苏州实验中学2021-2022学年度高一物理单元测试
必修二第七章万有引力与航天
一、单选题(本大题共12小题,共48.0分)
近年来,自然灾害在世界各地频频发生,给人类带来巨大损失。科学家们对其中地震、海啸的研究结果表明,地球的自转将因此缓慢变快。下列说法正确的是
A. “天宫一号”飞行器的高度要略调高一点
B. 地球赤道上物体的重力会略变大
C. 地球同步卫星的高度要略调低一点
D. 地球的第一宇宙速度将略变小
年月日上午,北斗三号全球卫星导航系统正式开通.人造卫星的发射过程要经过多次变轨方可到达预定轨道,在发射地球同步卫星的过程中,卫星从圆轨道Ⅰ的点先变轨到椭圆轨道Ⅱ,然后在点变轨进入地球同步轨道Ⅲ,则
A. 卫星在轨道Ⅱ上过点的速率比卫星在轨道Ⅱ上过点的速率小
B. 若卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道上运行的周期分别为、、,则
C. 卫星在点通过减速实现由轨道Ⅱ进入轨道Ⅲ
D. 该卫星在同步轨道Ⅲ上的运行速度大于
我国成功发射了“神舟十号”载人飞船.假设飞船绕地球做匀速圆周运动,下列说法中正确的是
A. 若知道飞船运动的角速度和周期,再利用万有引力常量,就可算出地球的质量
B. 若宇航员从船舱中慢慢“走”出并离开飞船,飞船速率将减小
C. 若有两个这样的飞船在同一轨道上,相隔一段距离一前一后沿同一方向绕行,只要后一飞船向后喷气加速,则两飞船一定能实现对接
D. 若飞船返回地球,在进入大气层之前的无动力飞行过程中,飞船的动能逐渐增大,机械能保持不变
“北斗来了不迷路”,从跟跑到并跑,随着中国北斗三号全球卫星导航系统最后一颗、也就是第颗组网卫星年月日成功发射,中国北斗卫星导航系统终于来到了和世界其他系统并肩前行的位置。北斗卫星导航系统空间段由颗卫星组成,包括颗静止轨道卫星、颗中地球轨道卫星、颗倾斜地球同步轨道卫星。其中中地球轨道卫星离地高度约万千米,静止轨道卫星和倾斜地球同步轨道卫星离地高度均约为万千米。以下说法正确的是
A. 倾斜地球同步轨道卫星和静止轨道卫星线速度相同
B. 地球赤道上的随地球一起自转的石块线速度比中地球轨道卫星线速度要大
C. 中地球轨道卫星的运行周期小于地球自转周期
D. 静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星的发射速度一定要超过,中地球轨道卫星的发射速度可以小于
天文学家发现了迄今最近地球的“孪生星球”行星,其围绕一颗恒星转动,周期为天。该行星直径约为地球的倍,与恒星之间的距离与日、地距离相近。某学生查阅资料得地球的直径大约为,地球与太阳间的距离大约为,引力常量为,天体的运动近似为圆周运动,根据以上信息,以下说法正确的是
A. 可求出行星的质量
B. 可求出该恒星的质量
C. 若在该行星发射卫星则可求出最小的发射速度
D. 若有一卫星绕该行星运转周期为,则可求出行星的密度
今年是中国北斗卫星导航系统建设的收官之年,据总设计师杨长风介绍,北斗三号最后一颗组网卫星计划于月在西昌卫星发射中心发射升空,届时北斗系统部署将圆满完成。该卫星是地球静止轨道同步卫星,发射过程简化如下:卫星先进入圆轨道Ⅰ运行,轨道半径为、周期为;然后从处进入转移轨道Ⅱ运行,经过处的速度大小为;然后自处进入圆轨道Ⅲ运行,半径为,周期为,经过点速度大小为。卫星质量视为不变,则
A.
B.
C. 在轨道Ⅲ稳定运行后,该卫星会经过厦门上空
D. 与轨道Ⅰ相比,卫星在轨道Ⅲ上运行的动能及机械能都更小
下列说法中正确的是
A. 由开普勒第一定律可知,所有行星都在同一椭圆轨道上绕太阳运动
B. 由可知,当趋于零时万有引力趋于无限大
C. 引力常量,是由英国物理学家卡文迪什利用扭秤实验测出的
D. 由开普勒第三定律可知,所有行星轨道半长轴的三次方与公转周期的二次方的比值都相等,即,其中与行星有关
第谷、开普勒等人对行星运动的研究漫长而曲折,牛顿在他们研究的基础上,得出了科学史上最伟大的定律之一万有引力定律.下列有关万有引力定律的说法中正确的是
A. 开普勒通过研究观测记录发现行星绕太阳运行的轨道是椭圆
B. 太阳与行星之间引力的规律并不适用于行星与它的卫星
C. 库仑利用实验较为准确地测出了引力常量的数值
D. 牛顿在发现万有引力定律的过程中没有利用牛顿第三定律的知识
迄今发现的二百余颗太阳系外行星大多不适宜人类居住,绕恒星“”运行的行星“”却很值得我们期待.该行星的温度在到之间、质量是地球的倍、直径是地球的倍、公转周期为个地球日.“”的质量是太阳质量的倍.设该行星与地球均视为质量分布均匀的球体,绕其中心天体做匀速圆周运动,则
A. 在该行星和地球上发射卫星的第一宇宙速度相同
B. 如果人到了该行星,其体重是地球上的倍
C. 该行星与“”的距离是日地距离的倍
D. 由于该行星公转速率比地球大,地球上的米尺如果被带上该行星,其长度一定会变短
“嫦娥五号”探测器由轨道器、返回器、着陆器等多个部分组成。探测器预计在年由“长征五号”运载火箭在中国文昌卫星发射中心发射升空,自动完成月面样品采集,并从月球起飞,返回地球。若已知月球半径为,“嫦娥五号”在距月球表面高度为的圆轨道上飞行,周期为,万有引力常量为,下列说法正确的是
A. 月球质量为 B. 月球表面重力加速度为
C. 月球密度为 D. 月球第一宇宙速度为
据报道,美国国家航空航天局首次在太阳系外发现“类地”行星。若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;宇航员在该行星“北极”距该行星地面附近处自由释放一个小球引力视为恒力,落地时间为。已知该行星半径为,万有引力常量为,则下列说法正确的是
A. 如果该行星存在一颗同步卫星,其距行星表面高度为
B. 该行星的第一宇宙速度为
C. 宇宙飞船绕该星球做圆周运动的周期小于
D. 该行星的平均密度为
“嫦娥四号”月球探测器成功在月球背面软着陆,这是人类首次成功登陆月球背面。如图所示,假设“嫦娥四号”在半径为的圆形轨道Ⅰ上绕月球运行,周期为某时刻“嫦娥四号”在点变轨进入椭圆轨道Ⅱ,在月球表面的点贴近月球表面飞行,三点在一条直线上已知月球的半径为,引力常量为,则
A. 在轨道Ⅱ上和两点的加速度之比为
B. 在轨道Ⅱ上和两点的线速度之比为
C. 从点运动到点的时间为
D. 月球的平均密度为
二、实验题(本大题共2小题,共18.0分)
一艘宇宙飞船飞向某一新发现的行星,并进入该行星表面的圆形轨道绕该行星运行数圈后,着陆于该行星,宇宙飞船上备有下列器材:
A.精确秒表一只 弹簧秤一个 质量已知的钩码 天平一台
已知宇航员在宇宙飞船绕行星飞行的过程中和飞船着陆后均作了测量,依据所测得的数据和引力常量,可求得该行星的质量和半径。请回答下列问题:
测量相关数据应选用的器材是________选填宇宙飞船上备有的器材前面的字母序号。
宇宙飞船在绕行星表面运行的过程中,应直接测量的物理量是______________________填一个物理量及符号,宇航员在着陆后应间接测量的物理量是______________________填一个物理量及符号。
用测得的数据,可求得该行星的质量________,该行星的半径________均用已知的物理量和测得的物理量表示。
随着航天技术的发展,许多实验可以搬到太空中进行。飞船绕地球做匀速圆周运动时,处于完全失重状态,从而无法用天平称量物体的质量。假设某宇航员在这种环境下设计了如图所示装置图中为光滑的小孔来间接测量物体的质量:给待测物体一个初速度,使它在桌面上做匀速圆周运动。设飞船中具有基本测量工具。
物体与桌面间的摩擦力可以忽略不计,原因是 。
实验时需要测量的物理量是弹簧测力计示数、圆周运动的周期以及 。
待测物体质量的表达式为 。
三、计算题(本大题共3小题,共34.0分)
宇航员在一行星上以速度竖直上抛一质量为的物体,不计空气阻力,经时间落回手中,已知该星球半径为;
求出该星球的第一宇宙速度的大小
求出该星球的第二宇宙速度的大小已知取无穷远处引力势能为零时,物体距星球球心距离时的引力势能为: 为万有引力常量
年月日上午点分,我国“嫦娥四号”月球探测器不负众望,成功的在月球背面软着陆。“嫦娥四号”在被月球“捕捉”后环月轨道运行一段时间后,调整环月轨道高度和倾角,并开展与中继星的中继链路在轨测试、以及导航敏感器的在轨测试,从而确保探测器最终能进入预定的着陆区,再择机实施月球背面软着陆。假设“嫦娥四号”探月卫星绕行圈的时间为已知月球半径为,月球表面处的重力加速度为,引力常量为。试求:
月球的质量;
月球的第一宇宙速度;
“嫦娥四号”探测卫星离月球表面的高度。
若在某星球表面做竖直上抛实验,测得物体以初速抛出后,上升的最大高度为,已知该星球半径为,引力常量为,求:
该星球表面重力加速度;
该星球第一宇宙速度;
该星球质量;
周期为的绕该星球做匀速圆周运动的卫星,离该星球表面的高度。
答案和解析
1.C 2.B 3.D 4.C 5.B 6.B 7.C 8.A 9.B 10.B 11.A 12.C
13.【答案】;
宇宙飞船运动的周期 ;行星表面的重力加速度;
;。
【解答】要测量行星的半径和质量,根据重力等于万有引力,有,根据万有引力提供向心力,有,由以上两式解得,。根据力的平衡有,宇宙飞船在绕行星表面运行的过程中应用秒表直接测量的物理量是宇宙飞船运动的周期,宇航员在着陆后用弹簧秤测钩码的重力,间接测量行星表面的重力加速度。
因而需要用计时表测量宇宙飞船运动的周期,用天平测量质量,用弹簧秤测量重力;
故选ABC。
由第一问讨论可知,需要用计时表测量宇宙飞船运动的周期,用天平测量质量,用弹簧秤测量重力,间接测量的物理量是行星表面的重力加速度;
由以上公式可解得,。
14.【答案】物体与接触面间几乎没有压力,摩擦力几乎为零;
圆周运动的半径;
【解答】
弹力是产生摩擦力的前提条件,没有摩擦力一定没有弹力。由题,物体与桌面间的摩擦力可以忽略不计,其原因是物体与接触面间几乎没有压力,摩擦力几乎为零;
据题,物体在桌面上做匀速圆周运动,物体与桌面间的摩擦力忽略不计,由弹簧秤的拉力提供物体的向心力。根据牛顿第二定律得:,得到:所以实验时需要测量的物理量是弹簧秤示数、圆周运动的半径和周期。
故答案为:物体与接触面间几乎没有压力,摩擦力几乎为零;圆周运动的半径;。
15.【答案】解:由题意可知星球表面重力加速度为:,
根据得到:。
由可知势能公式为:,
由机械能守恒得到:,
解得。
答:星球的第一宇宙速度为。
星球的第二宇宙速度为。
16.【答案】解:表面处引力等于重力,有:,得;
由第一宇宙速度为近地卫星运行速度,由重力提供向心力得:,得;
卫星做圆周运动,由万有引力提供向心力得:,卫星周期为:
联立方程求解得
答:月球的质量为
月球的第一宇宙速度为
“嫦娥四号”探测卫星离月球表面的高度为
17.【答案】解:物体竖直上抛过程,
解得星球表面重力加速度 ;
第一宇宙速度即为近地卫星的速度,由牛顿第二定律:
解得第一宇宙速度;
在星球表面:
解得星球质量;
卫星绕该星球做匀速圆周运动,由牛顿第二定律:
解得离该星球表面的高度。
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