必修第二册第三章第三节预言未知星体计算天体质量基础练习 Word版含答案

2020-2021学年第二学期高一物理教科版（2019）必修第二册3.3预言未知星体计算天体质量基础练习
一、单选题
1．我国发射的探月航天器在接近月球表面的轨道上飞行，其运动视为匀速圆周运动。已知航天器运动的周期为T，引力常量为G，不考虑月球自转的影响，根据上述条件可以计算出（　　）
A．月球的平均密度
B．月球的质量
C．航天器的质量
D．月球半径
2．1930
年美国天文学家汤博发现冥王星，当时错估了冥王星的质量，以为冥王星比地球还大，所以命名
为大行星。然而，现代的观测正在改变我们对行星系统的认识。经过近
30
年对冥王星的进一步观测，发现它的直径只有
2300
公里，比月球还要小。2006
年
8
月
24
日召开的第
26
届国际天文学联合会（IAU）大会上通过决议，冥王星将不再位于“行星”之列，而属于矮行星，并提出了行星的新定义。行星新定义中有一点是行星的质量必须足够大。假如冥王星的轨道是一个圆形，在以下给出的几个条件中能估测出其质量的是（万有引力常量
G
已知）（　　）
A．冥王星围绕太阳运转的周期和轨道半径
B．冥王星围绕太阳运转的线速度和冥王星的半径
C．冥王星的卫星查龙（charon）围绕冥王星做圆周运动的加速度和冥王星的半径
D．冥王星的卫星查龙（charon）围绕冥王星做圆周运动的线速度和轨道半径
3．“嫦娥一号”是我国首次发射的探月卫星，它在距月球表面高度为200
km的圆形轨道上运行，运行周期为127
min。已知引力常量G＝6.67×10－11
N·m2/kg2，月球半径约为1.74×103
km。利用以上数据估算月球的质量约为（　　）
A．8×1010
kg
B．7×1022
kg
C．5×1019
kg
D．7×1013
kg
4．假设某星球和地球都是球体，该星球的质量是地球质量的2倍，该星球的半径是地球半径的3倍，那么该星球表面的重力加速度与地球表面处的重力加速度之比为（　　）
A．2：9
B．18：1
C．2：3
D．6：1
5．在物理学发展的过程中，许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程。在对以下几位物理学家所做科学贡献的叙述中，正确的说法是（　　）
A．英国物理学家卡文迪许用实验的方法测出引力常量G
B．牛顿通过计算首先发现了海王星和冥王星
C．哥白尼首先提出了“地心说”
D．开普勒经过多年的天文观测和记录，提出了“日心说”的观点
6．若地球表面的重力加速度为g1，地球引力在月球绕地球运行的轨道处产生的加速度大小为g2，月球表面的重力加速度为g3，月球绕地球做匀速圆周运动的向心加速度大小为a，则（　　）
A．a=g1
B．a=g2
C．g2=g3
D．g3=a+g2
7．如图所示，a与b是地球外圆形轨道上的两颗卫星，已知a卫星的轨道半径为，运行周期为，b卫星的轨道半径为，下列说法正确的是　　
A．地球质量
B．卫星b的运行周期
C．b卫星运行的线速度可能大于
D．根据题目内容可以求出地球的密度
8．某行星半径为R，其同步轨道卫星A距离行星表面高度为4R，周期为T，物体B静止在行星的赤道上。已知引力常量为G，下列说法中正确的是（　　）
A．A、B的向心力大小之比为5：1
B．A、B的向心加速度之比为4：1
C．行星的质量为
D．行星的质量为
9．卫星靠近某星球表面运转过程中，要计算该星球的密度，只需要知道下面哪一个物理量（　　）
A．卫星的质量
B．卫星运行的线速度
C．卫星运行的周期
D．卫星的半径
10．地球质量大约是月球质量的81倍，一个飞行器在地球与月球之间。当地球对它的引力和月球对它的引力大小相等时，该飞行器距地心的距离与距月心的距离之比为（　　）
A．1:9
B．9:1
C．1:81
D．81:1
11．已知引力常量G和下列四组中的哪一组数据，就能计算出地球的质量（　　）
A．地球绕太阳公转的周期及地球到太阳中心的距离
B．人造卫星距离地面的高度及卫星运行的周期
C．月球绕地球公转的周期及月球到地心的距离
D．地球自转周期和月球到地心的距离
12．设行星绕恒星运动轨道为圆形，则它运动的轨道半径的三次方与周期平方之比为常数，此常数的大小（　　）
A．只与恒星质量有关
B．与恒星质量和行星质量均有关
C．只与行星质量有关
D．与恒星和行星的速度有关
13．设地球表面的重力加速度为g0，
物体在距地心4R（R
是地球半径）处，由于地球的作用而产生的加速度为g，则为（　　）
A．1
B．
C．
D．
14．2015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），轨道半径约为，已知引力常量，利用以上数据可以估算类似太阳的恒星的质量约为（　　）
A．
B．
C．
D．
二、解答题
15．已知地球半径为R，引力常量为G，一颗质量为m的人造地球卫星，其轨道离地面的高度为h，绕地球运行的一周的时间为T，求：
(1)卫星的向心力大小；
(2)地球的质量。
16．2014年12月14日，北京飞行控制中心传来好消息，嫦娥三号探测器平稳落月。嫦娥三号接近月球表面过程可简化为三个阶段：一、距离月球表面一定的高度以v=1.7km/s的速度环绕运行，此时，打开七千五百牛顿变推力发动机减速，下降到距月球表面H＝100米高处时悬停，寻找合适落月点；二、找到落月点后继续下降，距月球表面h＝4m时速度再次减为0；三、此后，关闭所有发动机，使它做自由落体运动落到月球表面。已知嫦娥三号着陆时的质量为1200kg，月球表面重力加速度g'
为1.6m/s2，月球半径为R，引力常量G，（计算保留2位有效数字）求：
(1)月球的质量（用g'、R、G字母表示）
(2)从悬停在100米处到落至月球表面，发动机对嫦娥三号做的功？
(3)从v=1.7km/s到悬停，若用10分钟时间，设轨迹为直线，则减速过程的平均加速度为多大？若减速接近悬停点的最后一段，在垂直月面的方向下落，且加速度大小为上述减速过程的平均值，求此时发动机的平均推力为多大？
17．2019年5月17日23时48分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号丙运载火箭，成功发射了第四十五颗北斗导航卫星。假设该卫星在距离地球表面高为h处绕地球做匀速圆周运动，地球半径为R，地球表面重力加速度为g，万有引力常量为G，地球的体积为，忽略地球自转。求：
(1)地球的平均密度ρ；
(2)该人造卫星绕地球运动的周期T。
18．月球绕地球做匀速圆周运动，已知地球表面的重力加速度为，地球质量M与月球质量m之比，地球半径与月球半径R之比，地球与月球之间的距离r与地球的半径之比。求月球表面的重力加速度g与地球表面的重力加速度的比值。
参考答案
1．A
2．D
3．B
4．A
5．A
6．B
7．B
8．D
9．C
10．B
11．C
12．A
13．D
14．A
15．(1)；(2)
16．(1)；(2)-1.8×105
J；(3)2.8m/s2；5300
N。
17．(1)；(2)
18．0.16