3.3预言未知星体 计算天体质量同步练习（Word版含答案）

3.3预言未知星体 计算天体质量同步练习2021—2022学年高中物理教科版（2019）必修第二册
一、选择题（共15题）
1．2019年1月3日10时26分，嫦娥四号探测器成功着陆在月球背面预选着陆区，并通过“鹊桥”中继星传回了世界第一张近距离拍摄的月背影像图，揭开了古老月背的神秘面纱。已知地球和月球的半径之比约为4：1，地球的密度与月球的密度之比约为3：2，则探测器在地球表面受到的引力与在月球表面受到的引力之比约为（　　）
A．8：3 B．6：1 C．16：3 D．32：9
2．在物理学的发展过程中。许多物理学家的科学研究推动了人类文明进程，下列描述符合史实的是（ ）
A．伽利略通过“理想斜面实验”提出了能量的概念和能量守恒的思想
B．开普勒总结了行星运动的规律，并指出地球绕太阳运动是因为受到来自太阳的引力
C．卡文迪许在实验室里通过扭秤实验测出了引力常量G的数值
D．牛顿通过比较月球公转的向心加速度和地球赤道上物体随地球自转的向心加速度，对万有引力定律进行了“月地检验”
3．已知地球质量是月球质量的倍，地球半径是月球半径的倍，下列结论正确的是（　　）
A．地球表面和月球表面的重力加速度的比值为
B．环绕地球表面和月球表面运行的卫星的速率的比值为
C．环绕地球表面和月球表面运行卫星的周期的比值为
D．环绕地球表面和月球表面运行卫星的角速度的比值为
4．若有一艘宇宙飞船绕某一行星做匀速圆周运动，它到行星表面的距离等于行星半径，测得其周期为T，已知引力常量为G，那么该行星的平均密度为（ ）
A． B． C． D．
5．利用下列哪组数据及万有引力常量G，可以计算出地球质量的是（ ）
A．地球绕太阳公转的周期及地球绕太阳公转的轨道半径
B．月球绕地球运行的周期及月球绕地球运行的轨道半径
C．放在赤道上的物体随地球自转的速度及运行周期
D．神舟七号绕地球运行的周期及地球的半径
6．2018年2月2日，我国成功将电磁监测试验卫星“张衡一号”发射升空，标志我国成为世界上少数拥有在轨运行高精度地球物理场探测卫星的国家之一．若卫星工作轨道为圆轨道，运行周期为T，并已知地球的半径R，地球表面的重力加速度g，以及引力常量G．根据以上数据不能求出的是（ ）
A．地球的质量 B．卫星离地高度
C．卫星线速度的大小 D．卫星向心力的大小
7．暗物质（Dark Matter）是一种比电子和光子还要小的物质，不带电荷，不与电子发生干扰，能够穿越电磁波和引力场，是宇宙的重要组成部分。瑞士天文学家弗里兹·扎维奇观测螺旋星系旋转速度时，发现星系外侧的旋转速度较牛顿引力预期的快，故推测必有数量庞大的暗物质拉住星系外侧，以使其不致因过大的离心力而脱离星系。假设暗物质及其星体均匀分布在球形星系内，观察发现星系外侧的旋转速度较牛顿引力预期的快十倍以上。据此推测可知道暗物质的质量是其中恒星数量计算所得到的质量值的倍数为（　　）
A．1000倍之上 B．100倍之上 C．10倍之上 D．2倍之上
8．航员站在星球表面上某高处，沿水平方向抛出一小球，经过时间t小球落回星球表面，测得抛出点和落地点之间的距离为L.若抛出时的速度增大为原来的2倍，则抛出点到落地点之间的距离为．.已知两落地点在同一水平面上，该星球半径为R，求该星球的质量是
A． B． C． D．
9．在平均密度为ρ、半径为R的某星球表而上，以初速度v0竖直向上抛出一个物体，该物体上升的最大高度是(已知引力常量为G)
A． B． C． D．
10．天文观测发现某行星的一颗人造卫星绕该行星表面公转的周期约为3小时，已知地球近地卫星的的公转周期约为1.5小时，则该行星和地球的平均密度之比为（　　）
A．1：4 B．1：5 C．1：6 D．1：7
11．采用不同的方法来估算银河系的质量，会得出不同的结果．例如按照目测估算，在离银河系中心距离的范围内聚集的质量，其中是地球公转轨道半径，是太阳质量．假设银河系的质量聚集在中心，如果观测到离银河系中心距离处的一颗恒星的周期为年，那么银河系中半径为的球体内部未被发现的天体的质量约为（ ）
A． B． C． D．
12．年月日上午点分我国“神舟”十二号载人飞船发射圆满成功，不久前我国自主研发的空间站“天和”核心舱成功发射并入轨运行，若核心舱绕地球的运行可视为匀速圆周运动，已知引力常量，由下列物理量能计算出地球质量的是（ ）
A．核心舱的质量和绕地半径 B．核心舱的质量和绕地周期
C．核心舱的绕地角速度和绕地周期 D．核心舱的绕地线速度和绕地半径
13．若银河系内每个星球贴近其表面运行的卫星的周期用T表示,被环绕的星球的平均密度用 表示. 与 的关系图象如图所示,已知万有引力常量.则该图象的斜率约为( )
A．
B．
C．
D．
14．地球表面重力加速度为、地球的半径为、地球的质量为，某飞船飞到火星上测得火星表面的重力加速度为、火星的半径为，由此可得火星的质量为（ ）
A． B． C． D．
15．“嫦娥一号”卫星发射后通过自带的小型火箭多次变轨，进入地月转移轨道，最终被月球引力捕获，成为绕月卫星，并开展对月球的探测．已知卫星绕月运动的周期约为127分钟，月球绕地球运动的轨道半径与卫星绕月球运动的轨道半径之比约为220．利用上述数据以及日常的天文知识，可估算出地球对卫星与月球对卫星的万有引力的比值约为（ ）
A． B．0.6 C．2 D．
二、填空题（共4题）
16．被人誉为从笔尖上发现的行星是太阳系八大行星中的___________星。
17．在电影短片《登陆阿尔法46号星球》中，宇航员尤利·列农找到了木星的阿尔法46号卫星，他驾驶宇宙飞船飞近并进入靠近该卫星表面的圆形轨道绕行数圈后，成功着陆．飞船上备有以下实验器材：精确秒表一个，已知质量为m的物体一个，弹簧测力计一个．已知宇航员测得飞船在该卫星表面的圆形轨道上绕行N圈的时间为t，安全着陆后，用弹簧秤测得物体的重力为F．依据测量数据，可求出该卫星的半径R表达式为_____，该卫星质量M表达式为______．
18．嫦娥五号月球探测器由“长征五号”运载火箭在中国文昌卫星发射中心发射升空，顺利完成任务后返回地球。若已知月球半径为R，“嫦娥五号”在距月球表面高度为R的圆轨道上飞行，周期为T，万有引力常量为G，月球表面重力加速度为________，若已知月球的近月卫星的周期为95分钟，引力常量，则估算月球的平均密度为______（此问保留一位有效数字）。
19．宇宙飞船进入靠近某行星表面的圆形轨道，绕行数圈后着陆在该行星上，宇航员在绕行及着陆后各做一次测量，依据所测量的数据，可以求出该行星的质量M、半径R（已知引力常量为G）. 如果宇宙飞船上备有的实验仪器有：
A．一只秒表
B．一个弹簧秤
C．一个质量为m的钩码
D．一把毫米刻度尺
（1）宇航员两次测量所选用的仪器分别是__________和___________.
（2）宇航员两次测量的物理量分别是___________和___________.
（3）用测得的数据求得该行星的半径R＝___________，质量M=__________.
三、综合题（共4题）
20．质量为m的探月航天器在距月球表面某一高度的轨道上飞行，其运动视为匀速圆周运动．已知月球半径为R，月球表面重力加速度为g，引力常量为G，航天器绕行的周期为T，不考虑月球自转的影响，求：
（1）月球密度；
（2）航天器距月球表面的高度h的值．
21．取引力常量G＝6.67×10－11 N·m2/kg2，地球表面重力加速度g＝9.8 N/kg，地球半径R＝6400 km，月球绕地球转动的周期T＝27天，试估算：（以下计算结果均取整数）
(1)地球质量；
(2)月球绕地球公转半径与地球半径的比值。
22．我国在2008年10月24日发射了“嫦娥一号”探月卫星．同学们也对月球有了更多的关注．
(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，月球绕地球的运动可近似看作匀速圆周运动，试求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竖直向上抛出一个小球，经过时间t，小球落回抛出点．已知月球半径为r，万有引力常量为G，试求出月球的质量
23．嫦娥五号是我国首个实施无人月面取样返回的月球探测器。2020年11月29日，嫦娥五号从椭圆环月轨道变轨为圆形环月轨道，环月轨道对应的周期为T，离月面高度为h，如图所示。已知月球半径为R，万有引力常量为G。
（1）求月球的质量M；
（2）求月球表面的重力加速度大小g。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
2．C
3．B
4．B
5．B
6．D
7．B
8．B
9．A
10．A
11．A
12．D
13．C
14．A
15．A
16．海王星
17．
18．
19． （1）A BC （2）飞船环绕星球的周期T 弹簧秤悬挂质量为m的钩码时弹簧秤的示数F （3）
20．(1) (2)
21．(1)6×1024 kg；(2)59
22．(1)；(2)．
23．(1)；(2)
答案第1页，共2页