2019-2020学年人教版高中物理必修2　第六章《万有引力与航天》测试卷word版含答案

第六章《万有引力与航天》测试卷
一、单选题(共15小题)
1.美国宇航局2011年12月5日宣布，他们发现了太阳系外第一颗类似地球的、可适合居住的行星——“开普勒－226”，其直径约为地球的2.4倍．至今其确切质量和表面成分仍不清楚，假设该行星的密度和地球相当，根据以上信息，估算该行星的第一宇宙速度等于(　　)



A． 3.3×103m/s
B． 7.9×103m/s
C． 1.2×104m/s
D． 1.9×104m/s



2.人造卫星在运行中因受高空稀薄空气的阻力作用，绕地球运转的轨道半径会慢慢减小， 在半径缓慢变化过程中，卫星的运动还可近似当作匀速圆周运动．当它在较大的轨道半径r1上时，运行线速度为v1、周期为T1，后来在较小的轨道半径r2上时运行线速度为v2、周期为T2，则它们的关系是(　　)



A．v1＜v2，T1＜T2
B．v1＞v2，T1＞T2
C．v1＜v2，T1＞T2
D．v1＞v2，T1＜T2



3.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，下列表述中正确的是(　　)
A． 丹麦天文学家第谷发现了行星运动三定律
B． 牛顿发现了万有引力定律并测出了引力常量
C． 在研究行星运动规律时，开普勒的第三行星运动定律中的k值与地球质量有关
D． 1798年英国物理学家卡文迪许通过扭秤实验测量出了万有引力常量
4.2015年7月23日，美国宇航局通过开普勒太空望远镜发现了迄今“最接近另一个地球”的系外行星开普勒－452b，开普勒－452b围绕一颗类似太阳的恒星做匀速圆周运动，公转周期约为385天(约3.3×107s)，轨道半径约为1.5×1011m，已知引力常量G＝6.67×10－11N·m2/kg2，利用以上数据可以估算类似太阳的恒星的质量约为(　　)



A． 1.8×1030kg
B． 1.8×1027kg
C． 1.8×1024kg
D． 1.8×1021kg



5.关于科学家和他们的贡献，下列说法正确的是(　　)
A． 伽利略发现了行星运动的规律
B． 牛顿发现了万有引力定律，并计算出太阳与地球之间的引力大小
C． 笛卡尔对牛顿第一定律的建立做出了贡献
D． 亚里士多德认为必须有力的作用物体才能运动；哥白尼发现了行星沿椭圆轨道运行
6.人造卫星在太空绕地球运行中，若天线偶然折断，天线将(　　)
A． 继续和卫星一起沿轨道运行
B． 做平抛运动，落向地球
C． 由于惯性，沿轨道切线方向做匀速直线运动，远离地球
D． 做自由落体运动，落向地球
7.在日常生活中，我们并没有发现物体的质量随物体运动速度的变化而变化，其原因是(　　)



A． 运动中的物体，其质量无法测量
B． 物体的速度远小于光速，质量变化极小
C． 物体的质量太大
D． 物体质量并不随速度变化而变化



8.地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，若高空中某处的重力加速度为，则该处距地球表面的高度为(　　)



A． (－1)R
B．R
C．R
D． 2R



9.物理学发展历史中，在前人研究基础上经过多年的尝试性计算，首先发表行星运动的三个定律的科学家是(　　)



A． 哥白尼
B． 第谷
C． 伽利略
D． 开普勒



10.在讨论地球潮汐成因时，地球绕太阳运行轨道与月球绕地球运行轨道可视为圆轨道．已知太阳质量约为月球质量的2.7×107倍，地球绕太阳运行的轨道半径约为月球绕地球运行的轨道半径的400倍．关于太阳和月球对地球上相同质量海水的引力，以下说法正确的是(　　)
A． 太阳引力远小于月球引力
B． 太阳引力与月球引力相差不大
C． 月球对不同区域海水的吸引力大小相等
D． 月球对不同区域海水的吸引力大小有差异
11.登上火星是人类的梦想，“嫦娥之父”欧阳自远透露：中国计划于2020年登陆火星、地球和火星公转视为匀速圆周运动，忽略行星自转影响，根据如表，火星和地球相比(　　)




A． 火星的公转周期较小
B． 火星做圆周运动的加速度较小
C． 火星表面的重力加速度较大
D． 火星的第一宇宙速度较大



12.行星绕太阳的运动下列说法中正确的是(　　)
A． 所有行星都在同一椭圆轨道上绕太阳运动
B． 行星绕太阳运动时，太阳位于行星轨道的中心处
C． 离太阳越近的行星运动周期越长
D． 所有行星的轨道半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等
13.下列说法中正确的是(　　)



A． 经典力学适用于任何情况下的任何物体
B． 狭义相对论否定了经典力学
C． 量子力学能够描述微观粒子运动的规律性
D． 万有引力定律也适用于强相互作用力



14.“神舟十号”飞船绕地球的运行可视为匀速圆周运动，其轨道高度距离地面约340 km，则关于飞船的运行，下列说法中正确的是(　　)
A． 飞船处于平衡状态
B． 地球对飞船的万有引力提供飞船运行的向心力
C． 飞船运行的速度大于近地卫星的速度
D． 飞船运行的加速度大于地球表面的重力加速度
15.某一极地轨道气象卫星a绕地球做圆周运动的平面与赤道平面垂直，其轨道半径为地球同步卫星轨道半径的4－倍，某时刻一地球同步卫星b恰好在a的正上方，设经过时间t，卫星b又出现在a的正上方，则t的最小值为(　　)



A． 12小时
B． 24小时
C． 60小时
D． 72小时



二、计算题(共3小题)
16.有一极地卫星绕地球做匀速圆周运动，该卫星的运动周期为，其中T0为地球的自转周期．已知地球表面的重力加速度为g，地球半径为R.求：
(1)该卫星一昼夜经过赤道上空的次数n为多少？试说明理由．
(2)该卫星离地面的高度H.
17.由于银河系外某双黑洞系统的合并，北京时间2016年2月11日，美国国家科学基金会(NSF)宣布人类首次直接探测到了引力波，印证了爱因斯坦的预言.其实中国重大引力波探测工程“天琴计划”也已经于2015年7月份正式启动，“天琴计划”的其中一个阶段就是需要发射三颗地球高轨卫星进行引力波探测，假设我国发射的其中一颗高轨卫星以速度v沿圆形轨道环绕地球做匀速圆周运动，其周期为T，地球半径为R，引力常量为G，根据以上所给条件，试求：
(1)地球的质量M.
(2)地球的平均密度.(球体体积V＝πR3)
18.一个质量均匀分布的球体，半径为2r，在其内部挖去一个半径为r的球形空穴，其表面与球面相切，如图所示.已知挖去小球的质量为m，在球心和空穴中心连线上，距球心d＝6r处有一质量为m2的质点，求：

(1)被挖去的小球对m2的万有引力为多大？
(2)剩余部分对m2的万有引力为多大？
三、简答题(共3小题)
19.根据爱因斯坦的狭义相对论，质量要随着物体运动速度的增大而增大，即m＝.请讨论：
(1)如果你使一个物体加速、加速、再加速，它的速度会增加到等于光速甚至大于光速吗？为什么？
(2)光有静止质量吗？如果有，情况将会怎样？
20.牛顿力学及牛顿的工作方法成为近代自然科学的经典，它实现了人类认识自然界的第一次综合．你知道牛顿伟大贡献的精髓在哪里吗？
21.试举出一些经典力学在科技方面的应用实例．



答案解析
1.【答案】D
【解析】设地球的密度为ρ，半径为R，第一宇宙速度为v1，“开普勒－226”的第一宇宙速度为v2则＝，＝，得v2＝2.4v1≈1.9×104m/s，故D正确．
2.【答案】C
【解析】根据万有引力提供向心力列出等式＝＝，解得：v＝，由于r1＞r2，所以v1＜v2，
T＝2π，由于r1＞r2，所以T1＞T2.故选C.
3.【答案】D
【解析】开普勒发现了行星运动三定律，选项A错误；牛顿发现了万有引力定律，卡文迪许测出了引力常量，选项B错误；在研究行星运动规律时，开普勒的第三行星运动定律中的k值与太阳的质量有关，而与地球质量无关，选项C错误；1798年英国物理学家卡文迪许通过扭秤实验测量出了万有引力常量，选项D正确．
4.【答案】A
【解析】根据万有引力充当向心力，有G＝mr，则中心天体的质量M＝≈kg≈1.8×1030kg，故A正确.
5.【答案】C
【解析】开普勒发现了行星运动的规律，选项A错误；牛顿发现了万有引力定律，但是当时并没有计算出太阳与地球之间的引力大小，选项B错误；笛卡尔对牛顿第一定律的建立做出了贡献，选项C正确；亚里士多德认为必须有力的作用物体才能运动；开普勒发现了行星沿椭圆轨道运行，选项D错误．
6.【答案】A
【解析】据题意，人造卫星绕地球运行做圆周运动，有G＝m，天线折断前后速度v不变，则据R＝可知天线折断后保持折断前轨道运行，故选项A正确．
7.【答案】B
【解析】根据狭义相对论m＝可知，在宏观物体的运动中，v?c，所以m变化不大，而不是因为质量太大或无法测量．
8.【答案】A
【解析】万有引力近似等于重力，设地球的质量为M，物体质量为m，物体距地面的高度为h，分别列式＝mg，G＝m，联立得2R2＝(R＋h)2，
解得h＝(－1)R，选项A正确.
9.【答案】D
【解析】哥白尼提出了日心说，第谷对行星进行了大量的观察和记录，开普勒在第谷的观察记录的基础上提出了行星运动的三个定律，选项D正确，A、B、C错误.
10.【答案】D
【解析】根据F＝G，可得＝·，代入数据可知，太阳的引力远大于月球的引力，则A、B错误；由于月心到不同区域海水的距离不同，所以引力大小有差异，C错误、D正确．
11.【答案】B
【解析】由表格数据知，火星的轨道半径比地球的大，根据开普勒第三定律知，火星的公转周期较大，故A错误；对于任一行星，设太阳的质量为M，行星的轨道半径为r.根据G＝ma，得加速度a＝，则知火星做圆周运动的加速度较小，故B正确；在行星表面，由G＝mg，得g＝.由表格数据知，火星表面的重力加速度与地球表面的重力加速度之比为＝·＝×＜1，故火星表面的重力加速度较小，故C错误；设行星的第一宇宙速度为v.则G＝m，得v＝.代入可得火星的第一宇宙速度较小．故D错误．
12.【答案】D
【解析】由开普勒第一定律可得，所有行星都绕太阳做椭圆运动，且太阳处在所有椭圆的一个焦点上．并不是所有行星的轨道都相同，故A、B错误；由公式＝k得，离太阳越近的行星的运动周期越短，故C错误；由开普勒第三定律可得，所以行星轨道半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等，故D正确．
13.【答案】C
【解析】经典力学只适用于宏观、低速、弱引力的情况，故A项是错误的；狭义相对论没有否定经典力学，在宏观低速情况下，相对论的结论与经典力学没有区别，故B项是错误的；量子力学正确描述了微观粒子运动的规律性，故C项是正确的；万有引力定律只适用于弱相互作用力，而对于强相互作用力是不适用的，故D项是错误的．
14.【答案】B
【解析】飞船绕地球做匀速圆周运动时并不处于平衡状态，因为其方向在改变，故A不对；地球对飞船的万有引力提供飞船运行的向心力，B正确；由于飞船运行的半径比地球的半径大，故飞船运行的速度小于近地卫星的速度，C不对；飞船运行的加速度小于地球表面的重力加速度，故D是不对的．
15.【答案】B
【解析】根据万有引力提供向心力得周期T＝2π.极地轨道气象卫星轨道半径为地球同步卫星轨道半径的4－倍，同步卫星的周期是24 h，所以极地轨道气象卫星的周期是12 h．某时刻一地球同步卫星b恰好在a的正上方，设经过时间t，卫星b又出现在a的正上方，则t的最小值为24 h.
16.【答案】(1)卫星周期T＝，则卫星一昼夜绕地球转4圈，卫星每个周期经过赤道上空两次，因此一昼夜卫星经过地球赤道上空8次；
(2)－R.
【解析】(1)卫星周期T＝，则卫星一昼夜绕地球转4圈，卫星每个周期经过赤道上空两次，因此一昼夜卫星经过地球赤道上空8次；
(2)卫星绕地球做圆周运动，由牛顿第二定律得：G＝m()2(R＋H)，在地球表面的物体受到的重力等于万有引力，即G＝m′g，解得
H＝－R.
17.【答案】(1)　(2)
【解析】(1)地球卫星做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律得G＝m(R＋h)，v＝.
解得M＝
(2)ρ＝，地球体积V＝，解得ρ＝.
18.【答案】(1)G　(2)G
【解析】(1)被挖去的小球对m2的万有引力为
F2＝G＝G
(2)将挖去的小球填入空穴中，由V＝πr3可知，大球的质量为8m，大球对m2的引力为
F1＝G＝G
m2所受剩余部分的引力为F＝F1－F2＝G.
19.【答案】(1)由m＝知：当v＝c时，m应是无穷大．物体加速时，随着速度的不断增大，物体质量不断增大，产生加速度所需要的力会随之不断增大，使加速越来越困难，因此一个物体不管怎样加速，它的速度不会等于甚至大于光速．
(2)光没有静止质量．若光有静止质量，当光传播时速度为c，由m＝，它传播时的质量会无穷大，光照射到物体上，如同一质量无穷大的物体以光速砸到被照物体上，后果不堪设想．
【解析】(1)由m＝知：当v＝c时，m应是无穷大．物体加速时，随着速度的不断增大，物体质量不断增大，产生加速度所需要的力会随之不断增大，使加速越来越困难，因此一个物体不管怎样加速，它的速度不会等于甚至大于光速．
(2)光没有静止质量．若光有静止质量，当光传播时速度为c，由m＝，它传播时的质量会无穷大，光照射到物体上，如同一质量无穷大的物体以光速砸到被照物体上，后果不堪设想．
20.【答案】经典力学的建立首次告诉人们，一个以现象观察和实验研究为基础的自然科学理论体系，其思想观点应该是明确透彻的，其结构体系应是严密完备的，其数学表达应是严格、定量、可以操作的；这种理论不仅能够在一定范围内揭示事物的本质和规律，做出定量的解释、推断和预言，而且理论本身的是非真伪、成立条件、适用范围等也都可以定量地检验和界定，这是一切自然科学理论应有的基本特征，牛顿伟大贡献的精髓正在于此．
【解析】经典力学的建立首次告诉人们，一个以现象观察和实验研究为基础的自然科学理论体系，其思想观点应该是明确透彻的，其结构体系应是严密完备的，其数学表达应是严格、定量、可以操作的；这种理论不仅能够在一定范围内揭示事物的本质和规律，做出定量的解释、推断和预言，而且理论本身的是非真伪、成立条件、适用范围等也都可以定量地检验和界定，这是一切自然科学理论应有的基本特征，牛顿伟大贡献的精髓正在于此．
21.【答案】例如利用经典力学规律，人类在航空航天技术中设计制造了人造卫星、宇宙飞船、航天飞机等，火车、飞机、磁悬浮列车等现代交通工具也都服从经典力学规律．
【解析】根据牛顿运动定律对照我们所知道的物体的运动，分析哪些物体的运动规律与经典力学规律相同．