4.2 万有引力定律的应用 课时作业(Word版含答案)

4.2 万有引力定律的应用 课时作业
一、单选题
1．（2022·全国·模拟预测）已知地球半径为R，地球质量为m，太阳与地球中心间距为r，地球表面的重力加速度为g，地球绕太阳公转的周期为T，则太阳的质量为（　　）
A． B．
C． D．
2．（2022·浙江·云和县云和中学高一开学考试）“天宫课堂”在2021年12月9日正式开讲，神舟十三号乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富在中国空间站进行太空授课，王亚平说他们在距离地球400km的空间站中一天内可以看到16次日出。已知地球半径为6400km，万有引力常数，忽略地球的自转。若只知上述条件，则不能确定的是（　　）
A．空间站的加速度
B．地球的第一宇宙速度
C．空间站与地球的万有引力
D．地球同步卫星与空间站的线速度大小的比值
3．（2022·河南驻马店·高一期末）2021年，某杂志上的一篇文章中描述了一颗质量达到木星级别的气态行星，绕银河系内的一顆白矮星做匀速圆周运动。已知地球绕太阳微圆周运动的轨道半径为r，若该白矮星的质量约为太阳的一半，气态行星绕白矮星做圆周运动的轨道半径约为3r。取1年，，，则可估算出该气态行星的角速度约为（　　）
A． B． C． D．
4．（2022·上海·模拟预测）在半径为R1的K星球表面竖直向上提起一质量为m1的物体，拉力F与物体加速度a的关系如图线1所示。在半径为R2的T星球表面竖直向上提起一质量为m2的物体，拉力F与物体加速度a的关系如图线2所示。设两星球密度相等，质量分布均匀。则（　　）
A．m1：m2＝3：1，R1：R2＝1：2
B．m1：m2＝3：2，R1：R2＝3：1
C．m1：m2＝3：1，R1：R2＝2：3
D．m1：m2＝3：2，R1：R2＝2：1
5．（2021·云南·昆明一中模拟预测）某宇航员到达一自转较慢的星球后，在星球表面用图示装置展开了研究。如图，长为L=5 m的轻绳一端固定于O点，另一端连接一小球（可视为质点），让小球在水平面内做圆周运动，绳和竖直方向成θ=37°角时，周期为T=π s。已知该星球半径为地球半径的5倍，地球表面重力加速度g=10 m/s2，该星球的质量和地球质量的比值为（　　）
A．10∶1 B．20∶1 C．30∶1 D．40∶1
6．（2021·安徽省亳州市第五完全中学高一期中）“探月热”方兴未艾，“嫦娥三号”于2013年12月2日发射升空，其所搭载的“玉兔”月球车成功降落月球。若已知月球质量为，半径为R，引力常量为G，以下说法正确的是（　　）
A．若在月球上以初速度竖直上抛一个物体，则物体上升的最大高度为
B．若在月球上以初速度竖直上抛一个物体，则物体落回到抛出点所用时间为
C．若在月球上发射一颗绕月球做圆周运动的卫星，则最大运行速度为
D．若在月球上发射一颗绕月球做圆周运动的卫星，则最小周期为
7．（2022·江苏·模拟预测）“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r的圆形轨道Ⅰ上绕月球运行，周期为T.某时刻“嫦娥四号”在A点变轨进入椭圆轨道Ⅱ，在月球表面的B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R，引力常量为G，则（　　）
A．在轨道Ⅱ上A和B两点的加速度之比为
B．在轨道Ⅱ上A和B两点的线速度之比为
C．从A点运动到B点的时间为
D．月球的平均密度为
8．（2021·云南·弥勒市一中高一阶段练习）某国火箭航天集团“专家”称，人类可在不久的将来，驾驶汽车人飞往火星，到达火星后可以做很多实验，以下为在火星表面所作实验，若一物体从火星表面竖直向上抛出（不计气体阻力）时的图象如图所示，则（　　）
A．该物体上升的时间为 B．该物体被抛出时的初速度为
C．该火星表面的重力加速度为 D．物体运行的轨迹是抛物线
9．（2021·湖南·株洲市第八中学高一期中）2020年12月17日，“嫦娥五号”从月球上取土归来，完成了中国航天史上一次壮举。探测器在月球表面完成取土任务返回地球升空时，在火箭推力作用下离开月球表面竖直向上做加速直线运动。一质量为的物体，水平放置在探测器内部的压力传感器上，当探测器上升到距月球表面高度为月球半径的时，探测器的加速度大小为，压力传感器的示数为。已知引力常量为，不计月球的自转，则月球表面的重力加速度大小为（　　）
A． B． C． D．
10．（2021·新疆莎车·高一期中）2021年4月29日，中国“天宫”空间站“天和核心舱”在海南文昌发射场发射升空，并准确进入预定轨道，意味着我国载人航天工程空间站组装建设进入了新的阶段。已知天和核心舱在离地球表面h高处的轨道上做周期为T的匀速圆周运动，地球表面的重力加速度为g，引力常量为G，忽略地球的自转。由以上数据不能求出的物理量是（　　）
A．地球的平均密度
B．卫星受到的万有引力
C．天和核心舱在轨飞行的速度
D．地球的半径
11．（2022·江苏·模拟预测）从“玉兔”登月到“祝融”探火，我国星际探测事业实现了由地月系到行星际的跨越。已知火星质量约为月球的9倍，半径约为月球的2倍，“祝融”火星车的质量约为“玉兔”月球车的2倍。在着陆前，“祝融”和“玉兔”都会经历一个由着陆平台支撑的悬停过程。悬停时，“祝融”与“玉兔”所受陆平台的作用力大小之比为（　　）
A．9：1 B．9：2 C．9：4 D．9：8
12．（2021·重庆一中高一开学考试）行星的平均密度为ρ，靠近其表面运行的卫星的运转周期为T1，行星的自转周期为T2，下列说法正确的是（　　）
A．ρT1是定值，该值与行星无关 B．ρT12是定值，该值与行星无关
C．ρT2是定值，该值与行星无关 D．ρT22是定值，该值与行星无关
二、填空题
13．（2021·全国·高一课前预习）计算天体的质量
（1）思路：质量为m的行星绕太阳做匀速圆周运动时，______充当向心力；
（2）关系式：；
（3）结论：，只要知道引力常量G，行星绕太阳运动的周期T和轨道半径r就可以计算出太阳的质量；
（4）推广：若已知引力常量G，卫星绕行星运动的周期和卫星与行星之间的距离，可计算出行星的质量。
14．（2021·全国·高一课前预习）月—地检验
（1）检验目的：检验地球绕太阳运动、月球绕地球运动的力与地球对树上苹果的引力是否为_____的力。
（2）检验方法：
（a）假设地球与月球间的作用力和太阳与行星间的作用力是同一种力，它们的表达式也应该满足F=_____。
（b）根据牛顿第二定律，月球绕地球做圆周运动的向心加速度a月=_____=_____（式中m地是地球质量，r是地球中心与月球中心的距离）。
（c）假设地球对苹果的吸引力也是同一种力，同理可知，苹果的自由落体加速度a苹==G（式中m地是地球的质量，R是地球中心与苹果间的距离）。
（d）=，由于r≈60R，所以=_____
（3）验证：
（a）苹果自由落体加速度a苹=g=9.8m/s2。
（b）月球中心到地球中心的距离r=3.8×108m，月球公转周期T=27.3 d≈2.36×106s，则a月=（）2r≈_____m/s2（保留两位有效数字），≈_____（数值）≈（比例）。
（4）结论：地面物体所受地球的引力、月球所受地球的引力，与太阳、行星间的引力遵从_____的规律。
15．（2018·湖南隆回·高一期末）地球表面的重力加速度大小，地球的半径为，引力常量为，由此可推导出计算人造地球卫星的最小周期表达式___________；地球的平均密度表达式___________。
16．（2020·河北·高一阶段练习）“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______。
三、解答题
17．（2022·全国·高一课时练习）我国月球探测计划“嫦娥工程”已启动，科学家对月球的探索会越来越深入。
（1）若已知地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，月球绕地球运动的周期为T，月球绕地球的运动近似看作匀速圆周运动，试求出月球绕地球运动的轨道半径；
（2）若宇航员随登月飞船登陆月球后，在月球表面某处以速度v0水平抛出一个小球，经过时间t，小球速度和水平方向成45°角。已知月球半径为R月，引力常量为G，试求出月球的质量M月。
18．（2021·江苏仪征·高一阶段练习）如图所示，A是地球的同步卫星，另一卫星的圆形轨道位于赤道平面内，离地面高度为。已知地球半径为，地球自转角速度为，地球表面的重力加速度为g，O为地球中心。
（1）求卫星的运行周期；
（2）若卫星绕行方向与地球自转方向相同，某时刻A、两卫星相距最近，则至少经过多长时间，它们再一次相距最近？
19．（2021·四川·成都七中高一期末）宇宙中有一星球，其半径为R，自转周期为T，引力常量为G，该天体的质量为M。若一宇航员来到位于赤道的一斜坡前，将一小球自斜坡底端正上方的O点以初速度v0水平抛出，如图所示，小球垂直击中了斜坡，落点为P点，求
（1）该星球赤道地面处的重力加速度g1；
（2）则P点距水平地面的高度h。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
2．C
3．C
4．A
5．D
6．A
7．C
8．C
9．B
10．B
11．B
12．B
13．万有引力
14． 同一性质 2.70×10-3 0.276×10-3 相同
15．
16． 92
17．（1）；（2）
18．（1）；（2）
19．（1）；（2）
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