万有引力与航天测试题附答案.docx
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万有引力与航天测试题附答案
万有引力与航单元测试
一、选择题（单选题）
1•下列说法符合史实的是（）
A•牛顿发现了行星的运动规律
B•开普勒发现了万有引力定律
C.卡文迪许第一次在实验室里测出了万有引力常量
D•牛顿发现了海王星和冥王星
2.下列说法正确的是（）
A.第一宇宙速度是人造卫星环绕地球运动的速度
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所必须具有的速度
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
3.关于环绕地球运转的人造地球卫星，有如下几种说法，其中正确的是
（）
A.轨道半径越大，速度越小，周期越长
B.轨道半径越大，速度越大，周期越短
C.轨道半径越大，速度越大，周期越长
D.轨道半径越小，速度越小，周期越长
4.两颗质量之比mi：
m21:
4的人造地球卫星，只在万有引力的作用之下，环绕地球运转。
如
果它们的轨道半径之比亿21，那么它们的动能之比Ek「Ek2为（）
A.8:
1B.1:
8C.2:
1D.1:
2
5.科学家们推测，太阳系的第十颗行星就在地球的轨道上，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”.由以上信息可以确定
（）
A.这颗行星的公转周期与地球相等B.这颗行星的半径等于地
球的半径
C.这颗行星的密度等于地球的密度D.这颗行星上同样存在
着生命
R3
6.关于开普勒行星运动的公式R=k，以下理解正确的是
T2
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
r，公转的周期为T,万有引力恒量为G,则由此
B.太阳的质量
D.太阳的密度
.若已知行星绕太阳公转的半径为可求出
A.某行星的质量
C.某行星的密度
8.已知下面的哪组数据，可以算出地球的质量M地（引力常量G为已知）
（）
A.月球绕地球运动的周期T及月球到地球中心的距离Ri
B.地球绕太阳运行周期T2及地球到太阳中心的距离R2
C.人造卫星在地面附近的运行速度V3和运行周期T3
D.地球绕太阳运行的速度V4及地球到太阳中心的距离R4
9.下列说法中正确的是
（）
A.天王星偏离根据万有引力计算的轨道，是由于天王星受到轨道外面其他行星
的引力作
用
B.只有海王星是人们依据万有引力定律计算轨道而发现的
C.天王星是人们依据万有引力定律计算轨道而发现的
D.以上均不正确
10.2001年10月22日，欧洲航天局由卫星观测发现银河系中心存在一个超大型黑洞，命名为MCG6-30-15，由于黑洞的强大引力，周围物质大量掉入黑洞，假定银河系中心仅此一个黑洞，已知太阳系绕银河系中心匀速运转，下列哪一组数据可估算该黑洞的质量
（）
A.地球绕太阳公转的周期和速度
B.太阳的质量和运行速度
C.太阳质量和到MCG6—30—15的距离
D.太阳运行速度和到MCG6—30—15的距离
11.对于万有引力定律的表述式FGm1jmi，下面说法中正确的是（）
r
A.公式中G为引力常量，不是由实验测得的，是人为规定的
B.当r趋近于零时，万有引力趋于无穷大
C.mi与m2受到的引力大小总是相等的，方向相反，是一对平衡力
D.mi与m2受到的引力总是大小相等的，而与mi、m2是否相等无关
12•人造卫星在运行中因受高空稀薄空气的阻力作用，绕地球运转的轨道半径会慢慢减小，
在半径缓慢变化过程中，卫星的运动还可近似当作匀速圆周运动。
当它在较大的
轨道半径ri上时运行线速度为vi，周期为Ti,后来在较小的轨道半径r2上时运
行线速度为V2，周期为
T2，
则它们的关系是
（）
A.V1VV2，T1VT2
B.V1>V2，T1>T2
C.V1VV2，T1>T2
D.V1>V2，T1vT2
13.下列关于地
球
同步卫星的说法
正确的是
（）
A•它的周期与地球自转同步，但高度和速度可以选择，高度增大，速度减小
B•它的周期、高度、速度都是一定的
C•我们国家发射的同步通讯卫星定点在北京上空
D•我国发射的同步通讯卫星大小都是一样的
14•人造卫星在太空绕地球运行中，若天线偶然折断，天线将（）
A•继续和卫星一起沿轨道运行
B.做平抛运动，落向地球
C.由于惯性，沿轨道切线方向做匀速直线运动，远离地球
D.做自由落体运动，落向地球
15.两个质量均为M的星体，其连线的垂直平分线为AB。
O为两星体连线的中点,
如图，一个质量为M的物体从0沿0A方向运动，则它受到的万
有引力大小变化情况是（
A.一直增大
C.先减小，后增大
）
B.一直减小
D.先增大，后减小
、填空题（每题6分，共18分）
16.两颗人造卫星A、B的质量之比mA：
mB=1:
2，轨道半径之比rA:
rB=1:
3，
某一时刻它们的连线通过地心，则此时它们的线速度之比va:
vb=，向
心加速度之比aA:
aB=，向心力之比Fa:
Fb=。
17.地球绕太阳运行的半长轴为1.5X1011m，周期为365天；月球绕地球运行的
轨道半长轴为3.82Xl08m，周期为27.3天，则对于绕太阳运行的行星；R3/T2的值为m3/s2，对于绕地球运行的物体，则R3/T2=m/s2.
18．地核的体积约为整个地球体积的16%，地核的质量约为地球质量的34%.经估算，地核的平均密度为kg/m3.（已知地球半径为6.4X106m，地球表面重力
加速度为9.8m/s2，万有引力常量为6.7X10-11Nm2/kg2，结果取两位有效数字）
三、计算题
19．（10分）宇航员驾驶一飞船在靠近某行星表面附近的圆形轨道上运行，已知飞船运行的周期为T,行星的平均密度为。
试证明T2k（万有引力恒量G为
已知，是恒量）
20、（10分）在某个半径为R105m的行星表面，对于一个质量m1kg的砝码，用弹簧称量，其重力的大小G1.6N。
请您计算该星球的第一宇宙速度V1是多大？
（注：
第一宇宙速度V1，也即近地、最大环绕速度；本题可以认为物体重力大小与其万有引力的大小相等。
）
21.（12分）神舟五号载人飞船在绕地球飞行的第5圈进行变轨，由原来的椭圆轨
道变为距地面高度h=342km的圆形轨道。
已知地球半径R6.37103km，地面处的重力加速度g10m/s2。
试导出飞船在上述圆轨道上运行的周期T的公
式（用h、R、g表示），然后计算周期的数值（保留两位有效数字）。
22.一个登月的宇航员，能否用一个弹簧秤和一个质量为m的砝码，估计测出月球的质量和密度？
如果能，说明估测方法并写出表达式•设月球半径为R。
（设弹簧秤示数为F）
23中子星是恒星演化过程的一种可能结果，它的密度很大。
现有一中子星，观测到
1
它的自转周期为T=-so问该中子星的最小密度应是多少才能维持该星的稳定，不
30
致因自转而瓦解。
计算时星体可视为均匀球体。
（引力常数G=6.671011m3/kg.s2）
参考答案
AD【解析】
3.A
R3
公式飞=k成立的前提条件是绕同一天体运动的行星，故
T2
B错•公式中的T指
的是行星运转的公转周期，故D正确，C错•由于此公式对所有行星都成立，而各行星质量
及其他又相差很多，故k应是与行星无关的常量.故A正确.
B【解析】根据万有引力充当行星的向心力，得GMm/r2=m4n2r/T2，所以太阳的质量为M
=4nr3/GT2.
要求太阳的密度还需要知道太阳的半径.
根据行星绕太阳的运动，既不能求行星的质量也不能求行星的密度
AC【解析】要求地球的质量，应利用围绕地球的月球、卫星的运动
只能求太阳的质量，而不能求地球的质量，B、D选项错.设地球质量为M，卫星或月球的轨
42
m—2R
T2
42R3
GT2
道半径为R,则有GMm
所以，地球的质量为M=
”2,口vT
再由v=R得R=
T2
、、/v3T
代入上式得M=-
2G
所以，A、C选项正确.
A解析：
1781年3月13
10.
16.
•根据地球绕太阳的运动
日晚，恒星天文学之父一一赫歇耳用自制的大望远镜发现天王星海王星是继天王星之后发现的第二颗新行星，但与天王星不同，海王星的发现是神机妙算的结果.同理，冥王星也是天文学家分析推算出来的.所以本题A为正确答案.
D解析：
G-=m—,M=
rr
2
vr
•故D选项正确.11.D12.C13.B14.A15.D
G
3:
1;9:
3.4X1018；
1.2X104
1;9:
2
1.0X1013
【解析】要计算地核密度，就要计算地球密度，由条件知
愛p=2.125p
0.16
而要求地球密度只有R和g为已知量，可以根据地球表面重力近似等于万有引力来求:
即GM而M
即：
g=厂而p
R4R3
3
即：
p=3g=5.46X103kg/m34GR
pa=1.2xio4kg/m3
19•设行星半径为R、质量为M，飞船在靠近行星表面附近的轨道上运行时，有
Mm22
G才m（——）R
龙T
即M_©（6分）
R3GT2
又行星密度笑（2分）
4R3
3
23
将①代入②得T2—证毕（2分）
G
120.解：
由重量和质量的关系知：
Gmg
G
所以g1.6m/s23分
m
设：
环绕该行星作近地飞行的卫星，其质量为m'，所以，应用牛顿第二定律有:
v；
mgm3分
R
解得：
V1Rg3分
代入数值得第一宇宙速度：
V1400m/s1分21.解：
设地球质量为M，飞船质量为m，速度为v，圆轨道的半径为r，由万有引力和牛顿第
二定律，有
2
Mmv
m2分
rr
T
2r
v
1分
地面附近gMm
R2
mg
2分
由已知条件rR
h
3分
解以上各式得T
2
（R
R2
h）3
g
2分
代入数值,
得
T54
103s
22.Fmg
M
FR2
M
3F
mG
V
4mGR
23.设想中子星赤道处一小块物质，只有当它受到的万有引力大于或等于它随星体所需的向心力
时，中子星才不会瓦解。
设中子星的密度为
GMr
赤道处的小块物质量为m，则有2
R2
，质量为M，半径为R,自转角速度为，位于
2
T
由以上各式得
——2代入数据解得1.271014kg/m3
GT2
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