万有引力定律及其应用单元测试题

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高三物理单元测试卷(四)：曲线运动与万有引力定律

高三物理单元测试卷（四）：曲线运动与万有引力定律曲线运动与万有引力定律班别：姓名：座号：总分：第Ⅰ卷（共34分）一．单项选择题（本题包括6小题，每小题3分，共18分，每小题只有一个选项符合题意）1.如图所示，用细线吊着一个质量为m的小球，使小球在水平面内做圆锥摆运动，关于小球受力，正确的是（）A．受重力、拉力、向心力B．受重力、拉力C．受重力D．以上说法都不正确2．质量为m的石块从半径为R的半球形的碗口下滑到碗的最低点的过程中，假如摩擦力的作用使得石块的速度大小不变，如图所示，那么（）A．因为速率不变，因此石块的加速度为零B．石块下滑过程中受的合外力越来越大C．石块下滑过程中的摩擦力大小不变D．石块下滑过程中的加速度大小不变，方向始终指向球心3．质量不计的轻质弹性杆P 部分插入桌面上小孔中，杆另一端套有质量为m 的小球，今使小球在水平面内做半径为R 、角速度为ω的匀速圆周运动，如图所示，则杆的上端受到球对它的作用力大小为（ D ）A ．R m 2ωB ．mgC ．R m mg 2ω+D ．242R g m ω+ 4．如图所示，a 、b 、c 是在地球大气层外圆形轨道上运动的3颗卫星，下列说法正确的是：（ D ）A ．b 、c 的线速度大小相等，且大于a 的线速度；B ．b 、c 的向心加速度大小相等，且大于a 的向心加速度；C ．c 加速可追上同一轨道上的b ，b 减速可等候同一轨道上的c ；D ．a 卫星由于某缘故轨道半径缓慢减小，则其线速度将逐步增大。

5．长为L 的轻绳的一端固定在O 点，另一端栓一个质量为m 的小球.先令小球以O 为圆心，L 为半径在竖直平面内做圆周运动，小球能通过最高点，如图所示。

g 为重力加速度，则（ B ）A ．小球通过最高点时速度可能为零B ．小球通过最高点时所受轻绳的拉力可能为零C ．小球通过最底点时所受轻绳的拉力可能等于5mgD ．小球通过最底点时速度大小可能等于2gL b a c地球6．我们的银河系的恒星中大约四分之一是双星。

(最终版)万有引力定律单元测试卷

第三章——万有引力定律单元测试卷本卷共100分，考试时间：60分钟班别：姓名：学号：一、单项选择题（共5小题，每小题6分，共30分。

） 1、下列说法正确的是（）A ．第一宇宙速度是人造卫星的最大发射速度B ．第一宇宙速度是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动的最大运行速度C ．如果需要，地球同步通讯卫星可以定点在地球上空的任何一点D ．地球同步通讯卫星的轨道可以是圆的也可以是椭圆的2、一个物体在地球表面所受的重力为G ，则在距地面高度为地球半径的2倍时，所受引力为A.2GB.3GC.4GD.9G3、若已知行星绕太阳公转的半径为r ，公转的周期为T ，万有引力恒量为G ，则由此可求出（）A ．某行星的质量B ．太阳的质量C ．太阳表面的重力加速度D ．太阳的密度4、假如地球自转速度增大，关于物体重力的下列说法中不正确的是（） A ．放在赤道地面上的物体的万有引力不变 B ．放在两极地面上的物体的重力不变 C ．赤道上的物体重力减小D ．放在两极地面上的物体的重力增大 5、（2012年高考浙江理综-15）如图2所示，在火星与木星的轨道之间有一小行星带。

假设该带中的小行星只受太阳的引力，并绕太阳做匀速圆周运动。

下列说法正确的是A ．太阳对各小行星的引力相同B ．各小行星绕太阳运动的周期均小于一年C ．小行星带内侧小行星的向心加速度大于外侧小行星的向心加速度D ．小行星带内各小行星的线速度值都大于地球公转的线速度二、多项选择题（共5小题，每小题6分，共30分。

全部选对得6分，对而不全得3分，选错一个计0分。

） 6、关于开普勒行星运动的公式＝k ，以下理解正确的是（） A ．k 是一个与行星无关的常量B ．若地球绕太阳运转轨道的半长轴为R 地，周期为T 地；月球绕地球运转轨道的长半轴为R 月，周期为T 月，则 C ．T 表示行星运动的自转周期 D ．T 表示行星运动的公转周期7、假如一作圆周运动的人造地球卫星的轨道半径增大到原来的2倍，仍作圆周运动，则（）A ．根据公式v=ωr ，可知卫星的线速度将增大到原来的2倍B ．根据公式，可知卫星所需要的向心力将减小到原来的C ．根据公式，可知地球提供的向心力将减小到原来的D ．根据上述B 和C 中给出的公式，可知卫星运动的线速度将减小到原来的8、关于万有引力常量G 的下列说法，正确的是（）A ．G 的量值等于两个可视为质点、质量都是1kg 的物体相距1m 时的万有引力B ．G 的量值是牛顿发现万有引力定律时就测出的C ．G 的量值是由卡文迪许测出的D ．G 的量值N ·m 2/kg 2，只适用于计算天体间的万有引力9、质量为m 1、m 2的甲乙两物体间的万有引力，可运用万有引力定律计算。

高中物理万有引力定律的应用专项训练100(附答案)含解析

通讯覆盖全球，至少需要几颗地球同步卫星？（ cos81= 0.15 , sin81 0.99 ）
（2）今年年初上映的中国首部科幻电影《流浪地球》引发全球热议。根据量子理论，每个
光子动量大小 p h （h 为普朗克常数，λ 为光子的波长）。当光照射到物体表面时将产
生持续的压力。设有一质量为 m 的飞行器，其帆面始终与太阳光垂直，且光帆能将太阳光
GMm R2
＝ mg
M＝ gR2 G
（2）根据
G
Mm r2
＝m
v2 r
其中 M
gR 2 G
，r=R+h
解得
vR g Rh
8．一名宇航员抵达一半径为 R 的星球表面后，为了测定该星球的质量，做下实验：将一个小球从该星球表面某位置以初速度 v 竖直向上抛出，小球在空中运动一间后又落回原抛出位置，测得小球在空中运动的时间为 t，已知万有引力恒量为 G，不计阻力，试根据题中所提供的条件和测量结果，求：（1）该星球表面的“重力”加速度 g 的大小；（2）该星球的质量 M；
器与太阳的距离越来越远，不需要改变光帆的最小面积 s0 【解析】
【详解】
（1）a．设卫星的质量为 m。
由牛顿第二定律
G
Me R
m
h2
m
v2 Rh
，
得 v GM e Rh
b．如答图所示，设 P 点处地球同步卫星可以覆盖地球赤道的范围对应地心的角度为 2θ，至少需要 N 颗地球同步卫星才能覆盖全球。
全部反射。已知引力常量为 G，光速为 c，太阳质量为 Ms，太阳单位时间辐射的总能量为 E。若以太阳光对飞行器光帆的撞击力为动力，使飞行器始终朝着远离太阳的方向运动，成为“流浪飞行器”。请论证：随着飞行器与太阳的距离越来越远，是否需要改变光帆的最

高考物理万有引力定律的应用题20套(带答案)及解析

高考物理万有引力定律的应用题20套(带答案)及解析一、高中物理精讲专题测试万有引力定律的应用1．一艘宇宙飞船绕着某行星作匀速圆周运动，已知运动的轨道半径为r，周期为T，引力常量为G，行星半径为求：(1)行星的质量M；(2)行星表面的重力加速度g；(3)行星的第一宇宙速度v．【答案】（1）（2）（3）【解析】【详解】(1)设宇宙飞船的质量为m，根据万有引力定律求出行星质量(2)在行星表面求出:(3)在行星表面求出:【点睛】本题关键抓住星球表面重力等于万有引力，人造卫星的万有引力等于向心力．2．如图所示,P、Q为某地区水平地面上的两点,在P点正下方一球形区域内储藏有石油.假定区域周围岩石均匀分布,密度为ρ;石油密度远小于ρ,可将上述球形区域视为空腔.如果没有这一空腔,则该地区重力加速度(正常值)沿竖直方向;当存在空腔时,该地区重力加速度的大小和方向会与正常情况有微小偏离.重力加速度在原竖直方向(即PO方向)上的投影相对于正常值的偏离叫做“重力加速度反常”.为了探寻石油区域的位置和石油储量,常利用P点附近重力加速度反常现象.已知引力常数为G.(1)设球形空腔体积为V,球心深度为d(远小于地球半径),,PQ x =求空腔所引起的Q 点处的重力加速度反常;(2)若在水平地面上半径为L 的范围内发现:重力加速度反常值在δ与kδ(k>1)之间变化,且重力加速度反常的最大值出现在半径为L 的范围的中心.如果这种反常是由于地下存在某一球形空腔造成的,试求此球形空腔球心的深度和空腔的体积.【答案】(1)223/2()G Vd d x ρ+(2)22/3.(1)L k V G k δρ=- 【解析】【详解】(1)如果将近地表的球形空腔填满密度为ρ的岩石,则该地区重力加速度便回到正常值.因此,重力加速度反常可通过填充后的球形区域产生的附加引力来计算,2MmGr=mΔg① 式中m 是Q 点处某质点的质量,M 是填充后球形区域的质量.M=ρV② 而r 是球形空腔中心O 至Q 点的距离22d x +Δg 在数值上等于由于存在球形空腔所引起的Q 点处重力加速度改变的大小｡Q 点处重力加速度改变的方向沿OQ 方向,重力加速度反常Δg′是这一改变在竖直方向上的投影 Δg′=drΔg④ 联立①②③④式得Δg′=223/2()G Vdd x ρ+⑤ (2)由⑤式得,重力加速度反常Δg′的最大值和最小值分别为 (Δg′)max =2G Vd ρ⑥ (Δg′)min =223/2()G Vdd L ρ+⑦由题设有(Δg′)max =kδ,(Δg′)min =δ⑧联立⑥⑦⑧式得,地下球形空腔球心的深度和空腔的体积分别为22/32/3d .(1)1L k G k k δρ==--3．对某行星的一颗卫星进行观测，运行的轨迹是半径为r 的圆周，周期为T ，已知万有引力常量为G ．求：（1）该行星的质量．（2）测得行星的半径为卫星轨道半径的十分之一，则此行星的表面重力加速度有多大？【答案】（1）2324r M GT π=（2）22400rg T π=【解析】（1）卫星围绕地球做匀速圆周运动，由地球对卫星的万有引力提供卫星所需的向心力．则有：2224Mm G m r r T π=，可得2324r M GTπ= （2）由21()10MmGmg r =，则得：222400100GM r g r T π==4．一宇航员登上某星球表面，在高为2m 处，以水平初速度5m/s 抛出一物体，物体水平射程为5m ，且物体只受该星球引力作用求：（1）该星球表面重力加速度（2）已知该星球的半径为为地球半径的一半，那么该星球质量为地球质量的多少倍．【答案】（1）4m/s 2；（2）110；【解析】（1）根据平抛运动的规律：x ＝v 0t 得0515x t s s v ＝＝＝由h ＝12gt 2 得：2222222/4/1h g m s m s t ⨯＝＝＝（2）根据星球表面物体重力等于万有引力：2G M mmg R 星星＝地球表面物体重力等于万有引力：2G M mmg R '地地＝则222411=()10210M gR M g R '⨯=星星地地＝点睛：此题是平抛运动与万有引力定律的综合题，重力加速度是联系这两个问题的桥梁；知道平抛运动的研究方法和星球表面的物体的重力等于万有引力．5．为了测量某行星的质量和半径,宇航员记录了登陆舱在该行星表面做圆周运动的周期T,登陆舱在行星表面着陆后,用弹簧测力计称量一个质量为m 的砝码,读数为F. 已知引力常量为G.求该行星的半径R 和质量M 。

人教版2019必修第二册第6章万有引力与航天单元测试卷

人教版2019必修第二册第6章万有引力与航天单元测试卷一、单选题（每小题4分，共32分。

）1．牛顿在思考万有引力定律时就曾想，把物体从高山上水平抛出，速度一次比一次大，落点一次比一次远．如果速度足够大，物体就不再落回地面，它将绕地球运动，成为人造地球卫星．如图所示是牛顿设想的一颗卫星，它沿椭圆轨道运动．下列说法正确的是A ．地球的球心与椭圆的中心重合B ．卫星在近地点的速率小于在远地点的速率C ．卫星在远地点的加速度小于在近地点的加速度D ．卫星与椭圆中心的连线在相等的时间内扫过相等的面积2．关于我国发射的“亚洲一号”地球同步通讯卫星的说法，正确的是（） A ．若其质量加倍，则轨道半径也要加倍 B ．它在北京上空运行，故可用于我国的电视广播 C ．它以第一宇宙速度运行D ．它运行的角速度与地球自转角速度相同3．我国发射了一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥一号”。

设该卫星的轨道是圆形的,且贴近月球表面。

已知月球的质量约为地球质量的181，月球的半径约为地球半径的14，地球上的第一宇宙速度约为7.9 km/s,则该探月卫星绕月运行的速率约为 ( ) A ．0.4 km/s B ．1.8 km/s C ．11 km/sD ．36 km/s4．卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径为r ，运动周期为T ，地球半径为R ，引力常量为G ，下列说法正确的是( ) A ．卫星的线速度大小为v ＝2RTπ B ．地球的质量为M ＝2324R GT πC ．地球的平均密度为ρ＝23GT πD ．地球表面重力加速度大小为g ＝23224r T Rπ5．设行星A 和B 是两个均匀球体，A 与B 的质量之比12:2:1M M =，半径之比12:1:2R R =，行星A 的卫星a 沿圆轨道运行的周期为1T ，行星B 的卫星b 沿圆轨道运行的周期为2T ，两卫星的圆轨道都非常接近各自的行星表面，则它们运行的周期之比12:T T 等于（） A ．1:4 B ．1:2 C ．2:1 D ．4:16．如图，已知现在地球的一颗同步通讯卫星信号最多覆盖地球赤道上的经度范围为2α．假设地球的自转周期变大，周期变大后的一颗地球同步通讯卫星信号最多覆盖的赤道经度范围为2β，则前后两次同步卫星的运行周期之比为( )A B C 7．四颗地球卫星a 、b 、c 、d 的排列位置如图所示，其中，a 是静止在地球赤道上还未发射的卫星，b 是近地轨道卫星，c 是地球同步卫星，d 是高空探测卫星，四颗卫星相比较（）A ．a 的向心加速度最大B ．相同时间内b 转过的弧长最长C ．c 相对于b 静止D ．d 的运动周期可能是23h8．地球和木星绕太阳运行的轨道可以看作是圆形的，它们各自的卫星轨道也可看作是圆形的。

高一下学期万有引力和航天单元测试题

高一下学期万有引力和航天单元测试题时间：90 分钟满分：120 分命题：一、选择题（每小题5分，共80分。

在每小题给出的四个选项中，至少有一个选项是正确的，全部选对得5分，对而不全得3分。

）1、下列说法正确的是（）A、行星绕太阳的椭圆轨道可近似地看作圆轨道，其向心力来源于太阳对行星的引力B、太阳对行星引力大于行星对太阳引力，所以行星绕太阳运转而不是太阳绕行星运转C、万有引力定律适用于天体，不适用于地面上的物体D、太阳与行星间的引力、行星与卫星间的引力、地面上物体所受重力，这些力的性质和规律都相同2、关于万有引力的说法正确的是（）A、万有引力只有在天体与天体之间才能明显地表现出来B、一个苹果由于其质量很小，所以它受到的万有引力几乎可以忽略C、地球对人造卫星的万有引力远大于卫星对地球的万有引力D、地球表面的大气层是因为万有引力约束而存在于地球表面附近3. 地球上站立着两位相距非常远的观察者，发现自己的正上方有一颗人造地球卫星相对自己静止不动，则这两位观察者及两颗卫星到地球中心的距离是（）A. 一个人在南极，一个人在北极，两卫星到地球中心的距离一定相等B. 一个人在南极，一个人在北极，两卫星到地球中心的距离可以不相等C. 两人都在赤道上，两卫星到地球中心的距离可以不相等D. 两人都在赤道上，两卫星到地球中心的距离一定相等4、已知引力常量G和下列各组数据，能计算出地球质量的是（）A．地球绕太阳运行的周期及地球离太阳的距离B．人造地球卫星在地面附近运行的周期和轨道半径C．月球绕地球运行的周期及月球的半径D．若不考虑地球自转，已知地球的半径及地球表面的重力加速度5、绕地球做匀速圆周运动的宇宙飞船中有一质量为10kg的物体挂在弹簧秤上，这时弹簧秤的示数( )A．等于98N B．小于98N C．大于98N D．等于06、下列说法中正确的是（）A．第一宇宙速度是人造地球卫星运行的最大环绕速度，也是发射卫星具有的最小发射速度B．可以发射一颗运行周期为80min的人造地球卫星C．第一宇宙速度等于7.9Km/s，它是卫星在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动的线速度的大小D．地球同步卫星的运行速度大于第一宇宙速度7. 神舟六号载人航天飞船经过115小时32分钟的太空飞行，绕地球飞行77圈，飞船返回舱终于在2005年10月17日凌晨4时33分成功着陆，航天员费俊龙、聂海胜安全返回。

2021-2022学年教科版(2019)必修2 第三章万有引力定律单元测试卷(含答案)

2021-2022学年教科版（2019）必修2 第三章万有引力定律单元测试卷学校：___________姓名：___________班级：___________考号：___________一、单选题(每题4分，共8各小题，共计32分)1.一质量为m 的物体，假设在火星两极宇航员用弹簧测力计测得其所受的重力为1F ，在火星赤道上宇航员用同一弹簧测力计测得其所受的重力为2F ，通过天文观测测得火星的自转角速度为ω，设引力常量为G ，将火星看成是质量分布均匀的球体，则火星的密度和半径分别为( ) A.()211221234πF F F G F F m ωω-- B.212234πF F G m ωω C.()211221234πF F F G F F m ωω+- D.212234πF F G ωω- 2.若取地球的第一宇宙速度为8 km/s ，某行星的质量是地球质量的6倍，半径是地球半径的1.5倍，则此行星的第一宇宙速度约为( ) A.16 km/sB.32 km/sC.4 km/sD.2 km/s3.位于贵州的“中国天眼”（FAST ）是目前世界上最大的单口径射电望远镜，通过FAST 可以测量地球与木星之间的距离。

当FAST 接收到来自木星的光线的传播方向恰好与地球公转线速度方向相同时，测得地球与木星的距离是地球与太阳距离的k 倍。

若地球和木星绕太阳的运动均视为匀速圆周运动且轨道共面，则可知木星的公转周期为( ) A.()3241k +年B.()3221k +年C.32(1)k +年D.32k 年4.如图，若两颗人造卫星a 和b 均绕地球做匀速圆周运动，a b 、到地心O 的距离分别为12r r 、，线速度大小分别为12v v 、，则( )A.12v v =B.12v v =C.21221v r v r ⎛⎫= ⎪⎝⎭D.21122v r v r ⎛⎫= ⎪⎝⎭5.“祝融号”火星车登陆火星之前，“天问一号”探测器沿椭圆形的停泊轨道绕火星飞行，其周期为2个火星日。

高中物理万有引力定律的应用题20套(带答案)

高中物理万有引力定律的应用题20套(带答案)一、高中物理精讲专题测试万有引力定律的应用1．已知某半径与地球相等的星球的第一宇宙速度是地球的12倍．地球表面的重力加速度为g ．在这个星球上用细线把小球悬挂在墙壁上的钉子O 上，小球绕悬点O 在竖直平面内做圆周运动．小球质量为m ，绳长为L ，悬点距地面高度为H ．小球运动至最低点时，绳恰被拉断，小球着地时水平位移为S 求：(1)星球表面的重力加速度？(2)细线刚被拉断时，小球抛出的速度多大？ (3)细线所能承受的最大拉力？【答案】(1)01=4g g 星 (2)0024g sv H L=-201[1]42()s T mg H L L =+- 【解析】【分析】【详解】（1）由万有引力等于向心力可知22Mm v G m R R =2MmGmg R= 可得2v g R=则014g g 星＝（2）由平抛运动的规律：212H L g t -=星 0s v t =解得0024g s v H L=- （3）由牛顿定律，在最低点时：2v T mg m L-星＝解得：201142()s T mg H L L ⎡⎤=+⎢⎥-⎣⎦【点睛】本题考查了万有引力定律、圆周运动和平抛运动的综合，联系三个问题的物理量是重力加速度g 0；知道平抛运动在水平方向和竖直方向上的运动规律和圆周运动向心力的来源是解决本题的关键．2．木星的卫星之一叫艾奥，它上面的珞珈火山喷出的岩块初速度为v 0时，上升的最大高度可达h ．已知艾奥的半径为R ，引力常量为G ，忽略艾奥的自转及岩块运动过程中受到稀薄气体的阻力，求：（1）艾奥表面的重力加速度大小g 和艾奥的质量M ；（2）距艾奥表面高度为2R 处的重力加速度大小g ＇；（3）艾奥的第一宇宙速度v ．【答案】（1）2202R v M hG =；（2）2018v g h'=；（3）v v =【解析】【分析】【详解】（1）岩块做竖直上抛运动有2002v gh -=-，解得22v g h=忽略艾奥的自转有2GMm mg R =，解得222R v M hG= （2）距艾奥表面高度为2R 处有2(2)GMm m g R R '''=+，解得20'18v g h=（3）某卫星在艾奥表面绕其做圆周运动时2v mg m R=，解得v v =【点睛】在万有引力这一块，涉及的公式和物理量非常多，掌握公式222224Mm v G m m r m r ma r r Tπω====在做题的时候，首先明确过程中的向心力，然后弄清楚各个物理量表示的含义，最后选择合适的公式分析解题，另外这一块的计算量一是非常大的，所以需要细心计算3．某宇航员驾驶宇宙飞船到达某未知星球表面，他将一个物体以010m/s v =的速度从10m h =的高度水平抛出，测得落到星球表面A 时速度与水平地面的夹角为60θ=︒。

高中物理第3、4、5章抛体运动匀速圆周运动万有引力定律及其应用 20单元测试鲁科版必修2

第3、4、5章《抛体运动》《匀速圆周运动》《万有引力定律及其应用》单元测试本试卷分第Ⅰ卷（选择题）和第Ⅱ卷（非选择题）两部分。

共150分考试用时120分钟第Ⅰ卷（选择题共40分）一、本题共10小题；在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确。

1．以速度v0水平抛出一小球，如果从抛出到某时刻小球的竖直分位移与水平分位移大小相等，以下判断正确的是（）A．此时小球的竖直分速度大小等于水平分速度大小B．此时小球的速度大小为2v0C．小球运动的时间为2 v0/gD．此时小球速度的方向与位移的方向相同2．一个小球在竖直环内至少做N次圆周运动，当它第（N－2）次经过环的最低点时，速度是7m/s；第（N－1）次经过环的最低点时，速度是5m/s，则小球在第N次经过环的最低点时的速度一定满足（）A．v>1m/s B．v=1m/s C．v<1m/s D．v=3m/s3．一个物体以初速度v0从A点开始在光滑水平面上运动，一个水平力作用在物体上，物体的运动轨迹如图1中的实线所示，图中B为轨迹上的一点，虚线是过A、B两点并与轨迹相切的直线，虚线和实线将水平面划分5个区域，则关于施力物体的位置，下面说法正确的是（）A．如果这个力是引力，则施力物体一定在④区域B．如果这个力是引力，则施力物体一定在②区域C．如果这个力是斥力，则施力物体可能在②区域D．如果这个力是斥力，则施力物体一定在④区域4．如图2，从光滑的1/4圆弧槽的最高点滑下的小物块，滑出槽口时速度为水平方向，槽口与一个半球顶点相切，半球底面为水平，若要使小物块滑出槽口后不沿半球面下滑，已知圆弧轨道的半径为R1，半球的半径为R2，则R1与R2的关系为（）A．R1≤R2 B．R1≥R2 C．R1≤R2/2 D．R1≥R2/25．如图3所示，细杆的一端与一小球相连，可绕过O点的水平轴自由转动。

现给小球一初速度，使它做圆周运动，图中a、b分别表示小球轨道的最低点和最高点，则杆对小球的作用力可能是（）A．a处为拉力，b处为拉力 B．a处为拉力，b处为推力C．a处为推力，b处为拉力 D ．a处为推力，b处为推力图2图16．2003年10月15日，我国成功地发射了“神舟五号”载人飞船，经过21小时的太空飞行，返回舱于次日安全着陆。

高考物理万有引力定律的应用题20套(带答案)含解析

高考物理万有引力定律的应用题20套(带答案)含解析一、高中物理精讲专题测试万有引力定律的应用1．一宇航员在某未知星球的表面上做平抛运动实验：在离地面h 高处让小球以某一初速度水平抛出，他测出小球落地点与抛出点的水平距离为x 和落地时间t ，又已知该星球的半径为R ，己知万有引力常量为G ，求：（1）小球抛出的初速度v o （2）该星球表面的重力加速度g （3）该星球的质量M（4）该星球的第一宇宙速度v （最后结果必须用题中己知物理量表示）【答案】(1) v 0=x/t (2) g=2h/t 2 (3) 2hR 2/(Gt 2) (4) t【解析】（1）小球做平抛运动，在水平方向：x=vt ，解得从抛出到落地时间为：v 0=x/t（2）小球做平抛运动时在竖直方向上有：h=12gt 2，解得该星球表面的重力加速度为：g=2h/t 2；（3）设地球的质量为M ，静止在地面上的物体质量为m ，由万有引力等于物体的重力得：mg=2MmGR 所以该星球的质量为：M=2gR G= 2hR 2/(Gt 2)；（4）设有一颗质量为m 的近地卫星绕地球作匀速圆周运动，速率为v ，由牛顿第二定律得： 22Mm v G m R R=重力等于万有引力，即mg=2MmGR，解得该星球的第一宇宙速度为：v ==2．a 、b 两颗卫星均在赤道正上方绕地球做匀速圆周运动，a 为近地卫星，b 卫星离地面高度为3R ，己知地球半径为R ，表面的重力加速度为g ，试求：（1）a 、b 两颗卫星周期分别是多少？（2） a 、b 两颗卫星速度之比是多少？（3）若某吋刻两卫星正好同时通过赤道同--点的正上方，则至少经过多长时间两卫星相距最远？【答案】（1）2，16（2）速度之比为2【解析】【分析】根据近地卫星重力等于万有引力求得地球质量，然后根据万有引力做向心力求得运动周期；卫星做匀速圆周运动，根据万有引力做向心力求得两颗卫星速度之比；由根据相距最远时相差半个圆周求解；解：（1）卫星做匀速圆周运动，F F =引向，对地面上的物体由黄金代换式2MmGmg R = a 卫星2224aGMm m R R T π= 解得2a RT gπ= b 卫星2224·4(4)bGMm m R R T π= 解得16b RT gπ= （2）卫星做匀速圆周运动，F F =引向，a 卫星22a mv GMm R R=解得a GMv R=b 卫星b 卫星22(4)4Mm v G m R R= 解得v 4b GM R=所以 2abV V = （3）最远的条件22a bT T πππ-= 解得87R t gπ=3．一宇航员登上某星球表面，在高为2m 处，以水平初速度5m/s 抛出一物体，物体水平射程为5m ，且物体只受该星球引力作用求：（1）该星球表面重力加速度（2）已知该星球的半径为为地球半径的一半，那么该星球质量为地球质量的多少倍．【答案】（1）4m/s 2；（2）110；【解析】（1）根据平抛运动的规律：x ＝v 0t 得0515x t s s v ＝＝＝由h ＝12gt 2 得：2222222/4/1h g m s m s t ⨯＝＝＝（2）根据星球表面物体重力等于万有引力：2G M mmg R 星星＝地球表面物体重力等于万有引力：2G M mmg R '地地＝则222411=()10210M gR M g R '⨯=星星地地＝点睛：此题是平抛运动与万有引力定律的综合题，重力加速度是联系这两个问题的桥梁；知道平抛运动的研究方法和星球表面的物体的重力等于万有引力．4．双星系统由两颗彼此相距很近的两个恒星组成，两恒星在相互引力的作用下，分别围绕其连线上的共同质量中心做周期相同的匀速圆周运动。

高中物理万有引力定律的应用题20套(带答案)及解析

高中物理万有引力定律的应用题20套(带答案)及解析一、高中物理精讲专题测试万有引力定律的应用1．一艘宇宙飞船绕着某行星作匀速圆周运动，已知运动的轨道半径为r，周期为T，引力常量为G，行星半径为求：(1)行星的质量M；(2)行星表面的重力加速度g；(3)行星的第一宇宙速度v．【答案】（1）（2）（3）【解析】【详解】(1)设宇宙飞船的质量为m，根据万有引力定律求出行星质量(2)在行星表面求出:(3)在行星表面求出:【点睛】本题关键抓住星球表面重力等于万有引力，人造卫星的万有引力等于向心力．2．土星是太阳系最大的行星，也是一个气态巨行星。

图示为2017年7月13日朱诺号飞行器近距离拍摄的土星表面的气体涡旋(大红斑)，假设朱诺号绕土星做匀速圆周运动，距离土星表面高度为h。

土星视为球体，已知土星质量为M，半径为R，万有引力常量为.G求：()1土星表面的重力加速度g；()2朱诺号的运行速度v；()3朱诺号的运行周期T 。

【答案】()()()()21?2?3?2GM GM R h R h R R h GM π+++ 【解析】【分析】土星表面的重力等于万有引力可求得重力加速度；由万有引力提供向心力并分别用速度与周期表示向心力可求得速度与周期。

【详解】（1）土星表面的重力等于万有引力：2Mm Gmg R = 可得2GM g R = （2）由万有引力提供向心力：22()Mm mv G R h R h=++ 可得：GM v R h=+ （3）由万有引力提供向心力：()222()()GMm m R h R h Tπ=++ 可得：()2R h T R h GMπ+=+3．天文学家将相距较近、仅在彼此的引力作用下运行的两颗恒星称为双星．双星系统在银河系中很普遍．利用双星系统中两颗恒星的运动特征可推算出它们的总质量．已知某双星系统中两颗恒星围绕它们连线上的某一固定点分别做匀速圆周运动，周期均为T ，两颗恒星之间的距离为r ，试推算这个双星系统的总质量．（引力常量为G ）【答案】【解析】设两颗恒星的质量分别为m 1、m 2，做圆周运动的半径分别为r 1、r 2，角速度分别为w 1,w 2．根据题意有w 1=w 2 ① （1分）r 1+r 2=r ② （1分）根据万有引力定律和牛顿定律，有G③ （3分） G ④ （3分）联立以上各式解得⑤ （2分）根据解速度与周期的关系知⑥ （2分）联立③⑤⑥式解得（3分）本题考查天体运动中的双星问题，两星球间的相互作用力提供向心力，周期和角速度相同，由万有引力提供向心力列式求解4．某航天飞机在地球赤道上空飞行，轨道半径为r ，飞行方向与地球的自转方向相同，设地球的自转角速度为ω0，地球半径为R ，地球表面重力加速度为g ，在某时刻航天飞机通过赤道上某建筑物的上方，求它下次通过该建筑物上方所需的时间．【答案】203t gR r ω=-或者202t gR r ω=- 【解析】【分析】【详解】试题分析：根据人造卫星的万有引力等于向心力，列式求出角速度的表达式，卫星再次经过某建筑物的上空，比地球多转动一圈．解：用ω表示航天飞机的角速度，用m 、M 分别表示航天飞机及地球的质量，则有 22Mm G mr rω= 航天飞机在地面上，有2mM GR mg = 联立解得22gR rω= 若ω>ω0，即飞机高度低于同步卫星高度，用t 表示所需时间，则ωt －ω0t ＝2π 所以202t gR r ω=- 若ω<ω0，即飞机高度高于同步卫星高度，用t 表示所需时间，则ω0t －ωt ＝2π 所以202t gR r ω=-．点晴：本题关键：（1）根据万有引力提供向心力求解出角速度；（2）根据地球表面重力等于万有引力得到重力加速度表达式；（3）根据多转动一圈后再次到达某建筑物上空列式．5．已知某半径与地球相等的星球的第一宇宙速度是地球的12倍．地球表面的重力加速度为g ．在这个星球上用细线把小球悬挂在墙壁上的钉子O 上，小球绕悬点O 在竖直平面内做圆周运动．小球质量为m ，绳长为L ，悬点距地面高度为H ．小球运动至最低点时，绳恰被拉断，小球着地时水平位移为S 求：(1)星球表面的重力加速度？(2)细线刚被拉断时，小球抛出的速度多大？(3)细线所能承受的最大拉力？【答案】(1)01=4g g 星 (2)0024g s v H L=-201[1]42()s T mg H L L =+- 【解析】【分析】【详解】（1）由万有引力等于向心力可知22Mm v G m R R= 2Mm G mg R= 可得2v g R= 则014g g 星＝（2）由平抛运动的规律：212H L g t -=星 0s v t = 解得0024g sv H L=- （3）由牛顿定律，在最低点时：2v T mg m L-星＝解得：201142()s T mg H L L ⎡⎤=+⎢⎥-⎣⎦【点睛】本题考查了万有引力定律、圆周运动和平抛运动的综合，联系三个问题的物理量是重力加速度g 0；知道平抛运动在水平方向和竖直方向上的运动规律和圆周运动向心力的来源是解决本题的关键．6．为了探测月球的详细情况，我国发射了一颗绕月球表面飞行的科学实验卫星．假设卫星绕月球做圆周运动，月球绕地球也做圆周运动．已知卫星绕月球运行的周期为 T0，地球表面重力加速度为 g ，地球半径为 R0，月心到地心间的距离为 r0，引力常量为 G ，求：（1）月球的平均密度；（2）月球绕地球运行的周期．【答案】（1）203GT π（2） T = 【解析】【详解】（1）月球的半径为R ，月球质量为M ，卫星质量为m 由于在月球表面飞行，万有引力提供向心力：22204mM G m R R T π＝得23204R M GT π＝且月球的体积V ＝43πR 3 根据密度的定义式 M V ρ＝得232023043 43R GT GT R ππρπ＝＝（2）地球质量为M 0，月球质量为M ，月球绕地球运转周期为T 由万有引力提供向心力2202004 r GM M M r Tπ＝根据黄金代换GM 0＝gR 02得T =7．2018年11月，我国成功发射第41颗北斗导航卫星，被称为“最强北斗”。

高中物理万有引力定律的应用试题(有答案和解析)

高中物理万有引力定律的应用试题( 有答案和分析 )一、高中物理精讲专题测试万有引力定律的应用1．以下图，假定某星球表面上有一倾角为θ＝37°的固定斜面，一质量为m＝ 2.0 kg 的小物块从斜面底端以速度 9 m/s 沿斜面向上运动，小物块运动 1.5 s 时速度恰巧为零 .已知小物块和斜面间的动摩擦因数为337 ＝ 0.6°， cos 0.25，该星球半径为 R＝ 1.2 ×10km. 试求： (sin37°＝ 0.8)(1)该星球表面上的重力加快度g 的大小 .(2)该星球的第一宇宙速度 .【答案】（1） g=7.5m/s 23（ 2） 3× 10m/s【分析】【剖析】【详解】（1）小物块沿斜面向上运动过程0 v0at解得：a6m/s 2又有： mgsin mgcos ma解得： g7.5m/s 2（2）设星球的第一宇宙速度为v，依据万有引力等于重力，重力供给向心力，则有：mv2mgRv gR 3 103 m/s2．一名宇航员抵达半径为R、密度均匀的某星球表面，做以下实验：用不行伸长的轻绳拴一个质量为m 的小球，上端固定在O 点，如图甲所示，在最低点给小球某一初速度，使其绕 O 点在竖直面内做圆周运动，测得绳的拉力大小 F 随时间 t 的变化规律如图乙所示． F12已知，引力常量为G，忽视各样阻力．求：、F（1）星球表面的重力加快度；（2）卫星绕该星的第一宇宙速度；（3）星球的密度．F1F2（ 2）(F1 F2)R F1 F2【答案】（1）g6m6m (3)8 GmR【分析】【剖析】【详解】（1）由图知：小球做圆周运动在最高点拉力为 F ，在最低点拉力为F21设最高点速度为v2，最低点速度为v1，绳长为l在最高点：F2mg mv22①l在最低点：F1mg mv12②l由机械能守恒定律，得1mv12mg 2l1m v22③22由①②③，解得g F1F2 6mGMm（2）R2mgGMm mv2R2=R两式联立得：v=(F1F2 )R6mGMm（3）在星球表面：mg④星球密度：M⑤V由④⑤，解得F1F28 GmR点睛：小球在竖直平面内做圆周运动，在最高点与最低点绳索的拉力与重力的协力供给向心力，由牛顿第二定律能够求出重力加快度；万有引力等于重力，等于在星球表面飞翔的卫星的向心力，求出星球的第一宇宙速度；而后由密度公式求出星球的密度．3 ．中国计划在2017 年实现返回式月球软着陆器对月球进行科学探测，宇航员在月球上着陆后，自高h 处以初速度v0水平抛出一小球，测出水平射程为L（这时月球表面能够看作是平展的），已知月球半径为R，万有引力常量为G，求：（1 ）月球表面处的重力加快度及月球的质量M 月；（2 ）假如要在月球上发射一颗绕月球运转的卫星，所需的最小发射速度为多大？（3 ）当着陆器绕距月球表面高H 的轨道上运动时，着陆器围绕月球运动的周期是多少?【答案】（ 12hV02 R2（ 2）V02hR （3L(R H) 2(R H)） M） Th GL2L RV0【分析】【详解】（1）由平抛运动的规律可得：h 1 gt22L v0tg 2hv02 L2由GMmmgR22hv02 R2MGL2（2）GMRG v02hRv1LR（3）万有引力供给向心力，则GMm2 m R H22TR H解得：L R H 2 R HThRv04．a、 b 两颗卫星均在赤道正上方绕地球做匀速圆周运动， a 为近地卫星， b 卫星离地面高度为 3R，己知地球半径为R，表面的重力加快度为g，试求：（1） a、 b 两颗卫星周期分别是多少？（2） a、 b 两颗卫星速度之比是多少？（3）若某吋刻两卫星正好同时经过赤道同 --点的正上方，则起码经过多长时间两卫星相距最远？【答案】（1）2R R（ 2）速度之比为8R g， 16 2 ；gg7【分析】【剖析】依据近地卫星重力等于万有引力争得地球质量，而后依据万有引力做向心力争得运动周期；卫星做匀速圆周运动，依据万有引力做向心力争得两颗卫星速度之比；由依据相距最远时相差半个圆周求解；解：（ 1）卫星做匀速圆周运动，F 引 F 向，对地面上的物体由黄金代换式 GMm mgR2GMm4 2Ra 卫星2m 2RT a解得 T a2RgGMm 4 2·4R b 卫星(4 R)2m2T b解得 T b 16Rg（2）卫星做匀速圆周运动， F 引F向，a 卫星GMmmv a 2R 2R解得v aGMRb 卫星 b 卫星 GMm mv 2(4 R)24R解得 v bGM4RV a2因此V b2 2（ 3）最远的条件 T a T b解得 t8R 7g5．某宇航员驾驶宇宙飞船抵达某未知星球表面，他将一个物体以v 0 10m/s 的速度从h 10m 的高度水平抛出，测得落到星球表面A 时速度与水平川面的夹角为60 。

人教版高中物理必修二《第2章万有引力定律》单元测试卷(河北省

（精心整理，诚意制作）新人教版必修2《第2章万有引力定律》单元测试卷（河北省保定一中）一、选择题（每小题4分，共40分）．1．如图所示，有一个质量为M，半径为R，密度均匀的大球体．从中挖去一个半径为的小球体，并在空腔中心放置一质量为m的质点，则大球体的剩余部分对该质点的万有引力大小为（已知质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零）（）A．G B．G C．4G D．02．火星表面特征非常接近地球，适合人类居住，近期，我国宇航员王跃与俄罗斯宇航员一起进行“模拟登火星”实验活动，已知火星半径是地球半径的，质量是地球质量的，自转周期与地球的基本相同，地球表面重力加速度为g，王跃在地面上能向上跳起的最大高度是h，在忽略自转影响的条件下，下列分析不正确的是（）A．火星表面的重力加速度是B．火星的第一宇宙速度是地球第一宇宙速度的C．王跃在火星表面受的万有引力是在地球表面受万有引力的倍D．王跃以相同的初速度在火星上起跳时，可跳的最大高度是3．地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a，角速度为ω，某卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径为r1，向心力加速度为a1，角速度为ω1．已知万有引力常量为G，地球半径为R．下列说法中正确的是（）A．向心力加速度之比=B．角速度之比=C．地球的第一宇宙速度等于D．地球的平均密度ρ=4．20xx年7月23日美国航天局宣布，天文学家发现“另一个地球”﹣﹣太阳系外行星开普勒452b．假设行星开普勒452b绕恒星公转周期为385天，它的体积是地球的5倍，其表面的重力加速度是地球表面的重力加速度的2倍，它与恒星的距离和地球与太阳的距离很接近，则行星开普勒452b与地球的平均密度的比值及其中心恒星与太阳的质量的比值分别为（）A．和B．和C．和D．和5．如图为哈勃望远镜拍摄的银河系中被科学家称为“罗盘座T星”系统的照片，该系统是由一颗白矮星和它的类日伴星组成的双星系统，图片下面的亮点为白矮星，上面的部分为类日伴星（中央的最亮的为类似太阳的天体）．由于白矮星不停地吸收由类日伴星抛出的物质致使其质量不断增加，科学家预计这颗白矮星在不到1000万年的时间内会完全“爆炸”，从而变成一颗超新星．现假设类日伴星所释放的物质被白矮星全部吸收，并且两星间的距离在一段时间内不变，两星球的总质量不变，不考虑其它星球对该“罗盘座T星”系统的作用，则下列说法正确的是（）A．两星间的万有引力不变 B．两星的运动周期不变C．类日伴星的轨道半径减小D．白矮星的线速度增大6．对于环绕地球做圆周运动的卫星说，它们绕地球做圆周运动的周期会随着轨道半径的变化而变化，某同学根据测得的不同卫星做圆周运动的半径r与周期T 关系作出如图所示图象，则可求得地球质量为（已知引力常量为G）（）A．B．C．D．7．一飞船在探测某星球时，在星球表面附近飞行一周所用的时间为T，环绕速度为ν，则（）A．该星球的质量为B．该星球的密度为C．该星球的半径为D．该星球表面的重力加速度为8．我国未来将建立月球基地，并在绕月球轨道上建造空间站，如图所示，关闭发动机的航天飞机在月球引力作用下沿椭圆轨道向月球靠近，并将在椭圆轨道的近月点B处与空间站C对接，已知空间站绕月球圆轨道的半径为r，周期为T，引力常量为G，月球的半径为R，下列说法中正确的是（）A．月球的质量为M=B．月球的第一宇宙速度为v=C．航天飞机从图示A位置飞向B的过程中，加速度逐渐变大D．要使航天飞机和空间站对接成功，飞机在接近B点时必须减速9．20xx年12月2日，牵动亿万中国心的“嫦娥3号”探测器顺利发射，“嫦娥3号”要求一次性进入近地点210公里、远地点约36.8万公里的地月转移轨道，如图所示，经过一系列的轨道修正后，在p点实施一次近月制动进入环月圆形轨道I，经过系列调控使之进入准备“落月”的椭圆轨道II，嫦娥3号在地月转移轨道上被月球引力捕获后逐渐向月球靠近，绕月运行时只考虑月球引力作用，下列关于嫦娥3号的说法正确的是（）A．发射“嫦娥3号”的速度必须达到第二宇宙速度B．沿轨道I运行至P点的速度大于沿轨道II运行至P的速度C．沿轨道I运行至P点的加速度等于沿轨道II运行至P的加速度D．沿轨道I运行的周期小于沿轨道II运行的周期10．4月24日为首个“中国航天日”，中国航天事业取得了举世瞩目的成绩．我国于16年1月启动了火星探测计划，假设将来人类登上了火星，航天员考察完毕后，乘坐宇宙飞船离开火星时，经历了如图所示的变轨过程，则有关这艘飞船的下列说法，正确的是（）A．飞船在轨道Ⅰ上运动到P点的速度小于在轨道Ⅱ上运动到P点的速度B．飞船绕火星在轨道Ⅰ上运动的周期跟飞船返回地面的过程中绕地球以与轨道Ⅰ同样的轨道半径运动的周期相同C．飞船在轨道Ⅲ上运动到P点时的加速度大于飞船在轨道Ⅱ上运动到P点时的加速度D．飞船在轨道Ⅱ上运动时，经过P点时的速度大于经过Q点时的速度二、填空题（每小题5分，共20分）11．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．12．有两颗人造地球卫星A和B，分别在不同的轨道上绕地球做匀速圆周运动，两卫星的轨道半径分别为r A和r B，且r A＞r B，则两卫星的线速度关系为v Av B；两卫星的角速度关系为ωAωB、两卫星的周期关系为T AT B．（填“＞”、“＜”或“=”）13．万有引力定律告诉我们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，与它们之间距离r的二次方成，引力常量G = N•m2/kg2．14．两颗球形行星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．三、计算题（每小题10分，共40分）15．试将一天的时间记为T，地球半径记为R，地球表面重力加速度为g．（结果可保留根式）（1）试求地球同步卫星P的轨道半径R P；（2）若已知一卫星Q位于赤道上空且卫星Q运动方向与地球自转方向相反，赤道上一城市A的人平均每三天观测到卫星Q四次掠过他的上空，试求Q的轨道半径R Q．16．已知万有引力常量为G，地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，用以上各量表示在地球表面附近运行的人造地球卫星的第一宇宙速度v1及地球的密度ρ．17．总质量为m的一颗返回式人造地球卫星沿半径为R的圆轨道绕地球运动到P 点时，接到地面指挥中心返回地面的指令，于是立即打开制动火箭向原来运动方向喷出燃气以降低卫星速度并转到跟地球相切的椭圆轨道，如图所示，要使卫星对地速度将为原来的，卫星在P处应将质量为△m的燃气以多大的对地速度向前喷出？（将连续喷气等效为一次性喷气，地球半径为R0，地面重力加速度为g）18．1957年第一颗人造卫星上天，开辟了人类宇航的新时代．四十多年来，人类不仅发射了人造地球卫星，还向宇宙空间发射了多个空间探测器．空间探测器要飞向火星等其它行星，甚至飞出太阳系，首先要克服地球对它的引力的作用．理论研究表明，物体在地球附近都受到地球对它的万有引力的作用，具有引力势能，设物体在距地球无限远处的引力势能为零，则引力势能可以表示为E=﹣G=，其中G是万有引力常量，M是地球的质量，m是物体的质量，r是物体距地心的距离．现有一个空间探测器随空间站一起绕地球做圆周运动，运行周期为T，已知探测器的质量为m，地球半径为R，地面附近的重力加速度为g．要使这个空间探测器从空间站出发，脱离地球的引力作用，至少要对它作多少功？新人教版必修2《第2章万有引力定律》单元测试卷（河北省保定一中）参考答案与试题解析一、选择题（每小题4分，共40分）．1．如图所示，有一个质量为M，半径为R，密度均匀的大球体．从中挖去一个半径为的小球体，并在空腔中心放置一质量为m的质点，则大球体的剩余部分对该质点的万有引力大小为（已知质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零）（）A．G B．G C．4G D．0【考点】万有引力定律及其应用．【分析】采用割补法，先将空腔填满，根据万有引力定律列式求解万有引力，该引力是填入的球的引力与剩余部分引力的合力；注意均匀球壳对内部的质点的万有引力的合力为零．【解答】解：采用割补法，先将空腔填满；填入的球的球心与物体重合，填入球上各个部分对物体m的引力的矢量和为零；均匀球壳对内部的质点的万有引力的合力为零，根据万有引力定律，有：，解得：故选：B．2．火星表面特征非常接近地球，适合人类居住，近期，我国宇航员王跃与俄罗斯宇航员一起进行“模拟登火星”实验活动，已知火星半径是地球半径的，质量是地球质量的，自转周期与地球的基本相同，地球表面重力加速度为g，王跃在地面上能向上跳起的最大高度是h，在忽略自转影响的条件下，下列分析不正确的是（）A．火星表面的重力加速度是B．火星的第一宇宙速度是地球第一宇宙速度的C．王跃在火星表面受的万有引力是在地球表面受万有引力的倍D．王跃以相同的初速度在火星上起跳时，可跳的最大高度是【考点】万有引力定律及其应用．【分析】根据万有引力定律公式求出王跃在火星上受的万有引力是在地球上受万有引力的倍数．根据万有引力等于重力，得出重力加速度的关系，从而得出上升高度的关系．根据万有引力提供向心力求出第一宇宙速度的关系．【解答】解：A、根据万有引力定律得，F=G知王跃在火星表面受的万有引力是在地球表面受万有引力的倍．则火星表面重力加速度为g．故A正确．B、根据万有引力提供向心力G=m，得v=，知火星的第一宇宙速度是地球第一宇宙速度的倍．故B正确；C、根据万有引力等于重力得，G=mg，g=，知火星表面重力加速度时地球表面重力加速度的倍，故C错误．D、因为火星表面的重力加速度是地球表面重力加速度的倍，根据h=，知火星上跳起的高度是地球上跳起高度的倍，为h．故D正确．本题选择错误的，故选：C3．地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a，角速度为ω，某卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径为r1，向心力加速度为a1，角速度为ω1．已知万有引力常量为G，地球半径为R．下列说法中正确的是（）A．向心力加速度之比=B．角速度之比=C．地球的第一宇宙速度等于D．地球的平均密度ρ=【考点】第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度；人造卫星的加速度、周期和轨道的关系．【分析】根据月球绕地球的轨道半径和向心加速度，结合万有引力提供向心力求出地球的质量，从而结合地球的体积求出地球的密度．根据万有引力提供向心力求出地球的第一宇宙速度．【解答】解：A、赤道上物体靠万有引力和支持力的合力提供向心力，根据题目条件无法求出向心加速度之比，故A错误．B、由A选项分析可知，因向心加速度之比无法，则角速度也无法确定，故B错误．C、根据G=m得，地球的第一宇宙速度v==，故C错误．D、根据G=ma1得，地球的质量M=，那么其平均密度ρ=．故D正确．故选：D．4．20xx年7月23日美国航天局宣布，天文学家发现“另一个地球”﹣﹣太阳系外行星开普勒452b．假设行星开普勒452b绕恒星公转周期为385天，它的体积是地球的5倍，其表面的重力加速度是地球表面的重力加速度的2倍，它与恒星的距离和地球与太阳的距离很接近，则行星开普勒452b与地球的平均密度的比值及其中心恒星与太阳的质量的比值分别为（）A．和B．和C．和D．和【考点】万有引力定律及其应用．【分析】在行星表面，万有引力等于重力，据此列式，再根据密度、体积公式联立方程求解，根据万有引力提供向心力，结合公转周期列式求出恒星质量的表达式，进而求出质量之比即可．【解答】解：在行星表面，万有引力等于重力，则有：，而，解得：ρ=，而行星开普勒452b的体积是地球的5倍，则半径为地球半径的倍，则有：，行星绕恒星做匀速圆周运动过程中，根据万有引力提供向心力得：解得：M′=，轨道半径相等，行星开普勒452b绕恒星公转周期为385天，地球的公转周期为36 5天，则，故A正确．故选：A5．如图为哈勃望远镜拍摄的银河系中被科学家称为“罗盘座T星”系统的照片，该系统是由一颗白矮星和它的类日伴星组成的双星系统，图片下面的亮点为白矮星，上面的部分为类日伴星（中央的最亮的为类似太阳的天体）．由于白矮星不停地吸收由类日伴星抛出的物质致使其质量不断增加，科学家预计这颗白矮星在不到1000万年的时间内会完全“爆炸”，从而变成一颗超新星．现假设类日伴星所释放的物质被白矮星全部吸收，并且两星间的距离在一段时间内不变，两星球的总质量不变，不考虑其它星球对该“罗盘座T星”系统的作用，则下列说法正确的是（）A．两星间的万有引力不变 B．两星的运动周期不变C．类日伴星的轨道半径减小D．白矮星的线速度增大【考点】万有引力定律及其应用．【分析】组成的双星系统的周期T相同，根据万有引力定律提供向心力：G=M1R1=M2R2；推导周期以及轨道半径与什么因素有关；根据万有引力定律公式，分析两星间万有引力的变化．【解答】解：A、两星间距离在一段时间内不变，由万有引力定律可知，两星的质量总和不变而两星质量的乘积必定变化，则万有引力必定变化．故A错误；B、组成的双星系统的周期T相同，设白矮星与类日伴星的质量分别为M1和M2，圆周运动的半径分别为R1和R2，由万有引力定律提供向心力：G=M1R1=M2R2可得：GM1=GM2=两式相加：G（M1+M2）T2=4π2L3，白矮星与类日伴星的总质量不变，则周期T不变．故B正确；C、由G=M1R1=M2R2得：M1R1=M2R2．知双星运行半径与质量成反比，类日伴星的质量逐渐减小，故其轨道半径增大，白矮星的质量增大，轨道变小；故C错误；D、白矮星的周期不变，轨道半径减小，故v=，线速度减小，故D错误；故选：B．6．对于环绕地球做圆周运动的卫星说，它们绕地球做圆周运动的周期会随着轨道半径的变化而变化，某同学根据测得的不同卫星做圆周运动的半径r与周期T 关系作出如图所示图象，则可求得地球质量为（已知引力常量为G）（）A．B．C．D．【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，得到轨道半径与周期的函数关系，再结合图象计算斜率，从而可以计算出地球的质量．【解答】解：由万有引力提供向心力有：，得：，由图可知：，所以地球的质量为：，故B正确、ACD错误．故选：B．7．一飞船在探测某星球时，在星球表面附近飞行一周所用的时间为T，环绕速度为ν，则（）A．该星球的质量为B．该星球的密度为C．该星球的半径为D．该星球表面的重力加速度为【考点】万有引力定律及其应用．【分析】由周期与速度可求得半径，由轨道半径与周期据万有引力等于向心力可求得质量，因轨道半径为星球的半径则可求出密度．【解答】解：ABC、由v=可得r=则C正确，由万有引力提供向心力：可求得M==，则A错误其密度为=，则B正确D、星球表面的重力加速度g==，则D错误故选：BC8．我国未来将建立月球基地，并在绕月球轨道上建造空间站，如图所示，关闭发动机的航天飞机在月球引力作用下沿椭圆轨道向月球靠近，并将在椭圆轨道的近月点B处与空间站C对接，已知空间站绕月球圆轨道的半径为r，周期为T，引力常量为G，月球的半径为R，下列说法中正确的是（）A．月球的质量为M=B．月球的第一宇宙速度为v=C．航天飞机从图示A位置飞向B的过程中，加速度逐渐变大D．要使航天飞机和空间站对接成功，飞机在接近B点时必须减速【考点】万有引力定律及其应用．【分析】A、根据可判断A选项；B、根据可得月球的第一宇宙速度，可判断B选项；C、航天飞机从图示A位置飞向B的过程中半径逐渐变小，由知，加速度逐渐增大，可判断C选项；D、要使航天飞机和空间站对接成功，飞机在接近B点时必须减速，否则航天飞机将做椭圆运动，可判断D选项．【解答】解：A、根据可得，月球的质量为，故A选项正确；B、根据得，月球的第一宇宙速度为，故B选项错误；C、航天飞机从图示A位置飞向B的过程中半径逐渐变小，由知，加速度逐渐增大，故C选项正确；D、要使航天飞机和空间站对接成功，飞机在接近B点时必须减速，否则航天飞机将做椭圆运动，故D选项正确；故选：ACD．9．20xx年12月2日，牵动亿万中国心的“嫦娥3号”探测器顺利发射，“嫦娥3号”要求一次性进入近地点210公里、远地点约36.8万公里的地月转移轨道，如图所示，经过一系列的轨道修正后，在p点实施一次近月制动进入环月圆形轨道I，经过系列调控使之进入准备“落月”的椭圆轨道II，嫦娥3号在地月转移轨道上被月球引力捕获后逐渐向月球靠近，绕月运行时只考虑月球引力作用，下列关于嫦娥3号的说法正确的是（）A．发射“嫦娥3号”的速度必须达到第二宇宙速度B．沿轨道I运行至P点的速度大于沿轨道II运行至P的速度C．沿轨道I运行至P点的加速度等于沿轨道II运行至P的加速度D．沿轨道I运行的周期小于沿轨道II运行的周期【考点】人造卫星的环绕速度．【分析】通过宇宙速度的意义判断嫦娥三号发射速度的大小，根据卫星变轨原理分析轨道变化时卫星是加速还是减速，并由此判定机械能大小的变化，在不同轨道上经过同一点时卫星的加速度大小相同．【解答】解：A、嫦娥三号仍在地月系里，也就是说嫦娥三号没有脱离地球的束缚，故其发射速度需小于第二宇宙速度而大于第一宇宙速度，故A错误；B、在椭圆轨道II上经过P点时将开始做近心运动，月于卫星的万有引力将大于卫星圆周运动所需向心力，在圆轨道上运动至P点时万有引力等于圆周运动所需向心力根据F向=r知，在椭圆轨道II上经过P点的速度小于圆轨道I上经过P点的速度，故B正确；C、卫星经过P点时的加速度由万有引力产生，不管在哪一轨道只要经过同一个P点时，万有引力在P点产生的加速度相同，故C正确；D、根据开普勒行星运动定律知，由于圆轨道上运行时的半径大于在椭圆轨道上的半长轴故在圆轨道上的周期大于在椭圆轨道上的周期，故D错误．故选：BC10．4月24日为首个“中国航天日”，中国航天事业取得了举世瞩目的成绩．我国于16年1月启动了火星探测计划，假设将来人类登上了火星，航天员考察完毕后，乘坐宇宙飞船离开火星时，经历了如图所示的变轨过程，则有关这艘飞船的下列说法，正确的是（）A．飞船在轨道Ⅰ上运动到P点的速度小于在轨道Ⅱ上运动到P点的速度B．飞船绕火星在轨道Ⅰ上运动的周期跟飞船返回地面的过程中绕地球以与轨道Ⅰ同样的轨道半径运动的周期相同C．飞船在轨道Ⅲ上运动到P点时的加速度大于飞船在轨道Ⅱ上运动到P点时的加速度D．飞船在轨道Ⅱ上运动时，经过P点时的速度大于经过Q点时的速度【考点】万有引力定律及其应用．【分析】根据开普勒第二定律可知，飞船在轨道Ⅱ上运动时，在P点速度大于在Q点的速度．飞船从轨道Ⅰ转移到轨道Ⅱ上运动，必须在P点时，点火加速，使其速度增大做离心运动，即机械能增大．飞船在轨道Ⅰ上运动到P点时与飞船在轨道Ⅱ上运动到P点时有r相等，则加速度必定相等．根据万有引力提供向心力与周期的关系确【解答】解：A、飞船在轨道Ⅰ上经过P点时，要点火加速，使其速度增大做离心运动，从而转移到轨道Ⅱ上运动．所以飞船在轨道Ⅰ上运动时经过P点的速度小于在轨道Ⅱ上运动时经过P点的速度．故A正确．B、根据周期公式T=2π，虽然r相等，但是由于地球和火星的质量不等，所以周期T不相等．故B错误．C、飞船在轨道上Ⅲ运动到P点时与飞船在轨道Ⅱ上运动到P点时受到的万有引力大小相等，根据牛顿第二定律可知加速度必定相等．故C错误．D、根据开普勒第二定律可知，飞船在轨道Ⅱ上运动时，在近地点P点速度大于在Q点的速度．故D正确．故选：AD二、填空题（每小题5分，共20分）11．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．【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】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．12．有两颗人造地球卫星A和B，分别在不同的轨道上绕地球做匀速圆周运动，两卫星的轨道半径分别为r A和r B，且r A＞r B，则两卫星的线速度关系为v A＜v B；两卫星的角速度关系为ωA＜ωB、两卫星的周期关系为T A＞T B．（填“＞”、“＜”或“=”）【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】根据万有引力提供向心力得出线速度、角速度、周期与轨道半径的关系式，从而进行比较．【解答】解：根据得，v=，，T=，因为r A＞r B，则v A＜v B，ωA＜ωB，T A＞T B．故答案为：＜，＜，＞．13．万有引力定律告诉我们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，引力常量G= 6.67×10﹣11N•m2/kg2．【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，引力常量为G=6.67×10﹣11N•m2/kg2【解答】解：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，引力常量为G=6.67×10﹣11N•m2/kg2故答案为：正比、反比 6.67×10﹣11。

(高中物理)万有引力定律及其应用单元测试2

万有引力定律及其应用单元测试本试卷分第I卷〔选择题〕和第II卷〔非选择题〕两局部，考试时间90分钟，总分值100分。

第一卷〔选择题，48分〕一、此题共12小题：每题4分，共48分．在每题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确．全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错的或不答的得0分．×104km×104km×103km。

那么该卫星的周期约为〔〕A．3 h B．6 h C．10.6h D．12h2．两个质量均匀的球体相距较远的距离r，它们之间的万有引力为10-8N．假设它们的质量、距离都增加为原来的2倍，那么它们间的万有引力为〔〕A．4×10-8N B．10-8N C．2×10-8 N D．10 -4N3．两个质量为M的星体，其连线的垂直平分线为PQ，O为两星体连线的中点．如下列图，一个质量为m的物体从O沿OP方向一直运动下去，那么它受到的万有引力大小变化情况是〔〕A．一直增大B．一直减小C．先减小，后增大D．先增大，后减小4．一飞船在某行星外表附近沿圆轨道绕该行星飞行，认为行星是密度均匀的球体．要确定该行星的密度只需要测量〔〕A．飞船的轨道半径B．飞船的运行速度C．飞船的运行周期D．行星的质量5．最近，科学家在望远镜中看到太阳系外某一恒星有一行星，并测得它围绕恒星运动一周所用的时间为1200 年，它与该恒星的距离为地球到太阳距离的100倍．假定该行星绕恒星运行的轨道和地球绕太阳运行的轨道都是圆周，仅利用以上两个救据可以求出的量有〔〕A. 恒星质量与太阳质量之比B．恒星密度与太阳密度之比C．行星质量与地球质量之比D．行星运行速度与地球公转速度之比6．假设太阳系中天体的密度不变，天体直径和天体之间距离都缩小为原来的一半，地球绕太阳公转近似为匀速圆周运动，那么以下物理量变化正确的选项是〔〕A．地球的向心力变为缩小前的一半B．地球的向心力变为缩小前的1/16C．地球绕太阳公转周期与缩小前的相同D．地球绕太阳公转周期变为缩小前的一半7．关于“亚洲一号〞地球同步通讯卫星，下述说法正确的选项是〔〕A．它的质量是1.24t，假设将它的质量增为2.48t，其同步轨道半径变为原来的2倍B．它的运行速度为7. 9km/sC．它可以定点在的正上方，所以我国能利用其进行电视转播D．它距地面的高度约为地球半径的5倍，所以卫星的向心加速度约为其下方地面上物体的重力加速度的1/368．〔 ·高考〕现有两颗绕地球做匀速圆周运动的人造地球卫星A 和B ，它们的轨道半径分别为r A 和r B ．如果r A ＞r B ．那么〔〕 A ．卫星A 的运动周期比卫星B 的运动周期大 B ．卫星A 的线速度比卫星B 的线速度大 C ．卫星A 的角速度比卫星B 的角速度大 D ．卫星A 的加速度比卫星B 的加速度大9．在“神舟〞六号宇宙飞船中，随着航天员在轨道舱内停留时间的增加，体育锻炼成了一个必不可少的环节．以下器材适宜航天员在轨道舱中进行体育锻炼的是〔〕 A ．单杠 B ．哑铃 C ．弹力拉力器 D ．跑步机10．我国将要发射一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥l 号〞。

高中物理万有引力定律的应用的技巧及练习题及练习题(含答案)

高中物理万有引力定律的应用的技巧及练习题及练习题(含答案)一、高中物理精讲专题测试万有引力定律的应用1．一宇航员站在某质量分布均匀的星球表面上沿竖直方向以初速度v 0抛出一个小球，测得小球经时间t 落回抛出点，已知该星球半径为R ，引力常量为G ，求：(1)该星球表面的重力加速度；(2)该星球的密度；(3)该星球的“第一宇宙速度”．【答案】(1)02v g t = (2) 032πv RGt ρ= (3)02v R v t = 【解析】(1) 根据竖直上抛运动规律可知，小球上抛运动时间02v t g =可得星球表面重力加速度：02v g t=． (2)星球表面的小球所受重力等于星球对小球的吸引力，则有：2GMm mg R =得：2202v R gR M G Gt== 因为343R V π= 则有：032πv M V RGtρ== (3)重力提供向心力，故2v mg m R= 该星球的第一宇宙速度02v R v gR t== 【点睛】本题主要抓住在星球表面重力与万有引力相等和万有引力提供圆周运动向心力，掌握竖直上抛运动规律是正确解题的关键．2．人类第一次登上月球时，宇航员在月球表面做了一个实验：将一片羽毛和一个铁锤从同一个高度由静止同时释放，二者几乎同时落地．若羽毛和铁锤是从高度为h 处下落，经时间t 落到月球表面．已知引力常量为G ，月球的半径为R ．（1）求月球表面的自由落体加速度大小g 月；（2）若不考虑月球自转的影响，求月球的质量M 和月球的“第一宇宙速度”大小v ．【答案】（1）22h g t =月（2）222hR M Gt=；2hR v =【解析】【分析】（1）根据自由落体的位移时间规律可以直接求出月球表面的重力加速度；（2）根据月球表面重力和万有引力相等，利用求出的重力加速度和月球半径可以求出月球的质量M ；飞行器近月飞行时，飞行器所受月球万有引力提供月球的向心力，从而求出“第一宇宙速度”大小．【详解】（1）月球表面附近的物体做自由落体运动 h ＝12g 月t 2 月球表面的自由落体加速度大小 g 月＝22h t （2）若不考虑月球自转的影响 G 2Mm R ＝mg 月月球的质量 222hR M Gt＝质量为m'的飞行器在月球表面附近绕月球做匀速圆周运动m ′g 月＝m ′2v R月球的“第一宇宙速度”大小v 【点睛】结合自由落体运动规律求月球表面的重力加速度，根据万有引力与重力相等和万有引力提供圆周运动向心力求解中心天体质量和近月飞行的速度v ．3．对某行星的一颗卫星进行观测，运行的轨迹是半径为r 的圆周，周期为T ，已知万有引力常量为G ．求：（1）该行星的质量．（2）测得行星的半径为卫星轨道半径的十分之一，则此行星的表面重力加速度有多大？【答案】（1）2324r M GT π=（2）22400r g T π= 【解析】（1）卫星围绕地球做匀速圆周运动，由地球对卫星的万有引力提供卫星所需的向心力．则有：2224Mm G m r r T π=，可得2324r M GTπ= （2）由21()10Mm G mg r =，则得：222400100GM r g r T π==4．双星系统由两颗彼此相距很近的两个恒星组成，两恒星在相互引力的作用下，分别围绕其连线上的共同质量中心做周期相同的匀速圆周运动。

万有引力定律单元测试题及解析

万有引力定律单元测试题一、选择题(每小题7分，共70分)1．(2010·上海高考)月球绕地球做匀速圆周运动的向心加速度大小为a.设月球表面的重力加速度大小为g1，在月球绕地球运行的轨道处由地球引力产生的加速度大小为g2，则( )A．g1＝a B．g2＝aC．g1＋g2＝a D．g2－g1＝a2.图4－3－5(2012·广东高考)如图4－3－5所示，飞船从轨道1变轨至轨道2.若飞船在两轨道上都做匀速圆周运动，不考虑质量变化，相对于在轨道1上，飞船在轨道2上的( ) A．动能大B．向心加速度大C．运行周期长D．角速度小3．(2010·北京高考)一物体静置在平均密度为ρ的球形天体表面的赤道上．已知万有引力常量为G，若由于天体自转使物体对天体表面压力恰好为零，则天体自转周期为( )错误!错误!错误!错误!错误!错误!4．(2012·山东高考)2011年11月3日，“神舟八号”飞船与“天宫一号”目标飞行器成功实施了首次交会对接．任务完成后“天宫一号”经变轨升到更高的轨道，等待与“神舟九号”交会对接．变轨前和变轨完成后“天宫一号”的运行轨道均可视为圆轨道，对应的轨道半径分别为R1、R2，线速度大小分别为v1、v2.则v1v2等于( )A.R 31R 32 B. R 2R 122,R 21)5．(2012·北京高考)关于环绕地球运动的卫星，下列说法正确的是( ) A ．分别沿圆轨道和椭圆轨道运行的两颗卫星，不可能具有相同的周期 B ．沿椭圆轨道运行的一颗卫星，在轨道不同位置可能具有相同的速率 C ．在赤道上空运行的两颗地球同步卫星，它们的轨道半径有可能不同 D ．沿不同轨道经过北京上空的两颗卫星，它们的轨道平面一定会重合6．(2011·重庆高考)某行星和地球绕太阳公转的轨道均可视为圆．每过N 年，该行星会运行到日地连线的延长线上，如图4－3－6所示，该行星与地球的公转半径之比为( )图4－3－6错误! 错误!错误! 错误! 错误!错误!图4－3－77．(2010·临川质检)我国发射“神舟”号飞船时，先将飞船发送到一个椭圆轨道上如图4－3－7，其近地点M 距地面200 km ，远地点N 距地面340 km.进入该轨道正常运行时，通过M 、N 点时的速率分别是v 1、v 2.当某次飞船通过N 点时，地面指挥部发出指令，点燃飞船上的发动机，使飞船在短时间内加速后进入离地面340 km 的圆形轨道，开始绕地球做匀速圆周运动．这时飞船的速率约为v 3.比较飞船在M 、N 、P 三点正常运行时(不包括点火加速阶段)的速率大小和加速度大小，下列结论正确的是( )A．v1＞v3＞v2，a1＞a3＞a2B．v1＞v2＞v3，a1＞a2＝a3C．v1＞v2＝v3，a1＞a2＞a3D．v1＞v3＞v2，a1＞a2＝a38．(2012·桂林模拟)我国于2011年9月29日和11月1日相继成功发射了“天宫一号”目标飞行器和“神舟八号”宇宙飞船，并成功实现了对接，标志着我国向建立空间实验站迈出了重要一步，我国还将陆续发射“神舟九号”、“神舟十号”飞船，并与“天宫一号”实现对接，下列说法正确的是( )A．飞船和“天宫一号”必须在相同的轨道运行，通过加速完成与“天宫一号”的对接B．飞船必须改在较高的轨道上运行，通过加速完成与“天宫一号”的对接C．飞船必须改在较高的轨道上运行，通过减速完成与“天宫一号”的对接D．飞船必须改在较低的轨道上运行，通过加速完成与“天宫一号”的对接【答案】D9．“嫦娥二号”卫星在中国首颗月球探测卫星“嫦娥一号”备份星基础上进行技术改进和适应性改造，于北京时间2010年10月1日19∶26成功星箭分离．如图4－3－8，若“嫦娥二号”在地球表面发射时重力为G，达到月球表面附近绕月飞行时重力为G2，已知地球表面的重力加速度为g，地球半径R1，月球半径R2，则( )图4－3－8A．“嫦娥二号”在距地面高度等于2倍地球半径R1的轨道上A点运行时，其速度为v＝G1R13B．“嫦娥二号”在距地面高度等于2倍地球半径R1的轨道上A点运行时，其速度为v＝gR13C．“嫦娥二号”达到月球表面附近绕月飞行时周期为T＝2πG1R1G2g D．“嫦娥二号”达到月球表面附近绕月飞行时周期为T＝2πG2R1G1g图4－3－910．2008年12月1日的傍晚，在西南方低空出现了一种有趣的天象，天空中两颗明亮的行星——金星和木星以及一弯月牙聚在了一起．人们形象的称其为“双星拱月”，如图4－3－9所示这一现象的形成原因是：金星、木星都是围绕太阳运动，与木星相比，金星距离太阳较近，围绕太阳运动的速度较大，到12月1日傍晚，金星追赶木星达到两星相距最近的程度，而此时西侧的月牙也会过来凑热闹，形成“双星拱月”的天象美景．若把金星、木星绕太阳的运动当作匀速圆周运动，并用T1、T2分别表示金星、木星绕太阳运动的周期，金星、木星再次运动到相距最近的时间是( )A．T2－T1 B．T2＋T1二、非选择题(11题14分，12题16分，共30分)11．天文学家将相距较近、仅在彼此的引力作用下运行的两颗恒星称为双星．双星系统在银河系中很普遍．利用双星系统中两颗恒星的运动特征可推算出它们的总质量．已知某双星系统中两颗恒星围绕它们连线上的某一固定点分别做匀速圆周运动，周期均为T，两颗恒星之间的距离为r，试推算这个双星系统的总质量．(引力常量为G)12．(2011·浙江五校联考)2007年4月24日，瑞士天体物理学家斯蒂芬妮·尤德里(右)和日内瓦大学天文学家米歇尔·迈耶(左)拿着一张绘制图片，如图4－3－10图片上显示的是在红矮星581(图片右上角)周围的行星系统．这一代号“581c”的行星正围绕一颗比太阳小、温度比太阳低的红矮星运行，现测得“581c”行星的质量为M2、半径为R2，已知地球的质量为M1、半径为R1，且已知地球表面的重力加速度为g，则：图4－3－10(1)求该行星表面的重力加速度；(2)若宇宙飞船在地面附近沿近地圆轨道做匀速圆周运动的周期为T，求宇宙飞船在距离“581c”行星表面为h的轨道上绕该行星做匀速圆周运动的线速度v.万有引力定律单元测试题解析一、选择题(每小题7分，共70分)1．(2010·上海高考)月球绕地球做匀速圆周运动的向心加速度大小为a .设月球表面的重力加速度大小为g 1，在月球绕地球运行的轨道处由地球引力产生的加速度大小为g 2，则( )A ．g 1＝aB ．g 2＝aC ．g 1＋g 2＝aD ．g 2－g 1＝a【解析】月球因受地球引力的作用而绕地球做匀速圆周运动．由牛顿第二定律可知地球对月球引力产生的加速度g 2就是向心加速度a ，故B 选项正确．【答案】 B 2.图4－3－5(2012·广东高考)如图4－3－5所示，飞船从轨道1变轨至轨道2.若飞船在两轨道上都做匀速圆周运动，不考虑质量变化，相对于在轨道1上，飞船在轨道2上的( )A ．动能大B ．向心加速度大C ．运行周期长D ．角速度小【解析】飞船绕中心天体做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，即F 引＝F 向，所以GMm r 2＝ma 向＝mv 2r ＝4π2mr T 2＝mrω2，即a 向＝GM r 2，E k ＝12mv 2＝GMm 2r，T ＝4π2r3GM，ω＝GMr 3(或用公式T ＝2πω求解)．因为r 1＜r 2所以E k1＞E k2，a 向1＞a 向2，T 1＜T 2，ω1＞ω2，选项C 、D 正确．【答案】 CD3．(2010·北京高考)一物体静置在平均密度为ρ的球形天体表面的赤道上．已知万有引力常量为G ，若由于天体自转使物体对天体表面压力恰好为零，则天体自转周期为( )错误! 错误!错误! 错误! 错误!错误!【解析】物体对天体表面压力恰好为零，说明天体对物体的万有引力提供向心力：G MmR 2＝m 4π2T 2R ，解得T ＝2πR 3GM① 又密度ρ＝M 43πR 3＝3M4πR 3②①②两式联立得T ＝ 3πG ρ.D 选项正确．【答案】 D4．(2012·山东高考)2011年11月3日，“神舟八号”飞船与“天宫一号”目标飞行器成功实施了首次交会对接．任务完成后“天宫一号”经变轨升到更高的轨道，等待与“神舟九号”交会对接．变轨前和变轨完成后“天宫一号”的运行轨道均可视为圆轨道，对应的轨道半径分别为R 1、R 2，线速度大小分别为v 1、v 2.则v 1v 2等于( )A.R 31R 32 B. R 2R 122,R 21)【解析】 “天宫一号”运行时所需的向心力由万有引力提供，根据G Mm R 2＝mv 2R 得线速度v ＝GM R ，所以v 1v 2＝R 2R 1，故选项B 正确，选项A 、C 、D 错误．【答案】 B5．(2012·北京高考)关于环绕地球运动的卫星，下列说法正确的是( ) A ．分别沿圆轨道和椭圆轨道运行的两颗卫星，不可能具有相同的周期 B ．沿椭圆轨道运行的一颗卫星，在轨道不同位置可能具有相同的速率 C ．在赤道上空运行的两颗地球同步卫星，它们的轨道半径有可能不同 D ．沿不同轨道经过北京上空的两颗卫星，它们的轨道平面一定会重合【解析】根据开普勒第三定律，a 3T2＝恒量，当圆轨道的半径R 与椭圆轨道的半长轴a相等时，两卫星的周期相等，故选项A 错误；卫星沿椭圆轨道运行且从近地点向远地点运行时，万有引力做负功，根据动能定理，知动能减小，速率减小；从远地点向近地点移动时动能增加，速率增大，且两者具有对称性，故选项B 正确；所有同步卫星的运行周期相等，根据G Mm r2＝m (2πT)2r 知，同步卫星轨道的半径r 一定，故选项C 错误；根据卫星做圆周运动的向心力由万有引力提供，可知卫星运行的轨道平面过某一地点，轨道平面必过地心，但轨道不一定重合，故北京上空的两颗卫星的轨道可以不重合，选项D 错误．【答案】 B6．(2011·重庆高考)某行星和地球绕太阳公转的轨道均可视为圆．每过N 年，该行星会运行到日地连线的延长线上，如图4－3－6所示，该行星与地球的公转半径之比为( )图4－3－6错误! 错误!错误! 错误! 错误!错误!【解析】根据ω＝θt可知，ω地＝2N πt，ω星＝2（N －1）πt，再由GMm r2＝mω2r 可得，r 星r 地＝⎝ ⎛⎭⎪⎫ω地ω星错误!＝错误!错误!，答案为B 选项．【答案】 B图4－3－77．(2010·临川质检)我国发射“神舟”号飞船时，先将飞船发送到一个椭圆轨道上如图4－3－7，其近地点M 距地面200 km ，远地点N 距地面340 km.进入该轨道正常运行时，通过M 、N 点时的速率分别是v 1、v 2.当某次飞船通过N 点时，地面指挥部发出指令，点燃飞船上的发动机，使飞船在短时间内加速后进入离地面340 km 的圆形轨道，开始绕地球做匀速圆周运动．这时飞船的速率约为v 3.比较飞船在M 、N 、P 三点正常运行时(不包括点火加速阶段)的速率大小和加速度大小，下列结论正确的是( )A ．v 1＞v 3＞v 2，a 1＞a 3＞a 2B ．v 1＞v 2＞v 3，a 1＞a 2＝a 3C ．v 1＞v 2＝v 3，a 1＞a 2＞a 3D ．v 1＞v 3＞v 2，a 1＞a 2＝a 3【解析】飞船在太空中的加速度为a ＝GMm R 2·m ＝GMR 2，由此知a 1＞a 2＝a 3，由M 到N ，飞船做离心运动，该过程重力做负功，则v 1＞v 2，由N 点进入圆轨道时飞船需加速，否则会沿椭圆轨道做向心运动，故v 3＞v 2，比较两个轨道上的线速度由v 2＝GM R知v 3＜v 1，则v 1＞v 3＞v 2.故D 正确．【答案】 D8．(2012·桂林模拟)我国于2011年9月29日和11月1日相继成功发射了“天宫一号”目标飞行器和“神舟八号”宇宙飞船，并成功实现了对接，标志着我国向建立空间实验站迈出了重要一步，我国还将陆续发射“神舟九号”、“神舟十号”飞船，并与“天宫一号”实现对接，下列说法正确的是( )A ．飞船和“天宫一号”必须在相同的轨道运行，通过加速完成与“天宫一号”的对接B ．飞船必须改在较高的轨道上运行，通过加速完成与“天宫一号”的对接C ．飞船必须改在较高的轨道上运行，通过减速完成与“天宫一号”的对接D ．飞船必须改在较低的轨道上运行，通过加速完成与“天宫一号”的对接【解析】初态时，飞船和“天宫一号”在同一轨道上运行，故其线速度大小相等，若不改变轨道是不可能追上“天宫一号”的，A 错；若先加速到高轨道后减速到原轨道，由v ＝GMr可知，飞船在高轨道上运行的线速度要比“天宫一号”的小．且运行路程长，故B 、C 均错；若先减速到低轨道后加速到原轨道，由v ＝GMr可知，飞船在低轨道上运行的路程短，且线速度要比“天宫一号”的大，所以可以追上，D 正确．【答案】 D9．“嫦娥二号”卫星在中国首颗月球探测卫星“嫦娥一号”备份星基础上进行技术改进和适应性改造，于北京时间2010年10月1日19∶26成功星箭分离．如图4－3－8，若“嫦娥二号”在地球表面发射时重力为G ，达到月球表面附近绕月飞行时重力为G 2，已知地球表面的重力加速度为g ，地球半径R 1，月球半径R 2，则( )图4－3－8A ．“嫦娥二号”在距地面高度等于2倍地球半径R 1的轨道上A 点运行时，其速度为v ＝G 1R 13B ．“嫦娥二号”在距地面高度等于2倍地球半径R 1的轨道上A 点运行时，其速度为v ＝gR 13C ．“嫦娥二号”达到月球表面附近绕月飞行时周期为T ＝2π G 1R 1G 2g D ．“嫦娥二号”达到月球表面附近绕月飞行时周期为T ＝2π G 2R 1G 1g【解析】 “嫦娥二号”在距地面高度等于2倍地球半径R 1的轨道上A 点运行时，其轨道半径r ＝3R 1，由万有引力等于向心力知G Mm （3R 1）2＝m v 23R 1又GM ＝gR 21 联立解得v ＝gR 13，故选项B 对A 错．“嫦娥二号”到达月球表面附近绕月飞行时轨道半径r ＝R 2，重力等于向心力则G 2＝mR 2(2πT)2G 1＝mg联立解得T ＝2πG 1R 1G 2g故选项C 正确D 错误．【答案】BC图4－3－910．2008年12月1日的傍晚，在西南方低空出现了一种有趣的天象，天空中两颗明亮的行星——金星和木星以及一弯月牙聚在了一起．人们形象的称其为“双星拱月”，如图4－3－9所示这一现象的形成原因是：金星、木星都是围绕太阳运动，与木星相比，金星距离太阳较近，围绕太阳运动的速度较大，到12月1日傍晚，金星追赶木星达到两星相距最近的程度，而此时西侧的月牙也会过来凑热闹，形成“双星拱月”的天象美景．若把金星、木星绕太阳的运动当作匀速圆周运动，并用T1、T2分别表示金星、木星绕太阳运动的周期，金星、木星再次运动到相距最近的时间是( )A．T2－T1 B．T2＋T1【解析】因为两星的角速度之差Δω＝2πT1－2πT2＝2π(T2－T1T1T2)，所以Δt＝2πΔω＝T1T2T2－T1，故C正确．【答案】C二、非选择题(11题14分，12题16分，共30分)11．天文学家将相距较近、仅在彼此的引力作用下运行的两颗恒星称为双星．双星系统在银河系中很普遍．利用双星系统中两颗恒星的运动特征可推算出它们的总质量．已知某双星系统中两颗恒星围绕它们连线上的某一固定点分别做匀速圆周运动，周期均为T，两颗恒星之间的距离为r，试推算这个双星系统的总质量．(引力常量为G)【解析】设两颗恒星的质量分别为m1、m2，做圆周运动的半径分别为r1、r2，角速度分别是ω1、ω2.根据题意有ω1＝ω2①r1＋r2＝r②根据万有引力定律和牛顿运动定律，有 G m 1m 2r 2＝m 1ω21r 1③ G m 1m 2r2＝m 2ω22r 2④ 联立以上各式解得r 1＝m 2r m 1＋m 2⑤ 根据角速度与周期的关系知ω1＝ω2＝2πT ⑥联立③⑤⑥式解得m 1＋m 2＝4π2r 3T 2G ⑦【答案】 4π2r 3T 2G12．(2011·浙江五校联考)2007年4月24日，瑞士天体物理学家斯蒂芬妮·尤德里(右)和日内瓦大学天文学家米歇尔·迈耶(左)拿着一张绘制图片，如图4－3－10图片上显示的是在红矮星581(图片右上角)周围的行星系统．这一代号“581c ”的行星正围绕一颗比太阳小、温度比太阳低的红矮星运行，现测得“581c ”行星的质量为M 2、半径为R 2，已知地球的质量为M 1、半径为R 1，且已知地球表面的重力加速度为g ，则：图4－3－10(1)求该行星表面的重力加速度；(2)若宇宙飞船在地面附近沿近地圆轨道做匀速圆周运动的周期为T ，求宇宙飞船在距离“581c ”行星表面为h 的轨道上绕该行星做匀速圆周运动的线速度v .【解析】 (1)物体在星球表面所受万有引力近似等于物体的重力，即GM 2m 2R 22＝m 2g 2 GM 1m 1R 21＝m 1g 解得星球表面重力加速度g 2＝M 2R 21M 1R 22g (2)飞船在地面附近绕地球运行的周期为T ，根据万有引力定律和牛顿第二定律，有 GM 1m R 21＝m ⎝ ⎛⎭⎪⎫2πT R 1飞船在距离“581c ”行星表面为h 的轨道上绕该行星做匀速圆周运动，根据万有引力定律和牛顿第二定律，有GM 2m （R 2＋h ）2＝m v 2（R 2＋h ）解得v ＝2πR 1T M 2R 1M 1（R 2＋h ）【答案】 (1)M 2R 21M 1R 22g (2)2πR 1T M 2R 1M 1（R 2＋h ）。

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万有引力定律及其应用单元测试题
一、选择题
１.设行星绕恒星运动轨道为圆形，则它运动的周期平方与轨道半径的三次方之比T 2/R 3=K 为常数，此常数的大小（）
A ．只与恒星质量有关
B ．与恒星质量和行星质量均有关
C ．只与行星质量有关
D ．与恒星和行星的速度有关
２利用下列哪组数据，可以计算出地球的质量（） ①已知地球半径R 和地面重力加速度g
②已知卫星绕地琺做匀速圆周运动的轨道半径和r 周期T ③已知月球绕地球做匀速圆周运动的周期T 和月球质量m ④已知同步卫星离地面高h 和地球自转周期T
A ．①②
B ．①②④
C ．①③④
D ．②③④
３.苹果落向地球，而不是地球向上运动碰到苹果，发生这个现象的原因是（） A.由于苹果质量小，对地球的引力小，而地球质量大，对苹果引力大造成的 B.由于地球对苹果有引力，而苹果对地球无引力造成的
C.苹果与地球间的引力是大小相等的，由于地球质量极大，不可能产生明显的加速度
D.以上说法都不对
４.两颗人造地球卫星，质量之比m 1：m 2＝1：2,轨道半径之比R 1:R 2=3:1，下面有关数据之比正确的是（）
A.周期之比T 1:T 2=3:1
B.线速度之比v 1:v 2=3:1
C.向心力之比为F 1:F 2=1:9
D.向心加速度之比a 1:a 2=1:9
５.已知甲、乙两行星的半径之比为a ，它们各自的第一宇宙速度之比为b ，则下列结论不正确的是（）
A.甲、乙两行星的质量之比为b 2a :1
B.甲、乙两行星表面的重力加速度之比为b 2:a
C.甲、乙两行星各自的卫星的最小周期之比为a:b
D.甲、乙两行星各自的卫星的最大角速度之比为b :a
６.地球同步卫星距地面高度为h ，地球表面的重力加速度为g ，地球半径为R ,地球自转的角速度为ω，那么下列表达式表示同步卫星绕地球转动的线速度的是（）
A.ω)(h R v +=
B.)/(h R Rg v +=
C.)/(h R g R v +=
D.32
ωg R v =
二、非选择题：
7．用卡文迪许扭秤做实验，小球球质量m 1=0.01kg ，大球质量m 2=0.5kg ，两球心间距为0.05m ，两球的万有引力为 N 。

8．宇航员在某星球表面做了两个实验。

实验一：在该星球上以同样的高度和初速度平抛同物体，发现其水平射程比地球上远3 倍。

实验二：飞船绕该星球表面的运行周期是率绕地球表面运行周期的2 倍。

则该星球与地球的质量之比为；该蜂王地球的半径之比为。

9．中子星是由密集的中子组成的星体，具有极大的密度，通过观察已知某中子星的自转速度ω=60πrad/s ，该中子星并没有因为自转而解体，根据这些事实人们可以推知中子星的
密度。

试写出中子星的密度最小值的表达式ρ= 。

计算出该中子星的密度至少为kg/m3。

（假设中子通过万有引力结合成球状星体，保留2位有效数字）
10．某一行星有一质量为m的卫星，以半径r，周期T做匀速圆周运动，求：
（1）行星的质量；
（2）卫星的加速度；
（3）若测得行星的半径恰好是卫星运行半径的1／10,则行星表面的重力加速度是多少？
.11．两个星球组成双星，它们在相互之间的万有引力作用下，绕连线上某点做周期相同的匀速圆周运动。

现测得两星中心距离为R，其运动周期为T，求两星的总质量。

12．无人飞船“神州二号”曾在离地高度为H＝3. 4⨯105m的圆轨道上运行了47小时。

求在这段时间内它绕行地球多少圈？（地球半径R=6.37⨯106m，重力加速度g＝9.8m/s2）
13.在勇气号火星探测器着陆的最后阶段，着陆器降落到火星表面上，再经过多次弹跳才停下来。

假设着陆器第一次落到火星表面弹起后，到达最高点时高度为h，速度方向是水平的，速度大小为v0，求它第二次落到火星表面时速度的大小，计算时不计火星大气阻力。

已知火星的一个卫星的圆轨道的半径为r，周期为T。

火星可视为半径为r0的均匀球体。

14.已知万有引力常量G ，地球半径R ，月球与地球间距离r ，同步卫星距地面的高度h ，月球绕地球的运转周期T 1,地球自转周期T 2,地球表面的重力加速度g 。

某同学根据以上条件，提出一种估算地球质量M 的方法：
同步卫星绕地心做圆周运动，由h T m h Mm G 222)2(π=得2
23
24GT h M π=
（1）请判断上面的结果是否正确，并说明理由。

如不正确，请给出正确的解法和结果。

（2）请根据已知条件再提出两种估算地球质量的方法，并解得结果。

单元测试题
1、A
2、BD
3、C
4、A
5、D
6、ACD
7、1.3×10-10 8. 1/256 1/4 9.3ω2/4πG 1.3×1014 10．（1）设行星的质量为M ，由行星对卫星的万有引力提供向心力得
r T
m r Mm G 2224π＝，解之得2
3
24GT r M π= （2）卫星的加速度22
4T
r a π=
（3）设行星表面的重力加速度为g ，行星半径为R ，则行星表面物体的重力等于行星对
物体的万有引力，即g m R
m M G ''＝2
，由以上得22400T r g π= 11．解析：设两星质量分别为M 1和M 2，都绕连线上O 点作周期为T 的圆周运动，星球1和星球2到O 的距离分别为l 1和l 2。

由万有引力定律和牛顿第二定律及几何条件可得
对M 1：G 2
21R M M ＝M 1（T π2）2 l 1 ∴M 2＝
212
24GT l R π 对M 2：G 221R
M M ＝M 2（T π2）2 l 2 ∴M 1＝222
24GT l R π
两式相加得M 1＋M 2＝
2
224GT
R π（l 1＋l 2）＝
2
324GT
R π。

12．用r 表示飞船圆轨道半径r =H + R ==6. 71⨯106m 。

M 表示地球质量，m 表示飞船质量，ω表示飞船绕地球运行的角速度，G 表示万有引力常量。

由万有引力定律和牛顿定律得
r m r GMm 22
ω=
利用G
2
R M ＝g 得
3
2r gR ＝ω2由于ω＝
T
π
2，T 表示周期。

解得 T ＝
R r π2g
r
，又n =T t 代入数值解得绕行圈数为n =31。

13．以g ＇表示火星表面附近的重力加速度，M 表示火星的质量，m 表示火星的卫星的质量，m ＇表示火星表面出某一物体的质量，由万有引力定律和牛顿第二定律，有
g m r m M G
''='20 ① ； r T m r
Mm G 2
2
)2(π= ② 设v 表示着陆器第二次落到火星表面时的速度，它的竖直分量为v 1，水平分量仍为v 0，
有 h g v '=22
1 ③ 2
021v v v +=
④
由以上各式解得2
20
23
28v r T hr v +=π 14．（1）上面结果是错误的，地球的半径R 在计算过程中不能忽略，正确解法和结果：
)()2()(222h R T m h R mM G +=+π得2
232)(4GT h R M +=
π （2）方法一：月球绕地球做圆周运动，由2
12)2(T mr r Mm G π＝得2
1324GT r M π=
方法二：在地面重力近似等于万有引力，由mg R
Mm
G ＝2得G gR M 2=。