2021-2022学年江西省赣州市赣县第三中学高一下学期强化训练（A5）物理试卷 Word版含解析

赣州市赣县第三中学2021-2022学年高一下学期强化训练

物理强化训练A5

一、选择题

1.有a、b、c、d四颗地球卫星，a还未发射，在地球赤道上随地球表面一起转动，b在近地轨道做匀速圆周运动，c是地球同步卫星，d是高空探测卫星，各卫星排列位置如图所示.关于这四颗卫星，下列说法正确的是(　　)

A.a的向心加速度等于重力加速度g

B.c在4 h内转过的圆心角是

C.在相同时间内，这四个卫星中b转过的弧长最长

D.d做圆周运动的周期有可能是20小时

2．假设地球可视为质量均匀分布的球体。已知地球表面重力加速度在两极的大小为g0，在赤道的大小为g；地球自转的周期为T，引力常量为G。地球的密度为(　　)

A．     B．

C．     D．

3．某双星系统中，A星球质量是B星球质量的2倍，两者之间的距离为l，经观测发现A星球上的物质在缓慢地向外太空逃逸，若干年后A星球的质量变为原来的一半，两星球之间的距离越小，由观测知此时双星系统的角速度变为原来的1.5倍，则(　　)

A．两星球之间的距离变为l              B．两星球之间的距离变为l

C．A星球的轨道半径变为0.35l           D．A星球的轨道半径变为0.25l

4.．“天舟一号”飞船与“天宫二号”空间实验室对接后在离地约393 km的圆轨道上为“天宫二号”补加推进剂，在完成各项试验后，“天舟一号”受控离开圆轨道，最后进入大气层烧毁，下列说法中正确的是(　　)

A．对接时，“天舟一号”的速度小于第一宇宙速度

B．补加推进剂后，“天宫二号”受到地球的引力减小

C．补加推进剂后，“天宫二号”运行的周期减小

D．“天舟一号”在加速下降过程中处于超重状态

5．北斗导航系统又被称为“双星定位系统”，具有导航、定位等功能。“北斗”系统中两颗工作星均绕地心O做匀速圆周运动，轨道半径为r，某时刻两颗工作卫星分别位于轨道上的A、B两位置(如图所示)。若卫星均顺时针运行，地球表面处的重力加速度为g，地球半径为R。不计卫星间的相互作用力。则以下判断正确的是(　　)

A．这两颗卫星的加速度大小相等，均为

B．卫星1向后喷气就一定能追上卫星2

C．卫星1由位置A运动到位置B所需的时间为

D．卫星1中物体的速度为

6.　科学家对银河系中心附近的恒星S2进行了多年的持续观测,给出1994年到2002年间S2的位置如图3-9所示.科学家认为S2的运动轨迹是半长轴约为1000 AU(太阳到地球的距离为1 AU)的椭圆.银河系中心可能存在超大质量黑洞. 这项研究工作获得了2020年诺贝尔物理学奖.若认为S2所受的作用力主要为该大质量黑洞的引力,设太阳的质量为M,可以推测出该黑洞质量约为(　　)                                                                                                                                          

A.4×104M        B.4×106M                C.4×108M               D.4×1010M

7.位于贵州的“中国天眼”是目前世界上口径最大的单天线射电望远镜(FAST).通过FAST测得水星与太阳的视角为θ (水星、太阳分别与观察者的连线所夹的角,如图所示).若最大视角的正弦值为k,地球和水星绕太阳的运动均可视为匀速圆周运动,则水星的公转周期为              (　　)

A. 年 B. 年 C. 年  D. 年

8．2020年12月17日，嫦娥五号任务轨道器和返回器在距地球5 000公里的圆轨道处实施分离，返回器携带月球样品将变轨返回地球，轨道器在完成任务后将开展拓展任务，启程飞往距地球约150万公里的日地拉格朗日点L1进行环绕飞行并开展探测实验．在日地拉格朗日点L1，轨道器在太阳和地球引力的共同作用下，与太阳和地球保持相对静止，与地球同步绕太阳运动，下列说法正确的是(　　)

A．在分离前，轨道器和返回器一起环绕地球飞行的速度大于第一宇宙速度

B．在分离后，返回器应需加速才能离开原轨道飞回地球

C．在分离后，轨道器应需加速才能离开原轨道飞往日地拉格朗日点L1

D．在日地拉格朗日点L1，轨道器所受的合外力为零

9．(多选)“嫦娥之父”欧阳自远透露，我国计划于2020年登陆火星．假如某志愿者登上火星后将一小球从高为h的地方由静止释放，不计空气阻力，测得经过时间t小球落在火星表面，已知火星的半径为R，引力常量为G，不考虑火星自转，则下列说法正确的是(　　)

A．火星的第一宇宙速度为         B．火星的质量为

C．火星的平均密度为            D．环绕火星表面运行的卫星的周期为πt

10．(多选)美国科学家通过射电望远镜观察到宇宙中存在一些离其他恒星较远的、由质量相等的三颗星组成的三星系统，简化模型如图，三颗星位于同一直线上，两颗环绕星围绕中央星在同一半径为R的圆形轨道上运行。设每个星体的质量均为M，忽略其他星体对它们的引力作用，则(　　)

A．环绕星运动的角速度为ω＝

B．环绕星运动的线速度为v＝

C．环绕星运动的周期为T＝4π

D．环绕星运动的周期为T＝2π

11．(多选)一探测器探测某星球表面时做了两次测量。探测器先在近星轨道上做圆周运动测出其运行周期T；着陆后，探测器将一小球以不同的速度竖直向上抛出，测出了小球上升的最大高度h与抛出速度v的二次方的关系，如图所示，图中a、b已知，引力常量为G，忽略空气阻力的影响，根据以上信息可求得(　　)

A．该星球表面的重力加速度为        B．该星球的半径为

C．该星球的密度为             D．该星球的第一宇宙速度为

二、实验题

12．在做研究平抛运动的实验中，为了确定小球在不同时刻通过的位置，实验装置如图甲所示。实验操作的主要步骤如下∶

①在一块平木板上钉上复写纸和白纸，然后将其竖直立于斜槽轨道末端槽口E前，木板与槽口E之间有一段距离，并保持板面与轨道末端的水平段垂直。

②使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止滚下，小球撞到木板在白纸上留下痕迹A。

③将木板沿水平方向向右平移一段距离x，再使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止滚下，小球撞到木板在白纸上留下痕迹B。

④将木板再水平向右平移同样距离x，使小球仍从斜槽上紧靠挡板处由静止滚下，再在白纸上得到痕迹C。若测得A、B间距离为y1，B、C间距离为y2，已知当地重力加速度为g。

(1)关于该实验，下列说法不正确的是________。

A．斜槽轨道必须尽可能光滑

B．斜槽轨道末端必须保持水平

C．每次释放小球的位置必须相同

D．每次小球均须由静止释放

(2)一位同学根据测量出的不同x情况下的y1和y2，令Δy＝y2－y1，并描绘出了如图乙所示的Δy－x2图像。若已知图线的斜率为k，则小球平抛的初速度大小v0＝________。

(3)若某次实验测得x＝15.0 cm，y1＝15.0 cm，y2＝25.0 cm，g取10 m/s2，则小球在打点迹B前瞬间速度的大小为________m/s，槽口E与点迹A间的高度差为________cm。

13.(8分)未来在一个未知星球上用如图12甲所示装置研究平抛运动的规律.悬点O正下方P点处有水平放置的炽热电热丝，当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断，小球由于惯性向前飞出做平抛运动.现对小球采用频闪数码照相机连续拍摄.在有坐标纸的背景屏前，拍下了小球在做平抛运动过程中的多张照片，经合成后，照片如图乙所示.a、b、c、d为连续四次拍下的小球位置，已知照相机连续拍照的时间间隔是0.10 s，照片大小如图中坐标所示，又知该照片的长度与实际背景屏的长度之比为1∶4，则，

图12

(1)由以上信息，可知a点________(选填“是”或“不是”)小球的抛出点.

(2)由以上及图信息，可以推算出该星球表面的重力加速度为________m/s2.

(3)由以上及图信息可以算出小球平抛的初速度是________m/s.

(4)由以上及图信息可以算出小球在b点时的速度是________m/s.

三、计算题

14．宇航员在某星球表面让一个小球从高度为h处做自由落体运动，经过时间t小球落到星球表面。已知该星球的半径为R，引力常量为G。不考虑星球自转的影响。求：

(1)该星球的质量；

(2)该星球的“第一宇宙速度”。

15．2019年1月3日，“嫦娥四号”成功着陆在月球背面南极—艾特肯盆地冯·卡门撞击坑的预选着陆区，月球车“玉兔二号”到达月面开始巡视探测。作为世界首个在月球背面软着陆和巡视探测的航天器，其主要任务是继续更深层次更加全面地科学探测月球地质、资源等方面的信息，完善月球的档案资料。已知地球表面重力加速度为g，地球半径为R，月球质量与地球质量之比为k，月球半径与地球半径之比为q，求：

(1)月球表面的重力加速度；

(2)月球平均密度与地球平均密度之比；

(3)月球上的第一宇宙速度与地球上第一宇宙速度之比。

16．万有引力定律清楚地向人们揭示，复杂运动隐藏着简洁的科学规律；它明确地向人们宣告，天上和地上的物体都遵循着完全相同的科学法则；它可以计算两个质点间的万有引力，或球体之间的万有引力．已知地球的质量为M(视为质量分布均匀的球体)，半径为R，引力常量为G.

(1)不考虑地球的自转，求地球表面附近的重力加速度大小；

(2)已知质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零，求深度为d的矿井底部的重力加速度大小；

(3)电影《流浪地球》中的人们住在“地下城”．假设“地下城”建在半径为r的巨大空腔中，空腔与地球表面相切，如图所示．O和O′分别为地球和空腔的球心，地球表面上空某处P离地球表面的距离为H，空腔内另一处Q与球心O′的距离为L，P、Q、O′和O在同一直线上．对于质量为m的人，求：

①在P处受到地球的万有引力大小；

②在Q处受到地球的万有引力大小．

1.答案　C

2.解析：选B。物体在地球的两极时，mg0＝G，物体在赤道上时，mg＋mR＝G，地球质量M＝πR3ρ，以上三式联立解得地球的密度ρ＝，故B正确，A、C、D错误。

3.A　[双星做圆周运动的向心力由它们之间的万有引力提供，设A星球的质量为m1，轨道半径为R，B星球的质量为m2，轨道半径为r，根据万有引力提供向心力得G＝m1Rω2＝m2rω2，解得G＝Rω2，G＝rω2，左右分别相加得G＝(R＋r)ω2＝ω2l，即G(m1＋m2)＝3Gm2＝ω2l3，A星球的质量变为原来的一半，角速度变为原来的1.5倍，则G(m′1＋m2)＝2Gm2＝(ω)2l′3，可得l′＝l，A正确，B错误；此时两个星球的质量相等，则它们的轨道半径也相等，即rA＝rB＝l，C、D错误。]

4.解析：选A。7.9 km/s是地球的第一宇宙速度，是卫星最小的发射速度，也是卫星或飞行器绕地球做匀速圆周运动的最大运行速度，所以对接时，“天舟一号”的速度必定小于第一宇宙速度，故A正确；补加推进剂后，“天宫二号”的质量增大，由万有引力定律可知，“天宫二号”受到地球的引力增大，故B错误；根据万有引力提供向心力可得＝，有T＝2π，M是地球的质量，可见“天宫二号”的周期与自身质量无关，补加推进剂后，周期保持不变，故C错误；“天舟一号”在加速下降过程中加速度的方向向下，处于失重状态，故D错误。

5.解析：选C。由＝ma和＝mg得a＝，A错误；卫星1向后喷气时速度增大，所需的向心力增大，

万有引力不足以提供其所需的向心力而做离心运动，与卫星2不处于同一轨道上了，B错误；由t＝T＝T，＝mr()2和＝mg可得t＝，C正确；由＝m和＝mg可得物体的速度v＝ ，D错误。

6. [解析] 由图可知,恒星S2绕黑洞运行半个周期的时间为8年,所以TS2=16年.根据开普勒第三定律可知,恒星S2与以半径r=1000 AU绕黑洞做匀速圆周运动的天体的周期相同,根据万有引力提供向心力可知,=mr,地球绕太阳做圆周运动的半径r日地=1 AU,T=1年,根据万有引力提供向心力可知,=mr日地,联立两式得M黑=4×106M,B正确.

7. [解析] 已知地球绕太阳运转周期T1=1年,设地球的轨道半径为r1,水星的轨道半径为r2,运行周期为T2.当FAST与水星的连线与水星轨道圆相切时θ有最大值,这时地球(FAST)、水星与太阳的位置关系如图所示,有sin θ==k,由开普勒第三定律有=,解得T2=年,选项B正确.8.解析：第一宇宙速度是卫星在地球表面附近运行时的速度，也是最大的环绕速度，其他卫星离地面均有一定高度，其速度都小于第一宇宙速度，所以分离前轨道器和返回器一起环绕地球飞行的速度应该小于第一宇宙速度，故A错误；分离后，返回器加速时，需要发动机做正功，故机械能增加，返回器将向高轨道运动，故应减速才能从高轨变成低轨进而返回地球，故B错误；因为日地拉格朗日点L1距地球约150万公里，而返回器是在距地球5 000公里的圆轨道处实施分离的，故轨道器应需加速才能离开圆轨道飞往日地拉格朗日点L1，故C正确；在日地拉格朗日点，轨道器与地球同步绕太阳运动，仍然需要外力提供向心力，故此时合外力不为零，故D错误．

9.[解析]　根据h＝gt2得，火星表面的重力加速度g＝，在火星表面的近火卫星的速度即第一宇宙速度，有mg＝m，解得v＝，所以火星的第一宇宙速度v＝，A错误．由火星表面任意物体的重力等于万有引力，有mg＝G，得M＝＝，B错误．火星的体积V＝πR3，火星的平均密度ρ＝＝＝，C正确．近火卫星的运行周期T＝＝＝πt，D正确．

[答案]　CD

10.ABC　[对某一个环绕星有G＋G＝M＝MRω2＝MR，解得v＝，ω＝，T＝4π，故A、B、C正确。]

11.解析：选BC。由h＝结合图像有g＝＝，A错误；由mg＝mR得星球半径R＝＝，B正确；由＝mR及M＝ρV＝ρπR3可得ρ＝，C正确；该星球的第一宇宙速度为v＝＝，D错误。

12.解析：(1)为了保证小球每次到达斜槽轨道末端槽口E时的速度大小一样，必须每次从同一个地方无初速释放小球，为了保证小球离开轨道后做平抛运动，斜槽轨道末端必须保持水平。轨道光滑程度对本实验没有影响，故选A。

(2)小球在水平方向做匀速直线运动，木板每次平移相同的距离，则小球相邻两次打板的时间相同，根据匀加速直线运动的规律有

Δy＝y2－y1＝gT2＝g()2＝x2

所以有k＝

解得v0＝。

(3)由(2)可得v0＝1.5 m/s，T＝0.1 s

打B点前瞬间的竖直分速度为vBy＝＝2 m/s

小球在打点迹B前瞬间速度的大小为vB＝＝2.5 m/s

E到B点间的竖直距离为hB＝＝0.2 m

所以槽口E与点迹A间的高度差为

h＝hB－y1＝0.05 m＝5.0 cm。

答案：(1)A　(2)　(3)2.5　5.0

13.答案　(1)是　(2)8　(3)0.8　(4)

解析　(1)由初速度为零的匀加速直线运动连续相等时间内通过的位移之比为1∶3∶5可知，a点为抛出点.

(2)由ab、bc、cd水平距离相同可知，a到b、b到c运动时间相同，设为T，在竖直方向有Δh＝gT 2，T＝0.10 s，可求出g＝8 m/s2.

(3)由两位置间的时间间隔为0.10 s，水平距离为8 cm，x＝vxt，得水平速度vx＝0.8 m/s.

(4)b点竖直分速度为a、c间的竖直平均速度，则vyb＝ m/s＝0.8 m/s，所以vb＝＝ m/s.

14.解析：(1)设此星球表面的重力加速度为g，星球的质量为M，星球表面一物体的质量为m，

小球做自由落体运动：h＝gt2

解得：g＝

不考虑星球自转影响：mg＝

解得：M＝；

(2)卫星在星球表面附近绕星球飞行时，万有引力提供向心力，则：G＝m

得星球的“第一宇宙速度”为：v＝。

答案：(1)　(2)

15.解析：(1)“嫦娥四号”在月球表面，由万有引力定律及牛顿第二定律有：G＝mg月

“嫦娥四号”在地球表面，有：G＝mg地

联立得：g月＝g地；

(2)月球密度为：ρ月＝

地球密度为：ρ地＝

＝×＝；

(3)月球上的第一宇宙速度为：v1月＝

地球上第一宇宙速度为：v1地＝

可得月球上的第一宇宙速度与地球上第一宇宙速度之比：＝。

答案：(1)g地　(2)　(3)

16.答案：(1)　(2)　(3)①－

②

解析：(1)若不考虑地球的自转，在地球表面附近，设有一质量为m的物体，则G＝mg，解得g＝.

(2)设地球平均密度为ρ，则M＝ρ·πR3，①

设在矿井底部有一质量为m1的物体，

则G＝m1g′，②

且M1＝ρ·π(R－d)3，③

由①②③联立可解得深度为d的矿井底部的重力加速度大小为g′＝.

(3)假设将空腔填满，则地球对人的引力可等效成实心地球和空腔对人的万有引力之差，则

①质量为m的人在P处受到地球的万有引力大小

FP＝－，其中M2＝ρ，

解得FP＝－；

②质量为m的人在Q处受到地球的万有引力大小

FQ＝－，④

其中M3＝ρ·，⑤

M4＝ρ·，⑥

由①④⑤⑥联立可解得FQ＝.