高中物理人教版 (2019)必修 第二册第七章 万有引力与宇宙航行2 万有引力定律优秀复习练习题
展开一、单选题:本大题共9小题,共36分。
1.关于太阳、行星间的引力,下列说法正确的是( )
A. 行星绕太阳运行的椭圆轨道可以近似看作圆轨道,其向心力来源于太阳对行星的引力
B. 太阳对行星的引力大于行星对太阳的引力,所以是行星绕太阳运转而不是太阳绕行星运转
C. 太阳对行星的引力等于行星对太阳的引力,其方向不一定在二者的连线上
D. 所有行星与太阳间的引力都相等
2.在某次测定引力常量的实验中,两金属球的质量分别为m1和m2,球心间的距离为r,若测得两金属球间的万有引力大小为F,则此次实验得到的引力常量为( )
A. Frm1m2B. Fr2m1m2C. m1m2FrD. m1m2Fr2
3.假设将来的某一天,宇航员驾驶宇宙飞船,登陆某一行星,该行星是质量分布均匀的球体。通过测量发现,某一物体在该行星两极处的重力为G,在该行星赤道处的重力为0.75G,则此物体在该行星纬度为30°处随行星自转的向心力为( )
A. 312GB. 112GC. 38GD. 18G
4.两个质量相等的球形物体,两球心相距r,它们之间的万有引力为F,若它们的质量都加倍,两球心的距离也加倍,它们之间的作用力为( )
A. 4FB. 3FC. 2FD. F
5.历史上关于天体的运动和万有引力的研究,有许多科学家做出了贡献.下列说法正确的是( )
A. 伽利略发现了行星运动的规律B. 牛顿发现了万有引力定律
C. 开普勒测定了万有引力常量D. 卡文迪许做了“月地检验”推导
6.地球表面的重力加速度为g,由月球与地球之间的距离和月球公转的周期可计算出月球运动的向心加速度为a,又已知月球的轨道半径为地球半径的60倍,若计算出ag=13600,下列说法正确的是( )
A. 地球表面的物体所受地球的引力与月球所受地球的引力是同一种性质的力
B. 地球表面的物体所受地球的引力与月球所受地球的引力不是同一种性质的力
C. 地球表面的物体所受地球的引力只与物体的质量有关,即G=mg
D. 月球所受地球的引力只与月球质量和地球质量有关
7.太阳质量是地球质量的33万倍,若太阳对地球的引力的大小为F,则地球对太阳的引力的大小为( )
A. 33FB. FC. 9FD. 81F
8.牛顿在发现万有引力定律的过程中,没有用到的规律和结论是( )
A. 卡文迪许通过扭秤实验得出的引力常数B. 牛顿第二定律
C. 牛顿第三定律D. 开普勒的研究成果
9.牛顿这位科学巨人对物理学的发展做出了突出贡献。下列有关牛顿的表述正确的是( )
A. 牛顿用扭秤装置测定了引力常量
B. 牛顿通过斜面实验得出自由落体运动位移与时间的二次方成正比
C. 牛顿认为站在足够高的山顶上无论以多大的水平速度抛出物体,物体都会落回地面
D. 牛顿的“月一地检验”表明地面物体所受地球的引力、月球所受地球的引力,与行星所受太阳的引力遵从相同的规律
二、多选题:本大题共1小题,共4分。
10.关于万有引力和万有引力定律理解正确的有( )
A. 不可能看作质点的两物体之间不存在相互作用的引力
B. 可看作质点的两物体间的引力可用F=Gm1m2r2计算
C. 由F=Gm1m2r2知,两物体间距离r减小时,它们之间的引力增大,紧靠在一起时,万有引力非常大
D. 引力常量的大小首先是由卡文迪许测出来的,且等于6.67×10−11N⋅m2/kg2
第II卷(非选择题)
三、实验题:本大题共1小题,共9分。
11.牛顿虽然发现了万有引力定律,却没能给出引力常量G的值。这是因为一般物体间的引力非常小,很难用实验的方法将它测量出来。卡文迪什巧妙地利用如图所示的扭秤装置,第一次在实验室比较准确地测出了引力常量G的值,即G=6.67×10−11______(选填“N⋅m2/kg2”或“N⋅m/kg”)。卡文迪什的实验涉及的物理思想方法是______(选填“等效替代法”或“微量放大法”)。
四、计算题:本大题共1小题,共10分。
12.两艘轮船,质量都是1.0×104t,相距10km,它们之间的引力是多大?这个力与轮船所受重力的比值是多少?
答案和解析
1.【答案】A
【解析】解:A、行星绕太阳的椭圆轨道可以近似地看作圆形轨道,其向心力来源于太阳对行星的引力,故A正确;
BC、太阳对行星的引力与行星对太阳的引力是作用力与反作用力,其方向一定在两者的连线上。故BC错误;
D、F=GMmr2,所有行星质量不同,所有行星与太阳间的距离不同,所以所有行星与太阳间的引力不一定都相等,故D错误;
故选:A。
行星绕太阳的椭圆轨道可以近似地看作圆形轨道,其向心力来源于太阳对行星的引力,太阳对行星的引力与行星对太阳的引力是作用力与反作用力,其方向一定在两者的连线上.
解决本题的点关键知道万有引力提供行星做圆周运动的向心力.知道作用力与反作用力大小相等.
2.【答案】B
【解析】解:根据万有引力定律得:F=Gm1m2r2,
变形得:G=Fr2m1m2
故选:B
万有引力定律的公式为F=Gm1m2r2,引力的大小与m1、m2的乘积成正比,与距离的二次方成反比,将此式变形得到G.
解决本题的关键掌握万有引力定律的公式,并能正确进行数学变形求解G.
3.【答案】C
【解析】解:由万有引力和重力的定义可知,在两极处,GMmR2=G,在赤道上,GMmR2−mω2R=0.75G
由向心力的公式可知纬度为30°处随行星自转的向心力为F=mω2Rcs30°
联立解得:F= 38G,故C正确,ABD错误。
故选:C。
考虑星球自转,在星球两极处重力与万有引力相等。
在赤道处重力最小,万有引力一部分提供随星球自转的向心力,一部分显示为物体的重力。
该题考查了万有引力定律的相关知识,星球表面重力等于万有引力是在忽略星球自转的情况下相等的,若考虑星球自转,在星球两极处重力与万有引力相等,在赤道处重力最小,万有引力一部分提供随星球自转的向心力,一部分显示为物体的重力。
4.【答案】D
【解析】解:两个质点相距r时,它们之间的万有引力为:F=GMmR2,
若它们间的距离变为2倍,两个质点的质量变为原来的2倍,则它们之间的万有引力为:F′=G×2M×2m(2R)2=F.
故选:D
根据万有引力定律的内容(万有引力是与质量乘积成正比,与距离的平方成反比.)解决问题即可.
要注意万有引力是与质量乘积成正比,与距离的平方成反比.
影响万有引力大小的变量有质量、距离,要考虑全面,不能考虑一个变量而忽略了另一个变量的变化.
5.【答案】B
【解析】解:A、开普勒发现了行星运动的规律,故A错误;
B、牛顿发现了万有引力定律,故B正确;
C、万有引力常数是由卡文迪许测出的,故C错误;
D、牛顿做了“月地检验”推导,故D错误。
故选:B。
解答本题的关键是了解几个重要的物理学史,知道哪些伟大科学家的贡献.
本题考查了物理学史部分,要了解哪些伟大科学家的重要贡献,培养科学素质和为科学的奉献精神.
6.【答案】A
【解析】解:AB、通过完全独立的途径得出相同的结果,证明了地球表面的物体所受地球的引力与月球所受地球的引力是同一种性质的力,物体的运动规律是由所受力决定的,相同性质的力产生相同性质的加速度。故A正确,B错误。
CD、根据万有引力公式:F=GMmr2可知,引力除与两物体的质量有关,还与它们之间的距离有关,故CD错误。
故选:A。
根据地球表面的物体与月球受地球的引力均产生向心加速度分析;再根据万有引力公式分析求解。
本题考查了万有引力,理解力的不同性质,理解公式中各物理量的含义是解决此类问题的关键。
7.【答案】B
【解析】解:地球对太阳的引力与太阳对地球的引力是一对相互作用力,等值、反向、共线,与发生相互作用的两个物体的质量是否相等无关;
故选:B。
牛顿第三定律的内容主要有:两个物体之间的作用力和反作用力,总是同时在同一条直线上,大小相等,方向相反.即F1=−F2(N=N′)
①力的作用是相互的.同时出现,同时消失.
②相互作用力一定是相同性质的力.
③作用力和反作用力作用在两个物体上,产生的作用不能相互抵消.
④作用力也可以叫做反作用力,只是选择的参照物不同.
⑤作用力和反作用力因为作用点不在同一个物体上,所以不能求合力.
牛顿运动定律是建立在绝对时空以及与此相适应的超距作用基础上的所谓超距作用,是指分离的物体间不需要任何介质,也不需要时间来传递它们之间的相互作用.如:万有引力、磁石之间的磁力以及相互接触物体之间的作用力.
8.【答案】A
【解析】解:牛顿发现万有引力定律过程如下:
根据开普勒行星运动第一和第二定律,假设行星绕太阳做匀速圆周运动,太阳对行星的引力就是行星做匀速圆周运动的向心力。
F=mv2r
天文观测可以得到公转周期行星T,则:v=2πrT
代入上式整理后得到:F=4π2mrT2
不同行星的公转周期不同,F与r关系的表达式中不应出现T,所以要消去T.为此把开普勒第三定律变形为T2=r3k代入F=4π2mrT2
从这个式子可以看到,等号右边处了m,r其他都是常量,对任何行星是相同的,可以说引力F与mr2成正比,即太阳对行星的引力与行星的质量成正比,与他们之间的距离的二次方成反比。
就太阳对行星的引力来说,行星是受力星体,因而可以说上述引力与受力行星的质量成正比。
根据牛顿第三定律,太阳吸引行星,行星也吸引太阳,就行星吸引太阳的引力F′来说,太阳是受力星体。F′的大小与太阳质量M成正比,与行星,太阳距离的二次方成反比。F′正比于Mr2
由于F正比于mr2,F′正比于Mr2,而F与F′的大小相等,所以我们可以概括的说,太阳与行星间引力的大小与太阳的质量和行星的质量的乘积成正比,与两者的距离的二次方成反比,即F正比于Mmr2
写成等式就是F=GMmr2,G是比例系数与太阳行星都没有关系;
从上述推导过程可以看出,用到的规律有:开普勒的研究成果、向心力公式、牛顿第二定律、牛顿第三定律;
卡文迪许通过扭秤实验得出的引力常数没有用到,故A没有用到、BCD全部用到。
本题选没有被用到的规律和结论,故选:A。
牛顿发现万有引力定律过程是,首先根据开普勒三大定律和向心力公式推导出太阳对行星的引力,然后根据牛顿第三定律得出行星对太阳的引力关系式,最后总结出太阳与行星间的引力关系公式.
本题关键要掌握万有引力定律的发现过程,要能够熟悉万有引力定律的推导过程,同时要能灵活运用牛顿运动定律和向心力公式进行演算.
9.【答案】D
【解析】解:A.卡文迪什用扭秤装置测定了万有引力常量,故A错误;
B.伽利略通过斜面实验得出自由落体运动位移与时间的平方成正比,故B错误;
C.牛顿曾设想,从高山上水平抛出的物体,速度一次比一次大,落地点就一次比一次远,如果抛出速度足够大,物体不会落回地面,将绕地球运动,成为人造地球卫星,故C错误;
D.牛顿的“月—地检验”表明地面物体所受地球的引力、月球所受地球的引力,与行星所受太阳的引力服从相同规律,故D正确。
故选:D。
根据物理学史和常识解答,记住著名物理学家的主要贡献即可。
本题考查物理学史,是常识性问题,对于物理学上重大发现、发明、著名理论要加强记忆,这也是考试内容之一。
10.【答案】BD
【解析】解:A、任意两个物体间都存在相互作用的引力。故A错误。
B、万有引力定律的公式F=Gm1m2r2适用于质点间的万有引力。故B正确。
C、由F=Gm1m2r2适可知,两物体间距离r减小时,它们之间的引力增大,当r小到一定程度,物体不能看成质点,公式不再适用。故C错误。
D、引力常量是卡文迪许测量出来的。故D正确。
故选:BD。
任意两个物体间都存在相互点的引力,即万有引力.万有引力定律的公式F=Gm1m2r2适用于质点间的万有引力.引力常量是卡文迪许测量出来的.
解决本题的关键知道万有引力定律的公式F=Gm1m2r2适用条件,适用于质点间的万有引力.以及知道引力常量是卡文迪许测量出来的.
11.【答案】N⋅m2/kg2 微量放大法
【解析】解:根据万有引力公式F=Gm1m2r2,整理得G=Fr2m1m2,根据量纲法则,得引力常量的单位为N⋅m2/kg2;
卡文迪什测量引力常量使用的扭秤装置,入射光线不变,当入射角改变时,将扭秤转动的高度通过反射光线在屏上光斑移动显示出来,采用的微量放大法。
故答案为:N⋅m2/kg2,采用的微量放大法。
根据万有引力公式F=Gm1m2r2分析G的单位;卡文迪什的实验要明确实验原理,知道本装置中采用了微小形变放大法来测量万有引力。
明确实验原理,知道本装置中采用了微小形变放大法来测量万有引力,知道G的单位是根据万有引力公式F=Gm1m2r2推导出的。
12.【答案】解:1t=1×103kg,
轮船之间的引力
F=Gm2r2=6.67×10−11×1.0×107×1.0×107(10×103)2N=6.67×10−5N。
轮船的重力G=mg=1.0×107×10N=1.0×108N
两轮船间的引力与轮船重力的比值为=6.67×10−13。
答:引力是6.67×10−5N;引力与轮船所受重力的比值是6.67×10−13。
【解析】根据万有引力定律公式求出万有引力的大小,进一步与重力进行比较。
本题考查了万有引力定律的应用,解决本题的关键掌握万有引力定律的公式,并能灵活运用,基础题。
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