高中物理人教版 (2019)必修第二冊(cè)第七章萬(wàn)有引力與宇宙航行1 行星的運(yùn)動(dòng)精品達(dá)標(biāo)測(cè)試-試卷下載-教習(xí)網(wǎng)

?知識(shí)點(diǎn)1 開(kāi)普勒定律
?知識(shí)點(diǎn)2 近代天體物理學(xué)史
?作業(yè) 鞏固訓(xùn)練
知識(shí)點(diǎn)1
開(kāi)普勒定律
1、開(kāi)普勒第一定律(軌道定律)：所有行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓,太陽(yáng)處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。
2、開(kāi)普勒第二定律(面積定律)：對(duì)任意一個(gè)行星來(lái)說(shuō),它與太陽(yáng)的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的面積相等。
3、開(kāi)普勒第三定律(周期定律)：所有行星的軌道的半長(zhǎng)軸的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等；即：a3T2=k,k是一個(gè)與行星無(wú)關(guān)的常量。
【典例1-1】關(guān)于開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律，下列說(shuō)法不正確的是（）
A．所有行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，太陽(yáng)處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上
B．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
C．表達(dá)式，k與中心天體有關(guān)
D．表達(dá)式，T代表行星運(yùn)動(dòng)的公轉(zhuǎn)周期
【典例1-2】（多選）圖所示為火星探測(cè)器著陸火星表面前的變軌軌道示意圖，圖中兩點(diǎn)分別為橢圓軌道3與圓軌道1、2的切點(diǎn)，且圓軌道1、2的公轉(zhuǎn)半徑分別為，軌道1、2、3的軌道平面與火星赤道平面重合。已知火星的自轉(zhuǎn)周期為，火星探測(cè)器在圓軌道1上運(yùn)行時(shí)，每經(jīng)的時(shí)間剛好7次經(jīng)過(guò)火星赤道上某點(diǎn)的正上方，且火星探測(cè)器環(huán)繞方向與火星自轉(zhuǎn)方向相同。假設(shè)火星探測(cè)器在圓軌道1的環(huán)繞周期為T(mén)（T未知），探測(cè)器在橢圓軌道3上由M到N的時(shí)間為t（t未知）。則（）
A．B．
C．D．
【典例1-3】開(kāi)普勒定律：
（1）第一定律：所有行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道都是，太陽(yáng)處在的一個(gè) 上。
（2）第二定律：對(duì)任意一個(gè)行星來(lái)說(shuō)，它與太陽(yáng)的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的相等。
（3）第三定律：所有行星軌道的的三次方跟它的公轉(zhuǎn) 的平方的比都相等。其表達(dá)式為。
【典例1-4】地球公轉(zhuǎn)軌道的半長(zhǎng)軸在天文學(xué)上常用來(lái)作為長(zhǎng)度單位，叫作天文單位，用符號(hào)AU表示，已知海王星公轉(zhuǎn)軌道的半長(zhǎng)軸是30AU，求：
（1）夏至?xí)r，地球公轉(zhuǎn)線速度最大還是最?。?br>（2）海王星公轉(zhuǎn)的周期是多少年？
【變式1-1】若兩顆人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，到地心的距離之比為，忽略衛(wèi)星之間的相互作用。在時(shí)間內(nèi)，衛(wèi)星與地心連線掃過(guò)的面積為，衛(wèi)星與地心連線掃過(guò)的面積為，則與的比值為（）
A．1B．C．D．
【變式1-2】（多選）衛(wèi)星是人類的“千里眼”、“順風(fēng)耳”，如圖所示兩顆衛(wèi)星某時(shí)共線，其對(duì)地球的視角分別為120°和60°（即，）。已知地球半徑為R，質(zhì)量為M，萬(wàn)有引力常量G，則下列說(shuō)法正確的是（）
A．兩顆衛(wèi)星間距為
B．M衛(wèi)星周期小于N衛(wèi)星周期
C．從此時(shí)計(jì)時(shí)，到下次共線最短需經(jīng)歷時(shí)間
D．只需3顆N型衛(wèi)星在同一軌道上均勻分布運(yùn)行，即可實(shí)現(xiàn)地球全覆蓋
【變式1-3】某行星和地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的軌道均可視為圓。每過(guò)N年，行星會(huì)運(yùn)行到日地連線的延長(zhǎng)線上（與地球相距最近），如圖所示。則該行星與地球的公轉(zhuǎn)周期之比為，公轉(zhuǎn)軌道半徑之比為。

【變式1-4】土星直徑為120 540km，是太陽(yáng)系中的第二大行星，自轉(zhuǎn)周期為10.546h，公轉(zhuǎn)周期為29.5年，球心距離太陽(yáng)1.429×109km。土星最引人注目的是繞著其赤道的巨大光環(huán)。在地球上人們只需要一架小型望遠(yuǎn)鏡就能清楚地看到光環(huán)，環(huán)的外沿直徑約為274000 km。請(qǐng)由上面提供的信息，估算地球距太陽(yáng)有多遠(yuǎn)。（保留三位有效數(shù)字）

知識(shí)點(diǎn)2
近代天體物理學(xué)史
1、托勒密：地心宇宙，即認(rèn)為地球是宇宙的中心，一切天體圍繞地球運(yùn)行。
2、哥白尼：日心說(shuō)，即認(rèn)為太陽(yáng)是宇宙的中心，一切天體圍繞太陽(yáng)運(yùn)行。
3、伽利略：發(fā)明天文望遠(yuǎn)鏡，證實(shí)了日心說(shuō)的正確性。
4、布魯諾：日心說(shuō)的支持者與推動(dòng)者，哥白尼死后極大的發(fā)展了日心說(shuō)的理論。
5、第谷：觀測(cè)星體運(yùn)動(dòng)，并記錄數(shù)據(jù)。
6、開(kāi)普勒：潛心研究第谷的觀測(cè)數(shù)據(jù)，以20年的時(shí)間提出了開(kāi)普勒三定律。
7、牛頓：在前人的基礎(chǔ)上整理總結(jié)得出了萬(wàn)有引力定律。
【典例2-1】下列表述符合物理學(xué)史實(shí)的是（）
A．亞里士多德創(chuàng)建了力的概念B．伽利略發(fā)現(xiàn)了慣性定律
C．第谷發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律D．卡文迪許測(cè)量了引力常量
【典例2-2】（多選）關(guān)于“日心說(shuō)”和“地心說(shuō)”，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）
A．地球是宇宙的中心，是靜止不動(dòng)的
B．“太陽(yáng)從東邊升起，在西邊落下”，這說(shuō)明太陽(yáng)繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)，地球是不動(dòng)的
C．如果認(rèn)為地球是不動(dòng)的（以地球?yàn)閰⒖枷担行沁\(yùn)動(dòng)的描述變得簡(jiǎn)單
D．如果認(rèn)為太陽(yáng)是不動(dòng)的（以太陽(yáng)為參考系），則行星運(yùn)動(dòng)的描述變得簡(jiǎn)單
【典例2-3】地心說(shuō)：托勒密認(rèn)為，位于宇宙的中心，是的，其他天體圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)。
【變式2-1】下列說(shuō)法正確的是（）
A．伽利略提出了行星三大定律
B．牛頓提出日心說(shuō)，認(rèn)為太陽(yáng)是宇宙的中心
C．地球是繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的一顆行星，其運(yùn)動(dòng)軌跡為橢圓
D．兩物體間的萬(wàn)有引力總是大小相等、方向相反，是一對(duì)平衡力
【變式2-2】（多選）2023年2月10日消息，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了離地球僅31光年的一顆宜居行星．考慮到它明顯宜居的環(huán)境，在遙遠(yuǎn)的未來(lái)，它可能會(huì)成為人類新家的重點(diǎn)備選．關(guān)于天體運(yùn)動(dòng)、開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)的三大定律，下列說(shuō)法正確的是（）
A．開(kāi)普勒把天空中的現(xiàn)象與地面上的現(xiàn)象統(tǒng)一起來(lái)，成功解釋了天體運(yùn)行的規(guī)律
B．開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律也適用于月球繞地球的運(yùn)動(dòng)
C．開(kāi)普勒第三定律中，k值只與中心天體的質(zhì)量有關(guān)
D．若地球同步衛(wèi)星軌道半徑為某低軌衛(wèi)星的8倍，則該低軌衛(wèi)星繞地球一圈需要的時(shí)間約為
【變式2-3】地心說(shuō)與日心說(shuō)
（1）地心說(shuō)
是宇宙的中心，且是靜止不動(dòng)的，太陽(yáng)、月亮以及其他行星都繞地球運(yùn)動(dòng)。
（2）日心說(shuō)
是宇宙的中心，且是靜止不動(dòng)的，地球和其他行星都繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)。
（3）兩種學(xué)說(shuō)的局限性
兩種學(xué)說(shuō)都把天體的運(yùn)動(dòng)看得很神圣，認(rèn)為天體的運(yùn)動(dòng)必然是最完美、最和諧的運(yùn)動(dòng)，而這和丹麥天文學(xué)家第谷的觀測(cè)數(shù)據(jù)不符。
1．如圖所示，一顆衛(wèi)星繞地球做橢圓運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)周期為T(mén)，圖中虛線為衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)軌跡，A、B、C、D是軌跡上的四個(gè)位置，其中A距離地球最近，C距離地球最遠(yuǎn)。B點(diǎn)和D點(diǎn)是弧線ABC和ADC的中點(diǎn)，下列說(shuō)法正確的是（）
A．衛(wèi)星在A點(diǎn)的加速度最大B．衛(wèi)星從A到D運(yùn)動(dòng)時(shí)間為
C．衛(wèi)星從B經(jīng)A到D的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為D．衛(wèi)星在C點(diǎn)的速度最大
2．水星軌道在地球軌道內(nèi)側(cè)，地球和水星的公轉(zhuǎn)周期的比值為k，通過(guò)位于貴州的中國(guó)天眼FAST（目前世界上口徑最大、最精密的單天線射電望遠(yuǎn)鏡）觀測(cè)水星與太陽(yáng)的視角（觀察者分別與水星、太陽(yáng)的連線所夾的角）為θ，則sinθ的最大值為（）
A．B．C．D．
3．我國(guó)酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心在2022年將“夸父一號(hào)”衛(wèi)星送入半徑為的晨昏軌道；2023年又將“星池一號(hào)A星”送入半徑為的晨昏軌道，“夸父一號(hào)”與“星池一號(hào)A星”在繞地球運(yùn)行中，周期之比為（）
A．B．C．D．
4．提出“日心說(shuō)”的科學(xué)家是（）
A．第谷B．牛頓C．哥白尼
5．下列表述符合開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律的是（）
A．地球是宇宙的中心 B．行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道是圓
C．行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道是橢圓 D．行星與太陽(yáng)間距離保持不變
6．2022年7月17日，空間站組合體撤離天舟三號(hào)貨運(yùn)飛船進(jìn)入獨(dú)立飛行的狀態(tài)?？臻g站組合體在離地面約為400km的高度繞絕球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，已知地球同步衛(wèi)星離地高度約36000km。則下列說(shuō)法中正確的是（）
A．空間站組合體在繞地球飛行的過(guò)程中加速度不變
B．空間站組合體在繞地球飛行的過(guò)程中速度不變
C．空間站組合體的環(huán)繞周期小于24小時(shí)
D．空間站組合體處于平衡態(tài)
7．（多選）如圖所示，2023年7月12日凌晨，月球與木星相伴出現(xiàn)在天宇，上演了“木星伴月”的浪漫天象，木星和月亮正好運(yùn)行到同一經(jīng)度且兩者距離達(dá)到最近。關(guān)于木星和月球的運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法正確的是（）
A．木星和月球都以太陽(yáng)為中心做橢圓運(yùn)動(dòng)
B．木星在遠(yuǎn)日點(diǎn)的速度小于其在近日點(diǎn)的速度
C．月球與地球的連線和木星與太陽(yáng)的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的面積總是相等
D．月球繞地球運(yùn)行軌道半長(zhǎng)軸的三次方與其公轉(zhuǎn)周期的平方的比值與木星繞太陽(yáng)運(yùn)行軌道半長(zhǎng)軸的三次方與其公轉(zhuǎn)周期的平方的比值不相等
8．（多選）如圖甲所示，A、B兩顆衛(wèi)星在同一平面內(nèi)圍繞中心天體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，且繞行方向相同，t=0時(shí)刻A、B兩顆衛(wèi)星相距最近，圖乙是兩顆衛(wèi)星的間距隨時(shí)間t的變化圖像。已知衛(wèi)星A的周期，結(jié)合圖像給出的信息可知（）
A．B衛(wèi)星的周期
B．A衛(wèi)星的軌道半徑是B衛(wèi)星軌道半徑的
C．A衛(wèi)星的向心加速度是B衛(wèi)星的4倍
D．A、B兩顆衛(wèi)星的軌道半徑在單位時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的面積之比為
9．某行星和地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的軌道均可視為圓。每過(guò)N年，行星會(huì)運(yùn)行到日地連線的延長(zhǎng)線上（相距最近），如圖所示。設(shè)該行星與地球的公轉(zhuǎn)周期之比為，公轉(zhuǎn)半徑之比為，則，。
10．行星運(yùn)動(dòng)的近似處理
（1）行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道十分接近圓，太陽(yáng)處在。
（2）行星繞太陽(yáng)做運(yùn)動(dòng)。
（3）所有行星的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等，即。
11．某人造衛(wèi)星的近地點(diǎn)高度是，遠(yuǎn)地點(diǎn)高度是，則近地點(diǎn)處衛(wèi)星的速率與遠(yuǎn)地點(diǎn)處衛(wèi)星速率的比值是多少？（已知）
12．月亮繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)。地球繞太陽(yáng)做圓周運(yùn)動(dòng)。如圖所示，關(guān)于各自運(yùn)動(dòng)的快慢，地球和月亮的“對(duì)話”：地球說(shuō)：你怎么走得這么慢？我繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)1 s要走29.79km，你繞我運(yùn)動(dòng)1s才走1.02km。月亮說(shuō)：不能這樣說(shuō)吧！你一年才繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)一圈，我27.3天就能繞你一圈，到底誰(shuí)轉(zhuǎn)得慢？
請(qǐng)問(wèn)：地球說(shuō)得對(duì)，還是月亮說(shuō)得對(duì)？

13．2019年10月28日發(fā)生了天王星沖日現(xiàn)象，即太陽(yáng)、地球、天王星處于同一直線上，此時(shí)是觀察天王星的最佳時(shí)間。如果已知日地距離為R0，天王星和地球的公轉(zhuǎn)周期分別為T(mén)和T0。問(wèn)題：你能通過(guò)上述情境，得出天王星與太陽(yáng)間的距離嗎？距離為多少？

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