第三章章末质量评估（三）—2020-2021学年【新教材】粤教版（2019）高中物理必修第二册分级训练（word含答案）

章末质量评估（三）
（时间：90分钟　满分：100分）
一、单项选择题（本大题共10小题，每小题4分，共40分.在每小题给出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求，选对的得4分，选错或不答的得0分）
1.下列说法正确的是（　　）
A.哥白尼提出，行星和太阳都绕地球做匀速圆周运动
B.德国的伽勒在勒维耶预言的位置附近发现了海王星，人们称其为“笔尖下发现的行星”
C.开普勒研究牛顿的行星观测记录后，认为行星绕太阳运动的轨道不是圆而是椭圆
D.牛顿得出万有引力与物体质量及它们之间距离的关系并进一步测得引力常量G
2.关于行星绕太阳运动的下列说法中正确的是（　　）
A.所有行星与太阳的连线在相等时间内扫过的面积均相等
B.所有行星都在同一椭圆轨道上绕太阳运动
C.行星绕太阳运动时，太阳位于行星椭圆轨道的对称中心处
D.离太阳越近的行星运动周期越短
3.宇航员王亚平在“天宫一号”飞船内进行了我国首次太空授课，演示了一些完全失重状态下的物理现象.若飞船质量为m，距地面高度为h，地球质量为M，半径为R，引力常量为G，则飞船所在处的重力加速度大小为（　　）
A.0　　　　　　　 B.
C. D.
4.在天文学上，春分、夏至、秋分、冬至将一年分为春、夏、秋、冬四季.如图所示，从地球绕太阳的运动规律分析，下列判断正确的是（　　）
A.在冬至日前后，地球绕太阳的运行速率较大
B.在夏至日前后，地球绕太阳的运行速率较大
C.春夏两季比秋冬两季时间短
D.春夏两季和秋冬两季时间长度相同
5.2015年12月，我国暗物质粒子探测卫星“悟空”发射升空进入高为5.0×102 km的预定轨道.“悟空”卫星和地球同步卫星的运动均可视为匀速圆周运动，已知地球半径R＝6.4×103 km.下列说法正确的是（　　）
A.“悟空”卫星的线速度比同步卫星的线速度小
B.“悟空”卫星的角速度比同步卫星的角速度小
C.“悟空”卫星的运行周期比同步卫星的运行周期小
D.“悟空”卫星的向心加速度比同步卫星的向心加速度小
6.一宇航员站在某质量分布均匀的星球表面上以初速度v0沿竖直方向抛出一个小球，测得小球经过时间t落回抛出点.已知该星球半径为R，则该星球的第一宇宙速度为（　　）
A. B.
C. D.无法确定
7.如图所示，已知现在地球的一颗同步通信卫星信号最多覆盖地球赤道上的经度范围为2α，假设地球的自转周期变大，周期变大后的一颗地球同步通信卫星信号最多覆盖的赤道经度范围为2β，则前后两次同步卫星的运行周期之比为（　　）
A. B.
C. D.
8.2019年热映的《流浪地球》中，人类带着地球逃出太阳系，采取了转圈扔铁饼的方式.先把地球绕太阳的公转轨道Ⅰ由圆形改为椭圆形轨道Ⅱ，再进入木星的圆轨道Ⅲ，途中只需在P和Q进行两次引擎推进，P和Q分别是椭圆轨道Ⅱ与轨道Ⅰ和轨道Ⅲ的切点，则（　　）
A.地球在轨道Ⅰ运动的速率小于在轨道Ⅲ的运动速率
B.地球在轨道Ⅰ运动的周期大于在轨道Ⅲ运动的周期
C.途中两次引擎推进分别设置在P点加速，Q点减速
D.地球在轨道Ⅱ经过P点速度大于经过Q点的速度
9.太阳系的几乎所有天体包括小行星都自转，由于自转导致星球上的物体所受的重力与万有引力的大小之间存在差异，有的两者的差异可以忽略，有的两者却不能忽略，若有一个这样的星球，半径为R，绕过两极且与赤道平面垂直的轴自转，测得其赤道上一物体的重力是两极上的.则该星球的同步卫星离地高度为（　　）
A.R B.R
C.2R D.2R
10. 2019年4月10日，人类首张黑洞“照片”问世.黑洞是爱因斯坦广义相对论预言存在的一种天体，它具有的超强引力使光也无法逃离它的势力范围，即黑洞的逃逸速度大于光速.理论分析表明：星球的逃逸速度是其第一宇宙速度的倍.已知地球绕太阳公转的轨道半径约为1.5×1011m，公转周期约为3.15×107 s，假设太阳演变为黑洞，它的半径最大为（太阳的质量不变，光速c＝3.0×108 m/s）（　　）
A.1 km B.3 km
C.100 km D.300 km
二、多项选择题（本大题共4小题，每小题4分，共16分.在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错或不答的得0分）
11.据观测，某行星外围有一模糊不清的环，为了判断该环是连续物还是卫星群，测出了环中各层的线速度v与该层至行星中心的距离r，则（　　）
A.若v与r成正比，则环是连续物
B.若v与r成反比，则环是连续物
C.若v2与r成正比，则环是卫星群
D.若v2与r成反比，则环是卫星群
12.宇宙中，两颗靠得比较近的恒星，只受到彼此之间的万有引力作用互相绕转，我们称之为双星系统.设某双星系统绕其连线上的O点做匀速圆周运动，转动周期为T，轨道半径分别为RA、RB且RAA.星球A的向心力大于星球B的向心力
B.星球A的线速度一定大于星球B的线速度
C.星球A和星球B的质量之和为
D.双星的总质量一定，若双星之间的距离增大，其转动周期也变大
13.两颗人造地球卫星质量之比是1∶2，轨道半径之比是3∶1，则下述说法中，正确的是（　　）
A.它们的周期之比是∶1
B.它们的线速度之比是1∶
C.它们的向心加速度之比是1∶9
D.它们的向心力之比是1∶9
14.2019年3月10日，全国政协十三届二次会议第三次全体会议上，相关人士透露：未来十年左右，月球南极将出现中国主导、多国参与的月球科研站，中国人的足迹将踏上月球.假设你经过刻苦学习与训练后成为宇航员并登上月球，你站在月球表面沿水平方向以大小为v0的速度抛出一个小球，小球经时间t落到月球表面上的速度方向与月球表面间的夹角为θ，如图所示.已知月球的半径为R，引力常量为G.下列说法正确的是（　　）
A.月球表面的重力加速度为
B.月球的质量为
C.月球的第一宇宙速度
D.绕月球做匀速圆周运动的人造卫星的最小周期为2π
三、非选择题（本题共4小题，共44分）
15.（10分）火箭发射“神舟号”宇宙飞船开始阶段是竖直升空，设向上的加速度a＝5 m/s2，宇宙飞船中用弹簧测力计悬挂一个质量为m＝9 kg的物体，当飞船升到某高度时，弹簧测力计示数为85 N，那么此时飞船距地面的高度是多少？（地球半径R＝6 400 km，地球表面重力加速度g取10 m/s2）
16.（10分）为了与“天宫一号”成功对接，在发射时，“神舟十号”宇宙飞船首先要发射到离地面很近的圆轨道，然后经过多次变轨，最终与在距地面高度为H的圆形轨道上绕地球飞行的“天宫一号”完成对接，假设之后整体保持在距地面高度仍为H的圆形轨道上绕地球继续运动.已知地球半径为R0，地面附近的重力加速度为g.求：
（1）地球的第一宇宙速度；
（2）“神舟十号”宇宙飞船在近地圆轨道运行的速度与对接后整体的运行速度之比（用题中字母表示）.
17.（12分）2019年1月3日10时26分，“嫦娥四号”探测器自主着陆在月球背面南极艾特肯盆地内的冯·卡门撞击坑内，实现人类探测器首次在月球背面软着陆.设搭载探测器的轨道舱绕月球运行半径为r，月球表面重力加速度为g，月球半径为R，引力常量为G，求：
（1）月球的质量M和平均密度ρ；
（2）轨道舱绕月球的速度v和周期T.
18.（12分）由于地球的自转，物体在地球上不同纬度处随地球自转所需向心力的大小不同，因此同一个物体在地球上不同纬度处重力大小也不同，在地球赤道上的物体受到的重力与其在地球两极点受到的重力大小之比约为299∶300，因此我们通常忽略两者的差异，可认为两者相等.而在有些星球却不能忽略.假如某星球因为自转的原因，一物体在赤道上的重力与其在该星球两极点受到的重力大小之比为7∶8.已知该星球的半径为R.
（1）求绕该星球运动的同步卫星的轨道半径r；
（2）若已知该星球赤道上的重力加速度大小为g，引力常量为G，求该星球的密度ρ.
章末质量评估（三）
（时间：90分钟　满分：100分）
一、单项选择题（本大题共10小题，每小题4分，共40分.在每小题给出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求，选对的得4分，选错或不答的得0分）
1.下列说法正确的是（　　）
A.哥白尼提出，行星和太阳都绕地球做匀速圆周运动
B.德国的伽勒在勒维耶预言的位置附近发现了海王星，人们称其为“笔尖下发现的行星”
C.开普勒研究牛顿的行星观测记录后，认为行星绕太阳运动的轨道不是圆而是椭圆
D.牛顿得出万有引力与物体质量及它们之间距离的关系并进一步测得引力常量G
解析：哥白尼提出，行星和地球都绕着太阳运动，选项A错误；德国的伽勒在勒维耶预言的位置附近发现了海王星，人们称其为“笔尖下发现的行星”，选项B正确；开普勒研究第谷的行星观测记录后，认为行星绕太阳运动的轨道不是圆而是椭圆，选项C错误；牛顿得出万有引力与物体质量及它们之间距离的关系，卡文迪什用实验进一步测得引力常量G，选项D错误.
答案：B
2.关于行星绕太阳运动的下列说法中正确的是（　　）
A.所有行星与太阳的连线在相等时间内扫过的面积均相等
B.所有行星都在同一椭圆轨道上绕太阳运动
C.行星绕太阳运动时，太阳位于行星椭圆轨道的对称中心处
D.离太阳越近的行星运动周期越短
解析：对于某一个行星，它与太阳的连线在相等时间内扫过的面积均相等，但是对不同的行星与太阳的连线在相等时间内扫过的面积不相等，选项A错误；所有行星都在不同的椭圆轨道上绕太阳运动，选项B错误；行星绕太阳运动时，太阳位于行星椭圆轨道的焦点处，选项C错误；根据开普勒第三定律＝k可知，离太阳越近的行星运动周期越短，选项D正确.
答案：D
3.宇航员王亚平在“天宫一号”飞船内进行了我国首次太空授课，演示了一些完全失重状态下的物理现象.若飞船质量为m，距地面高度为h，地球质量为M，半径为R，引力常量为G，则飞船所在处的重力加速度大小为（　　）
A.0　　　　　　　 B.
C. D.
解析：“天宫一号”飞船绕地球飞行时与地球之间的万有引力F引＝G，由于“天宫一号”飞船绕地球飞行时重力与万有引力相等，即mg＝G，故飞船所在处的重力加速度g＝，故选项B正确，选项A、C、D错误.
答案：B
4.在天文学上，春分、夏至、秋分、冬至将一年分为春、夏、秋、冬四季.如图所示，从地球绕太阳的运动规律分析，下列判断正确的是（　　）
A.在冬至日前后，地球绕太阳的运行速率较大
B.在夏至日前后，地球绕太阳的运行速率较大
C.春夏两季比秋冬两季时间短
D.春夏两季和秋冬两季时间长度相同
解析：根据开普勒第二定律，对每一个行星而言，太阳行星的连线在相同时间内扫过的面积相等，行星在此椭圆轨道上运动的速度大小不断变化.近日点连线短，在冬至日前后，地球绕太阳的运行速率较大；远日点连线长，在夏至日前后，地球绕太阳的运行速率较小；春夏两季比秋冬两季时间长.
答案：A
5.2015年12月，我国暗物质粒子探测卫星“悟空”发射升空进入高为5.0×102 km的预定轨道.“悟空”卫星和地球同步卫星的运动均可视为匀速圆周运动，已知地球半径R＝6.4×103 km.下列说法正确的是（　　）
A.“悟空”卫星的线速度比同步卫星的线速度小
B.“悟空”卫星的角速度比同步卫星的角速度小
C.“悟空”卫星的运行周期比同步卫星的运行周期小
D.“悟空”卫星的向心加速度比同步卫星的向心加速度小
解析：地球同步卫星距地表36 000 km，由v＝可知，“悟空”卫星的线速度要大，所以A错误；由ω＝可知，“悟空”卫星的角速度要大，即周期要小，由a＝可知，“悟空”卫星的向心加速度要大，因此B、D错误，C正确.
答案：C
6.一宇航员站在某质量分布均匀的星球表面上以初速度v0沿竖直方向抛出一个小球，测得小球经过时间t落回抛出点.已知该星球半径为R，则该星球的第一宇宙速度为（　　）
A. B.
C. D.无法确定
解析：竖直上抛落回原点的速度大小等于初速度，方向与初速度相反.设星球表面的重力加速度为g，由竖直上抛规律可得：v0＝－v0＋gt，解得g＝.由地面万有引力等于重力提供向心力，得mg＝m，解得v＝＝ .故A正确.
答案：A
7.如图所示，已知现在地球的一颗同步通信卫星信号最多覆盖地球赤道上的经度范围为2α，假设地球的自转周期变大，周期变大后的一颗地球同步通信卫星信号最多覆盖的赤道经度范围为2β，则前后两次同步卫星的运行周期之比为（　　）
A. B.
C. D.
解析：根据万有引力定律＝mr，可知T1∶T2＝)∶)，由几何关系可知r1＝，r2＝，其中R为地球半径，联立可得T1∶T2＝ .
答案：A
8.2019年热映的《流浪地球》中，人类带着地球逃出太阳系，采取了转圈扔铁饼的方式.先把地球绕太阳的公转轨道Ⅰ由圆形改为椭圆形轨道Ⅱ，再进入木星的圆轨道Ⅲ，途中只需在P和Q进行两次引擎推进，P和Q分别是椭圆轨道Ⅱ与轨道Ⅰ和轨道Ⅲ的切点，则（　　）
A.地球在轨道Ⅰ运动的速率小于在轨道Ⅲ的运动速率
B.地球在轨道Ⅰ运动的周期大于在轨道Ⅲ运动的周期
C.途中两次引擎推进分别设置在P点加速，Q点减速
D.地球在轨道Ⅱ经过P点速度大于经过Q点的速度
解析：根据万有引力提供向心力，得运行速度为v＝ ，地球在轨道Ⅰ的半径小，运动的速率大于在轨道Ⅲ的运动速率，故A错误；根据开普勒第三定律可知：＝k，地球在轨道Ⅰ的半径小，运动的周期小于在轨道Ⅲ的运动周期，故B错误；地球从轨道Ⅰ两次变轨到轨道Ⅲ，根据变轨原理可知，在PQ两点均需要加速，故C错误；根据开普勒第二定律可知，相等时间内扫过的面积相等，故地球在轨道Ⅱ经过P点速度大于经过Q点的速度，故D正确.
答案：D
9.太阳系的几乎所有天体包括小行星都自转，由于自转导致星球上的物体所受的重力与万有引力的大小之间存在差异，有的两者的差异可以忽略，有的两者却不能忽略，若有一个这样的星球，半径为R，绕过两极且与赤道平面垂直的轴自转，测得其赤道上一物体的重力是两极上的.则该星球的同步卫星离地高度为（　　）
A.R B.R
C.2R D.2R
解析：设物体质量为m，星球质量为M，星球的自转周期为T，物体在星球两极时，万有引力等于重力：G＝mg.物体在星球赤道上随星球自转时，向心力由万有引力的一个分力提供，另一分力就是重力：G＝mg′＋Fn，mg′＝mg，则Fn＝G＝mR，该星球的同步卫星的周期等于自转周期T，设其离地表高度为h，则有G＝m（R＋h），联立得：h＝R，B正确.
答案：B
10. 2019年4月10日，人类首张黑洞“照片”问世.黑洞是爱因斯坦广义相对论预言存在的一种天体，它具有的超强引力使光也无法逃离它的势力范围，即黑洞的逃逸速度大于光速.理论分析表明：星球的逃逸速度是其第一宇宙速度的倍.已知地球绕太阳公转的轨道半径约为1.5×1011m，公转周期约为3.15×107 s，假设太阳演变为黑洞，它的半径最大为（太阳的质量不变，光速c＝3.0×108 m/s）（　　）
A.1 km B.3 km
C.100 km D.300 km
解析：地球绕太阳做圆周运动的向心力由万有引力提供
G＝＝mω2r＝mr，
解得太阳的质量M＝.
太阳的第一宇宙速度v1＝.
假设太阳演变为黑洞，它的逃逸速度v2＝v1>c，
解得R<＝3 000 m＝3 km，故B符合题意.
答案：B
二、多项选择题（本大题共4小题，每小题4分，共16分.在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错或不答的得0分）
11.据观测，某行星外围有一模糊不清的环，为了判断该环是连续物还是卫星群，测出了环中各层的线速度v与该层至行星中心的距离r，则（　　）
A.若v与r成正比，则环是连续物
B.若v与r成反比，则环是连续物
C.若v2与r成正比，则环是卫星群
D.若v2与r成反比，则环是卫星群
解析：若环是连续物，则环中各层自转的角速度相等，有v＝rω，即v与r成正比，A对，B错.若环是卫星群，因卫星绕行星运动的向心力由万有引力提供，则有G＝m，可得v2＝，即v2与r成反比，C错，D对.
答案：AD
12.宇宙中，两颗靠得比较近的恒星，只受到彼此之间的万有引力作用互相绕转，我们称之为双星系统.设某双星系统绕其连线上的O点做匀速圆周运动，转动周期为T，轨道半径分别为RA、RB且RAA.星球A的向心力大于星球B的向心力
B.星球A的线速度一定大于星球B的线速度
C.星球A和星球B的质量之和为
D.双星的总质量一定，若双星之间的距离增大，其转动周期也变大
解析：由双星靠相互间的万有引力提供向心力，知向心力大小相等.故A错误.双星的角速度相等，根据v＝rω知，星球A的线速度一定小于星球B的线速度.故B错误.对于A有：＝mARAω2，
对于B有：＝mBRBω2，ω＝，L＝RA＋RB，联立解得
mA＋mB＝.故C正确.根据mA＋mB＝＝，双星之间的距离增大，总质量不变，则转动的周期变大.故D正确.故选CD.
答案：CD
13.两颗人造地球卫星质量之比是1∶2，轨道半径之比是3∶1，则下述说法中，正确的是（　　）
A.它们的周期之比是∶1
B.它们的线速度之比是1∶
C.它们的向心加速度之比是1∶9
D.它们的向心力之比是1∶9
解析：人造卫星绕地球转动时万有引力提供向心力，即G＝man＝m＝mr，解得an＝G∝，v＝∝，T＝2π ∝，故两颗人造卫星的周期之比T1∶T2＝∶1，线速度之比v1∶v2＝1∶，向心加速度之比an1∶an2＝1∶9，向心力之比F1∶F2＝m1an1∶m2an2＝1∶18，故B、C正确，A、D错误.
答案：BC
14.2019年3月10日，全国政协十三届二次会议第三次全体会议上，相关人士透露：未来十年左右，月球南极将出现中国主导、多国参与的月球科研站，中国人的足迹将踏上月球.假设你经过刻苦学习与训练后成为宇航员并登上月球，你站在月球表面沿水平方向以大小为v0的速度抛出一个小球，小球经时间t落到月球表面上的速度方向与月球表面间的夹角为θ，如图所示.已知月球的半径为R，引力常量为G.下列说法正确的是（　　）
A.月球表面的重力加速度为
B.月球的质量为
C.月球的第一宇宙速度
D.绕月球做匀速圆周运动的人造卫星的最小周期为2π
解析：小球在月球表面做平抛运动，竖直方向做自由落体运动，则有vy＝gt，所以tan θ＝，则g＝，故A错误；月球表面的重力加速度为g＝，所以M＝＝，故B正确；第一宇宙速度为v1＝＝，故C正确；绕月球做匀速圆周运动的人造卫星的最小周期T＝＝2π.故D错误.
答案：BC
三、非选择题（本题共4小题，共44分）
15.（10分）火箭发射“神舟号”宇宙飞船开始阶段是竖直升空，设向上的加速度a＝5 m/s2，宇宙飞船中用弹簧测力计悬挂一个质量为m＝9 kg的物体，当飞船升到某高度时，弹簧测力计示数为85 N，那么此时飞船距地面的高度是多少？（地球半径R＝6 400 km，地球表面重力加速度g取10 m/s2）
解析：在地面附近，G＝mg.
在高空中，G＝mg′，
在宇宙飞船中，对质量为m的物体，
由牛顿第二定律可得：F－mg′＝ma，
由以上三式解得：h＝3.2×103 km.
答案：3.2×103 km
16.（10分）为了与“天宫一号”成功对接，在发射时，“神舟十号”宇宙飞船首先要发射到离地面很近的圆轨道，然后经过多次变轨，最终与在距地面高度为H的圆形轨道上绕地球飞行的“天宫一号”完成对接，假设之后整体保持在距地面高度仍为H的圆形轨道上绕地球继续运动.已知地球半径为R0，地面附近的重力加速度为g.求：
（1）地球的第一宇宙速度；
（2）“神舟十号”宇宙飞船在近地圆轨道运行的速度与对接后整体的运行速度之比（用题中字母表示）.
解析：（1）设地球的第一宇宙速度为v，根据万有引力定律和牛顿第二定律得：G)＝m，
在地面附近有G)＝m0g，
联立以上两式解得v＝.
（2）设“神舟十号”在近地圆轨道运行的速度为v1，根据题意可知v1＝v＝，
对接后，整体的运行速度为v2，根据万有引力定律和牛顿第二定律，得G＝m′,R0＋H)，
则v2＝ ,R0＋H))，
所以v1∶v2＝ .
答案：（1）　（2）
17.（12分）2019年1月3日10时26分，“嫦娥四号”探测器自主着陆在月球背面南极艾特肯盆地内的冯·卡门撞击坑内，实现人类探测器首次在月球背面软着陆.设搭载探测器的轨道舱绕月球运行半径为r，月球表面重力加速度为g，月球半径为R，引力常量为G，求：
（1）月球的质量M和平均密度ρ；
（2）轨道舱绕月球的速度v和周期T.
解析：（1）在月球表面：m0g＝G，则M＝，
月球的密度：ρ＝＝ ＝.
（2）轨道舱绕月球做圆周运动的向心力由万有引力提供：G＝m，解得：v＝，T＝＝2π .
答案：（1）M＝　ρ＝　（2）v＝ 　T＝2π
18.（12分）由于地球的自转，物体在地球上不同纬度处随地球自转所需向心力的大小不同，因此同一个物体在地球上不同纬度处重力大小也不同，在地球赤道上的物体受到的重力与其在地球两极点受到的重力大小之比约为299∶300，因此我们通常忽略两者的差异，可认为两者相等.而在有些星球却不能忽略.假如某星球因为自转的原因，一物体在赤道上的重力与其在该星球两极点受到的重力大小之比为7∶8.已知该星球的半径为R.
（1）求绕该星球运动的同步卫星的轨道半径r；
（2）若已知该星球赤道上的重力加速度大小为g，引力常量为G，求该星球的密度ρ.
解析：（1）设物体质量为m，星球质量为M，星球的自转周期为T，物体在星球两极时，万有引力等于重力，即F万＝G＝G极，物体在星球赤道上随星球自转时，其向心力由万有引力的一个分力提供，另一个分力就是物体的重力G赤，有F万＝G赤＋Fn.因为G赤＝G极，所以Fn＝G＝mR.该星球的同步卫星的周期等于星球的自转周期T，则有G＝mr，联立解得r＝2R.
（2）在星球赤道上，有G＝mg，
可得M＝.
又因星球的体积V＝πR3，
所以该星球的密度ρ＝＝.
答案：（1）2R　（2）