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万有引力与航天 单元测试卷一、选择题3关于万有引力定律的适用范围，下列说法中正确的是( )A只适用于天体，不适用于地面物体B只适用于球形物体，不适用于其他形状的物体C只适用于质点，不适用于实际物体D适用于自然界中任意两个物体之间4已知万有引力常量G，要计算地球的质量还需要知道某些数据，现在给出下列各组数据,可以计算出地球质量的是()A地球公转的周期及半径B月球绕地球运行的周期和运行的半径C人造卫星绕地球运行的周期和速率D地球半径和同步卫星离地面的高度5人造地球卫星由于受大气阻力，轨道半径逐渐变小，则线速度和周期变化情况是( )A速度减小，周期增大，动能减小B速度减小，周期减小，动能减小C速度增大，周期增大，动能增大D速度增大，周期减小，动能增大7假如一个做圆周运动的人造卫星的轨道半径增大到原来的2倍仍做圆周运动，则( )A根据公式v=r可知，卫星运动的线速度将增加到原来的2倍B根据公式F=mv2r可知，卫星所需向心力减小到原来的1/2C根据公式F=GMmr2可知，地球提供的向心力将减小到原来的1/4D根据上述B和C中给出的公式，可知卫星运动的线速度将减小到原来的/28假设在质量与地球质量相同，半径为地球半径两倍的天体上进行运动比赛，那么与在地球上的比赛成绩相比，下列说法正确的是（）A跳高运动员的成绩会更好B用弹簧秤称体重时，体重数值变得更大C从相同高度由静止降落的棒球落地的时间会更短些D用手投出的篮球，水平方向的分速度变化更慢9在地球大气层外有很多太空垃圾绕地球做匀速圆周运动，每到太阳活动期，由于受太阳的影响，地球大气层的厚度开始增加，使得部分垃圾进入大气层开始做靠近地球的近心运动，产生这一结果的初始原因是（ ）A由于太空垃圾受到地球引力减小而导致做近心运动B由于太空垃圾受到地球引力增大而导致做近心运动C由于太空垃圾受到空气阻力而导致做近心运动D地球引力提供了太空垃圾做匀速圆周运动所需的向心力，故产生向心运动的结果与空气阻力无关图112 3 Q11西昌卫星发射中心的火箭发射架上，有一待发射的卫星，它随地球自转的线速度为v1、加速度为a1；发射升空后在近地轨道上做匀速圆周运动，线速度为v2、加速度为a2；实施变轨后，使其在同步卫星轨道上做匀速圆周运动，运动的线速度为v3、加速度为a3。则v1、v2、v3的大小关系和a1、a2、a3的大小关系是（ ）Av2v3v1；a2a3v3a3a1 Cv2v3v1；a2a3a1 Dv3 v2v1；a2a3a112发射地球同步卫星要经过三个阶段：先将卫星发射至近地圆轨道1，然后使其沿椭圆轨道2运行，最后将卫星送入同步圆轨道3轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点，如图1所示当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是（ ）A卫星在轨道1上经过Q点时的加速度等于它在轨道2 上经过Q点时的加速度B卫星在轨道1上经过Q点时的动能等于它在轨道2上经过Q点时的动能C卫星在轨道3上的动能小于它在轨道1上的动能D卫星在轨道3上的引力势能小于它在轨道1上的引力势能二、填空题图214木星到太阳的距离约等于地球到太阳距离的5.2倍，如果地球在轨道上的公转速度为30km/s，则木星在其轨道上公转的速度等于_ _。15如图2，有A、B两颗行星绕同一恒星O做圆周运动，旋转方向相同，A行星的周期为T1，B行星的周期为T2，在某一时刻两行星第一次相遇(即两颗行星相距最近)，则经过时间t1_时两行星第二次相遇，经过时间t2_时两行星第一次相距最远。16把火星和地球视为质量均匀分布的球，它们绕太阳做圆周运动，已知火星和地球绕太阳运动的周期之比为T1/T2，火星和地球各自表面处的重力加速度之比为gl/g2，火星和地球半径之比为rlr2。则火星和地球绕太阳运动的动能之比为E1E2= 。（动能公式为：E=）三、计算题17太阳系中除了有九大行星外，还有许多围绕太阳运行的小行星，其中一颗名叫“谷神”的小行星，质量为1.001021kg，它运行的轨道半径是地球的2.77倍，试求出它绕太阳一周所需要的时间是多少年?18某星球的质量约为地球的9倍，半径为地球的一半，若从地球上高h处平抛一物体，射程为60m，则在该星球上以同样高度、以同样初速度平抛同一物体，射程为多少?19“伽利略”号木星探测器从1989年10月进入太空起，历经6年，行程37亿千米，终于到达木星周围，此后要在2年内绕木星运行11圈，对木星及其卫星进行考察，最后进入木星大气层烧毁设这11圈都是绕木星在同一个圆周上运行，试求探测器绕木星运行的轨道半径和速率(已知木星质量为1.91027kg)20宇宙飞船在一颗直径2.2km，平均密度kg/m3的小行星上着路，这颗小行星在缓慢地自转，宇航员计划用2.0小时的时间在这颗小行星表面沿着赤道步行一圈，通过计算说明这计划是否能够实现？（引力常量/kg2）21用不同的方法估算银河系的质量，所得结果也不相同。以下是诸多估算方法中的一种。根据观测结果估计，从银河系中心到距离为R=3109R0（R0表示地球轨道半径）的范围内集中了质量M1=1.51011M0(M0表示太阳的质量)。在上面所指的范围内星体运转的周期为T=3.75108年。求银河系“隐藏”的质量，即在半径为R的球体内未被观察到的物质的质量，计算中可以认为银河系的质量都集中在其中心。22A、B两颗人造卫星绕地球做圆周运动，它们的圆轨道在同一平面内，周期之比是。若两颗卫星最近距离等于地球半径R，求这两颗卫星的周期各是多少？从两颗卫星相距最近开始计时到两颗卫星相距最远至少经过多少时间？已知在地面附近绕地球做圆周运动的卫星的周期为T0。23、神奇的黑洞是近代引力理论所预言的一种特殊天体，探寻黑洞的方案之一是观测双星系统的运动规律。天文学家观测河外星系大麦哲伦云时，发现了LMCX-3双星系统，它由可见星A和不可见的暗星B构成。两星视为质点，不考虑其它天体的影响，A、B围绕两者连线上的O点做匀速圆周运动，它们之间的距离保持不变，如图所示。引力常量为G，由观测能够得到可见星A的速率和运行周期T。（1）可见星A所受暗星B的引力可等效为位于O点处质量为的星体（视为质点）对它的引力，设A和B的质量分别为、，试求（用、表示）；（2）求暗星B的质量与可见星A的速率、运行周期T和质量之间的关系式；（3）恒星演化到末期，如果其质量大于太阳质量的2倍，它将有可能成为黑洞。若可见星A的速率，运行周期，质量，试通过估算来判断暗星B有可能是黑洞吗？（）24、某颗地球同步卫星正下方的地球表面上有一观察者，他用天文望远镜观察被太阳光照射的此卫星，试问，春分那天（太阳光直射赤道）在日落12小时内有多长时间该观察者看不见此卫星？已知地球半径为R，地球表面处的重力加速度为g,地球自转周期为T，不考虑大气对光的折射。25、如图，P、Q为某地区水平地面上的两点，在P点正下方一球形区域内储藏有石油，假定区域周围岩石均匀分布，密度为；石油密度远小于，可将上述球形区域视为空腔。如果没有这一空腔，则该地区重力加速度（正常值）沿竖直方向；当存在空腔时，该地区重力加速度的大小和方向会与正常情况有微小偏高。重力加速度在原坚直方向（即PO方向）上的投影相对于正常值的偏离叫做“重力加速度反常”。为了探寻石油区域的位置和石油储量，常利用P点附近重力加速度反常现象。已知引力常数为G。（1）设球形空腔体积为V，球心深度为d（远小于地球半径），=x，求空腔所引起的Q点处的重力加速度反常（2）若在水平地面上半径L的范围内发现：重力加速度反常值在与（k1）之间变化，且重力加速度反常的最大值出现在半为L的范围的中心,如果这种反常是由于地下存在某一球形空腔造成的，试求此球形空腔球心的深度和空腔的体积。【参考答案】注：删除了部分题目，答案以题号为准一、选择题1C 2ACD 3D 4BC 5D 6C 7CD 8A 9C10BC 11C 12AC二、填空题133.41018；1.010131413km/s提示：由开普勒第三定律得解得13km/s15提示：经过一段时间两行星再次相遇，则两行星转过的角度之差应该是2K；当两行星相距最远时，则两行星转过的角度之差应该是（2K+1），而行星转过的角度为=2，由此列式即可求得。16解析：设火星、地球和太阳的质量分别为、和M，火星和地球到太阳的距离分别为和，火星和地球绕太阳运动的速度分别为和，根据万有引力定律和牛顿定律可知， 联立上式解得，动能之比: 三、计算题174.60年解：设地球公转半径为R0，周期为T0，由开普勒第三定律 T0=1年 联立、三式解得T=4.60年1810m解：物体做平抛运动，水平位移x=v0t，竖直位移，重力等于万有引力，解得其中h、v0、G相同，所以，10m19r=4.7109m,v=5.2103m/s解：由题意可知探测器运行周期为s 万有引力提供向心力，即,整理得 其中M为木星质量，两式联立，解得r=4.7109m又由 解得v=5.2103m/s20该计划不能实现。 解： 若飞船绕行星表面旋转时的周期为T，则有： 由得：h 宇航员行走一圈所用时间比绕行星表面旋转一周时间还要长，所以该计划不能实现。 21解析：对于地球绕太阳转动有： 即 M0= 设题述银河系的半径为R的范围内的总质量为M，则同上应有 由、两式可解得： 可见银河系“隐藏”的质量为： m=MM1=41010M0 22解：设B卫星轨道半径为r2，则A卫星轨道半径为r1=r2+R 解得r2=2R，r1=3R 可得： 设A、B两卫星从相距最近开始经过时间t第一次达到相距最远，有 解得时间 （或3.1T0）23、解：（1）设A、B的圆轨道半径分别为、，由题意知，A、B做匀速圆周运动的角速度相同，设其为。由牛顿运动定律，有 设A、B之间的距离为，又，由上述各式得 由万有引力定律，有，将代入得 令 比较可得 （2）由牛顿第二定律，有 又可见星A的轨道半径 由式解得 （3）将代入式，得代入数据得 设，将其代入式，得 可见，的值随的增大而增大，试令，得 若使式成立，则必大于2，即暗星B的质量必大于2，由此得出结论：暗星B有可能是黑洞。24、解：设所求的时间为t，用m、M分别表示卫星和地球的质量，r表示卫星到地心的距离. 有 春分时，太阳光直射地球赤道，如图所示，图中圆E表示赤道，S表示卫星，A表示观察者，O表示地心. 由图可看出当卫星S绕地心O转到图示位置以后（设地球自转是沿图中逆时针方向），其正下方的观察者将看不见它. 据此再考虑到对称性，有 由以上各式可解得 25、解：答案：（1）；（2）,解析：本题考查万有引力部分的知识.（1）如果将近地表的球形空腔填满密度为的岩石,则该地区重力加速度便回到正常值.因此,重力加速度反常可通过填充后的球形区域产生的附加引力来计算,式中的m是Q点处某质点的质量,M是填充后球形区域的质量,而r是球形空腔中心O至Q点的距离在数值上等于由于存在球形空腔所引起的Q点处重力加速度改变的大小.Q点处重力加速度改变的方向沿OQ方向,重力加速度反常是这一改变在竖直方向上的投影联立以上式子得,（2）由式得,重力加速度反常的最大值和最小值分别为由提设有、联立以上式子得,地下球形空腔球心的深度和空腔的体积分别为,
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