高中物理第4章 万有引力与航天4.3 飞出地球去课后复习题

这是一份高中物理第4章 万有引力与航天4.3 飞出地球去课后复习题，共11页。试卷主要包含了万有引力定律的内容等内容，欢迎下载使用。
【精编】4.3飞出地球去同步练习一．填空题1．设地球表面的平均重力加速度为g，地球的半径为R，万有引力常数为G，则地球质量为         地球的密度ρ为         ． 2．某行星的半径是地球半径的2倍，密度与地球的密度相等，已知地球的第一宇宙速度为7.9km/s，则该行星的第一宇宙速度是　         　. 3．天文学中把两颗距离比较近，又与其它星体距离比较远的星体叫做双星，双星的间距是一定的．设双星质量分别是m1．m2，球心间距为L．则质量为m1星体的运行的周期是　　   ，速度是　　    ． 4．银河系里的球状星团是由上白万个恒星聚在一起形成的．球状星团聚集不散是由于　     　的作用． 5．此前，我国曾发射“神舟”号载人航天器进行模拟试验飞行，飞船顺利升空，在绕地球轨道飞行数圈后成功回收．当今我国已成为继前苏联和美国之后第三个实现载人航天的国家，载人航天已成为全国人民关注的焦点．航天工程是个庞大的综合工程，理科知识在航天工程中有许多重要的应用．（1）地球半径为6400km，地球表面重力加速度g=9.8m/s2，若使载人航天器在离地面高640km的圆轨道上绕地球飞行，则在轨道上的飞行速度为　       　m/s．（保留两位有效数字）（2）载人航天器在加速上升的过程中，宇航员处于超重状态，若在离地面不太远的地点，宇航员对支持物的压力是他在地面静止时重力的4倍，则航天器的加速度为　    　． 6．地球的第一宇宙速度为v1，若某行星质量是地球质量的4倍，半径是地球半径的倍，则该行星的第一宇宙速度         　. 7．宇宙中两颗相距较近的天体称为“双星”，它们以两者的连线上的某一点为圆心做匀速圆周运动，而不至因万有引力的作用吸引到一起．已知在某一“双星”系统中，两星球的质量比为1：2，则其半径之比R1：R2=　   　，角速度之比ω1：ω2=　    　． 8．已知地球半径为R，同步卫星的半径为r．则同步卫星与在地球赤道上物体的向心加速度之比为　     　，同步卫星与近地卫星的线速度之比为　        ． 9．某卫星绕地球做匀速圆周运动，已知卫星v．T和轨道半径为R，则地球的质量M=　　       ．M=　　     ；已知某火星的质量M．半径为R．表面重力加速度g，火星第一宇宙速度v=　　     =　　        ． 10．万有引力定律的内容：自然界中任何两个物体都相互　           　，引力的方向在　               　，引力的大小与　                    　成正比．与它们之间距离r的二次方成反比．公式：　                                           　．11．如图所示，阴影区域是质量为M．半径为R的球体挖去一个小圆球后的剩余部分，所挖去的小圆球的球心和大球球心间的距离是，小球的半径是，则球体剩余部分对球体外离球心O距离为2R．质量为m的质点P的引力为　                      　．12．有一宇宙飞船到了某行星上（该行星没有自转运动），以速度v接近行星赤道表面匀速飞行，测出运动的周期为T，已知引力常量为G，则可得：该行星的半径为　　   ；该行星的平均密度为　　      ． 13．火星的半径是地球半径的一半，其质量是地球质量的，一宇航员的质量是72kg，则他在火星上所受的重力为　 　N．（地球表面的重力加速度取10m/s2） 14．.已知地球的质量为5.89×1024kg,太阳的质量为2.0×1030kg,地球绕太阳公转的轨道半径是1.5×１０11m.则太阳对地球的吸引力为_____________N,地球绕太阳运转的向心加速度为____________m/s2.(已知G=6.67×10-11Nm2/kg2)15．若已知引力常量G．地球半径R和地球表面重力加速度g，地球质量可表示为　       　． 16．若某中子星的半径为10km，密度为1.2×1017kg/m3，那么该中子星上的第一宇宙速度约为　     　km/s（结果只要求写出正确的数量级即可） 17．v=7.9km/s是人造卫星在地面附近环绕地球做匀速圆周运动必须具有的速度，叫做　            　速度．v=11.2km/s是物体可以挣脱地球引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的速度，叫做　          　速度．v=16.7km/s是使物体挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去的速度，叫做　          　速度． 18．某行星绕太阳运动的轨道是椭圆，A点是轨道上距太阳最近的位置，B点是轨道上距太阳最远的位置．行星在A点时的速度　    　（填“大于”．“小于”或“等于”）在B点时的速度；行星在A点时太阳对它的万有引力　    　（填“大于”．“小于”或“等于”）在B点时太阳对它的万有引力． 
参考答案与试题解析1．【答案】，．【解析】考点：万有引力定律及其应用.专题：万有引力定律的应用专题．分析：根据物体的重力等于地球的万有引力，列式求解地球的质量，由质量与体积之比求解地球的密度ρ．解答：解：不考虑地球的自转时，物体的重力等于地球对物体的万有引力，则得：mg=G解得地球的质量为：M=地球的密度为：ρ===故答案为：，．点评：该题关键抓住在地球表面万有引力等于重力和密度公式，得到的g=，常常称为黄金代换式．2．【答案】15.8km/s.【解析】考点： 第一宇宙速度．第二宇宙速度和第三宇宙速度.分析： 第一宇宙速度等于卫星绕行星附近做匀速圆周运动的速度，卫星的向心力由行星的万有引力提供，结合密度公式，列式求解.解答： 解：设行星的第一宇宙速度为v1，质量为M，半径为R，地球的第一宇宙速度为v1，地球质量为M0，半径为R0.卫星的质量为m.则根据万有引力等于向心力，得： G=m，解得：v1=；同理得，v2=.又M=ρ.πR3，M0=ρ.πR03.联立上四式得：==，得：v1=2v2=2×7.9km/s=15.8km/s故答案为：15.8km/s.点评： 本题首先要理解并掌握第一宇宙速度的定义，其次掌握卫星问题常用的思路：万有引力等于向心力.3．【答案】，． 【解析】【考点】万有引力定律及其应用【分析】双星靠相互间的万有引力提供向心力，抓住角速度相等，向心力相等求出轨道半径之比，进一步计算轨道半径大小；据万有引力提供向心力计算出周期；最后根据v=求解线速度．【解答】解：设双星中质量为m1的天体轨道半径为r1，质量为m2的天体轨道半径为r2据万有引力定律和牛顿第二定律，得：…①…②r1+r2=L…③由①②③联立解得：，，再由：，得：运行的周期：T=质量为m1星体的线速度：=故答案为：，．【点评】解决本题的关键掌握双星模型系统，知道它们靠相互间的万有引力提供向心力，向心力的大小相等，角速度的大小相等． 4．【答案】万有引力【解析】【考点】万有引力定律及其应用【分析】任何有质量的物体间都存在万有引力，银河系中的星团是靠万有引力聚在一起的．【解答】解：银河系里的球状星团是由上白万个恒星聚在一起形成的．球状星团聚集不散是由于万有引力的作用；故答案为：万有引力．【点评】本题是一道基础题，知道任何有质量的物体间都存在万有引力是解题的关键，要注意基础知识的学习． 5．【答案】（1）7500（注意取两位有效数字）；3g． 【解析】【考点】人造卫星的加速度．周期和轨道的关系；万有引力定律及其应用．【分析】（1）在地球表面重力等于万有引力，近地轨道上的卫星万有引力提供向心力，据此分析计算；（2）离地面不太远的点的重力加速度和地球表面的重力加速度相同，根据牛顿第二定律分析航天员的受力得出加速度．【解答】解：（1）在地球表面重力等于万有引力故有：可得GM=gR2，卫星绕地球做圆周运动万有引力提供向心力有：所以载人航天器在轨道上飞行的速度为： ==7551m/s；（2）宇航员受支持物的支持力为4mg，重力为mg，故宇航员所受合力F合=4mg﹣mg=3mg根据牛顿第二定律知，此时宇航员的加速度a=3g，故答案为：（1）7500（注意取两位有效数字）；3g．【点评】万有引力在航天计算中的两点应用：一是在星球表面重力与万有引力相等；二是在围绕星球做圆周运动时万有引力提供圆周运动向心力． 6．【答案】2v1【解析】考点： 第一宇宙速度．第二宇宙速度和第三宇宙速度.专题： 万有引力定律的应用专题.分析： 物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度叫做第一宇宙速度，大小7.9km/s，可根据卫星在圆轨道上运行时的速度公式v=解得.解答： 解：设地球质量M，某星球质量4M，地球半径r，某星球半径0.5r；由万有引力提供向心力做匀速圆周运动得：=m解得卫星在圆轨道上运行时的速度公式为：v=分别代入地球和某星球的各物理量，解得：v星球：v地球=：1所以该行星的第一宇宙速度为2v1故选：2v1.点评： 本题要掌握第一宇宙速度的定义，正确利用万有引力公式列出第一宇宙速度的表达式.7．【答案】2：1，1：1 【解析】【考点】 万有引力定律及其应用；48：线速度．角速度和周期．转速．【分析】双星靠相互间的万有引力提供向心力，抓住角速度相等，向心力相等求出轨道半径之比；根据万有引力提供向心力求出角速度的大小．【解答】解：双星靠相互间的万有引力提供向心力，角速度相等，则：ω1：ω2=1：1对两天体，由万有引力提供向心力，可分别列出G=m1ω2R2…①G=m2ω2R2…②所以==即它们的轨道半径之比等于质量的反比故答案为：2：1，1：1 8．【答案】 r：R；： 【解析】【考点】 人造卫星的加速度．周期和轨道的关系．【分析】题中涉及三个物体：地球赤道上有一随地球的自转而做圆周运动物体．近地卫星．地球同步卫星；赤道上的物体与近地卫星转动半径相同，赤道上的物体与同步卫星转动角速度相同，近地卫星与同步卫星同是卫星，都是万有引力提供向心力；分三种类型进行比较分析即可．【解答】解：同步卫星与在地球赤道上的物体具有相同的角速度，根据，得加速度与半径成正比，所以r：R同步卫星与近地卫星均为卫星，根据，得同步卫星与近地卫星的线速度之比为：故答案为：r：R；： 9．【答案】，，，．【解析】考点： 万有引力定律及其应用；向心力．专题： 万有引力定律的应用专题．分析： 根据万有引力提供向心力，结合轨道半径和线速度或周期求出地球的质量．根据万有引力提供向心力和万有引力等于重力求出火星的第一宇宙速度．解答： 解：根据得，地球的质量为：M=，或为：M=．根据，得，火星的第一宇宙速度为：v=，或为：v=．故答案为：，，，．点评： 解决本题的关键掌握万有引力定律的两个重要理论：1．万有引力提供向心力，2．万有引力等于重力，并能灵活运用．10．【答案】吸引，它们的连线上，物体质量的乘积，F=． 【解析】【考点】万有引力定律及其应用．【分析】根据万有引力定律可知自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的大小与物体的质量m1和m2乘积成正比，与它们之间距离r的二次方成反比．【解答】解：万有引力定律的内容：自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的方向在它们的连线上，引力的大小与物体质量的乘积成正比，与它们之间的距离r的二次方成反比，公式为：F=．   故答案为：吸引，它们的连线上，物体质量的乘积，F=．  11．【答案】 【解析】【考点】万有引力定律及其应用．【分析】根据体积关系，求出挖去部分的质量．用没挖之前球对质点的引力，减去被挖部分对质点的引力，就是剩余部分对质点的引力．【解答】解：根据m=知，挖去部分的半径是球半径的一半，则质量是球体质量的，所以挖去部分的质量．没挖之前，球体对m的万有引力，挖去部分对m的万有引力，则剩余部分对质点的引力大小F=F1﹣F2=．故答案为：　  12．【答案】；．【解析】【考点】万有引力定律及其应用【分析】飞船绕行星做匀速圆周运动，万有引力提供圆周运动向心力，知道该飞船的轨道半径与行星半径近似相等，由圆周运动知识展开讨论即可．【解答】解：根据周期与线速度的关系T=，可得行星的半径：R=．万有引力提供向心力，由牛顿第二定律得：G=m，解得行星的质量：M=．该行星的平均密度为 ρ==故答案为：；．【点评】知道圆周运动的线速度与周期的关系，能根据万有引力提供圆周运动向心力推导出描述圆周运动物理量的关系，掌握基本知识是解决问题的关键． 13．【答案】320【解析】【考点】万有引力定律及其应用．【分析】物体所含物质的多少叫做质量，质量是物体的属性，不随形状．状态．位置的改变而改变；根据万有引力等于重力结合万有引力定律表示出重力．根据行星和地球的质量．半径关系求出行星上的重力和地球上重力关系．【解答】解：根据万有引力等于重力得： =mg火星半径为地球半径的一半，火星质量约为地球质量的．一个物体在此火星上的重力和地球上重力之比．所以火星表面的重力加速度为：g′=×10=m/s2质量是物体的属性，不随形状．状态．位置的改变而改变，在火星上其质量仍为72kg，在火星上重力是：G′=mg′=72×=320N．故答案为：320．【点评】求一个物理量之比，我们应该把这个物理量先用已知的物理量表示出来，再进行之比．　 14．【答案】3.49×10226×10-3 【解析】由于太阳对地球的万有引力使地球绕太阳运转,这种引力提供地球公转所需要的向心力,天体之间由于它们的质量巨大,使它们之间产生巨大的引力,正是这种引力支配天体的运动,太阳对地球的引力大小为F=G=N=3.49×1022N.地球公转的向心加速度a=m/s2=6×10-3m/s2.答案：3.49×10226×10-3 15．【答案】：．【解析】【考点】 万有引力定律及其应用．【分析】地球上的物体受到的重力等于地球对它的万有引力，由万有引力公式列方程，可以求出地球质量．【解答】解：设地球质量为M，地球上的物体质量为m，重力等于万有引力，即G=mg，则地球质量M=；故答案为：． 16．【答案】104【解析】【考点】第一宇宙速度．第二宇宙速度和第三宇宙速度．【分析】卫星绕中子星表面运行时，即卫星轨道半径等于中子星半径时的速度是第一宇宙速度，由万有引力定律列方程可以求出中子星的第一宇宙速度．【解答】解：设第一宇宙速度是v，由牛顿第二定律得：G=m…①其中：M=ρV…②V=πR3…③由①②③解得：v===5.8×107m/s=5.8×104km/s，因此第一宇宙速度的数量级为104km/s；故答案为：104 17．【答案】第一宇宙速度，第二宇宙速度，第三宇宙速度．【解析】考点： 人造卫星的加速度．周期和轨道的关系；万有引力定律及其应用．专题： 人造卫星问题．分析： 物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度叫做第一宇宙速度，挣脱地球引力束缚的发射速度为第二宇宙速度，挣脱太阳引力的束缚的发射速度为第三宇宙速度．解答： 解：v=7.9km/s是人造卫星在地面附近环绕地球做匀速圆周运动必须具有的速度，叫做第一宇宙速度速度．v=11.2km/s是物体可以挣脱地球引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的速度，叫做第二宇宙速度速度．v=16.7km/s是使物体挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去的速度，叫做第三宇宙速度速度．故答案为：第一宇宙速度，第二宇宙速度，第三宇宙速度．点评： 本题要知道第一宇宙速度．第二宇宙速度．第三宇宙速度的含义，特别要注意第一宇宙速度又称为环绕速度，是指在地球上发射的物体绕地球飞行作圆周运动所需的最小初始速度，也是发射卫星的最小速度，做圆轨道运行的卫星的最大速度． 18．【答案】大于，大于． 【解析】【考点】万有引力定律及其应用．【分析】行星从远日向近日点运动过程中，引力对行星做正功，行星动能增加速度增加，从而判断速度大小关系，根据距离大小关系判定万有引力大小．【解答】解：行星从远日点向近日点运动，引力对行星做正功，行星动能增加，即速度增大，行星在远日点到太阳的距离大于近点到太阳的距离，根据万有引力定律知行星在近日点受到万有引力来得大．故答案为：大于，大于．