2022—2023学年物理人教版2019必修第二册第七章 万有引力与宇宙航行 分层优选习题（含答案）
文档属性
| 名称 | 2022—2023学年物理人教版2019必修第二册第七章 万有引力与宇宙航行 分层优选习题（含答案） |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 206.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-06-13 07:32:55 | ||
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文档简介
2022—2023学年物理人教版2019必修第二册第七章 万有引力与宇宙航行 分层优选习题含答案
一、选择题。
1、物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步，下列说法中不符合史实的是（ ）
A．亚里士多德认为必须有力作用在物体上，物体才能运动
B．哥白尼提出了日心说，并发现了行星运动的规律
C．平均速度、瞬时速度和加速度等描述运动所需要的概念是伽利略首先建立的
D．笛卡尔认为如果运动中的物体没有受到力的作用，它将继续以同一速度沿同一直线运动
2、地球质量大约是月球质量的81倍，在“嫦娥三号”探月卫星通过月、地之间某一位置时，月球和地球对它的引力大小相等，该位置到月球中心和地球中心的距离之比为( )
A.1∶3 B.1∶9 C.1∶27 D.9∶1
3、过去几千年来，人类对行星的认识与研究仅限于太阳系内，行星“51 peg b”的发现拉开了研究太阳系外行星的序幕。“51 peg b”绕其中心恒星做匀速圆周运动，周期约为4天，轨道半径约为地球绕太阳运动半径的。该中心恒星与太阳的质量比约为( )
A. B．1 C．5 D．10
4、某星球的半径为R，在其表面上方高度为aR的位置，以初速度v0水平抛出一个金属小球，水平射程为bR，a、b均为数值极小的常数，则这个星球的第一宇宙速度为( )
A. v0 B. v0 C. v0 D. v0
5、（双选）关于时间和空间，在学习爱因斯坦相对论后我们应认识到（ ）
A.因为时间是绝对的，所以我们在不同的参考系中观察到的时间进程都是相同的
B.空间与时间之间是没有联系的
C.有物质才有空间和时间
D.在一个确定的参考系中观察，运动物体的空间距离和时间进程跟物体的运动状态有关
6、（双选）地球同步卫星离地心的距离为r，运行速率为v1，加速度为a1，地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a2，地球的第一宇宙速度为v2，半径为R，则下列比例关系中正确的是( )
A.＝ B.＝ C.＝ D.＝
7、（双选）我国在轨运行的气象卫星有两类，一类是极地轨道卫星——“风云1号”，绕地球做匀速圆周运动的周期为12 h，另一类是地球同步轨道卫星——“风云2号”，运行周期为24 h。下列说法正确的是( )
A.“风云1号”的线速度大于“风云2号”的线速度
B.“风云1号”的向心加速度大于“风云2号”的向心加速度
C.“风云1号”的发射速度大于“风云2号”的发射速度
D.“风云1号”“风云2号”相对地面均静止
8、关于天体运动，下列说法正确的是（ ）
A．太阳系中大多数行星的轨道都是圆形
B．在相等的时间内，土星与太阳的连线扫过的面积等于火星与太阳的连线扫过的面积
C．哈雷彗星运动轨迹的半长轴比地球的大，所以哈雷彗星绕太阳运动的周期比地球的小
D．开普勒行星运动三定律不仅适用于行星绕太阳的运动，也适用于卫星绕地球的运动
9、(多选)地球绕地轴自转时，对静止在地面上的某一个物体，下列说法正确的是( )
A.物体的重力并不等于它随地球自转所需要的向心力
B.在地面上的任何位置，物体向心加速度的大小都相等，方向都指向地心
C.在地面上的任何位置，物体向心加速度的方向都垂直指向地球的自转轴
D.物体随地球自转的向心加速度随着地球纬度的减小而增大
10、假设地球和火星都绕太阳做匀速圆周运动，已知地球到太阳的距离小于火星到太阳的距离，那么( )
A．地球公转的周期大于火星公转的周期
B．地球公转的线速度小于火星公转的线速度
C．地球公转的加速度小于火星公转的加速度
D．地球公转的角速度大于火星公转的角速度
11、如图所示，a、b、c、d是在地球大气层外的圆形轨道上运行的四颗人造卫星。其中a、c的轨道相交于点P，b、d在同一个圆轨道上。某时刻b卫星恰好处于c卫星的正上方。下列说法中正确的是( )
A．b、d存在相撞危险
B．a、c的加速度大小相等，且大于b的加速度
C．b、c的角速度大小相等，且小于a的角速度
D．a、c的线速度大小相等，且小于d的线速度
12、（双选）关于相对论的理解正确的是（ ）
A.在不同惯性系中，物理规律的形式可能是不同的
B.在不同惯性系中，光在真空中任何方向的传播速度均相同
C.相对论时空观认为运动物体的长度与物体的运动状态无关
D.相对论时空观认为物理过程的快慢与物体的运动状态有关
13、关于行星运动的公式=k，以下理解正确的是（ ）
A．k是一个与行星质量有关的常量 B．k与a3成正比
C．k与T2成反比 D．k与a和T均无关
14、(多选)月球表面的重力加速度为地球表面重力加速度的，一个质量为600 kg的飞行器到达月球后( )
A.在月球上的质量仍为600 kg
B.在月球表面受到的重力为980 N
C.在月球表面上方的高空中所受万有引力小于980 N
D.在月球上的质量将小于600 kg
15、月球表面重力加速度是地球表面重力加速度的，若已知月球半径约为1.72×103 km，引力常量为6.67×10－11 N·m2/kg2，地球表面重力加速度为9.8 m/s2。试估算月球质量的数量级为( )
A．1016 kg B．1020 kg C．1022 kg D．1024 kg
二、非选择题。
16、开普勒行星运动三定律不仅适用于行星绕太阳的运动，也适用于卫星绕行星的运动。“东方红一号”卫星是我国发射的第一颗人造地球卫星，由“长征一号”运载火箭送入近地点441km、远地点2368km的椭圆轨道，则“东方红一号”卫星在近地点的速度___________（填“大于”、“等于”或“小于”）在远地点的速度；已知地球同步卫星距地面高度为km，周期为24h，地球视为半径为km的球体，则“东方红一号”卫星运行的周期为__________h（结果保留一位有效数字）。
17、当物体的速度v＝0．9c（c为光速）时，物体的质量增大到原质量的________倍。
18、地球表面重力加速度为g，忽略地球自转的影响，在距地面高度为h的空中重力加速度是地面上重力加速度的几倍？已知地球半径为R。
19、21世纪初某年7月11日23时41分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号丙运载火箭，成功将“天链一号02星”送入太空。火箭飞行约26分钟后，西安卫星测控中心传来的数据表明，星箭分离，卫星成功进入地球同步转移轨道。“天链一号02星”是我国第二颗地球同步轨道数据中继卫星，又称跟踪和数据中继卫星，由中国航天科技集团公司所属中国空间技术研究院为主研制。中继卫星被誉为“卫星的卫星”，是航天器太空运行的数据“中转站”，用于转发地球站对中低轨道航天器的跟踪测控信号和中继航天器发回地面的信息的地球静止通信卫星。
（1）已知地球半径R，地球表面的重力加速度g，地球自转周期T，那么“天链一号02星”的轨道半径是什么？
（2）某次有一个赤道地面基站发送一个无线电波信号，需要位于赤道地面基站正上方的“天链一号02星”把该信号转发到同轨道的一个航天器，如果航天器与“天链一号02星”处于同轨道最远可通信距离的情况下，航天器接收到赤道地面基站的无线电波信号的时间是多少？已知地球半径为R，地球同步卫星轨道半径为r，无线电波的传播速度为光速c。
20、两颗卫星在同一轨道平面绕地球做匀速圆周运动，如图所示，地球半径为R，a卫星离地面的高度等于R，b卫星离地面高度为3R，则：
(1)a、b两卫星周期之比Ta∶Tb是多少？
(2)若某时刻两卫星正好同时通过地面同一点的正上方，则a至少经过多少个周期两卫星相距最远？
2022—2023学年物理人教版2019必修第二册第七章 万有引力与宇宙航行 分层优选习题含答案
一、选择题。
1、物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步，下列说法中不符合史实的是（ ）
A．亚里士多德认为必须有力作用在物体上，物体才能运动
B．哥白尼提出了日心说，并发现了行星运动的规律
C．平均速度、瞬时速度和加速度等描述运动所需要的概念是伽利略首先建立的
D．笛卡尔认为如果运动中的物体没有受到力的作用，它将继续以同一速度沿同一直线运动
【答案】B
2、地球质量大约是月球质量的81倍，在“嫦娥三号”探月卫星通过月、地之间某一位置时，月球和地球对它的引力大小相等，该位置到月球中心和地球中心的距离之比为( )
A.1∶3 B.1∶9 C.1∶27 D.9∶1
【答案】B
3、过去几千年来，人类对行星的认识与研究仅限于太阳系内，行星“51 peg b”的发现拉开了研究太阳系外行星的序幕。“51 peg b”绕其中心恒星做匀速圆周运动，周期约为4天，轨道半径约为地球绕太阳运动半径的。该中心恒星与太阳的质量比约为( )
A. B．1 C．5 D．10
【答案】B
4、某星球的半径为R，在其表面上方高度为aR的位置，以初速度v0水平抛出一个金属小球，水平射程为bR，a、b均为数值极小的常数，则这个星球的第一宇宙速度为( )
A. v0 B. v0 C. v0 D. v0
【答案】A
5、（双选）关于时间和空间，在学习爱因斯坦相对论后我们应认识到（ ）
A.因为时间是绝对的，所以我们在不同的参考系中观察到的时间进程都是相同的
B.空间与时间之间是没有联系的
C.有物质才有空间和时间
D.在一个确定的参考系中观察，运动物体的空间距离和时间进程跟物体的运动状态有关
【答案】CD
6、（双选）地球同步卫星离地心的距离为r，运行速率为v1，加速度为a1，地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a2，地球的第一宇宙速度为v2，半径为R，则下列比例关系中正确的是( )
A.＝ B.＝ C.＝ D.＝
【答案】AD
7、（双选）我国在轨运行的气象卫星有两类，一类是极地轨道卫星——“风云1号”，绕地球做匀速圆周运动的周期为12 h，另一类是地球同步轨道卫星——“风云2号”，运行周期为24 h。下列说法正确的是( )
A.“风云1号”的线速度大于“风云2号”的线速度
B.“风云1号”的向心加速度大于“风云2号”的向心加速度
C.“风云1号”的发射速度大于“风云2号”的发射速度
D.“风云1号”“风云2号”相对地面均静止
【答案】AB
8、关于天体运动，下列说法正确的是（ ）
A．太阳系中大多数行星的轨道都是圆形
B．在相等的时间内，土星与太阳的连线扫过的面积等于火星与太阳的连线扫过的面积
C．哈雷彗星运动轨迹的半长轴比地球的大，所以哈雷彗星绕太阳运动的周期比地球的小
D．开普勒行星运动三定律不仅适用于行星绕太阳的运动，也适用于卫星绕地球的运动
【答案】D
9、(多选)地球绕地轴自转时，对静止在地面上的某一个物体，下列说法正确的是( )
A.物体的重力并不等于它随地球自转所需要的向心力
B.在地面上的任何位置，物体向心加速度的大小都相等，方向都指向地心
C.在地面上的任何位置，物体向心加速度的方向都垂直指向地球的自转轴
D.物体随地球自转的向心加速度随着地球纬度的减小而增大
【答案】ACD
10、假设地球和火星都绕太阳做匀速圆周运动，已知地球到太阳的距离小于火星到太阳的距离，那么( )
A．地球公转的周期大于火星公转的周期
B．地球公转的线速度小于火星公转的线速度
C．地球公转的加速度小于火星公转的加速度
D．地球公转的角速度大于火星公转的角速度
【答案】D
11、如图所示，a、b、c、d是在地球大气层外的圆形轨道上运行的四颗人造卫星。其中a、c的轨道相交于点P，b、d在同一个圆轨道上。某时刻b卫星恰好处于c卫星的正上方。下列说法中正确的是( )
A．b、d存在相撞危险
B．a、c的加速度大小相等，且大于b的加速度
C．b、c的角速度大小相等，且小于a的角速度
D．a、c的线速度大小相等，且小于d的线速度
【答案】B
12、（双选）关于相对论的理解正确的是（ ）
A.在不同惯性系中，物理规律的形式可能是不同的
B.在不同惯性系中，光在真空中任何方向的传播速度均相同
C.相对论时空观认为运动物体的长度与物体的运动状态无关
D.相对论时空观认为物理过程的快慢与物体的运动状态有关
【答案】BD
13、关于行星运动的公式=k，以下理解正确的是（ ）
A．k是一个与行星质量有关的常量 B．k与a3成正比
C．k与T2成反比 D．k与a和T均无关
【答案】D
14、(多选)月球表面的重力加速度为地球表面重力加速度的，一个质量为600 kg的飞行器到达月球后( )
A.在月球上的质量仍为600 kg
B.在月球表面受到的重力为980 N
C.在月球表面上方的高空中所受万有引力小于980 N
D.在月球上的质量将小于600 kg
【答案】ABC
15、月球表面重力加速度是地球表面重力加速度的，若已知月球半径约为1.72×103 km，引力常量为6.67×10－11 N·m2/kg2，地球表面重力加速度为9.8 m/s2。试估算月球质量的数量级为( )
A．1016 kg B．1020 kg C．1022 kg D．1024 kg
【答案】C
二、非选择题。
16、开普勒行星运动三定律不仅适用于行星绕太阳的运动，也适用于卫星绕行星的运动。“东方红一号”卫星是我国发射的第一颗人造地球卫星，由“长征一号”运载火箭送入近地点441km、远地点2368km的椭圆轨道，则“东方红一号”卫星在近地点的速度___________（填“大于”、“等于”或“小于”）在远地点的速度；已知地球同步卫星距地面高度为km，周期为24h，地球视为半径为km的球体，则“东方红一号”卫星运行的周期为__________h（结果保留一位有效数字）。
【答案】大于 2
17、当物体的速度v＝0．9c（c为光速）时，物体的质量增大到原质量的________倍。
【答案】2．29
18、地球表面重力加速度为g，忽略地球自转的影响，在距地面高度为h的空中重力加速度是地面上重力加速度的几倍？已知地球半径为R。
【答案】
【解析】不计地球自转的影响，物体受到的重力等于物体受到的万有引力。设地球质量为M，物体质量为m，则
在地面：mg＝G
在h高处：mg′＝G
解得：＝。
19、21世纪初某年7月11日23时41分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号丙运载火箭，成功将“天链一号02星”送入太空。火箭飞行约26分钟后，西安卫星测控中心传来的数据表明，星箭分离，卫星成功进入地球同步转移轨道。“天链一号02星”是我国第二颗地球同步轨道数据中继卫星，又称跟踪和数据中继卫星，由中国航天科技集团公司所属中国空间技术研究院为主研制。中继卫星被誉为“卫星的卫星”，是航天器太空运行的数据“中转站”，用于转发地球站对中低轨道航天器的跟踪测控信号和中继航天器发回地面的信息的地球静止通信卫星。
（1）已知地球半径R，地球表面的重力加速度g，地球自转周期T，那么“天链一号02星”的轨道半径是什么？
（2）某次有一个赤道地面基站发送一个无线电波信号，需要位于赤道地面基站正上方的“天链一号02星”把该信号转发到同轨道的一个航天器，如果航天器与“天链一号02星”处于同轨道最远可通信距离的情况下，航天器接收到赤道地面基站的无线电波信号的时间是多少？已知地球半径为R，地球同步卫星轨道半径为r，无线电波的传播速度为光速c。
【答案】（1）； （2）
【详解】
（1）由题意知“天链一号02星”是地球同步卫星，周期T，卫星在运行过程中受地球的万有引力提供向心力，设地球质量为M，卫星质量为m，卫星轨道半径为r，地球半径为R，则有
得卫星运动轨道半径
又因为地球表面重力等于万有引力，即满足
得地球质量为
解得
（2）“天链一号02星”与同轨道的航天器的运行轨道都是同步卫星轨道，所以“天链一号02星”与同轨道的航天器绕地球运转的轨道半径为r，“天链一号02星”与航天器之间最远时的示意图如图所示。
由几何知识可知：“天链一号02星”与航天器之间的最远距离
无线电波从发射到被航天器接收需要分两步，首先，赤道地面基站A发射的信号被中继卫星B接收，信号传输距离为，则信号传输时间
然后中继卫星B再把信号传递到同轨道的航天器C，信号传输距离
则信号传输时间为
所以共用时
20、两颗卫星在同一轨道平面绕地球做匀速圆周运动，如图所示，地球半径为R，a卫星离地面的高度等于R，b卫星离地面高度为3R，则：
(1)a、b两卫星周期之比Ta∶Tb是多少？
(2)若某时刻两卫星正好同时通过地面同一点的正上方，则a至少经过多少个周期两卫星相距最远？
【答案】(1)1∶2 (2)或
【解析】(1)设a卫星运行轨道的半径为Ra，b卫星运行轨道的半径为Rb，由题可知，Ra＝2R，Rb＝4R
由开普勒行星运动规律知eq \f(R,T)＝eq \f(R,T)
所以Ta∶Tb＝Ra∶Rb＝1∶2①
(2)设经过t时间二者第一次相距最远，若两卫星同向运转，此时a比b多转半圈，即－＝，
解得t＝②
这段时间a经过的周期数为n＝③
由①②③可得n＝
若两卫星反向运转，二者共同转过半圈时，相距最远，有
＋＝④
这段时间a经过的周期数为n′＝⑤
由①④⑤得n′＝。
一、选择题。
1、物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步，下列说法中不符合史实的是（ ）
A．亚里士多德认为必须有力作用在物体上，物体才能运动
B．哥白尼提出了日心说，并发现了行星运动的规律
C．平均速度、瞬时速度和加速度等描述运动所需要的概念是伽利略首先建立的
D．笛卡尔认为如果运动中的物体没有受到力的作用，它将继续以同一速度沿同一直线运动
2、地球质量大约是月球质量的81倍，在“嫦娥三号”探月卫星通过月、地之间某一位置时，月球和地球对它的引力大小相等，该位置到月球中心和地球中心的距离之比为( )
A.1∶3 B.1∶9 C.1∶27 D.9∶1
3、过去几千年来，人类对行星的认识与研究仅限于太阳系内，行星“51 peg b”的发现拉开了研究太阳系外行星的序幕。“51 peg b”绕其中心恒星做匀速圆周运动，周期约为4天，轨道半径约为地球绕太阳运动半径的。该中心恒星与太阳的质量比约为( )
A. B．1 C．5 D．10
4、某星球的半径为R，在其表面上方高度为aR的位置，以初速度v0水平抛出一个金属小球，水平射程为bR，a、b均为数值极小的常数，则这个星球的第一宇宙速度为( )
A. v0 B. v0 C. v0 D. v0
5、（双选）关于时间和空间，在学习爱因斯坦相对论后我们应认识到（ ）
A.因为时间是绝对的，所以我们在不同的参考系中观察到的时间进程都是相同的
B.空间与时间之间是没有联系的
C.有物质才有空间和时间
D.在一个确定的参考系中观察，运动物体的空间距离和时间进程跟物体的运动状态有关
6、（双选）地球同步卫星离地心的距离为r，运行速率为v1，加速度为a1，地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a2，地球的第一宇宙速度为v2，半径为R，则下列比例关系中正确的是( )
A.＝ B.＝ C.＝ D.＝
7、（双选）我国在轨运行的气象卫星有两类，一类是极地轨道卫星——“风云1号”，绕地球做匀速圆周运动的周期为12 h，另一类是地球同步轨道卫星——“风云2号”，运行周期为24 h。下列说法正确的是( )
A.“风云1号”的线速度大于“风云2号”的线速度
B.“风云1号”的向心加速度大于“风云2号”的向心加速度
C.“风云1号”的发射速度大于“风云2号”的发射速度
D.“风云1号”“风云2号”相对地面均静止
8、关于天体运动，下列说法正确的是（ ）
A．太阳系中大多数行星的轨道都是圆形
B．在相等的时间内，土星与太阳的连线扫过的面积等于火星与太阳的连线扫过的面积
C．哈雷彗星运动轨迹的半长轴比地球的大，所以哈雷彗星绕太阳运动的周期比地球的小
D．开普勒行星运动三定律不仅适用于行星绕太阳的运动，也适用于卫星绕地球的运动
9、(多选)地球绕地轴自转时，对静止在地面上的某一个物体，下列说法正确的是( )
A.物体的重力并不等于它随地球自转所需要的向心力
B.在地面上的任何位置，物体向心加速度的大小都相等，方向都指向地心
C.在地面上的任何位置，物体向心加速度的方向都垂直指向地球的自转轴
D.物体随地球自转的向心加速度随着地球纬度的减小而增大
10、假设地球和火星都绕太阳做匀速圆周运动，已知地球到太阳的距离小于火星到太阳的距离，那么( )
A．地球公转的周期大于火星公转的周期
B．地球公转的线速度小于火星公转的线速度
C．地球公转的加速度小于火星公转的加速度
D．地球公转的角速度大于火星公转的角速度
11、如图所示，a、b、c、d是在地球大气层外的圆形轨道上运行的四颗人造卫星。其中a、c的轨道相交于点P，b、d在同一个圆轨道上。某时刻b卫星恰好处于c卫星的正上方。下列说法中正确的是( )
A．b、d存在相撞危险
B．a、c的加速度大小相等，且大于b的加速度
C．b、c的角速度大小相等，且小于a的角速度
D．a、c的线速度大小相等，且小于d的线速度
12、（双选）关于相对论的理解正确的是（ ）
A.在不同惯性系中，物理规律的形式可能是不同的
B.在不同惯性系中，光在真空中任何方向的传播速度均相同
C.相对论时空观认为运动物体的长度与物体的运动状态无关
D.相对论时空观认为物理过程的快慢与物体的运动状态有关
13、关于行星运动的公式=k，以下理解正确的是（ ）
A．k是一个与行星质量有关的常量 B．k与a3成正比
C．k与T2成反比 D．k与a和T均无关
14、(多选)月球表面的重力加速度为地球表面重力加速度的，一个质量为600 kg的飞行器到达月球后( )
A.在月球上的质量仍为600 kg
B.在月球表面受到的重力为980 N
C.在月球表面上方的高空中所受万有引力小于980 N
D.在月球上的质量将小于600 kg
15、月球表面重力加速度是地球表面重力加速度的，若已知月球半径约为1.72×103 km，引力常量为6.67×10－11 N·m2/kg2，地球表面重力加速度为9.8 m/s2。试估算月球质量的数量级为( )
A．1016 kg B．1020 kg C．1022 kg D．1024 kg
二、非选择题。
16、开普勒行星运动三定律不仅适用于行星绕太阳的运动，也适用于卫星绕行星的运动。“东方红一号”卫星是我国发射的第一颗人造地球卫星，由“长征一号”运载火箭送入近地点441km、远地点2368km的椭圆轨道，则“东方红一号”卫星在近地点的速度___________（填“大于”、“等于”或“小于”）在远地点的速度；已知地球同步卫星距地面高度为km，周期为24h，地球视为半径为km的球体，则“东方红一号”卫星运行的周期为__________h（结果保留一位有效数字）。
17、当物体的速度v＝0．9c（c为光速）时，物体的质量增大到原质量的________倍。
18、地球表面重力加速度为g，忽略地球自转的影响，在距地面高度为h的空中重力加速度是地面上重力加速度的几倍？已知地球半径为R。
19、21世纪初某年7月11日23时41分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号丙运载火箭，成功将“天链一号02星”送入太空。火箭飞行约26分钟后，西安卫星测控中心传来的数据表明，星箭分离，卫星成功进入地球同步转移轨道。“天链一号02星”是我国第二颗地球同步轨道数据中继卫星，又称跟踪和数据中继卫星，由中国航天科技集团公司所属中国空间技术研究院为主研制。中继卫星被誉为“卫星的卫星”，是航天器太空运行的数据“中转站”，用于转发地球站对中低轨道航天器的跟踪测控信号和中继航天器发回地面的信息的地球静止通信卫星。
（1）已知地球半径R，地球表面的重力加速度g，地球自转周期T，那么“天链一号02星”的轨道半径是什么？
（2）某次有一个赤道地面基站发送一个无线电波信号，需要位于赤道地面基站正上方的“天链一号02星”把该信号转发到同轨道的一个航天器，如果航天器与“天链一号02星”处于同轨道最远可通信距离的情况下，航天器接收到赤道地面基站的无线电波信号的时间是多少？已知地球半径为R，地球同步卫星轨道半径为r，无线电波的传播速度为光速c。
20、两颗卫星在同一轨道平面绕地球做匀速圆周运动，如图所示，地球半径为R，a卫星离地面的高度等于R，b卫星离地面高度为3R，则：
(1)a、b两卫星周期之比Ta∶Tb是多少？
(2)若某时刻两卫星正好同时通过地面同一点的正上方，则a至少经过多少个周期两卫星相距最远？
2022—2023学年物理人教版2019必修第二册第七章 万有引力与宇宙航行 分层优选习题含答案
一、选择题。
1、物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步，下列说法中不符合史实的是（ ）
A．亚里士多德认为必须有力作用在物体上，物体才能运动
B．哥白尼提出了日心说，并发现了行星运动的规律
C．平均速度、瞬时速度和加速度等描述运动所需要的概念是伽利略首先建立的
D．笛卡尔认为如果运动中的物体没有受到力的作用，它将继续以同一速度沿同一直线运动
【答案】B
2、地球质量大约是月球质量的81倍，在“嫦娥三号”探月卫星通过月、地之间某一位置时，月球和地球对它的引力大小相等，该位置到月球中心和地球中心的距离之比为( )
A.1∶3 B.1∶9 C.1∶27 D.9∶1
【答案】B
3、过去几千年来，人类对行星的认识与研究仅限于太阳系内，行星“51 peg b”的发现拉开了研究太阳系外行星的序幕。“51 peg b”绕其中心恒星做匀速圆周运动，周期约为4天，轨道半径约为地球绕太阳运动半径的。该中心恒星与太阳的质量比约为( )
A. B．1 C．5 D．10
【答案】B
4、某星球的半径为R，在其表面上方高度为aR的位置，以初速度v0水平抛出一个金属小球，水平射程为bR，a、b均为数值极小的常数，则这个星球的第一宇宙速度为( )
A. v0 B. v0 C. v0 D. v0
【答案】A
5、（双选）关于时间和空间，在学习爱因斯坦相对论后我们应认识到（ ）
A.因为时间是绝对的，所以我们在不同的参考系中观察到的时间进程都是相同的
B.空间与时间之间是没有联系的
C.有物质才有空间和时间
D.在一个确定的参考系中观察，运动物体的空间距离和时间进程跟物体的运动状态有关
【答案】CD
6、（双选）地球同步卫星离地心的距离为r，运行速率为v1，加速度为a1，地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a2，地球的第一宇宙速度为v2，半径为R，则下列比例关系中正确的是( )
A.＝ B.＝ C.＝ D.＝
【答案】AD
7、（双选）我国在轨运行的气象卫星有两类，一类是极地轨道卫星——“风云1号”，绕地球做匀速圆周运动的周期为12 h，另一类是地球同步轨道卫星——“风云2号”，运行周期为24 h。下列说法正确的是( )
A.“风云1号”的线速度大于“风云2号”的线速度
B.“风云1号”的向心加速度大于“风云2号”的向心加速度
C.“风云1号”的发射速度大于“风云2号”的发射速度
D.“风云1号”“风云2号”相对地面均静止
【答案】AB
8、关于天体运动，下列说法正确的是（ ）
A．太阳系中大多数行星的轨道都是圆形
B．在相等的时间内，土星与太阳的连线扫过的面积等于火星与太阳的连线扫过的面积
C．哈雷彗星运动轨迹的半长轴比地球的大，所以哈雷彗星绕太阳运动的周期比地球的小
D．开普勒行星运动三定律不仅适用于行星绕太阳的运动，也适用于卫星绕地球的运动
【答案】D
9、(多选)地球绕地轴自转时，对静止在地面上的某一个物体，下列说法正确的是( )
A.物体的重力并不等于它随地球自转所需要的向心力
B.在地面上的任何位置，物体向心加速度的大小都相等，方向都指向地心
C.在地面上的任何位置，物体向心加速度的方向都垂直指向地球的自转轴
D.物体随地球自转的向心加速度随着地球纬度的减小而增大
【答案】ACD
10、假设地球和火星都绕太阳做匀速圆周运动，已知地球到太阳的距离小于火星到太阳的距离，那么( )
A．地球公转的周期大于火星公转的周期
B．地球公转的线速度小于火星公转的线速度
C．地球公转的加速度小于火星公转的加速度
D．地球公转的角速度大于火星公转的角速度
【答案】D
11、如图所示，a、b、c、d是在地球大气层外的圆形轨道上运行的四颗人造卫星。其中a、c的轨道相交于点P，b、d在同一个圆轨道上。某时刻b卫星恰好处于c卫星的正上方。下列说法中正确的是( )
A．b、d存在相撞危险
B．a、c的加速度大小相等，且大于b的加速度
C．b、c的角速度大小相等，且小于a的角速度
D．a、c的线速度大小相等，且小于d的线速度
【答案】B
12、（双选）关于相对论的理解正确的是（ ）
A.在不同惯性系中，物理规律的形式可能是不同的
B.在不同惯性系中，光在真空中任何方向的传播速度均相同
C.相对论时空观认为运动物体的长度与物体的运动状态无关
D.相对论时空观认为物理过程的快慢与物体的运动状态有关
【答案】BD
13、关于行星运动的公式=k，以下理解正确的是（ ）
A．k是一个与行星质量有关的常量 B．k与a3成正比
C．k与T2成反比 D．k与a和T均无关
【答案】D
14、(多选)月球表面的重力加速度为地球表面重力加速度的，一个质量为600 kg的飞行器到达月球后( )
A.在月球上的质量仍为600 kg
B.在月球表面受到的重力为980 N
C.在月球表面上方的高空中所受万有引力小于980 N
D.在月球上的质量将小于600 kg
【答案】ABC
15、月球表面重力加速度是地球表面重力加速度的，若已知月球半径约为1.72×103 km，引力常量为6.67×10－11 N·m2/kg2，地球表面重力加速度为9.8 m/s2。试估算月球质量的数量级为( )
A．1016 kg B．1020 kg C．1022 kg D．1024 kg
【答案】C
二、非选择题。
16、开普勒行星运动三定律不仅适用于行星绕太阳的运动，也适用于卫星绕行星的运动。“东方红一号”卫星是我国发射的第一颗人造地球卫星，由“长征一号”运载火箭送入近地点441km、远地点2368km的椭圆轨道，则“东方红一号”卫星在近地点的速度___________（填“大于”、“等于”或“小于”）在远地点的速度；已知地球同步卫星距地面高度为km，周期为24h，地球视为半径为km的球体，则“东方红一号”卫星运行的周期为__________h（结果保留一位有效数字）。
【答案】大于 2
17、当物体的速度v＝0．9c（c为光速）时，物体的质量增大到原质量的________倍。
【答案】2．29
18、地球表面重力加速度为g，忽略地球自转的影响，在距地面高度为h的空中重力加速度是地面上重力加速度的几倍？已知地球半径为R。
【答案】
【解析】不计地球自转的影响，物体受到的重力等于物体受到的万有引力。设地球质量为M，物体质量为m，则
在地面：mg＝G
在h高处：mg′＝G
解得：＝。
19、21世纪初某年7月11日23时41分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号丙运载火箭，成功将“天链一号02星”送入太空。火箭飞行约26分钟后，西安卫星测控中心传来的数据表明，星箭分离，卫星成功进入地球同步转移轨道。“天链一号02星”是我国第二颗地球同步轨道数据中继卫星，又称跟踪和数据中继卫星，由中国航天科技集团公司所属中国空间技术研究院为主研制。中继卫星被誉为“卫星的卫星”，是航天器太空运行的数据“中转站”，用于转发地球站对中低轨道航天器的跟踪测控信号和中继航天器发回地面的信息的地球静止通信卫星。
（1）已知地球半径R，地球表面的重力加速度g，地球自转周期T，那么“天链一号02星”的轨道半径是什么？
（2）某次有一个赤道地面基站发送一个无线电波信号，需要位于赤道地面基站正上方的“天链一号02星”把该信号转发到同轨道的一个航天器，如果航天器与“天链一号02星”处于同轨道最远可通信距离的情况下，航天器接收到赤道地面基站的无线电波信号的时间是多少？已知地球半径为R，地球同步卫星轨道半径为r，无线电波的传播速度为光速c。
【答案】（1）； （2）
【详解】
（1）由题意知“天链一号02星”是地球同步卫星，周期T，卫星在运行过程中受地球的万有引力提供向心力，设地球质量为M，卫星质量为m，卫星轨道半径为r，地球半径为R，则有
得卫星运动轨道半径
又因为地球表面重力等于万有引力，即满足
得地球质量为
解得
（2）“天链一号02星”与同轨道的航天器的运行轨道都是同步卫星轨道，所以“天链一号02星”与同轨道的航天器绕地球运转的轨道半径为r，“天链一号02星”与航天器之间最远时的示意图如图所示。
由几何知识可知：“天链一号02星”与航天器之间的最远距离
无线电波从发射到被航天器接收需要分两步，首先，赤道地面基站A发射的信号被中继卫星B接收，信号传输距离为，则信号传输时间
然后中继卫星B再把信号传递到同轨道的航天器C，信号传输距离
则信号传输时间为
所以共用时
20、两颗卫星在同一轨道平面绕地球做匀速圆周运动，如图所示，地球半径为R，a卫星离地面的高度等于R，b卫星离地面高度为3R，则：
(1)a、b两卫星周期之比Ta∶Tb是多少？
(2)若某时刻两卫星正好同时通过地面同一点的正上方，则a至少经过多少个周期两卫星相距最远？
【答案】(1)1∶2 (2)或
【解析】(1)设a卫星运行轨道的半径为Ra，b卫星运行轨道的半径为Rb，由题可知，Ra＝2R，Rb＝4R
由开普勒行星运动规律知eq \f(R,T)＝eq \f(R,T)
所以Ta∶Tb＝Ra∶Rb＝1∶2①
(2)设经过t时间二者第一次相距最远，若两卫星同向运转，此时a比b多转半圈，即－＝，
解得t＝②
这段时间a经过的周期数为n＝③
由①②③可得n＝
若两卫星反向运转，二者共同转过半圈时，相距最远，有
＋＝④
这段时间a经过的周期数为n′＝⑤
由①④⑤得n′＝。