新教材高中物理课时素养评价十一万有引力理论的成就新人教版必修2.pdf

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1、2020 年新教材高中物理 课时素养评价十一 万有引力理论的成就（含解析）新人教版必修 2 -1-万有引力理论的成就 （25 分钟 60 分）一、选择题（本题共 6 小题,每题 5 分，共 30 分)1.若已知某行星的一颗卫星绕其运转的轨道半径为 r，周期为 T,引力常量为 G，则可求得()A。卫星的质量 B。行星的质量 C.该卫星的平均密度 D。行星的平均密度【解析】选 B。利用万有引力定律，只能计算中心天体的质量,故已知卫星的轨道半径和周期，只能计算行星的质量,A、C项错误，B项正确。因不知行星的半径,故不能计算出行星的平均密度,D 项错误。2。过去几千年来，人类对行星的认识与研究仅限于太

2、阳系内，行星“51 peg b的发现拉开了研究太阳系外行星的序幕。“51 peg b”绕其中心恒星做匀速圆周运动，周期约为 4 天，轨道半径约为地球绕太阳运动半径的，该中心恒星与太阳的质量比约为(）A.B.1 C.5 D.10【解析】选 B。研究行星绕某一恒星做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力知:=mr,解得 M=;“51 peg b”绕其中心恒星做匀速圆周运动，周期约为 42020 年新教材高中物理 课时素养评价十一 万有引力理论的成就（含解析）新人教版必修 2 -2-天,轨道半径约为地球绕太阳运动半径的，所以该中心恒星与太阳的质量比约为1,选项 B正确。3。火星的质量和半径分别约为地球

3、的和,地球表面的重力加速度为 g，则火星表面的重力加速度约为(）A。0.2g B。0.4g C.2。5g D.5g【解析】选 B.在星球表面有 mg=,设火星表面的重力加速度为 g火,则=0.4,故 B正确。4。科学家们推测,太阳系有颗行星和地球在同一轨道上。从地球上看，它永远在太阳的背面，人类一直未能发现它,可以说是“隐居着的地球的“孪生兄弟。由以上信息我们可以推知（）A。这颗行星的质量等于地球的质量 B.这颗行星的密度等于地球的密度 C。这颗行星的公转周期与地球公转周期相等 D.这颗行星的自转周期与地球自转周期相等【解析】选 C.由题意知，该行星和地球一样绕太阳运行，且该行星、太阳、地球在

4、同一直线上，说明该颗行星与地球有相同的公转周期,C 选项正确；但根据所给条件,无法进一步判断这颗行星与地球的自转周期、质量、密度是否相同.星的质量该卫星的平均密度行星的平均密度解析选利用万有引力定律只能计算中心天体的质量故已知卫星的轨道半径类对行星的认识与研究仅限于太阳系内行星的发现拉开了研究太阳系外行星的序幕绕其中心恒星做匀速圆周运动周期周运动根据万有引力提供向心力知解得绕其中心恒星做匀速圆周运动周期约为年新教材高中物理课时素养评价十一万2020 年新教材高中物理 课时素养评价十一 万有引力理论的成就（含解析）新人教版必修 2 -3-5。若将地球同步卫星和月球绕地球的运动均视为匀速圆周运动，

5、下列相关说法正确的是（)A.月球的周期比同步卫星的周期小 B.月球的角速度比同步卫星的角速度大 C。月球的线速度比同步卫星的线速度大 D.月球的向心加速度比同步卫星的向心加速度小【解析】选 D.因为地球同步卫星的轨道半径大约为 3.6107m，小于月球的轨道半径；卫星绕地球圆周运动的向心力由万有引力提供,G=m=mr=ma=mr2；则周期 T=，可知半径大则周期大,因此月球的周期比同步卫星的周期大，故选项 A错误；角速度=,因为月球轨道半径大于同步卫星轨道半径,故 月同，故B错误;线速度 v=，因为月球轨道半径大于同步卫星轨道半径，则月球的线速度比同步卫星的线速度小,故 C错误；a=,因为月球

6、轨道半径大于同步卫星轨道半径，故 a月a同,故 D正确。6。一物体从某行星表面某高度处自由下落。从物体开始下落计时,得到物体离行星表面高度 h随时间 t 变化的图像如图所示，不计阻力。则根据 h-t 图像可以计算出（)星的质量该卫星的平均密度行星的平均密度解析选利用万有引力定律只能计算中心天体的质量故已知卫星的轨道半径类对行星的认识与研究仅限于太阳系内行星的发现拉开了研究太阳系外行星的序幕绕其中心恒星做匀速圆周运动周期周运动根据万有引力提供向心力知解得绕其中心恒星做匀速圆周运动周期约为年新教材高中物理课时素养评价十一万2020 年新教材高中物理 课时素养评价十一 万有引力理论的成就（含解析）新

7、人教版必修 2 -4-A.行星的质量 B.行星的半径 C.行星表面重力加速度的大小 D.物体受到行星引力的大小【解析】选 C。根据图像可得物体下落 25 m，用的总时间为 2.5 s，根据自由落体运动的位移公式可求得行星表面的重力加速度，C项正确；根据行星表面的万有引力约等于重力，只能求出行星质量与行星半径平方的比值,不能求出行星的质量和半径,A 项和 B项错误;因为物体质量未知，不能确定物体受到行星的引力大小,D 项错误。二、计算题(本题共 2 小题,共 30 分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要标明单位）7.(14 分)土星和地球均可近似看作球体，土星的半径约为地球半径的 9.

8、5 倍，土星的质量约为地球质量的 95 倍，已知地球表面的重力加速度 g0=10 m/s2,地球密度约为 0=5.5103 kg/m3，试计算:（1)土星的密度。（2）土星表面的重力加速度。【解析】(1）星体的密度=，=0。11,故土星的密度约为=0.11 0=0。61103 kg/m3.(2）根据星球表面的物体受到的万有引力近似等于物体的重力，mg=G，g=，星的质量该卫星的平均密度行星的平均密度解析选利用万有引力定律只能计算中心天体的质量故已知卫星的轨道半径类对行星的认识与研究仅限于太阳系内行星的发现拉开了研究太阳系外行星的序幕绕其中心恒星做匀速圆周运动周期周运动根据万有引力提供向心力知解

9、得绕其中心恒星做匀速圆周运动周期约为年新教材高中物理课时素养评价十一万2020 年新教材高中物理 课时素养评价十一 万有引力理论的成就（含解析）新人教版必修 2 -5-则=1。05。所以土星表面的重力加速度 g=1。05g0=10.5 m/s2.答案:(1）0.61 103 kg/m3（2)10.5 m/s2 8.（16 分）为了探测 X星球，载着登陆舱的探测飞船在以该星球中心为圆心，半径为 r1的圆轨道上运动,周期为 T1，总质量为 m1。随后登陆舱脱离飞船,变轨到离星球更近的半径为 r2的圆轨道上运动,此时登陆舱的质量为 m2，求：(1)X 星球的质量 M.(2）登陆舱在半径为 r2的轨道

10、上做圆周运动的周期 T2。【解析】（1)飞船绕 X星球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力,由牛顿第二定律知G=m1,解得:X 星球的质量 M=。（2）对 m1有:G=m1r1 对 m2有：G=m2r2 解得:T2=T1 答案:(1)(2）T1 (15 分钟 40 分)星的质量该卫星的平均密度行星的平均密度解析选利用万有引力定律只能计算中心天体的质量故已知卫星的轨道半径类对行星的认识与研究仅限于太阳系内行星的发现拉开了研究太阳系外行星的序幕绕其中心恒星做匀速圆周运动周期周运动根据万有引力提供向心力知解得绕其中心恒星做匀速圆周运动周期约为年新教材高中物理课时素养评价十一万2020 年新教材高中物理

11、 课时素养评价十一 万有引力理论的成就（含解析）新人教版必修 2 -6-9.（6 分)（多选）科学家在研究地月组成的系统时，从地球向月球发射激光，测得激光往返时间为 t。若还已知万有引力常量 G，月球绕地球旋转(可看成匀速圆周运动)的周期 T,光速 c(地球到月球的距离远大于它们的半径）。则由以上物理量可以求出()A.月球到地球的距离 B。地球的质量 C.月球受地球的引力 D。月球的质量【解析】选 A、B.根据激光往返时间为 t 和激光的速度可求出月球到地球的距离,故 A正确；又因知道月球绕地球旋转的周期 T，根据 G=m(）2r 可求出地球的质量 M=，故 B正确;我们只能计算中心天体的质量

12、，故 D错误；因不知月球的质量，无法计算月球受地球的引力，故 C错误。10。（6 分）火星上有两颗卫星甲和乙，它们的轨道近似为圆，甲的周期比乙的周期小，则两个卫星相比（)A.甲距火星表面较近 B。乙的角速度较大 C。甲的速率较小 D.乙的向心加速度较大【解析】选 A。对卫星有：G=mr,解得:T=2，可知甲的轨道半径较小,甲距火星表面较近,故选项 A正确;根据 G=m2r 可得:=,则乙的角速度较小,故选项 B错星的质量该卫星的平均密度行星的平均密度解析选利用万有引力定律只能计算中心天体的质量故已知卫星的轨道半径类对行星的认识与研究仅限于太阳系内行星的发现拉开了研究太阳系外行星的序幕绕其中心恒

13、星做匀速圆周运动周期周运动根据万有引力提供向心力知解得绕其中心恒星做匀速圆周运动周期约为年新教材高中物理课时素养评价十一万2020 年新教材高中物理 课时素养评价十一 万有引力理论的成就（含解析）新人教版必修 2 -7-误;根据G=m可得:v=,则甲的速率较大,故选项C错误;根据G=ma可得：a=,则乙的向心加速度较小，故选项 D错误.11。(6 分)在同一轨道平面上绕地球做匀速圆周运动的卫星 A、B、C,某时刻恰好在同一过地心的直线上,如图所示,当卫星 B经过一个周期时 (）A。A超前于 B,C 落后于 B B。A超前于 B，C超前于 B C。A、C都落后于 B D。各卫星角速度相等,因而三

14、颗卫星仍在同一直线上【解析】选 A。由 G=mr可得 T=2，故轨道半径越大,周期越大.当 B经过一个周期时，A 已经完成了一个多周期，而 C还没有完成一个周期，所以选项 A正确,B、C、D错误。12。（22 分）某颗人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，绕行 n 圈所用总时间为 t，已知地球半径为 R,地球表面重力加速度为 g（不考虑地球自转的影响），万有引力常量为 G。求:(1)地球的第一宇宙速度 v；（2）地球的平均密度的大小；(3)该卫星距离地面高度 h.【解析】(1)根据 mg=m,解得第一宇宙速度:v=。星的质量该卫星的平均密度行星的平均密度解析选利用万有引力定律只能计算中心天体的质量

15、故已知卫星的轨道半径类对行星的认识与研究仅限于太阳系内行星的发现拉开了研究太阳系外行星的序幕绕其中心恒星做匀速圆周运动周期周运动根据万有引力提供向心力知解得绕其中心恒星做匀速圆周运动周期约为年新教材高中物理课时素养评价十一万2020 年新教材高中物理 课时素养评价十一 万有引力理论的成就（含解析）新人教版必修 2 -8-（2)由 mg=、=解得:=。(3）卫星做圆周运动的周期：T=m（)2(R+h）解得：h=R 答案：（1）(2）(3）-R 星的质量该卫星的平均密度行星的平均密度解析选利用万有引力定律只能计算中心天体的质量故已知卫星的轨道半径类对行星的认识与研究仅限于太阳系内行星的发现拉开了研究太阳系外行星的序幕绕其中心恒星做匀速圆周运动周期周运动根据万有引力提供向心力知解得绕其中心恒星做匀速圆周运动周期约为年新教材高中物理课时素养评价十一万