湖南省衡阳县第四中学2022-2023学年高一下学期第六次测试物理试题（含解析）

衡阳县第四中学2022-2023学年高一下学期第六次测试物理试题
一、选择题（每小题6分，共72分）
1.2021年6月17日我国神舟十二号载人飞船入轨后，按照预定程序，与在同一轨道上运行的“天和”核心舱交会对接，航天员将进驻“天和”核心舱。交会对接后神舟十二号飞船与“天和”核心舱的组合体轨道不变，将对接前飞船与对接后的组合体对比，下面说法正确的是( )
A.组合体的环绕速度大于神舟十二号飞船的环绕速度
B.组合体的环绕周期大于神舟十二号飞船的环绕周期
C.组合体的向心加速度大于神舟十二号飞船的向心加速度
D.组合体所受的向心力大于神舟十二号飞船所受的向心力
2.现代宇宙学告诉我们，恒星在演变过程中，会形成密度很大的天体，如白矮星、中子星或黑洞。据推测，中子星物质的质量是，则中子星的密度约( )
A. B. C. D.
3.2020年11月24日4时30分，在中国文昌航天发射场，长征五号遥五运载火箭成功发射了探月工程嫦娥五号探测器，开启了中国首次地外天体采样返回之旅。假设“嫦娥五号”在月球着陆前，先在距离月球表面高度为h的轨道上绕月球做匀速圆周运动，测得t时间内转过的圆心角为θ，已知月球半径为R，引力常量为G，则下列说法中正确的是( )
A.“嫦娥五号”的线速度大小为 B.“嫦娥五号”的运行周期为
C.月球的质量是 D.月球的质量是
4.太空电梯是人类构想的一种通往太空的设备，它的作用是将人和物体送入空间站。假设太空电梯竖直向上匀速运动，它从地面上带了重64N的植物种子，当太空电梯上升到某高度时发现种子的重力“变成”了36N。已知地球的半径为R，不考虑地球的自转，则此时太空电梯距地面的高度为( )
A.R B. C. D.
5.科学家米歇尔-麦耶(Michel Mayor)和迪迪埃·奎洛兹(Didier Queloz)因对系外行星的研究而获得诺贝尔物理学奖.他们发现恒星“飞马座51”附近存在一较大的行星，两星体在万有引力的作用下，围绕二者连线上的某点做周期相同的匀速圆周运动.已知恒星与行星之间的距离为L，恒星做圆周运动的半径为R、周期为T，引力常量为G.据此可得行星的质量为( )
A. B. C. D.
6.2018年12月12日，我国发射的“嫦娥四号”探测器进入环月轨道1，12月30日实施变轨进入环月轨道2.其飞行轨道如图所示，p点为两轨道的交点.如果嫦娥四号探测器在环月轨道1和环月轨道2上运动时，只受到月球的万有引力作用，环月轨道1为圆形轨道，环月轨道2为椭圆轨道.则以下说法正确的是( )
A.若已知嫦娥四号探测器环月轨道1的半径、运动周期和引力常量，则可以计算出月球的密度
B.若已知嫦娥四号探测器环月轨道2的近月点到月球球心的距离、运动周期和引力常量，则可以计算出月球的密度
C.嫦娥四号探测器在环月轨道2上经过p点的速度小于在环月轨道1上经过P点的速度
D.嫦娥四号探测器在环月轨道2时，从近月点运动向远月点P的过程中，加速度变大
7.如图所示，2021年2月我国“天问一号”火星探测器先由地火转移轨道1进入火星停泊轨道2，进行相关探测后进入较低的轨道3开展科学探测，则探测器( )
A.在轨道2与轨道3同一近火点的加速度相等
B.在轨道2上近火点的机械能比远火点的机械能小
C.在轨道1上的运行速度不超过地球的第一宇宙速度
D.在轨道2上近火点加速可进入轨道3
8.2022年6月6日，神舟十四号在轨期间将开展24项航天医学实验，此项活动对航天医学领域有着重要意义。已知神州十四号的运行轨道距离地面约为，距离地心约为1.06倍地球半径，可以近似看成圆周运动。同步卫星距离地心约为6.6倍地球半径，下列说法正确的是( )
A.神舟十四号在轨运行的角速度比同步卫星大
B.神舟十四号在轨运行的线速度比同步卫星小
C.神舟十四号相对地面保持相对静止
D.神舟十四号在轨的运行速度大于第一宇宙速度，小于第二宇宙速度
9.如图所示为“嫦娥五号”探月过程的示意图.探测器在圆形轨道Ⅰ上运动，到达轨道的A点时变轨进入椭圆轨道Ⅱ，变轨前后的速度分别为和；到达轨道Ⅱ的近月点B时再次变轨进入近月轨道Ⅲ绕月球做圆周运动，变轨前后的速度分别为和，则探测器( )
A.在A点变轨需要加速
B.在轨道Ⅱ上从A点到B点，速度变小
C.在轨道Ⅱ上经过B点的加速度大于在轨道Ⅲ上经过B点的加速度
D.四个速度大小关系满足
10.2021年10月17日，“神舟十三号”载人飞船出征太空。11月7日，航天员王亚平成为中国首位进行出舱活动的女航天员。王亚平在中国空间站“天和”核心舱中一天可以看到16次日出日落。我国的北斗同步卫星也在太空为我们提供导航通信服务。下列说法正确的是( )
A.“神舟十三号”的发射速度为第二宇宙速度
B.“天和”核心舱围绕地球运动的速度为第一宇宙速度
C.“天和”核心舱围绕地球运动的周期是北斗同步卫星周期的
D.“天和”核心舱的向心加速度比北斗同步卫星的向心加速度大
11.如图所示，甲、乙两颗卫星以相同的轨道半径分别绕质量为M和的行星做匀速圆周运动，下列说法正确的是( )
A.甲的向心加速度比乙的小 B.甲的运行周期比乙的小
C.甲的角速度比乙的大 D.甲的线速度比乙的大
12.如图所示，某行星甲位于椭圆轨道I的一个焦点C上，卫星乙仅受甲的万有引力作用沿椭圆轨道I逆时针运动（甲、乙均视为质点），已知。卫星乙在某一时刻经过A点时变轨进入以C为圆心的圆形轨道Ⅱ做匀速圆周运动，以下说法正确的是( )
A.卫星乙在轨道I上的机械能小于在轨道Ⅱ上的机械能
B.卫星乙在轨道I上运动时，从D到E的时间大于从E到A的时间
C.卫星乙在轨道I上的运行周期是在轨道Ⅱ上运行周期的27倍
D.卫星乙在两个轨道运动时，经过A点的加速度大小不相等
二、计算题（本题共2小题，共28分）
13.（14分）2016年7月5日，美国宇航局召开新闻发布会，宣布已跋涉27亿千米的朱诺号木星探测器进入木星轨道。若探测器在t时间内绕木星运行N圈，且这N圈都是绕木星在同一个圆周上运行，其运行速率为v。探测器上的照相机正对木星拍摄整个木星时的视角为θ（如图所示），设木星为一球体。求：
（1）木星探测器在上述圆形轨道上运行时的轨道半径；
（2）木星的第一宇宙速度。
14.神奇的黑洞是近代引力理论所预言的一种特殊天体,探寻黑洞的方案之一是观测双星系统的运动规律.天文学家观测河外星系大麦哲伦星云时,发现了LMCX–3双星系统,它由可见星A和不可见的暗星B构成,两星视为质点,不考虑其他天体的影响,围绕两者连线上的O点做匀速圆周运动,它们之间的距离保持不变,如图所示.引力常量为G,由观测能够得到可见星A的速率v和运行周期T.
(1)可见星A所受暗星B的引力可等效为位于O点处质量为的星体(视为质点)对它的引力,设A和B的质量分别为,试求(用表示);
(2)求暗星B的质量与可见星A的速率v、运行周期T和质量之间的关系式.
答案以及解析
1.答案：D
解析：AB.由
可得
可见与质量m无关，周期与环绕速度不变，故A、B错误；
C.由
可得
可知向心加速度与质量m无关，故C错误；
D.向心力为
组合体的质量大于神舟十二号飞船的质量，则组合体所受的向心力大于神舟十二号飞船所受的向心力，故D正确。故选D。
2.答案：C
解析：依题意，有
，
根据密度公式，有
可得中子星的密度约为
故选C。
3.答案：C
解析：A.根据角速度定义式，有
根据线速度与角速度的关系，有
故A错误；
B.根据周期公式，有
故B错误；
C.根据万有引力提供向心力，有
解得
故C正确；
D.根据上一选项分析，可知D错误。
故选C。
4.答案：B
解析：物体静止在地面时，根据重力等于万有引力有，物体在某高度时，联立解得，故选B。
5.答案：B
解析：由万有引力提供恒星做圆周运动的向心力得，解得行星的质量，故B正确，A、C、D错误.
6.答案：C
解析：由万有引力提供向心力可得：，则圆轨道的周期公式，则可计算出月球质量M，但月球半径R未知，所以算不出月球密度，故A错误；因为2轨道为椭圆轨道用不了圆轨道的周期公式，且月球半径R未知，同理计算不出月球密度，故B错误；探测器在1轨道的P减速后才能变轨到2轨道，故C正确；由近月点向远月点P运动过程中，探测器与月心距离增大，则引力减小，由牛顿第二定律加速度应变小，故D错误.
7.答案：A
解析：A.在轨道2与轨道3同一近火点只受万有引力，产生的加速度相等，A正确；
B.在轨道2上运动时，只有引力做功，则机械能不变，B错误；
C.在轨道1上的运行速度要超过第二宇宙速度小于第三宇宙速度，C错误；
D.在轨道2上近火点减速做近心运动可进入轨道3，D错误。
故选A。
8.答案：A
解析：A、二者都围绕地球做圆周运动，由万有引力提供向心力，所以有得，可见半径越大角速度越小，所以神舟十四号角速度大于同步卫星，故A正确；
B、同理有，可得线速度，可见神舟十四号线速度大于同步卫星，故B错误；
C、根据知，神舟十四号周期小于同步卫星，所以不可能和地面保持相对静止，故C错误；
D、只有贴着“地球表面”飞行的卫星的运行速度才能达到第一宇宙速度，而神舟十四号轨道半径略大于地球半径，运行远度必然略小于第一宇宙速度，故D错误；
9.答案：D
解析：探测器在圆形轨道Ⅰ上运动，到达轨道的A点时变轨进入椭圆轨道Ⅱ，轨道半长轴变小，做近心运动，故需要在A点减速，故A错误；探测器在轨道Ⅱ上从A点到B点，月球与探测器间的万有引力对探测器做正功，探测器动能增大，速度增大，故B错误；根据牛顿第二定律可知，则探测器在轨道Ⅱ上经过B点的加速度等于在轨道Ⅲ上经过B点的加速度，故C错误；探测器到达轨道Ⅱ的近月点B时再次变轨做近心运动，所以需要减速，故，由A选项分析可知，，根据可知在圆周运动中，轨道半径大则速度小，即，故，故D正确.
10.答案：D
解析：A.“神舟十三号”在地球引力范围内运动，发射速度小于第二宇宙速度，选项A错误；
B.“天和”核心舱离地面有一定的高度，环绕速度小于第一宇宙速度，选项B错误；
C.一天可以看到16次日出日落，则周期约为90分钟，“天和”核心舱绕地球做圆周运动的周期约为同步卫星周期的不，选项C错误；
D.据开普勒第三定律，知“天和”核心舱离地面的高度比北斗同步卫星低，根据，解得，所以“天和”核心舱的向心加速度比北斗同步卫星的大，选项D正确。
故选D。
11.答案：A
解析：设中心天体质量为M，由万有引力提供向心力得，变形得，，只有周期T和M成减函数关系，而和M成增函数关系，故选A。
12.答案：B
解析：本题考查万有引力定律及开普勒定律。卫星乙由高轨道进入低轨道要在A点减速，乙的机械能减小，故A错误；根据开普勒第二定律可知，卫星在近地点速率最大，在远地点速率最小，而从D到E与从E到A的路程相同，平均速率越大，所用时间越短，故B正确；设轨道Ⅱ半径为R，则轨道I的半长轴为，根据开普勒第三定律可知，则乙在轨道I上的运行周期是在轨道Ⅱ上运行周期的倍，故C错误；卫星乙在两个轨道运动时，经过A点时所受万有引力相等，则加速度大小相等，故D错误。
13.答案：（1）
（2）
解析：解：（1）设木星探测器在题述圆形轨道运行时，轨道半径为r，由，可得
由题意可知，
联立解得
（2）探测器在圆形轨道上运行时，设木星的质量为M，探测器的质量为m，万有引力提供向心力，得
设木星的第一宇宙速度为，半径为R，有
联立解得
由题意可知
解得
14.答案：(1)
(2)
解析：(1)设的圆轨道半径分别为,由题意知,做匀速圆周运动的角速度相同,设为ω.由牛顿运动定律,有
,
设之间的距离为r,又,由上述各式得①,
由万有引力定律,有,
将①代入得,
令,
可得.
(2)由牛顿第二定律,有,又可见星A的轨道半径,则.