第四章 能力提升卷—2020-2021学年【新教材】鲁科版（2019）高中物理必修第二册单元综合复习（Word含答案）

第四章能力提升卷
说明：本试卷满分100分，分为第Ⅰ卷（选择题）和第Ⅱ卷（非选择题）两部分，第Ⅰ卷为第1页至第3页，第Ⅱ卷为第4页至第6页。试题答案请用2B铅笔或0.5mm签字笔填涂到答题卡规定位置上，书写在试题上的答案无效。考试时间90分钟。
第Ⅰ卷 （共50分）
一、单选题（本题包括10小题，每小题3分，共30分。每小题只有一个选项符合题意）
1．2020年7月23日，我国在中国文昌航天发射场，成功发射首次火星探测任务天问一号探测器，目前系统状态良好，将于2021年2月抵达火星。已知火星半径约为地球半径的二分之一，质量约为地球质量的十分之一，近地卫星绕地球运行速度大小为v。若天问一号探测器在火星表面附近绕火星做匀速圆周运动，其速度大小约为（　　）
A．false B．false C．false D．false
2．如图所示，近地卫星的圆轨道I半径为R，设法使卫星通过一次变轨进入椭圆轨道II，再通过一次变轨进入半径为r的预定圆轨道III。已知地球的质量为M，引力常量为G，则（　　）
A．卫星在近地轨道I上的绕行线速度大小为false
B．卫星在轨道II上通过远地点b时的加速度大小为false
C．卫星在轨道II上通过近地点a时的速度等于在轨道I通过a时的速度
D．卫星在预定圆轨道III上的机械能小于在近地轨道I上的机械能
3．图中的甲是地球赤道上的一个物体，乙是“神舟十号”宇宙飞船（周期约90min），丙是地球的同步卫星，它们运行的轨道示意图如图所示，它们都绕地心做匀速圆周运动。下列有关说法中正确的是（　　）
A．它们运动的线速度大小关系是false
B．它们运动的向心加速度大小关系是false
C．已知甲运动的周期false，可计算出地球的密度false
D．已知乙运动的周期false及轨道半径false，可计算出地球质量false
4．2021年2月10日19时52分，中国航天再次迎来一个历史性时刻。在经过长达七个月，累计202天，4.75亿公里的漫长飞行之后，中国首颗火星探测器“天问一号”精准实施近火捕获制动，成功进入近火点高度约400千米，周期约10个地球日，倾角约10°的大椭圆环火轨道。根据天文资料已知火星的质量约为地球质量的false，火星半径约为地球半径的false，地球的第一宇宙速度约为7.9km/s，地球表面的重力加速度约为9.8m/s2，取false。由上述数据我们可以得到（　　）
A．火星的第一宇宙速度约为3.5km/s
B．火星表面的重力加速度约为4.9m/s2
C．地球与火星间的距离约为4.75亿公里
D．火星密度约为地球密度的1.2倍
5．2020年7月31日，北斗三号全球卫星导航系统正式开通，我国成为世界上少数具有自主卫星导航系统的国家。如图所示，两颗导航卫星A、B绕地球在同一平面内做匀速圆周运动，下列说法正确的是（　　）
A．卫星A的线速度大于卫星B的线速度
B．卫星A的角速度大小于卫星B的角速度
C．卫星A的向心加速度小于卫星B的向心加速度
D．两卫星绕地球做匀速圆周运动的周期相同
6．理论上已经证明，质量分布均匀的球壳对壳内物体的万有引力为零。现假设地球是一半径为R、质量分布均匀的实心球体，将一个铁球分别放在地面以下false深处和放在地面上方false高度处，则物体在两处的重力加速度之比为（　　）
A．32∶27 B．9∶8 C．81∶64 D．4∶3
7．如图所示，微信启动新界面，其画面视角从非洲大陆上空（左）变成中国上空（右），新照片由我国新一代静止轨道卫星“风云四号”拍摄，见证着科学家15年的辛苦和努力。下列说法正确的是（　　）
A．“风云四号”可能经过北京正上空
B．“风云四号”不可能经过北京正上空
C．与“风云四号”同轨道的卫星运动的动能都相等
D．“风云四号”的运行速度大于7.9km/s
8．假设有一载人宇宙飞船在距地面高度为4200 km 的赤道上空绕地球做匀速圆周运动，地球半径约为6400 km，地球同步卫星距地面高为36 000 km。宇宙飞船和一地球同步卫星绕地球同向运动，每当两者相距最近时，宇宙飞船就向同步卫星发射信号，然后再由同步卫星将信号发送到地面接收站。某时刻两者相距最远，从此刻开始，在一昼夜的时间内，接收站共接收到信号的次数为 （　　）
A．7次 B．6次 C．5次 D．4次
9．“天问一号”探测器需要通过霍曼转移轨道从地球发送到火星，地球轨道和火星轨道看成圆形轨道，此时霍曼转移轨道是一个近日点M和远日点P都与地球轨道、火星轨道相切的椭圆轨道（如图所示）。在近日点短暂点火后“天问一号”进入霍曼转移轨道，接着“天问一号”沿着这个轨道直至抵达远日点，然后再次点火进入火星轨道。已知万有引力常量为G，太阳质量为m，地球轨道和火星轨道半径分别为r和R，地球、火星、“天问一号”运行方向都为逆时针方向。下列说法正确的是（　　）
A．两次点火方向都与运动方向相同
B．两次点火之间的时间为false
C．“天问一号”在地球轨道上的角速度小于在火星轨道上的角速度
D．“天问一号”在转移轨道上近日点的速度大小等于地球公转速度大小
10．地球刚诞生时自转周期约是8小时，因为受到月球潮汐的影响，自转在持续减速，现在地球自转周期是24小时。与此同时，在数年、数十年的时间内，由于地球板块的运动、地壳的收缩、海洋、大气等一些复杂因素以及人类活动的影响，地球的自转周期会发生毫秒级别的微小波动。科学研究指出，若不考虑月球的影响，在地球的总质量不变的情况下，地球上的所有物质满足m1ωr12 + m2ωr22 + ….+ miωri2 = 常量，其中m1、m2、…… mi表示地球各部分的质量，r1、r2、…… ri为地球各部分到地轴的距离，ω为地球自转的角速度，如图所示。根据以上信息，结合所学，判断下列说法正确的是（　　）
A．月球潮汐的影响使地球自转的角速度变大
B．若地球自转变慢，地球赤道处的重力加速度会变小
C．若仅考虑A处的冰川融化，质心下降，会使地球自转周期变小
D．若仅考虑B处板块向赤道漂移，会使地球自转周期变小
二、多选题（本题包括5小题，共4分。在每小题给出的四个选项中，有多个选项正确，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。）
11．2018年12月嫦娥四号探测器进入近月的环月圆形轨道运行，下表中所示为收集到的相关数据，根据表中数据能求得（　　）
轨道离月面的高度
100km
月球的半径
1738km
月球表面的重力加速度
1.63m/s2
嫦娥四号的运行周期
1.79h
引力常量
6.67×10-11N·m2/kg2
A．嫦娥四号所受的引力 B．嫦娥四号的线速度大小
C．月球的质量 D．月球的平均密度
12．人类首次发现了引力波来源于距地球之外13亿光年的两个黑洞（质量分别为26个和39个太阳质量）互相绕转最后合并的过程。设两个黑洞A、B绕其连线上的O点做匀速圆周运动，如图所示。黑洞A的轨道半径大于黑洞B的轨道半径，两个黑洞的总质量为M，两个黑洞间的距离为L，其运动周期为T，则（　　）
A．黑洞A的质量一定小于黑洞B的质量
B．黑洞A的向心力一定小于黑洞B的向心力
C．两个黑洞间的距离L一定时，M越大，T越小
D．两个黑洞的总质量M一定时，L越大，T越小
13．探月工程中，嫦娥三号”探测器的发射可以简化如下：卫星由地面发射后，进入地月转移轨道，经过P点时变轨进入距离月球表面100公里圆形轨道1，在轨道1上经过Q点时变轨进入椭圆轨道2，月球车将在M点着陆月球表面，下列说法正确的是（　　）
A．“嫦娥三号”在轨道1上的速度比月球的第一宇宙速度大
B．“嫦娥三号”在地月转移轨道上经过P点的速度比在轨道1上经过P点时大
C．“嫦娥三号”在轨道1上运动周期比在轨道2上小
D．“嫦娥三号”在轨道1上经过Q点时的加速度等于在轨道2上经过Q点时的加速度
14．2020年7月23日12时41分，长征五号遥四运载火箭将“天问一号”探测器发射升空，至2021年2月10日19时52分，探测器顺利进入近火点高度约400千米，周期约10个地球日，倾角约10?的大椭圆环火轨道，成为中国第一颗人造火星卫星。环绕火星获得成功标志着实现“绕、着、巡”第一步“绕”的目标。如图所示为这一过程简图，则以下说法正确的是（　　）
A．天问一号从A点运动到B点过程中，一直处于超重状态
B．天问一号在轨道Ⅱ和轨道Ⅲ上经过B点加速度不同
C．天问一号在B点点火减速由轨道Ⅱ进入轨道Ⅲ
D．天问一号在A点点火加速由轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ
15．某行星和地球绕太阳公转的轨道均可视为圆，每过N年，该行星会运行到日地连线的延长线上，如图所示，下列分析正确的是（　　）
A．太阳对该行星的引力小于太阳对地球的引力
B．行星、地球、太阳三者共线的时间间隔为false年
C．该行星的公转周期为false年
D．该行星和地球的线速度之比为false
第Ⅱ卷（非选择题，共50分）
三、实验题（本题包括2小题，共14分）
16．（6分）一艘宇宙飞船飞近某一新发现的行星，并进入靠近该行星表面的圆形轨道绕行数圈后，着陆在行星上，宇宙飞船上备有以下实验仪器：
A．弹簧测力计一个
B．精确秒表一只
C．天平一台（附砝码一套）
D．物体一个
为测定该行星的质量M和半径R，宇航员在绕行及着陆后各进行一次测量，依据测量数据可以求出M和R（已知引力常量为G）。
(1)绕行时测量所用的仪器为________（用仪器的字母序号表示），所测物理量为________。
(2)着陆后测量所用的仪器为________（用仪器的字母序号表示），所测物理量为______________________。用测量数据求该行星质量M＝________，用测量数据求该星球半径R＝________。
17．（8分）未来中国字航员将会登月成功，假设宇航员在登月前后做两次物理实验，分别测量物体的质量和月球的质量。
实验一：宇宙飞船绕月球做匀速圆周运动时处于完全失重状态，在这种环境中无法用天平直接称量物体的质量，宇航员在飞船中用如图所示的装置来间接测量小球的质量，给小球一个初速度，让它在细线的拉力下做匀速圆周运动，飞船中还有刻度尺、秒表两种测量工具。
实验二：宇航员抵达半径为R的月球后，仍用同样的装置做实验，给质量为m（实验一已测出）的小球－个初速度，使其在竖直平面内做变速圆周运动，月球表面没有空气，拉力传感器显示小球在最低点、最高点读数差的绝对值为△F，根据圆周运动的动力学公式和机械能守恒定律可得△F恒为小球在月球表面重力的6倍，已知引力常量为G。
根据题中提供的条件和测量结果回答下列问题：
(1)实验一：若已知小球做匀速圆周运动时拉力传感器的示数为F，还需要测量的物理量是_____和周期，为了减小测量周期的误差，可测量n转对应的时间t，则待测小球质量的表达式为m=_____；
(2)实验二：测得月球表面的重力加速度为_____，月球的质量为_____。（小球的质量用m表示）
四、解答题（本题包括4小题，共36分，要求书写规范，步骤完整）
18．若我国的“天问一号”探测器在离火星表面高度为h的空中沿圆员形轨道绕火星飞行，周期为T，若火星半径为r，引力常量为G，求：
(1)火星的质量；
(2)火星表面的重力加速度；
(3)火星的第一宇宙速度。
19．地球赤道上有一位天文爱好者利用天文望远镜观测地球卫星的运行情况，其中在赤道平面内有一颗自西向东运行的近地卫星a，他发现，该卫星至少每隔时间false就会从其正上方飞过。已知地球半径为R，地球两极处的重力加速度为g，引力常量为G。求
（1）地球的质量M；
（2）地球的自转周期T。
20．天宫一号和神州八号分别于2011年9月29日和11月1日成功发射，并在空间完成交会对接，实现中国载人航天工程的一个新的跨越。天宫一号由长征运载火箭将其送入近地点为A，远地点为B的椭圆轨道上，实施变轨后，进入预定圆轨道，其简化的模拟轨道如图所示。假设近地点A距地面高度为h，飞船在预定圆轨道上飞行n圈所用的时间为t，地球表面的重力加速度为g，地球半径R，试求：
（1）天宫一号在近地点A的加速度aA大小；
（2）天宫一号在预定圆轨道上飞行的速度v的大小。
21．2021年3月24日，记者从中国科学院上海天文台获悉，经过近两年的深入研究，科学家对人类首次“看见”的那个黑洞，成功绘制出偏振图像，已知引力常量为G。试解决如下问题：
(1)若天文学家观测到一天体绕该黑洞做半径为r、周期为T的匀速圆周运动，求黑洞的质量M；
(2)黑洞是一种密度极大、引力极大的天体，以至于光都无法逃逸（光速为c＝3×108m/s），若某黑洞的半径R约30km，质量M和半径R的关系满足false，求该黑洞的表面重力加速度大小。
参考答案
1．D 2．B 3．D 4．A 5．C 6．A 7．B 8．A 9．B 10．C
11．BCD 12．AC 13．BD 14．CD 15．CD
16．B 周期T ACD 物体质量m、重力F false false
17．小球做匀速圆周运动的半径r false false false
18．(1)false；(2)false；(3)false
19．（1）false；（2）false
20．(1)false；(2)false
21．(1)false；(2)false