7.1行星的运动
一、单选题
1.下列说法中正确的是( )
A.太阳是宇宙的中心,地球、月球及其他行星都绕地球运动
B.地球是绕太阳运动的一颗行星
C.太阳是静止不动的,地球和其他行星都绕太阳运动
D.地心说正确反映了天体运动的规律
2.关于行星绕太阳运动,下列说法中正确的是( )
A.所有行星都在同一个椭圆轨道上绕太阳运动
B.行星绕太阳运动时,太阳位于行星轨道的中心处
C.距离太阳越远的行星,绕太阳运动一周的时间越长
3.若火星绕太阳运动轨道的半长轴为,公转周期为,则根据开普勒第三定律,下列关系式正确的是( )
A. B. C. D.
4.如图所示,土星和火星都在围绕太阳公转,根据开普勒行星运动定律可知( )
A.火星轨道是椭圆,土星轨道是圆
B.土星比火星的公转周期大
C.火星远离太阳的过程中,它与太阳的连线在相等时间内扫过的面积逐渐增大
D.相同时间内,土星与太阳的连线扫过的面积等于火星与太阳的连线扫过的面积
5.我国古代人根据天地运行规律来确定四季循环的起点与终点,并划分为二十四节气。二十四节气,代表着地球在公转轨道上的二十四个不同的位置。如图所示,从天体物理学可知地球沿椭圆轨道绕太阳运动所处四个位置,分别对应我国的四个节气。以下说法正确的是( )
A.地球绕太阳做匀速率椭圆轨道运动
B.地球从冬至至春分的时间小于地球公转周期的四分之一
C.地球绕太阳运行方向(正对纸面)是顺时针
D.秋分时地球公转速度最大
6.已知日地距离为,天王星和地球的公转周期分别为T和,则天王星与太阳的距离为( )
A. B. C. D.
7.人类对太阳系中行星运动规律的探索过程中,曾有擅长观测的科学家通过长期观测记录了各行星环绕太阳运动(公转)的大量数据,在此基础上有位擅长数学推理的科学家,认为行星公转轨道应该是椭圆,然后通过数学推理,发现了行星运动三大定律,揭示了行星运动的规律。观测记录行星公转的大量数据以及发现行星运动三大定律的科学家分别是( )
A.托勒密、第谷 B.第谷、开普勒 C.哥白尼、托勒密 D.哥白尼、开普勒
8.在太阳系的行星中,地球到太阳的距离小于土星到太阳的距离。已知地球的公转周期为1年,则土星的公转周期( )
A.大于1年 B.等于1年
C.小于1年 D.无法与地球的公转周期做比较
9.下列说法不正确的是( )
A.托勒密和哥白尼都建立了物理模型来分析行星运动,对后人产生了深远影响
B.第谷经过二十年观察,详细记录了行星的位置和时间
C.开普勒通过分析第谷的数据,得出了行星运动的规律
D.开普勒分析伽利略的实验数据,得出行星运动规律
10.地球、火星运行到太阳的两侧且三者近乎处于一条直线,这种现象称作“日凌”。2021年9月下旬至10月中旬,火星探测器“天问一号”处在“日凌”阶段,“天问一号”与地球的通信受到太阳电磁辐射干扰,出现不稳定甚至中断。10月中旬“日凌”结束时,火星的位置可能是( )
A.A处 B.B处 C.C处 D.D处
11.9月17日下午1:35神舟十二号载人飞船返回舱安全降落东风着陆场。在神舟十二号飞船和空间站分离之后,一般需要经过15圈左右的飞行来调整降落高度和降落,距离长达近70万公里,这一过程被叫做制动离轨阶段,高度会由400公里下降到100多公里,飞船会通过调姿、制动、减速等操作从原飞行轨道进入返回轨道。假设神舟十二号在离地面高度为h的圆轨道上运行的周期为T,并由此圆轨道经过调整进入近地点离地面高度为的椭圆轨道。则神舟十二号在此椭圆轨道的周期为(地球半径为,参考数据:;( )
A. B. C. D.
12.2021年5月15日火星探测器“天问一号”成功着陆火星。如图为探测器变轨过程的示意图。地球绕日轨道Ⅰ、探测器变轨所经椭圆形的“霍曼转移”轨道Ⅱ、火星绕日轨道Ⅲ在同一平面内。近似认为地球绕日、火星绕日的转动均为匀速圆周运动。地球与太阳间距记为1个天文距离,即,地球公转周期为1年,火星与太阳间距为,椭圆轨道Ⅱ与圆形轨道Ⅰ、Ⅲ分别相切于N、M两点,O点为太阳球心,为一条直线,火星、地球、探测器均逆时针转动。当地球处于太阳经度0°位置(N点)、火星处于太阳经度(P点)时探测器瞬间从N点进入椭圆轨道Ⅱ,为使探测器和火星同时到达同一地点——太阳经度180°位置(M点)时探测器被火星捕获,则应为(可能用到的数据,,)( )
A.33° B.44° C.55° D.66°
二、多选题
13.关于开普勒行星运动定律,下列说法正确的是( )
A.所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆,太阳处在椭圆的一个焦点上
B.地球绕太阳在椭圆轨道上运行,在近日点和远日点运行的速率相等
C.表达式,k与中心天体有关
D.表达式,T代表行星运动的公转周期
三、填空题
14.如图所示,某行星绕太阳运动的轨道是椭圆。A点是轨道上距太阳最近的位置,B点是轨道上距太阳最远的位置。太阳位于椭圆其中的一个______上;行星在A点时的线速度______(填“大于”“小于”或“等于”)在B点时的线速度;行星在A点时的角速度______(填“大于”“小于”或“等于”)在B点时角速度。
15.宇宙飞船围绕太阳在近似圆形的轨道上运动,若轨道半径是地球轨道半径的9倍,则宇宙飞船绕太阳运行的周期是__________年。
16.开普勒行星运动三定律不仅适用于行星绕太阳的运动,也适用于卫星绕行星的运动。“东方红一号”卫星是我国于1970年4月24日发射的第一颗人造地球卫星,由“长征一号”运载火箭送入近地点441km、远地点2368km的椭圆轨道,则“东方红一号”卫星在近地点的速度___________(填“大于”、“等于”或“小于”)在远地点的速度;已知地球同步卫星距地面高度为km,周期为24h,地球视为半径为km的球体,则“东方红一号”卫星运行的周期为__________h(结果保留一位有效数字)。
17.下表列出了太阳系八大行星的一些数据:直径d、与太阳间平均距离r及绕日转动的周期T。计算各行星离太阳平均距离r与行星直径d之比,平均距离r的三次方与周期T的二次方之比,并回答下列问题。
水星 金星 地球 火星 木星 土星 天王星 海王星
直径约 5 12 12.75 7 140 120 52 50
与太阳间平均距离约 60 108 150 230 780 1400 2900 4500
绕日周期T(年)约 0.25 0.6 1 1.9 12 29 84 165
约 12 9 118 32.9 5.57 11.7 55.8 90
约
(1)行星绕太阳旋转周期T与它们离太阳间的距离有什么关系?(____)
(2)各行星中,最大的是____________星,为__________________,最小的是____________星,为____________。由于很大,你能将行星的绕日运动视为怎样的一个运动模型?(____)
(3)如图所示,将各行星之值用直方图表示出来。分析直方图,你能发现什么结论?(____)
四、解答题
18.哈雷彗星轨道的半长轴约等于地球和太阳平均距离的18倍。哈雷彗星最近一次飞近地球的时间是1986年。根据开普勒第三定律估算它下一次飞近地球将在哪一年。
19.曾经有人用木星的直径作为量度单位,测量了木星卫星的轨道半径。如图所示,他发现木卫一的周期是1.8天,距离木星中心4.2个木星单位,而木卫四的周期是16.7天。请预测木卫四距离木星中心的距离。
试卷第1页,共3页
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参考答案
1.B
【详解】
A.太阳是太阳系的中心,地球、月球及其他行星都绕太阳运转,故A错误;
B.地球是绕太阳运动的一颗行星,还有水星、金星等,故B正确;
C.静止是相对的,太阳在宇宙系中也是运动的,故C错误;
D.日心说正确反映了天体运动的规律,地心说是错的,故D错误。
故选B。
2.C
【详解】
AB.行星绕太阳运动的轨迹是椭圆,不同的行星运动轨道不同,太阳在椭圆的一个焦点上,故AB错误;
C.由开普勒第三定律可知
故可知离太阳越远的行星,公转周期越长,故C正确。
故选C。
3.D
【详解】
根据开普勒第三定律可知
故选D。
4.B
【详解】
A.根据开普勒第一定律可知,行星轨道都是椭圆,故A错误;
B.根据开普勒第三定律
可知,土星比火星的公转周期大,故B正确;
C.根据开普勒第二定律可知,火星远离太阳的过程中,它与太阳的连线在相等时间内扫过的面积相等,故C错误;
D.开普勒第二定律是指同一个行星,在相同时间内与太阳的连线扫过的面积相等,故D错误。
故选B。
5.B
【详解】
A.根据开普勒第二定律面积定律可知,近日点速率最大,远日点速率最小,所以地球绕太阳做变速率的椭圆轨道运动,则A错误;
B.地球从冬至至夏至的时间为地球公转周期的二分之一,由于近日点速率最大,远日点速率最小,所以地球从冬至至春分的时间小于地球公转周期的四分之一,则B正确;
C.地球绕太阳运行方向(正对纸面)是逆时针,所以C错误;
D.根据开普勒第二定律面积定律可知,近日点速率最大,则冬至时地球公转速度最大,所以D错误;
故选B。
6.A
【详解】
天王星和地球绕太阳做圆周运动,根据开普勒第三定律
解得
故选A。
7.B
【详解】
第谷通过长期观测记录了各行星环绕太阳运动(公转)的大量数据,开普勒认为行星公转轨道应该是椭圆,然后通过数学推理,发现了行星运动三定律。
故选B。
8.A
【详解】
根据开普勒第三定律可知
因为
则
故选A。
9.D
【详解】
A.托勒密和哥白尼都建立了物理模型来分析行星运动,对后人产生了深远影响,A不符合题意;
B.第谷经过二十年观察,详细记录了行星的位置和时间,B不符合题意;
CD.开普勒通过分析第谷的数据,得出了行星运动的规律,D符合题意,C不符合题意。
故选D。
10.A
【详解】
根据开普勒第三定律
火星的运动半径大于地球,则周期更大,角速度更小,火星和地球均逆时针运动,相同时间内地球运动到十月中旬位置时,火星运动轨迹对应的弧度小于地球运动轨迹对应的弧度,只可能在A位置。
故选A。
11.A
【详解】
由题意可知,神舟十二号在椭圆轨道的半长轴为
设神舟十二号在此椭圆轨道的周期为,由开普勒第三定律得
解得
故A正确,BCD错误。
故选A。
12.B
【详解】
对地球和火星应用开普勒第三定律得
解得
椭圆轨道的半长轴为
解得
对地球和探测器应用开普勒第三定律得
解得
为使探测器与火星相遇,满足
故B正确。
故选B。
13.ACD
【详解】
A.根据开普勒第一定律可知所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆,太阳处在椭圆的一个焦点上,故A正确;
B.根据开普勒第二定律可知,当地球离太阳较近时,运行速率较大,离太阳较远时,运行速率较小,故B错误;
CD.根据开普勒第三定律可知表达式,k与中心天体有关,T代表行星运动的公转周期,故CD正确。
故选ACD。
14.焦点 大于 大于
【详解】
根据开普勒第一定律可知,行星绕太阳运动的轨道是椭圆,太阳位于椭圆其中的一个焦点上;
根据开普勒第二定律分析可得,行星在A点时的线速度大于在B点时的线速度;行星在A点时的角速度大于在B点时角速度。
15.27年
【详解】
宇宙飞船和地球绕太阳公转,根据开普勒第三定律可知
解得
16.大于 2
【详解】
根据开普勒第二定律知,东方红一号卫星在相同时间内卫星与地心连线在近地点扫过的面积等于在远地点扫过的面积,故近地点的速度大于远地点的速度。
由题意知,东方红一号运行的椭圆轨道的半长轴为
地球的同步卫星的运行轨道半径为
根据开普勒第三定律得
代入数据,解得
17.r越大,T也越大 海王星 木星 几何点 各行星绕日运动的近似圈轨道半径的三次方与其周期的二次方之比为一定值
【详解】
(1)从表中数据可得出行星绕日运动的周期T与它们离日的平均距离r有关:r越大,T也越大,即旋转一周时间越长。
(2)值最大的是海王星,为倍,最小的是木星,为倍;
由于,因此可以将行星视为一个“几何点”,它在绕日做近似圆周的运动,研究行星运动时可忽略其本身的形状,自转等其他次要因素。
(3)在直方图上各行星值非常相近。这表明各行星绕日运动的近似圈轨道半径的三次方与其周期的二次方之比为一定值。
18.2026年
【详解】
设哈雷彗星的运行周期为T1,半长轴为a1,地球的公转周期为T2,地球公转半径为a2。哈雷彗星轨道的半长轴约等于地球公转半径的18倍,由开普勒第三定律
得
而T2=1年,解得T1≈76年。所以1986年+76年=2062年,即哈雷彗星下次飞近地球将在2062年。
19.
【详解】
根据开普勒第三定律
解得
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