第三章 万有引力定律 练习题（word版含答案）

第三章《万有引力定律》练习题2021-2022学年高一下学期物理教科版（2019）必修第二册
一、单选题
1．如图所示，2021年12月9日，翟志刚、王亚平、叶光富三名航天员在“中国空间站”以天地互动的方式进行了8项太空授课项目，取得了非常好的效果。若将“中国空间站”绕地球的运动视为匀速圆周运动，已知“中国空间站”的质量为m，运动轨道半径为r。将地球视为质量分布均匀的球体，其质量为M，引力常量为G，则地球对“中国空间站”的万有引力大小为（　　）
A． B． C． D．
2．2020年12月17日，嫦娥五号任务轨道器和返回器在距地球5000公里的圆轨道处实施分离，返回器携带月球样品将变轨返回地球，轨道器在完成任务后将开展拓展任务，启程飞往距地球约150万公里的日地拉格朗日点L1进行环绕飞行并开展探测实验。在日地拉格朗日点L1，轨道器在太阳和地球引力的共同作用下，与太阳和地球保持相对静止，与地球同步绕太阳运动，下列说法正确的是（　　）
A．在分离前，轨道器和返回器一起环绕地球飞行的速度大于第一宇宙速度
B．在分离后，返回器应需加速才能离开原轨道飞回地球
C．在分离后，轨道器应需加速才能离开原轨道飞往日地拉格朗日点L1
D．在日地拉格朗日点L1，轨道器所受的合外力为零
3．2021年10月16日，“长征二号”遥十二运载火箭成功将载有三名航天员的“神舟十三号”飞船送入预定轨道，并顺利实现其与“天和”核心舱对接。下列说法正确的是（　　）
A．载人飞船加速上升过程中，三名航天员均处于失重状态
B．对接过程中，神舟飞船与“天和”核心舱均可看成质点
C．飞船环绕地球运行过程中，航天员对核心舱有压力作用
D．王亚平做“太空欢乐球”实验中，泡腾片在水球内产生的小气泡没有离开水球，是由于气泡及水球处于完全失重状态
4．关于开普勒第三定律公式，下列说法正确的是（　　）
A．公式只适用于绕太阳沿椭圆轨道运行的行星
B．公式适用于宇宙中所有围绕恒星运动的行星
C．式中的k值，对所有行星和卫星都相等
D．式中的T代表行星自转的周期
5．地球可看作半径为的均质球体，已知地球同步卫星绕地球做圆周运动的周期为，地球表面的重力加速度大小为（不考虑地球自转造成的影响），则同步卫星距地面的高度为（　　）
A． B． C． D．
6．研究表明，地球自转在逐渐变慢，3亿年前地球自转的周期约为22小时。假设这种趋势会持续下去，地球的其他条件都不变，未来人类发射的地球同步卫星与现在相比（　　）
A．距地球的高度变大
B．向心加速度变大
C．线速度变大
D．加速度变大
7．北斗导航系统又被称为“双星定位系统”，具有导航、定位等功能。“北斗”系统中两颗工作卫星1和2均绕地心O做匀速圆周运动，轨道半径均为r，某时刻两颗工作卫星分别位于轨道上的A、B两位置，如图所示。若卫星均顺时针运行，地球表面处的重力加速度为g，地球半径为R，不计卫星间的相互作用力。以下判断正确的是（　　）
A．两颗卫星的角速度相同，它们之间的距离为
B．两颗卫星所受的向心力大小一定相等
C．卫星1由位置A运动到位置B所需的时间可能为
D．如果要使卫星2追上卫星1，一定要使卫星2加速
8．2019年1月3日10时26分，“嫦娥四号”探测器在月球背面成功软着陆。发射后“嫦娥四号”探测器经过约110小时奔月飞行，到达月球附近成功实施近月制动，被月球捕获。如图，其发射过程简化如下：探测器从地球表面发射后，进入地月转移轨道，经过A点时变轨进入距离月球表面高的圆形轨道I，在轨道Ⅰ上做匀速圆周运动，经过B点时再次变轨进入椭圆轨道Ⅱ，之后将变轨到近月圆轨道Ⅲ做匀速圆周运动，经过一段时间最终在C点着陆，已知月球半径为R。下列说法正确的是（　　）
A．探测器在轨道Ⅰ、Ⅱ上运动周期之比为
B．探测器在轨道Ⅰ、Ⅲ上的加速度之比为1：4
C．探测器在轨道Ⅰ上运行速度小于在轨道Ⅱ上经过B点时的速度
D．探测器在地月转移轨道上经过A点时应向后喷气实施变轨
9．宇宙中两颗靠得比较近的恒星，只受到彼此之间的万有引力作用互相绕转，称为双星系统。设某双星系统A、B绕其连线上的某点O做匀速圆周运动，如图所示，AO＞OB，则（　　）
A．星球A受到的引力一定大于星球B受到的引力
B．星球A的质量一定大于星球B的质量
C．星球A的角速度一定大于星球B的角速度
D．星球A的线速度一定大于星球B的线速度
10．人造卫星、宇宙飞船、航天飞机等航天器进入轨道后可近似认为绕地球做匀速圆周运动，航天器舱中的人和物将随航天器一起做圆周运动，若某宇航员手托着一个小球静止站立于航天器内，下列说法正确的是（　　）
A．小球在太空中将失去惯性
B．宇航员对小球的支持力大小等于小球的重力
C．太空舱中，宇航员利用台秤无法测出小球的质量
D．航天器运行时与地球之间将不存在相互作用力
11．2021年2月24日，“天问一号” 探测器进入火星停泊轨道，并于5月15日成功着陆于火星乌托邦平原。若火星半径为R，质量为M，引力常量为G，着陆前质量为m的“天问一号” 距火星表面高度h，则此时火星对“天问一号”的万有引力大小为（　　）
A． B． C． D．
12．英国《自然》杂志、美国太空网2017年4月19日共同发布消息称，一颗温度适中的岩态行星LHS 1140b在经过小型LHS 1140矮恒星时发生凌星现象。这颗新发现的“超级地球”与恒星的距离、岩石构成以及存在液态水的可能性，使其成为目前寻找外星生命的最佳选择。假设行星LHS 1140b绕LHS 1140恒星和地球绕太阳的运动均看作匀速圆周运动，下表是网上公布的相关数据，则下列说法正确的是（　　）
恒星 太阳 质量为M
LHS 1140 质量为0.6M
行星 地球 质量为m轨道半径为r
LHS 1140b 质量为6.6m轨道半径为1.4r
A．LHS 1140b与地球运行的速度大小之比为
B．LHS 1140b与地球运行的周期之比为
C．LHS 1140b的第一宇宙速度与地球的第一宇宙速度之比为
D．LHS 1140b的密度是地球密度的倍
二、填空题
13．如图所示两球间的距离为r，两球的质量分布均匀，大小分别为、，半径分别为、，引力常量为G，则两球间的万有引力大小为 ___________________．
14．某一个物理量X的表达式为，其中是角速度，V是体积，G是万有引力常量，据此可以判断X是________（填物理量名称）。它的单位是__________（填“基本”或“导出”）单位。
15．如图是一次卫星发射过程，先将卫星发射进入绕地球的较低圆形轨道Ⅰ，然后在a点使卫星进入椭圆形的转移轨道Ⅱ，再在椭圆轨道的远地点b使卫星进入同步轨道Ⅲ，已知Oa距离为r、Ob距离为2r，则卫星在轨道Ⅰ的速率_______卫星在轨道Ⅲ的速率（填“大于”、“等于”或“小于”），卫星在轨道Ⅰ的周期与卫星在轨道Ⅲ的周期之比为_________。
16．地球的同步卫星线速度为、周期为、向心加速度为，地球近地卫星的线速度为、周期为、向心加速度为。则______（填“>”，“<”或“=”）；______（填“>”，“<”或“=”）；______（填“>”，“<”或“=”）．
三、解答题
17．宇宙中存在着各种各样的天体。地球与太阳之间的距离为r，地球做匀速圆周运动的周期为T。某中子星的质量大约与太阳的质量相等，但半径比太阳小很多，设半径为R。
（1）求该中子星表面的自由落体加速度g；
（2）一小卫星贴近该中子星表面做圆周运动，求该卫星的速度v。
18．我国的量子科学实验卫星“墨子号”于2016年8月16日在酒泉成功发射，其升空后围绕地球的运动可视为匀速圆周运动，离地面的高度为500km（如图）。已知地球的质量约为6.0×1024kg，地球的半径约为6.4×103km，求“墨子号”运动的线速度大小和周期。
19．火星质量是地球质量的0.1倍，半径是地球半径的0.5倍，火星被认为是除地球之外最可能有水（有生命）的星球。如图所示，在经历了4.8亿公里星际旅行的美国火星探测器“勇气”号成功在火星表面上着陆，据介绍，“勇气”号在进入火星大气层之前的速度大约是声速的1.6倍，为了保证“勇气”号安全着陆，科学家给它配备了隔热舱、降落伞、减速火箭和气囊等。进入火星大气层后，先后在不同的时刻，探测器上的降落伞打开，气囊开始充气、减速火箭点火。当探测器在着陆前3s时，探测器的速度减为零，此时，降落伞的绳子被切断，探测器自由落下，求探测器自由下落的高度。假设地球和火星均为球体，由于火星的气压只有地球的大气压强的1%，则探测器所受阻力可忽略不计。（取地球表面的重力加速度g＝10m/s2）
20．某卫星地面站向地球同步通信卫星发送无线电波，经它立即转发到另一卫星地面站，测得从发送开始到地面站接收到电磁波的时间为0.24s，取地球半径为6400km。据此条件估算地球的质量为多少千克。（结果取1位有效数字，G=6.67×10-11N·m2/kg2）
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
2．C
3．D
4．B
5．D
6．A
7．C
8．A
9．D
10．C
11．A
12．B
13．
14． 质量 基本
15． 大于
16． < > <
17．（1）；（2）
18．；5.7×103s
19．18m
20．6×1024kg
答案第1页，共2页
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