高中物理必修二第六章万有引力与航天教师卷含答案doc.docx
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高中物理必修二第六章万有引力与航天教师卷含答案doc.docx
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高中物理必修二第六章万有引力与航天教师卷含答案doc
2014-2015学年万有引力与航天专题
一、选择题(注意:
有些题是多选)
1.同步卫星离地球球心的距离为“运行速率为VI,加速度大小为地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度大
小为血,第一宇宙速度为V2,地球半径为R。
则()
①ai:
a2=r:
R②a.i:
a2=R2:
r~③vuv2=R2:
r2④Vj:
v2=a/R^;Vr
A、①③B、②③C、①④I)、②④
【答案】C
【解析】
试题分析:
同步卫星的角速度、赤道上的物体的角速度都与地球自转的角速度相同,则由护3、得,a}:
a2=r.R.故
①正确,②错误.第一宇宙速度等于近地卫星的运行速度,人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,由地球的万有引力提供向心力,则得G竺—则有:
y=J空,M是地球的质量为M,r是卫星的轨道半径,则得到,广rVr
v;.v2=4R\4r.故③错误,④正确.故C正确;
考点:
考查了万有引力定律,同步卫星
2.下列说法正确的是:
A、伽利略运用科学的推理,给出了匀变速运动的定义
B、开普勒总结和发展了前人的发现,得出万有引力定律
C、库仑利用带电油滴在竖直电场中的平衡,得到了基本电荷e
D、安培通过试验发现了电流能产生磁场
【答案】A
【解析】
试题分析:
伽利略运用猜想与假设、实验验证与逻辑推理的科学方法,给出了匀变速运动的定义,选项A正确;万有引力定律由牛顿发现,选项B错误;密立根通过油滴实验测定了基本电荷,选项C错误;奥斯特通过实验发现了电流的磁效应,故选项D错误。
考点:
本题考查物理学史.
3.如图所示,飞船从圆轨道1变轨至圆轨道2,轨道2的半径是轨道1半径的3倍。
若飞船在两轨道上都做匀速圆周运动,则飞船在轨道2上运行和在轨道1上运行相比
A.线速度变为原来的3倍B.向心加速度变为原来的丄
9
C.动能变为原来的丄D.运行周期变为原来的3倍
3
【答案】BC
【解析】
Vj=选项A错误;根据Q=
选项B
正确;根据Er=,Ek2=^Ek{f选项C正确;根据T=-可知丁2=3凤,选项D错误.
考点:
人造卫星;万有引力定律的应用・
4.关于开普勒行星运动的公式
T2
=k,以下理解正确的是(
).
A.k是一个与行星无关的量
B.若地球绕太阳运转轨道的半长轴为R地,周期为T地;月球绕地球运转轨道的半长轴为R月,周期为T月
q3n?
上地
C.T表示行星运动的自转周期
D.T表示行星运动的公转周期
【答案】AD
【解析】T是公转周期,k是一个与环绕星体无关的量,只与被环绕的中心天体有关,中心天体不同,其值不同,只
右围绕同
天体运动的行星或卫星,它们半长轴的三次方与公转周期的二次方之比才是同-常数,故鈔
5.同步卫星是指相对于地而不动的人造地球卫星()
A、它可以是在地面上任一点的正上方,离地心的距离可按需要选择不同值
B、它做圆周运动的周期是24小时。
C、它只能在赤道的正上方,但离地心的距离可按需要选择不同值
D、它只能在赤道的正上方,且离地心的距离是一定的
【答案】BD
【解析】
试题分析:
同步卫星是指相对于地面不动的人造地球卫星,因此其周期应该为24h,根据万有引力提供向心力
GmMv'.[GM(GM丁2兀"GM“d2口““口八十—
—I—=ni—可知u=J,=J—,T——,a=—,GM—gR,所以T已知,从公式可知,r
r~rVrVr3y/GMr
一定为恒定值,即距地表35800Km处,所以答案为BD
考点:
万有引力提供向心力
点评:
本题考查了万有引力提供向心力,本题考查了一个特别的卫星,即同步通信卫星,要知道其周期为24h。
6.地球半径为R,距地面高为h处有一颗同步卫星,今赤道上一物体和同步卫星一起随地球自转,则它们转动的线速度之比为
Z钢:
c.v物:
v卫二R+h
R+h
D.V物:
V卫二R
【答案】D
【解析】
试题分析:
同步卫星的向心力由万有引力提供,但赤道上的物体向心力由万有引力减去支持力提供,所以不能使用
2学及其相应公式。
但是由于同步卫星的周期与地球自转周期相同,”十可知,答案为&竽考点:
万有引力提供向心力
点评:
本题考查了万有引力提供向心力的分析方法,这类问题常常又被细分为在轨卫星问题和不在轨道物体问题,即主要是看向心力的来源。
7.已知两球的半径为口和门,r为两球之间的最小距离,如图所示,而且两球质量均匀分布、大小分别为血和oh,则两球间万有引力大小为
A.G
m2
B.
C.G
m{m2
(斤+汀
D.
【答案】D
【解析】试题分析:
两个球的半径分别为G和口,两球之间的距离为「所以两球心间的距离为0+勺+厂,根据万有引力定律得:
两球间的万有引力大小为F=G—叫n2,.
0+厂+Q
故选D.
考点:
万有引力定律及其应用;
点评:
对于质量均匀分布的球,公式中的r应该是两球心之间的距离.
8.有关开普勒关于行星运动的描述,下列说法中正确的是()
A.所有的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
B.所有的行星绕太阳运动的轨道都是圆,太阳处在圆心上
C.所有的行星轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等
D.不同的行星绕太阳运动的椭圆轨道是相同的
【答案】A
【解析】:
开普勒定律指出行星绕太阳运动的轨道都是椭圆,不同的行星绕太阳运动的椭圆轨道不同,太阳处在椭圆的一个焦点上,A正确、BD错误;只有绕同一中心天体的行星轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值才相等,C错误。
9.万有引力定律揭示了自然界中物体间一种基本相互作用规律.下列说法正确的是()
A.牛顿不仅提岀了万有引力定律,并较为精确的测出了引力常量
B.人造地球卫星绕地球的向心力由地球对它的万有引力提供
C.万有引力定律只适用于天体,不适用于地面上的物体
D.宇宙飞船内的宇航员处于失重状态是由于没有受到万有引力的作用
【答案】B
【解析】
试题分析:
牛顿提出了万有引力定律,卡文迪许较为精确的测出了引力常量,选项A错误;人造地球卫星绕地球的向心力由地球对它的万有引力提供,选项B正确;万有引力定律只适用于天体,也适用于地面上的物体,选项C错误;
宇宙飞船内的宇航员处于失重状态是由于所受的万有引力等于圆周运动的向心力,选项D错误;故选B。
考点:
万有引力定律.
10.某行星绕太阳公转的半径为「公转的周期为T,万有引力常量为G,则由此可求出:
A.该行星的质量
C.该行星运行的线速度大小。
【答案】BC
B.太阳的质量
D.太阳的密度
小Mm4/r2
G——=m—v
【解析】由厂T可求出中心天体的质量,由于无法求出太阳的半径,密度求不出来,D错;行星线速度
v二wr=2开r/T,BC对
11.有甲、乙两颗人造地球卫星,甲的环绕轨道半径大于乙的环绕轨道半径,则
(A)甲的线速度一定大于乙的线速度
(B)甲的角速度一定大于乙的角速度
(C)甲的加速度一定大于乙的加速度
(D)甲的环绕周期一定大于乙的周期
【答案】D
【解析】由G^=my得¥=知甲的线速度一定小于乙的线速度,A错;由G響=加沪厂得⑵
知甲的角速度一定小于乙的角速度,B错:
由G
Mm
=也得a=
知甲的加速度一定小于乙的加速度,C错;由
/[4m07T八4”,厂°
G—厂=m(—)2厂得T=十知甲的环绕周期一定大于乙的周期,D对。
r2TVGM
12.一物体静置在平均密度为P的球形天体表面的赤道上.已知万有引力常量为G,若由于天体自转使物体对天体表面压力恰好为零,则天体自转周期为()
A.
4兀
3Gp
万有引力等于向心力,所以根据牛顿第二定律有:
小Mm47T2
G——=m—r
rT2
B.它们的速度大小与轨道半径成正比
C.它们的速度大小相等
D.它们的向心加速度大小相等
【答案】B
【解析】由题意可知两星球围绕同一固定点做同周期的匀速圆周运动,周期相同,加速度相同,设两星球的质量分别为ml和m2,对星球ml,由向心力公式可得:
“ng2
G—4—=m.vvr.
I)11
772in
同理对星球52有:
G十”丹两式相除得:
且=也(即轨道半径与质量成反比)
R2
由线速度\=昨可知AC错;B对;向心加速度a=vv2r可知D错;
14.某行星围绕太阳运动的轨迹如图所示.
忽略其它行星对它的引力作用o当它从近日点a向远日点b运动的过程中
太阳
行星
B.速度变大
A.速度变小
【答案】AC
【解析】
试题分析:
根据开普勒行星运动第二定律,
C.加速度变小
D.加速度变大
行星与太阳的连线在相同时间内扫过的面积相等,所以离太阳越近的点速
度越大;根据G^~=ma,离太阳越远的点加速度越小。
选项AC正确。
考点:
开普勒行星运动定律及牛顿定律。
15.如图所示,a、b、c是大气层外圆形轨道上运行的三颗人造卫星,a.b质量相同且小于c的质量,下面说法中正确的是()
qd
fl
b/
、z
o地
A.b、c的线速度大小相等且大于a的线速度
B.b、c的向心加速度相等且大于a的向心加速度
C.b、c的周期相等且大于a的周期
D.b、c的向心力相等且大于a的向心力
【答案】C
由公式G啤=ma得a=^-
rr
【解析】由公式G啤=m—得uJ空所以a的线速度要大于b和c的线速度rrVr
所以b和c的向心加速度相等且小于a的向心加速度,B错。
由公式
C_=m_rWr=J—w,c的周期相等且大于a的周期,E由公式F=G百得C的向心力
大于b的向心力,a的向心力大于b的向心力,D错。
二、填空题
16.已知某星球的质量为地球质量的1/16,半径约为地球半径的1/4,地球上的近地球的卫星的运行线速度(第一宇宙速度)约为7.9km/s,则绕该星球表面运行的卫星其速率约为km/so
【答案】3.95
【解析】试题分析:
第一宇宙速度的计算公式是v=jGM/厂,只该星球的质量是地球质量的”16,半径是地球半径
的g代入v的公式,比例化简得出该星球表面运行的卫星其速率约为3.95km/So
考点:
第一宇宙速度
点评:
熟记宇宙速度的计算公式,从题中找信息代入即可
17.宇宙飞船(内有宇航员)绕地球做匀速圆周运动,地球的质量为M,宇宙飞船的质量为m,宇宙飞船到地球球心的距离为"引力常量为G,宇宙飞船受到地球对它的万有引力F=;飞船内的宇航员处于状态(选
填“超重”或“失重”).
Mm
【答案】f=G导;
失重
【解析】试题分析:
根据万有引力定律可得宇宙飞船受到的万有引力为F=Gp,由于宇航员在运动过程中万有引厂
力完全充当向心力,故处于失重状态,
考点:
考查了万有引力定律的应用
18.两颗人造地球卫星,它们的质量之比叫:
加2=1:
2,它们的轨道半径之比&:
R2=1:
3,那么它们所受的向心
它们的线速度之比Vl:
V2二
力之比F,:
F2=;它们的周期之比T】:
T尸—
秩可求得周期之比为09,线速
【答案】9:
2;73:
9:
73:
1。
(官取10m/s2)
【解析】向心力公式F=G斗可知向心力之比为9:
2,由周期公式T=2tt
度公式V=J
罕可求得线速度之比为希:
1
三、计算题
19.质量为m的卫星离地面R。
处做匀速圆周运动。
设地球的半径也为R。
,地面的重力加速度为g,引力常数G,求:
(1)地球的质量;
(2)卫星的线速度大小。
【解析】试题分析:
(1)对地面的物体
mg=G^-可得:
M=^
G
(2)卫星的受到的合外力即为万有引力:
-Mmv2
Gr=〃2
(2/)22凡
与上式联立可得卩=
考点:
此题考查的是万有引力定律及牛顿第二定律。
20.已知某星球赤道上有一物体质量为m,重力加速度为a,(不考虑星球自转带来的影响),随星球自转的周期为T,星球半径为R,引力常量为G,求
(1)该星球的平均密度;
(2)该星球的第一宇宙速度;
(3)该星球的同步卫星离星球表面的高度。
【答案】
(1)
3a
4GttR
(2)v=^faR
【解析】(!
)G”
3a
4GtcR
2+2=4分
V2
=m——
R
2+1=3分
=m0(/?
+/7)(y-)2
3+1=4分
21.某宇航员在一星球表面附近高度为II处以速度w水平抛出一物体,经过一段时间后物体落回星球表面,,测得该物体的水平位移为x,已知星球半径为R,万有引力常量为G。
不计空气阻力,求
(1)该星球的质量
(2)该星球的第一宇宙速度大小
【答案】⑴“呼⑵号翻
【解析】
试题分析:
(1)设平抛的时间为t,则X=VQt
H=」gf2,解得g=2导°
2厂
小Mm
ms=
,解得M
IHvlR2
Gx1
⑵设第一宇宙速度为V,则G缪=m—,解得j—二莎二比向示
RRVRx
考点:
万有引力定律及平抛物体的运动。
22.“神舟十号”飞船在绕地球做匀速圆周运动时,离地面的高度为h,周期为T,已知地球的半径为R,引力常量为G,写出地球质量和密度的表达式。
*Qr(/?
+/z)‘
[答案]M=——°
G厂
【解析】
_3兀(/?
+")'P~GT2/?
3
解得:
4兀2(R+防3
gF
42
地球的体积为宀捫,所以可求得:
_3兀(R+h『P~GT2R3
试题分析:
飞船做圆周运动的向心力由万有引力提供,根据牛顿定律及万有引力定律,6為訥笋(5),
考点:
万有引力定律及牛顿定律
23.已知地球半径为R,地球表面重力加速度为g,万有引力常量为G,不考虑地球自转的影响.
(1)求地球的质量M?
(2)求地球的第一宇宙速度v?
(3)若卫星绕地球做匀速圆周运动且运行周期为T,求卫星距离地面的高度h.
【答案】
(1)M
(3)h
(R2gT2}
I4712
3
-R
丿
【解析】试题分析:
得咗
V
(2)由mg=in—
(3)由G
Mm
T2
考点:
考查人造卫星
点评:
本题难度较小,求解天体质量可利用黄金代换式,第一宇宙速度是贴近地球表面运动的最大速度
24.某宇航员在地面上体重为600N,他在宇宙飞船中以5皿//的加速度竖直匀加速上升,当上升到某高度时他所受的支持力为450N,求:
①、宇航员的质量;②、此时宇宙飞船离地面的髙度。
(取地球半径6.4X10'kni,地球表面处重力加速度10m/s2)
【答案】60kg,6.4X103km
【解析】
试题分析:
在地球表面,根据公式皿=勺二g
叫加60畑
广Mm
根据牛顿第二定律可得mg7二ma,
=mg\联立可得h=6.4xl05km
考点:
考査了万有引力定律的应用
点评:
基础题,关键是正确掌握公式,需要注意的是在计算高度的时候不要忘记轨道半径等于地球半径加距离地面的高度
3龙-7T-
C.(―)2D.(―)2
GpGp
【答案】C
【解析】
试题分析:
物体对天体压力为零,根据万有引力等于向心力可以求出周期,同时根据质量和密度关系公式即可求解周期与密度关系式.
44龙14—
再根据公式M=pV=p(-卄),所以r34=p(—龙”)解得T=(―)2,C正确,
3T~G3Gp
考点:
考査了万有引力定律的应用
点评:
本题关键是抓住万有引力等于向心力列式求解,同时本题结果是一个有用的结论!
13.宇宙中有相距较近,质量可以相比的两颗星球,其它星球对它们的万有引力可以忽略不计。
它们在相互之间的万
有引力作用下,围绕连线上的某一固定点做同周期的匀速圆周运动。
下列说法中正确的是()
A.它们的速度大小与质量成正比
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