天体运动经典例题含答案.docx

============================================================================富顺一中高一星期天辅导( 7)——物理试卷1、一个卫星绕着某一星球作匀速圆周运动，轨道半径为 R1 ，因在运动过程中与宇宙尘埃和小陨石的摩擦和碰撞，导致该卫星发生跃迁，轨道半径减小为 R2 ，如图所示，则卫星的线速度、角速度，周期的变化情况是 [ ]A. 增大，增大，减小；B. 减小，增大，增大；C. 增大，减小，增大；D. 减小，减小，减小。

2、科学家们推测，太阳系的第十颗行星就在地球的轨道上 .从地球上看，它永远在太阳背面，人类一直未能发现它，可以说是“隐居”着的地球的“孪生兄弟” .由以上信息可以推知( )A.这颗行星的公转周期与地球相等B.这颗行星的自转周期与地球相等C.这颗行星的质量与地球质量相等D.这颗行星的密度与地球密度相等3、 2012 年 10 月 25 日，我国在西昌卫星发射中心成功将一颗北斗导航卫星发射升空并送入预定转移轨道。

这是一颗地球静止轨道卫星，将与先期发射的 15 颗北斗导航卫星组网运行，形成区域服务能力。

关于这颗地球静止轨道卫星的说法正确的是A．它的周期与月球绕地球运动的周期相同 B．它在轨道上运动时可能经过北京的上空C．它运动时的向心加速度大于重力加速度 D．它运动的线速度比地球第一宇宙速度小4、(2013 浙江省嘉兴市质检)某同学设想驾驶一辆由火箭提供动力的陆地太空两用汽车，沿赤道行驶并且汽车相对于地球的速度可以任意增加，不计空气阻力。

当汽车速度增加到某一值时，汽车将离开地球成为绕地球做圆周运动的“航天汽车”，下列相关说法正确的是(已知地球半径 R=6400km, g 取9.8m/s2)A. 汽车在地面上速度增加时对地面的压力增大B. 汽车速度达到 7.9km/s 时将离开地球C. 此“航天汽车”环绕地球做匀速圆周运动的最小周期为 24hD . 此“航天汽车”内可用弹簧测力计测重力的大小5、 ( 2013 陕西省西安市五校联考)如图所示， a、b 、c、d 是在地球大气层外的圆形轨道上运行的四颗人造卫星。

高二物理天体运动试题答案及解析1.（专题卷）发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送入同步圆轨道3，轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点，如图所示。

则在卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是：（）A．卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率。

B．卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度。

C．卫星在轨道1上运动一周的时间小于于它在轨道2上运动一周的时间。

D．卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度。

【答案】BCD【解析】轨道1和轨道3都是圆周运动轨道，半径越大线速度越小，A错；由角速度公式可知B对；从轨道1在Q点进行点火加速度才能进入轨道2,所以轨道1在q点的速度小于轨道2的速度， D对；由开普勒第三定律可知轨迹2的半长轴较大，周期较大，C对；2.在圆轨道上运动的质量为m的人造地球卫星,它到地面的距离等于地球半径R.地面上的重力加速度为g,则A．卫星运动的速度为B．卫星运动的周期为C．卫星运动的加速度为D．卫星的动能为【答案】BD【解析】本题考查的是天体运动问题。

由，，，可以计算出：只有BD答案正确。

3.（专题卷）发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送入同步圆轨道3，轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点，如图所示。

则在卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是：（）A．卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率。

B．卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度。

C．卫星在轨道1上运动一周的时间小于于它在轨道2上运动一周的时间。

D．卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度。

【答案】BCD【解析】轨道1和轨道3都是圆周运动轨道，半径越大线速度越小，A错；由角速度公式可知B对；从轨道1在Q点进行点火加速度才能进入轨道2,所以轨道1在q点的速度小于轨道2的速度， D对；由开普勒第三定律可知轨迹2的半长轴较大，周期较大，C对；4.（专题卷）2007年10月24日，我国发射了第一颗探月卫星——“嫦娥一号” ，使“嫦娥奔月”这一古老的神话变成了现实．嫦娥一号发射后先绕地球做圆周运动，经多次变轨，最终进入距月面h=200公里的圆形工作轨道，开始进行科学探测活动．设月球半径为R，月球表面的重力加速度为g，万有引力常量为G，则下列说法正确的（）A．嫦娥一号绕月球运行的周期为B．由题目条件可知月球的平均密度为C．嫦娥一号在工作轨道上的绕行速度为D．在嫦娥一号的工作轨道处的重力加速度为【答案】BD【解析】本题考查的是万有引力定律问题，，，g=，可得月球的平均密度为；在嫦娥二号的工作轨道处的重力加速度为，D正确；嫦娥二号绕月球运行的周期为，A错误；嫦娥二号在工作轨道上的绕行速度为，C错误；5.（专题卷）（10分）2008年9月25日21时10分，神舟七号飞船成功发射，共飞行2天20小时27分钟，绕地球飞行45圈后，于9月28日17时37分安全着陆。

天体运动典型例题“太空电梯”的概念最初出现在 1895 年，由康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基提出.如今，目前世界上已知的强度最高的材料—石墨烯的发现使“太空电梯”制造成为可能，人类将有望通过“太空电梯”进入太空.设想在地球赤道平面内有一垂直于地面并延伸到太空的轻质“太空电梯” ，如图所示，假设某物体 b 乘坐太空电梯到达了图示位置并相对电梯静止，与同高度运行的卫星a 、更高处同步卫星c 相比较.下列说法正确的是( )A. a 与b 都是高度相同的人造地球卫星题型十对多星系统的考查例14 C.双星间距离一定，双星的质量越大，其转动周期越大 D.双星的质量一定，双星之间的距离越大，其转动周期越大例15B. b 的线速度小于c 的线速度C. b 的线速度等于a 的线速度D. b 的加速度大于a 的加速度宇宙中，两颗靠得比较近的恒星，只受到彼此之间的万有引力作用互相绕转，称之为双星系统.在浩瀚的银河系中，多数恒星都是双星系统.设某双星系统A 、B 绕其连线上的O 点做匀速圆周运动，如图所示.若 AO>OB,则( )A.星球A 的质量一定大于B 的质量B.星球A 的线速度一定小于B 的线速度2017年9月25日至9月28日期间，微信启动新界面，其画面视角从人类起源的非洲(左)变成为华夏大地中国(右).新照片由我国新一代静止轨道卫星“风云四号”拍摄，见证着科学家 15 年的辛苦和努力.下列说法正确的是( )A. “风云四号”可能经过无锡正上空B. “风云四号”的向心加速度大于月球的向心加速度C.与“风云四号”同轨道的卫星运动的动能都相等D. “风云四号”的运行速度大于7.9km/s例11题型九 赤道上物体与两类卫星的比较例12如图所示 ，某极地轨道卫星的运行轨道平面通过地球的南北两极，已知该卫星从北纬 60°的正上方按图示方向第一次运行到南纬 60°的正上方时所用时间为1h ，则下列说法正确的是( )A.该卫星的运行速度一定大于7.9km/sB.该卫星与同步卫星的运行角速度之比为 2：1C.该卫星与同步卫星的运行半径之比为 1：4D.该卫星的机械能一定大于同步卫星的机械能(多选) 如图所示 ，A 为地球同步卫星，B 为运行轨道比 A 低的一颗卫星， C 为地球赤道上某一高山山顶上的一个物体，两颗卫星及物体C 的质量都相同，关于它们的线速度、角速度、运行周期和所受到的万有引力的比较，下列关系式正确的是( )A.v B >v A >v CB.ωA >ωB >ωCC.F B >F A >F CD.T A =T C >T B例13题型十二割补法在万有引力中的应用例18有一质量为 m、半径为 R、密度均匀的球体，在距离球心O为2R的地方有一质量为m′的质点.现在从m中挖去半径为12R的球体，如图所示，白色部分为挖去后的空心，则剩余部分对m′的万有引力 F为( )A.G7mm ′32R2B.G7mm′36R2C.G23mm′100R2D.G161mm′648R2如图所示，为卫星发射过程的示意图，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火，使其沿椭圆轨道 2 运行，最后再一次点火，将卫星送入同步圆轨道3.轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点，则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法中正确的是( )例20A.卫星在轨道3上运行时处于超重状态B.卫星在轨道3上的周期大于在轨道2上的周期C.卫星在轨道1 上经过 Q 点时的速率大于它在轨道2 上经过Q点时的速率D.卫星在轨道2上经过P点时的加速度小于它在轨道3上经过P点时的加速度宇宙中存在一些离其他恒星较远的、由质量相等的三颗星组成的三星系统，通常可忽略其他星体对他们的引力作用.已观测到稳定的三星系统存在两种基本的构成形式：一种是三颗星位于同一直线上，两颗星围绕中央星在同一半径为R的圆轨道上运行；另一种形式是三颗星位于等边三角形的三个顶点上，并沿外接于等边三角形的圆轨道运行.设每个星体的质量均为m.(1)试求第一种形式下，星体运动的线速度和周期；(2)假设两种形式星体的运动周期相同，第二种形式下星体之间的距离假设地球是一半径为 R、质量分布均匀的球体，一矿井深度为d.已知质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零，则矿井底部和地面处的重力加速度大小之比为( )A.1−dR B.1+dRC.(R−dR)2D.(RR−d)2例17例16假设地球是一半径为R、质量分布均匀的球体，设想以地心为圆心，在半径为r 处开凿一圆形隧道，在隧道内有一小球绕地心做匀速圆周运动，且对隧道内外壁的压力为零，如图所示. 已知质量分布均匀的球壳对物体的引力为零.地球的第一宇宙速度为 v₁，小球的线速度为 v₂，则等于( )A.rR B.RrC.(rR)2D.(Rr)2题型一开普勒三定律的应用问题例1人造卫星，其近地点高度为 h₁，远地点高度为 h₂，则卫星在近地点与远地点运动速率之比v₁:v₂= .(用ℎ1、ℎ2、R追表示).例2飞船沿半径为R的圆周绕地球运动其周期为T，地球半径为R₀，若飞船要返回地面，可在轨道上某点A处将速率降到适当的数值，从而使飞船沿着以地心为焦点的椭圆轨道运行，椭圆与地球表面在 B点相切，求飞船由A 点到B点所需要的时间?题型二万有引力的常规计算例3地球表面处的重力加速度大小为g，某行星的质量是地球质量的2倍，半径是地球半径的一半. 一个质量为m的物体(可视为质点)距该行星表面的高度等于地球半径，则该物体与行星间的万有引力大小为( )A.89mg B. mg C.43mg D.2mg题型三行星运行参量的比较例4(多选) 探索精神是人类进步的动力源泉.在向未知的宇宙探索过程中，有一宇宙飞船飞到了某行星附近，绕着该行星做匀速圆周运动，测出宇宙飞船运动的周期为 T ，线速度大小为v ，已知引力常量为 G ，则下列正确的是( )A.该宇宙飞船的轨道半径为 vT 2πB.该行星的质量为 v 3T 2GπC.该行星的平均密度为 3πGT 2D.该行星表面的重力加速度为 4π2v 2T 2题型六 对三种宇宙速度特点的考查例8下列关于三种宇宙速度的说法正确的是( )A.第一宇宙速度v=7.9km/s, 第二宇宙速度v= 11.2km/s, 则人造卫星绕地球在圆轨道上运动时的速度大于等于v ₁，小于v ₂.B.中国发射的“嫦娥”号月球探测器，其发射速度大于第三宇宙速度例9我国首次火星探测任务被命名为“天问一号”.已知火星质量约为地球质量的10%，半径约为地球半径的50%，下列说法正确的是( )A.火星探测器的发射速度应大于地球的第二宇宙速度B.火星探测器的发射速度应介于地球的第一和第二宇宙速度之间C.火星的第一宇宙速度大于地球的第一宇宙速度D.火星表面的重力加速度大于地球表面的重力加速度题型八对三类卫星特点的考查例10C.第二宇宙速度是使物体可以挣脱地球引力束缚，成为绕太阳运行的小行星的最大发射速度D.第一宇宙速度7.9km/s 是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度.题型七宇宙速度的计算问题如图所示，在火星与木星轨道之间有一小行星带.假设该带中的小行星只受到太阳的引力，并绕太阳做匀速圆周运动.下列说法正确的是( )A.太阳对各小行星的引力相同B.各小行星绕太阳运动的周期均小于一年C.小行星带内侧小行星的向心加速度值大于外侧小行星的向心加速度值D.小行星带内各小行星圆周运动的线速度值大于地球公转的线速度值题型四万有引力与重力的关系例5假设火星和地球都是球体，火星的质量M₁与地球质量M₂之比M1M2=P;火星的半径R₁与地球的半径R₂之比R1R2=q,那么火星表面的引力加速度g₁与地球表面的重力加速度g ₂之比为( )A.Pq2B. pq²C.PqD. pq例6假设地球可视为质量均匀分布的球体.已知地球表面重力加速度在两极的大小为g₀，在赤道的大小为g；地球自转的周期为T，引力常量为G.地球的密度为( )A.3πGT2g0−gg0B.3πGT2g0g0−gC.3πGT2D.3πGT2g0g题型五中心天体的质量与密度问题例7。

天体运动试题及答案1. 请简述开普勒第一定律的内容。

答案：开普勒第一定律，也称为椭圆定律，指出所有行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆形状，太阳位于椭圆的一个焦点上。

2. 根据开普勒第三定律，行星公转周期与其轨道半长轴的关系是怎样的？答案：开普勒第三定律，也称为调和定律，表明所有行星绕太阳公转周期的平方与它们轨道半长轴的立方成正比。

3. 描述牛顿万有引力定律的主要内容。

答案：牛顿万有引力定律指出，宇宙中任何两个物体之间都存在引力，其大小与两物体的质量的乘积成正比，与它们之间的距离的平方成反比。

4. 请解释什么是地球的公转和自转。

答案：地球的公转是指地球围绕太阳的运动，周期大约为一年。

地球的自转是指地球围绕自己的轴线旋转，周期大约为一天。

5. 简述潮汐现象是如何产生的。

答案：潮汐现象是由于地球、月球和太阳的引力作用，导致地球上的海水周期性地涨落。

6. 为什么我们通常看不到月球的背面？答案：月球的自转周期与公转周期相同，这种现象称为潮汐锁定，因此我们总是看到月球的同一面。

7. 描述地球在太阳系中的位置。

答案：地球是太阳系中的第三颗行星，位于金星和火星之间。

8. 请解释什么是日食和月食。

答案：日食是指月球位于地球和太阳之间，遮挡住太阳的现象；月食是指地球位于太阳和月球之间，地球的阴影遮挡住月球的现象。

9. 简述恒星和行星的区别。

答案：恒星是能够通过核聚变产生能量的天体，而行星是围绕恒星运行的较小天体，不能产生能量。

10. 请解释什么是黑洞。

答案：黑洞是一种天体，其质量极大，引力极强，以至于连光都无法逃逸，因此无法直接观测到。

高一物理专题训练：天体运动一、单选题1．如图所示，有两个绕地球做匀速圆周运动的卫星．一个轨道半径为,对应的线速度，角速度，向心加速度，周期分别为，，，；另一个轨道半径为，对应的线速度,角速度，向心加速度，周期分别为，,，．关于这些物理量的比例关系正确的是( ）A．B．C．D．【答案】D2．设在地球上和某天体上以相同的初速度竖直上抛一物体的最大高度比为k（均不计阻力），且已知地球与该天体的半径之比也为k，则地球与此天体的质量之比为() A．1B．k2C．kD．【答案】C3．假设火星和地球都是球体，火星的质量与地球质量之比，火星的半径与地球半径之比，那么火星表面的引力加速度与地球表面处的重力加速度之比等于（忽略行星自转影响）A．B．C．D．【答案】B4．土星最大的卫星叫“泰坦”(如图），每16天绕土星一周，其公转轨道半径约1。

2×106 km,土星的质量约为A ．5×1017 kgB ．5×1026 kgC ．7×1033 kgD ．4×1036 kg【答案】B5．有一质量为M 、半径为R 、密度均匀的球体，在距离球心O 为2R 的地方有一质量为m 的质点．现从M 中挖去半径为12R 的球体，如图所示，则剩余部分对m 的万有引力F 为（ )A ．2736GMm R B ．278GMm R C ．218GMm R D ．2732GMm R 【答案】A6．已知地球的质量是月球质量的81倍,地球半径大约是月球半径的4倍，不考虑地球、月球自转的影响，以上数据可推算出 ［ ］A ．地球表面的重力加速度与月球表面重力加速度之比为9：16B ．地球的平均密度与月球的平均密度之比为9：8C ．靠近地球表面沿圆轨道运动的航天器的周期与靠近月球表面沿圆轨道运行的航天器的周期之比约为8：9D ．靠近地球表面沿圆轨道运行的航天器的线速度与靠近月球表面沿圆轨道运行的航天器的线速度之比约为81：4【答案】C7．中新网2018年3月4日电：据外媒报道，美国航空航天局(NASA)日前发现一颗名为WASP-39b 的地外行星，该行星距离地球约700光年，质量与土星相当，它白天温度为776.6摄氏度,夜间也几乎同样热,因此被科研人员称为“热土星"。

物理试题天体运动及答案一、选择题（每题2分，共10分）1. 以下哪项不是开普勒描述的行星运动定律？A. 行星沿椭圆轨道绕太阳运动B. 行星绕太阳运动的角速度是恒定的C. 行星绕太阳运动的周期的平方与轨道半长轴的立方成正比D. 行星与太阳的连线在相等时间内扫过的面积相等2. 根据牛顿的万有引力定律，两个物体之间的引力大小与它们的质量的乘积成正比，与它们之间的距离的平方成反比。

以下哪个选项正确描述了这一定律？A. 引力与两物体质量的乘积成正比，与距离的平方成正比B. 引力与两物体质量的乘积成反比，与距离的平方成反比C. 引力与两物体质量的乘积成正比，与距离的平方成反比D. 引力与两物体质量的乘积成反比，与距离的平方成正比3. 地球的自转周期大约是24小时，这导致了什么现象？A. 季节变化B. 潮汐现象C. 昼夜交替D. 地球的公转4. 月球绕地球公转的周期大约是27.3天，这与地球自转周期的不同步导致了什么现象？A. 季节变化B. 潮汐现象C. 月食D. 日食5. 根据牛顿的第二定律，以下哪个选项正确描述了力与加速度的关系？A. 力与加速度成正比B. 力与加速度成反比C. 力与加速度成正比，与质量成反比D. 力与加速度成反比，与质量成正比二、填空题（每题2分，共10分）1. 地球绕太阳公转的轨道近似为_________。

2. 根据开普勒第三定律，行星绕太阳运动的周期的平方与轨道半长轴的立方成正比，这个定律也被称为_________定律。

3. 牛顿的万有引力定律公式为_________，其中G是引力常数，m1和m2是两个物体的质量，r是它们之间的距离。

4. 地球的自转轴与公转轨道平面的夹角称为_________，其大小约为23.5°。

5. 潮汐现象是由于_________和_________之间的引力作用造成的。

三、简答题（每题5分，共10分）1. 简述牛顿的万有引力定律及其在天体运动中的应用。

物理天体运动试题及答案一、选择题1. 以下哪项是描述天体运动的物理定律？A. 牛顿第一定律B. 牛顿第二定律C. 牛顿第三定律D. 牛顿万有引力定律答案：D2. 地球绕太阳公转的周期大约是：A. 24小时B. 365天C. 1年D. 12个月答案：B3. 以下哪项不是开普勒行星运动定律的内容？A. 行星沿椭圆轨道绕太阳运动B. 行星公转周期的平方与轨道半长轴的立方成正比C. 行星公转速度与轨道半径成反比D. 行星公转速度与轨道半径成正比答案：D二、填空题4. 地球的自转周期是____小时。

答案：245. 地球绕太阳公转的轨道形状是____。

答案：椭圆三、简答题6. 简述牛顿万有引力定律的主要内容。

答案：牛顿万有引力定律指出，任何两个物体之间都存在引力，其大小与两物体质量的乘积成正比，与两物体间距离的平方成反比。

7. 描述一下地球的自转和公转对我们的生活有什么影响。

答案：地球的自转导致了昼夜交替和时间的差异，而地球的公转则导致了季节的变化和太阳高度角的变化。

四、计算题8. 已知地球质量为5.97×10^24千克，月球质量为7.34×10^22千克，地月平均距离为3.84×10^8米。

根据万有引力定律，计算地月之间的引力大小。

答案：根据万有引力定律，F = G * (m1 * m2) / r^2，其中G为万有引力常数，取值6.674×10^-11 N(m/kg)^2。

代入数值计算得：F = 6.674×10^-11 * (5.97×10^24 * 7.34×10^22) /(3.84×10^8)^2F ≈ 2×10^20 N五、论述题9. 论述开普勒行星运动定律对天文学和物理学的影响。

答案：开普勒行星运动定律揭示了行星运动的规律，不仅为天文学提供了精确的行星位置预测方法，也为牛顿后来提出万有引力定律奠定了基础。

GT 2 4π 1. 若知道太阳的某一颗行星绕太阳运转的轨道半径为 r ，周期为 T ，引力常量为 G ，则可求得( B)A. 该行星的质量B ．太阳的质量C ．该行星的平均密度D ．太阳的平均密度2. 有一星球的密度与地球的密度相同，但它表面处的重力加速度是地面表面处重力加 速度的 4 倍，则该星球的质量将是地球质量的(D )1 A . B ．4 倍 4C ．16 倍D ．64 倍3. 火星直径约为地球直径的一半，质量约为地球质量的十分之一，它绕太阳公转的轨 道半径约为地球绕太阳公转半径的 1.5 倍．根据以上数据，下列说法中正确的是(AB )A ．火星表面重力加速度的数值比地球表面小B ．火星公转的周期比地球的长C ．火星公转的线速度比地球的大D ．火星公转的向心加速度比地球的大4. 若有一艘宇宙飞船在某一行星表面做匀速圆周运动，设其周期为 T ，引力常量为 G ， 那么该行星的平均密度为(B )GT 2 A. 3π 3π B. 2C. 5. 2011 年 10 月发射第一颗火 星探测器“萤火一号”．假设探测器在离火星表面高度分别为h 1 和 h 2 的圆轨道上运动时，周期分别为 T 1 和 T 2.火星可视为质量分布均匀的球体，且忽略火星的自转影响，引力常量为 G.仅利用以上数据，可以计算出( A )A ．火星的密度和火星表面的重力加速度B ．火星的质量和火星对“萤火一号”的引力C ．火星的半径和“萤火一号”的质量D ．火星表面的重力加速度和火星对“萤火一号”的引力6. 设地球半径为 R ，a 为静止在地球赤道上的一个物体，b 为一颗近地绕地球做匀速圆周运动的人造卫星，c 为地球的一颗同步卫星，其轨道半径为 r.下列说法中正确的是(D )A ．a 与 cB ．a 与 c rC ．b 与 c 的周期之比为 R R RD ．b 与 c 的周期之比为r r7．2008 年 9 月 27 日“神舟七号”宇航员翟志刚顺利完成出舱活动任务，他的第一次 太空行走标志着中国航天事业全新时代的到来．“神舟七号”绕地球做近似匀速圆周运动，其轨道半径为 r ，若另有一颗卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径为 2r ，则可以确定2 GM r 地 ( AB )A ．卫星与“神舟七号”的加速度大小之比为 1∶4B ．卫星与“神舟七号”的线速度大小之比为 1∶C ．翟志刚出舱后不再受地球引力D ．翟志刚出舱任务之一是取回外挂的实验样品，假如不小心实验样品脱手，则它将做自由落体运动8. 一物体静置在平均密度为 ρ 的球形天体表面的赤道上．已知万有引力常量为 G ，若由于天体自转使物体对天体表面压力恰好为零，则天体自转周期为( ．D ) 4π 1 3 1 π 13π 1 A .(3Gρ)2 9. 如图 1 所示， B .(4πGρ)2 C .(Gρ)2 D .(Gρ)2图 1a 、b 是两颗绕地球做匀速圆周运动的人造卫星，它们距地面的高度分别是 R 和 2R(R 为地球半径)．下列说法中正确的是(CD )A. a 、b 的线速度大小之比是B. a 、b 的周期之比是 1∶2 22∶1C. a 、b 的角速度大小之比是 3 6∶4D. a 、b 的向心加速度大小之比是 9∶410. 一个半径是地球 3 倍、质量是地球 36 倍的行星，它表面的重力加速度是地面重力加速度的( A ).【1.5】(A )4 倍 (B )6 倍 (C )13.5 倍 (D )18 倍11. 两颗人造地球卫星，它们质量的比 m 1:m 2=1:2，它们运行的线速度的比是 v 1:v 2=1:2，那么( ABCD ).【1.5】(A )它们运行的周期比为 8:1 (B )它们运行的轨道半径之比为 4:1(C )它们所受向心力的比为 1:32(D )它们运动的向心加速度的比为 1:1612. 土星周围有许多大小不等的岩石颗粒，其绕土星的运动可视为圆周运动．其中有两个岩石颗粒 A 和 B 与土星中心的距离分别为 r A ＝8.0×104 km 和 r B ＝1.2×105 km ，忽略所有岩石颗粒间的相互作用．(结果可用根式表示)(1) 求岩石颗粒 A 和 B 的线速度之比．(2) 土星探测器上有一物体，在地球上重为 10 N ，推算出它在距土星中心 3.2×105 km 处 受到土星的引力为 0.38 N ．已知地球半径为 6.4×103 km ，请估算土星质量是地球质量的多少倍？． Mm v A (1) 万有引力提供岩石颗粒做圆周运动的向心力，所以有 G r 2 ＝m v 2/r .故 v ＝ 所以v r B 1.2 × 105 km 6 ＝ rA ＝ 8.0 × 104 km ＝ 2 . (2) 设物体在地球上重为 G 地，在土星上重为 G 土，则由万有引力定律知： M 地m M 土mG 地＝G R 地2 ，G 土＝G R 土2 M 土m 又 F 万＝G ，故 G 土R 土2 ＝F 万r 2 r 2 M 土 G 土R 土2 F 万r 2 0.38 × (3.2 × 105)2 所以 ＝ M G 地R 地2 ＝ G 地R 地2 ＝ ＝95. 10 × (6.4 × 103)2BT ＝ ＝13. 中子星是恒星演化过程中的一种可能结果，它的密度很大．现有一中子星，观测到1 它的自转周期为 T ＝ s ．问该中子星的最小密度应是多少才能维持该星体的稳定，不 30致因自转而瓦解？ (计算时星体可视为均匀球体， 万有引力常量 G ＝ 6.67×10－ 11m 3/(kg ·s 2))设中子星的密度为 ρ，质量为 M ，半径为 R ，自转角速度为 ω，位于赤道处的小块物体质量为 m ，则有 GMm R 2 ＝mω2R ，ω 2π，M 4πR 3ρ 3 由以上各式得 ρ＝ 3π GT 2 代入数据解得 ρ＝1.27×1014 kg/m 3。

高中物理学习材料2008年高考试题分类汇编之《天体运动》（全国卷1）17.已知太阳到地球与地球到月球的距离的比值约为390，月球绕地球旋转的周期约为27天.利用上述数据以及日常的天文知识，可估算出太阳对月球与地球对月球的万有引力的比值约为A.0.2B.2C.20D.200答案：B解析：设太阳质量M ，地球质量m ，月球质量m 0，日地间距离为R ，月地间距离为r ，日月之间距离近似等于R ，地球绕太阳的周期为T 约为360天，月球绕地球的周期为t =27天。

对地球绕着太阳转动，由万有引力定律：G Mm R 2=m 4π2R T 2，同理对月球绕着地球转动：G mm 0r 2=m 04π2r t 2，则太阳质量与地球质量之比为M : m =R 3T 2r 3t 2；太阳对月球的万有引力F = G Mm 0R 2，地球对月球的万有引力f = G mm 0r 2，故F : f = Mr 2mR2，带入太阳与地球质量比，计算出比值约为2，B 对。

（全国卷2）25．（20分）我国发射的“嫦娥一号”探月卫星沿近似于圆形轨道绕月飞行。

为了获得月球表面全貌的信息，让卫星轨道平面缓慢变化。

卫星将获得的信息持续用微波信号发回地球。

设地球和月球的质量分别为M 和m ，地球和月球的半径分别为R 和R 1，月球绕地球的轨道半径和卫星绕月球的轨道半径分别为r 和r 1，月球绕地球转动的周期为T 。

假定在卫星绕月运行的一个周期内卫星轨道平面与地月连心线共面，求在该周期内卫星发射的微波信号因月球遮挡而不能到达地球的时间（用M 、m 、R 、R 1、r 、r 1和T 表示，忽略月球绕地球转动对遮挡时间的影响）。

解析：如下图所示：设O 和O '分别表示地球和月球的中心．在卫星轨道平面上，A 是地月连心线O O '与地月球表面的公切线ACD 的交点，D 、C 和B 分别是该公切线与地球表面、月球表面和卫星轨道的交点．过A 点在另一侧作地月球面的公切线，交卫星轨道于E 点．卫星在圆弧BE 上运动时发出的信号被遮挡．设探月卫星的质量为m 0，万有引力常量为G ，根据万有引力定律有：r T m r Mm G 222⎪⎭⎫ ⎝⎛=π……………………① （4分）r T m r Mm G 2102102⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=π……………………② （4分） ②式中，T 1表示探月卫星绕月球转动的周期． 由以上两式可得：3121⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛r r m M T T …………③ 设卫星的微波信号被遮挡的时间为t ，则由于卫星绕月球做匀速圆周运动， 应有：πβα-=1T t ……………………④ （5分） 上式中A O C '∠=α，B O C '∠=β．由几何关系得：1cos R R r -=α………………⑤ （2分）11cos R r =β…………………………⑥ （2分） 由③④⑤⑥得：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=111331arccos arccos r R r R R mr Mr Tt π……………………⑦ （3分） （北京卷）17．据媒体报道,嫦娥一号卫星环月工作轨道为圆轨道,轨道高度200 km,运用周期127分钟。

天体运动1． (多选)欧洲航天局的第一枚月球探测器——“智能1号”环绕月球沿椭圆轨道运动，用m 表示它的质量，h 表示它近月点的高度，ω表示它在近月点的角速度，a 表示它在近月点的加速度，R 表示月球的半径，g 表示月球表面处的重力加速度。

忽略其他星球对“智能1号”的影响，则它在近月点所受月球对它的万有引力的大小等于( )A ．maB ．m R 2g (R ＋h )2C ．m (R ＋h )ω2D ．m R 2ω2R ＋h2．一卫星绕某一行星表面附近做匀速圆周运动，其线速度大小为v 。

假设宇航员在该行星表面上用弹簧测力计测量一质量为m 的物体重力，物体静止时，弹簧测力计的示数为N 。

已知引力常量为G ，则这颗行星的质量为( )A.m v 2GNB.m v 4GNC.N v 2GmD.N v 4Gm3．地质勘探发现某地区表面的重力加速度发生了较大的变化，怀疑地下有空腔区域。

进一步探测发现在地面P 点的正下方有一球形空腔区域储藏有天然气，如图所示。

假设该地区岩石均匀分布且密度为ρ，天然气的密度远小于ρ，可忽略不计。

如果没有该空腔，地球表面正常的重力加速度大小为g ；由于空腔的存在，现测得P 点处的重力加速度大小为kg (k <1)。

已知引力常量为G ，球形空腔的球心深度为d ，则此球形空腔的体积是( )A.kgd GρB.kgd 2GρC.(1－k )gd GρD.(1－k )gd 2Gρ4． “嫦娥四号”探测器由轨道器、返回器和着陆器等多个部分组成。

探测器预计在2018年发射升空，自动完成月面样品采集，并从月球起飞，返回地球，带回约2 kg 月球样品。

某同学从网上得到地球和月球的半径之比为4∶1、地球表面和月球表面的重力加速度之比为6∶1，则可判断地球和月球的密度之比为( )A ．2∶3B ．3∶2C ．4∶1D ．6∶15． (多选)“雪龙号”南极考察船在由我国驶向南极的过程中，经过赤道时测得某物体的重力是G 1；在南极附近测得该物体的重力为G 2。

问题1：会讨论重力加速度g随离地面高度h的变化情况。

例1、设地球表面的重力加速度为g,物体在距地心4R（R是地球半径）处，由于地球的引力作用而产生的重力加速度g,，则g/g,为A、1；B、1/9；C、1/4；D、1/16。

问题2：会用万有引力定律求天体的质量。

通过观天体卫星运动的周期T和轨道半径r或天体表面的重力加速度g和天体的半径R，就可以求出天体的质量M。

例2、已知地球绕太阳公转的轨道半径r=1.49⨯1011m, 公转的周期T=3.16⨯107s,求太阳的质量M。

例3、(抛体运动与万有引力)宇航员在一星球表面上的某高处，沿水平方向抛出一小球。

经过时间t，小球落到星球表面，测得抛出点与落地点之间的距离为L。

若抛出时初速度增大到2倍，则抛出点与落地点之间的距离为3L。

已知两落地点在同一水平面上，该星球的半径为R，万有引力常数为G。

求该星球的质量M。

问题3：会用万有引力定律求卫星的高度。

通过观测卫星的周期T和行星表面的重力加速度g及行星的半径R可以求出卫星的高度。

例4、已知地球半径约为R=6.4⨯106m,又知月球绕地球的运动可近似看作匀速圆周运动，则可估算出月球到地球的距离约m.(结果只保留一位有效数字)。

问题4：会用万有引力定律计算天体的平均密度。

通过观测天体表面运动卫星的周期T，，就可以求出天体的密度ρ。

例5、如果某行星有一颗卫星沿非常靠近此恒星的表面做匀速圆周运动的周期为T，则可估算此恒星的密度为多少?例6、一均匀球体以角速度ω绕自己的对称轴自转，若维持球体不被瓦解的唯一作用力是万有引力，则此球的最小密度是多少？问题5：会用万有引力定律推导恒量关系式。

例7、行星的平均密度是ρ，靠近行星表面的卫星运转周期是T，试证明：ρT2是一个常量，即对任何行星都相同。

例8、设卫星做圆周运动的轨道半径为r,运动周期为T，试证明：23Tr是一个常数，即对于同一天体的所有卫星来说，23Tr均相等。

问题6. 宇宙空间站上的“完全失重”问题例9. 假定宇宙空间站绕地球做匀速圆周运动，则在空间站上，下列实验不能做成的是：A、天平称物体的质量B、用弹簧秤测物体的重量C、用测力计测力D、用水银气压计测飞船上密闭仓内的气体压强E、用单摆测定重力加速度F、用打点计时器验证机械能守恒定律问题7. “双星”“三星”问题例10. 天文学中把两颗距离比较近，又与其它星体距离比较远的星体叫做双星，双星的间距是一定的。

高一物理专题训练：天体运动(带答案)
为“特里斯坦”的小行星，其轨道与地球的轨道非常接近，被称为“地球近距离
掠过天体”。

根据报道，特里斯坦直径约为500米，将于2018年10月13日掠过地球。

距离地球表面仅约7.9万公里。

这一距离相当于地球到月
球距离的五分之一，但NASA
强调，___不会对地球造成任何威胁。

这个消息引起了人
们的关注，也引发了人
们对于小行星与地球的关系的思考。

据外媒报道，___（NASA）在2018年3月4日发现了一
颗名为“特里斯坦”的小行星。

这颗小行星的直径约为500米，
其轨道与地球的轨道非常接近，因此被称为“地球近距离掠过
天体”。

据报道，___将于2018年10月13日掠过地球，距离
地球表面仅约7.9万公里，相当于地球到月球距离的五分之一。

尽管这个消息引起了人们的关注，但NASA强调，特里斯坦
不会对地球造成任何威胁。

这一消息引发了人们对于小行星与地球的关系的思考。

天体运动一、关于重力加速度1. 地球半径为R0，地面处重力加速度为g0,那么在离地面高h处的重力加速度是（）A. R hR h g2220 ++() B. RR hg220()+C. hR hg220()+D. R hR hg20()+二、求中心天体的质量2.已知引力常数G和下列各组数据，能计算出地球质量的是（）A．地球绕太阳运行的周期及地球离太阳的距离 B．月球绕地球运行的周期及月球离地球的距离C. 人造地球卫星在地面附近绕行的速度及运行周期D．若不考虑地球自转，己知地球的半径及重力加速度三、求中心天体的密度3.中子星是恒星演化过程的一种可能结果，它的密度很大，，现有一中子星，观测到它的自转周期为T，问：该中子星的最小密度应是多少才能维持该星体的稳定，不致因自转而瓦解。

计算时星体可视为均匀球体。

四、卫星中的超失重(求卫星的高度)4. m = 9kg 的物体在以a = 5m/s2 加速上升的火箭中视重为85N， ,则火箭此时离地面的高度是地球半径的_________倍（地面物体的重力加速度取10m/s2)5.地球同步卫星到地心的距离可由r 3 = a 2b2c / 4π2求出，已知a 的单位是m， b 的单位是s， c 的单位是m/ s2，请确定a、b、c 的意义？五、求卫星的运行速度、周期、角速度、加速度等物理量6.两颗人造地球卫星的质量之比为1：2，轨道半径之比为3：1，求其运行的周期之比为（）；线速度之比为（），角速度之比为（）；向心加速度之比为（）；向心力之比为（）。

7.地球的第一宇宙速度为v1，若某行星质量是地球质量的4倍，半径是地球半径的1/2倍，求该行星的第一宇宙速度。

8.同步卫星离地心距离r，运行速率为V1，加速度为a1,地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a2,线速度为V2，第一宇宙速度为V3，以第一宇宙速度运行的卫星向星加速度为a3，地球半径为R，则（）A.a1/a2=r/RB.a3>a1>a2C.V1/V2=R/rD. V3>V1>V2六、双星问题9.两个星球组成双星。

万有引力定律与天体运动问题一.总体思路：高中阶段中研究天体运动的轨迹近似为圆轨道，向心力唯一来源于万有引力，所以有下列几个参量：线速度V 、角速度ω、周期T 、加速度a 都决定与轨道半径r ，参量之间相互制约。

二.建立方程解决问题的方向：运动学参量给出物体需要的向心力都应与万有引力建立方程．．．．．．．．．．．．．．．．．，进行讨论。

即：F 引＝G 2r Mm ＝⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧=⇒=⇒=⇒=⇒GM r T r Tm r GM r m r GM v r v m r GM a ma 3222322244ππωω 讨论问题应从a 、v 、ω、T 等的最终表达式．．．．．出发。

辅助公式：（1）球体体积公式：V ＝34πR 3 （2）密度公式：ρ＝VM 。

（3）一个重要等式：GM=gR 2,其中g 中心体表面重力加速度，R 为中心球体半经。

三.开普勒第三定律准确应用：（1）条件：对于同一中心天体。

（2）结论：绕椭圆轨道运动的星体半长轴三次方与周期平方比值为定值即：23Tr ＝k 。

四．了解几个天体运动中问题：1.卫星的发射，回收以及平稳运动时物体超、失重问题：2.所有地球卫星可能存在的轨道问题：3.“黑洞”问题：“黑洞”不是洞，是一种天体。

4.人造卫星运动中几个关系问题：(1)环绕速度V 与运动半径r 关系：（2）人造地球卫星作离心运动和向心运动的关系：（3）重力加速度g 与向心加速度a 的关系：（4）宇宙速度（发射速度）与环绕速度关系：五、同步卫星问题。

六、“神舟”飞船的发射、变轨、漫游和返回着落问题：1．“神舟”飞船的发射：“神舟”飞船的点火发射，飞船处于加速阶段，飞船的加速度可达a=4g 。

而船箭分离时，宇航员突然有腾空的感觉,此时又进入了失重状态。

飞船入轨后人处于完全失重状态，有“漂浮”的感觉。

2．飞船在椭圆轨道上运动的情景。

4．“神州”飞船遨游太空作圆周运动:5、“神州”五号飞船安全返回着陆：七．典型例题例析：例1．某星球的质量约为地球的9倍，半径为地球一半，若从地球上高为h 处平抛一物体，射程为60m ，则在该星球上以同样初速度平抛同一物体，射程为多少？解析：设地球表面重力加速度为ｇ，质量为Ｍ０，半径为Ｒ０，抛出物体时间为ｔ，射程为ｓ０，某星球对应物理参量为ｇ、Ｍ０、Ｒ、ｔ、ｓ．∴ｍｇ０＝Ｇ200R m M ①； ｍｇ＝Ｇ2Rm M ② 地球表面：ｓ０＝ｖ０ｔ０＝ｖ０02g h ③； 星球表面：ｓ＝ｖ０ｔ＝ｖ０g h 2 ④； 由①②③④得：ｓ＝10ｍ。

3．已知地球的同步卫星的轨道半径约为地球半径的6．0倍，根据你知道的常识，可以估算出地球到月球的距离，这个距离最接近（ ） A ．地球半径的40倍 B ．地球半径的60倍 C ．地球半径的80倍 D ．地球半径的100倍10据报道,我国数据中继卫星“天链一号01星”于2008年4月25日在西昌卫星发射中心发射升空,经过4次变轨控制后,于5月1日成功定点在东经77°赤道上空的同步轨道.关于成功定点后的“天链一号01星”,下列说法正确的是 A.运行速度大于7.9 km/s B.离地面高度一定,相对地面静止 C.绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大 D.向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等4．宇航员在月球表面完成下面实验：在一固定的竖直光滑圆弧轨道内部的最低点，静止一质量为m 的小球（可视为质点），如图所示，当给小球水平初速度υ0时，刚好能使小球在竖直平面内做完整的圆周运动。

已知圆弧轨道半径为r ，月球的半径为R ，万有引力常量为G 。

若在月球表面上发射一颗环月卫星，所需最小发射速度为（ ） A ．Rr r550υB ．Rr r520υC ．Rr r50υD ．Rr r5520υ3．（6分）（2015•红河州模拟）“神舟”五号载人飞船在绕地球飞行的第五圈进行变轨，由原来的椭圆轨道变为距地面高度为h 的圆形轨道．已知飞船的质量为m ，地球半径为R ， A ． 等于mg （R+h ） B ． 小于mg （R+h ） C ． 大于mg （R+h ） D ． 等于mgh 7(2015沈阳质量检测 )．为了探测x 星球，总质量为1m 的探测飞船载着登陆舱在以该星球中心为圆心的圆轨道上运动，轨道半径为1r ，运动周期为1T 。

随后质量为2m 的登陆舱脱离飞船，变 轨到离星球更近的半径为2r 的圆轨道上运动，则A ．x 星球表面的重力加速度211214T r g π= B ．x 星球的质量213124GT r M π=C ．登陆舱在1r 与2r 轨道上运动时的速度大小之比122121r m r m v v = D ．登陆舱在半径为2r 轨道上做圆周运动的周期131322T r r T = 答案：BD5. （2015北京房山期末） GPS 导航系统可以为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，它是由周期约为12h 的卫星群组成。