
【基礎(chǔ)題組】
如圖所示,海王星繞太陽(yáng)沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng),P為近日點(diǎn),Q為遠(yuǎn)日點(diǎn),M、N為軌道短軸的兩個(gè)端點(diǎn)。若只考慮海王星和太陽(yáng)之間的相互作用,則海王星( )
A. 從M到N所用的時(shí)間等于運(yùn)動(dòng)周期的一半
B. 從P到Q階段,動(dòng)能逐漸變小
C. 從P到Q階段,機(jī)械能逐漸變小
D. 從P到Q階段,萬(wàn)有引力對(duì)它不做功
【答案】B
【解析】
D.從P到Q階段,萬(wàn)有引力與速度的夾角為鈍角,故萬(wàn)有引力對(duì)它一直做負(fù)功,故D錯(cuò)誤;
C.從P到Q階段,只受萬(wàn)有引力作用,故機(jī)械能守恒,故C錯(cuò)誤;
B.從P到Q階段,萬(wàn)有引力做負(fù)功,由動(dòng)能定理知,動(dòng)能逐漸減小,故B正確;
A.海王星在PM段的速度大小大于MQ段的速度大小,在NP段的速度大小大于QN段的速度大小,故NPM段的時(shí)間小于MQN段的時(shí)間,所以N到P到M所用的時(shí)間小于T2,M到Q到N使用的時(shí)間大于T2,故A錯(cuò)誤.
故選B。
如圖所示,海王星繞太陽(yáng)做橢圓軌道運(yùn)動(dòng),P為近日點(diǎn),Q為遠(yuǎn)日點(diǎn),M、N為軌道短軸的兩個(gè)端點(diǎn),運(yùn)行的周期為T0.若只考慮海王星和太陽(yáng)之間的相互作用,則海王星在從P經(jīng)M、Q到N的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中( )
A. 從P到M所用的時(shí)間等于T04B. 從Q到N所用時(shí)間等于T04
C. 從P到Q階段,速率逐漸變小D. 從M到N所用時(shí)間等于T02
【答案】C
【解析】
A.根據(jù)開(kāi)普勒第二定律,海王星在PM段的速度大小大于MQ段的速度大小,則PM段的時(shí)間小于MQ段的時(shí)間,根據(jù)對(duì)稱性,從P到Q所用的時(shí)間等于T02,所以P到M所用的時(shí)間小于T04,故A錯(cuò)誤;
B.根據(jù)開(kāi)普勒第二定律,海王星在NP段的速度大小大于QN段的速度大小,則NP段的時(shí)間小于QN段的時(shí)間,根據(jù)對(duì)稱性,從Q到P所用的時(shí)間等于T02,Q到N所用的時(shí)間大于T04,故B錯(cuò)誤;
C.根據(jù)開(kāi)普勒第二定律,行星與太陽(yáng)的連線在相等時(shí)間內(nèi)掃過(guò)相等的面積,從P到Q階段,離太陽(yáng)越來(lái)越遠(yuǎn),要使它們的連線相等時(shí)間內(nèi)掃過(guò)相等的面積,則速率越來(lái)越小,(機(jī)械能守恒,勢(shì)能增大,動(dòng)能減小,故速率減小,)故C正確;
D.根據(jù)開(kāi)普勒第二定律,海王星在MN段的平均速度小于NM段的平均速度,則從M到N所用時(shí)間大于從N到M所用時(shí)間的時(shí)間,故從M到N所用時(shí)間大于T02 ,故D錯(cuò)誤。
故選C。
如圖所示,火星和地球都在圍繞著太陽(yáng)旋轉(zhuǎn),其運(yùn)行軌道是橢圓。根據(jù)開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律可知( )
A. 火星繞太陽(yáng)運(yùn)行一周的時(shí)間比地球的長(zhǎng)
B. 地球靠近太陽(yáng)的過(guò)程中,運(yùn)行速率減小
C. 火星遠(yuǎn)離太陽(yáng)的過(guò)程中,它與太陽(yáng)的連線在相等時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的面積逐漸增大
D. 太陽(yáng)位于地球運(yùn)行軌道的中心
【答案】A
【解析】
A、根據(jù)開(kāi)普勒第三定律:所有行星的軌道的半長(zhǎng)軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等。由于火星的半長(zhǎng)軸比較大,所以火星繞太陽(yáng)運(yùn)行一周的時(shí)間比地球的長(zhǎng),故A正確;
B、根據(jù)開(kāi)普勒第二定律:對(duì)每一個(gè)行星而言,太陽(yáng)行星的連線在相同時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的面積相等,所以地球靠近太陽(yáng)的過(guò)程中,運(yùn)行速率將增大,故B錯(cuò)誤;
C、根據(jù)開(kāi)普勒第二定律:對(duì)每一個(gè)行星而言,太陽(yáng)行星的連線在相同時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的面積相等。故C錯(cuò)誤;
D、根據(jù)開(kāi)普勒第一定律:所有的行星圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓,太陽(yáng)處在所有橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上,而非軌道中心,故D錯(cuò)誤。
開(kāi)普勒被譽(yù)為“天空的立法者”。關(guān)于開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律,下列說(shuō)法正確的是
A. 太陽(yáng)系的行星繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)
B. 同一行星在繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)時(shí)近日點(diǎn)速度小于遠(yuǎn)日點(diǎn)速度
C. 繞太陽(yáng)運(yùn)行的多顆行星中離太陽(yáng)越遠(yuǎn)的行星運(yùn)行周期越大
D. 地球在宇宙中的地位獨(dú)特,太陽(yáng)和其他行星都圍繞著它做圓周運(yùn)動(dòng)
【答案】C
【解析】
A.根據(jù)開(kāi)普勒第一定律知,太陽(yáng)系的行星繞太陽(yáng)做橢圓軌道運(yùn)動(dòng),太陽(yáng)位于橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上,故A錯(cuò)誤;
B.根據(jù)開(kāi)普勒第二定律可推知,同一行星在繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)時(shí)近日點(diǎn)速度大于遠(yuǎn)日點(diǎn)速度,故B錯(cuò)誤;
C.根據(jù)開(kāi)普勒第三定律r3T2=C,可知繞太陽(yáng)運(yùn)行的多顆行星中離太陽(yáng)越遠(yuǎn)的行星運(yùn)行周期越大,故C正確;
D.太陽(yáng)系的行星都繞太陽(yáng)做橢圓軌道運(yùn)動(dòng),故D錯(cuò)誤。
故選C。
如圖所示,海王星繞太陽(yáng)沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng),P為近日點(diǎn),Q為遠(yuǎn)日點(diǎn),M、N為軌道短軸的兩個(gè)端點(diǎn),運(yùn)行的周期為T0,若只考慮海王星和太陽(yáng)之間的相互作用,則海王星在從P經(jīng)過(guò)M、Q到N的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中( )
A. 從P到M所用的時(shí)間等于T04
B. 衛(wèi)星在Q點(diǎn)的角速度大于P點(diǎn)的角速度
C. 海王星運(yùn)行軌道半長(zhǎng)軸的三次方與其運(yùn)行周期的平方之比等于月球運(yùn)行軌道半長(zhǎng)軸的三次方與其運(yùn)行周期的平方之比
D. 從P到Q階段,速率逐漸變小
【答案】D
【解析】
AD.根據(jù)開(kāi)普勒第二定律可知近日點(diǎn)到遠(yuǎn)日點(diǎn)速度減小,故P到M時(shí)間小于T04,故A錯(cuò)誤,D正確;
B.P線速度大于Q,Q點(diǎn)運(yùn)動(dòng)半徑大,所以P角速度大于Q,故B錯(cuò)誤
C.由于海王星是繞太陽(yáng)運(yùn)行,而月球是繞地球運(yùn)行,中心天體不同,故開(kāi)普勒第三定律中的k是不同的,故C錯(cuò)誤。
故選D。
已知地球和火星繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的軌道半徑分別為R1和R2(公轉(zhuǎn)軌道近似為圓),如果把行星與太陽(yáng)連線掃過(guò)的面積與其所用時(shí)間的比值定義為掃過(guò)的面積速率,則地球和火星繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)過(guò)程中掃過(guò)的面積速率之比是 ( )
A. R1R2B. R1R2C. R2R1D. R2R1
【答案】B
【解析】
根據(jù)開(kāi)普勒第三定律知,地球和火星運(yùn)動(dòng)的周期之比T1T2=R13R23,在一個(gè)周期內(nèi)掃過(guò)的面積之比為S1S2= π R12 π R22=R12R22,掃過(guò)的面積速率為ST,可知掃過(guò)的面積速率之比為R1R2,故B正確。
如圖所示,已知地球半徑為R,甲、乙兩顆衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)。衛(wèi)星甲做勻速圓周運(yùn)動(dòng),其軌道直徑為4R,C是軌道上任意一點(diǎn);衛(wèi)星乙的軌道是橢圓,橢圓的長(zhǎng)軸長(zhǎng)為6R,A、B是軌道的近地點(diǎn)和遠(yuǎn)地點(diǎn)。不計(jì)衛(wèi)星間相互作用,下列說(shuō)法正確的是( )
A. 衛(wèi)星甲在C點(diǎn)的速度一定小于衛(wèi)星乙在B點(diǎn)的速度
B. 衛(wèi)星甲的周期大于衛(wèi)星乙的周期
C. 衛(wèi)星甲在C點(diǎn)的速度一定小于衛(wèi)星乙在A點(diǎn)的速度
D. 任意相等的時(shí)間內(nèi),衛(wèi)星甲與地心連線掃過(guò)的面積一定等于衛(wèi)星乙與地心連線掃過(guò)的面積
【答案】C
【解析】
A.設(shè)衛(wèi)星乙在過(guò)B點(diǎn)的圓軌道運(yùn)行,此軌道的半徑比衛(wèi)星甲在C點(diǎn)軌道更大,所以速度更小,由于衛(wèi)星乙在B點(diǎn)做近心運(yùn)動(dòng),所以速度比過(guò)B點(diǎn)的圓軌道更小,所以衛(wèi)星甲在C點(diǎn)的速度一定大于衛(wèi)星乙在B點(diǎn)的速度,故A錯(cuò)誤;
B.由開(kāi)普勒第三定律R3T2得,由于衛(wèi)星甲的半徑(2R)小于衛(wèi)星乙的半長(zhǎng)軸(3R),所以衛(wèi)星甲的周期小于衛(wèi)星乙的周期,故B錯(cuò)誤。
C.設(shè)衛(wèi)星乙在過(guò)A點(diǎn)的近地圓軌道運(yùn)行時(shí)的速度比衛(wèi)星甲在C點(diǎn)的速度更大,由于衛(wèi)星乙在A點(diǎn)要做離心運(yùn)動(dòng),速度比在過(guò)A點(diǎn)的近地圓軌道運(yùn)行時(shí)的速度更大,所以衛(wèi)星甲在C點(diǎn)的速度一定小于衛(wèi)星乙在A點(diǎn)的速度,故C正確。
D.根據(jù)開(kāi)普勒第二定律知,若是同一衛(wèi)星繞地球運(yùn)行時(shí),相等時(shí)間內(nèi),衛(wèi)星與地心的連線在單位時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的面積相等,現(xiàn)在是不同衛(wèi)星,則知甲與地心的連線在單位時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的面積與乙與地心連線在單位時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的面積不等,故D錯(cuò)誤。
故選:C。
【能力提升】
如圖所示,火星和地球都在圍繞著太陽(yáng)旋轉(zhuǎn),其運(yùn)行軌道是橢圓。根據(jù)開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律可知( )
A. 太陽(yáng)位于地球運(yùn)行軌道的中心
B. 地球靠近太陽(yáng)的過(guò)程中,運(yùn)行速率減小
C. 火星遠(yuǎn)離太陽(yáng)的過(guò)程中,它與太陽(yáng)的連線在相等時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的面積逐漸增大
D. 火星繞太陽(yáng)運(yùn)行一周的時(shí)間比地球的長(zhǎng)
【答案】D
【解析】解:A、根據(jù)開(kāi)普勒第一定律:所有的行星圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓,太陽(yáng)處在所有橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上,而非軌道中心,故A錯(cuò)誤;
B、根據(jù)開(kāi)普勒第二定律:對(duì)每一個(gè)行星而言,太陽(yáng)行星的連線在相同時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的面積相等,所以地球靠近太陽(yáng)的過(guò)程中,運(yùn)行速率將增大,故B錯(cuò)誤;
C、根據(jù)開(kāi)普勒第二定律:對(duì)每一個(gè)行星而言,太陽(yáng)行星的連線在相同時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的面積相等。故C錯(cuò)誤;
D、根據(jù)開(kāi)普勒第三定律:所有行星的軌道的半長(zhǎng)軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等。由于火星的半長(zhǎng)軸比較大,所以火星繞太陽(yáng)運(yùn)行一周的時(shí)間比地球的長(zhǎng),故D正確;
故選:D。
“太空涂鴉”技術(shù)的基本物理模型是:原來(lái)在較低圓軌道上運(yùn)行的攻擊衛(wèi)星,變軌后接近在較高圓軌道上運(yùn)行的偵察衛(wèi)星時(shí),向其發(fā)射“漆霧”彈,“漆霧”彈在臨近偵察衛(wèi)星時(shí),壓爆彈囊,讓“漆霧”散開(kāi)并噴向偵察衛(wèi)星,“漆霧”噴散后強(qiáng)力吸附在偵察衛(wèi)星的偵察鏡頭、太陽(yáng)能板、電子偵察傳感器等關(guān)鍵設(shè)備上,使之暫時(shí)失效。關(guān)于這一過(guò)程下列說(shuō)法正確的是
A. 攻擊衛(wèi)星在原軌道上運(yùn)行的周期比偵察衛(wèi)星的周期大
B. 攻擊衛(wèi)星到達(dá)新軌道后,其動(dòng)能比在原軌道上運(yùn)行時(shí)的動(dòng)能大
C. 攻擊衛(wèi)星到達(dá)新軌道后,其機(jī)械能比在原軌道上運(yùn)行時(shí)的機(jī)械能大
D. 攻擊衛(wèi)星在原軌道上運(yùn)行時(shí)需要減速才能變軌接近偵察衛(wèi)星
【答案】C
【解析】
A.根據(jù)開(kāi)普勒第三定律r3T2=K可知,攻擊衛(wèi)星在原軌道上運(yùn)行的周期比偵察衛(wèi)星的周期小,故A錯(cuò)誤;
B.根據(jù)v=GMr可知攻擊衛(wèi)星到達(dá)新軌道時(shí)速度變小,根據(jù)動(dòng)能的計(jì)算公式Ek=12mv2可知攻擊衛(wèi)星到達(dá)新軌道后,其動(dòng)能比在原軌道上運(yùn)行時(shí)的動(dòng)能小,故B錯(cuò)誤;
C.攻擊衛(wèi)星獲得一定的能量后做離心運(yùn)動(dòng),從低軌道向高軌道運(yùn)動(dòng),所以攻擊衛(wèi)星到達(dá)新軌道后,其機(jī)械能比在原軌道上運(yùn)行時(shí)的機(jī)械能大,故C正確;
D.攻擊衛(wèi)星在原軌道加速后做離心運(yùn)動(dòng),這樣才能變軌接近偵查衛(wèi)星,故D錯(cuò)誤。
故選C。
荷蘭某研究所推出了2023年讓志愿者登陸火星、建立人類聚居地的計(jì)劃,軌道I貼近火星表面,登陸火星需經(jīng)歷如圖所示的變軌過(guò)程,已知引力常量為G,對(duì)同一飛船下列說(shuō)法正確的是( )
A. 在軌道I上的機(jī)械能大于在軌道II上的機(jī)械能
B. 在軌道II上Q點(diǎn)的動(dòng)能大于在軌道II上P的動(dòng)能
C. 若已知飛船在該軌道I上的運(yùn)行周期,可以推知火星的密度
D. 飛船在P點(diǎn)從軌道I變軌到軌道II,需要在P點(diǎn)前進(jìn)速度方向噴氣
【答案】C
【解析】
A.飛船在軌道I上變軌到軌道II,需要在P點(diǎn)點(diǎn)火加速做離心運(yùn)動(dòng),故在軌道I上的機(jī)械能小于在軌道II上的機(jī)械能,故A錯(cuò)誤;
B.由開(kāi)普勒定律知,飛船在近火星點(diǎn)P運(yùn)行速度大于遠(yuǎn)火星點(diǎn)Q的速度,故在軌道II上Q點(diǎn)的動(dòng)能小于在軌道II上P點(diǎn)的動(dòng)能,故B錯(cuò)誤;
C.根據(jù)萬(wàn)有引力提供向心力有GmMR2=mR4π2T2和密度公式ρ= M43πR3,可計(jì)算得出火星的密度ρ=3π GT2,故C正確;
D.飛船在P點(diǎn)從軌道I變軌到軌道II,需要在P點(diǎn)加速做離心運(yùn)動(dòng),需要在P點(diǎn)速度的反方向噴氣,故D錯(cuò)誤。
故選C。
下列說(shuō)法正確的是( )
A. 開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律只適用于行星繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng),不適用于衛(wèi)星繞行星的運(yùn)動(dòng)
B. 開(kāi)普勒通過(guò)研究觀測(cè)記錄發(fā)現(xiàn)行星繞太陽(yáng)運(yùn)行的軌道是圓
C. 在由開(kāi)普勒第三定律得出的表達(dá)式R3T2=k中,k是一個(gè)與中心天體有關(guān)的常量
D. 地球繞太陽(yáng)在橢圓軌道上運(yùn)行,在近日點(diǎn)和遠(yuǎn)日點(diǎn)受到太陽(yáng)的萬(wàn)有引力大小是相同的
【答案】C
【解析】
A、開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律不僅適用于行星繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng),也適衛(wèi)星繞行星的運(yùn)動(dòng)。故A錯(cuò)誤。
B、開(kāi)普勒通過(guò)研究觀測(cè)記錄發(fā)現(xiàn)行星繞太陽(yáng)運(yùn)行的軌道是橢圓。故B錯(cuò)誤。
C、在由開(kāi)普勒第三定律得出的表達(dá)式R3T2=k中,k是一個(gè)與中心天體有關(guān)的常量,故C正確。
D、地球繞太陽(yáng)在橢圓軌道上運(yùn)行,由萬(wàn)有引力定律知地球在近日點(diǎn)受到太陽(yáng)的萬(wàn)有引力比遠(yuǎn)日點(diǎn)的大,故D錯(cuò)誤。
故選:C。
火星和木星沿各自的橢圓軌道繞太陽(yáng)運(yùn)行,根據(jù)開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律可知( )
A. 太陽(yáng)位于木星運(yùn)行軌道的中心
B. 火星和木星繞太陽(yáng)運(yùn)行速度的大小始終相等
C. 火星與木星公轉(zhuǎn)周期之比的二次方等于它們軌道半長(zhǎng)軸之比的立方
D. 相同時(shí)間內(nèi),火星與太陽(yáng)連線掃過(guò)的面積等于木星與太陽(yáng)連線掃過(guò)的面積
【答案】C
【解析】解:A.由開(kāi)普勒第一定律(軌道定律)可知,太陽(yáng)位于木星運(yùn)行軌道的一個(gè)焦點(diǎn)上,A錯(cuò)誤;
B.火星和木星繞太陽(yáng)運(yùn)行的軌道不同,運(yùn)行速度的大小不可能始終相等,B錯(cuò)誤;
C.根據(jù)開(kāi)普勒第三定律(周期定律)知所有行星軌道的半長(zhǎng)軸的三次方與它的公轉(zhuǎn)周期的平方的比值是一個(gè)常數(shù),C正確;
D.對(duì)于某一個(gè)行星來(lái)說(shuō),其與太陽(yáng)連線在相同的時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的面積相等,不同行星在相同的時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的面積不相等,D錯(cuò)誤。
故選:C。
2021年,“天問(wèn)一號(hào)”火星探測(cè)器成功實(shí)施近火制動(dòng),進(jìn)入近火點(diǎn)280km、遠(yuǎn)火點(diǎn)5.9×104km的停泊軌道,在軌運(yùn)行周期為兩個(gè)火星日.則
A. 探測(cè)器發(fā)射速度大于16.7km/s
B. 探測(cè)器在近火點(diǎn)的動(dòng)能大于在遠(yuǎn)火點(diǎn)的動(dòng)能
C. 探測(cè)器在遠(yuǎn)火點(diǎn)的速度大于火星的第一宇宙速度
D. 火星同步衛(wèi)星的軌道高度大于5.9×104km
【答案】B
【解析】
A、“天問(wèn)一號(hào)”火星探測(cè)器脫離了地球的引力,但是沒(méi)有脫離太陽(yáng)系,故發(fā)射速度大于第二宇宙速度11.2km/s,但是小于第三宇宙速度16.7km/s,故A錯(cuò)誤;
B、根據(jù)開(kāi)普勒第二定律可知探測(cè)器在近火點(diǎn)的速度大,動(dòng)能大,故B正確;
C、探測(cè)器在遠(yuǎn)火點(diǎn)做近心運(yùn)動(dòng),速度小于做同軌道半徑的勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度,而火星的第一宇宙速度是繞火星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的最大速度,故探測(cè)器在遠(yuǎn)火點(diǎn)的速度小于火星的第一宇宙速度,故C錯(cuò)誤;
D、探測(cè)器軌道的半長(zhǎng)軸為r=29640km,設(shè)同步衛(wèi)星軌道半徑為R,
根據(jù)開(kāi)普勒第三定律r3(2T)2=R3T2,解得R=r314
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