高中物理沪科版 (2019)必修 第二册4.3 飞出地球去综合训练题

这是一份高中物理沪科版 (2019)必修 第二册4.3 飞出地球去综合训练题，共12页。试卷主要包含了如图所示，有A，如图所示，阴影区域是质量为M，如图所示，双星系统中的星球A等内容，欢迎下载使用。
【精品】4.3飞出地球去练习一．填空题1．如图所示，有A．B两个行星绕同一恒星作圆周运动，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（即两行距离最近），则经过时间t1=　    　两行星第一次相距最远，经过时间t2=　    　两行星将第二次相遇．  2．两靠得较近的天体组成的系统称为双星，它们以两者连线上某点为圆心做匀速圆周运动，因而不至于由于引力作用而吸引在一起．设两天体的质量分别为m1和m2，则它们的轨道半径之比Rm1：Rm2=　      　，速度之比vm1：vm2=　      　．　 3．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　                      　．4．如图所示，O为地球球心，A为地球表面上的点，B为O．A连线间的点，AB=d，将地球视为质量分布均匀的球体，半径为R．设想挖掉以B为圆心，以为半径的球．若忽略地球自转，则挖出球体后A点的重力加速度与挖去球体前的重力加速度之比为　　    ．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．地球的半径为R，地球表面的重力加速度为g，一颗人造卫星在离地面高h=R的轨道上绕地球做匀速圆周运动，则卫星运行的速度大小是        ，向心加速度的大小是      7．人造卫星沿椭圆轨道绕地球运行，当它由近地点向远地点运行时，卫星的动能　     　（选填“增大”．“减小”．“不变”），卫星的势能　    　（选填“增大”．“减小”．“不变”） 8．如图所示，双星系统中的星球A．B都可视为质点，A．B绕两者连线上的O点做匀速圆周运动，A．B之间距离不变，观测到A的速率为v．运行周期为T，二者质量分别为m1．m2.则B的周期为        ；B的速率为              （用题中物理量字母表示） 9．两颗人造地球卫星，都绕地球作圆周运动，它们的质量相等，轨道半径之比=，则它们的运行周期之比T1：T2=         ，它们的速度大小之比            ． 10．欧洲开发的全球卫星定位系统“伽利略计划”进入部署和使用阶段.“伽利略计划”将发射30颗卫星，全球卫星定位系统采用的是“移动卫星”，它与电视转播用的“地球同步卫星”不同.同步卫星的轨道平面与地球赤道平面重合，离地面的高度只能为一确定的值，移动卫星的轨道离地面的高度可以改变，相应转动周期也可以不同.设某移动卫星通过地球的南．北两极的圆形轨道运行，离地面的高度为h.已知地球半径为R，地球表面的重力加速度为g,则该移动卫星连续两次通过地球赤道上空的时间间隔为_____________. 11．两颗人造地球卫星A．B的质量之比mA：mB=1：2，轨道半径之比rA：rB=1：3，某一时刻它们的连线通过地心，则此时它们的线速度之比vA：vB=        ，向心加速度之比aA：aB=           ，向心力之比FA：FB=         ． 12．假设地球自转速度达到使赤道上的物体“飘”起（完全失重），估算一下地球上的一天等于　      　h（地球赤道半径为6.4×106m，保留两位有效数字）．若要使地球的半面始终朝着太阳，另半面始终背着太阳，地球自转的周期等于　        　d（天）（g取10m/s2）．　 13．火星探测卫星绕火星飞行．卫星飞行周期为T，卫星轨道距火星表面的高度为h，万有引力常数为G，火星半径为R，则火星的密度为　　          ．14．两颗球形行星A和B各有一颗卫星a和b，卫星的圆形轨道接近各自行星的表面，如果两颗行星的质量之比=p，半径之比=q，则两颗卫星的周期之比等于         15．质量为m的同步卫星距地面的高度约为地球半径的5倍，已知地球的半径为R，地球自转的周期为T，则同步卫星绕地球转动的线速度为___________，同步卫星受到的万有引力为_______。16．某行星绕太阳运动可近似看作匀速圆周运动，已知行星运动的轨道半径为R，周期为T，万有引力恒量为G，则该行星的线速度大小为        ，太阳的质量可表示为       ． 17．万有引力定律的内容：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：　                                           　．18．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． 
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： 人造卫星在不同的轨道上运动，先求出角速度，再一次追上B多转动一圈，多转动半圈时相距最远．解答： 解：由题意知B卫星的半径大，周期大．卫星第一次相遇最近到第一次相遇最远时，A卫星比B卫星多运动半周，根据角速度与周期的关系有：所以经过时间为：t1==当卫星第二次相遇最近时有A卫星比B卫星多运动一周，根据卫星周期与角速度的关系有：所以时间为：=故答案为：，．点评： 本题是有关转动的追击问题，每次多转动一圈后追上一次，多转动（n+）圈相距最远． 2．【答案】m2：m1，m2：m1【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；根据万有引力提供向心力求出角速度的大小【解答】解：（1）设m1和m2的轨道半径分别为r1，r2 角速度为ω，由万有引力定律和向心力公式：G=m1ω2r1=m2ω2r2，得：r1 ：r2=m2：m1．由v=rω得：vm1：vm2=m2：m1故答案为：m2：m1，m2：m1 3．【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：　  4．【答案】【解析】【考点】万有引力定律及其应用【分析】没有挖去以B为圆心，以为半径的球之前，根据万有引力定律列式求解万有引力；此时的引力是以B为圆心．以为半径的球的引力和剩余部分的引力的矢量和；最后根据牛顿第二定律列式求解【解答】解：设球的密度为ρ挖去球体前A点的重力加速度为，根据重力等于万有引力得=球B在A点的重力加速度：挖去球体B后A点的重力加速度：=挖出球体后A点的重力加速度与挖去球体前的重力加速度之比为故答案为：  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】，．【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： 根据万有引力提供向心力，结合万有引力等于重力求出卫星运行的线速度大小和加速度大小．解答： 解：根据，GM=gR2得，线速度大小，向心加速度大小a=．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：1．万有引力等于重力，2．万有引力提供向心力，并能灵活运用．7．【答案】减小；增大．【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： 根据影响动能和重力势能大小的因素来分析动能和重力势能的变化，找到转化的方向．解答： 解：当卫星从近地点向远地点运动时，所处高度增加，重力势能增加，但运动的速度减小，动能减小．正是动能转化为了重力势能．故答案为：减小；增大．点评： 对于能量的转化必定是一种能量减少另一种能量增加，并且减少的能量转化为增加的能量．8．【答案】T； 【解析】试题分析：双星是稳定的结构，故公转周期相同，故B的周期也为T．设A．B的圆轨道半径分别为r1．r2，由题意知，A．B做匀速圆周运动的角速度相同，其为ω．由牛顿运动定律：对A：FA=m1ω2r1对B：FB=m2ω2r2 ； FA=FB，设A．B之间的距离为r，又r=r1+r2，由上述各式得： 故（其中vA=v） 解得：考点：双星；圆周运动【名师点睛】对于天体运动问题关键要建立物理模型．双星问题与人造地球卫星的运动模型不同，两星都绕着它们之间连线上的一点为圆心做匀速圆周运动，双星．圆心始终“三点”一线。 9．【答案】，．【解析】考点：人造卫星的加速度．周期和轨道的关系.专题：人造卫星问题．分析：根据人造卫星的万有引力等于向心力，列式求出周期和线速度的表达式进行讨论即可．解答：解：人造卫星绕地球做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力，设卫星的质量为m．轨道半径为r．地球质量为M，有：得：，所以有：故答案为：，．点评：本题关键抓住万有引力提供向心力，列式求解出周期和线速度的表达式，再进行讨论．10．【答案】【解析】对移动卫星，地球对它的引力提供其做匀速圆周运动的向心力.
即G=m(R+h)①
对地表处物体m0，有：G=m0g②
由①②得：T=.
于是两次经过赤道上空的时间间隔为：
Δt==. 11．【答案】：1，9：1，9：2．【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：题考查万有引力定律及其应用，在该类的题目中，一定要使用万有引力提供向心力的公式解答．解答：解：1．万有引力提供向心力：得：所以：12．【答案】1.4，365． 【解析】【考点】  万有引力定律及其应用．【分析】当赤道物体完全失重时，靠万有引力提供向心力，结合万有引力提供向心力求出物体的周期．当地球的自转周期等于公转周期时，地球的半面始终朝着太阳，另半面始终背着太阳．【解答】解：根据得，T=s≈1.4h．当地球的自转周期和公转周期相等时，地球的半面始终朝着太阳，另半面始终背着太阳．则地球自转周期为365d．故答案为：1.4，365．【点评】解决本题的关键知道赤道上的物体飘起来时，支持力为零，靠万有引力提供向心力． 13．【答案】【解析】【考点】万有引力定律及其应用【分析】根据万有引力提供向心力求出火星质量，再根据密度公式求火星的密度【解答】解：火星探测卫星绕火星飞行，设火星质量为M，卫星质量为m，根据万有引力提供向心力，有得火星的质量火星的体积火星的密度故答案为：  14．【答案】q．【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：研究卫星绕行星做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力，列出等式表示出周期表达式；注意在行星表面运动，轨道半径可以认为就是行星的半径．解答：解：研究同卫星绕行星做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力，列出等式：=m解得：T=2π在行星表面运动，轨道半径可以认为就是行星的半径．两行星质量之比为MA：MB=p，半径之比为RA：RB=q，所以两卫星周期之比：=q．故答案为：q．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；向心力的公式选取要根据题目提供的已知物理量或所求解的物理量选取应用．15．【答案】  【解析】试题分析：同步卫星的轨道半径为，因为同步卫星的运动周期和地球自转周期相同，所以根据公式可得，同步卫星受到地球的万有引力充当向心力，所以有考点：考查了万有引力定律的应用16．【答案】，．【解析】考点：万有引力定律及其应用． 专题：计算题．分析：根据圆周运动知识求出行星的线速度大小．研究行星绕太阳运动作匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力，列出等式求出中心体的质量．解答：解：根据圆周运动知识得：v==研究行星绕太阳运动作匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力，列出等式：=m解得：M=故答案为：，．点评：向心力的公式选取要根据题目提供的已知物理量或所求解的物理量选取应用．17．【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=．  18．【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．