高中物理万有引力定律及其应用试题

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

2021年2月，执行我国火星探测任务的"天问一号"探测器在成功实施三次近火制动后，进入运行周期约为1.8×10 ⁵s的椭圆形停泊轨道，轨道与火星表面的最近距离约为2.8×10 ⁵m。已知火星半径约为3.4×10 ⁶m，火星表面处自由落体的加速度大小约为3.7 m/s ²，则"天问一号"的停泊轨道与火星表面的最远距离约为（   ）

A．

6×10 ^5m

B．

6×10 ^6m

C．

6×10 ^7m

D．

6×10 ^8m

2018年2月，我国500m口径射电望远镜（天眼）发现毫秒冲量"J0318+0253",其自转周期T=5.19ms。假设星体为质量均匀分布的球体，已知万有引力常量为 $6.67\times {10}^{-11}N\cdot m^2/k{g}^2$ 。以周期T稳定自转的星体的密度最小值约为（ ）

A．

$5\times {10}^4\mathit{kg}/m^3$

B．

$5\times {10}^{12}\mathit{kg}/m^3$

C．

$5\times {10}^{15}\mathit{kg}/m^3$

D．

$5\times {10}^{18}\mathit{kg}/m^3$

若一均匀球形星体的密度为 $\rho$ ，引力常量为 $G$ ，则在该星体表面附近沿圆轨道绕其运动的卫星的周期是 $($ 　　 $)$

A．

$\sqrt{\frac{3\pi }{\mathit{G\rho }}}$

B．

$\sqrt{\frac{4\pi }{\mathit{G\rho }}}$

C．

$\sqrt{\frac{1}{3\mathit{\pi G\rho }}}$

D．

$\sqrt{\frac{1}{4\mathit{\pi G\rho }}}$

"嫦娥四号"探测器于2019年1月在月球背面成功着陆，着陆前曾绕月球飞行，某段时间可认为绕月做匀速圆周运动，圆周半径为月球半径的 $K$ 倍。已知地球半径 $R$ 是月球半径的 $P$ 倍，地球质量是月球质量的 $Q$ 倍，地球表面重力加速度大小为 $g$ 。则"嫦娥四号"绕月球做圆周运动的速率为 $($ 　　 $)$

A．

$\sqrt{\frac{\mathit{RKg}}{\mathit{QP}}}$

B．

$\sqrt{\frac{\mathit{RPKg}}{Q}}$

C．

$\sqrt{\frac{\mathit{RQg}}{\mathit{KP}}}$

D．

$\sqrt{\frac{\mathit{RPg}}{\mathit{QK}}}$

为了探测引力波，"天琴计划"预计发射地球卫星P，其轨道半径约为地球半径的16倍；另一地球卫星Q的轨道半径约为地球半径的4倍。P与Q的周期之比约为（ ）

A. 2:1 B. 4:1 C. 8:1 D. 16:1

科学家对银河系中心附近的恒星 $S2$ 进行了多年的持续观测，给出1994年到2002年间 $S2$ 的位置如图所示。科学家认为 $S2$ 的运动轨迹是半长轴约为1000AU （太阳到地球的距离为 $1\mathit{AU}$ ）的椭圆，银河系中心可能存在超大质量黑洞。这项研究工作获得了2020年诺贝尔物理学奖。若认为 $S2$ 所受的作用力主要为该大质量黑洞的引力，设太阳的质量为 $M$ ，可以推测出该黑洞质量约为（　　）

A．

$4\times 10^{4}M$

B．

$4\times 10^{6}M$

C．

$4\times 10^{8}M$

D．

$4\times 10^{10}M$

金星、地球和火星绕太阳的公转均可视为匀速圆周运动，它们的向心加速度大小分别为 ${\mathrm{a}}_{金}$ 、 ${\mathrm{a}}_{\mathrm{地}}$ 、 ${\mathrm{a}}_{\mathrm{火}}$ ， 它们沿轨道运行的速率分别为 ${\mathrm{v}}_{\mathrm{金}}$ 、 ${\mathrm{v}}_{\mathrm{地}}$ 、 ${\mathrm{v}}_{\mathrm{火}}$ 。已知它们的轨道半径 ${\mathrm{R}}_{\mathrm{金}}<{\mathrm{R}}_{\mathrm{地}}<{\mathrm{R}}_{\mathrm{火}}\mathrm{}$ ， 由此可以判定（ ）            

A．

$\mathrm{ }{\mathrm{a}}_{\mathrm{金}}>{\mathrm{a}}_{\mathrm{地}}>{\mathrm{a}}_{\mathrm{火}}\mathrm{ }$

B．

${\mathrm{a}}_{\mathrm{火}}>{\mathrm{a}}_{\mathrm{地}}>{\mathrm{a}}_{\mathrm{金}}$

C．

${\mathrm{v}}_{\mathrm{地}}>{\mathrm{v}}_{\mathrm{火}}>{\mathrm{v}}_{\mathrm{金}}\mathrm{ }$

D．

${\mathrm{v}}_{\mathrm{火}}>{\mathrm{v}}_{\mathrm{地}}>{\mathrm{v}}_{\mathrm{金}}$

我国将在今年择机执行"天问1号"火星探测任务。质量为 $m$ 的着陆器在着陆火星前，会在火星表面附近经历一个时长为 $t_0$ 、速度由 $v_0$ 减速到零的过程。已知火星的质量约为地球的0.1倍，半径约为地球的0.5倍，地球表面的重力加速度大小为 $g$ ，忽略火星大气阻力。若该减速过程可视为一个竖直向下的匀减速直线运动，此过程中着陆器受到的制动力大小约为 $($ 　　 $)$

A．	$m(0.4g-\frac{v_0}{t_0})$	B．	$m(0.4g+\frac{v_0}{t_0})$
C．	$m(0.2g-\frac{v_0}{t_0})$	D．	$m(0.2g+\frac{v_0}{t_0})$

2017年，人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波，根据科学家们复原的过程，在两颗中星合并前约100s时，它们相距约400km，绕二者连线上的某点每秒转动12圈，将两颗中子星都看作是质量均匀分布的球体，由这些数据、万有引力常量并利用牛顿力学知识，可以估算出这一时刻两颗中子（ ）           

A．

质量之积

B．

质量之和

C．

速率之和

D．

各自的自转角速度

2017年4月，我国成功发射的天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室完成了首次交会对接，对接形成的组合体仍沿天宫二号原来的轨道（可视为圆轨道）运动。与天宫二号单独运行时相比，组合体运行的（    ）

A．

周期变大

B．

速率变大

C．

动能变大

D．

向心加速变大

火星的质量约为地球质量的 $\frac{1}{10}$ ，半径约为地球半径的 $\frac{1}{2}$ ，则同一物体在火星表面与在地球表面受到的引力的比值约为 $($ 　　 $)$

A．

0.2

B．

0.4

C．

2.0

D．

2.5

2019年1月，我国嫦娥四号探测器成功在月球背面软着陆，在探测器"奔向"月球的过程中，用h表示探测器与地球表面的距离，F表示它所受的地球引力，能够描F随h变化关系的图像是（ ）           

A. B.

C. D.

在星球 $M$ 上将一轻弹簧竖直固定在水平桌面上，把物体P轻放在弹簧上端，P由静止向下运动，物体的加速度a与弹簧的压缩量x间的关系如图中实线所示。在另一星球N上用完全相同的弹簧，改用物体Q完成同样的过程，其 $a-x$ 关系如图中虚线所示，假设两星球均为质量均匀分布的球体。已知星球M的半径是星球N的3倍，则(   )

A．M与N的密度相等

B．Q的质量是P的3倍

C．Q下落过程中的最大动能是P的4倍

D．Q下落过程中弹簧的最大压缩量是P的4倍

甲、乙两颗人造卫星质量相等，均绕地球做圆周运动，甲的轨道半径是乙的2倍。下列应用公式进行的推论正确的有 $($ 　　 $)$

A．	由 $v=\sqrt{\mathit{gR}}$ 可知，甲的速度是乙的 $\sqrt{2}$ 倍
B．	由 $a={\omega }^{2}r$ 可知，甲的向心加速度是乙的2倍
C．	由 $F=G\frac{\mathit{Mm}}{r^2}$ 可知，甲的向心力是乙的 $\frac{1}{4}$
D．	由 $\frac{r^3}{T^2}=k$ 可知，甲的周期是乙的 $2\sqrt{2}$ 倍