3.1天体运动 自主提升过关练（word版含答案）

3.1天体运动 自主提升过关练（解析版）
一、选择题
1．如图所示，火星和地球都在围绕太阳旋转，其运行轨道是椭圆，根据开普勒行星运动定律可知（　　）
A．火星绕太阳运动过程中，速率不变
B．火星绕太阳运行一周的时间比地球的长
C．地球靠近太阳的过程中，运行速率将减小
D．在任意相等的时间内，火星与太阳连线扫过的面积一定等于地球与太阳的连线扫过的面积
2．某行星绕恒星运行的椭圆轨道如图所示，E和F是椭圆的两个焦点，O是椭圆的中心，行星在B点的速度比在A点的速度大。则恒星位于（　　）
A．F点 B．A点 C．E点 D．O点
3．如图所示，某卫星绕行星沿椭圆轨道运行，图中S1、S2两部分阴影面积大小相等。则下列关于卫星运动的说法正确的是（　　）
A．卫星在b点的速率等于在d的速率
B．卫星在b点的速率小于在d的速率
C．卫星从a到b的运行时间大于从c到d的运行时间
D．卫星从a到b的运行时间等于从c到d的运行时间
4．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．
5．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（　　）
A． B．
C． D．
6．开普勒被誉为“天空的立法者”、关于开普勒行星运动定律，下列说法正确的是（　　）
A．太阳系的行星绕太阳做匀速圆周运动
B．同一行星在绕太阳运动时近日点速度小于远日点速度
C．绕太阳运行的多颗行星中离太阳越远的行星运行周期越大
D．地球在宇宙中的地位独特，太阳和其他行星都围绕着它做圆周运动
7．行星B绕着恒星A逆时针转动，运动的轨迹如图所示，行星B在M位置时两者距离最近，此时相距x1，行星B在N位置时两者距离最远，此时相距y1。M、N、P、Q为轨迹上四个对称点，若行星B的运行周期为T，则下列说法正确的是（　　）
A．行星B在N位置和M位置的速率之比为
B．行星B在M位置和N位置的速率之比为
C．行星B从M位置运动到P位置的时间等于行星B从N位置运动到Q位置的时间
D．行星B从M位置运动到P位置的时间小于
8．下列说法符合物理史实的是（　　）
A．伽利略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．卡文迪什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．牛顿提出了万有引力定律，并测出了引力常量
9．物理必修二的P49页中介绍 ：亚当斯通过对行星“天王星”的长期观察发现，其实际运行的轨道与圆轨道存在一些偏离，且每隔时间t发生一次最大的偏离。亚当斯认为形成这种现象的原因可能是天王星外侧还存在着一颗未知行星（后命名为海王星）对天王星的万有引力引起的。由于课本没有阐述其计算的原理，这极大的激发了射洪中学天文爱好社团同学的探索热情，通过集体研究，最终掌握了亚当斯当时的计算方法：设其（海王星）运动轨道与天王星在同一平面内，且与天王星的绕行方向相同，天王星的运行轨道半径为R，周期为T，并认为上述最大偏离间隔时间t就是两个行星相邻两次相距最近的时间间隔，并利用此三个物理量推导出了海王星绕太阳运行的圆轨道半径，则下述是海王星绕太阳运行的圆轨道半径表达式正确的是（　　）
A． B． C． D．
10．两颗人造卫星A、B绕地球作圆周运动，周期之比为，则轨道半径之比和运动速率之比分别为（　　）
A．RR，vv B． RR， vv
C．RR，vv D． RR， vv
11．2021年4月28日，国际行星防御大会召开，我国代表介绍了正在论证的小行星探测任务。关于开普勒行星运动定律，下列说法中正确的是（　　）
A．牛顿发现万有引力定律后，开普勒整理牛顿的观测数据后，发现了行星运动的规律
B．此定律不仅适用于行星绕太阳运动，也适用于宇宙中其他卫星绕行星的运动
C．开普勒第三定律，月亮围绕地球运动的k值与人造卫星围绕地球运动的k不相同
D．行星绕太阳运动时，线速度方向时刻在变，但大小始终不变
12．太阳系有八大行星，八大行星离地球的远近不同，绕太阳运转的周期也不相同。下列反映公转周期与行星轨道半长轴的关系图像中正确的是（　　）
A． B．
C． D．
13．关于太阳系中各行星的轨道，以下说法正确的是（　　）
A．所有的行星绕太阳运动的轨道都是圆
B．所有的行星绕太阳运动的轨道都是椭圆
C．不同的行星绕太阳运动的椭圆轨道的半长轴是不同的
D．不同的行星绕太阳运动的轨道各不相同
14．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经过M、Q到N的运动过程中（　　）
A．从P到M所用的时间小于
B．从Q到N阶段，速率逐渐减小
C．从P到Q阶段，速率逐渐变小
D．从M到N阶段，万有引力对它先充当阻力后充当动力
15．如图所示，有A、B两颗卫星绕地心O做圆周运动，旋转方向相同。A卫星的周期为T1，B卫星的周期为T2，在某一时刻两卫星相距最近，则（引力常量为G）（　　）
A．两卫星经过时间t=T1+T2再次相距最近
B．两卫星经过时间再次相距最近
C．两卫星经过时间第一次距最远
D．两颗卫星的轨道半径之比：
二、解答题
16．在开普勒的成功中，你认为哪一处（或哪几处）对你的影响最大？
17．我国航天第一人杨利伟乘坐“神舟”五号载人飞船，在绕地球飞行了14圈、历时21小时后返回地面。已知地球半径R地=6.4×103km，“静止”在赤道上空的卫星的高度为5.67R地，则“神舟”五号离地多高？
参考答案
1．B
【详解】
ACD．根据开普勒第二定律：对每一个行星而言，行星与太阳的连线在相同时间内扫过的面积相等。行星在此椭圆轨道上运动的速度大小不断变化，离太阳越近速率越大，所以地球靠近太阳的过程中，运行速率将增大，火星绕太阳运动过程中，速率不断变化，故ACD错误；
B．根据开普勒第三定律：所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。由于火星的半长轴比较大，所以火星绕太阳运行一周的时间比地球的长，故B正确；
故选B。
2．A
【详解】
行星绕恒星沿椭圆轨道运动，因为行星在B点的速度比在A点的速度大，说明B点是近点，A点是远点，则恒星位于F点。
故选A。
3．D
【详解】
AB．卫星绕行星沿椭圆轨道运行，根据开普勒第二定律，在b点时离行星近，在d点时离行星远，则卫星在b点的速率大于在d的速率，AB错误；
CD．根据开普勒第二定律知，S1、S2两部分阴影面积大小相等，则卫星从a到b的运行时间等于从c到d的时间， C错误D正确。
故选D。
4．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。
5．A
【详解】
A行星运行的轨道发生最大偏离，一定是B对A的引力引起的，且B行星在此时刻对A有最大的引力，故此时A、B行星与恒星在同一直线上且位于恒星的同一侧，设B行星的运行周期为T，运行的轨道半径为R，根据题意有
所以
由开普勒第三定律可得
联立解得
故A正确，BCD错误。
故选A。
6．C
【详解】
A．根据开普勒行星运动定律可知，太阳系的行星绕太阳的轨道是椭圆，且速度大小在改变，故A错误；
B．同一行星在绕太阳运动时近日点速度大于远日点速度，故B错误；
C．根据开普勒第三定律可知，离太阳越远的行星运行周期越大，故C正确；
D．地球和其他行星都围绕着太阳做椭圆运动，故D错误。
故选C。
7．D
【详解】
AB．根据开普勒第二定律可知
扇形面积
所以在M位置和N位置的速率之比
AB错误；
CD．据对称性可知，行星从M经过P到达N位置的时间为 ，行星在MP段的速度大小大于PN段的速度大小，则MP段的时间小于PN段的时间，所以P到M所用的时间小于 ，C错误D正确。
故选D。
8．B
【详解】
A．开普勒总结出了行星运动的规律，故A错误；
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，故B正确；
C．牛顿找出了行星按照这些规律运动的原因，故C错误；
D．卡文迪什测出了引力常量，故D错误。
故选B。
9．D
【详解】
由题可知：海王星与天王星相距最近时，对天王星的影响最大，且每隔时间发生一次最大的偏离。设海王星的周期为，圆轨道半径为，则有
解得
根据开普勒三定律
解得
故选D。
10．A
【详解】
根据开普勒第三定律得
根据速度公式得
故选A。
11．B
【详解】
A．在开普勒发现了 行星的运行规律后，牛顿才发现万有引力定律，开普勒整理第谷的观测数据后，发现了行星运动的规律。A错误；
B．开普勒行星运动定律不仅适用于行星绕太阳运动，还适用于宇宙中其他卫星绕行星的运动， B正确；
C．公式中的k值由中心天体决定，只要是中心天体一样，k值一样， C错误；
D．由开普勒第二定律可知，日星连线相同时间内扫过面积相等，行星绕太阳在椭圆轨道上运动时，线速度大小在变化，越靠近太阳，线速度越大，反之，则越小，D错误。
故选B。
12．D
【详解】
根据开普勒第三定律＝k知
r3＝kT2
故选D。
13．BCD
【详解】
AB.根据开普勒第一定律，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错误，B正确；
CD.不同行星离太阳远近不同，轨道各不不同，运行的周期各不相同，根据开普勒第三定律，则不同的行星绕太阳运动的椭圆轨道的半长轴也是不同的，故CD正确。
故选BCD。
14．ACD
【详解】
A．从P到Q的时间为半个周期，根据开普勒第二定律，从P到M运动的速率大于从M到Q的速率，可知从P到M所用时间小于，A正确；
BC．海王星在运动过程中只受太阳的引力作用，从P到Q是远离太阳的过程，引力是阻力，速率是减小的；从Q到N是靠近太阳的过程，引力是动力，速率会增大，B错误C正确；
D．从M到Q是远离太阳的过程，引力是阻力，从Q到N是靠近太阳的过程，引力是动力，D正确。
故选ACD。
15．BD
【详解】
AB．A多转动一圈时，第二次追上B，再次相距最近，A、B转过的角度相差2π，即：
解得
所以两卫星经过时间
再次相距最近。故A错误，B正确；
C．A多转动半圈时，第一次相距最远，A、B转过的角度相差π，即
解得
选项C错误；
D．根据开普勒第三定律
则
选项D正确。
故选BD。
16．见详解
【详解】
开普勒成功对我影响最大的是这个人有一颗积极向上的心，和永不放弃的坚持。例如：1601年第谷去世，开普勒继承了第谷遗留下来的观测资料， 从此，开普勒拥有了最丰富的宝藏并着手开发。第谷留下的资料中有关火星轨道的数据占了相当部分，开普勒发现，按照设计的圆轨道计算出来的火星位置与第谷的数据之间总有偏离，尽管其最大偏离只有8秒弧度，但他并没有忽视这小小的误差，他坚信第谷的观测是准确无误的，他从这个误差中敏锐地觉察到行星的轨道不是一个圆周，而且没有这样一个圆心——行星绕该点的运动是匀速的。用开普勒自己的说法：“由于这8秒的偏离引发了文学的全部革新。”开普勒大胆抛弃了束缚人们头脑两千多年来的天体作“匀速圆周运动”的观念，坚定地用第谷的数据去确定行星的运行轨道。
17．323km
【详解】
“神舟”五号飞船绕地球运动一周所用的时间为
T1＝h＝1.5h
“静止”在赤道上空的卫星绕地球运动的周期为T2＝24h，由开普勒第三定律
＝
解得
r1＝·r2
则“神舟”五号离地面的高度为
h＝r1－R地＝·r2－R地
其中
r2＝5.67R地＋R地＝6.67R地
代入数据得
h≈323km