高中物理3 万有引力理论的成就练习
展开一、单选题
1.下列说法中正确的是( )
A.开普勒在研究行星运动规律的基础之上提出了万有引力定律
B.牛顿通过扭秤实验测出了万有引力常量G的数值
C.海王星被称为“笔尖下的行星”
D.地球使树上苹果下落的力,与太阳、地球之间的吸引力不是同一种力
2.万有引力定律的发现离不开前人的研究,正如牛顿所说:“如果我曾经看得远一些,那是由于我站在巨人肩膀上的缘故.”以下研究包含万有引力定律的发现和应用,其中属于应用该定律进行研究的是( )
A.第谷坚持对行星进行20余年的系统观测
B.开普勒发现有关行星运动的三大定律
C.牛顿在前人基础上提出了具有普遍意义的万有引力定律
D.亚当斯和勒维耶各自独立利用万有引力定律计算出海王星的轨道
3.中国经过多年奋斗,航天事业取得举世瞩目的成就,中国空间站于2022年完成在轨建造。设空间站绕地球做半径为r的匀速圆周运动,地球可看作半径为R的均匀球体,在时间t内,空间站绕地球运行的圈数为n,不考虑地球自转和其他天体的影响。则地球的平均密度为( )
A.B.C.D.
4.“探路者”号宇宙飞船在宇宙深处飞行的过程中,发现A、B两颗均匀球形天体,两天体各有一颗靠近其表面飞行的卫星,测得两颗卫星的周期相等。以下判断正确的是( )
A.两颗卫星的线速度一定相等B.天体A、B的质量一定不相等
C.天体A、B表面的重力加速度一定不相等D.天体A、B的密度一定相等
5.某国火箭航天集团“专家”称,人类可在不久的将来,驾驶汽车人飞往火星,到达火星后可以做很多实验,以下为在火星表面所作实验,若一物体从火星表面竖直向上抛出(不计气体阻力)时的图象如图所示,则( )
A.该物体上升的时间为B.该物体被抛出时的初速度为
C.该火星表面的重力加速度为D.物体运行的轨迹是抛物线
6.用g表示地球表面的重力加速度,R表示地球半径,T表示卫星绕近地表面匀速圆周运动的周期,G表示万有引力常量,M表示地球质量.在天文学发展的进程中,被称为“能称出地球质量的人”是谁?用测定地球表面物体重力加速度的方法测算地球质量的公式是什么?正确回答上述两问题的是( )
A.开普勒,
B.牛顿,
C.卡文迪许,
D.卡文迪许,
7.如图所示,地球可以看作是一个球体,O点为地球球心,将一个物体分别放在位于长沙的A位置和位于赤道上的B位置,都随地球自转做匀速圆周运动,则下列表述正确的是( )
A.物体所受向心加速度
B.A,B位置的重力加速度
C.物体的线速度
D.物体做圆周运动的向心力
8.在下列条件中,引力常量已知,能算出地球质量的是( )
A.已知地球公转半径与地球表面的重力加速度
B.已知地球卫星的周期和其轨道半径
C.已知地球卫星的周期和地球半径
D.已知地球卫星的周期和角速度
二、多选题
9.地球绕地轴自转时,对静止在地面上的某一个物体,下列说法正确的是( )
A.物体的重力并不等于它随地球自转所需要的向心力
B.在地面上的任何位置,物体向心加速度的大小都相等,方向都指向地心
C.在地面上的任何位置,物体向心加速度的方向都垂直指向地球的自转轴
D.物体随地球自转的向心加速度随着地球纬度的减小而增大
10.下列说法中正确的是( )
A.曲线运动一定是变速运动
B.转动的砂轮半径不能做得很大目的是防止产生离心运动
C.物体做匀速圆周运动,所以物体处于平衡态
D.冥王星被称为“笔尖下发现的行星”
11.月球表面的重力加速度为地球表面上重力加速度的,一个质量为600kg的飞行器到达月球后( )
A.在月球表面上的质量为100kgB.在月球表面上的重量为980N
C.在月球表面上的高空中重量小于980ND.在月球上的质量将小于600kg
12.通过观察冥王星的卫星,可以推算出冥王星的质量。假设卫星绕冥王星做匀速圆周运动,除了引力常量外,至少还需要两个物理量才能计算出冥王星的质量。这两个物理量可以是( )
A.卫星的速度和角速度B.卫星的质量和轨道半径
C.卫星的质量和卫星受到的引力大小D.卫星的运行周期和轨道半径
三、解答题
13.如图是我国自主建设的北斗导航系统示意图。2019年9月23日5时10分,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭,以“一箭双星”方式成功发射第四十七、四十八颗北斗导航卫星,向实现全球组网又迈出了坚实的一步。北斗卫星导航系统由不同轨道卫星构成,如图所示,1为赤道;2为近地卫星轨道,在该轨道上运行的卫星,绕行半径可近似为地球半径R;3为赤道上空的地球静止同步卫星轨道,在该轨道上运行的卫星,绕行半径为r;4为轨道平面与赤道平面有一定夹角的倾斜地球同步轨道,在该轨道上卫星运行周期与地球自转周期相同。将各轨道看作圆形轨道。
(1)求静置于赤道上的物体与轨道3上的卫星的向心加速度大小之比;
(2)求轨道3上的卫星与轨道4上的卫星的绕行半径之比;
(3)请判断静置于赤道上的物体与轨道2上的卫星谁的绕行线速度更大,并说明理由。
14. 剑桥大学研究生贝尔偶然发现一个奇怪的射电源,它每隔1.337 s发出一个脉冲信号.贝尔和她的导师曾认为他们和外星文明接上了头.后来大家认识到事情没有这么浪漫,这类天体被定名为“脉冲星”.“脉冲星”的特点是脉冲周期短,且周期高度稳定.这意味着脉冲星一定进行着准确的周期运动,自转就是一种很准确的周期运动.
(1)已知蟹状星云的中心星PS0531是一颗脉冲星,其周期为0.331 s,PS0531的脉冲现象来自于自转,设阻止该星离心瓦解的力是万有引力,估计PS0531的最小密度;(万有引力常量G=6.67×10-11 N·m2/kg2)
(2)如果PS0531的质量等于太阳质量,该星的可能半径最大是多少?(太阳质量是M=1030 kg) (保留一位有效数学)
15.若有一艘宇宙飞船在某一行星表面做匀速圆周运动,设行星半径为R,其周期为T,引力常量为G,那么该行星的质量是多少?平均密度为多少?
参考答案:
1.C
【详解】A.开普勒在研究行星运动规律的基础之上提出了行星运动定律,A错误;
B.卡文迪许通过扭称实验测出了万有引力常量G的数值,B错误;
C.英国的亚当斯和法国的勒维耶独立地利用万有引力定律计算出了海王星的轨道,人们称海王星为“笔尖下发现的行星”,C正确;
D.地球对地面上物体的引力本质上是万有引力,太阳与地球之间的引力也是万有引力,D错误。
故选C。
2.D
【详解】ABC.第谷坚持对行星进行20余年的系统观测,而开普勒通过研究第谷的观测数据,最终发现有关行星运动的三大定律,而牛顿通过分析开普勒的数据和牛顿运动定律结合得出了万有引力定律,这些属于万有引力定律的发现历程,不是万有引力定律的应用,故ABC错误;
D.亚当斯和勒维耶各自独立利用万有引力定律计算出海王星的轨道,属于万有引力定律的应用,故D正确.
故选:D.
3.B
【详解】在时间t内,空间站绕地球运行的圈数为n,周期
空间站受到的万有引力提供向心力
地球的平均密度为
解得
故选B。
4.D
【详解】D.由引力作为向心力可得
又
联立解得
故天体A、B的密度一定相等,D正确;
ABC.卫星的线速度为
天体表面的重力加速度为
由于天体半径(卫星轨道半径)R无法确定,故卫星的线速度,两天体的质量、天体表面的重力加速度无法确定,ABC错误。
故选D。
5.C
【详解】A.由图可知,物体上抛到落地共用时8s,则上升时间为4s,故A不符合题意;
B.上升抛出为匀减速直线运动,则
带入数据解得
v0=20m/s
故B不符合题意;
C.由v=at可求该火星表面重力加速度为
故C符合题意;
D.物体运行的轨迹是直线,故D不符合题意。
故选C。
6.C
【详解】英国物理学家卡文迪许用实验的方法测出引力常量G,从而被称为“能称出地球质量的人”,用测定地球表面物体重力加速度的方法测算地球的质量,则在地球表面有,解得,即,C正确.
7.A
【详解】根据题意可知,由于都随地球自转做匀速圆周运动,则角速度相等
AD.根据公式可知,由于A位置的半径小于B位置的半径,则有
由公式可知,物体做圆周运动的向心力
故D错误,A正确;
B.地球表面的重力加速度随着纬度的增加而增大,则有
故B错误;
C.根据公式可知,由于A位置的半径小于B位置的半径,则有
故C错误。
故选A。
8.B
【详解】A.根据万有引力提供向心力,列出等式只能求出中心天体的质量,所以已知地球绕太阳运动的公转半径和地球表面的重力加速度无法求出地球质量,故A错误;
B. 已知地球卫星的周期T和其轨道半径r,根据万有引力提供向心力,有
可得地球的质量
故B正确;
C.已知地球卫星的周期和地球半径,不知道地球卫星的半径,不能求得地球的质量,故C错误;
D.由于角速度,已知地球卫星的周期和角速度,不知道地球卫星的半径,不能求得地球的质量,故D错误。
故选B。
9.ACD
【详解】A.物体随地球自转,都是绕地轴转动,所以向心力都指向地轴,万有引力一部分提供向心力,一部分提供重力,所以物体的重力并不等于它随地球自转所需要的向心力,故A正确;BC.向心力都指向地轴,所以向心加速度也指向地轴,不是指向地心,故B错误,C正确;D.根据a=ω2r可知,角速度相等,纬度越小,半径越大,向心加速度越大,故D正确。
故选ACD。
10.AB
【详解】A.曲线运动的速度方向时刻在变化,所以一定是变速运动,故A正确;
B.由于砂轮上各点的角速度大小相同,根据向心力公式
可知半径越大,砂轮的边缘转动时所需的向心力越大,离心趋势越明显,若砂轮材料强度不够或发生老化,则边缘在使用过程容易发生破碎并飞出,从而发生危险,所以转动的砂轮半径不能做得很大目的是防止产生离心运动,故B正确;
C.物体做匀速圆周运动,运动状态时刻在变,所以物体不是处于平衡态,故C错误;
D.海王星被称为“笔尖下发现的行星”,故D错误。
故选AB。
11.BC
【详解】AD.因为质量不随空间位置的改变而改变,所以质量不变,为600kg,AD错误;
BC.飞行器在地球表面受到的重力
G=mg=600kg×9.8=5880N
在月球上受到的重力
G′=G=980N
在月球表面上空的重力加速度小于月球表面,所以重量小于980N。BC正确。
故选BC。
12.AD
【详解】卫星绕冥王星做匀速圆周运动,万有引力提供向心力:
A.已知卫星的速度和角速度,则轨道半径
根据
即可求出冥王星质量M,故A正确;
B.根据
可知卫星的质量可以约去,只知道半径不能求出冥王星的质量M,故B错误;
C.根据
可知卫星的质量可以约去,只知道角速度不能求出冥王星的质量M,故C错误;
D.根据
可知,知道冥王星的运行周期和轨道半径可求出冥王星的质量M,故D正确。
故选AD。
13.(1)(2)(3)轨道2上的线速度更大
【详解】(1)由
解得
(2)由万有引力公式
得
由于轨道3和轨道4上卫星的运行周期相同,因而轨道半径比为1∶1
(3)轨道2上的卫星绕行线速度更大,由
得静置于赤道上物体的线速度小于轨道3上卫星的线速度。又
解得
因此轨道3上卫星线速度小于轨道2上卫星线速度。因此轨道2上的卫星绕行线速度更大。
14.(1)1×1012kg/m3 ;(2)6×102km
【详解】(1)脉冲星的脉冲周期即为自转周期,脉冲星高速自转但不瓦解的临界条件是:该星球表面的质量为m的物块所受星体的万有引力恰等于向心力,有
又
联立并代入数据可得脉冲星的最小密度为
ρ=1×1012kg/m3
(2)由
M=πR3ρ
可得该脉冲星的最大半径为
R=6×102km
15.;
【详解】飞船绕某一行星表面做匀速圆周运动,万有引力等于向心力,有牛顿第二定律得
所以
星球体积为
根据密度公式
解得
【点睛】书写时注意别遗漏平方和立方。
高中物理人教版 (2019)必修 第二册3 万有引力理论的成就课后测评: 这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册<a href="/wl/tb_c163072_t7/?tag_id=28" target="_blank">3 万有引力理论的成就课后测评</a>,共9页。试卷主要包含了单选题,多选题,填空题,解答题等内容,欢迎下载使用。
高中物理人教版 (2019)必修 第二册3 万有引力理论的成就达标测试: 这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册<a href="/wl/tb_c163072_t7/?tag_id=28" target="_blank">3 万有引力理论的成就达标测试</a>,共19页。
人教版 (2019)必修 第二册3 万有引力理论的成就课后作业题: 这是一份人教版 (2019)必修 第二册<a href="/wl/tb_c163072_t7/?tag_id=28" target="_blank">3 万有引力理论的成就课后作业题</a>,共13页。试卷主要包含了单选题等内容,欢迎下载使用。