课时分层作业(八) 行星的运动
(建议用时：25分钟)
◎考点一 对开普勒行星运动定律的理解
1．关于行星运动的规律，下列说法符合史实的是( )
A．开普勒在牛顿运动定律的基础上，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．开普勒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．开普勒总结出了行星运动的规律，发现了万有引力定律
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，但并没有找出其中的原因，A、C错误，B正确；万有引力定律是牛顿发现的，D错误。]
2．(多选)关于行星绕太阳运动的说法正确的是( )
A．太阳系中的八大行星有一个共同的轨道焦点
B．太阳系中的八大行星的轨道有的是圆形，并不都是椭圆
C．行星的运动方向总是沿着轨道的切线方向
D．行星的运动方向总是与它和太阳的连线垂直
AC [太阳系中的八大行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，而太阳位于八大行星椭圆轨道的一个公共焦点上，选项A正确，B错误；行星的运动是曲线运动，运动方向总是沿着轨道的切线方向，选项C正确；行星从近日点向远日点运动时，行星的运动方向和它与太阳连线的夹角大于90°，行星从远日点向近日点运动时，行星的运动方向和它与太阳连线的夹角小于90°，选项D错误。]
3．(多选)如图所示，“嫦娥三号”绕月球沿椭圆轨道运行，绕行方向为逆时针方向，A、B分别为近月点和远月点，C是轨道上到A、B距离相等的点，则下列说法正确的是( )
A．“嫦娥三号”从A点到B点运行速率逐渐增大
B．“嫦娥三号”从A点到B点运行速率逐渐减小
C．“嫦娥三号”从A点到C点的运行时间等于四分之一周期
D．“嫦娥三号”从A点到C点的运行时间小于四分之一周期
BD [根据开普勒第二定律可知，“嫦娥三号”从A点到B点运行速率逐渐减小，选项A错误，B正确；“嫦娥三号”从A点到C点运行的平均速率大于从C点到B点运行的平均速率，可知从A点到C点运行时间小于四分之一周期，选项C错误，D正确。]
◎考点二 开普勒行星运动定律的应用
4．一恒星系统中，行星a绕恒星做圆周运动的公转周期是0.6年，行星b绕恒星做圆周运动的公转周期是1.9年，根据所学知识比较两行星到恒星的距离关系( )
A．行星a距离恒星近
B．行星b距离恒星近
C．行星a和行星b到恒星的距离一样
D．条件不足，无法比较
A [根据开普勒第三定律＝可知ra＜rb，故A正确。]
5．太阳系有八大行星，八大行星离太阳的远近不同，绕太阳运转的周期也不相同。下列反映周期与轨道半径关系的图像中正确的是( )
A B C D
D [由开普勒第三定律知＝k，所以R3＝kT2，D正确。]
6．阋神星是一个已知最大的属于柯伊伯带及海王星外天体的矮行星，因观测估算比冥王星大，在公布发现时曾被其发现者和NASA等组织称为“第十大行星”。若将地球和阋神星绕太阳的运动看作匀速圆周运动，它们的运行轨道如图所示。已知阋神星绕太阳运行一周的时间约为557年，设地球绕太阳运行的轨道半径为R，则阋神星绕太阳运行的轨道半径约为( )
A．R
B．R
C．R
D．557R
C [由开普勒第三定律＝，得r阋＝R，C正确。]
7．(多选)如图所示，某行星沿椭圆轨道运行，A为远日点，离太阳的距离为a，B为近日点，离太阳的距离为b，行星过远日点时的速率为va，过近日点时的速率为vb。已知图中的两个阴影部分的面积相等，则( )
A．vb＝va
B．vb＝va
C．行星从A到A′的时间小于从B到B′的时间
D．太阳一定在该椭圆的一个焦点上
BD [取极短时间Δt，根据开普勒第二定律得a·va·Δt＝b·vb·Δt，得到vb＝va，故A错误，B正确；已知图中的两个阴影部分的面积相等，那么它们的运动时间相等，故C错误；由开普勒第一定律可知太阳一定在该椭圆的一个焦点上，故D正确。]
8．土星直径为119
300
km，是太阳系统中第二大行星，自转周期只需10
h
39
min，公转周期为29.4年，距离太阳1.432×109
km。土星最引人注目的是绕着其赤道的巨大光环。在地球上人们只需要一架小型望远镜就能清楚地看到光环，环的外沿直径约为274
000
km。请由上面提供的信息，估算地球距太阳有多远。(保留三位有效数字)
[解析] 根据开普勒第三定律有：＝k，k只与太阳质量有关。则＝，其中T为公转周期，R为行星到太阳的距离。代入数值得：＝，解得R地＝1.50×1011
m＝1.50×108
km。
[答案] 1.50×108
km
(建议用时：15分钟)
9．由中国自主研制的世界上第一颗空间量子科学实验卫星“墨子”号完成在轨测试，其运行轨道为如图所示的绕地球E运动的椭圆轨道，地球E位于椭圆的一个焦点上。轨道上标记了墨子卫星经过相等时间间隔(Δt＝，T为轨道周期)的位置。如果作用在卫星上的力只有地球E对卫星的万有引力，则下列说法正确的是( )
A．面积S1>S2
B．卫星在轨道A点的速度小于B点的速度
C．T2＝Ca3，其中C为常数，a为椭圆半长轴
D．T2＝C′b3，其中C′为常数，b为椭圆半短轴
C [根据开普勒第二定律可知，卫星与地球的连线在相同时间内扫过的面积相等，故面积S1＝S2，选项A错误；根据开普勒第二定律可知，卫星在轨道A点的速度大于B点的速度，选项B错误；根据开普勒第三定律可知＝C，选项C正确，D错误。]
10．(多选)太阳系中的第二大行星——土星的卫星众多，目前已发现达数十颗。下表是有关土卫五和土卫六两颗卫星的一些参数。则两卫星相比较，下列判断正确的是( )
卫星
距土星的距离/km
半径/km
质量/kg
发现者
发现年代
土卫五
527
000
765
2.49×1021
卡西尼
1672
土卫六
1
222
000
2
575
1.35×1023
惠更斯
1655
A．土卫五的公转周期较小
B．土卫六的转动角速度较大
C．土卫六的向心加速度较小
D．土卫五的公转速度较大
ACD [比较同一个行星的两卫星的运动情况，其方法和比较太阳的任意两颗行星的运动情况的方法一样。卫星本身的大小、形状与其运动快慢无关。筛选所给的信息，其重要信息是卫星离土星的距离。设卫星运动轨道是圆形的，且是匀速圆周运动，根据开普勒第三定律：轨道半径的三次方与公转周期的二次方的比值相等，故A正确；土卫六的周期较大，则由匀速圆周运动的知识得土卫六的角速度较小，故B错误；根据匀速圆周运动向心加速度公式a＝ω2r＝r及开普勒第三定律＝k，得a＝r＝4π2·k·，可知半径大的向心加速度小，故C正确；由于v＝＝2π＝2π，由推理可知，轨道半径小的卫星，其运动速度大，故D正确。]
11．月球环绕地球运动的轨道半径约为地球半径的60倍，运行周期约为27天。应用开普勒定律计算：在赤道平面内离地多高时，人造地球卫星随地球一起转动，就像停留在天空中不动一样？(R地＝6
400
km)
[解析] 月球和人造地球卫星都环绕地球运动，故可用开普勒第三定律求解。当人造地球卫星相对地球不动时，则人造地球卫星的周期同地球自转周期相等。
设人造地球卫星轨道半径为R、周期为T。
根据题意知月球轨道半径为60R地，周期为T0＝27天，则有：＝。整理得：
R＝×60R地＝eq
\r(3,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,27))))×60R地＝6.67R地
卫星离地高度H＝R－R地＝5.67R地＝5.67×6
400
km＝3.63×104
km。
[答案] 3.63×104
km
12．地球的公转轨道接近圆，但彗星的运动轨道则是一个非常扁的椭圆，天文学家哈雷曾经在1682年跟踪过一颗彗星，他算出这颗彗星轨道的半长轴约等于地球轨道半径的18倍，并预言这颗彗星将每隔一定时间就会出现，哈雷的预言得到证实，该彗星被命名为哈雷彗星。哈雷彗星最近出现的时间是1986年，请你根据开普勒行星运动第三定律(即＝k，其中T为行星绕太阳公转的周期，r为轨道的半长轴)估算。它下次飞近地球是哪一年？
[解析] 由＝k，其中T为行星绕太阳公转的周期，r为轨道的半长轴，k是对太阳系中的任何行星都适用的常量。可以根据已知条件列方程求解。
将地球的公转轨道近似成圆形轨道，其周期为T1，半径为r1；哈雷彗星的周期为T2，轨道半长轴为r2，则根据开普勒第三定律有：＝
因为r2＝18r1，地球公转周期为1年，所以可知哈雷彗星的周期为T2＝×T1＝76.4年
所以它下次飞近地球是在2062年。
[答案] 2062年
6
