7.1 行星的运动（强化提高）学案 Word版含答案
文档属性
| 名称 | 7.1 行星的运动（强化提高）学案 Word版含答案 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 123.4KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-04-23 10:48:19 | ||
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文档简介
第七章万有引力与宇宙航行
第1节行星的运动
【考点指导】
开普勒行星运动定律不是高考的重点，单独考查这个知识点的试题并不多,但从全国各地的高考试题来看,涉及开普勒行星运动定律的试题不少，同学们在今后的学习中要加强对开普勒行星运动定律的理解，尤其是第三定律，应予以重视。
【能力提升】
开普勒三定律的理解
1.理解要点
(1)从空间分布认识:行星运动的轨道都是椭圆，所有椭圆有一个共同的焦点,太阳就在此焦点上。
(2)从速度大小认识:行星靠近太阳时速度增大,远离太阳时速度减小。如图所示，行星沿着椭圆轨道运行，太阳位于椭圆的一一个焦点上。如果时间间隔相等,即t2-t1=t4-t3,那么面积A=面积B。由此可见,行星在远日点a处的速率最小，在近日点b处的速率最大。图中太阳和行星的连线在相等的时间内扫过的面积相等。
对a3T2=k的认识:如图中，半长轴a是AB间距的一半，不要误认为a等于太阳到B点的距离;T是公转周期，不要误认为是自转周期，如地球的公转周期是一年,不是一天。
2.应用指南
(1)在计算中,我们可以把行星的运行轨道近似为圆，把卫星的运行轨道也近似为圆，这样就使问题变得简单,计算结果与实际情况也相差不大。
(2)在上述情况下，a3T2=k的表达式中,a就是圆的半径r，利用r3T2=k的结论解决某些问题很方便。
(3)开普勒第三定律中的k值由中心天体的质量决定，与行星的质量及体积运行速度等因素无关，并且定律对其他星系亦成立，只是k值不一定与太阳系中的k值相等,将由其他星系中心天体的质量唯一决定。
【典型例题】
1.火星探测器沿火星近地圆轨道飞行，其周期和相应的轨道半径分别为T0和R0，火星的一颗卫星在其圆轨道上的周期和相应的轨道半径分别为T和R，则下列关系正确的是
A．
B．
C． D．
【答案】A
【详解】
根据开普勒第三定律： ,则：
所以它们的对数关系可以表达为： ．故A正确，BCD错误
故选A.
2．理论和实践证明，开普勒行星运动定律不仅适用于太阳系中的天体运动，而且对一切天体(包括卫星绕行星的运动)都适用．对开普勒第三定律公式的理解，下列说法正确的是（ ）
A．公式只适用于轨道是椭圆的运动
B．式中的k值，对于所有行星(或卫星)都相等
C．式中的k值，只与中心天体有关，与绕中心天体旋转的行星(或卫星)无关
D．若已知月球与地球之间的距离，根据公式可求出地球与太阳之间的距离
【答案】C
【详解】
A．开普勒第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，所以也适用于轨道是圆的运动，故A错误；
BC．式中的k是与中心星体的质量有关，与绕中心天体旋转的行星（或卫星）无关，故B错误，C正确；
D．式中的k是与中心星体的质量有关，已知月球与地球之间的距离，无法求出地球与太阳之间的距离，故D错误。
故选C。
【变式训练】
1．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．牛顿提出了“日心说”
B．伽利略提出了“日心说”
C．哥白尼发现了行星运动的三大定律
D．地心说认为地球是宇宙的中心，是静止不动的
【答案】D
【解析】AB．哥白尼提出了“日心说”，故AB错误；
C．开普勒发现了行星运动三定律，故C错误；
D．地心说认为地球是宇宙的中心，是静止不动的，故D正确。
故选D。
2．某行星绕太阳运行的椭圆轨道如图所示，F1和F2是椭圆轨道的两个焦点，行星在A点的速率比在B点的速率大，则太阳位于 （ ）
A．点F2 B．点A C．点F1 D．点B
【答案】A
【解析】根据开普勒第二定律，行星和太阳的连线在相等时内扫过的面积相等，则它在近日点的速度大于它在远日点的速度，由于行星在A点的速率比在B点的速率大，则太阳位于点F2，所以A正确；BCD错误；
故选A。
3．地球绕太阳做椭圆运动，根据开普勒定律可知，地球在近日的速度为v近与在远日速度为v远，下列说法正确的是（ ）
A．v近大于v远 B．v近等于v远 C．v近小于v远 D．以上说法均错
【答案】A
【解析】由开普勒定律第二定律面积定律有，地球与太阳的连线在连续相等时间里扫过的面积相等，则有近日点的速度大于远日点的速度，所以A正确；BCD错误；
故选A。
4．根据开普勒行星运动定律，下列说法错误的是（ ）
A．绕地球运行的不同卫星的的值都相同
B．同一卫星离地球越远，速率越小
C．不同卫星，轨道的半长轴越长周期越大
D．同一卫星绕不同的行星运行，的值都相同
【答案】D
【解析】A．由开普勒三定律知绕地球运行的不同卫星的的值都相同，故A不符题意；
B．同一卫星离地球越远，根据开普勒第二定律知周期较长，运行速率越小，故B不符题意；
C．不同卫星，轨道的半长轴越长，则周期T越大，故C不符题意；
D．开普勒第三定律成立的条件是中心天体相同，故D符合题意；
故选D。
5．2020年??7月23日12时41分，中国首次火星探测任务“天问一号”探测器成功发射。为了比较节省燃料和推力的方式实现太空中转移，从地球去往火星，“天问一号”探测器必须通过一条叫“霍曼转移轨道（如图的运输轨道）”飞行，该轨道是椭圆轨道（太阳位于该椭圆轨道的一个焦点上）。“天问一号”探测器发射升空后，先在地球附近点火加速，进入“霍曼转移轨道”，再在火星附近反向点火减速，被火星捕获（火星着陆）。关于“天问一号”沿“霍曼转移轨道”向火星运动的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．“天问一号”的速度逐渐变大
B．“天问一号”的速度逐渐变小
C．“天问一号”的速度先逐渐变大、再逐渐变小
D．“天问一号”的速度先逐渐变小、再逐渐变大
【答案】B
【解析】“天问一号”沿“霍曼转移轨道”向火星运动的过程中，其轨道是以太阳为中心天体的椭圆轨道，根据开普勒第二定律可知，“天问一号”远离中心天体，其速度减小。
故选B。
6．已知地球和火星绕太阳公转的轨道半径分别为R1和R2（公转轨迹近似为圆），如果把行星和太阳连线扫过的面积和与其所用时间的比值定义为扫过的面积速率，则地球和火星绕太阳公转过程中扫过的面积速率之比是（ ）
A． B． C． D．
【答案】A
【解析】公转的轨迹近似为圆，地球和火星的运动可以看作匀速圆周运动，根据开普勒第三定律知：
运动的周期之比：
在一个周期内扫过的面积之比为：
面积速率为，可知面积速率之比为，故A正确，BCD错误。
故选A。
7．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M、Q到N的运动过程中（ ）
A．从P到M所用的时间等于
B．从Q到N阶段，机械能逐渐变大
C．从P到Q阶段，速率逐渐变小
D．从M到N阶段，万有引力对它先做正功后做负功
【答案】C
【解析】A．海王星在PM段的速度大小大于MQ段的速度大小，则PM段的时间小于MQ段的时间，所以P到M所用的时间小于，故A错误；
B．从Q到N的过程中，由于只有万有引力做功，机械能守恒，故B错误；
C．海王星从P到Q阶段，万有引力对它做负功，速率减小，故C正确；
D．根据万有引力方向与速度方向的关系知，从M到N阶段，万有引力对它先做负功后做正功，故D错误。
故选C。
8．如图所示，B为绕地球沿椭圆轨道运行的卫星，椭圆的半长轴为a，运行B周期为；C为绕地球沿圆周轨道运动的卫星，圆周的半径为r，运行周期为。下列说法或关系式中正确的是（ ）
A．地球位于B卫星轨道的一个焦点上，位于C卫星轨道的圆心上
B．卫星B和卫星C运动的速度大小均不变
C．，该比值的大小与地球和卫星有关
D．，该比值的大小不仅与地球有关，还与太阳有关
【答案】A
【解析】A．根据开普勒第一定律和行星运动规律可知地球位于B卫星的椭圆轨道的一个焦点上，位于C卫星圆轨道的圆心上，故A正确；
B．卫星B为椭圆轨道，不断的在做离心运动和近心运动，近地点的线速度最大，远地点的线速度最小；而卫星C为圆轨道，运动的速度大小均不变，故B错误；
CD．由开普勒第三定律可知
k值与中心天体地球的质量有关，而与环绕天体卫星无关，取椭圆轨道的半长轴或圆轨道的半径，故CD错误。
故选A。
第1节行星的运动
【考点指导】
开普勒行星运动定律不是高考的重点，单独考查这个知识点的试题并不多,但从全国各地的高考试题来看,涉及开普勒行星运动定律的试题不少，同学们在今后的学习中要加强对开普勒行星运动定律的理解，尤其是第三定律，应予以重视。
【能力提升】
开普勒三定律的理解
1.理解要点
(1)从空间分布认识:行星运动的轨道都是椭圆，所有椭圆有一个共同的焦点,太阳就在此焦点上。
(2)从速度大小认识:行星靠近太阳时速度增大,远离太阳时速度减小。如图所示，行星沿着椭圆轨道运行，太阳位于椭圆的一一个焦点上。如果时间间隔相等,即t2-t1=t4-t3,那么面积A=面积B。由此可见,行星在远日点a处的速率最小，在近日点b处的速率最大。图中太阳和行星的连线在相等的时间内扫过的面积相等。
对a3T2=k的认识:如图中，半长轴a是AB间距的一半，不要误认为a等于太阳到B点的距离;T是公转周期，不要误认为是自转周期，如地球的公转周期是一年,不是一天。
2.应用指南
(1)在计算中,我们可以把行星的运行轨道近似为圆，把卫星的运行轨道也近似为圆，这样就使问题变得简单,计算结果与实际情况也相差不大。
(2)在上述情况下，a3T2=k的表达式中,a就是圆的半径r，利用r3T2=k的结论解决某些问题很方便。
(3)开普勒第三定律中的k值由中心天体的质量决定，与行星的质量及体积运行速度等因素无关，并且定律对其他星系亦成立，只是k值不一定与太阳系中的k值相等,将由其他星系中心天体的质量唯一决定。
【典型例题】
1.火星探测器沿火星近地圆轨道飞行，其周期和相应的轨道半径分别为T0和R0，火星的一颗卫星在其圆轨道上的周期和相应的轨道半径分别为T和R，则下列关系正确的是
A．
B．
C． D．
【答案】A
【详解】
根据开普勒第三定律： ,则：
所以它们的对数关系可以表达为： ．故A正确，BCD错误
故选A.
2．理论和实践证明，开普勒行星运动定律不仅适用于太阳系中的天体运动，而且对一切天体(包括卫星绕行星的运动)都适用．对开普勒第三定律公式的理解，下列说法正确的是（ ）
A．公式只适用于轨道是椭圆的运动
B．式中的k值，对于所有行星(或卫星)都相等
C．式中的k值，只与中心天体有关，与绕中心天体旋转的行星(或卫星)无关
D．若已知月球与地球之间的距离，根据公式可求出地球与太阳之间的距离
【答案】C
【详解】
A．开普勒第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，所以也适用于轨道是圆的运动，故A错误；
BC．式中的k是与中心星体的质量有关，与绕中心天体旋转的行星（或卫星）无关，故B错误，C正确；
D．式中的k是与中心星体的质量有关，已知月球与地球之间的距离，无法求出地球与太阳之间的距离，故D错误。
故选C。
【变式训练】
1．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．牛顿提出了“日心说”
B．伽利略提出了“日心说”
C．哥白尼发现了行星运动的三大定律
D．地心说认为地球是宇宙的中心，是静止不动的
【答案】D
【解析】AB．哥白尼提出了“日心说”，故AB错误；
C．开普勒发现了行星运动三定律，故C错误；
D．地心说认为地球是宇宙的中心，是静止不动的，故D正确。
故选D。
2．某行星绕太阳运行的椭圆轨道如图所示，F1和F2是椭圆轨道的两个焦点，行星在A点的速率比在B点的速率大，则太阳位于 （ ）
A．点F2 B．点A C．点F1 D．点B
【答案】A
【解析】根据开普勒第二定律，行星和太阳的连线在相等时内扫过的面积相等，则它在近日点的速度大于它在远日点的速度，由于行星在A点的速率比在B点的速率大，则太阳位于点F2，所以A正确；BCD错误；
故选A。
3．地球绕太阳做椭圆运动，根据开普勒定律可知，地球在近日的速度为v近与在远日速度为v远，下列说法正确的是（ ）
A．v近大于v远 B．v近等于v远 C．v近小于v远 D．以上说法均错
【答案】A
【解析】由开普勒定律第二定律面积定律有，地球与太阳的连线在连续相等时间里扫过的面积相等，则有近日点的速度大于远日点的速度，所以A正确；BCD错误；
故选A。
4．根据开普勒行星运动定律，下列说法错误的是（ ）
A．绕地球运行的不同卫星的的值都相同
B．同一卫星离地球越远，速率越小
C．不同卫星，轨道的半长轴越长周期越大
D．同一卫星绕不同的行星运行，的值都相同
【答案】D
【解析】A．由开普勒三定律知绕地球运行的不同卫星的的值都相同，故A不符题意；
B．同一卫星离地球越远，根据开普勒第二定律知周期较长，运行速率越小，故B不符题意；
C．不同卫星，轨道的半长轴越长，则周期T越大，故C不符题意；
D．开普勒第三定律成立的条件是中心天体相同，故D符合题意；
故选D。
5．2020年??7月23日12时41分，中国首次火星探测任务“天问一号”探测器成功发射。为了比较节省燃料和推力的方式实现太空中转移，从地球去往火星，“天问一号”探测器必须通过一条叫“霍曼转移轨道（如图的运输轨道）”飞行，该轨道是椭圆轨道（太阳位于该椭圆轨道的一个焦点上）。“天问一号”探测器发射升空后，先在地球附近点火加速，进入“霍曼转移轨道”，再在火星附近反向点火减速，被火星捕获（火星着陆）。关于“天问一号”沿“霍曼转移轨道”向火星运动的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．“天问一号”的速度逐渐变大
B．“天问一号”的速度逐渐变小
C．“天问一号”的速度先逐渐变大、再逐渐变小
D．“天问一号”的速度先逐渐变小、再逐渐变大
【答案】B
【解析】“天问一号”沿“霍曼转移轨道”向火星运动的过程中，其轨道是以太阳为中心天体的椭圆轨道，根据开普勒第二定律可知，“天问一号”远离中心天体，其速度减小。
故选B。
6．已知地球和火星绕太阳公转的轨道半径分别为R1和R2（公转轨迹近似为圆），如果把行星和太阳连线扫过的面积和与其所用时间的比值定义为扫过的面积速率，则地球和火星绕太阳公转过程中扫过的面积速率之比是（ ）
A． B． C． D．
【答案】A
【解析】公转的轨迹近似为圆，地球和火星的运动可以看作匀速圆周运动，根据开普勒第三定律知：
运动的周期之比：
在一个周期内扫过的面积之比为：
面积速率为，可知面积速率之比为，故A正确，BCD错误。
故选A。
7．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M、Q到N的运动过程中（ ）
A．从P到M所用的时间等于
B．从Q到N阶段，机械能逐渐变大
C．从P到Q阶段，速率逐渐变小
D．从M到N阶段，万有引力对它先做正功后做负功
【答案】C
【解析】A．海王星在PM段的速度大小大于MQ段的速度大小，则PM段的时间小于MQ段的时间，所以P到M所用的时间小于，故A错误；
B．从Q到N的过程中，由于只有万有引力做功，机械能守恒，故B错误；
C．海王星从P到Q阶段，万有引力对它做负功，速率减小，故C正确；
D．根据万有引力方向与速度方向的关系知，从M到N阶段，万有引力对它先做负功后做正功，故D错误。
故选C。
8．如图所示，B为绕地球沿椭圆轨道运行的卫星，椭圆的半长轴为a，运行B周期为；C为绕地球沿圆周轨道运动的卫星，圆周的半径为r，运行周期为。下列说法或关系式中正确的是（ ）
A．地球位于B卫星轨道的一个焦点上，位于C卫星轨道的圆心上
B．卫星B和卫星C运动的速度大小均不变
C．，该比值的大小与地球和卫星有关
D．，该比值的大小不仅与地球有关，还与太阳有关
【答案】A
【解析】A．根据开普勒第一定律和行星运动规律可知地球位于B卫星的椭圆轨道的一个焦点上，位于C卫星圆轨道的圆心上，故A正确；
B．卫星B为椭圆轨道，不断的在做离心运动和近心运动，近地点的线速度最大，远地点的线速度最小；而卫星C为圆轨道，运动的速度大小均不变，故B错误；
CD．由开普勒第三定律可知
k值与中心天体地球的质量有关，而与环绕天体卫星无关，取椭圆轨道的半长轴或圆轨道的半径，故CD错误。
故选A。