2020春（人教）物理必修二第6章 万有引力与航天练习含答案
文档属性
| 名称 | 2020春（人教）物理必修二第6章 万有引力与航天练习含答案 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 236.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-04-01 13:49:58 | ||
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文档简介
2020春（人教）物理必修二第6章 万有引力与航天练习含答案
必修二第6章 万有引力与航天
一、选择题
1、假设行星绕太阳在某轨道上做匀速圆周运动,下列说法正确的是( )
A.行星受到太阳的引力和向心力
B.太阳对行星有引力,行星对太阳没有引力
C.太阳对行星的引力大于行星对太阳的引力
D.太阳对行星的引力与行星的质量成正比
解析:向心力是效果力,它由物体所受外力提供,A错误;太阳与行星间的引力是一对相互作用力,大小相等,B,C错误;由于太阳质量为确定值,因此太阳对行星的引力与行星的质量成正比,D正确。
【参考答案】D
2、下列关于开普勒对行星运动规律的认识的说法正确的是( )
A.所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆
B.所有行星绕太阳运动的轨道都是圆
C.所有行星的轨道的半长轴的二次方跟公转周期的三次方的比值都相同
D.所有行星的公转周期与行星的轨道半径成正比
解析:由开普勒第一定律知所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆,太阳处在椭圆的一个焦点上,选项A正确,B错误;由开普勒第三定律知所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等,选项C,D错误。
【参考答案】A
3、行星沿椭圆轨道运行，远日点离太阳的距离为a，近日点离太阳的距离为b，过远日点时行星的速率为va ， 则过近日点时行星的速率为（ ）
A.?vb= va????????????????????????B.?vb= va????????????????????????C.?vb= va????????????????????????D.?vb= va
【答案】C
【解析】【解答】解：取极短时间△t，根据开普勒第二定律得 a?va?△t= b?vb?△t 得到vb= va
故选：C
【分析】根据开普勒第二定律：行星与太阳的连线在相等时间内扫过的面积相等，取极短时间△t，根据“面积”相等列方程得出远日点时与近日点时的速度比值求解
4、假设行星绕太阳在某轨道上做匀速圆周运动,下列说法正确的是( )
A.行星受到太阳的引力和向心力
B.太阳对行星有引力,行星对太阳没有引力
C.太阳对行星的引力大于行星对太阳的引力
D.太阳对行星的引力与行星的质量成正比
解析:向心力是效果力,它由物体所受外力提供,A错误;太阳与行星间的引力是一对相互作用力,大小相等,B,C错误;由于太阳质量为确定值,因此太阳对行星的引力与行星的质量成正比,D正确。
【参考答案】D
5、设想把质量为m的物体(可视为质点)放到地球的中心,地球质量为M、半径为R。则物体与地球间的万有引力是 (A)
A.零 B.无穷大 C.G D.无法确定
6、某星球的质量与地球质量相同,半径为地球半径的两倍。假设人类在该星球上能正常进行各种活动,则与地球上相比,在该星球上
( )
A.跳高运动员会跳得更高
B.水平投出的篮球下落得更快
C.烧开一壶水需要的时间更长
D.称体重时弹簧秤体重计的读数更大
解析:质量与地球质量相同,而半径为地球半径的两倍,则相应的该星球对物体引力为地球上的,重力加速度也为地球上的,所以,跳高运动员会跳得更高,A正确;而水平投出的篮球下落得更慢,称体重时弹簧秤体重计的读数更小,烧开一壶水需要的时间与重力加速度无关,B,C,D错误。
【参考答案】A
7、假设地球可视为质量均匀分布的球体.已知地球表面重力加速度在两极的大小为g0 ， 在赤道的大小为g，地球自转的周期为T，引力常量为G.地球的密度为( )
A.????????????????????B.?????????????????????????????C.?????????????????????????????D.?
【答案】B
【解析】【解答】在两极，引力等于重力，则有： ，由此可得地球质量 ， 在赤道处，引力与支持力的合力提供向心力，由牛顿第二定律，则有： ?，密度： ，解得： ?；
故答案为：B.
【分析】根据可求地球的密度。解决本题的关键是求地球的质量和半径，题中已知地球两极和赤道两处重力加速度，根据两极处万有引力等于重力和赤道上万有引力与支持力的合力提供向心力列式联立可求M、R。
8、天文单位(简写AU)是天文常数之一。历史上定义为地球和太阳之间的平均距离。已知水星距离太阳为0.4 AU,木星距离太阳约5.2 AU,海王星距离太阳约30.1 AU,则这些行星中公转角速度比地球的公转角速度小得多的是( )
A.水星 B.地球 C.木星 D.海王星
解析:行星绕太阳公转时有G=mω2r,故距离太阳越远的行星,其公转角速度越小。
【参考答案】D
9、（双选）为了估算一个天体的质量，需要知道绕该天体做匀速圆周运动的另一星球的条件是（ ）
A、运转周期和轨道半径 B、质量和运转周期
C、线速度和运转周期 D、环绕速度和质量
【参考答案】AC
10、“神舟十一号”飞船于2016年10月17日7时30分在中国酒泉卫星发射中心发射,将景海鹏和陈冬送入距离地球表面393 km的“天宫二号”空间实验室。下列说法中正确的是( )
A.宇航员在空间站里不受地球引力
B.宇航员绕地球一圈的时间大于24小时
C.“天宫二号”运行速度大于7.9 km/s
D.“天宫二号”运行的角速度大于地球同步轨道卫星的角速度
解析:宇航员在空间站里仍受地球引力作用,A错误;近地卫星的周期远小于地球自转的周期,角速度远大于地球自转角速度,故B错误,D正确;7.9 km/s是第一宇宙速度,即卫星的最大运行速度,C错误。
【参考答案】D
11、如图所示,a、b、c、d是在地球大气层外的圆形轨道上匀速运行的四颗人造卫星。其中a、c的轨道相交于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、经典力学的局限性体现在其理论只适用于( )
A．微观、低速、弱引力领域
B．微观、高速、强引力领域
C．微观、高速、弱引力领域
D．宏观、低速、弱引力领域
【答案】D
【解析】经典力学在微观，高速情况下不再适用，经典力学的适用条件为宏观世界、低速运动、弱引力领域；故D正确．
二、填空、实验题
开普勒行星运动定律告诉我们：所有行星绕太阳运动的轨道都是________，行星与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的________，所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它的________的二次方的比值都相等．
【参考答案】 椭圆；面积；公转周期
【解析】【解答】解：根据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．根据开普勒第二定律叫面积定律，它是针对同一个行星而言，在相等的时间内扫过的面积相等，不是针对不同行星而言；根据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．
故答案为：椭圆，面积，公转周期
【分析】开普勒第一定律是太阳系中的所有行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上．在相等时间内，太阳和运动着的行星的连线所扫过的面积都是相等的．开普勒第三定律中的公式 ，可知半长轴的三次方与公转周期的二次方成正比．
二、计算题类
1、根据所学知识完成题目：
（1）开普勒行星运动第三定律指出：行星绕太阳运动的椭圆轨道的半长轴a的三次方与它的公转周期T的二次方成正比，即 =k，k是一个对所有行星都相同的常量．将行星绕太阳的运动按圆周运动处理，请你推导出太阳系中该常量k的表达式．已知引力常量为G，太阳的质量为M太 ．
（2）开普勒定律不仅适用于太阳系，它对一切具有中心天体的引力系统（如地月系统）都成立．经测定月地距离为3.84×108 m，月球绕地球运动的周期为2.36×106 s，试计算地球的质量M地 ． （G=6.67×10﹣11 N?m2/kg2 ， 结果保留一位有效数字）
【参考答案】
（1）解：因行星绕太阳作匀速圆周运动，于是轨道的半长轴a即为轨道半径r．根据万有引力定律和牛顿第二定律有 ??? G =m行（ ）2r??????????????? ①
于是有 = M太②
即????????? k= M太③
答：太阳系中该常量k的表达式k= M太；
（2）在月地系统中，设月球绕地球运动的轨道半径为R，周期为T，由②式可得 = M地④ 解得????? M地=6×1024kg???
答：计算地球的质量为6×1024kg．
【解析】【分析】（1）行星绕太阳的运动按圆周运动处理时，此时轨道是圆，就没有半长轴了，此时 =k应改为 ，再由万有引力作为向心力列出方程可以求得常量k的表达式；（2）根据（1）中得到的关系式，带入数据即可求得地球的质量．
2、假设在半径为R的某天体上发射一颗该天体的卫星。若它贴近该天体的表面做匀速圆周运动的周期为T1,已知引力常量为G。
(1)则该天体的密度是多少?
(2)若这颗卫星距该天体表面的高度为h,测得卫星在该处做圆周运动的周期为T2,则该天体的密度又是多少?
解析:设卫星的质量为m,天体的质量为M。
(1)卫星贴近天体表面运动时有G=mR,M=
根据数学知识可知天体的体积为V=πR3
故该天体的密度为ρ===。
(2)卫星距天体表面的高度为h时,有
G=m(R+h)
M=
ρ===。
答案:(1) (2)
必修二第6章 万有引力与航天
一、选择题
1、假设行星绕太阳在某轨道上做匀速圆周运动,下列说法正确的是( )
A.行星受到太阳的引力和向心力
B.太阳对行星有引力,行星对太阳没有引力
C.太阳对行星的引力大于行星对太阳的引力
D.太阳对行星的引力与行星的质量成正比
解析:向心力是效果力,它由物体所受外力提供,A错误;太阳与行星间的引力是一对相互作用力,大小相等,B,C错误;由于太阳质量为确定值,因此太阳对行星的引力与行星的质量成正比,D正确。
【参考答案】D
2、下列关于开普勒对行星运动规律的认识的说法正确的是( )
A.所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆
B.所有行星绕太阳运动的轨道都是圆
C.所有行星的轨道的半长轴的二次方跟公转周期的三次方的比值都相同
D.所有行星的公转周期与行星的轨道半径成正比
解析:由开普勒第一定律知所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆,太阳处在椭圆的一个焦点上,选项A正确,B错误;由开普勒第三定律知所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等,选项C,D错误。
【参考答案】A
3、行星沿椭圆轨道运行，远日点离太阳的距离为a，近日点离太阳的距离为b，过远日点时行星的速率为va ， 则过近日点时行星的速率为（ ）
A.?vb= va????????????????????????B.?vb= va????????????????????????C.?vb= va????????????????????????D.?vb= va
【答案】C
【解析】【解答】解：取极短时间△t，根据开普勒第二定律得 a?va?△t= b?vb?△t 得到vb= va
故选：C
【分析】根据开普勒第二定律：行星与太阳的连线在相等时间内扫过的面积相等，取极短时间△t，根据“面积”相等列方程得出远日点时与近日点时的速度比值求解
4、假设行星绕太阳在某轨道上做匀速圆周运动,下列说法正确的是( )
A.行星受到太阳的引力和向心力
B.太阳对行星有引力,行星对太阳没有引力
C.太阳对行星的引力大于行星对太阳的引力
D.太阳对行星的引力与行星的质量成正比
解析:向心力是效果力,它由物体所受外力提供,A错误;太阳与行星间的引力是一对相互作用力,大小相等,B,C错误;由于太阳质量为确定值,因此太阳对行星的引力与行星的质量成正比,D正确。
【参考答案】D
5、设想把质量为m的物体(可视为质点)放到地球的中心,地球质量为M、半径为R。则物体与地球间的万有引力是 (A)
A.零 B.无穷大 C.G D.无法确定
6、某星球的质量与地球质量相同,半径为地球半径的两倍。假设人类在该星球上能正常进行各种活动,则与地球上相比,在该星球上
( )
A.跳高运动员会跳得更高
B.水平投出的篮球下落得更快
C.烧开一壶水需要的时间更长
D.称体重时弹簧秤体重计的读数更大
解析:质量与地球质量相同,而半径为地球半径的两倍,则相应的该星球对物体引力为地球上的,重力加速度也为地球上的,所以,跳高运动员会跳得更高,A正确;而水平投出的篮球下落得更慢,称体重时弹簧秤体重计的读数更小,烧开一壶水需要的时间与重力加速度无关,B,C,D错误。
【参考答案】A
7、假设地球可视为质量均匀分布的球体.已知地球表面重力加速度在两极的大小为g0 ， 在赤道的大小为g，地球自转的周期为T，引力常量为G.地球的密度为( )
A.????????????????????B.?????????????????????????????C.?????????????????????????????D.?
【答案】B
【解析】【解答】在两极，引力等于重力，则有： ，由此可得地球质量 ， 在赤道处，引力与支持力的合力提供向心力，由牛顿第二定律，则有： ?，密度： ，解得： ?；
故答案为：B.
【分析】根据可求地球的密度。解决本题的关键是求地球的质量和半径，题中已知地球两极和赤道两处重力加速度，根据两极处万有引力等于重力和赤道上万有引力与支持力的合力提供向心力列式联立可求M、R。
8、天文单位(简写AU)是天文常数之一。历史上定义为地球和太阳之间的平均距离。已知水星距离太阳为0.4 AU,木星距离太阳约5.2 AU,海王星距离太阳约30.1 AU,则这些行星中公转角速度比地球的公转角速度小得多的是( )
A.水星 B.地球 C.木星 D.海王星
解析:行星绕太阳公转时有G=mω2r,故距离太阳越远的行星,其公转角速度越小。
【参考答案】D
9、（双选）为了估算一个天体的质量，需要知道绕该天体做匀速圆周运动的另一星球的条件是（ ）
A、运转周期和轨道半径 B、质量和运转周期
C、线速度和运转周期 D、环绕速度和质量
【参考答案】AC
10、“神舟十一号”飞船于2016年10月17日7时30分在中国酒泉卫星发射中心发射,将景海鹏和陈冬送入距离地球表面393 km的“天宫二号”空间实验室。下列说法中正确的是( )
A.宇航员在空间站里不受地球引力
B.宇航员绕地球一圈的时间大于24小时
C.“天宫二号”运行速度大于7.9 km/s
D.“天宫二号”运行的角速度大于地球同步轨道卫星的角速度
解析:宇航员在空间站里仍受地球引力作用,A错误;近地卫星的周期远小于地球自转的周期,角速度远大于地球自转角速度,故B错误,D正确;7.9 km/s是第一宇宙速度,即卫星的最大运行速度,C错误。
【参考答案】D
11、如图所示,a、b、c、d是在地球大气层外的圆形轨道上匀速运行的四颗人造卫星。其中a、c的轨道相交于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、经典力学的局限性体现在其理论只适用于( )
A．微观、低速、弱引力领域
B．微观、高速、强引力领域
C．微观、高速、弱引力领域
D．宏观、低速、弱引力领域
【答案】D
【解析】经典力学在微观，高速情况下不再适用，经典力学的适用条件为宏观世界、低速运动、弱引力领域；故D正确．
二、填空、实验题
开普勒行星运动定律告诉我们：所有行星绕太阳运动的轨道都是________，行星与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的________，所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它的________的二次方的比值都相等．
【参考答案】 椭圆；面积；公转周期
【解析】【解答】解：根据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．根据开普勒第二定律叫面积定律，它是针对同一个行星而言，在相等的时间内扫过的面积相等，不是针对不同行星而言；根据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．
故答案为：椭圆，面积，公转周期
【分析】开普勒第一定律是太阳系中的所有行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上．在相等时间内，太阳和运动着的行星的连线所扫过的面积都是相等的．开普勒第三定律中的公式 ，可知半长轴的三次方与公转周期的二次方成正比．
二、计算题类
1、根据所学知识完成题目：
（1）开普勒行星运动第三定律指出：行星绕太阳运动的椭圆轨道的半长轴a的三次方与它的公转周期T的二次方成正比，即 =k，k是一个对所有行星都相同的常量．将行星绕太阳的运动按圆周运动处理，请你推导出太阳系中该常量k的表达式．已知引力常量为G，太阳的质量为M太 ．
（2）开普勒定律不仅适用于太阳系，它对一切具有中心天体的引力系统（如地月系统）都成立．经测定月地距离为3.84×108 m，月球绕地球运动的周期为2.36×106 s，试计算地球的质量M地 ． （G=6.67×10﹣11 N?m2/kg2 ， 结果保留一位有效数字）
【参考答案】
（1）解：因行星绕太阳作匀速圆周运动，于是轨道的半长轴a即为轨道半径r．根据万有引力定律和牛顿第二定律有 ??? G =m行（ ）2r??????????????? ①
于是有 = M太②
即????????? k= M太③
答：太阳系中该常量k的表达式k= M太；
（2）在月地系统中，设月球绕地球运动的轨道半径为R，周期为T，由②式可得 = M地④ 解得????? M地=6×1024kg???
答：计算地球的质量为6×1024kg．
【解析】【分析】（1）行星绕太阳的运动按圆周运动处理时，此时轨道是圆，就没有半长轴了，此时 =k应改为 ，再由万有引力作为向心力列出方程可以求得常量k的表达式；（2）根据（1）中得到的关系式，带入数据即可求得地球的质量．
2、假设在半径为R的某天体上发射一颗该天体的卫星。若它贴近该天体的表面做匀速圆周运动的周期为T1,已知引力常量为G。
(1)则该天体的密度是多少?
(2)若这颗卫星距该天体表面的高度为h,测得卫星在该处做圆周运动的周期为T2,则该天体的密度又是多少?
解析:设卫星的质量为m,天体的质量为M。
(1)卫星贴近天体表面运动时有G=mR,M=
根据数学知识可知天体的体积为V=πR3
故该天体的密度为ρ===。
(2)卫星距天体表面的高度为h时,有
G=m(R+h)
M=
ρ===。
答案:(1) (2)