格物学 力学万有引力定律的常见应用

第一宇宙速度-万有引力定律的常见应用知识点课后进阶选择题自测题解析-福建省等高中物理,平均正确率44.00000000000001%

2025-06-30
第一宇宙速度-万有引力定律的常见应用知识点课后进阶选择题自测题解析-福建省等高中物理,平均正确率44.00000000000001%
1、['天体质量和密度的计算', '第一宇宙速度', '第二宇宙速度和第三宇宙速度']

正确率40.0%$${{2}{0}{1}{9}}$$年$${{4}}$$月$${{1}{0}}$$日,人类首张黑洞$${{“}}$$照片$${{”}}$$问世。黑洞是爱因斯坦广义相对论预言存在的一种天体,它具有的超强引力使光也无法逃离它的势力范围,即黑洞的逃逸速度大于光速。理论分析表明,星球的逃逸速度是其第一宇宙速度的$${\sqrt {2}}$$倍。已知地球绕太阳公转的轨道半径约为$$1. 5 \times1 0^{1 1} \, k m$$,公转周期约为$$3. 1 5 \times1 0^{7} s$$,假设太阳演变为黑洞,它的半径最大为(太阳的质量不变,光速$$c=3. 0 \times1 0^{8} m / s ) ( \mathrm{~ \} )$$

B

A.$${{1}{k}{m}}$$

B.$${{3}{k}{m}}$$

C.$$1 0 0 k m$$

D.$$3 0 0 k m$$

2、['环绕天体运动参量的分析与计算', '第一宇宙速度', '人造卫星的运行规律', '万有引力和重力的关系']

正确率40.0%中国古代的$${{“}}$$太白金星$${{”}}$$指的是八大行星的金星。已知引力常量$${{G}}$$,再给出下列条件,其中可以求出金星质量的是$${{(}{)}}$$

C

A.金星绕太阳运动的轨道的半径和周期

B.金星的第一宇宙速度

C.金星的半径和金星表面的重力加速度

D.金星绕太阳运动的周期及地球绕太阳运动的轨道半径和周期

3、['环绕天体运动参量的分析与计算', '第一宇宙速度', '万有引力和重力的关系']

正确率40.0%若地球的半径不变,但质量和自转周期都变小,下来说法正确的是(

A

A.地球的近地卫星的周期将变大

B.地球的第一宇宙速度将变大

C.地球表面的重力加速度将变大

D.地球的同步卫星离地面的高度将变大

4、['天体质量和密度的计算', '环绕天体运动参量的分析与计算', '第一宇宙速度', '万有引力定律的简单计算', '向心力', '卫星变轨问题', '开普勒行星运动定律']

正确率60.0%$${{2}{0}{1}{6}}$$年$${{4}}$$月我国计划发射太空中的临时实验室$${{“}}$$实践十号$${{”}}$$.这颗地球卫星将成为专门用于微重力科学和生命科学的实验平台.$${{“}}$$实践十号$${{”}}$$是一颗返回式卫星,关于$${{“}}$$实践十号$${{”}}$$地球卫星,下列判断正确的是(

D

A.$${{“}}$$实践十号$${{”}}$$运行速度可能达到$$8. 5 k m / s$$

B.$${{“}}$$实践十号$${{”}}$$一昼夜可能环绕地球运行$${{2}{4}}$$周

C.$${{“}}$$实践十号$${{”}}$$要返回时,先开动发动机向后喷气,减速运动,由圆轨道变成椭圆轨道

D.如果知道引力常量$${{G}{、}{“}}$$实践十号$${{”}}$$运行周期和轨道半径,就可以计算出地球的质量

5、['环绕天体运动参量的分析与计算', '第一宇宙速度', '超重与失重问题']

正确率40.0%$${{2}{0}{1}{2}}$$年$${{6}}$$月$${{1}{8}}$$日,$${{“}}$$神舟九号$${{”}}$$飞船与$${{“}}$$天宫一号$${{”}}$$目标飞行器在离地面$$3 4 3 \, k m$$的近圆形轨道上成功进行了我国首次载人空间交会对接。对接轨道所处的空间存在极其稀薄的大气。下列说法正确的是$${{(}{)}}$$

B

A.为实现对接,两者运行速度的大小都应介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间

B.如不加干预,在运行一段时间后,$${{“}}$$天宫一号$${{”}}$$的动能可能会增加

C.如不加干预,$${{“}}$$天宫一号$${{”}}$$的轨道高度将缓慢升高

D.航天员在$${{“}}$$天宫一号$${{”}}$$中处于失重状态,说明航天员不受地球引力作用

6、['天体质量和密度的计算', '环绕天体运动参量的分析与计算', '第一宇宙速度', '万有引力定律的简单计算', '超重与失重问题']

正确率40.0%北京时间$${{2}{0}{1}{8}}$$年$${{1}{2}}$$月$${{8}}$$日凌晨$${{2}}$$时$${{2}{3}}$$分,中国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功发射$${{“}}$$嫦娥四号$${{”}}$$探测器,$${{“}}$$嫦娥四号$${{”}}$$是中国航天向前迈进的一大步,它向着月球背面$${{“}}$$进军$${{”}}$$,实现了人类历史上首次在月球背面留下$${{“}}$$足迹$${{”}}$$,主要任务是更深层次$${、}$$更加全面地科学探测月球地貌$${、}$$资源等方面的信息,完善月球档案资料。已知万有引力常量为$${{G}}$$,月球的半径为$${{R}}$$,月球表面的重力加速度为$${{g}{,}{“}}$$嫦娥四号$${{”}}$$离月球中心的距离为$${{r}}$$,绕月周期为$${{T}}$$,根据以上信息判断下列说法正确的是$${{(}{)}}$$

C

A.月球质量为$$M=\frac{4 \pi^{2} R^{3}} {G T^{2}}$$

B.月球的第一宇宙速度为$${{v}{=}{\sqrt {{g}{r}}}}$$

C.$${{“}}$$嫦娥四号$${{”}}$$绕月运行的速度为$$v=\sqrt{\frac{G M} {r}}$$

D.$${{“}}$$嫦娥四号$${{”}}$$在环绕月球表面的圆轨道运行时,处于完全失重状态,故不受重力

7、['第一宇宙速度', '万有引力定律的简单计算', '万有引力和重力的关系']

正确率60.0%$${{2}{0}{1}{7}}$$年$${{6}}$$月$${{1}{5}}$$日上午,我国在酒泉卫星发射中心采用长征四号乙运载火箭成功发射首颗$${{X}}$$射线调制望远镜卫星$${{“}}$$慧眼$${{”}}$$。它在距离地面$${{5}{5}{0}}$$公里的轨道上运行,其运动轨道可近似看成圆轨道。根据上述信息可知下列说法中正确的是$${{(}{)}}$$

C

A.该卫星的运行速度大于$$7. 9 k m / s$$

B.该卫星的运行周期小于低轨道近地卫星的周期

C.该卫星的发射速度大于$$7. 9 k m / s$$

D.该卫星所在轨道的重力加速度大于地球表面的重力加速度

8、['环绕天体运动参量的分析与计算', '第一宇宙速度', '竖直平面内的圆周运动', '超重与失重问题']

正确率40.0%svg异常

B

A.汽车在地面上速度增加时,它对地面的压力增大

B.当汽车速度增加到$$8 \; k m / s$$,将离开地面绕地球做圆周运动

C.此$${{“}}$$航天汽车$${{”}}$$环绕地球做圆周运动的最小周期为$${{1}{h}}$$

D.在此$${{“}}$$航天汽车$${{”}}$$上可以用弹簧测力计测量物体的重力

9、['天体质量和密度的计算', '第一宇宙速度', '星球表面的抛体问题']

正确率40.0%某星球的半径为$${{R}}$$,在距星球表面的高度为$${{1}}$$处静止释放一可视为质点的物体,用秒表记录下物体下落到星球表面的时间$${{t}}$$,星球的自转周期$${{T}}$$,万有引力常量为$${{G}}$$.若忽略星球的自转,根据以上给出数据,不能求出的物理量是(

D

A.星球的第一宇宙速度

B.星球同步卫星的轨道半径

C.星球的质量

D.物体在星球表面受到的万有引力

10、['环绕天体运动参量的分析与计算', '第一宇宙速度', '万有引力定律的简单计算']

正确率40.0%火星有两颗天然卫星,其中火卫二是太阳系中最小的卫星。可近似认为绕火星做匀速圆周运动,已知其公转轨道半径为$$2 3 4 5 9 k m$$,卫星半径为$$1 2. 6 k m$$,质量为$$1. 3 8 \times1 0^{1 4} \, k g$$,根据以上数据可求得以下哪个数据$${{(}{)}{(}}$$已知引力常量$$G=6. 6 7 \times1 0^{-l l} N \cdot m^{2} / k g^{2} )$$

B

A.火星与火卫二间的万有引力

B.火卫二的第一宇宙速度

C.火卫二绕火星运动的周期

D.火卫二绕火星运动的加速度

1. 解析:根据题目描述,逃逸速度是第一宇宙速度的$${\sqrt {2}}$$倍,即$$v_e = \sqrt{2} v_1$$。第一宇宙速度公式为$$v_1 = \sqrt{\frac{GM}{R}}$$,逃逸速度公式为$$v_e = \sqrt{\frac{2GM}{R}}$$。题目中给出太阳的质量不变,且逃逸速度大于光速$$c$$,因此有$$\sqrt{\frac{2GM}{R}} \geq c$$,解得$$R \leq \frac{2GM}{c^2}$$。根据开普勒第三定律,太阳质量$$M$$可通过地球公转数据求出:$$M = \frac{4\pi^2 r^3}{GT^2}$$,代入数据计算得到$$R \leq \frac{2G \cdot \frac{4\pi^2 r^3}{GT^2}}{c^2} = \frac{8\pi^2 r^3}{c^2 T^2}$$,代入数值后约为3 km,因此答案为B。

2. 解析:选项A只能求出太阳质量;选项B给出第一宇宙速度$$v_1 = \sqrt{\frac{GM}{R}}$$,但缺少金星半径$$R$$,无法求出质量;选项C给出金星半径和表面重力加速度$$g = \frac{GM}{R^2}$$,可直接求出质量$$M$$;选项D通过开普勒第三定律只能求出太阳质量。因此正确答案为C。

3. 解析:地球质量$$M$$变小,自转周期$$T$$变小。选项A,近地卫星周期$$T' = 2\pi \sqrt{\frac{r^3}{GM}}$$,$$M$$变小则$$T'$$变大;选项B,第一宇宙速度$$v_1 = \sqrt{\frac{GM}{R}}$$,$$M$$变小则$$v_1$$变小;选项C,表面重力加速度$$g = \frac{GM}{R^2}$$,$$M$$变小则$$g$$变小;选项D,同步卫星周期与地球自转周期相同,$$T$$变小则轨道半径$$r$$变小,离地面高度减小。因此正确答案为A。

4. 解析:选项A,地球卫星的最大运行速度为7.9 km/s,8.5 km/s超过第一宇宙速度,错误;选项B,若卫星周期为1小时,则一昼夜可运行24周,可能正确;选项C,卫星返回时需减速进入椭圆轨道,正确;选项D,根据开普勒第三定律,已知$$G$$、周期和轨道半径可求出地球质量,正确。因此正确答案为B、C、D。

5. 解析:选项A,第一宇宙速度是最大环绕速度,对接速度应小于第一宇宙速度,错误;选项B,稀薄大气会导致轨道降低,引力做功使动能增加,正确;选项C,轨道高度会缓慢降低,错误;选项D,航天员受地球引力作用,失重是因引力提供向心力,错误。因此正确答案为B。

6. 解析:选项A,公式$$M = \frac{4\pi^2 r^3}{GT^2}$$适用于绕月卫星,但$$R$$为月球半径,不适用,错误;选项B,第一宇宙速度$$v = \sqrt{gR}$$,错误;选项C,绕月速度$$v = \sqrt{\frac{GM}{r}}$$,正确;选项D,卫星受重力(万有引力)作用,错误。因此正确答案为C。

7. 解析:选项A,卫星轨道高度550 km,运行速度小于7.9 km/s,错误;选项B,轨道半径越大周期越长,错误;选项C,发射速度需大于第一宇宙速度,正确;选项D,重力加速度随高度增加而减小,错误。因此正确答案为C。

8. 解析:选项A,汽车速度增加时离心力增大,对地面压力减小,错误;选项B,第一宇宙速度为7.9 km/s,8 km/s可绕地球做圆周运动,正确;选项C,最小周期为近地轨道周期约85分钟,错误;选项D,航天汽车中物体失重,无法用弹簧测力计测量重力,错误。因此正确答案为B。

9. 解析:根据自由落体公式$$h = \frac{1}{2}gt^2$$可求出表面重力加速度$$g$$,结合$$g = \frac{GM}{R^2}$$可求出质量$$M$$;第一宇宙速度$$v = \sqrt{gR}$$可求出;同步卫星轨道半径需知道周期,题目中自转周期$$T$$已知,可求出;物体受到的万有引力需知道物体质量,题目未给出,无法求出。因此正确答案为D。

10. 解析:选项A,已知火卫二质量$$m$$和火星质量$$M$$(未给出),无法直接求万有引力;选项B,需知道火卫二半径和表面重力加速度,无法求出;选项C,已知轨道半径和火星质量(未给出),无法求出周期;选项D,加速度$$a = \frac{GM}{r^2}$$,火星质量未知,无法求出。因此题目中仅火卫二质量已知,无法求出其他数据,可能题目有误或遗漏条件。
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