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第七章万有引力与宇宙航行
章节测试卷
1.一飞船围绕地球做匀速圆周运动,其离地面的高度为H,若已知地球表面重力加速度为g,地球半径R。则飞船所在处的重力加速度大小
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】忽略地球自转的影响,根据万有引力等于重力列出等式,在地球表面:,在离地面的高度为H处:,解得:,故选C。
2.米歇尔?麦耶和迪迪埃?奎洛兹因为发现了第一颗太阳系外行星﹣飞马座51b而获得2019年诺贝尔物理学奖。飞马座51b与恒星相距为L,构成双星系统(如图所示),它们绕共同的圆心O做匀速圆周运动。设它们的质量分别为m1、m2且(m1<m2),已知万有引力常量为G.则下列说法正确的是()
A.飞马座51b与恒星运动具有相同的线速度
B.飞马座51b与恒星运动所受到的向心力之比为m1:m2
C.飞马座51b与恒星运动轨道的半径之比为m2:m1
D.飞马座51b与恒星运动周期之比为m1:m2
【答案】C
【解析】BD.双星系统属于同轴转动的模型,具有相同的角速度和周期,两者之间的万有引力提供向心力,故两者向心力相同,故BD错误;
C.根据=,则半径之比等于质量反比,飞马座51b与恒星运动轨道的半径之比,即r1:r2=m2:m1,故C正确;
A.线速度之比等于半径之比,即v1:v2=m1:m2,故A错误。
故选C。
3.雨天在野外骑车时,在自行车的后轮轮胎上常会粘附一些泥巴,行驶时感觉很“沉重”.如果将自行车后轮撑起,使后轮离开地面而悬空,然后用手匀速摇脚踏板,使后轮飞速转动,泥巴就被甩下来.如图所示,图中a、b、c、d为后轮轮胎边缘上的四个特殊位置,则()
A.泥巴在图中a、c位置的向心加速度大于b、d位置的向心加速度
B.泥巴在图中的b、d位置时最容易被甩下来
C.泥巴在图中的c位置时最容易被甩下来
D.泥巴在图中的a位置时最容易被甩下来
【答案】C
【解析】A.a、b、c、d共轴转动,角速度相等,半径也相等,根据公式a=rω2分析知它们的向心加速度大小都相等,故A错误.BCD.泥块做圆周运动,合力提供向心力,根据F=mω2r知:泥块在车轮上每一个位置的向心力相等,当提供的合力小于向心力时做离心运动,所以需求的附着力越大容易飞出去.最低点,重力向下,附着力向上,合力等于附着力减重力,最高点,重力向下,附着力向下,合力为重力加附着力,在线速度竖直向上或向下时,合力等于附着力,所以在最低点c所需附着力最最大,最容易飞出去.故C正确,BD错误.
4.利用三颗位置适当的地球同步卫星,可使地球赤道上任意两点之间保持无线电通讯,目前地球同步卫星的轨道半径为地球半径的6.6倍,假设地球的自转周期变小,若仍仅用三颗同步卫星来实现上述目的,则地球自转周期的最小值约为
A.1h B.4h C.8h D.16h
【答案】B
【解析】设地球的半径为R,周期T=24h,地球自转周期的最小值时,三颗同步卫星的位置如图所示,所以此时同步卫星的半径r1=2R,由开普勒第三定律得:r3T2
5.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.0
C.4G D.G
【答案】D
【解析】若将挖去的小球体用原材料补回,可知剩余部分对m的吸引力等于完整大球体对m的吸引力与挖去小球体对m的吸引力之差,挖去的小球体球心与m重合,对m的万有引力为零,则剩余部分对m的万有引力等于完整大球体对m的万有引力;以大球体球心为中心分离出半径为的球,易知其质量为M,则剩余均匀球壳对m的万有引力为零,故剩余部分对m的万有引力等于分离出的球对其的万有引力,根据万有引力定律F=G=G,故选D。
6.双星运动是产生引力波的来源之一,假设宇宙中有一双星系统由a、b两颗星体组成,这两颗星体绕它们连线的某一点在万有引力作用下做匀速圆周运动,测得两星体的轨道半径之和为l1,轨道半径之差为l2,a星体轨道半径大于b星体轨道半径,a星体的质量为m1,引力常量为G,则b星体的周期为()
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】设a星体运动的轨道半径为r1,b星体运动的轨道半径为r2,则r1+r2=l1,r1-r2=l2,解得,,双星系统根据,,得,即双星系统中星体质量与轨道半径成反比,得b星体的质量,a、b两星体运动周期相同,对a星体有,解。故选A。
7.如图,宇宙飞船A在低轨道上飞行,为了给更高轨道的宇宙空间站B输送物质,需要与B对接,它可以采用喷气的方法改变速度,从而达到改变轨道的目的,则以下说法正确的是()
A.它应沿运行速度方向喷气,与B对接后周期比低轨道小
B.它应沿运行速度的反方向喷
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