新人教版高三物理必修2万有引力与航天专项练习（解析版）

一、选择题

1. 难度：简单

(2010·安徽高考)为了对火星及其周围的空间环境进行探测，我国预计于2011年10月发射第一颗火星探测器“萤火一号”.假设探测器在离火星表面高度分别为h1和h2的圆轨道上运动时，周期分别为T1和T2.火星可视为质量分布均匀的球体，且忽略火星的自转影响，万有引力常量为G.仅利用以上数据，可以计算出(   )

A.火星的密度和火星表面的重力加速度

B.火星的质量和火星对“萤火一号”的引力

C.火星的半径和“萤火一号”的质量

D.火星表面的重力加速度和火星对“萤火一号”的引力

2. 难度：简单

(2010·江苏高考)2009年5月，航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后，在A点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ，B为轨道Ⅱ上的一点，如图所示，关于航天飞机的运动，下列说法中正确的有(   )

A.在轨道Ⅱ上经过A的速度小于经过B的速度

B.在轨道Ⅱ上经过A的动能小于在轨道Ⅰ上经过A的动能

C.在轨道Ⅱ上运动的周期小于在轨道Ⅰ上运动的周期

D.在轨道Ⅱ上经过A的加速度小于在轨道Ⅰ上经过A的加速度

3. 难度：简单

（2011·江苏物理·T7）一行星绕恒星作圆周运动。由天文观测可得，其运动周期为T，速度为v，引力常量为G，则（    ）

A．恒星的质量为            B．行星的质量为

C．行星运动的轨道半径为      D．行星运动的加速度为

4. 难度：简单

（2011·福建理综·T13）“嫦娥二号”是我国月球探测第二期工程的先导星。若测得“嫦娥二号”在月球（可视为密度均匀的球体）表面附近圆形轨道运行的周期T，已知引力常量为G，半径为R的球体体积公式，则可估算月球的（    ）

A.密度         B.质量    C.半径      D.自转周期

5. 难度：简单

（2011·新课标全国卷·T19）卫星电话信号需要通过地球同步卫星传送。如果你与同学在地面上用卫星电话通话，则从你发出信号至对方接收到信号所需最短时间最接近于（可能用到的数据：月球绕地球运动的轨道半径约为3.8×105km，运行周期约为27天，地球半径约为6400km，无线电信号的传播速度为3×108m/s，）（    ）

A.0.1s   B.0.25s    C.0.5s    D.1s

6. 难度：简单

甲、乙为两颗地球卫星，其中甲为地球同步卫星，乙的运行高度低于甲的运行高度，两卫星轨道均可视为圆轨道。以下判断正确的是（    ）

A.甲的周期大于乙的周期               B.乙的速度大于第一宇宙速度

C.甲的加速度小于乙的加速度          D.甲在运行时能经过北极的正上方

7. 难度：简单

（2011·天津理综·T8）质量为m的探月航天器在接近月球表面的轨道上飞行，其运动视为匀速圆周运动。已知月球质量为M，月球半径为R，月球表面重力加速度为g，引力常量为G，不考虑月球自转的影响，则航天器的（    ）

A.线速度        B.角速度   

C.运行周期     D.向心加速度

8. 难度：简单

（2011·浙江理综·T19）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则（    ）

A. X星球的质量为

B. X星球表面的重力加速度为

C. 登陆舱在r1与r2轨道上运动时的速度大小之比为

D. 登陆舱在半径为r2轨道上做圆周运动的周期为

9. 难度：简单

（2011·广东理综·T20）已知地球质量为M，半径为R，自转周期为T，地球同步卫星质量为m，引力常量为G。有关同步卫星，下列表述正确的是（    ）

A.卫星距离地面的高度为

B.卫星的运行速度小于第一宇宙速度

C.卫星运行时受到的向心力大小为

D.卫星运行的向心加速度小于地球表面的重力加速度

10. 难度：简单

（2011·四川理综·T17）据报道，天文学家近日发现了一颗距地球40光年的“超级地球”，名为“55Cancri  e”该行星绕母星（中心天体）运行的周期约为地球绕太阳运行周期的，母星的体积约为太阳的60倍.假设母星与太阳密度相同，“55 Cancri  e”与地球均做匀速圆周运动，则“55 Cancri  e”与地球的（    ）

A.轨道半径之比约为             B. 轨道半径之比约为

C.向心加速度之比约为        D. 向心加速度之比约为

11. 难度：简单

（2011·北京高考·T15）由于通讯和广播等方面的需要，许多国家发射了地球同步轨道卫星，这些卫星的（    ）

A. 质量可以不同                         B. 轨道半径可以不同

C. 轨道平面可以不同                     D. 速率可以不同

12. 难度：简单

（2011·大纲版全国·T19）我国“嫦娥一号”探月卫星发射后，先在“24小时轨道”上绕地球运行(即绕地球一圈需要24小时)；然后，经过两次变轨依次到达“48小时轨道”和“72小时轨道”；最后奔向月球。如果按圆形轨道计算，并忽略卫星质量的变化，则在每次变轨完成后与变轨前相比，（    ） 

A．卫星动能增大，引力势能减小B．卫星动能增大，引力势能增大  

C．卫星动能减小，引力势能减小D．卫星动能减小，引力势能增大

13. 难度：简单

（2011·重庆理综·T21）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，如题21图所示。该行星与地球的公转半径之比为（    ）

A．         B.

C．        D.

二、填空题

14. 难度：简单

（2011·海南物理·T12）2011年4月10日，我国成功发射第8颗北斗导航卫星，建成以后北斗导航卫星系统将包含多颗地球同步卫星，这有助于减少我国对GPS导航系统的依赖，GPS由运行周期为12小时的卫星群组成，设北斗导航系统的同步卫星和GPS导航卫星的轨道半径分别为和，向心加速度分别为和，则=_______，=_____（可用根式表示）

三、计算题

15. 难度：简单

（2011·安徽高考·T22）（1）开普勒行星运动第三定律指出：行星绕太阳运动的椭圆轨道的半长轴a的三次方与它的公转周期T的二次方成正比，即，是一个对所有行星都相同的常量。将行星绕太阳的运动按圆周运动处理，请你推导出太阳系中该常量的表达式。已知引力常量为G，太阳的质量为。

（2）开普勒定律不仅适用于太阳系，它对一切具有中心天体的引力系统（如地月系统）都成立。经测定月地距离为m，月球绕地球运动的周期为S，试计算地球的质量。（，结果保留一位有效数字）

四、填空题

16. 难度：简单

（2011·上海高考物理·T22B）人造地球卫星在运行过程中由于受到微小的阻力，轨道半径将缓慢减小。在此运动过程中，卫星所受万有引力大小将         (填“减小”或“增大”)；其动能将   (填“减小”或“增大”)。

五、选择题

17. 难度：简单

（2010·全国卷2）21.已知地球同步卫星离地面的高度约为地球半径的6倍。若某行星的平均密度为地球平均密度的一半，它的同步卫星距其表面的高度是其半径的2.5倍，则该行星的自转周期约为（    ）

A．6小时        B. 12小时          C. 24小时         D. 36小时

18. 难度：简单

（2010·新课标卷）20.太阳系中的8大行星的轨道均可以近似看成圆轨道.下列4幅图是用来描述这些行星运动所遵从的某一规律的图像.图中坐标系的横轴是，纵轴是;这里T和R分别是行星绕太阳运行的周期和相应的圆轨道半径，和分别是水星绕太阳运行的周期和相应的圆轨道半径.下列4幅图中正确的是（    ）

   

19. 难度：简单

（2010·北京卷）16．一物体静置在平均密度为的球形天体表面的赤道上。已知万有引力常量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（    ）

Ａ．　　　　Ｂ．　　　　Ｃ．　　　Ｄ．

20. 难度：简单

（2010·上海物理）15. 月球绕地球做匀速圆周运动的向心加速度大小为，设月球表面的重力加速度大小为，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，则（    ）

（A）      （B）     （C）    （D）

六、填空题

21. 难度：简单

（2010·上海物理）24.如图，三个质点a、b、c质量分别为、、（）.在C的万有引力作用下，a、b在同一平面内绕c沿逆时针方向做匀速圆周运动，轨道半径之比,则它们的周期之比=______;从图示位置开始，在b运动一周的过程中，a、b、c共线了____次。

七、选择题

22. 难度：简单

（2010·天津卷）6.探测器绕月球做匀速圆周运动，变轨后在周期较小的轨道上仍做匀速圆周运动，则变轨后与变轨前相比（    ）

A.轨道半径变小        B.向心加速度变小

C.线速度变小          D.角速度变小

23. 难度：简单

（2010·福建卷）14.火星探测项目我过继神舟载人航天工程、嫦娥探月工程之后又一个重大太空探索项目。假设火星探测器在火星表面附近圆形轨道运行周期为，神州飞船在地球表面附近圆形轨道运行周期为，火星质量与地球质量之比为p，火星半径与地球半径之比为q，则、之比为（    ）

A.       B.        C.       D.

24. 难度：简单

（2010·山东卷）18．1970年4月24日，我国自行设计、制造的第一颗人造地球卫星“东红一号”发射成功，开创了我国航天事业的新纪元。“东方红一号”的运行轨道为椭圆轨道，其近地点和运地点的高度分别为439km和2384km，则（    ）

A．卫星在点的势能大于点的势能

B．卫星在点的角速度大于点的角速度

C．卫星在点的加速度大于点的加速度

D．卫星在点的速度大于7．9km/s

25. 难度：简单

（2010·重庆卷）16.月球与地球质量之比约为1：80，有研究者认为月球和地球可视为一个由两质点构成 的双星系统，它们都围绕月地连线上某点O做匀速圆周运动。据此观点，可知月球与地球绕O点运动的线速度大小之比约为（    ）

A  1：6400         B  1：80

C   80：1          D 6400：1

26. 难度：简单

（2010·浙江卷）20. 宇宙飞船以周期为T绕地地球作圆周运动时，由于地球遮挡阳光，会经历“日全食”过程，如图所示。已知地球的半径为R，地球质量为M，引力常量为G，地球处置周期为T。太阳光可看作平行光，宇航员在A点测出的张角为，则（    ）

A. 飞船绕地球运动的线速度为

B. 一天内飞船经历“日全食”的次数为T/T0

C. 飞船每次“日全食”过程的时间为

D. 飞船周期为T=

八、计算题

27. 难度：简单

（2010·全国卷1）25．（18分）如右图，质量分别为m和M的两个星球A和B在引力作用下都绕O点做匀速周运动，星球A和B两者中心之间距离为L。已知A、B的中心和O三点始终共线，A和B分别在O的两侧。引力常数为G。

求两星球做圆周运动的周期。

在地月系统中，若忽略其它星球的影响，可以将月球和地球看成上述星球A和B，月球绕其轨道中心运行为的周期记为T1。但在近似处理问题时，常常认为月球是绕地心做圆周运动的，这样算得的运行周期T2。已知地球和月球的质量分别为5.98×1024kg 和 7.35 ×1022kg 。求T2与T1两者平方之比。（结果保留3位小数）

九、选择题

28. 难度：简单

近年来，人类发射的多枚火星探测器已经相继在火星上着陆，正在进行着激动人心的科学探究，为我们将来登上火星、开发和利用火星资源奠定了坚实的基础．如果火星探测器环绕火星做“近地”匀速圆周运动，并测得该运动的周期为T，则火星的平均密度ρ的表达式为(k为某个常数)(　　)

A．ρ＝kT　　　　　　  B．ρ＝

C．ρ＝kT2　　　　　　 D．ρ＝

29. 难度：简单

(2011·辅仁检测)宇宙飞船在半径为R1的轨道上运行，变轨后的半径为R2，R1＞R2.宇宙飞船绕地球做匀速圆周运动，则变轨后宇宙飞船的(　　)

A．线速度变小  B．角速度变小

C．周期变大  D．向心加速度变大

30. 难度：简单

在圆轨道上做匀速圆周运动的国际空间站里，一宇航员手拿一只小球相对于太空舱静止“站立”于舱内朝向地球一侧的“地面”上，如图所示．下列说法正确的是(　　)

A．宇航员相对于地球的速度介于7.9 km/s与11.2 km/s之间

B．若宇航员相对于太空舱无初速释放小球，小球将落到“地面”上

C．宇航员将不受地球的引力作用

D．宇航员对“地面”的压力等于零

31. 难度：简单

我国未来将建立月球基地，并在绕月轨道上建造空间站．如图4－4－10所示，关闭动力的航天飞机在月球引力作用下经椭圆轨道向月球靠近，并将与空间站在B处对接．已知空间站绕月轨道半径为r，周期为T，万有引力常量为G，下列说法中正确的是(　　)

A．图中航天飞机在飞向B处的过程中，月球引力做正功

B．航天飞机在B处由椭圆轨道可直接进入空间站轨道

C．根据题中条件可以算出月球质量

D．根据题中条件可以算出空间站受到月球引力的大小

32. 难度：简单

为纪念伽利略将望远镜用于天文观测400周年，2009年被定为以“探索我的宇宙”为主题的国际天文年．我国发射的“嫦娥一号”卫星绕月球经过一年多的运行，完成了既定任务，于2009年3月1日16时13分成功撞月．如图所示为“嫦娥一号”卫星撞月的模拟图，卫星在控制点开始进入撞月轨道．假设卫星绕月球做圆周运动的轨道半径为R，周期为T，引力常量为G.根据题中信息，以下说法正确的是(　　)

A．可以求出月球的质量

B．可以求出月球对“嫦娥一号”卫星的引力

C．“嫦娥一号”卫星在控制点处应减速

D．“嫦娥一号”在地面的发射速度大于11.2 km/s

33. 难度：简单

(2011·广东六校联合体联考)我们在推导第一宇宙速度的公式v＝时，需要做一些假设和选择一些理论依据，下列必要的假设和理论依据有(　　)

A．卫星做半径等于2倍地球半径的匀速圆周运动

B．卫星所受的重力全部作为其所需的向心力

C．卫星所受的万有引力仅有一部分作为其所需的向心力

D．卫星的运转周期必须等于地球的自转周期

34. 难度：简单

1970年4月24日，我国自行设计、制造的第一颗人造地球卫星“东方红一号”发射成功，开创了我国航天事业的新纪元．“东方红一号”的运行轨道为椭圆轨道，其近地点M和远地点N的高度分别为439 km和2 384 km，则(　　)

A．卫星在M点的势能大于N点的势能

B．卫星在M点的角速度小于N点的角速度

C．卫星在M点的加速度大于N点的加速度

D．卫星在N点的速度大于7.9 km/s

35. 难度：简单

如图所示，是美国的“卡西尼”号探测器经过长达7年的“艰苦”旅行，进入绕土星飞行的轨道．若“卡西尼”号探测器在半径为R的土星上空离土星表面高h的圆形轨道上绕土星飞行，环绕n周飞行时间为t，已知引力常量为G，则下列关于土星质量M和平均密度ρ的表达式正确的是(　　)

A．M＝，ρ＝

B．M＝，ρ＝

C．M＝，ρ＝

D．M＝，ρ＝

36. 难度：简单

宇航员在月球上做自由落体实验，将某物体由距月球表面高h处释放，经时间t后落到月球表面(设月球半径为R)．据上述信息推断，飞船在月球表面附近绕月球做匀速圆周运动所必须具有的速率为

(　　)

A.                   B.

C.                        D.

37. 难度：简单

下表是卫星发射的几组数据，其中发射速度v0是燃料燃烧完毕时火箭具有的速度，之后火箭带着卫星依靠惯性继续上升，到达指定高度h后再星箭分离，分离后的卫星以环绕速度v绕地球运动．根据发射过程和表格中的数据，下面哪些说法是正确的 (　　)

卫星离地面 高度h(km)	环绕速度 v(km/s)	发射速度v0 (km/s)
0	7.91	7.91
200	7.78	8.02
500	7.61	8.19
1000	7.35	8.42
5000	5.52	9.48
∞	0	11.18

A.不计空气阻力，在火箭依靠惯性上升的过程中机械能守恒

B．离地越高的卫星机械能越大

C．离地越高的卫星环绕周期越大

D．当发射速度达到11.18 km/s时，卫星能脱离地球到达宇宙的任何地方

十、计算题

38. 难度：简单

如图所示，A是地球的同步卫星，另一卫星B的圆形轨道位于赤道平面内，离地面高度为h，已知地球半径为R，地球自转角速度为ω0，地球表面的重力加速度为g，O为地球中心．

(1)求卫星B的运动周期；

(2)若卫星B运行方向与地球自转方向相同，某时刻A、B两卫星相距最近(O、B、A在同一直线上)，则至少经过多少时间，它们再一次相距最近？

39. 难度：简单

(17分)一飞船在某星球表面附近，受星球引力作用而绕其做匀速圆周运动的速率为v1，飞船在离该星球表面高度为h处，受星球引力作用而绕其做匀速圆周运动的速率为v2，已知万有引力常量为G.试求：

(1)该星球的质量；

(2)若设该星球的质量为M，一个质量为m的物体在离该星球球心r远处具有的引力势能为Ep＝－，则一颗质量为m1的卫星由r1轨道变为r2(r1＜r2)轨道，对卫星至少做多少功？(卫星在r1、r2轨道上均做匀速圆周运动，结果请用M、m1、r1、r2、G表示)

设星球的半径为R，质量为M，则