天体运动高考必考题

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高考物理专题练习：天体运动(含答案)

高三总复习天体运动专项训练1．2018年5月9日2时28分，我国在太原卫星发射中心成功发射了高分五号卫星．该卫星绕地球作圆周运动，质量为m ，轨道半径约为地球半径R 的4倍．已知地球表面的重力加速度为g ，忽略地球自转的影响，则( )A ．卫星的绕行速率大于7.9 km/sB ．卫星的动能大小约为mgR 8C ．卫星所在高度的重力加速度大小约为14g D ．卫星的绕行周期约为4πRg2．2018年4月10日，中国北斗卫星导航系统首个海外中心举行揭牌仪式，目前北斗卫星导航系统由29颗在不同轨道上运行的卫星组成．关于北斗系统内的卫星以下说法正确的是( )A ．轨道高的卫星周期短B ．质量大的卫星机械能就大C ．轨道高的卫星受到的万有引力小D ．卫星的线速度都小于第一宇宙速度3．嫦娥三号月球探测卫星先贴近地球表面绕地球做匀速圆周运动，此时其动能为E k1，周期为T 1；再控制它进行一系列变轨，最终进入贴近月球表面的圆轨道做匀速圆周运动，此时其动能为E k2，周期为T 2，已知地球的质量为M 1，月球的质量为M 2，则动能之比为( )A. 3⎝⎛⎭⎫M 1T 2M 2T 12 B. ⎝⎛⎭⎫M 1T 2M 2T 13 C. 3⎝⎛⎭⎫M 1T 1M 2T 22 D. 3⎝⎛⎭⎫M 1T 1M 2T 2 4．冥王星绕太阳的公转轨道是个椭圆，公转周期为T 0，质量为m ，其近日点A 到太阳的距离为a ，远日点C 到太阳的距离为b ，半短轴的长度为c ，A 、C 两点的曲率半径均为ka (通过该点和曲线上紧邻该点两侧的两点作一圆，在极限情况下，这个圆就叫作该点的曲率圆，其半径叫作该点的曲率半径)，如图所示．若太阳的质量为M ，万有引力常量为G ，忽略其他行星对它的影响及太阳半径的大小，则( )A ．冥王星从A →B 所用的时间等于T 04B ．冥王星从C →D →A 的过程中，万有引力对它做的功为12GMmk ⎝⎛⎭⎫2a －a b 2 C ．冥王星从C →D →A 的过程中，万有引力对它做的功为12GMmk ⎝⎛⎭⎫1a －a b 2 D ．冥王星在B 点的加速度为4GM （b ＋a ）2＋4c 25．“网易直播”播出了在国际空间站观看地球的视频，让广大网友大饱眼福．国际空间站(International Space Station)是一艘围绕地球运转的载人宇宙飞船，轨道近地点距离地球表面379.7 km ，远地点距离地球表面403.8 km.运行轨道近似圆周．网络直播画面显示了国际空间站上的摄像机拍摄到的地球实时画面．如果画面处于黑屏状态，那么说明国际空间站正处于夜晚，请问，大约最多经过多长时间后，国际空间站就会迎来日出？(已知地球半径约为R ＝6.4×106 m)( )A ．24小时B.12小时 C ．1小时 D.45分钟6．北京航天飞行控制中心对“嫦娥二号”卫星实施多次变轨控制并获得成功．首次变轨是在卫星运行到远地点时实施的，紧随其后进行的3次变轨均在近地点实施．“嫦娥二号”卫星的首次变轨之所以选择在远地点实施，是为了抬高卫星近地点的轨道高度．同样的道理，要抬高远地点的高度就需要在近地点实施变轨．图为“嫦娥二号”某次在近地点A 由轨道1变轨为轨道2的示意图，下列说法中正确的是( )A ．“嫦娥二号”在轨道1的A 点处应点火加速B ．“嫦娥二号”在轨道1的A 点处的速度比在轨道2的A 点处的速度大C ．“嫦娥二号”在轨道1的A 点处的加速度比在轨道2的A 点处的加速度大D ．“嫦娥二号”在轨道1的B 点处的机械能比在轨道2的C 点处的机械能大7．如图所示，某极地轨道卫星的运行轨道平面通过地球的南北两极，已知该卫星从北纬60°的正上方，按图示方向第一次运行到南纬60°的正上方时所用时间为1 h ，则下列说法正确的是( )A ．该卫星与同步卫星的运行半径之比为1∶4B ．该卫星与同步卫星的运行速度之比为1∶2C ．该卫星的运行速度一定大于7.9 km/sD ．该卫星的机械能一定大于同步卫星的机械能8．如图所示是“嫦娥五号”的飞行轨道示意图，其中弧形轨道为地月转移轨道，轨道Ⅰ是“嫦娥五号”绕月运行的圆形轨道．已知轨道Ⅰ到月球表面的高度为H ，月球半径为R ，月球表面的重力加速度为g ，则下列说法中正确的是( )A ．“嫦娥五号”在地球表面的发射速度应大于11.2 km/sB ．“嫦娥五号”在P 点被月球捕获后沿轨道Ⅲ无动力飞行运动到Q 点的过程中，月球与“嫦娥五号”所组成的系统机械能不断增大C ．“嫦娥五号”在轨道Ⅰ上绕月运行的速度大小为R g （R ＋H ）R ＋HD ．“嫦娥五号”在从月球表面返回时的发射速度要小于gR9．1772年，法籍意大利数学家拉格朗日在论文《三体问题》中指出：两个质量相差悬殊的天体(如太阳和地球)所在的同一平面上有5个特殊点，如图中的L 1、L 2、L 3、L 4、L 5所示，人们称为拉格朗日点．若飞行器位于这些点上，会在太阳与地球共同引力作用下，可以几乎不消耗燃料而保持与地球同步绕太阳做圆周运动．若发射一颗卫星定位于拉格朗日点L 2，下列说法正确的是( )A ．该卫星绕太阳运动周期和地球自转周期相等B ．该卫星在点L 2处于平衡状态C ．该卫星绕太阳运动的向心加速度大于地球绕太阳运动的向心加速度D ．该卫星在L 2处所受太阳和地球引力的合力比在L 1处大10．假设宇宙中有一质量为M ，半径为R 的星球，由于自转角速度较大，赤道上的物体恰好处于“漂浮”状态，如图所示．为测定该星球自转的角速度ω0和自转周期T 0，某宇航员在该星球的“极点”A 测量出一质量为m的物体的“重力”为G 0，关于该星球的描述正确的是( )A ．该星球的自转角速度为ω0＝G 0MRB ．该星球的自转角速度为ω0＝G 0mRC ．该星球的自转周期为T 0＝2πMR G 0D ．该星球的自转周期为T 0＝2πmR G 0 11．近期天文学界有很多新发现，若某一新发现的星体质量为m 、半径为R 、自转周期为T ，引力常量为G .下列说法正确的是( )A ．如果该星体的自转周期T ＜2π R 3Gm，会解体 B ．如果该星体的自转周期T ＞2πR 3Gm ，会解体 C ．该星体表面的引力加速度为Gm RD ．如果有卫星靠近该星体表面飞行，其速度大小为Gm R12．我国计划在2019年发射“嫦娥五号”探测器，实现月球软着陆以及采样返回，这意味着我国探月工程“绕、落、回”三步走的最后一步即将完成．“嫦娥五号”探测器在月球表面着陆的过程可以简化如下，探测器从圆轨道1上A 点减速后变轨到椭圆轨道2，之后又在轨道2上的B 点变轨到近月圆轨道3.已知探测器在1轨道上周期为T 1，O 为月球球心，C 为轨道3上的一点，AC 与AO 最大夹角为θ，则下列说法正确的是( )A ．探测器要从轨道2变轨到轨道3需要在B 点点火加速B ．探测器在轨道1的速度小于在轨道2经过B 点时的速度C ．探测器在轨道2上经过A 点时速度最小，加速度最大D ．探测器在轨道3上运行的周期为sin 3θT 113．某行星的一颗同步卫星绕行星中心做圆周运动的周期为T ，假设该同步卫星下方行星表面站立一个观察者，在观察该同步卫星的过程中，发现有16T 时间看不到该卫星．已知当太阳光照射到该卫星表面时才可能被观察者观察到，该行星的半径为R .则下列说法中正确的是( )A ．该同步卫星的轨道半径为6.6RB ．该同步卫星的轨道半径为2RC ．行星表面上两点与该同步卫星连线的夹角最大值为60°D ．行星表面上两点与该同步卫星连线的夹角最大值为120°14．如图所示，在某行星表面上有一倾斜的匀质圆盘，盘面与水平面的夹角为30°，圆盘绕垂直于盘面的固定对称轴以恒定的角速度转动，盘面上离转轴距离L 处有一小物体与圆盘保持相对静止，当圆盘的角速度为ω时，小物块刚要滑动．物体与盘面间的动摩擦因数为32(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)，该星球的半径为R ，引力常量为G ，下列说法正确的是( )A ．这个行星的质量M ＝ω2R 2L GB ．这个行星的第一宇宙速度v 1＝2ωLRC ．这个行星的同步卫星的周期是πωR LD ．离行星表面距离为R 的地方的重力加速度为ω2L15、(多选)如图所示，Gliese581g 行星距离地球约20亿光年(189.21万亿公里)，公转周期约为37年，该行星位于天秤座星群，它的半径大约是地球的2倍，重力加速度与地球相近．则下列说法正确的是( )A ．飞船在Gliese581g 表面附近运行时的速度小于9 km/sB ．该行星的平均密度约是地球平均密度的12C ．该行星的质量约为地球质量的2倍D ．在地球上发射航天器到达该星球，航天器的发射速度至少要达到第三宇宙速度16、某行星外围有一圈厚度为d 的发光带(发光的物质)，简化为如图甲所示模型，R 为该行星除发光带以外的半径．现不知发光带是该行星的组成部分还是环绕该行星的卫星群，某科学家做了精确地观测，发现发光带绕行星中心的运行速度v 与到行星中心的距离r 的关系如图乙所示(图中所标为已知)，则下列说法正确的是( )A ．发光带是该行星的组成部分B ．该行星的质量M ＝v 20R GC ．行星表面的重力加速度g ＝v 20RD ．该行星的平均密度为ρ＝3v 20R 4πG （R ＋d ）317由于行星自转的影响，行星表面的重力加速度会随纬度的变化而有所不同．宇航员在某行星的北极处从高h 处自由释放一重物，测得经过时间t 1重物下落到行星的表面，而在该行星赤道处从高h 处自由释放一重物，测得经过时间t 2重物下落到行星的表面，已知行星的半径为R ，引力常量为G ，则这个行星的平均密度是( )A ．ρ＝3h 2πGRt 21B.ρ＝3h 4πGRt 21 C ．ρ＝3h 2πGRt 22 D.ρ＝3h 4πGRt 2218如图所示，a 为静止在地球赤道上的物体，b 为近地卫星，c 为同步卫星，d 为高空探测卫星．a 为它们的向心加速度大小，r 为它们到地心的距离，T 为周期，l 、θ分别为它们在相同时间内转过的弧长和转过的圆心角，g 为地面重力加速度，则下列图象正确的是( )19、2018年1月19号，以周总理命名的“淮安号”恩来星在甘肃酒泉卫星发射中心，搭乘长征-11号火箭顺利发射升空．“淮安号”恩来星在距离地面高度为535 km 的极地轨道上运行．已知地球同步卫星轨道高度约36 000 km ，地球半径约6 400 km.下列说法正确的是( )A ．“淮安号”恩来星的运行速度小于7.9 km/sB ．“淮安号”恩来星的运行角速度小于地球自转角速度C ．经估算，“淮安号”恩来星的运行周期约为1.6 hD ．经估算，“淮安号”恩来星的加速度约为地球表面重力加速度的三分之二20、如图所示，卫星在半径为r1的圆轨道上运行时速度为v 1，当其运动经过A 点时点火加速，使卫星进入椭圆轨道运行，椭圆轨道的远地点B 与地心的距离为r 2，卫星经过B 点的速度为v B ，若规定无穷远处引力势能为0，则引力势能的表达式E p ＝－G Mm r，其中G 为引力常量，M 为中心天体质量，m 为卫星的质量，r 为两者质心间距，若卫星运动过程中仅受万有引力作用，则下列说法正确的是( )A ．vB ＜v 1B ．卫星在椭圆轨道上A 点的加速度小于B 点的加速度C ．卫星在A 点加速后的速度v A ＝2GM ⎝⎛⎭⎫1r 1－1r 2＋v 2B D ．卫星从A 点运动至B 点的最短时间为πv 1（r 1＋r 2）32r 1高三总复习天体运动专项训练答案1解析：选B.7.9 km/s 是第一宇宙速度，是卫星最大的环绕速度，所以该卫星的速度小于7.9 km/s.故A 错误；由万有引力提供向心力：G Mm （4R ）2＝m v 24R ，解得：v ＝GM 4R，由以上可得动能为：E k ＝12m v 2＝18mgR ，故B 正确；卫星所在高度的重力加速度大小约为：G Mm （4R ）2＝ma ，根据万有引力等于重力：G Mm R 2＝mg ，联立以上解得：a ＝g 16，故C 错误；卫星的绕行周期约为：G Mm （4R ）2＝m 4π2T 2×4R ，根据万有引力等于重力：G Mm R 2＝mg ，联立以上解得：T ＝16πR g，故D 错误．所以B 正确，A 、C 、D 错误． 2、解析：选D.轨道高的卫星轨道半径大、运行的周期大，选项A 错．质量大的卫星运行轨道高度不一定大，其机械能也不一定大．选项B 错．轨道高的卫星离地心远，但其质量可能较大，受到地球的引力也不一定小，选项C 错．第一宇宙速度是发射卫星的最小速度，也等于卫星在轨运行时的最大速度，故D 对．3、解析：选A.探测卫星绕地球或者月球做匀速圆周运动，由m v 2r ＝4π2mr T2可知，动能表达式E k ＝12m v 2＝2m π2r 2T 2，由GMm r 2＝4π2mr T 2可知E k ＝2π2m T2⎝⎛⎭⎫GMT 2223，因此动能之比为3⎝⎛⎭⎫M 1T 2M 2T 12，因此A 正确． 4、解析：选C.冥王星绕太阳做变速曲线运动，选项A 错；冥王星运动到A 、C 两点可看作半径均为ka ，速度为v A 、v C 的圆周运动，则有GMm a 2＝m v 2A ka ，GMm b 2＝m v 2C ka，从C →D →A 由动能定理得W ＝12m v 2A －12m v 2C ，解以上三式得W ＝12GMmk ⎝⎛⎭⎫1a －a b 2，选项B 错、C 正确；在B 点时，设行星到太阳的距离为r ，由几何关系得：r 2＝c 2＋（b －a ）24，则加速度a ＝GMmr 2m ＝4GM 4c 2＋（b －a ）2，选项D 错． 5、解析：选D.飞船轨道近似正圆，围绕地球做匀速圆周运动，设其周期为T ，G Mm r2＝m 4π2T 2r ，得T ＝2πr 3GM，由于飞船距离地面大约是400 km ，属于近地卫星，轨道半径近似等于地球半径R ，又因为GM ＝R 2g ，T ＝2πR g，代入数据可得T ＝90分钟，由于最多经过半个周期后，国际空间站就会迎来日出，所以D 正确．6、解析：选A.卫星要由轨道1变轨为轨道2需在A 处做离心运动，应加速使其做圆周运动所需向心力m v 2r 大于地球所能提供的万有引力G Mm r 2，故A 项正确，B 项错误；由G Mm r2＝ma 可知，卫星在不同轨道运行到同一点处的加速度大小相等，C 项错误；卫星由轨道1变轨到轨道2，反冲发动机的推力对卫星做正功，卫星的机械能增加，所以卫星在轨道1的B 点处的机械能比在轨道2的C 点处的机械能小，D 项错误．7、解析：选A.卫星从北纬60°的正上方，按图示方向第一次运行到南纬60°的正上方时，偏转的角度是120°，刚好为运动周期的13，所以卫星运行的周期为3 h ，同步卫星的周期是24 h ，由GMm r 2＝m ·4π2r T 2得：r 31r 32＝T 21T 22＝32242＝164，所以：r 1r 2＝14，故A 正确；由GMm r 2＝m v 2r 得：v 1v 2＝r 2r 1＝41＝21，故B 错误；7.9 km/s 是卫星环绕地球做匀速圆周运动的最大速度，所以该卫星的运行速度一定小于7.9 km/s ，故C 错误；由于不知道卫星的质量关系，故D 错误．8、解析：选C.在地球表面发射“嫦娥五号”的速度大于11.2 km/s 时，“嫦娥五号”将脱离地球束缚，A 错误；“嫦娥五号”在轨道Ⅲ由P 点运动到Q 点的过程中，只有月球引力做功，将引力势能转化成动能，机械能不变，B 错误；由题中信息知“嫦娥五号”在轨道Ⅰ上运行时引力提供向心力G Mm （R ＋H ）2＝m v 2R ＋H ，又g ＝GM R 2，故有v ＝R g （R ＋H ）R ＋H ，C 正确；当“嫦娥五号”在月球表面绕行时由G Mm R 2＝m v 20R 和g ＝GM R2知v 0＝gR ，此速度是月球的第一宇宙速度，是发射的最小速度，是绕行的最大速度，只有“嫦娥五号”的速度比v 0＝gR 大，才能上高轨，D 错误．9、解析：选CD.该卫星保持与地球同步绕太阳做圆周运动，绕太阳运动周期和地球公转周期相等，选项A 错误；由于该卫星绕太阳做匀速圆周运动，合力提供向心力，选项B 错误；该卫星绕太阳运动的角速度与地球绕太阳运动的角速度相同，但运动半径较大，由a ＝ω2r 知该卫星的向心加速度较大，选项C 正确；该卫星在L 1点与L 2点均能与地球同步绕太阳运动，即运动的角速度相同，但在L 2处的运动半径较大，由F 合＝F 向＝mω2r 知该卫星在L 2处受到的合力较大，选项D 正确．10解析：选BD.赤道上的物体恰好处于“漂浮”状态，则有：G Mm R 2＝mω2R ，“极点”上的物体满足：G 0＝G MmR 2，联立可得：ω0＝G 0mR ，该星球的自转周期：T 0＝2πω0＝2πmRG 0，选项A 、C 错误，B 、D 正确．11、解析：选AD.如果在该星体表面有一物质，质量为m ′，当它受到的万有引力大于跟随星体自转所需要的向心力时呈稳定状态，即G mm ′R 2＞m ′R 4π2T 2，化简得T ＞2πR 3Gm，即T ＞2πR 3Gm时，星体不会解体，而该星体的自转周期T ＜2π R 3Gm时，会解体，A 正确，B 错误；在该星体表面，有G mm ′R 2＝m ′g ，所以g ＝GmR 2，C 错误；如果有卫星靠近该星体表面飞行，有G mm ″R 2＝m ″v 2R，解得v ＝GmR，D 正确． 12、解析：选BD.探测器要从轨道2变轨到轨道3需要在B 点减速，A 错误；探测器在轨道1的速度小于在轨道3的速度，探测器在轨道2经过B 点的速度大于在轨道3的速度，故探测器在轨道1的速度小于在轨道2经过B 点时的速度，B 正确；探测器在轨道2上经过A 点时速度最小，A 点是轨道2上距离月球最远的点，故由万有引力产生的加速度最小，C错误；由开普勒第三定律T 21r 31＝T 23r 33，其中AC 与AO 的最大夹角为θ，则有r 3r 1＝sin θ，解得T 3＝sin 3θT 1，D 正确．13、解析：选BC.根据光的直线传播规律，在观察该同步卫星的过程中，发现有16T 时间看不到该卫星，同步卫星相对行星中心转动角度为θ，则有sin θ2＝R r ，结合θ＝ωt ＝2πT ×T 6＝π3，解得该同步卫星的轨道半径为r ＝2R ，故B 正确，A 错误；行星表面上两点与该同步卫星连线的夹角最大值为α，则有r sin α2＝R ，所以行星表面上两点与该同步卫星连线的夹角最大值为60°，故C 正确，D 错误；故选BC.14、解析：选BD.当物体转到圆盘的最低点，所受的静摩擦力沿斜面向上达到最大时，角速度最大，由牛顿第二定律得：μmg cos 30°－mg sin 30°＝mω2L ，所以：g ＝ω2Lμcos 30°－sin 30°＝4ω2L ，绕该行星表面做匀速圆周运动的物体受到的万有引力提供向心力，则：GMmR 2＝mg ，解得：M ＝gR 2G ＝4ω2R 2LG ，故A 错误；行星的第一宇宙速度v 1＝gR ＝2ωLR ，故B 正确；因为不知道行星的自转情况，所以不能求出同步卫星的周期，故C 错误；离行星表面距离为R 的地方的万有引力：mg ′＝GMm （2R ）2＝14mg ；即重力加速度为g ′＝ω2L ，故D 正确．故选BD.15、解析飞船在Gliese581g 表面附近运行时，万有引力提供向心力，则mg ＝m v 2R ，解得v ＝gR ，该星球半径大约是地球的2倍，重力加速度与地球相近，所以在该星球表面运行速度约为地球表面运行速度的2倍，在地球表面附近运行时的速度为7.9 km/s ，所以在该星球表面运行速度约为11.17 km/s ，故A 错误；根据密度的定义式ρ＝M V ＝gR 2G 43πR 3＝3g4πGR ，故该行星的平均密度与地球平均密度之比等于半径的反比，即该行星的平均密度约是地球平均密度的12，故B 正确；忽略星球自转的影响，根据万有引力等于重力，则有mg ＝G Mm R 2，g ＝GMR 2，这颗行星的重力加速度与地球相近，它的半径大约是地球的2倍，所以它的质量是地球的4倍，故C 错误；由于这颗行星在太阳系外，所以航天器的发射速度至少要达到第三宇宙速度，故D 正确．16、解析：选BC.若发光带是该行星的组成部分，则其角速度与行星自转角速度相同，应有v ＝ωr ，v 与r 应成正比，与图象不符，因此发光带不是该行星的组成部分，故A 错误；设发光带是环绕该行星的卫星群，由万有引力提供向心力，则有：G Mmr 2＝m v 2r ，得该行星的质量为：M ＝v 2r G ；由题图乙知，r ＝R 时，v ＝v 0，则有：M＝v 20R G ，故B 正确；当r ＝R 时有mg ＝m v 20R ，得行星表面的重力加速度g ＝v 20R ，故C 正确；该行星的平均密度为ρ＝M43πR 3＝3v 204πGR 2，故D 错误． 17解析：选A.在北极，由h ＝12gt 21得：g ＝2h t 21，根据G Mm R 2＝mg 得星球的质量为M ＝gR 2G ＝2hR 2Gt 21，则星球的密度为ρ＝M V ＝M 43πR 3＝3h2πGt 21R，故A 正确，B 、 C 、D 错误．18、解析：选C.设地球质量为M ，卫星质量为m .对b 、c 、d 三颗卫星有：G Mmr 2＝m v 2r ＝mω2r ＝m ⎝⎛⎭⎫2πT 2r ＝ma ，可得：v ＝GMr ，ω＝GMr 3，T ＝2πr 3GM ，a ＝GMr2；因c 为同步卫星，则T a ＝T c ，选项B 错误；a a ＜a c ＜g ，选项A 错误；由v ＝ωr 可知v a ＜v c ，由l ＝v t 可知，选项D 错误；由ωb ＞ωc ＝ωa ＞ωd 可知，选项C 正确．19、解析：选AC.由题意知“淮安号”卫星的高度小于同步卫星的高度，而同步卫星的角速度与地球自转的角速度相等，故选项A 对、B 错；由r 3T 2＝k 对“淮安号”星进行周期估算，则r 3同T 2同＝r 3卫T 2卫，r 同＝36 000 km ＋6 400 km≈7R 地，T 同＝24 h ，r 卫＝6 400 km ＋h ＝1.1R 地，经估算可知T 卫＝1.6 h ，C 项正确；地球表面的重力加速度g ＝GMR 2地，而“淮安号”卫星的加速度可表示为a ′＝GM （R 地＋h ）2，比较可得a ′g ＝56，选项D 错． 20、解析卫星在B 点的速度v B 小于以r 2为半径做匀速圆周运动的速度，以r 2为半径做匀速圆周运动的速度小于v 1，故v B ＜v 1，A 正确；G Mmr 2＝ma ，可知A 点的加速度更大，B 错误；从A 点到B 点的过程由机械能守恒得－G Mm r 1＋12m v 2A ＝－G Mm r 2＋12m v 2B，解得v A ＝2GM ⎝⎛⎭⎫1r 1－1r 2＋v 2B ，C 正确；卫星在圆轨道上的运动周期T 1＝2πr 1v 1，由开普勒第三定律：r 31T 21＝⎝⎛⎭⎫r 1＋r 223T 22，解得T 2＝2πr 1v 1（r 1＋r 2）38r 31＝2πv 1（r 1＋r 2）38r 1，卫星从A 点运动至B 点的最短时间为T 22＝πv 1（r 1＋r 2）38r 1，D 错误．。

天体运动高考题精选

2011届物理天体专题1、如图所示，为一皮带传动装置，右轮半径为r ，a 为它边缘上一点；左侧是一轮轴，大轮半径为4r ，小轮半径为2r ，b 点在小轮上，到小轮中心的距离为r 。

c 点和d 点分别位于小轮和大轮的边缘上。

若传动过程中皮带不打滑，则（）①a 点和b 点的线速度大小相等②a 点和b 点的角速度大小相等③a 点和c 点的线速度大小相等④a 点和d 点的向心加速度大小相等A.①③B. ②③C. ③④D.②④2、如图所示，轻绳一端系一小球，另一端固定于O 点，在O 点正下方的P 点钉一颗钉子，使悬线拉紧与竖直方向成一角度θ，然后由静止释放小球，当悬线碰到钉子时（） ①小球的瞬时速度突然变大②小球的加速度突然变大 ③小球的所受的向心力突然变大④悬线所受的拉力突然变大A. ①③④B. ②③④C. ①②④D.①②③3、如图所示，固定的锥形漏斗内壁是光滑的，内壁上有两个质量相等的小球A 和B ，在各自不同的水平布做匀速圆周运动，以下说法正确的是（）A. V A >V BB. ωA >ωBC. a A >a BD.压力N A >N B4、设想人类开发月球，不断把月球上的矿藏搬运到地球上，假定经过长时间开采后，地球仍可看作是均匀的球体，月球仍沿开采前的圆轨道运动，则与开采前相比（）①地球与月球间的万有引力将变大； ②地球与月球间的万有引力将变小；③月球绕地球运动的周期将变长； ④月球绕地球的周期将变短。

A. ①③B. ②③C.①④D.②④5、地球表面处的重力加速度为g ，则在距地面高度等于地球半径处的重力加速度为（）A. gB. g/2C. g/4D. 2g6．一宇宙飞船绕地心做半径为r 的匀速圆周运动，飞船舱内有一质量为m 的人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 /表示宇宙飞船所在处的地球引力加速度，N 表示人对秤的压力，下面说法正确的是 ( )A ．0=NB ．g r R g 22='C ．0='gD ．g rR m N =7.一物体在地球表面上的重力为16N,它在以5m/s 2的加速度加速上升的火箭中的示重9N,则此时火箭离地面的高度是地球半径R 的( )A.2倍B.3倍C.4倍D.0.5倍8.一名宇航员来到某星球上，如果该星球的质量为地球的一半，它的直径也为地球的一半，那么这名宇航员在该星球上的重力是他在地球上重力的……………………（）A. 4倍B. 0.5倍C. 0.25倍D. 2倍9、火星与地球的质量之比为P ，半径之比为q ，则火星表面的重力加速度和地球表面的重力加速度之比为（） A. 2q p B.2pq C.q p D.pq 10. 2010·上海月球绕地球做匀速圆周运动的向心加速度大小为a ，设月球表面的重力加速度大小为1g ，在月球绕地球运行的轨道处由地球引力产生的加速度大小为2g ，则（）（A ）1g a = （B ）2g a = （C ）12g g a += （D ）21g g a -=11.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上重力加速度的4倍，则该星球的质量将是地球质量的（） A.41； B.4倍； C.16倍； D.64倍。

高考天体运动经典

曲线运动2——万有引力与航天：开普勒三大定律1、（单选）关于行星运动的规律，下列说法符合史实的是( )A．开普勒在牛顿定律的基础上，导出了行星运动的规律B．开普勒在天文观测数据的基础上，总结出了行星运动的规律C．开普勒总结出了行星运动的规律，找出了行星按照这些规律运动的原因D．开普勒总结出了行星运动的规律，发现了万有引力定律【答案】B 【解析】开普勒在天文观测数据的基础上，总结出了行星运动的规律，牛顿在开普勒研究基础上结合自己发现的牛顿运动定律，发现了万有引力定律，指出了行星按照这些规律运动的原因，选项B正确．2、（单选）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. 2:1B. 4:1C. 8:1D. 16:1【来源】2018年全国普通高等学校招生统一考试物理（全国III卷）【答案】C3、（多选）如图，海王星绕太阳沿椭圆轨道运动，P为近日点，Q为远日点，M、N为轨道短轴的两个端点，运行的周期为T。

若只考虑海王星和太阳之间的相互作用，则海王星在从P经过M、Q到N的运动过程中（）A．从P到M所用的时间等于0/4TB．从Q到N阶段，机械能逐渐变大C．从P到Q阶段，速率逐渐变小D．从M到N阶段，万有引力对它先做负功后做正功【答案】CD4、（单选）2015年12月10日，我国成功将中星1C卫星发射升空，卫星顺利进入预定转移轨道。

如图所示为该卫星沿椭圆轨道绕地球运动的示意图，已知地球半径为R，地球表面重力加速度g，卫星远地点P距地心O的距离为3R，则（）A. 卫星在远地点的速度大于B. 卫星经过远地点时的速度最大C. 卫星经过远地点时的加速度小于D. 卫星经过远地点时加速，卫星可能再次经过远地点【答案】 D曲线运动2——万有引力与航天：万有引力的应用1、（单选）若在某行星和地球上相对于各自的水平地面附近相同的高度处、以相同的速率平抛一物体，它们在水平方向运动的距离之比为2∶7.已知该行星质量约为地球的7倍，地球的半径为R.由此可知，该行星的半径约为( )A.12R B.72R C．2R D.72R①/②得r＝2R因此A、B、D错，C对．2、（单选）据报道，科学家们在距离地球20万光年外发现了首颗系外“宜居”行星．假设该行星质量约为地球质量的6.4倍，半径约为地球半径的2倍．那么，一个在地球表面能举起64 kg物体的人在这个行星表面能举起的物体的质量约为多少(地球表面重力加速度g＝10 m/s2)( )A．40 kg B．50 kg C．60 kg D．30 kg解析：根据万有引力等于重力G Mm R 2＝mg 得g ＝GM R2，因为行星质量约为地球质量的6.4倍，其半径是地球半径的2倍，则行星表面重力加速度是地球表面重力加速度的1.6倍，而人的举力认为是不变的，则人在行星表面所举起的重物质量为m ＝m 01.6＝641.6kg ＝40 kg ，故A 正确．答案：A 3、（多选）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 小球落回原地．若他在某星球表面以相同的初速度竖直上抛同一小球，需经过时间5t 小球落回原处．已知该星球的半径与地球半径之比为R 星∶R 地＝1∶4，地球表面重力加速度为g ，设该星球表面附近的重力加速度为g ′，空气阻力不计．则( )A ．g ′∶g ＝1∶5B ．g ′∶g ＝5∶2C ．M 星∶M 地＝1∶20D ．M 星∶M 地＝1∶80解析：由速度对称性知竖直上抛的小球在空中运动时间t ＝2v 0g ，因此得g ′g ＝t 5t ＝15，A 正确，B 错误；由G Mm R2＝mg 得M ＝gR 2G ，因而M 星M 地＝g ′R 2星gR 2地＝15×(14)2＝180，C 错误，D 正确．答案：AD4、（单选）已知地球赤道处的重力加速度为g ，物体在赤道上随地球自转的向心加速度为a 。

天体运动真题

天体运动（04—14北京高考真题）1.（04北京高考）1990年5月，紫金山天文台将他们发现的第2752号小行星命名为吴健雄星，该小行星的半径为r=16km 。

若将此小行星和地球均看成质量分布均匀的球体，小行星密度与地球相同。

已知地球半径R =6400km,地球表面重力加速度为g 。

这个小行星表面的重力加速度为 ( )A ．400g B.g 4001 C.20g D.g 201 2.（05北京高考）20.已知地球质量大约是月球质量的81倍，地球半径大约是月球半径的4 倍。

不考虑地球、月球自转的影响，由以上数据可推算出（）A.地球的平均密度与月球的平均密度之比约为9：8B.地球表面重力加速度与月球表面重力加速度之比约为9：4C.靠近地球表面沿圆轨道运行的航天器的周期与靠近月球表面沿圆轨道运行的航天器的周期之比约为8：9D.靠近地球表面沿圆轨道运行的航天器线速度与靠近月球表面沿圆轨道运行的航天器线速度之比约为9：43.（06北京高考）一飞船在某行星表面附近沿圆轨道绕该行星飞行。

认为行星是密度均匀的球体，要确定该行星的密度，只需要测量 ( )A.飞船的轨道半径B.飞船的运行速度C.飞船的运行周期D.行星的质量4.（07北京高考）不久前欧洲天文学就发现了一颗可能适合人类居住的行星，命名为“格利斯581c ”。

该行星的质量是地球的5倍，直径是地球的1.5倍。

设想在该行星表面附近绕行星沿圆轨道运行的人造卫星的动能为k1E ，在地球表面附近绕地球沿圆轨道运行的同质量的人造卫星的动能为k2E ，则k1k2E E 为（） A 、0.13 B 、0.3 C 、3.33 D 、7.55.（08北京高考）据媒体报道,嫦娥一号卫星环月工作轨道为圆轨道,轨道高度200 km,运行周期127分钟。

若还知道引力常量和月球平均半径,仅利用以上条件不能．．求出的是（） A.月球表面的重力加速度B.月球对卫星的吸引力C.卫星绕月球运行的速度D.卫星绕月运行的加速度6.（09北京高考）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。

人教高中物理新高考考点14 天体运动与人造卫星

考点规范练14天体运动与人造卫星一、单项选择题1.已知地球的质量约为火星质量的10倍,地球的半径约为火星半径的2倍,则航天器在火星表面附近绕火星做匀速圆周运动的速率约为()A.3.5 km/sB.5.0 km/sC.17.7 km/sD.35.2 km/s答案:A解析:根据题设条件可知m地=10m火,r地=2r火,万有引力提供向心力Gmm'r2=m'v2r,得v=√Gmr,即v火v地=√m火r地m地r火=√15,因为地球的第一宇宙速度为v地=7.9km/s,所以航天器在火星表面附近绕火星做匀速圆周运动的速率v火=3.5km/s,选项A正确。

2.有a、b、c、d四颗卫星,a还未发射,在地球赤道上随地球一起转动,b在地面附近近地轨道上正常运动,c是地球同步卫星,d是高空探测卫星。

设地球自转周期为24 h,所有卫星的运动均视为匀速圆周运动,各卫星排列位置如图所示。

则下列关于卫星的说法中正确的是()A.a的向心加速度等于重力加速度gB.c在4 h内转过的圆心角为π6C.b在相同的时间内转过的弧长最长D.d的运动周期可能是23 h答案:C解析:在地球赤道表面随地球自转的卫星,其所受万有引力提供重力和做圆周运动的向心力,a的向心加速度小于重力加速度g,选项A错误;由于c为同步卫星,所以c的周期为24h,4h内转过的圆心角为θ=π3,选项B错误;由四颗卫星的运行情况可知,b运动的线速度是最大的,所以其在相同的时间内转过的弧长最长,选项C正确;d运行的周期比c要长,所以其周期应大于24h,选项D错误。

3.(2019·浙江卷)某颗北斗导航卫星属于地球静止轨道卫星(即卫星相对于地面静止)。

则此卫星的()A.线速度大于第一宇宙速度B.周期小于同步卫星的周期C.角速度大于月球绕地球运行的角速度D.向心加速度大于地面的重力加速度答案:C解析:根据万有引力提供向心力,Gm 地m r 2=m v 2r =m ω2r=ma ,可推导出,随轨道半径r 增加,线速度、角速度、加速度会减小;月球轨道半径最大,北斗卫星次之,近地卫星最小,故A 、D 错误,C 正确。

高三一轮专题复习：天体运动题型归纳

天体运动题型归纳题型一：天体的自转【例题1】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怡好为零，则天体自转周期为（）A ．124π3G ρ⎛⎫ ⎪⎝⎭B ．1234πG ρ⎛⎫ ⎪⎝⎭C ．12πG ρ⎛⎫ ⎪⎝⎭D ．123πG ρ⎛⎫ ⎪⎝⎭解析：在赤道上22R m mg RMmGω+=① 根据题目天体表面压力怡好为零而重力等于压力则①式变为 22R m RMmGω=②又 ②③④得：23GT πρ= ④即21)3(ρπG T =选D 练习1、已知一质量为m 的物体静止在北极与赤道对地面的压力差为ΔN ，假设地球是质量分布均匀的球体，半径为R 。

则地球的自转周期为（）A. 2T =B.2T =C.R N m T ∆=π2D.N m RT ∆=π22、假设地球可视为质量均匀分布的球体，已知地球表面的重力加速度在两极的大小为g 0，在赤道的大小为g ；地球自转的周期为T ，引力常数为G ，则地球的密度为：A.0203g g g GT π B. 0203g g g GT π C. 23GT π D. 023g g GTπρ 题型二：近地问题+绕行问题【例题1】若宇航员在月球表面附近高h 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 。

已知月球半径为R ，引力常量为G 。

则下列说法正确的是A ．月球表面的重力加速度g 月＝h v 20L2B ．月球的质量m 月＝hR 2v 20GL 2 C ．月球的第一宇宙速度v ＝v 0L2h D ．月球的平均密度ρ＝3h v 202πGL 2R解析根据平抛运动规律，L ＝v 0t ，h ＝12g 月t 2，联立解得g 月＝2h v 20L 2；由mg 月＝G mm 月R 2，解得m 月＝2hR 2v 20GT 2；由mg 月＝m v 2R ，解得v ＝v 0L 2hR ；月球的平均密度ρ＝m 月43πR 3＝3h v 202πGL 2R。

天体运动高考题精选

c 点和d 点分别位于小轮和大轮的边缘上。

专题10 天体运动-2023届高考物理一轮复习热点题型专练(解析版)

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 (3)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 (4)类型3重力和万有引力的关系 (5)类型4地球表面与地表下某处重力加速度的比较与计算 (7)题型三天体质量和密度的计算 (8)类型1利用“重力加速度法”计算天体质量和密度 (8)类型2利用“环绕法”计算天体质量和密度 (9)类型3利用椭圆轨道求质量与密度 (11)题型四卫星运行参量的分析 (13)类型1卫星运行参量与轨道半径的关系 (13)类型2同步卫星、近地卫星及赤道上物体的比较 (15)类型3宇宙速度 (17)题型五卫星的变轨和对接问题 (19)类型1卫星变轨问题中各物理量的比较 (19)类型2卫星的对接问题 (22)题型六天体的“追及”问题 (23)题型七星球稳定自转的临界问题 (25)题型八双星或多星模型 (26)类型1双星问题 (27)类型2三星问题 (29)类型4四星问题 (31)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12Δl1r1＝12Δl2r2，12v1·Δt·r1＝12v2·Δt·r2，解得v1v2＝r2r1，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a3T2＝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。

若火星和地球可认为在同一平面内绕太阳同方向做圆周运动，运行过程中火星与地球最近时相距R0、最远时相距5R0，则两者从相距最近到相距最远需经过的最短时间约为()A．365天B．400天C．670天D．800天【答案】B【解析】设火星轨道半径为R1，公转周期为T1，地球轨道半径为R2，公转周期为T2，依题意有R1－R2＝R0，R1＋R2＝5R0，解得R1＝3R0，R2＝2R0，根据开普勒第三定律有R31T21＝R32T22，解得T1＝278年，设从相距最近到相距最远需经过的最短时间为t，有ω2t－ω1t＝π，ω＝2πT，代入数据可得t＝405天，故选项B正确。

高考物理一轮二轮复习天体运动典型题目含答案(高三必看)

第五章天体运动第1课时万有引力定律与天体运动一、开普勒三定律1．开普勒第一定律：所有行星绕太阳运动的轨道都是________，太阳处在椭圆的一个________ 上． 2．开普勒第二定律：对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相同的时间内扫过相等的________． 3．开普勒第三定律：所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它的________________的比值都相等，即a 3T 2＝k . 二、万有引力定律 1．内容自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的方向在它们的连线上，引力的大小与___________________________成正比，与它们之间____________________成反比． 2．公式____________，通常取G ＝____________ N ·m 2/k g 2，G 是比例系数，叫引力常量． 3．适用条件公式适用于________间的相互作用．当两物体间的距离远大于物体本身的大小时，物体可视为质点；均匀的球体可视为质点，r 是__________间的距离；对一个均匀球体与球外一个质点的万有引力的求解也适用，其中r 为球心到________间的距离．考点一开普勒三定律的理解和应用 1.行星绕太阳的运动通常按圆轨道处理. 2.开普勒行星运动定律也适用于其他天体，例如月球、卫星绕地球的运动.3.开普勒第三定律a 3T2＝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.但该定律只能用在同一中心天体的两星体之间. 【典例剖析】例1.火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行，根据开普勒行星运动定律可知( ) A.太阳位于木星运行轨道的中心B.火星和木星绕太阳运行速度的大小始终相等C.火星与木星公转周期之比的平方等于它们轨道半长轴之比的立方D.相同时间内，火星与太阳连线扫过的面积等于木星与太阳连线扫过的面积例2.(多选)如图所示，近地人造卫星和月球绕地球的运行轨道可视为圆.设卫星、月球绕地球运行周期分别为T 卫、T 月，地球自转周期为T 地，则( )A.T 卫<T 月B.T 卫>T 月C.T 卫<T 地D.T 卫＝T 地例3.(多选)如图，海王星绕太阳沿椭圆轨道运动，P 为近日点，Q 为远日点，M 、N 为轨道短轴的两个端点，运行的周期为T 0，若只考虑海王星和太阳之间的相互作用，则海王星在从P 经过M 、Q 到N 的运动过程中( )A.从P 到M 所用的时间等于T 04B.从Q 到N 阶段，机械能逐渐变大C.从P 到Q 阶段，速率逐渐变小D.从M 到N 阶段，万有引力对它先做负功后做正功 1.（多选）关于行星的运动，以下说法正确的是( ) A ．行星轨道的半长轴越长，自转周期越大 B ．行星轨道的半长轴越长，公转周期越大 C ．水星的半长轴最短，公转周期最长 D ．海王星离太阳“最远”，绕太阳运动的公转周期最长2.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∶1B ．4∶1C ．8∶1D ．16∶1 3.17世纪，英国天文学家哈雷跟踪过一颗彗星，他算出这颗彗星轨道的半长轴约等于地球公转半径的18倍，并预言这颗彗星将每隔一定的时间飞临地球，后来哈雷的预言得到证实，该彗星被命名为哈雷彗星。

天体运动历年高考试题

天体运动历年高考试题一、单选题1.火星的质量约为地球质量的110，半径约为地球半径的12，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 ．0.2B ．0.4C ． 2.0D ．2.52.1970年成功发射的“东方红一号”是我国第一颗人造地球卫星,该卫星至今仍沿椭圆轨道绕地球运动．如图所示,设卫星在近地点、远地点的速度分别为12v v 、,近地点到地心的距离为r ，地球质量为M ,引力常量为G ．则( )A. 121,v v v >=B. 121,v v v >>C. 121,v v v <=D. 121,v v v <>3.2019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,能够描述F 随h 变化关系的图像是（）A.B.C.D.4.若想检验“使月球绕地球运动的力”与“使苹果落地的力”遵循同样的规律,在已知月地距离约为地球半径60倍的情况下,需要验证( ) A.地球吸引月球的力约为地球吸引苹果的力的21/60 B.月球公转的加速度约为苹果落向地面加速度的21/60 C.自由落体在月球表面的加速度约为地球表面的1/6 D.苹果在月球表面受到的引力约为在地球表面的1/605.2018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11226.6710/N m kg -⨯⋅。

以周期T 稳定自转的星体的密度最小值约为( ) A. 43510kg m ⨯ B. 123510kg m ⨯ C. 153510kg m ⨯ D. 183510kg m ⨯6.已知地球质量为月球质量的81倍,地球半径约为月球半径的4倍。

若在月球和地球表面同样高度处,以相同的初速度水平抛出物体,抛出点与落地点间的水平距离分别为S 月和S 地,则:S S 月地约为( ) A.9:4 B.6:1 C.3:2D.1:17.北斗问天，国之夙愿。

高三物理天体运动试题

高三物理天体运动试题1.己知地球半径为R，地面处的重力加速度为g，一颗距离地面高度为2R的人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，下列关于卫星运动的说法正确的是（）A．线速度大小为B．角速度为C．加速度大小为g D．周期为6π【答案】AB【解析】根据，可得线速度，所以A正确；可得角速度，所以B正确；得：，所以C错误；，得周期，故D错误。

【考点】本题考查天体运动2.某仪器在地面上受到的重力为160N，将它置于宇宙飞船中，当宇宙飞船以a=0.5g的加速度竖直上升到某高度时仪器所受的支持力为90N，取地球表面处重力加速度g=10m∕s2，地球半径R=6400km。

求：（1）此处的重力加速度的大小g’；（2）此处离地面的高度H；（3）在此高度处运行的卫星速度v．【答案】（1）（2）（3）【解析】（1）由在地表仪器重160N，可知仪器质量①根据牛顿第二定律，有②（3分）代入数据，得③（1分）（2）设此时飞船离地高度为H，地球质量为M，该高度处重力加速度④（2分）地表重力加速度⑤（1分）联立各式得⑥（1分）（3）设该高度有人造卫星速度为v，其向心力由万有引力来提供，有⑦（3分）由⑤⑦式得（1分）【考点】万有引力定律及其应用、牛顿运动定律3. 2013年12月11日，“嫦娥三号”从距月面高度为100km的环月圆轨道Ⅰ上的P点实施变轨，进入近月点为15km的椭圆轨道Ⅱ，由近月点Q成功落月，如图所示。

关于“嫦娥三号”，下列说法正确的是( )A．沿轨道Ⅰ运动至P时，需制动减速才能进入轨道ⅡB．沿轨道Ⅱ运行的周期大于沿轨道Ⅰ运行的周期C．沿轨道Ⅱ运行时，在P点的加速度大于在Q点的加速度D．在轨道Ⅱ上由P点运行到Q点的过程中，万有引力对其做负功【答案】A【解析】由图知，嫦娥三号在轨道Ⅰ上P点做圆周运动，在轨道Ⅱ上P点开始做近心运动，故在轨道Ⅱ上P点速度小于轨道Ⅰ上P点的速度，所以A正确；根据开普勒的周期定律知沿轨道Ⅱ运动的周期小于沿轨道Ⅰ运行的周期，故B错误；P点是远月点，Q点是近月点，根据万有引力，知在P点的加速度小于在Q点的加速度，所以C错误；从P到Q万有引力做正功，所以D错误。

天体运动高考必考题.pdf

会时它们具有相同的向心加速度 D．“天宫一号”和“神八”交会时它们具有相同的向心力 5、1970 年 4 月 24 日，我国自行设计、制造的第一颗人造地球卫星“东方红一号”发射成功，开创了我国航天事业的新纪元．如图 5 所示，“东方红一号”的运行轨道为椭圆轨道，其近地点 M 和远地点 N 的高度分别为 439 km 和 2 384 km，则( )
(3)圆轨道与椭圆轨道相切时，切点处外面的轨道上的速度大，向心加速度相同．
A．卫星运行时的向心加速度为4πT22R
B．物体在月球表面自由下落的加速度为4πT22R
C．卫星运行时的线速度为2πTR
D．月球的第一宇宙速度为2π
R(R＋h)3 TR
16、我国于 2013 年发射“神舟十号”载人飞船与“天宫一号”目标飞行器对接．如图 4 所
示，开始对接前，“天宫一号”在高轨道，“神舟十号”飞船在低轨道各自绕地球做匀速圆
D．“天宫一号”的线速度大于 7.9 km/s
学海无涯
图7
17、假设将来人类登上了火星，考察完毕后，乘坐一艘宇宙飞船从火星返回地球时，经历了
如图 7 所示的变轨过程，则有关这艘飞船的下列说法正确的是( )
A．飞船在轨道Ⅰ上运动时的机械能大于飞船在轨道Ⅱ上运动时的机械能
B．飞船在轨道Ⅱ上运动时，经过 P 点时的速度大于经过 Q 点时的速度
学海无涯
位于轨道上的 A、B 两位置，如图 3 所示．若卫星均顺时针运行，地球表面处的重力加速度为 g，地球半径为 R，不计卫星间的相互作用力．以下判断正确的是
()
图3 A．两颗卫星的向心加速度大小相等，均为rR2g2 B．两颗卫星所受的向心力大小一定相等
C．卫星 1 由位置 A 运动到位置 B 所需的时间可能为73πRr

高考物理复习天体运动专题练习(含答案)

2019年高考物理复习天体运动专题练习（含答案）天体是天生之体或者天然之体的意思，表示未加任何掩盖。

查字典物理网整理了天体运动专题练习，请考生练习。

一、单项选择题(本题共10小题，每小题6分，共60分.)1.(2019武威模拟)2019年6月20日上午10点神舟十号航天员首次面向中小学生开展太空授课和天地互动交流等科普教育活动，这是一大亮点.神舟十号在绕地球做匀速圆周运动的过程中，下列叙述不正确的是()A.指令长聂海胜做了一个太空打坐，是因为他不受力B.悬浮在轨道舱内的水呈现圆球形C.航天员在轨道舱内能利用弹簧拉力器进行体能锻炼D.盛满水的敞口瓶，底部开一小孔，水不会喷出【解析】在飞船绕地球做匀速圆周运动的过程中，万有引力充当向心力，飞船及航天员都处于完全失重状态，聂海胜做太空打坐时同样受万有引力作用，处于完全失重状态，所以A错误;由于液体表面张力的作用，处于完全失重状态下的液体将以圆球形状态存在，所以B正确;完全失重状态下并不影响弹簧的弹力规律，所以拉力器可以用来锻炼体能，所以C正确;因为敞口瓶中的水也处于完全失重状态，即水对瓶底部没有压强，所以水不会喷出，故D正确.【答案】 A2.为研究太阳系内行星的运动，需要知道太阳的质量，已知地球半径为R，地球质量为m，太阳与地球中心间距为r，地球表面的重力加速度为g，地球绕太阳公转的周期T.则太阳的质量为()A.B.C. D.【解析】地球表面质量为m的物体万有引力等于重力，即G=mg，对地球绕太阳做匀速圆周运动有G=m.解得M=，D正确. 【答案】 D3.(2019温州质检)经国际小行星命名委员会命名的神舟星和杨利伟星的轨道均处在火星和木星轨道之间.已知神舟星平均每天绕太阳运行1.74109 m，杨利伟星平均每天绕太阳运行1.45109 m.假设两行星都绕太阳做匀速圆周运动，则两星相比较()A.神舟星的轨道半径大B.神舟星的加速度大C.杨利伟星的公转周期小D.杨利伟星的公转角速度大【解析】由万有引力定律有：G=m=ma=m()2r=m2r，得运行速度v=，加速度a=G，公转周期T=2，公转角速度=，由题设知神舟星的运行速度比杨利伟星的运行速度大，神舟星的轨道半径比杨利伟星的轨道半径小，则神舟星的加速度比杨利伟星的加速度大，神舟星的公转周期比杨利伟星的公转周期小，神舟星的公转角速度比杨利伟星的公转角速度大，故选项A、C、D错误，B正确.【答案】 B4.卫星甲绕质量为M1的行星以r1为半径做圆周运动，卫星乙绕质量为M2的行星以r2为半径做圆周运动.若不考虑某行星对另一行星的卫星的影响，用T1、T2和v1、v2分别表示卫星甲、乙的周期和线速度大小，则下列关系正确的是() A.= B.=C.=D.=【解析】行星与卫星间的万有引力提供卫星做圆周运动的向心力，对卫星甲：有G=m1=m1r1;对卫星乙：G=m2=m2r2.整理得=，=，选项D正确.【答案】 D5.如图1所示是美国的卡西尼号探测器经过长达7年的艰苦旅行，进入绕土星飞行的轨道.若卡西尼号探测器在半径为R 的土星上空离土星表面高h的圆形轨道上绕土星飞行，环绕n图1周飞行时间为t，已知万有引力常量为G，则下列关于土星质量M和平均密度的表达式正确的是()A.M=，=B.M=，=C.M=，=D.M=，=【解析】设卡西尼号的质量为m，卡西尼号围绕土星的中心做匀速圆周运动，其向心力由万有引力提供，G=m(R+h)()2，其中T=，解得M=.又土星体积V=R3所以==，D正确.【答案】 D6.宇航员乘坐的宇宙飞船正在地球赤道平面内的圆周轨道上运行，其离地球表面的高度为同步卫星离地球表面高度的十分之一，且运行方向与地球自转方向一致.下列说法中正确的是()A.飞船运行的加速度a1与同步卫星运行的加速度a2的关系为a1=100a2B.飞船运行的速度等于同步卫星运行速度的倍C.站在地球赤道上的人观察到飞船向东运动D.在飞船上工作的宇航员因不受重力而在舱中悬浮或静止【解析】设地球半径为R，根据G=ma得=()=(10-)2100，所以a1100a2，A错;根据G=m，B错;根据G=m(R+h)得飞船运行的周期小于同步卫星的周期，而地球自转的周期与同步卫星的周期相同，所以C对;完全失重不是不受重力，D错.【答案】 C7.如图2所示，设想轨道A为天宫一号运行的圆轨道，轨道B为神舟九号变轨前的椭圆轨道，如果它们的轨道平面相同，且A、B轨道相交于P、Q两点，则下列关于神舟九号和天宫一号的物理量说法正确的图2是()A.一定具有相同的运动周期B.一定具有相同的机械能C.在轨道上的P点或Q点时具有相同的速度D.在轨道上的P点或Q点时一定具有相同的加速度【解析】根据开普勒第三定律，如果神舟九号沿椭圆轨道运动的半长轴等于天宫一号圆轨道的半径，则它们的运行周期相等，A错误;宇宙飞船的机械能是动能和引力势能的总和，与飞船的质量有关，故机械能不一定相等，B错误;速度是矢量，因此在轨道上的P点或Q点即使速度大小相等，方向也不相同，C错误;由牛顿第二定律可知，它们在P点或Q点时的加速度一定相同，D正确.【答案】 D8.(2019石家庄模拟)宇宙中两个相距较近的星球可以看成双星，它们只在相互间的万有引力作用下，绕两球连线上的某一固定点做周期相同的匀速圆周运动.根据宇宙大爆炸理论，双星间的距离在不断缓慢增加，设双星仍做匀速圆周运动，则下列说法正确的是()A.双星相互间的万有引力不变B.双星做圆周运动的角速度均增大C.双星做圆周运动的动能均不变D.双星做圆周运动的半径均增大【解析】由=m12r1=m22r2，L=r1+r2，可解得：=，r1=L，r2=L，万有引力F=，由此可见随着L的增大、F、均减小，r1、r2均增大，A、B错误，D正确;由v1=r1=，v2=，故随L 的增大，v1、 v2均减小，双星圆周运动的动能也减小，C 错误.【答案】 D9.经长期观测，人们在宇宙中已经发现了双星系统，双星系统由两颗相距较近的恒星组成，每个恒星的线速度远小于两个星体之间的距离，而且双星系统一般远离其他天体.两颗星球组成的双星，在相互之间的万有引力作用下，绕连线上的O点做周期相同的匀速圆周运动.现测得两颗星之间的距离为L，质量之比为m1m2=32，则可知()A.m1、m2做圆周运动的角速度之比为23B.m1、m2做圆周运动的线速度之比为32C.m1做圆周运动的半径为LD.m2做圆周运动的半径为L【解析】双星系统在相互之间的万有引力作用下，绕连线上的O点做周期相同的匀速圆周运动，角速度相同，A错误;由G=m12r1=m22r2得r1r2=m2m1=23，由v=r得两星球做圆周运动的线速度之比为v1v2=r1r2=23，B错误;m1做圆周运动的半径为L，m2做圆周运动的半径为L，C正确，D错误. 【答案】 C10.已知地球同步卫星离地面的距离为地球半径的约6倍，若某行星的平均密度约为地球平均密度的一半，它的同步卫星距其表面的高度约是其半径的2.5倍，则该行星的自转周期约为()A.6小时B.12小时C.24小时D.36小时【解析】绕行地球有T地=2 ，绕行某行星有T某=2 .综合体积与密度，对地球有M地=地R ，对某行星有M某=某R .③式代入式得T地=2，式代入式得T某=2，两式相除得T某=12小时，故选项B正确、选项A、C、D错误.【答案】 B二、多项选择题(本题共5小题，每小题8分，共40分.)11.卫星在某一轨道上绕地球做圆周运动，由于受稀薄大气阻力的影响，卫星的绕行高度缓慢降低，对此下列说法正确的是()A.卫星运行的动能增大，机械能减小B.卫星运行的动能减小，机械能减小C.空气阻力做的功与卫星机械能的变化大小相等D.地球引力做的功与卫星机械能的变化大小相等【解析】卫星圆形轨道半径r缓慢减小，其动能增大、势能减小、机械能减小，故选项A正确、选项B错误;由高轨道向低轨道变化，有|Wf|=|E机|，故选项C正确;而|WG|E机|，故选项D错误.【答案】 AC12.(2019泉州质检)如图3所示，嫦娥三号从环月圆轨道上的P点实施变轨进入椭圆轨道，再由近月点Q开始进行动力下降，最后于2019年12月14日成功落月.下列说法正确的是()图3A.其轨道运行的周期大于沿轨道运行的周期B.沿轨道运行至P点时，需制动减速才能进入轨道C.沿轨道运行时，在P点的加速度大于在Q点的加速度D.沿轨道运动时，由P点到Q点的过程中万有引力对其做正功【解析】由图中几何关系可知：圆轨道的半径R大于椭圆轨道的半长轴r，根据开普勒第三定律可知：=，则TTⅡ，选项A错误;嫦娥三号从圆轨道到椭圆轨道需要变轨做向心运动，变轨需要改变速度，而在该点处受到的万有引力不变，故需要减速，选项B正确;因Q点离月球较近，嫦娥三号受到月球的引力较大，根据牛顿第二定律，可知：其在P点的加速度小于在Q点的加速度，选项C错误;沿椭圆轨道运行时，嫦娥三号在Q点的速度大于在P点的速度，故从P点到Q点过程中万有引力做正功，选项D正确.【答案】 BD13.宇宙中的有些恒星可组成双星系统.它们之间的万有引力比其他恒星对它们的万有引力大得多，因此在研究双星的运动时，可以忽略其他星球对它们的作用.已知S1和S2构成一个双星，它们在相互之间的万有引力作用下绕两者连线上某一定点O做匀速圆周运动.S1的质量是S2质量的k倍(k1)，下列判断正确的是()A.S1、S2的角速度之比为1kB.S1、S2的线速度之比为1kC.S1、S2的加速度之比为1kD.S1、S2所受的向心力大小之比为k1【解析】双星系统有彼此之间的万有引力提供各自圆周运动的向心力，二者总保持在一条直线即直径上，得到二者角速度之比为11，A错;二者的向心力是相互作用力，因此向心力之比为11，D错;根据万有引力提供向心力有=m1R12=m2R22=m1a1=m2a2，===k，即a1a2=1k，C对;根据v=R 知==1k，B对.【答案】 BC14.(2019合肥模拟)北斗系统中两颗工作卫星1和2在同一轨道上绕地心O沿顺时针方向做匀速圆周运动，轨道半径为r，某时刻它们分别位于轨道上的A、B两位置，如图4所示.已知地球表面处的重力加速度为g，地球半径为R，不计卫星间的相互作图4用力.以下判断中正确的是()A.这两颗卫星的向心加速度大小为a=gB.这两颗卫星的角速度大小为=RC.卫星1由位置A运动至位置B所需的时间为t=D.如果使卫星1加速，它就一定能追上卫星2【解析】卫星绕地球做匀速圆周运动，万有引力充当向心力，即：G=ma，由万有引力与重力关系，G=mg，解两式得：a=g，A项对;由a=2r，将上式代入得：=，B项错;卫星1由位置A运动到位置B所需时间为卫星周期的，由T=，t=，C 项正确;卫星1加速后做离心运动，进入高轨道运动，不能追上卫星2，D项错.【答案】 AC15.宇宙飞船绕地球做圆周运动时，由于地球遮挡阳光，会经历日全食过程，如图5所示.已知地球的半径为R，地球质量为M，引力常量为G，地球自转周期为T0.太阳光可看作平行光，不考虑地球图5公转的影响，宇航员在A点测出地球的张角为，下列说法中正确的是()A.飞船的高度为B.飞船的线速度为C.飞船的周期为2D.飞船每次日全食过程的时间为【解析】飞船绕行有：v= ，T=2 .应用几何关系.在OEA中有sin= ，飞船高度为h=r-R .③式代入式，解得h=R(-1)，故选项A错误;解得v=，故选项B正确;解得T=2，选项C正确;每次日全食时间t为绕行BAC时间.由ODB≌△OEA知=，又有=，解得=综合圆周运动规律.有：2=t,2T，解得t= ，解式得t=T，故选项D错误.【答案】 BC天体运动专题练习及答案的全部内容就是这些，查字典物理网希望考生可以实现自己的理想。

高考天体题型汇编

第1讲万有引力定律及应用考点一开普勒定律基础回扣定律内容图示或公式a3技巧点拨1．行星绕太阳的运动通常按圆轨道处理．2．由开普勒第二定律可得12v1·Δt·r1＝12v2·Δt·r2，解得v1v2＝r2r1，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a3T2＝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．但该定律只能用在同一中心天体的两星体之间．例1(多选)如图1所示，两质量相等的卫星A、B绕地球做匀速圆周运动，用R、T、E k、S分别表示卫星的轨道半径、周期、动能、与地心连线在单位时间内扫过的面积．下列关系式正确的有()图1A．T A>T B B．E k A>E k BC．S A＝S B D.R A3T A2＝R B3T B21．(对开普勒三定律的理解)火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行，根据开普勒行星运动定律可知()A．太阳位于木星运行轨道的中心B.火星和木星绕太阳运行速度的大小始终相等C．火星与木星公转周期之比的平方等于它们轨道半长轴之比的立方D．相同时间内，火星与太阳连线扫过的面积等于木星与太阳连线扫过的面积2．(对开普勒第二定律的理解和应用)(多选)如图2，海王星绕太阳沿椭圆轨道运动，P为近日点，Q为远日点，M、N为轨道短轴的两个端点，运行的周期为T0.若只考虑海王星和太阳之间的相互作用，则海王星在从P经M、Q到N的运动过程中( )图2A ．从P 到M 所用的时间等于T 04B ．从Q 到N 阶段，机械能逐渐变大C ．从P 到Q 阶段，速率逐渐变小D ．从M 到N 阶段，万有引力对它先做负功后做正功考点二万有引力定律适用条件(1)公式适用于质点间的相互作用，当两个物体间的距离远大于物体本身的大小时，物体可视为质点． (2)质量分布均匀的球体可视为质点，r 是两球心间的距离．技巧点拨1．万有引力与重力的关系地球对物体的万有引力F 可分解为：重力mg ；提供物体随地球自转的向心力F 向．(1)在赤道上：G MmR 2＝mg 1＋mω2R .(2)在两极上：G MmR2＝mg 0.(3)在一般位置：万有引力G MmR2等于重力mg 与向心力F 向的矢量和．越靠近南、北两极，向心力越小，g 值越大．由于物体随地球自转所需的向心力较小，常认为万有引力近似等于重力，即GMmR2＝mg .2．星球上空的重力加速度g ′星球上空距离星体中心r ＝R ＋h 处的重力加速度为g ′，mg ′＝GMm (R ＋h )2，得g ′＝GM (R ＋h )2.所以g g ′＝(R ＋h )2R 2.3．万有引力的“两点理解”和“两个推论” (1)两点理解①两物体相互作用的万有引力是一对作用力和反作用力．②地球上的物体(两极除外)受到的重力只是万有引力的一个分力． (2)两个推论①推论1：在匀质球壳的空腔内任意位置处，质点受到球壳的万有引力的合力为零，即∑F 引＝0.②推论2：在匀质球体内部距离球心r 处的质点(m )受到的万有引力等于球体内半径为r 的同心球体(M ′)对其的万有引力，即F ＝G M ′mr2.万有引力定律的理解例2 (2019·全国卷Ⅱ·14)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，能够描述F 随h 变化关系的图像是( )万有引力定律的应用例3 假设地球是一半径为R 、质量分布均匀的球体．一矿井深度为d ，已知质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零，则矿井底部和地面处的重力加速度大小之比为( )A ．1－dRB ．1＋dRC.⎝⎛⎭⎫R －d R 2D.⎝⎛⎭⎫R R －d 23．(万有引力公式的应用)(2020·全国卷Ⅰ·15)火星的质量约为地球质量的110，半径约为地球半径的12，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 ．2.54.(割补法在计算万有引力中的应用)如图3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R2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)( )图3A ．G Mm R 2B ．0C ．4G Mm R 2D ．G Mm 2R2考点三天体质量和密度的计算应用万有引力定律估算天体的质量、密度 (1)利用天体表面重力加速度已知天体表面的重力加速度g 和天体半径R .①由G Mm R 2＝mg ，得天体质量M ＝gR 2G.②天体密度ρ＝M V ＝M 43πR 3＝3g4πGR.(2)利用运行天体测出卫星绕中心天体做匀速圆周运动的半径r 和周期T .①由G Mm r 2＝m 4π2T 2r ，得M ＝4π2r 3GT2.②若已知天体的半径R ，则天体的密度ρ＝M V ＝M 43πR 3＝3πr 3GT 2R 3.③若卫星绕天体表面运行，可认为轨道半径r 等于天体半径R ，则天体密度ρ＝3πGT2，故只要测出卫星环绕天体表面运动的周期T ，就可估算出中心天体的密度．利用运行天体计算中心天体质量例4 (2020·山东临沂市质检)2018年7月25日消息称，科学家们在火星上发现了第一个液态水湖，这表明火星上很可能存在生命．美国的“洞察”号火星探测器曾在2018年11月降落到火星表面．假设该探测器在着陆火星前贴近火星表面运行一周用时为T ，已知火星的半径为R 1，地球的半径为R 2，地球的质量为M ，地球表面的重力加速度为g ，引力常量为G ，则火星的质量为( ) A.4π2R 13M gR 22T 2 B.gR 22T 2M 4π2R 13C.gR 12GD.gR 22G利用重力加速度g 求中心天体质量例5 (2020·广东广雅中学模拟)宇航员在月球表面将一片羽毛和一个铁锤从同一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 .求：(不考虑月球自转的影响)(1)月球表面的自由落体加速度大小g 月； (2)月球的质量M ； (3)月球的密度ρ.天体密度的计算例6 (2018·全国卷Ⅱ·16)2018年2月，我国500 m 口径射电望远镜(天眼)发现毫秒脉冲星“J0318＋0253”，其自转周期T ＝5.19 ms.假设星体为质量均匀分布的球体，已知万有引力常量为6.67×10－11 N·m 2/kg 2.以周期T 稳定自转的星体的密度最小值约为( ) A ．5×109 kg/m 3 B ．5×1012 kg/m 3 C ．5×1015 kg/m 3 D ．5×1018 kg/m 3课时精练1．(2016·全国卷Ⅲ·14)关于行星运动的规律，下列说法符合史实的是( ) A ．开普勒在牛顿定律的基础上，导出了行星运动的规律B ．开普勒在天文观测数据的基础上，总结出了行星运动的规律C ．开普勒总结出了行星运动的规律，找出了行星按照这些规律运动的原因D ．开普勒总结出了行星运动的规律，发现了万有引力定律 2．据报道，科学家们在距离地球20万光年外发现首颗系外“宜居”行星，假设该行星质量约为地球质量的6.4倍，半径约为地球半径的2倍，那么一个在地球表面能举起64 kg 物体的人，在这个行星表面能举起的物体的质量约为(地球表面重力加速度g 取10 m/s 2)( ) A ．40 kg B ．50 kg C ．60 kg D ．30 kg3．(2017·北京卷·17)利用引力常量G 和下列某一组数据，不能计算出地球质量的是( ) A ．地球的半径及重力加速度(不考虑地球自转)B ．人造卫星在地面附近绕地球做圆周运动的速度及周期C ．月球绕地球做圆周运动的周期及月球与地球间的距离D ．地球绕太阳做圆周运动的周期及地球与太阳间的距离4．(多选)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初速度竖直上抛同一小球，需经过时间5t 小球落回原处．已知该星球的半径与地球半径之比为R 星∶R 地＝1∶4，地球表面重力加速度为g ，设该星球表面附近的重力加速度为g ′，空气阻力不计．则( ) A ．g ′∶g ＝1∶5 B ．g ′∶g ＝5∶2 C ．M 星∶M 地＝1∶20 D ．M 星∶M 地＝1∶805．(八省联考·河北·3)假定“嫦娥五号”轨道舱绕月飞行时，轨道是贴近月球表面的圆形轨道．已知地球密度为月球密度的k 倍，地球同步卫星的轨道半径为地球半径的n 倍，则轨道舱绕月飞行的周期与地球同步卫星周期的比值为( )A.k n 3B.n 3kC.k nD.n k 6．(多选)(八省联考·辽宁·8)“嫦娥五号”探测器绕月球做匀速圆周运动时，轨道半径为r ，速度大小为v .已知月球半径为R ，引力常量为G ，忽略月球自转的影响．下列选项正确的是( )A ．月球平均密度为3v 24πGR 2B ．月球平均密度为3v 2r4πGR 3C ．月球表面重力加速度为v 2RD ．月球表面重力加速度为v 2rR27．(2020·全国卷Ⅱ·15)若一均匀球形星体的密度为ρ，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.3πGρB.4πGρC.13πGρD.14πGρ8．据美国宇航局消息，在距离地球40光年的地方发现了三颗可能适合人类居住的类地行星．假设某天我们可以穿越空间到达某一类地行星，测得以初速度10 m/s 竖直上抛一个小球可到达的最大高度只有1 m ，而其球体半径只有地球的一半，则其平均密度和地球的平均密度之比为(地球表面重力加速度g 取10 m/s 2)( ) A ．5∶2 B ．2∶5 C ．1∶10 D ．10∶19.(2018·浙江4月选考·9)土星最大的卫星叫“泰坦”(如图1)，每16天绕土星一周，其公转轨道半径为1.2×106 km.已知引力常量G ＝6.67×10－11 N·m 2/kg 2，则土星的质量约为( )图1A ．5×1017 kgB ．5×1026 kgC ．7×1033 kgD ．4×1036 kg10．若在某行星和地球上相对于各自的水平地面附近相同的高度处以相同的速率平抛一物体，它们在水平方向运动的距离之比为2∶7.已知该行星质量约为地球的7倍，地球的半径为R .由此可知，该行星的半径约为( ) A.12R B.72R C ．2R D.72R11．(2020·山东卷·7改编)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 －v 0t 0B ．m ⎝⎛⎭⎫0.4g ＋v 0t 0C ．m ⎝⎛⎭⎫0.2g －v 0t 0D ．m ⎝⎛⎭⎫0.2g ＋v 0t 012．假设地球可视为质量均匀分布的球体．已知地球表面重力加速度在两极的大小为g 0，在赤道的大小为g ，地球自转的周期为T ，引力常量为G .地球的密度为( )A.3π(g 0－g )GT 2g 0B.3πg 0GT 2(g 0－g ) C.3πGT 2 D.3πg 0GT 2g13．(2019·江西抚州市模拟)由中国科学院、中国工程院两院院士评出的2012年中国十大科技进展新闻，于2013年1月19日揭晓，“神舟九号”载人飞船与“天宫一号”(如图2)成功对接和“蛟龙”号下潜突破7 000米分别排在第一、第二．若地球半径为R ，把地球看作质量分布均匀的球体．“蛟龙号”下潜深度为d ，“天宫一号”轨道距离地面高度为h ，“蛟龙”号所在处与“天宫一号”所在处的加速度大小之比为(质量分布均匀的球壳对内部物体的万有引力为零)( )图2A.R －d R ＋hB.(R －d )2(R ＋h )2C.(R －d )(R ＋h )2R 3D.(R －d )(R ＋h )R 2人造卫星宇宙速度考点一卫星运行参量的分析技巧点拨1．公式中r 指轨道半径，是卫星到中心天体球心的距离，R 通常指中心天体的半径，有r ＝R ＋h . 2．近地卫星和同步卫星卫星运动的轨道平面一定通过地心，一般分为赤道轨道、极地轨道和其他轨道，同步卫星的轨道是赤道轨道． (1)近地卫星：轨道在地球表面附近的卫星，其轨道半径r ＝R (地球半径)，运行速度等于第一宇宙速度v ＝7.9 km/s(人造地球卫星的最大运行速度)，T ＝85 min(人造地球卫星的最小周期)． (2)同步卫星①轨道平面与赤道平面共面．②周期与地球自转周期相等，T ＝24 h. ③高度固定不变，h ＝3.6×107 m. ④运行速率均为v ＝3.1×103 m/s.卫星运行参量与轨道半径的关系例1 (2020·浙江7月选考·7)火星探测任务“天问一号”的标识如图1所示．若火星和地球绕太阳的运动均可视为匀速圆周运动，火星公转轨道半径与地球公转轨道半径之比为3∶2，则火星与地球绕太阳运动的( )图1A ．轨道周长之比为2∶3B ．线速度大小之比为3∶2C ．角速度大小之比为22∶33D ．向心加速度大小之比为9∶4同步卫星、近地卫星及赤道上物体的比较例2 (2019·青海西宁市三校联考)如图2所示，a 为放在赤道上相对地球静止的物体，随地球自转做匀速圆周运动，b 为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星(轨道半径约等于地球半径)，c 为地球的同步卫星．下列关于a 、b 、c 的说法中正确的是( )图2A ．b 卫星转动线速度大于7.9 km/sB ．a 、b 、c 做匀速圆周运动的向心加速度大小关系为a a ＞a b ＞a cC ．a 、b 、c 做匀速圆周运动的周期关系为T a ＝T c <T bD ．在b 、c 中，b 的线速度大1.(卫星运行参量的比较)(2020·浙江1月选考·9)如图3所示，卫星a 、b 、c 沿圆形轨道绕地球运行．a 是极地轨道卫星，在地球两极上空约1 000 km 处运行；b 是低轨道卫星，距地球表面高度与a 相等；c 是地球同步卫星，则( )图3A ．a 、b 的周期比c 大B ．a 、b 的向心力一定相等C ．a 、b 的速度大小相等D ．a 、b 的向心加速度比c 小2．(同步卫星)关于我国发射的“亚洲一号”地球同步通信卫星的说法，正确的是( ) A ．若其质量加倍，则轨道半径也要加倍B ．它在北京上空运行，故可用于我国的电视广播C ．它以第一宇宙速度运行D ．它运行的角速度与地球自转角速度相同3．(卫星运动分析)(2016·全国卷Ⅰ·17)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约为地球半径的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 ．1 h B ．4 h C ．8 h D ．16 h考点二宇宙速度的理解和计算基础回扣v ＝7.9 km/s ，是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的技巧点拨1．第一宇宙速度的推导方法一：由G MmR 2＝m v 12R，得v 1＝GMR ＝ 6.67×10－11×5.98×10246.4×106m/s ≈7.9×103 m/s. 方法二：由mg ＝m v 12R得v 1＝gR ＝9.8×6.4×106 m/s ≈7.9×103 m/s.第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度，也是人造卫星的最大环绕速度，此时它的运行周期最短，T min ＝2πRg＝5 078 s ≈85 min.2．宇宙速度与运动轨迹的关系(1)v 发＝7.9 km/s 时，卫星绕地球表面做匀速圆周运动． (2)7.9 km/s<v 发<11.2 km/s ，卫星绕地球运动的轨迹为椭圆． (3)11.2 km/s ≤v 发＜16.7 km/s ，卫星绕太阳运动的轨迹为椭圆．(4)v 发≥16.7 km/s ，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间．例3 (2020·北京卷·5)我国首次火星探测任务被命名为“天问一号”．已知火星质量约为地球质量的10%，半径约为地球半径的50%，下列说法正确的是( )A ．火星探测器的发射速度应大于地球的第二宇宙速度B ．火星探测器的发射速度应介于地球的第一和第二宇宙速度之间C ．火星的第一宇宙速度大于地球的第一宇宙速度D ．火星表面的重力加速度大于地球表面的重力加速度4．(第一宇宙速度的计算)地球的近地卫星线速度大小约为8 km/s ，已知月球质量约为地球质量的181，地球半径约为月球半径的4倍，下列说法正确的是( ) A ．在月球上发射卫星的最小速度约为8 km/s B ．月球卫星的环绕速度可能达到4 km/s C ．月球的第一宇宙速度约为1.8 km/sD ．“近月卫星”的速度比“近地卫星”的速度大5．(宇宙速度的理解和计算)宇航员在一行星上以速度v 0竖直上抛一质量为m 的物体，不计空气阻力，经2t 后落回手中，已知该星球半径为R .求： (1)该星球的第一宇宙速度的大小；(2)该星球的第二宇宙速度的大小．已知取无穷远处引力势能为零，物体距星球球心距离为r 时的引力势能E p ＝－G mM r.(G 为万有引力常量) 考点三天体的“追及”问题1．相距最近两卫星的运转方向相同，且位于和中心连线的半径上同侧时，两卫星相距最近，从运动关系上，两卫星运动关系应满足(ωA －ωB )t ＝2n π(n ＝1,2,3…)． 2．相距最远当两卫星位于和中心连线的半径上两侧时，两卫星相距最远，从运动关系上，两卫星运动关系应满足(ωA －ωB )t ′＝(2n －1)π(n ＝1,2,3…)．例4 当地球位于太阳和木星之间且三者几乎排成一条直线时，称之为“木星冲日”，2016年3月8日出现了一次“木星冲日”．已知木星与地球几乎在同一平面内沿同一方向绕太阳近似做匀速圆周运动，木星到太阳的距离大约是地球到太阳距离的5倍．则下列说法正确的是( ) A ．下一次的“木星冲日”时间肯定在2018年 B ．下一次的“木星冲日”时间肯定在2017年 C ．木星运行的加速度比地球的大 D ．木星运行的周期比地球的小6．(天体的“追及”问题)(多选)(2020·山西太原市质检)如图4，在万有引力作用下，a 、b 两卫星在同一平面内绕某一行星c 沿逆时针方向做匀速圆周运动，已知轨道半径之比为r a ∶r b ＝1∶4，则下列说法中正确的有( )图4A．a、b运动的周期之比为T a∶T b＝1∶8B．a、b运动的周期之比为T a∶T b＝1∶4C．从图示位置开始，在b转动一周的过程中，a、b、c共线12次D．从图示位置开始，在b转动一周的过程中，a、b、c共线14次课时精练1．(2020·天津卷·2)北斗问天，国之夙愿．如图1所示，我国北斗三号系统的收官之星是地球静止轨道卫星，其轨道半径约为地球半径的7倍．与近地轨道卫星相比，地球静止轨道卫星()图1A．周期大B．线速度大C．角速度大D．加速度大2．(2020·四川泸州市质量检测)我国实施空间科学战略性先导科技专项计划，已经发射了“悟空”“墨子”“慧眼”等系列的科技研究卫星，2019年8月31日又成功发射一颗微重力技术实验卫星．若微重力技术实验卫星和地球同步卫星均绕地球做匀速圆周运动时，微重力技术实验卫星的轨道高度比地球同步卫星低，下列说法中正确的是() A．该实验卫星的周期大于地球同步卫星的周期B．该实验卫星的向心加速度大于地球同步卫星的向心加速度C．该实验卫星的线速度小于地球同步卫星的线速度D．该实验卫星的角速度小于地球同步卫星的角速度3.(2019·天津卷·1)2018年12月8日，肩负着亿万中华儿女探月飞天梦想的嫦娥四号探测器成功发射，“实现人类航天器首次在月球背面巡视探测，率先在月背刻上了中国足迹”，如图2.已知月球的质量为M、半径为R.探测器的质量为m，引力常量为G，嫦娥四号探测器围绕月球做半径为r的匀速圆周运动时，探测器的()图2A．周期为4π2r3GM B．动能为GMm2RC．角速度为Gmr3D．向心加速度为GMR24．(2019·北京卷·18)2019年5月17日，我国成功发射第45颗北斗导航卫星，该卫星属于地球静止轨道卫星(同步卫星)．该卫星()A．入轨后可以位于北京正上方B．入轨后的速度大于第一宇宙速度C ．发射速度大于第二宇宙速度D ．若发射到近地圆轨道所需能量较少5．(多选)(2020·江苏卷·7改编)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 ＝gr 可知，甲的速度是乙的2倍B ．由a ＝ω2r 可知，甲的向心加速度是乙的2倍C ．由F ＝G Mm r 2可知，甲的向心力是乙的14D ．由r3T2＝k 可知，甲的周期是乙的22倍6．(2020·全国卷Ⅲ·16)“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.RKg QPB.RPKg QC.RQg KPD.RPg QK7．如图3，甲、乙两颗卫星以相同的轨道半径分别绕质量为M 和2M 的行星做匀速圆周运动．下列说法正确的是( )图3A ．甲的向心加速度比乙的小B ．甲的运行周期比乙的小C ．甲的角速度比乙的大D ．甲的线速度比乙的大8．星球上的物体脱离星球引力所需要的最小速度称为第二宇宙速度．星球的第二宇宙速度v 2与第一宇宙速度v 1的关系是v 2＝2v 1.已知某星球的半径为r ，它表面的重力加速度为地球表面重力加速度g 的16.不计其他星球的影响．则该星球的第二宇宙速度为( )A.gr 3B.gr 6C.gr 3D.gr 9．(2019·安徽宣城市第二次模拟)有a 、b 、c 、d 四颗地球卫星，卫星a 还未发射，在地球赤道上随地球表面一起转动，卫星b 在地面附近近地轨道上正常运动，c 是地球同步卫星，d 是高空探测卫星，各卫星排列位置如图4，则有( )图4A ．a 的向心加速度等于重力加速度gB ．b 在相同时间内转过的弧长最长C ．c 在4 h 内转过的圆心角是π6D ．d 的运动周期有可能是20 h10.(多选)(2020·贵州毕节市适应性监测(三))其实地月系统是双星模型，为了寻找航天器相对地球和月球不动的位置，科学家们作出了不懈努力．如图5所示，1767年欧拉推导出L 1、L 2、L 3三个位置，1772年拉格朗日又推导出L 4、L 5两个位置．现在科学家把L 1、L 2、L 3、L 4、L 5统称地月系中的拉格朗日点．中国“嫦娥四号”探测器成功登陆月球背面，并通过处于拉格朗日区的“嫦娥四号”中继卫星“鹊桥”把信息返回地球，引起众多师生对拉格朗日点的热议．下列说法正确的是()图5A．在拉格朗日点航天器的受力不再遵循万有引力定律B．在不同的拉格朗日点航天器随地月系统运动的周期均相同C．“嫦娥四号”中继卫星“鹊桥”应选择L1点开展工程任务实验D．“嫦娥四号”中继卫星“鹊桥”应选择L2点开展工程任务实验11.经长期观测发现，A行星运行轨道的半径近似为R0，周期为T0，其实际运行的轨道与圆轨道存在一些偏离，且周期性地每隔t0(t0＞T0)发生一次最大的偏离，如图6所示，天文学家认为形成这种现象的原因可能是A行星外侧还存在着一颗未知行星B，已知行星B与行星A同向转动，则行星B的运行轨道(可认为是圆轨道)半径近似为()图6A．R＝R03t02(t0－T0)2B．R＝R0t0t0－T0C．R＝R0t03(t0－T0)3D．R＝R0t0t0－T013.(多选)(2019·全国卷Ⅰ·21)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7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()图7A．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倍专题强化八卫星变轨问题双星模型题型一卫星的变轨和对接问题1．变轨原理(1)为了节省能量，在赤道上顺着地球自转方向发射卫星到圆轨道Ⅰ上，如图1所示．图1(2)在A点(近地点)点火加速，由于速度变大，万有引力不足以提供卫星在轨道Ⅰ上做圆周运动的向心力，卫星做离心运动进入椭圆轨道Ⅱ.(3)在B点(远地点)再次点火加速进入圆形轨道Ⅲ.2．变轨过程分析(1)速度：设卫星在圆轨道Ⅰ和Ⅲ上运行时的速率分别为v1、v3，在轨道Ⅱ上过A点和B点时速率分别为v A、v B.在A点加速，则v A>v1，在B点加速，则v3>v B，又因v1>v3，故有v A>v1>v3>v B.(2)加速度：因为在A点，卫星只受到万有引力作用，故不论从轨道Ⅰ还是轨道Ⅱ上经过A点，卫星的加速度都相同，同理，卫星在轨道Ⅱ或轨道Ⅲ上经过B点的加速度也相同．(3)周期：设卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道上的运行周期分别为T1、T2、T3，轨道半径分别为r1、r2(半长轴)、r3，由开普勒第三定律r3T2＝k可知T1<T2<T3.(4)机械能：在一个确定的圆(椭圆)轨道上机械能守恒．若卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道的机械能分别为E1、E2、E3，则E1<E2<E3.例1(多选)(八省联考·湖北·9)嫦娥五号取壤返回地球，完成了中国航天史上的一次壮举．如图2所示为嫦娥五号着陆地球前部分轨道的简化示意图，其中Ⅰ是月地转移轨道，在P点由轨道Ⅰ变为绕地椭圆轨道Ⅱ，在近地点Q 再变为绕地椭圆轨道Ⅲ.下列说法正确的是()图2A．在轨道Ⅱ运行时，嫦娥五号在Q点的机械能比在P点的机械能大B．嫦娥五号在轨道Ⅱ上运行的周期比在轨道Ⅲ上运行的周期长C．嫦娥五号分别沿轨道Ⅱ和轨道Ⅲ运行时，经过Q点的向心加速度大小相等D．嫦娥五号分别沿轨道Ⅱ和轨道Ⅲ运行时，经过Q点的速度大小相等例2宇宙飞船和空间站在同一轨道上运动．若飞船想与前方的空间站对接，飞船为了追上空间站，可采取的方法是()A．飞船加速直到追上空间站，完成对接B．飞船从原轨道减速至一个较低轨道，再加速追上空间站完成对接C．飞船加速至一个较高轨道，再减速追上空间站，完成对接D．无论飞船采取何种措施，均不能与空间站对接。