高中物理必修二天体运动综合复习

天体运动综合复习【学习目标】.回顾开普勒三大定律及万有引力定律.复习天体质量和密度的计算.复习卫星运行规律.复习变轨问题.理解并掌握三个宇宙速度。复习检查.如图，O表示地球，P表示一个绕地球沿椭圆轨道做逆时针方向运动的人造卫星，AB为长轴，CD为短轴.在卫星绕地球运动一周的时间内，从A到B的时间为tAB,同理从B到A、从C到D、从D到C的.tCD>tDCD.tCD<tDC时间分别为tBA、tCD、tDC.F列关系式正确的是（ ）.tCD>tDCD.tCD<tDC时间分别为tBA、tCD、tDC..举世瞩目的“神舟”七号航天飞船的成功发射和顺利返回，显示了我国航天事业取得巨大成就.已知地球的质量为M,引力常量为G,设飞船绕地球做匀速圆周运动的轨道半径为r,则飞船在圆轨道上运行的速率为（ ）.一颗科学资源探测卫星的圆轨道经过地球两极上空，运动周期为T=1.5h,某时刻卫星经过赤道上A城市上空.已知：地球自转周期TO（24h）,地球同步卫星轨道半径r,万有引力常量为G,根据上述条件（）A.可以计算卫星绕地球运动的圆轨道半径B.可以计算地球的质量C.可以计算地球表面的重力加速度D.可以断定，再经过12h卫星第二次到达A城市上空

4.关于地球同步通讯卫星，下列说法中不正确的是（ ）A.它运行的线速度介于第一和第二宇宙速度之间B.各国发射的这种卫星轨道半径都一样C.它运行的线速度一定小于第一宇宙速度D.它一定在赤道上空运行⑻问题定位问题一：开普勒三大定律和万有引力定律1.要使两物体间的万有引力减小到原来的1/4,下列办法不可采用的是（）A.使两物体的质量各减少一半，距离不变B.使其中一个物体的质量减小到原来的1/4,距离不变C.使两物体间的距离增为原来的2倍，质量不变D.使两物体间的距离和质量都减为原来的1/42.关于开普勒对行星运动规律的认识，下列说法正确的是（ ）A.所有行星围绕太阳运动的轨道都是圆B.所有行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆C.所有行星的轨道半径的二次方跟它的公转周期成正比D.所有行星的轨道半径跟它的公转周期的二次方成正比问题二：天体质量和密度的测量TOC\o"1-5"\h\z.设土星绕太阳的运动是匀速圆周运动，若测得土星到太阳的距离是r,土星绕太阳运动的周期是T,万有引力常量6已知，根据这些数据无法求出的量是（ ）A.土星的线速度大小 B.土星的加速度大小C.土星的质量 D.太阳的质量4.若已知某行星绕太阳转动的半径为r,周期为T,引力常量为G,太阳半径R,则由此可求出（ ）A.该行星的质量 B.太阳的质量 C.该行星的密度D.太阳的密度问题三：卫星运行1.2016年11月23日，我国在西昌卫星发射中心成功发射了“天链星”一1号的第四颗地球同步卫星，它可以为低轨道的“天宫”二号提供信息数据中转服务.则该地球同步卫星（ ）A.可以在西昌上空相对地面静止B.线速度比“天宫”二号大C.角速度比“天宫”二号大D.向心加速度比“天宫”二号小2.假设发射两颗探月卫星A和B,如图所示，其环月飞行距月球表面的高度分别为2.假设发射两颗探月卫星A和B,如图所示，环月运行均可视为匀速圆周运动，则（B环月运行时向心加速度比B环月运行时向心加速度比A小C.B环月运行的周期比A小B环月运行的速度比A小D.B环月运行的角速度比A小问题四：变轨问题1.2016年10月19日，“神舟十一号”飞船与“天宫二号”成功实现交会对接，下列说法正确的是（ ）“神舟十一号”先到达“天宫二号”相同的轨道然后加速对接“神舟十一号”先到达“天宫二号”相同的轨道然后减速对接“神舟十一号”先到达比“天宫二号”的轨道半径大的轨道然后加速对接“神舟十一号”先到达比“天宫二号”的轨道半径小的轨道然后加速对接2.“嫦娥一号”探月卫星沿地月转移轨道直奔月球，在距月球表面200km的P点进行第一次变轨后被月球捕获，先进入椭圆轨道I绕月飞行，如图所示.之后，卫星在P点又经过两次变轨，最后在距月球表面200km的圆形轨道m上绕月球做匀速圆周运动.对此，下列说法正确的是（ ）a.卫星在轨道m上运动的速度大于月球的第一宇宙速度b.卫星在轨道m上运动周期比在轨道I上长c.卫星在轨道m上运动到p点的加速度大于沿轨道I运动到p点的加速度D.i、n、mm种轨道运行相比较，卫星在轨道m上运行的机械能最小问题五：宇宙速度1.第一宇宙速度又叫作环绕速度，第二宇宙速度又叫作逃逸速度.理论分析表明，天体的逃逸速度是环绕速度的巧倍.如果一个天体的质量足够大、半径足够小，则它的逃逸速度将非常大，即使连光都不能逃逸.我们把光都不能逃逸的天体称为黑洞.试分析对于一个质量为m的天体，若能够称之为黑洞，其半径R应该满足的条件.（已知万有引力常量G、光速c.）

巩固练习问题一：开普勒三大定律和万有引力定律1.下列关于开普勒行星运动规律的认识正确的是（）A.所有行星绕太阳运动的轨道是椭圆B.所有行星绕太阳运动的轨道都是圆C.所有行星的轨道的半长轴的二次方跟公转周期的三次方的比值都相同D.所有行星的公转周期与行星的轨道半径成正比2.在物理学发展历史中，许多物理学家做出了卓越贡献.以下关于物理学家所作科学贡献的叙述中，正确的是（ ）A.牛顿提出万有引力定律并测出引力常量GB.伽利略提出了“日心说”C.哥白尼测定了引力常量D.开普勒发现了行星运动三大定律3.某行星沿椭圆轨道运行，远日点离太阳的距离为@,近日点离太阳的距离为b,过远日点时行星的速率为va,则过近日点时的速率为（ ） _b _a_ 但A.vb=avaB.vb=；bvaC.vb=bvaD.vb=■ava问题二：天体质量与密度.“嫦娥三号”探测器已于2013年12月2日1时30分，在西昌卫星发射中心成功发射.“嫦娥三号”携带“玉免号”月球车首次实现月球软着陆和月面巡视勘察，并开展月表形貌与地质构造调查等科学探测.已知月球半径为R0,月球表面处重力加速度为g0,地球和月球的半径之比戒=4,表面重力加速R0TOC\o"1-5"\h\z.g P.,度之比为亮=6,则地球和月球的密度之比「为（）g0 P03A.- B- C.4D.62问题三：卫星运行1.如图1,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1A.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问题四：变轨问题1.在完成各项任务后，“神舟十号”飞船于2013年6月26日回归地球.如图2所示，飞船在返回地面时，要在P点从圆形轨道1进入椭圆轨道n,Q为轨道n上的一点，M为轨道I上的另一点，关于“神a.飞船在轨道n上经过p的速度小于经过q的速度B.飞船在轨道n上经过P的速度小于在轨道I上经过M的速度C.飞船在轨道n上运动的周期大于在轨道I上运动的周期D.飞船在轨道n上经过P的加速度小于在轨道I上经过M的加速度问题五：宇宙速度.某人在一星球表面上以速度v0竖直上抛一物体，经过时间t后物体落回手中.已知星球半径为R,那么沿星球表面将物体抛出，要使物体不再落回星球表面，抛射速度至少为（）v0t■2v0RB. C.v0R，'v0v0t■2v0RB. C.v0R，'v0D..［宇宙速度的理解与计算］2011年中俄联合实施探测火星计划，由中国负责研制的“萤火一号”火星探测器与俄罗斯研制的“福布斯一土壤”火星探测器一起由俄罗斯“天顶”运载火箭发射前往火星.已知火星的质量约为地球质量的1火星的半径约为地球半径的1.下列关于火星探测器的说法中正确的是9 2A.发射速度只要大于第一宇宙速度即可C.D.发射速度应大于第二宇宙速度而小于第三宇宙速度BC.D.发射速度应大于第二宇宙速度而小于第三宇宙速度火星探测器环绕火星运行的最大速度为地球第一宇宙速度的领总结优化问题一：开普勒三大定律和万有引力定律（2016春•万州区校级月考）关于行星绕太阳运动，下列说法正确的是（ ）A.所有行星都在同一椭圆轨道上绕太阳运动B.行星绕太阳运动时太阳位于行星椭圆轨道的焦点处C.离太阳越近的行星运动周期越长D.行星在某椭圆轨道上绕太阳运动的过程中，其速度与行星和太阳之间的距离有关，距离小时速度小，距离大时速度大F.'：（2016春-秦皇岛校级月考）开普勒关于行星运动规律的表达式为「二k,以下理解正确的是（ ）k是一个与行星无关的常量R代表行星运动的轨道半径C.T代表行星运动的自转周期D.公式只适用于围绕太阳运行的行星问题二：天体质量和密度.解决天体（卫星）运动问题的基本思路（1）天体运动的向心力来源于天体之间的万有引力，即Mm V2 4n2rG-=ma=L=m32r=mF-r2 nr 12⑵在中心天体表面或附近运动时，万有引力近似等于重力，即GMm=mg（g表示天体表面的重力加速度）.R2.天体质量和密度的计算⑴利用天体表面的重力加速度g和天体半径R.Mm gR2由于G^T=mg,故天体质量M=鼠，R2 GMM3g天体密度0—仁4 —4nGR鼻互乩3（2）通过观察卫星绕天体做匀速圆周运动的周期T和轨道半径r. . Mm4n2 __ .一.，一一4n2r3①由万有引力等于向心力，即G;=m「r,得出中心天体质量M=—=；12 12 G12②若已知天体半径R,则天体的平均密度MM3nr30PV4GT2R3；鼻nR333n③若天体的卫星在天体表面附近环绕天体运动，可认为其轨道半径r等于天体半径R,则天体密度P=77.G12可见，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.1.［天体质量的估算］（2013•大纲全国・18）“嫦娥一号”是我国首次发射的探月卫星，它在距月球表面高度为200km的圆形轨道上运行，运行周期为127分钟.已知引力常量G=6.67X10—11N-m2/kg2,月球的半径为1.74X103km.利用以上数据估算月球的质量约为（）A.8.1X1010kg B.7.4X1013kg5.4X1019kg D.7.4X1022kg问题三：卫星运行.“北斗”卫星导航定位系统由地球静止轨道卫星（同步卫星）、中轨道卫星和倾斜同步卫星组成.地球静止轨道卫星和中轨道卫星都在圆轨道上运行，它们距地面的高度分别约为地球半径的6倍和3.4倍.下列说法正确的是（）A.静止轨道卫星的周期约为中轨道卫星的2倍B.静止轨道卫星的线速度大小约为中轨道卫星的2倍C.静止轨道卫星的角速度大小约为中轨道卫星的7D.静止轨道卫星的向心加速度大小约为中轨道卫星的7问题四：卫星变轨

. MmV2 .，.一一 . .、一，.当卫星的速度突然增大时，Gw<mp即万有引力不足以提供向心力，卫星将做离心运动，脱离原来的圆轨道，轨道半径变大，当卫星进入新的轨道稳定运行时由丫=、:'GM可知其运行速度比原轨道时减小.MmV2.当卫星的速度突然减小时，G：>m7，即万有引力大于所需要的向心力，卫星将做近心运动，脱离原r2r来的圆轨道，轨道半径变小，当卫星进入新的轨道稳定运行时由丫=-\，梁可知其运行速度比原轨道时增大.卫星的发射和回收就是利用这一原理.1.［变轨中运行参量的比较］2013年12月2日，我国探月探测器“嫦娥三号”在西昌卫星发射中心成功发射升空，此飞行轨道示意图如图3所示，地面发射后奔向月球，在P点从圆形轨道1进入椭圆轨道H,Q为轨道H上的近月点.下列关于“嫦娥三号”的运动，正确的说法是（）图3A.发射速度一定大于7.9km/sB.在轨道H上从P到Q的过程中速率不断增大C.在轨道H上经过P的速度小于在轨道I上经过P的速度D.在轨道n上经过P的加速度小于在轨道I上经过P的加速度2.［变轨中运行参量的比较］如图4所示，搭载着“嫦娥二号”卫星的长征三号丙运载火箭在西昌卫星发射中心点火发射，卫星由地面发射后，进入地月转移轨道，经多次变轨最终进入距离月球表面100km、周期为118min的工作轨道，开始对月球进行探测，则（）图4a.卫星在轨道m上的运动速度比月球的第一宇宙速度小b.卫星在轨道m上经过P点的速度比在轨道I上经过P点时的大c.卫星在轨道m上运行周期比在轨道I上短d.卫星在轨道m上的运行周期比在轨道I上长问题五：宇宙速度.第一宇宙速度又叫环绕速度.推导过程为：由川8=带=铲得：RR2|'GM r八，/-R=\i,gR=7.9km/s..第一宇宙速度是人造地球卫星在地面附近环绕地球做匀速圆周运动时具有的速度..第一宇宙速度是人造卫星的最大环绕速度，也是人造地球卫星的最小发射速度.注意（1）两种周期一一自转周期和公转周期的不同.⑵两种速度一一环绕速度与发射速度的不同，最大环绕速度等于最小发射速度.（3）两个半径一一天体半径R和卫星轨道半径r的不同.（4）第二宇宙速度（脱离速度）：V2=1Okm/s,使物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度.⑸第三宇宙速度（逃逸速度）：v：=16_Zkm/s,使物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度.“伽利略”木星探测器，从1989年10月进入太空起，历经6年，行程37亿千米，终于到达木星周围.此后在t秒内绕木星运行N圈后，对木星及其卫星进行考察，最后坠入木星大气层烧毁.设这N圈都是绕木星在同一个圆周上运行，其运行速率为v，