春人教物理（新教材）必修萬有引力與宇宙航行及答案

2020春人教物理（新教材）必修第二冊第7章萬有引力與宇宙航行及答案（新教材）必修第二冊第七章萬有引力與宇宙航行一、選擇題1、火星和木星沿各自的橢圓軌道繞太陽運(yùn)行，根據(jù)開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律可知()A.太陽位于木星運(yùn)行軌道的中心B.火星和木星繞太陽運(yùn)行速度的大小始終相等C.火星與木星公轉(zhuǎn)周期之比的平方等于它們軌道半長軸之比的立方D.相同時(shí)間內(nèi)，火星與太陽連線掃過的面積等于木星與太陽連線掃過的面積2、(2019·河北武邑中學(xué)期中考試)(雙選)在討論地球潮汐成因時(shí)，地球繞太陽運(yùn)行的軌道與月球繞地球運(yùn)行的軌道均可視為圓軌道。已知太陽質(zhì)量約為月球質(zhì)量的×107倍，地球繞太陽運(yùn)行的軌道半徑約為月球繞地球運(yùn)行的軌道半徑的400倍。關(guān)于太陽和月球?qū)Φ厍蛏舷嗤|(zhì)量海水的引力，下列說法正確的是()A.太陽引力遠(yuǎn)大于月球引力B.太陽引力與月球引力相差不大C.月球?qū)Σ煌瑓^(qū)域海水的引力大小相等D.月球?qū)Σ煌瑓^(qū)域海水的引力大小有差異3、若地球繞太陽的公轉(zhuǎn)周期及公轉(zhuǎn)軌道半徑分別為T和R，月球繞地球的公轉(zhuǎn)周期和公轉(zhuǎn)軌道半徑分別為t和r，則太陽質(zhì)量與地球質(zhì)量之比eq\f(m日,m地)為()\f(R3t2,r3T2)\f(R3T2,r3t2)\f(R3t2,r2T3)\f(R2T3,r2t3)4、(雙選)國家航天局探月與航天工程中心表示，2020年我國首次實(shí)施火星探測任務(wù)，并計(jì)劃實(shí)現(xiàn)對火星的全球性、綜合性環(huán)繞探測。已知火星的質(zhì)量約為地球質(zhì)量的eq\f(1,9)，火星的半徑約為地球半徑的eq\f(1,2)。下列關(guān)于火星探測器的說法中正確的是()A.發(fā)射速度只要大于第一宇宙速度即可B.發(fā)射速度只有達(dá)到第三宇宙速度才可以C.發(fā)射速度應(yīng)大于第二宇宙速度而小于第三宇宙速度D.火星探測器環(huán)繞火星運(yùn)行的最大速度為地球第一宇宙速度的eq\f(\r(2),3)5、一艘太空飛船靜止時(shí)的長度為30m，他以(c為光速)的速度沿長度方向飛行越過地球，下列說法正確的是()A.飛船上的觀測者測得該飛船的長度小于30mB.地球上的觀測者測得該飛船的長度小于30mC.飛船上的觀測者測得地球上發(fā)來的光信號速度小于cD.地球上的觀測者測得飛船上發(fā)來的光信號速度小于c6、如圖所示，兩球間的距離為r，兩球的質(zhì)量分布均勻，質(zhì)量大小分別為m1、m2，半徑大小分別為r1、r2，則兩球間的萬有引力大小為()\f(m1m2,r2)\f(m1m2,req\o\al(2,1))\f(m1m2,（r1＋r2）2)\f(m1m2,（r1＋r2＋r）2)7、火星直徑約為地球的一半，質(zhì)量約為地球的十分之一，它繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道半徑約為地球公轉(zhuǎn)半徑的倍。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，以下說法中正確的是()A.火星表面重力加速度的數(shù)值比地球表面的大B.火星公轉(zhuǎn)的周期比地球的長C.火星公轉(zhuǎn)的線速度比地球的大D.火星公轉(zhuǎn)的向心加速度比地球的大8、(多選)三顆人造地球衛(wèi)星A、B、C繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如圖所示，已知mA＝mB＜mC，則對于三顆衛(wèi)星，正確的是()A.運(yùn)行線速度關(guān)系為vA＞vB＝vCB.運(yùn)行周期關(guān)系為TA＜TB＝TCC.向心力大小關(guān)系為FA＝FB＜FC利用牛頓第二定律D.半徑與周期關(guān)系為eq\f(Req\o\al(3,A),Teq\o\al(2,A))＝eq\f(Req\o\al(3,B),Teq\o\al(2,B))＝eq\f(Req\o\al(3,C),Teq\o\al(2,C))利用開普勒第三定律9、在一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的巨大轉(zhuǎn)盤上放置三個(gè)完全相同的時(shí)鐘，a放在轉(zhuǎn)軸處，b放在中間，c放在邊緣處，如圖所示。對于地面上的觀察者，根據(jù)相對論認(rèn)為三個(gè)時(shí)鐘的快慢情況，下列說法正確的是()鐘最快，b、c鐘一樣慢 鐘最慢，b、c鐘一樣快鐘最快，c鐘最慢 鐘最慢，c鐘最快10、(多選)如圖所示，a、b、c是地球大氣層外圈圓形軌道上運(yùn)動(dòng)的三顆衛(wèi)星，a和b質(zhì)量相等，且小于c的質(zhì)量，則()所需向心力最小、c的周期相同且大于a的周期、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度、c的線速度大小相等，且小于a的線速度11、下列說法中正確的是()A.牛頓運(yùn)動(dòng)定律就是牛頓力學(xué)B.牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)是牛頓運(yùn)動(dòng)定律C.牛頓運(yùn)動(dòng)定律可以解決自然界中的所有問題D.牛頓力學(xué)可以解決自然界中的所有問題二、非選擇題1、如圖所示為地球繞太陽運(yùn)動(dòng)的示意圖及北半球春分、夏至、秋分、冬至?xí)r地球所在的位置。(1)太陽是否在軌道平面的中心？夏至、冬至?xí)r地球到太陽的距離是否相同？(2)一年之內(nèi)秋冬兩季比春夏兩季為什么要少幾天？2、已知地球、火星都繞太陽轉(zhuǎn)動(dòng)，火星的公轉(zhuǎn)半徑是地球公轉(zhuǎn)半徑的倍，根據(jù)以上材料思考：(1)地球、火星遵循什么樣的動(dòng)力學(xué)規(guī)律？(2)如何比較火星與地球的線速度、角速度、周期以及向心加速度的大??？3、如圖所示，兩艘飛船A、B沿同一直線同向飛行，相對地面的速度均為v(v接近光速c)。地面上測得它們相距為L，則A測得兩飛船間的距離________(選填“大于”“等于”或“小于”)L。當(dāng)B向A發(fā)出一光信號，A測得該信號的速度為________。2020春人教物理（新教材）必修第二冊第7章萬有引力與宇宙航行及答案（新教材）必修第二冊第七章萬有引力與宇宙航行一、選擇題1、火星和木星沿各自的橢圓軌道繞太陽運(yùn)行，根據(jù)開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律可知()A.太陽位于木星運(yùn)行軌道的中心B.火星和木星繞太陽運(yùn)行速度的大小始終相等C.火星與木星公轉(zhuǎn)周期之比的平方等于它們軌道半長軸之比的立方D.相同時(shí)間內(nèi)，火星與太陽連線掃過的面積等于木星與太陽連線掃過的面積【解析】太陽位于木星運(yùn)行軌道的一個(gè)焦點(diǎn)上，A項(xiàng)錯(cuò)誤；火星與木星軌道不同，在運(yùn)行時(shí)速度不可能始終相等，B項(xiàng)錯(cuò)誤；“在相等的時(shí)間內(nèi)，行星與太陽連線掃過的面積相等”是對于同一顆行星而言的，不同的行星，則不具有可比性，D項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)開普勒第三定律，對同一中心天體來說，行星公轉(zhuǎn)半長軸的三次方與其周期的平方的比值為一定值，C項(xiàng)正確?！敬鸢浮緾2、(2019·河北武邑中學(xué)期中考試)(雙選)在討論地球潮汐成因時(shí)，地球繞太陽運(yùn)行的軌道與月球繞地球運(yùn)行的軌道均可視為圓軌道。已知太陽質(zhì)量約為月球質(zhì)量的×107倍，地球繞太陽運(yùn)行的軌道半徑約為月球繞地球運(yùn)行的軌道半徑的400倍。關(guān)于太陽和月球?qū)Φ厍蛏舷嗤|(zhì)量海水的引力，下列說法正確的是()A.太陽引力遠(yuǎn)大于月球引力B.太陽引力與月球引力相差不大C.月球?qū)Σ煌瑓^(qū)域海水的引力大小相等D.月球?qū)Σ煌瑓^(qū)域海水的引力大小有差異【解析】根據(jù)F＝Geq\f(Mm,R2)，可得eq\f(F太陽,F月)＝eq\f(M太陽,M月)·eq\f(Req\o\al(2,月),Req\o\al(2,太陽))，代入數(shù)據(jù)可知，太陽對地球上相同質(zhì)量海水的引力遠(yuǎn)大于月球?qū)ζ涞囊?，則A正確，B錯(cuò)誤；由于月心到不同區(qū)域海水的距離不同，所以引力大小有差異，C錯(cuò)誤，D正確?！敬鸢浮緼D3、若地球繞太陽的公轉(zhuǎn)周期及公轉(zhuǎn)軌道半徑分別為T和R，月球繞地球的公轉(zhuǎn)周期和公轉(zhuǎn)軌道半徑分別為t和r，則太陽質(zhì)量與地球質(zhì)量之比eq\f(m日,m地)為()\f(R3t2,r3T2)\f(R3T2,r3t2)\f(R3t2,r2T3)\f(R2T3,r2t3)【解析】無論地球繞太陽公轉(zhuǎn)還是月球繞地球公轉(zhuǎn)，統(tǒng)一表示為eq\f(Gmm0,req\o\al(2,0))＝meq\f(4π2,Teq\o\al(2,0))r0，即m∝eq\f(req\o\al(3,0),Teq\o\al(2,0))，所以eq\f(m日,m地)＝eq\f(R3t2,r3T2)，故選項(xiàng)A正確?！敬鸢浮緼4、(雙選)國家航天局探月與航天工程中心表示，2020年我國首次實(shí)施火星探測任務(wù)，并計(jì)劃實(shí)現(xiàn)對火星的全球性、綜合性環(huán)繞探測。已知火星的質(zhì)量約為地球質(zhì)量的eq\f(1,9)，火星的半徑約為地球半徑的eq\f(1,2)。下列關(guān)于火星探測器的說法中正確的是()A.發(fā)射速度只要大于第一宇宙速度即可B.發(fā)射速度只有達(dá)到第三宇宙速度才可以C.發(fā)射速度應(yīng)大于第二宇宙速度而小于第三宇宙速度D.火星探測器環(huán)繞火星運(yùn)行的最大速度為地球第一宇宙速度的eq\f(\r(2),3)【解析】根據(jù)三個(gè)宇宙速度的意義，可知選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤，C正確；已知M火＝eq\f(M地,9)，R火＝eq\f(R地,2)，則eq\f(vm,v1)＝eq\r(\f(GM火,R火))∶eq\r(\f(GM地,R地))＝eq\f(\r(2),3)，選項(xiàng)D正確?！敬鸢浮緾D5、一艘太空飛船靜止時(shí)的長度為30m，他以(c為光速)的速度沿長度方向飛行越過地球，下列說法正確的是()A.飛船上的觀測者測得該飛船的長度小于30mB.地球上的觀測者測得該飛船的長度小于30mC.飛船上的觀測者測得地球上發(fā)來的光信號速度小于cD.地球上的觀測者測得飛船上發(fā)來的光信號速度小于c【解析】由l＝l0eq\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))\s\up12(2))知A錯(cuò)誤，B正確；由相對論時(shí)空觀的基本假設(shè)知光信號的速度都等于c，C、D錯(cuò)誤?！敬鸢浮緽6、如圖所示，兩球間的距離為r，兩球的質(zhì)量分布均勻，質(zhì)量大小分別為m1、m2，半徑大小分別為r1、r2，則兩球間的萬有引力大小為()\f(m1m2,r2)\f(m1m2,req\o\al(2,1))\f(m1m2,（r1＋r2）2)\f(m1m2,（r1＋r2＋r）2)【解析】兩球質(zhì)量分布均勻，可認(rèn)為質(zhì)量集中于球心，由萬有引力公式可知兩球間的萬有引力應(yīng)為F＝Geq\f(m1m2,（r1＋r2＋r）2)，故選項(xiàng)D正確?！敬鸢浮緿7、火星直徑約為地球的一半，質(zhì)量約為地球的十分之一，它繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道半徑約為地球公轉(zhuǎn)半徑的倍。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，以下說法中正確的是()A.火星表面重力加速度的數(shù)值比地球表面的大B.火星公轉(zhuǎn)的周期比地球的長C.火星公轉(zhuǎn)的線速度比地球的大D.火星公轉(zhuǎn)的向心加速度比地球的大【解析】由Geq\f(m天m,R2)＝mg得g＝Geq\f(m天,R2)，計(jì)算得火星表面的重力加速度約為地球表面的eq\f(2,5)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由Geq\f(m天m,r2)＝meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,T)))eq\s\up12(2)r得T＝2πeq\r(\f(r3,Gm天))，公轉(zhuǎn)軌道半徑大的周期長，選項(xiàng)B正確；由v＝eq\r(\f(Gm天,r))判斷軌道半徑大的線速度小，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；公轉(zhuǎn)向心加速度a＝eq\f(Gm天,r2)，可以判斷火星的向心加速度小，選項(xiàng)D錯(cuò)誤?！敬鸢浮緽8、(多選)三顆人造地球衛(wèi)星A、B、C繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如圖所示，已知mA＝mB＜mC，則對于三顆衛(wèi)星，正確的是()A.運(yùn)行線速度關(guān)系為vA＞vB＝vCB.運(yùn)行周期關(guān)系為TA＜TB＝TCC.向心力大小關(guān)系為FA＝FB＜FC利用牛頓第二定律D.半徑與周期關(guān)系為eq\f(Req\o\al(3,A),Teq\o\al(2,A))＝eq\f(Req\o\al(3,B),Teq\o\al(2,B))＝eq\f(Req\o\al(3,C),Teq\o\al(2,C))利用開普勒第三定律【解析】由Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)得v＝eq\r(\f(GM,r))，所以vA＞vB＝vC，選項(xiàng)A正確；由Geq\f(Mm,r2)＝mreq\f(4π2,T2)得T＝2πeq\r(\f(r3,GM))，所以TA＜TB＝TC，選項(xiàng)B正確；由Geq\f(Mm,r2)＝ma得a＝eq\f(GM,r2)，所以aA＞aB＝aC，又mA＝mB＜mC，所以FA＞FB，F(xiàn)B＜FC，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；三顆衛(wèi)星都繞地球運(yùn)行，故由開普勒第三定律得eq\f(Req\o\al(3,A),Teq\o\al(2,A))＝eq\f(Req\o\al(3,B),Teq\o\al(2,B))＝eq\f(Req\o\al(3,C),Teq\o\al(2,C))，選項(xiàng)D正確?！敬鸢浮緼BD9、在一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的巨大轉(zhuǎn)盤上放置三個(gè)完全相同的時(shí)鐘，a放在轉(zhuǎn)軸處，b放在中間，c放在邊緣處，如圖所示。對于地面上的觀察者，根據(jù)相對論認(rèn)為三個(gè)時(shí)鐘的快慢情況，下列說法正確的是()鐘最快，b、c鐘一樣慢 鐘最慢，b、c鐘一樣快鐘最快，c鐘最慢 鐘最慢，c鐘最快【解析】根據(jù)公式Δt＝eq\f(Δτ,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))\s\up12(2)))，地面上的觀察者認(rèn)為c鐘走得最慢，因?yàn)樗鄬τ^察者的速度最大；b鐘比c鐘快一些，而a鐘最快，因?yàn)樗乃俣茸钚?，選項(xiàng)C正確?！敬鸢浮緾10、(多選)如圖所示，a、b、c是地球大氣層外圈圓形軌道上運(yùn)動(dòng)的三顆衛(wèi)星，a和b質(zhì)量相等，且小于c的質(zhì)量，則()所需向心力最小、c的周期相同且大于a的周期、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度、c的線速度大小相等，且小于a的線速度【解析】因衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的向心力是由它們所受的萬有引力提供的，而b所受的萬有引力最小，故A正確；由eq\f(Gm天m,r2)＝man得，an＝eq\f(Gm天,r2)，即衛(wèi)星的向心加速度與軌道半徑的平方成反比，所以b、c的向心加速度大小相等且小于a的向心加速度，C錯(cuò)誤；由eq\f(Gm天m,r2)＝eq\f(4π2mr,T2)得，T＝2πeq\r(\f(r3,Gm天))，即衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的周期與其軌道半徑三次方的平方根成正比，所以b、c的周期相等且大于a的周期，B正確；由Geq\f(m天m,r2)＝meq\f(v2,r)得，v＝eq\r(\f(Gm天,r))，即衛(wèi)星的線速度與其軌道半徑的平方根成反比，所以b、c的線速度大小相等且小于a的線速度，D正確?！敬鸢浮緼BD11、下列說法中正確的是()A.牛頓運(yùn)動(dòng)定律就是牛頓力學(xué)B.牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)是牛頓運(yùn)動(dòng)定律C.牛頓運(yùn)動(dòng)定律可以解決自然界中的所有問題D.牛頓力學(xué)可以解決自然界中的所有問題【解析】牛頓力學(xué)并不等同于牛頓運(yùn)動(dòng)定律，牛頓運(yùn)動(dòng)定律只是牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)；牛頓力學(xué)并非萬能，也有其適用范圍，并不能解決自然界中的所有問題，沒有哪個(gè)理論可以解決自然界中的所有問題。因此只有弄清牛頓運(yùn)動(dòng)定律和牛頓力學(xué)的隸屬關(guān)系，明確牛頓力學(xué)的適用范圍才能正確解答此類問題，選項(xiàng)B正確。【答案】B二、非選擇題1、如圖所示為地球繞太陽運(yùn)動(dòng)的示意圖及北半球春分、夏至、秋分、冬至?xí)r地球所在的位置。(1)太陽是否在軌道平面的中心？夏至、冬至?xí)r地球到太陽的距離是否相同？(2)一年之內(nèi)秋冬兩季比春夏兩