相同，故AB错误；
C．由
可得角速度相同，故C错误
故选D。
8.
（2021.6·广东）“天问一号”火星登陆探测器被火星俘获后首先在高轨道做圆周运动，然后转移到低轨道做圆周运动，为着陆火星做准备，相比高轨道，探测器在低轨道运行时（　　）
A.
周期较大
B.
线速度较大
C.
角速度较小
D.
加速度较小
【答案】B
【解析】
【分析】
【详解】由引力作为向心力可得
解得
，，，
探测器在低轨道运行时，轨道半径较小，线速度较大，角速度较大，周期较小，向心加速度较大，B正确。
故选B。
8.
（2021.7·云南）“神舟十二号”载人飞船与“天和核心舱”成功交会对接，标志着中国人首次进入自己的空间站。若将地球视为质量分布均匀的球体，其质量为M、半径为R。已知空间站总质量为m，引力常量为G，某时刻空间站距离地球表面的高度为h，则此时空间站受到地球的万有引力大小为（　　）
A.
B.
C.
D.
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】由万有引力公式知此时空间站受到地球的万有引力大小为
故D正确，ABC错误。
故选D。
19.
（2020.1·福建）中国航天事业迅猛发展，进入世界领先行列。如图所示，若A、B、C三颗人造地球卫星在同一平面内，沿不同轨道绕地球做匀速圆周运动，周期分别为、、，角速度分别为、、，则（　　）
A.
B.
C.
D.
【答案】A
【解析】
【详解】根据
可得
因可得
故选A。
39.
（2017.6·广东）如图所示，两颗人造地球卫星M、N环绕地球做匀速圆周运动，下列说法正确的是(　　)
A.
M的线速度比N的小
B.
M的角速度比N的大
C.
M的环绕周期比N的小
D.
M的向心加速度比N的大
【答案】A
【解析】
【分析】
【详解】设卫星的质量为m、轨道半径为r、地球的质量为M，根据万有引力提供向心力，得
可以知道
，，，
可知，卫星的轨道半径越大，线速度角速度、加速度越小，而周期越大，所以
，，
而周期关系为
故选A。
22.
（2018.7·宁夏）地球同步卫星“静止”在赤道上空的某一点，它绕地球运行的周期T1与地球自转的周期T2之间的关系是(　　)
A.
T1＜T2
B.
T1＞T2
C.
T1＝T2
D.
无法确定
【答案】C
【解析】
【详解】地球同步卫星的周期与地球自转的周期相同，它们的角速度也相等，故C正确．
23.
（2018.7·宁夏）地球的第一宇宙速度的大小是（
）
A.
16.7
km/s
B.
11.
2km/s
C.
9.7
km/s
D.
7.9km/s
【答案】D
【解析】
【详解】16.7
km/s是第三宇宙速度，选项A错误；
B.
11.
2km/s是第二宇宙速度，选项B错误；
CD.
7.9km/s是第一宇宙速度，选项C错误，D正确.
11.
（2019.1·浙江）据报道，2018年12月22日，我国在酒泉卫星发射中心成功发射了“虹云工程技术验证卫星”，卫星环绕地球的运行的周期约为1.8
h．与月球相比，该卫星的
A.
角速度较小
B.
环绕速度更小
C.
向心加速度更大
D.
离地球表面的高度更大
【答案】C
【解析】
【详解】根据万有引力提供向心力：，解得：，可知卫星的轨道半径小于月球的轨道半径，故D错误；根据万有引力提供向心力：，解得：，可知半径小的角速度大，故A错误；根据万有引力提供向心力：，解得：，可知半径小的速度大，故B错误；据万有引力提供向心力：，解得：，可知半径小的加速度大，故C正确．
15.
（2019.1·浙江）如图所示，在近地圆轨道环绕地球运行的“天宫二号”的实验舱内，航天员景海鹏和陈冬在向全国人民敬礼时
A.
不受地球引力
B.
处于平衡状态，加速度为零
C.
处于失重状态，加速度约为g
D.
底板的支持力与地球引力平衡
【答案】C
【解析】
【详解】天宫二号做匀速圆周运动时宇航员处于完全失重状态．此时仍受到地球引力作用，只不过引力恰好充当向心力，向心加速度近似等于g；此时人对地板没有压力，底板对人也没有支持力，故C正确，ABD错误．
16．（2015·山东）在地面附近绕地球做匀速圆周运动的卫星，关于其运行速度的大小，下列判断正确的是（　　）
A．
等于第一宇宙速度
B．
等于第二宇宙速度
C．
等于第三宇宙速度
D．
大于第三宇宙速度
【答案】A
【解析】第一宇宙速度又叫“环绕速度”，即卫星贴地飞行的速度，第一宇宙速度的数值为7.9
km/s，A正确。
12．（2021.1·广东）下列物体的运动，不能用经典力学描述的是(　　)
A．“复兴”号列车高速行驶
B．“神舟十号”飞船在轨道上运行
C．电子以接近光的速度运动
D．“辽宁”号航空母舰在大海上航行
【解析】经典力学适用的范围是宏观、低速，所以C符合题意．
【答案】C
20.
（2019.6·广东）下列运动不能用经典力学描述的是
A.
高铁列车从广州向北京飞驰
B.
火箭携带卫星飞向太空
C.
战斗机从航母上起飞
D.
电子以接近光速的速度运动
【答案】D
【解析】
【详解】经典力学适用于低速宏观的物体，不适用于微观高速物体，故电子的运动不能用经典力学描述，高铁列车的飞驰、火箭携带卫星飞向太空、战斗机从航母上起飞都能用经典力学描述，故选项D正确，A、B、C错误．
3.
（2020.1·福建）伟大的科学家爱因斯坦，在物理学方面取得了巨大的成就。下列属于爱因斯坦主要贡献的是（　　）
A.
建立了相对论
B.
提出了焦耳定律
C.
发现了万有引力定律
D.
总结得出了牛顿第一定律
【答案】A
【解析】
【详解】爱因斯坦的主要贡献是建立了相对论；焦耳定律是焦耳总结出的；牛顿发现万有引力定律；牛顿总结出了牛顿第一定律。
故选A。
20.
（2017.6·广东）下列物体的运动不能用经典力学描述的是(　　)
A.
子弹的飞行
B.
人造卫星的运行
C.
小汽车的行驶
D.
光子的运动
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】经典力学适用于低速宏观的物体，光子的运动不属于这个范畴。
故选D。