天体运动计算题

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天体运动计算答题资料

1.（10全国卷1）（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0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0三点始终共线，A和B分别在0的两侧。

引力常数为G。

⑴求两星球做圆周运动的周期。

⑵ 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「°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 W22kg °求T2与「两者平方之比。

（结果保留3位小数）2.（2009年北京卷）已知地球半径为R,地球表面重力加速度为g，不考虑地球自转的影响。

（1）推到第一宇宙速度v i的表达式；（2）若卫星绕地球做匀速圆周运动，运行轨道距离地面高度为h,求卫星的运行周期T °3. （2009年天津卷）2008年12月，天文学家们通过观测的数据确认了银河系中央的黑洞人马座A*”的质量与太阳质量的倍数关系。

研究发现，有一星体 S2绕人马座 A*做椭圆运动，其轨道半长轴为 9.50 102天文单位（地球公转轨道的半径为一个天文单位），人马座 A*就处在该椭圆的一个焦点上。

观测得到S2星的运行周期为15.2年。

（1）若将S2星的运行轨道视为半径 r=9.50 102天文单位的圆轨道，试估算人马座A*的质量M A 是太阳质量M s 的多少倍（结果保留一位有效数字）；（2）黑洞的第二宇宙速度极大，处于黑洞表面的粒子即使以光速运动，其具有的动能也不足以克服黑洞对它的引力束缚。

由于引力的作用，黑洞表面处质量为m 的粒子具有势能为 E p =-G （设粒子在离黑洞无R限远处的势能为零），式中M 、R 分别表示黑洞的质量和半径。

已知引力常量G=6.7 10-11Nm 2/kg 2，光速c=3.0 108m/s ,太阳质量 M s =2.0 103°kg ，太阳半径 R s =7.0 108m ，不考虑相对论效应，利用上问结果，在经典力学范围内求人马座A*的半径R A 与太阳半径R g 之比应小于多少（结果按四舍五入保留整数）。

专题10 天体运动(原卷版)

专题10 天体运动目录题型一开普勒定律的应用 ........................................................................................................................................ 1 题型二万有引力定律的理解 (2)类型1 万有引力定律的理解和简单计算.......................................................................................................... 3 类型2 不同天体表面引力的比较与计算.......................................................................................................... 3 类型3 重力和万有引力的关系 ......................................................................................................................... 3 类型4 地球表面与地表下某处重力加速度的比较与计算 .............................................................................. 4 题型三天体质量和密度的计算 .. (5)类型1 利用“重力加速度法”计算天体质量和密度 .......................................................................................... 5 类型2 利用“环绕法”计算天体质量和密度 ...................................................................................................... 6 类型3 利用椭圆轨道求质量与密度 ................................................................................................................. 7 题型四卫星运行参量的分析 (8)类型1 卫星运行参量与轨道半径的关系........................................................................................................ 8 类型2 同步卫星、近地卫星及赤道上物体的比较 ...................................................................................... 10 类型3 宇宙速度 ............................................................................................................................................... 11 题型五卫星的变轨和对接问题 (12)类型1 卫星变轨问题中各物理量的比较........................................................................................................ 13 类型2 卫星的对接问题 ................................................................................................................................... 14 题型六天体的“追及”问题 ....................................................................................................................................... 15 题型七星球稳定自转的临界问题 .......................................................................................................................... 17 题型八双星或多星模型 (17)类型1 双星问题 ............................................................................................................................................. 18 类型2 三星问题 ............................................................................................................................................... 19 类型4 四星问题 .. (20)题型一开普勒定律的应用【解题指导】1．行星绕太阳运动的轨道通常按圆轨道处理．2.由开普勒第二定律可得12Δl 1r 1＝12Δl 2r 2，12v 1·Δt ·r 1＝12v 2·Δt ·r 2，解得v 1v 2＝r 2r 1，即行星在两个位置的速度之比与到太阳的距离成反比，近日点速度最大，远日点速度最小．3．开普勒第三定律a 3T 2＝k 中，k 值只与中心天体的质量有关，不同的中心天体k 值不同，且该定律只能用在同一中心天体的两星体之间．【例1】(2022·山东潍坊市模拟)中国首个火星探测器“天问一号”，已于2021年2月10日成功环绕火星运动。

天体运动计算题

天体的有关计算题（主要复习）1..火箭发射卫星的开始阶段是竖直升空的运动，设向上的加速度a=5m/s 2，卫星中用弹簧秤悬挂一个质量m=9kg 的物体，当卫星升到某高处时，弹簧秤的示数为85N 那么此时卫星距地面的高度是多少千米？（地球半径取R=6400km,g 取10m/s 2）设物体上升的高度为h ，由万有引力定律：mg Rm GM =⋅2①'mg )h R (m GM 2=+⋅ ②物体在高h 处的动力学方程是：F －mg´=ma ③由以上三式可解得h=3.2×103km.2.一宇航员在某一行星的极地着陆时，发现自己在当地的重力是在地球上重力的0.01倍，进一步研究还发现，该行星一昼夜的时间与地球相同，而且物体在赤道上似乎完全失去了重力，试计算这一行星的半径R ．（结果保留两位有效数字）．由R T m mg 22'⎪⎭⎫⎝⎛=π，又g g 01.0'=得222214.34864008.901.04gT 01.0⨯⨯⨯==πR m ≈1.8×107m3．随着现代科学技术的飞速发展，广寒宫中的嫦娥将不再寂寞，古老的月球即将留下中华儿女的足迹。

航天飞机作为能往返于地球与太空，可以重复使用的太空飞行器，倍受人们的喜爱。

宇航员现欲乘航天飞机对在距月球表面h 高的圆轨道上运行的月球卫星进行维修。

试根据你所学的知识回答下列问题：（1）试求维修卫星时航天飞机的速度。

（2）已知地球自转周期为T 0，则该卫星每天可绕月球转几圈？已知月球半径R ，月球表重力加速度为g m ，计算过程中可不计地球引力的影响，计算结果用h 、R 、g m 、T 0等表示。

（1）根据万有引力定律，在月球上的物体2RGmM mgm月= ① （2分）卫星绕月球作圆周运动，设速度为v ，则()()h R vmh R MmG+=+22② （2分）①②式联立解得：()h R gRv ＋2=（2分）航天飞机与卫星在同一轨道，速度与卫星速度相同（2分）（2）设卫星运动周期为T ，则()()h R T m h R MmG+⎪⎭⎫⎝⎛=+222π （2分）解得：()()23322Rg h R GMh R T m +=ππ＋＝（2分）则每天绕月球运转的圈数为()32002h R gRT TT +=π（2分）4.一组太空人乘坐太空穿梭机，去修理位于离地球表面6.0×105m 的圆形轨道上的哈勃太空望远镜H ，机组人员使穿梭机S 进入与H 相同的轨道并关闭助推火箭，而望远镜则在穿梭机前方数公里处，如图4-3-4所示，设G 为引力常量而M 为地球质量（已知地球半径为6.4×106m ）⑴在穿梭机内，一质量为70kg 的太空人的视重是多少？ ⑵计算轨道上的重力加速度及穿梭机在轨道上的速率和周期． ⑶穿梭机须首先进入半径较小的轨道，才有较大的角速度以超前望远镜，试判断穿梭机要进入较低轨道时应增加还是减小其原有速率，说明理由．⑴穿梭机内的人处于完全失重状态，故视重为零． ⑵由2RMm Gmg =，得2rGM =g ，则2''r GM g =，84.0)104.6100.6()104.6(''2652622=⨯+⨯⨯==r rgg ，故g g 84.0'=＝0.84×9.8m/s 2=8.2m/s 2；5.如图所示，某次发射同步卫星时，先进入一个近地的圆轨道，然后在P 点点火加速，进入椭圆形转移轨道（该椭圆轨道的近地点为近地圆轨道上的P ，远地点为同步轨道上的Q ），到达远地点时再次自动点火加速，进入同步轨道。

天体运动经典例题含答案

1.人造地球卫星做半径为r ，线速度大小为v 的匀速圆周运动。

当其角速度变为原来的24倍后，运动半径为_________，线速度大小为_________。

【解析】由22Mm Gm r rω=可知，角速度变为原来的24倍后，半径变为2r ，由v r ω=可知，角速度变为原来的24倍后，线速度大小为22v 。

【答案】2r ，22v 2.一卫星绕某一行星表面附近做匀速圆周运动，其线速度大小为v假设宇航员在该行星表面上用弹簧测力计测量一质量为m 的物体重力，物体静止时，弹簧测力计的示数为0N，已知引力常量为G,则这颗行星的质量为A ．2GNmv B.4GNmvC ．2GmNv D.4GmNv【解析】卫星在行星表面附近做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，根据牛顿第二定律有R v m M G 2/2/R m =，宇航员在行星表面用弹簧测力计测得质量为m 的物体的重为N ，则 N M G =2Rm ，解得M=GN4mv ，B 项正确。

【答案】B3.如图所示，在火星与木星轨道之间有一小行星带。

假设该带中的小行星只受到太阳的引力，并绕太阳做匀速圆周运动。

下列说法正确的是 A.太阳对小行星的引力相同B.各小行星绕太阳运动的周期小于一年C.小行星带内侧小行星的向心加速度值大于小行星带外侧小行星的向心加速度值D.小行星带内各小行星圆周运动的线速度值大于地球公转的线速度值【答案】C 【解析】根据行星运行模型，离地越远，线速度越小，周期越大，角速度越小，向心加速度等于万有引力加速度，越远越小，各小行星所受万有引力大小与其质量相关，所以只有C 项对。

4.宇航员在地球表面以一定初速度竖直上抛一小球,经过时间t 小球落回原处;若他在某星球表面以相同的速度竖直上抛同一小球,需经过时间5t 小球落回原处.(取地球表面重力加速度g=10 m/s 2,空气阻力不计)(1)求该星球表面附近的重力加速度g ′.(2)已知该星球的半径与地球半径之比为R 星∶R 地=1∶4,求该星球的质量与地球质量之比M 星∶M 地.答案 (1)2 m/s2 (2)1∶80解析 (1)在地球表面竖直上抛小球时,有t =g 02v ,在某星球表面竖直上抛小球时,有5t ='20g v所以g ′=g51=2 m/s2(2)由G801)41(51',,22222=⨯====地星地星所以得gR R g M M G gR M mg R Mm 5.关于卡文迪许扭秤实验对物理学的贡献，下列说法中正确的是（）A ．发现了万有引力的存在B ．解决了微小力的测定问题C ．开创了用实验研究物理的科学方法D ．验证了万有引力定律的正确性6.假设地球是一半径为R.质量分布均匀的球体。

天体运动习题及答案

天体运动习题及答案1.假设某行星绕太阳运转的轨道半径为r，周期为T，引力常量为G，则可求得太阳的质量。

根据牛顿第二定律和万有引力定律，行星受到的向心力为F=GMm/r^2，其中M为太阳质量，m为行星质量。

又因为行星做匀速圆周运动，所以F=ma=m4π^2r/T^2.将两个式子相等，解得M=4π^2r^3/GT^2.2.该星球的质量将是地球质量的64倍。

根据牛顿万有引力定律，重力加速度与质量成正比，与距离平方成反比。

设该星球质量为M，半径为r，则重力加速度为GM/r^2.又因为重力加速度是地球的4倍，所以GM/r^2=4GM/R^2，解得M=64M。

3.正确选项为AB。

根据牛顿万有引力定律，行星表面重力加速度与行星质量和半径成正比。

因为火星质量是地球质量的十分之一，直径是地球的一半，所以表面重力加速度是地球的约三成。

行星公转周期与轨道半径的三次方成正比，所以火星公转周期比地球长。

4.该行星的平均密度为3πGT^2/4.根据牛顿万有引力定律，宇宙飞船做匀速圆周运动的向心力为F=mv^2/r=GMm/r^2，其中m为行星质量，v为宇宙飞船的速度。

又因为周期T=2πr/v，所以可以解得m=4π^2r^3/GT^2.将行星质量代入密度公式ρ=m/V，其中V为行星体积，代入球体积公式V=4/3πr^3，解得密度为3πGT^2/4.5.能够计算出火星的密度和火星表面的重力加速度。

根据开普勒第三定律，T^2/r^3=4π^2/GM，其中M为火星质量。

又因为探测器在不同高度的轨道上运动，所以可以利用万有引力定律计算出火星的质量和表面重力加速度。

6.正确选项为D。

根据牛顿第二定律和万有引力定律，物体做匀速圆周运动的向心力为F=mv^2/r=GMm/r^2，其中m为物体质量，v为物体速度。

同步卫星和近地卫星的运动速度和周期可以利用牛顿第二定律和开普勒第三定律计算得出。

7.确信卫星与“神舟七号”的线速度大小之比为1∶2.根据牛顿第二定律和万有引力定律，物体做匀速圆周运动的向心力为F=mv^2/r=GMm/r^2，其中m为物体质量，v为物体速度。

《万有引力与天体运动》习题及答案

地球abc 万有引力航天一、“中心天体－圆轨道”模型【应用知识】由万有引力提供环绕天体做圆周运动的向心力，据牛顿第二定律列出圆周运动的动力学方程。

1、对中心天体可求质量和密度2、对环绕天体可求线速度、角速度、周期、向心加速度、向心力、轨道所在处的重力加速度3、可求第一宇宙速度例1．如图所示，a 、b 、c 是环绕地球在圆形轨道上运行的3颗人造卫星，它们质量关系是m a =m b ＜m c ，则： A ．b 、c 的线速度大小相等，且大于a 的线速度 B ．b 、c 的周期相等，且小于a 的周期C ．b 、c 的向心加速度大小于相等，且大于a 的向心加速度D ．b 所需向心力最小例2、我国将要发射一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥1号”。

设该卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面。

已知月球的质量约为地球质量的181 ，月球的半径约为地球半径的14,地球上的第一宇宙速度约为7.9km/s ，则该探月卫星绕月运行的速率约为( D )A .0.4km/sB .1.8km/sC .11km/sD .36km/s二、“同步卫星”模型同步卫星具有四个一定1、定轨道平面2、定运行周期：T ＝24h3、定运动高度：km R GMT h 4322106.34⨯=-=π4、定运行速率：s km /0.3=υ例3．某颗地球同步卫星正下方的地球表面上有一观察者，他用天文望远镜观察被太阳照射的此卫星，试问，春分那天（太阳光直射赤道）在日落12h 内有多长时间该观察者看不见此卫星？已知地球半径为R ，地球表面处的重力加速度为g ，地球的自转周期为T ，不考虑大气对光的折射。

例4．地球赤道上有一物体随地球的自转而做圆周运动，所受的向心力为F 1，向心加速度为a 1，线速度为v 1，角速度为ω1;绕地球表面附近做圆周运动的人造卫星受的向心力为F 2，向心加速度为a 2，线速度为v 2，角速度为ω2;地球同步卫星所受的向心力为F 3，向心加速度为a 3，线速度为v 3，角速度为ω3.地球表面重力加速度为g ，第一宇宙速度为v ，假设三者质量相等.则（）A.F 1=F 2＞F 3B.a 1=a 2=g ＞a 3 3122)4arcsin(gT R T t ππ=C.v 1=v 2=v ＞v 3D.ω1=ω3＜ω2三、“天体相遇”模型两天体相遇，实际上是指两天体相距最近，条件是)3,2,1(221 ==-n n t t πωω 两天体相距最远，条件是)3,2,1()12(21 =-=-n n t t πωω例5．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ω0，地球表面的重力加速度为g ，O 为地球中心。

天体运动典型例题

题型一、填补法思想例1.如图7-3-1所示，在一个半径为R、质量为M的均匀球体中，紧贴球的边缘挖去一个半径为R/2的球形空穴后，剩余的阴影部分对位于球心和空穴中心连线上、与球心相距d的质点m的引力是多大?练1、如图，P、Q为某地区水平地面上的两点，在P点正下方一球形区域内储藏有石油，假定区域周围岩石均匀分布，密度为ρ；石油密度远小于ρ，可将上述球形区域视为空腔．如果没有这一空腔，则该地区重力加速度（正常值）沿竖直方向；当存在空腔时，该地区重力加速度的大小和方向会与正常情况有微小偏高．重力加速度在原竖直方向（即PO方向）上的投影相对于正常值的偏离叫做“重力加速度反常”．为了探寻石油区域的位置和石油储量，常利用P点附近重力加速度反常现象．已知引力常数为G．（1）设球形空腔体积为V，球心深度为d（远小于地球半径），PQ=x，求空腔所引起的Q点处的重力加速度反常．（2）若在水平地面上半径L的范围内发现：重力加速度反常值在g与kg（k＞1）之间变化，且重力加速度反常的最大值出现在半为L的范围的中心，如果这种反常是由于地下存在某一球形空腔造成的，试求此球形空腔球心的深度和空腔的体积．题型二、天体质量和密度的计算2、已知月球半径为R，飞船在距月球表面高度为R的圆轨道上飞行，周期为T．万有引力常量为G，下列说法正确的是（）A.月球第一宇宙速度为B.月球表面重力加速度为C.月球密度为D.月球质量为练2、据报道在太阳系之外发现了一颗可能适合人类居住的类地行星，天文学观察发现绕行星做圆周运动的卫星的轨道半径为月球绕地球做圆周运动半径的p 倍，周期为月球绕地球做圆周运动周期的q倍．已知地球半径为R，表面重力加速度为g．万有引力常量为G，则行星的质量为A．B．C．D．练3、为了测量某行星的质量和半径，宇航员记录了登陆舱在该行星表面做圆周运动的周期T，登陆舱在行星表面着陆后，用弹簧称称量一个质量为m的砝码读数为N。

已知引力常量为G。

专题：天体运动练习

专题：天体运动习题1、一行星绕恒星做圆周运动．由天文观测可得，其运行周期为T，速度为v，引力常量为G，则（）A．恒星的质量为v3T /2πGB．行星的质量为4π2v3 /GT2C．行星运动的轨道半径为vT /pD．行星运动的加速度为2πv /T2、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3、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．卫星距地面的高度为（3 GMT2 /4π2）1/3B．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GMm /R2D．卫星运行的向心加速度小于地球表面的重力加速度4、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5、卫星电话信号需要通地球同步卫星传送．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3.8×105 k m，运行周期约为27天，地球半径约为6400千米，无线电信号传播速度为3x108m/s）（）A．0.1s B．0.5s C．0.25s D．1s6、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v＝（GM /R）1/2 B．角速度w＝（gR）1/2C．运行周期T＝2π（R /g）1/2 D．向心加速度a＝Gm /R27、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M＝4π2r13 /GT1 2B．X星球表面的重力加速度为gx＝4π2r1 /T1 2C．登陆舱在r1与r2轨道上运动时的速度大小之比为v1 /v2＝( m1r2 /m2r1)1/2 D．登陆舱在半径为r2轨道上做圆周运动的周期为T2＝T1 (r 23/r 13)1/28、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9、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，如图所示．该行星与地球的公转半径比为（）A、( N+1/N )2/3B、( N/ N-1)2/3C、( N+1/N )3/2D、( N/ N-1)3/210、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，设北斗星的同步卫星和GPS导航的轨道半径分别为R1和R2，向心加速度分别为a1和a2，则R1：R2= 、a1：a2= （可用根式表示）11、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。

物理天体运动试题及答案

物理天体运动试题及答案一、选择题1. 以下哪项是描述天体运动的物理定律？A. 牛顿第一定律B. 牛顿第二定律C. 牛顿第三定律D. 牛顿万有引力定律答案：D2. 地球绕太阳公转的周期大约是：A. 24小时B. 365天C. 1年D. 12个月答案：B3. 以下哪项不是开普勒行星运动定律的内容？A. 行星沿椭圆轨道绕太阳运动B. 行星公转周期的平方与轨道半长轴的立方成正比C. 行星公转速度与轨道半径成反比D. 行星公转速度与轨道半径成正比答案：D二、填空题4. 地球的自转周期是____小时。

答案：245. 地球绕太阳公转的轨道形状是____。

答案：椭圆三、简答题6. 简述牛顿万有引力定律的主要内容。

答案：牛顿万有引力定律指出，任何两个物体之间都存在引力，其大小与两物体质量的乘积成正比，与两物体间距离的平方成反比。

7. 描述一下地球的自转和公转对我们的生活有什么影响。

答案：地球的自转导致了昼夜交替和时间的差异，而地球的公转则导致了季节的变化和太阳高度角的变化。

四、计算题8. 已知地球质量为5.97×10^24千克，月球质量为7.34×10^22千克，地月平均距离为3.84×10^8米。

根据万有引力定律，计算地月之间的引力大小。

答案：根据万有引力定律，F = G * (m1 * m2) / r^2，其中G为万有引力常数，取值6.674×10^-11 N(m/kg)^2。

代入数值计算得：F = 6.674×10^-11 * (5.97×10^24 * 7.34×10^22) /(3.84×10^8)^2F ≈ 2×10^20 N五、论述题9. 论述开普勒行星运动定律对天文学和物理学的影响。

答案：开普勒行星运动定律揭示了行星运动的规律，不仅为天文学提供了精确的行星位置预测方法，也为牛顿后来提出万有引力定律奠定了基础。

天体运动典型题

问题1：会讨论重力加速度g随离地面高度h的变化情况。

例1、设地球表面的重力加速度为g,物体在距地心4R（R是地球半径）处，由于地球的引力作用而产生的重力加速度g,，则g/g,为A、1；B、1/9；C、1/4；D、1/16。

问题2：会用万有引力定律求天体的质量。

通过观天体卫星运动的周期T和轨道半径r或天体表面的重力加速度g和天体的半径R，就可以求出天体的质量M。

例2、已知地球绕太阳公转的轨道半径r=1.49⨯1011m, 公转的周期T=3.16⨯107s,求太阳的质量M。

例3、(抛体运动与万有引力)宇航员在一星球表面上的某高处，沿水平方向抛出一小球。

经过时间t，小球落到星球表面，测得抛出点与落地点之间的距离为L。

若抛出时初速度增大到2倍，则抛出点与落地点之间的距离为3L。

已知两落地点在同一水平面上，该星球的半径为R，万有引力常数为G。

求该星球的质量M。

问题3：会用万有引力定律求卫星的高度。

通过观测卫星的周期T和行星表面的重力加速度g及行星的半径R可以求出卫星的高度。

例4、已知地球半径约为R=6.4⨯106m,又知月球绕地球的运动可近似看作匀速圆周运动，则可估算出月球到地球的距离约m.(结果只保留一位有效数字)。

问题4：会用万有引力定律计算天体的平均密度。

通过观测天体表面运动卫星的周期T，，就可以求出天体的密度ρ。

例5、如果某行星有一颗卫星沿非常靠近此恒星的表面做匀速圆周运动的周期为T，则可估算此恒星的密度为多少?例6、一均匀球体以角速度ω绕自己的对称轴自转，若维持球体不被瓦解的唯一作用力是万有引力，则此球的最小密度是多少？问题5：会用万有引力定律推导恒量关系式。

例7、行星的平均密度是ρ，靠近行星表面的卫星运转周期是T，试证明：ρT2是一个常量，即对任何行星都相同。

例8、设卫星做圆周运动的轨道半径为r,运动周期为T，试证明：23Tr是一个常数，即对于同一天体的所有卫星来说，23Tr均相等。

问题6. 宇宙空间站上的“完全失重”问题例9. 假定宇宙空间站绕地球做匀速圆周运动，则在空间站上，下列实验不能做成的是：A、天平称物体的质量B、用弹簧秤测物体的重量C、用测力计测力D、用水银气压计测飞船上密闭仓内的气体压强E、用单摆测定重力加速度F、用打点计时器验证机械能守恒定律问题7. “双星”“三星”问题例10. 天文学中把两颗距离比较近，又与其它星体距离比较远的星体叫做双星，双星的间距是一定的。

高中物理必修二第二章天体运动习题.

必修二：第二章天体运动习题（一）1．宇航员在围绕地球作匀速圆周运动的航天飞机中，会处于完全失重状态，下列说法中正确的是（）A 宇航员仍受重力作用B 宇航员受力平衡C 重力为向心力D 宇航员不受任何力作用2．行星绕恒星运动的椭圆轨道的半长轴R 的三次方与周期T 的平方的比值为常量，设23TR =k ，则k 的大小( )A ．只与恒星的质量有关B ．与恒星的质量及行星的质量有关系C ．只与行量的质量有关系D ．与恒星的质量及行星的速度有关系3.我国的“神舟七号”飞船于2008年9月25日晚9时10分载着3名宇航员顺利升空，并成功“出舱”和安全返回地面．当“神舟七号”在绕地球做半径为r 的匀速圆周运动时，设飞船舱内质量为m 的宇航员站在可称体重的台秤上．用R 表示地球的半径，g 表示地球表面处的重力加速度，g ′表示飞船所在处的重力加速度，N 表示航天员对台秤的压力，则下列关系式中正确的是( )A ．g ′＝0B ．g ′＝R 2r 2gC ．N ＝mgD ．N ＝R rmg 4．关于地球同步通讯卫星，下述说法正确的是A 已知它的质量为1t ，若增为2t ，其同步轨道半径将变为原来的2倍B 它的运行速度应为第一宇宙速度C 它可以通过北京的正上方D 地球同步通讯卫星的轨道是唯一的，在赤道上方一定高度处5．宇宙飞船要与轨道空间站对接，飞船为了追上轨道空间站A 只能从较低轨道上加速B 只能从较高轨道上加速C 只能从空间站同一高度轨道上加速D 无论在什么轨道上，只要加速都行6．宇宙飞船到了月球上空后以速度v 绕月球作圆周运动，如右图所示，为了使飞船落在月球的B 点，在轨道的A 点火箭发动器作出短时间发动，向外喷射高温燃气。

喷气的方向A 与v 的方向一致B 与v 的方向相反C 垂直v 的方向向右D 垂直v 的方向向左7.“神舟六号”飞行到第５圈时，在地面指挥控制中心的控制下，由近地点250km 圆形轨道1经椭圆轨道2转变到远地点350km 的圆轨道3。

天体运动练习题

天体运动练习题一、选择题1. 根据开普勒第三定律，如果一个行星的轨道半径是另一个行星的4倍，那么它的公转周期是另一个行星的多少倍？A. 1倍B. 2倍C. 8倍D. 16倍2. 下列哪个天体是太阳系内最大的行星？A. 火星B. 木星C. 土星D. 地球3. 地球的自转周期是多少小时？A. 12小时B. 24小时C. 48小时D. 72小时4. 以下哪个选项是描述地球公转轨道的形状？A. 圆形B. 椭圆形C. 抛物线D. 双曲线5. 太阳系中，哪个行星的自转速度最快？A. 金星B. 火星C. 水星D. 木星二、填空题6. 根据开普勒第一定律，所有行星绕太阳的轨道都是_________。

7. 地球的公转轨道的偏心率大约是_________。

8. 月球绕地球公转的周期大约是_________天。

9. 太阳系中，距离太阳最近的行星是_________。

10. 地球的自转轴与公转轨道平面的倾角大约是_________度。

三、简答题11. 简述开普勒的行星运动三定律。

12. 为什么我们不能在地球上看到月球的背面？13. 描述地球的公转和自转对季节变化的影响。

四、计算题14. 已知火星的轨道半径是地球轨道半径的1.5倍，如果地球的公转周期是365.25天，计算火星的公转周期。

五、论述题15. 论述太阳系的形成过程及其对行星轨道和特性的影响。

六、案例分析题16. 假设你是一名天文学家，你观察到一颗新发现的系外行星，它的轨道周期是4地球年。

根据开普勒第三定律，估算这颗行星的轨道半径，并讨论可能的气候条件。

七、实验设计题17. 设计一个实验来模拟地球的自转和公转，并解释如何通过实验观察到季节的变化。

八、综合应用题18. 假设你是一名宇航员，正在执行前往火星的任务。

请描述在火星上可能遇到的环境挑战，并提出相应的解决方案。

九、开放性问题19. 考虑到天体运动的复杂性，你认为未来的天文学研究将如何利用人工智能技术来解决现有问题？十、创新思维题20. 如果你有机会设计一个全新的太阳系模型，你将如何安排各个行星的位置和特性，以支持人类在其他行星上的居住？请提供你的设计理念和科学依据。

新编《天体运动》精选计算题(含答案)

新编《天体运动》计算题1.宇航员站在一星球表面上的某高处，沿水平方向抛出一个小球，经过时间t, 小球落到星球表面，测得抛出点与落地点之间的距离为L．若抛出时的初速增大到2倍，则抛出点与落地点之间的距离为3L．已知两落地点在同一水平面上，该星球的半径为R，万有引力常数为G，求该星球的质量M．解：设抛出点的高度为h，第一次抛出时水平射程为x；当初速度变为原来2倍时，水平射程为2x，如图所示由几何关系可知：L2＝h2＋x2①(L)2＝h2＋(2x)2②①②联立，得：h＝L设该星球表面的重力加速度为g则竖直方向h＝gt2③又因为＝mg(或GM＝gR2) ④由③④联立，得M＝2.在地球某处海平面上测得物体自由下落高度h所需的时间为t，到某高山顶测得物体自由落体下落相同高度所需时间增加了t ，已知地球半径为R，求山的高度。

解析:有（1）（ 3）（2）（4）由以上各式可以得出3.人类对宇宙的探索是无止境的。

随着科学技术的发展，人类可以运送宇航员到遥远的星球去探索宇宙奥秘。

假设宇航员到达了一个遥远的星球，此星球上没有任何气体。

此前，宇航员乘坐的飞船绕该星球表面运行的周期为T ，着陆后宇航员在该星球表面附近从h 高处以初速度0v 水平抛出一个小球，测出小球的水平射程为L ，已知万有引力常量为G 。

（1）求该星球的密度；（2）若在该星球表面发射一颗卫星，那么发射速度至少为多大？【解析】（1）在星球表面 2224GMm m R R T π= 又 mg R GMm=2343R M πρ= 解得 23GT πρ=另得到：224gT R π=（2）设星球表面的重力加速度为g ，小球的质量为m ，小球做平抛运动，故有 221gt h =w t v L 0=_ 解得 222Lhv g = 该星球表面处的最小发射速度即为该星球的第一宇宙速度，设为为v ，设卫星的质量为1m ，则在星球表面 2112m M v G m R R =又 112m M G m g R= 则 v gR =代入（1）问中的R 解得22L hTv v π= 。

天体运动训练题

1.已知地球半径为R ，地球表面的重力加速度为g ，不考虑地球自转的影响．求：（1）地球第一宇宙速度v 1的表达式；（2）若地球自转周期为T ，计算地球同步卫星距离地面的高度h ．解：（1）第一宇宙速度等于近地卫星的环绕速度，对近地卫星列牛顿第二定律方程有解得第一宇宙速度（2）对地球的同步卫星的万有引力提供向心力，列牛顿第二定律方程有式中 GM=gR 2联立解得 h=﹣R2.人类第一次登上月球时，宇航员在月球表面做了一个实验：将一片羽毛和一个铁锤从同一个高度由静止同时释放，二者几乎同时落地．若羽毛和铁锤是从高度为h 处下落，经时间t 落到月球表面．已知引力常量为G ，月球的半径为R ．（1）求月球表面的自由落体加速度大小g 月；（2）若不考虑月球自转的影响，求：a ．月球的质量M ；b ．月球的“第一宇宙速度”大小v ． 3.在半径R=5 000km 的某星球表面，宇航员做了如下实验，实验装置如图甲所示．竖直平面内的光滑轨道由轨道AB 和圆弧轨道BC 组成，将质量m=0.2kg 的小球，从轨道AB 上高H 处的某点由静止滑下，用力传感器测出小球经过C 点时对轨道的压力F ，改变H 的大小，可测出相应的F 大小，F 随H 的变化关系如图乙所示．求：（1）圆轨道的半径及星球表面的重力加速度．（2）该星球的第一宇宙速度．（3）从轨道AB 上高H 处的某点由静止释放小球，要使小球不脱离轨道，H 的范围是多少？解：（1）月球表面附近的物体做自由落体运动月球表面的自由落体加速度大小（2）a ．若不考虑月球自转的影响月球的质量b ．质量为m'的飞行器在月球表面附近绕月球做匀速圆周运动月球的“第一宇宙速度”大小解：(1)小球过C点时满足又根据联立解得由图可知：H1=0.5m时，F1=0可解得r=0.2m ；H2=1.0m时F2=5N，可以解得g=5m/s2(2)据可解得：（3）要使小球不脱离轨道，当小球从与小于或等于半径高处释放，小球将运动到的最大高度为与半径等高处，此过程小球不会脱离轨道，所以小球释放高度为H≤0.2m。

(完整版)4.19天体运动综合习题(带答案)

天体运动一、关于重力加速度1. 地球半径为R0，地面处重力加速度为g0,那么在离地面高h处的重力加速度是（）A. R hR h g2220 ++() B. RR hg220()+C. hR hg220()+D. R hR hg20()+二、求中心天体的质量2.已知引力常数G和下列各组数据，能计算出地球质量的是（）A．地球绕太阳运行的周期及地球离太阳的距离 B．月球绕地球运行的周期及月球离地球的距离C. 人造地球卫星在地面附近绕行的速度及运行周期D．若不考虑地球自转，己知地球的半径及重力加速度三、求中心天体的密度3.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，观测到它的自转周期为T，问：该中子星的最小密度应是多少才能维持该星体的稳定，不致因自转而瓦解。

计算时星体可视为均匀球体。

四、卫星中的超失重(求卫星的高度)4. m = 9kg 的物体在以a = 5m/s2 加速上升的火箭中视重为85N， ,则火箭此时离地面的高度是地球半径的_________倍（地面物体的重力加速度取10m/s2)5.地球同步卫星到地心的距离可由r 3 = a 2b2c / 4π2求出，已知a 的单位是m， b 的单位是s， c 的单位是m/ s2，请确定a、b、c 的意义？五、求卫星的运行速度、周期、角速度、加速度等物理量6.两颗人造地球卫星的质量之比为1：2，轨道半径之比为3：1，求其运行的周期之比为（）；线速度之比为（），角速度之比为（）；向心加速度之比为（）；向心力之比为（）。

7.地球的第一宇宙速度为v1，若某行星质量是地球质量的4倍，半径是地球半径的1/2倍，求该行星的第一宇宙速度。

8.同步卫星离地心距离r，运行速率为V1，加速度为a1,地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a2,线速度为V2，第一宇宙速度为V3，以第一宇宙速度运行的卫星向星加速度为a3，地球半径为R，则（）A.a1/a2=r/RB.a3>a1>a2C.V1/V2=R/rD. V3>V1>V2六、双星问题9.两个星球组成双星。

天体运动习题附详细标准答案

1．若知道太阳地某一颗行星绕太阳运转地轨道半径为r ，周期为T ，引力常量为G ，则可求得( B)A ．该行星地质量B ．太阳地质量C ．该行星地平均密度D ．太阳地平均密度2．有一星球地密度与地球地密度相同，但它表面处地重力加速度是地面表面处重力加速度地4倍，则该星球地质量将是地球质量地(D )A .14B ．4倍C ．16倍D ．64倍3．火星直径约为地球直径地一半，质量约为地球质量地十分之一，它绕太阳公转地轨道半径约为地球绕太阳公转半径地1.5倍．根据以上数据，下列说法中正确地是(AB )A ．火星表面重力加速度地数值比地球表面小B ．火星公转地周期比地球地长C ．火星公转地线速度比地球地大D ．火星公转地向心加速度比地球地大4．若有一艘宇宙飞船在某一行星表面做匀速圆周运动，设其周期为T ，引力常量为G ，那么该行星地平均密度为(B )A .GT 23πB .3πGT 2C .GT 24πD .4πGT 25．为了对火星及其周围地空间环境进行监测，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h 1和h 2地圆轨道上运动时，周期分别为T 1和T 2.火星可视为质量分布均匀地球体，且忽略火星地自转影响，引力常量为G .仅利用以上数据，可以计算出( A )A ．火星地密度和火星表面地重力加速度B ．火星地质量和火星对“萤火一号”地引力C ．火星地半径和“萤火一号”地质量D ．火星表面地重力加速度和火星对“萤火一号”地引力6．设地球半径为R ，a 为静止在地球赤道上地一个物体，b 为一颗近地绕地球做匀速圆周运动地人造卫星，c 为地球地一颗同步卫星，其轨道半径为r.下列说法中正确地是( D )A ．a 与c 地线速度大小之比为r RB ．a 与c 地线速度大小之比为R rC ．b 与c 地周期之比为r RD ．b 与c 地周期之比为R r R r7．2008年9月27日“神舟七号”宇航员翟志刚顺利完成出舱活动任务，他地第一次太空行走标志着中国航天事业全新时代地到来．“神舟七号”绕地球做近似匀速圆周运动，其轨道半径为r ，若另有一颗卫星绕地球做匀速圆周运动地轨道半径为2r ，则可以确定 ( AB )A ．卫星与“神舟七号”地加速度大小之比为1∶4B ．卫星与“神舟七号”地线速度大小之比为1∶ 2C ．翟志刚出舱后不再受地球引力D ．翟志刚出舱任务之一是取回外挂地实验样品，假如不小心实验样品脱手，则它将做自由落体运动8．一物体静置在平均密度为ρ地球形天体表面地赤道上．已知万有引力常量为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( ．D )A .⎝⎛⎭⎫4π3Gρ12B .⎝⎛⎭⎫34πGρ12C .⎝⎛⎭⎫πGρ12D .⎝⎛⎭⎫3πGρ129．如图1所示，图1a 、b 是两颗绕地球做匀速圆周运动地人造卫星，它们距地面地高度分别是R 和2R(R 为地球半径)．下列说法中正确地是(CD )A ．a 、b 地线速度大小之比是2∶1B ．a 、b 地周期之比是1∶2 2C ．a 、b 地角速度大小之比是36∶4D ．a 、b 地向心加速度大小之比是9∶410.一个半径是地球3倍、质量是地球36倍地行星，它表面地重力加速度是地面重力加速度地( A ).【1.5】(A )4倍(B )6倍(C )13.5倍(D )18倍11.两颗人造地球卫星，它们质量地比m 1:m 2=1:2，它们运行地线速度地比是v 1:v 2=1:2，那么( ABCD ).【1.5】(A )它们运行地周期比为8:1(B )它们运行地轨道半径之比为4:1(C )它们所受向心力地比为1:32(D )它们运动地向心加速度地比为1:1612.土星周围有许多大小不等地岩石颗粒，其绕土星地运动可视为圆周运动．其中有两个岩石颗粒A 和B 与土星中心地距离分别为r A ＝8.0×104km 和r B ＝1.2×105km ，忽略所有岩石颗粒间地相互作用．(结果可用根式表示)(1)求岩石颗粒A 和B 地线速度之比．(2)土星探测器上有一物体，在地球上重为10N ，推算出它在距土星中心3.2×105km 处受到土星地引力为0.38N ．已知地球半径为6.4×103km ，请估算土星质量是地球质量地多少倍？．(1)万有引力提供岩石颗粒做圆周运动地向心力，所以有G Mm r 2＝m v 2/r .故v ＝GM r所以v A v B ＝r B r A ＝ 1.2×105km 8.0×104km ＝62.(2)设物体在地球上重为G 地，在土星上重为G 土，则由万有引力定律知：G 地＝G M 地m R 2地，G 土＝G M 土m R 2土xHAQX又F 万＝G M 土m r 2，故G 土R 2土＝F 万r 2 所以M 土M 地＝G 土R 2土G 地R 2地＝F 万r 2G 地R 2地＝0.38×(3.2×105)210×(6.4×103)2＝95.13．中子星是恒星演化过程中地一种可能结果，它地密度很大．现有一中子星，观测到它地自转周期为T ＝130s ．问该中子星地最小密度应是多少才能维持该星体地稳定，不致因自转而瓦解？(计算时星体可视为均匀球体，万有引力常量G ＝6.67×10－11m 3/(kg ·s 2))设中子星地密度为ρ，质量为M ，半径为R ，自转角速度为ω，位于赤道处地小块物体质量为m ，则有GMm R 2＝mω2R ，ω＝2πT ，M ＝43πR 3ρ由以上各式得ρ＝3πGT 2 代入数据解得ρ＝1.27×1014kg/m 3版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理.版权为个人所有This article includes some parts, including text, pictures, and design. Copyright is personal ownership.Emxvx 。

天体运动习题及答案修订稿

天体运动习题及答案 Document number【AA80KGB-AA98YT-AAT8CB-2A6UT-A18GG】1．若知道太阳的某一颗行星绕太阳运转的轨道半径为r，周期为T，引力常量为G，则可求得( B)A．该行星的质量B．太阳的质量C．该行星的平均密度D．太阳的平均密度2．有一星球的密度与地球的密度相同，但它表面处的重力加速度是地面表面处重力加速度的4倍，则该星球的质量将是地球质量的(D )A.14B．4倍C．16倍D．64倍3．火星直径约为地球直径的一半，质量约为地球质量的十分之一，它绕太阳公转的轨道半径约为地球绕太阳公转半径的1.5倍．根据以上数据，下列说法中正确的是(AB ) A．火星表面重力加速度的数值比地球表面小B．火星公转的周期比地球的长C．火星公转的线速度比地球的大D．火星公转的向心加速度比地球的大4．若有一艘宇宙飞船在某一行星表面做匀速圆周运动，设其周期为T，引力常量为G，那么该行星的平均密度为(B )A.GT23πB.3πGT2C.GT24πD.4πGT25．为了对火星及其周围的空间环境进行监测，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，引力常量为G.仅利用以上数据，可以计算出( A )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6．设地球半径为R，a为静止在地球赤道上的一个物体，b为一颗近地绕地球做匀速圆周运动的人造卫星，c为地球的一颗同步卫星，其轨道半径为r.下列说法中正确的是( D )A．a与c的线速度大小之比为r RB．a与c的线速度大小之比为R rC．b与c的周期之比为r RD ．b 与c 的周期之比为R r R r7．2008年9月27日“神舟七号”宇航员翟志刚顺利完成出舱活动任务，他的第一次太空行走标志着中国航天事业全新时代的到来．“神舟七号”绕地球做近似匀速圆周运动，其轨道半径为r ，若另有一颗卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径为2r ，则可以确定( AB ) A ．卫星与“神舟七号”的加速度大小之比为1∶4B ．卫星与“神舟七号”的线速度大小之比为1∶2C ．翟志刚出舱后不再受地球引力D ．翟志刚出舱任务之一是取回外挂的实验样品，假如不小心实验样品脱手，则它将做自由落体运动8．一物体静置在平均密度为ρ的球形天体表面的赤道上．已知万有引力常量为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( ．D )A .⎝ ⎛⎭⎪⎫4π3Gρ12B .⎝ ⎛⎭⎪⎫34πGρ12C .⎝ ⎛⎭⎪⎫πGρ12 D .⎝ ⎛⎭⎪⎫3πGρ12 9．如图1所示，图1a 、b 是两颗绕地球做匀速圆周运动的人造卫星，它们距地面的高度分别是R 和2R(R 为地球半径)．下列说法中正确的是(CD )A ．a 、b 的线速度大小之比是2∶1B ．a 、b 的周期之比是1∶22C ．a 、b 的角速度大小之比是36∶4D ．a 、b 的向心加速度大小之比是9∶410.一个半径是地球3倍、质量是地球36倍的行星，它表面的重力加速度是地面重力加速度的( A ).【1.5】(A)4倍 (B)6倍 (C)13.5倍 (D)18倍11.两颗人造地球卫星，它们质量的比m 1:m 2=1:2，它们运行的线速度的比是v 1:v 2=1:2，那么( ABCD).【1.5】(A)它们运行的周期比为8:1 (B)它们运行的轨道半径之比为4:1(C)它们所受向心力的比为1:32 (D)它们运动的向心加速度的比为1:1612.土星周围有许多大小不等的岩石颗粒，其绕土星的运动可视为圆周运动．其中有两个岩石颗粒A 和B 与土星中心的距离分别为r A ＝8.0×104 km 和r B ＝1.2×105 km ，忽略所有岩石颗粒间的相互作用．(结果可用根式表示)(1)求岩石颗粒A 和B 的线速度之比．(2)土星探测器上有一物体，在地球上重为10 N ，推算出它在距土星中心3.2×105 km处受到土星的引力为0.38 N ．已知地球半径为 6.4×103 km ，请估算土星质量是地球质量的多少倍．(1)万有引力提供岩石颗粒做圆周运动的向心力，所以有G Mmr 2＝mv 2/r .故v ＝GM r 所以v A v B ＝r B r A ＝ 1.2×105km 8.0×104 km ＝62.(2)设物体在地球上重为G 地，在土星上重为G 土，则由万有引力定律知：G 地＝G M 地m R 2地，G 土＝G M 土m R 2土又F 万＝G M 土m r 2，故G 土R 2土＝F 万r 2 所以M 土M 地＝G 土R 2土G 地R 2地＝F 万r 2G 地R 2地＝0.38×3.2×105210×6.4×1032＝95. 13．中子星是恒星演化过程中的一种可能结果，它的密度很大．现有一中子星，观测到它的自转周期为T ＝130 s ．问该中子星的最小密度应是多少才能维持该星体的稳定，不致因自转而瓦解(计算时星体可视为均匀球体，万有引力常量G ＝6.67×10－11m 3/(kg ·s 2))设中子星的密度为ρ，质量为M ，半径为R ，自转角速度为ω，位于赤道处的小块物体质量为m ，则有GMm R 2＝mω2R ，ω＝2πT ，M ＝43πR 3ρ 由以上各式得ρ＝3πGT 2 代入数据解得ρ＝1.27×1014 kg/m 3。

高中物理天体运动练习题及讲解

高中物理天体运动练习题及讲解### 高中物理天体运动练习题及讲解#### 练习题一：卫星的轨道周期题目：一颗人造卫星绕地球做匀速圆周运动，已知地球的质量为 \( M \)，卫星的质量为 \( m \)，卫星到地球中心的距离为 \( r \)。

求卫星的周期 \( T \)。

解答：根据万有引力定律和牛顿第二定律，我们有：\[ F = \frac{G M m}{r^2} \]\[ F = m \frac{4\pi^2 r}{T^2} \]其中 \( G \) 是万有引力常数。

将两个等式相等，得到：\[ \frac{G M m}{r^2} = m \frac{4\pi^2 r}{T^2} \]解得卫星的周期 \( T \) 为：\[ T = 2\pi \sqrt{\frac{r^3}{G M}} \]#### 练习题二：地球的引力加速度题目：在地球表面，忽略地球的自转，求一个物体因地球引力而获得的加速度 \( g \)。

解答：在地球表面，物体受到的引力 \( F \) 等于其质量 \( m \) 乘以引力加速度 \( g \)：\[ F = m g \]根据万有引力定律，这个力也等于：\[ F = \frac{G M m}{R^2} \]其中 \( R \) 是地球的半径。

将两个等式相等，得到：\[ m g = \frac{G M m}{R^2} \]解得引力加速度 \( g \) 为：\[ g = \frac{G M}{R^2} \]#### 练习题三：月球绕地球运动题目：月球绕地球做匀速圆周运动，已知月球的质量为 \( m_{\text{moon}} \)，地球的质量为 \( M \)，月球到地球中心的距离为\( r_{\text{moon}} \)。

求月球的周期 \( T_{\text{moon}} \)。

解答：月球绕地球运动的周期 \( T_{\text{moon}} \) 可以通过与卫星周期的公式类比得出：\[ T_{\text{moon}} = 2\pi \sqrt{\frac{r_{\text{moon}}^3}{G M}} \]#### 练习题四：双星系统的总质量题目：两颗星体构成一个双星系统，它们围绕共同的质心做匀速圆周运动，已知两颗星体的质量分别为 \( m_1 \) 和 \( m_2 \)，到质心的距离分别为 \( r_1 \) 和 \( r_2 \)，求双星系统的总质量\( M_{\text{total}} \)。

天体运动典型题型练习

天体运动题型练习一、公式选用： 1、圆轨道上质量为m 的人造地球卫星，到地面的距离等于地球的半径R ，地球表面的重力加速度为g ，则（）A ．卫星运动的线速度为gR 2B ．卫星运动的周期为gR 24 C ．卫星运动的加速度为2g D ．卫星所需向心力为4mg 2、宇航员在一星球表面上的某高度处，沿水平方向以速度v 0抛出一个小球，经过时间t 小球落到星球表面。

测得抛出点与落地点之间的距离为L 。

已知该星球的半径为R ，万有引力常数为G ，求该星球的质量M 。

（变式2）、宇航员站在一星球表面上的某高度处，沿水平方向抛出一小球，经时间t ，小球落到星球表面，测得抛出点与落地点之间的距离为L.若抛出时的初速度增大到2倍，则抛出点与落地点之间的距离为L.已知两落地点在同一水平面上，该星球的半径为R ，万有引力常量为G ，求该星球的质量M 。

3、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 的运行周期．(2)如果卫星B 绕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)，则至少经过多长时间，它们再一次相距最近?4、宇宙中恒星的寿命不是无穷的，晚年的恒星将逐渐熄灭，成为“红巨星”，有一部分“红巨星”会发生塌缩，强迫电子同原子核中的质子结合成中子，最后形成物质微粒大多数为中子的一种星体，叫做“中子星”，可以想象，中子星的密度是非常大的．设某一中子星的密度是ρ，若要使探测器绕该中子星做匀速圆周运动以探测中子星，探测器的运转周期最小值为多少?5、在某个半径为R=105m 的行星表面，对于一个质量m=1kg 的砝码，用弹簧称量，其重力的大小G=1.6 N 。

则：（1）计算该星球的第一宇宙速度v1是多大？（2）请计算该星球的平均密度二、比例题6、两个行星质量分别为m和M，绕太阳运行的轨道半径分别是r和R，求（1）它们与太阳间的万有引力之比（2）它们的公转周期之比．7．某星球的质量约为地球质量的9倍，半径约为地球半径的一半，若从地球表面高^处平抛一物体，射程为60 m，则在该星球上，从同样高度以同样的初速度平抛同一物体，射程应为（）A．10 m B．15 m C．90 m D．360 m8、如图2，有A、B两颗行星绕同一恒星O做圆周运动，旋转方向相同，A行星的周期为T1，B行星的周期为T2，在某一时刻两行星第一次相遇(即两颗行星相距最近)，则经过时间t1＝_______时两行星第二次相遇，经过时间t2＝_______时两行星第一次相距最远。