天体运动习题及答案讲课教案

天体运动基础习题及答案天体运动基础习题及答案天体运动是天文学中的重要内容，它研究的是天体在空间中的运动规律。

通过对天体运动的研究，我们可以更好地了解宇宙的结构和演化。

下面是一些关于天体运动的基础习题及答案，希望对大家的学习有所帮助。

习题一：地球的自转和公转1. 地球的自转是指什么？它的周期是多久？答：地球的自转是指地球绕自身轴线旋转的运动。

它的周期是24小时。

2. 地球的公转是指什么？它的周期是多久？答：地球的公转是指地球绕太阳运动的运动。

它的周期是365.25天。

3. 地球的自转和公转对我们生活有什么影响？答：地球的自转和公转决定了昼夜的交替和季节的变化。

它们的运动使得我们能够感受到白天和黑夜的变化，同时也影响了气候的变化。

习题二：月球的运动1. 月球绕地球运动的周期是多久？答：月球绕地球运动的周期是27.3天。

2. 月球的自转周期是多久？答：月球的自转周期和它的公转周期是一样的，都是27.3天。

3. 为什么我们只能看到月球的一面？答：月球的自转周期和它的公转周期是一样的，所以我们只能看到月球的一面。

这是因为月球的自转速度和它的公转速度相同，所以它总是用同一面朝向地球。

习题三：行星的运动1. 行星的运动轨道是什么形状？答：行星的运动轨道是椭圆形的。

2. 什么是近日点和远日点？答：近日点是指行星运动轨道上离太阳最近的点，远日点是指行星运动轨道上离太阳最远的点。

3. 为什么行星在近日点运动速度比在远日点快？答：根据开普勒第二定律，行星在近日点附近运动速度较快，而在远日点附近运动速度较慢。

这是因为行星在近日点附近离太阳较近，受到的引力较大，所以运动速度较快；而在远日点附近离太阳较远，受到的引力较小，所以运动速度较慢。

通过以上习题的学习，我们对天体运动的基础知识有了更深入的了解。

天体运动的规律是复杂而又美妙的，它们揭示了宇宙的奥秘。

希望大家能够继续深入学习天文学知识，探索更多关于宇宙的奥秘。

1.天体运动课标要求1.了解地心说和日心说，了解人类认识行星运动规律过程的曲折性，感悟真理来之不易．2．知道开普勒行星运动定律的内容，知道在中学阶段研究行星运动时的近似处理．3．能用开普勒行星运动定律分析一些简单的行星运动问题．思维导图必备知识·自主学习——突出基础性素养夯基一、地心说和日心说1．地心说：公元150年前后，古希腊学者托勒密构建了地心宇宙体系．他认为地球位于宇宙的中心，是静止不动的，其他天体绕地球转动．2．日心说：波兰天文学家哥白尼提出日心说，认为太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运行．[导学1]日心说的局限性：日心说没能摆脱地心说的错误观念，认为行星在圆轨道上做匀速圆周运动，实际上所有行星轨道都是椭圆，运动速度大小也不是恒定的．二、开普勒行星运动定律1．开普勒第一定律：所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上．2．开普勒第二定律：从太阳到行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积．3．开普勒第三定律：行星轨道半长轴的三次方与公转周期的二次方的比是一个常量．其表达式为r 3T2＝k，其中r代表椭圆轨道的半长轴，T代表公转周期，比值k是一个与行星无关的常量．[导学2](1)同一行星在近日点的速度最大，在远日点的速度最小．(2)行星的公转周期与轨道半长轴之间有依赖关系，半长轴越长的行星，其公转周期越长．关键能力·合作探究——突出综合性素养形成探究点一开普勒定律的理解导学探究如图为太阳系的八大行星绕太阳的运动示意简图，请探究以下问题：(1)行星的轨道是什么样的？(2)太阳的位置有什么特点？(3)行星在轨道上不同位置的速度大小有什么特点？(4)不同的行星绕太阳运行的周期是否相同？归纳总结1.对开普勒第一定律的理解——确定行星运动的轨道(1)行星绕太阳运动的轨道严格来说不是圆而是椭圆，不同行星的轨道是不同的．(2)太阳不在椭圆的中心，而是在其中的一个焦点上，太阳的位置是所有行星轨道的一个共同焦点．(3)行星与太阳间的距离是不断变化的．2．对开普勒第二定律的理解——确定行星运动的快慢(1)行星离太阳越近时速度越大，在近日点速度最大；行星靠近太阳时速度增大．(2)行星离太阳越远时速度越小，在远日点速度最小；行星远离太阳时速度减小．(3)“行星与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等”是对同一颗行星来说的，不同的行星之间则无法比较．3．对开普勒第三定律的理解——确定行星运动的周期(1)公式：r3＝k，k是一个对所有行星都相同的物理量，由中心天体太阳决定，与行星T2无关．(2)椭圆轨道半长轴越长的行星，其公转周期越长；反之，则公转周期越短．典例示范例1 (多选)关于卫星绕地球的运动，根据开普勒定律，我们可以推出的正确结论有() A．所有人造地球卫星都在同一椭圆轨道上绕地球运动B．卫星绕地球运动的过程中，其速率与卫星到地心的距离有关，距离小时速率小C．卫星离地球越远，周期越大D．对于卫星绕地球运动的a3T2值与月球绕地球运动的a3T2值相同素养训练1(多选)如图所示，对开普勒第一定律的理解，下列说法中正确的是()A．在行星绕太阳运动一周的时间内，它离太阳的距离是不变的B．在行星绕太阳运动一周的时间内，它离太阳的距离是变化的C．某个行星绕太阳运动的轨道一定是在某一固定的平面内D．某个行星绕太阳运动的轨道一定不在一个固定的平面内素养训练2火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行，根据开普勒行星运动定律可知()A．太阳位于木星运行轨道的中心B．火星和木星绕太阳运行速度的大小始终相等C．火星与木星公转周期之比的二次方等于它们轨道半长轴之比的三次方D．相同时间内，火星与太阳连线扫过的面积等于木星与太阳连线扫过的面积【思维方法】(1)开普勒行星运动定律是对行星绕太阳运动规律的总结，它也适用于其他天体的运动．(2)要注意开普勒第二定律描述的是同一行星离中心天体的距离不同时的运动快慢规律，开普勒第三定律描述的是不同行星绕同一中心天体运动快慢的规律．探究点二开普勒定律的应用归纳总结1.适用范围：(1)既适用于做椭圆运动的天体，也适用于做圆周运动的天体．(2)既适用于绕太阳运动的天体，也适用于绕其他中心天体运动的天体．2．意义：开普勒关于行星运动的确切描述，不仅使人们在解决行星的运动学问题上有了依据，更澄清了人们对天体运动神秘、模糊的认识，同时也推动了对天体动力学问题的研究．3．近似处理：由于行星的椭圆轨道都跟圆近似，在近似计算中，可以认为，行星都以太阳为圆心做匀速圆周运动．典例示范例2 飞船沿半径为R的圆周绕地球运动，其周期为T.如果飞船要返回地面，可在轨道上某点A处，将速率降低到适当数值，从而使飞船沿着以地心为焦点的椭圆轨道运动，椭圆和地球表面在B点相切，如图所示．如果地球半径为R0，求飞船由A点运动到B点所需要的时间．素养训练3如图是行星绕太阳运行的示意图，下列说法正确的是()A．速率最大点是B点B．速率最小点是C点C．行星从A点运动到B点做减速运动D．行星从A点运动到B点做加速运动素养训练4 木星的公转周期约为12年，如把地球到太阳的距离作为1天文单位，则木星到太阳的距离约为( )A ．2天文单位B ．4天文单位C ．5.2天文单位D ．12天文单位随堂演练·自主检测——突出创新性 素养达标1．16世纪，哥白尼经过40多年的天文观测和潜心研究，提出“日心说”的如下四个基本论点．这四个论点中目前看存在缺陷的是( )A ．与太阳相比，其他恒星离地球的距离远得多B ．宇宙的中心是太阳，其它行星都围绕太阳做匀速圆周运动C ．地球自西向东自转，使地球上的人感觉太阳每天东升西落D ．地球绕太阳运动，月球在绕地球运动的同时还跟地球一起绕太阳运动2.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 3．已知日地距离为R 0，天王星和地球的公转周期分别为T 和T 0，则天王星与太阳的距离为( )A.√T 2T 023R 0 B ．√T 3T 03R 0 C.√T 02 T23R 0 D ．√T 03T3R 04．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5.(多选)某行星和地球绕太阳公转的轨道均可视为圆．每过N 年，行星会运行到日地连线的延长线上(与地球相距最近)，如图所示，设该行星与地球的公转周期之比为k 1，公转轨道半径之比为k2，则()A．k1＝N+1N B．k1＝NN−1C．k2＝(N+1N)23D．k2＝(NN−1)23第三章万有引力定律1．天体运动关键能力·合作探究探究点一【导学探究】提示：(1)是椭圆．(2)在所有行星运动椭圆轨道的一个共同焦点上．(3)距离太阳越近，速率越大，反之越小．(4)不同．【典例示范】例1解析：人造地球卫星在不同的椭圆轨道上绕地球运动，A项错误；由开普勒第二定律知：卫星离地心的距离越小，速率越大，B项错误；由开普勒第三定律知：卫星离地球越远，周期越大，C项正确；卫星绕地球运动与月球绕地球运动的中心天体都是地球，卫星绕地球运动的a3T2值与月球绕地球运动的a3T2值相同，D项正确．答案：CD素养训练1解析：根据开普勒第一定律的内容可以判定：行星绕太阳运动的轨道是椭圆，有时远离太阳，有时靠近太阳，所以它离太阳的距离是变化的，A错误，B正确；行星围绕着太阳运动，运动的轨道都是椭圆，所以某个行星绕太阳运动的轨道一定是在某一固定的平面内，C正确，D错误．答案：BC素养训练2 解析：火星和木星在椭圆轨道上运行，太阳位于椭圆轨道的一个共同焦点上，A 错误；由于火星和木星在不同的轨道上运行，且是椭圆轨道，速度大小变化，火星和木星的运行速度大小不一定相等，B 错误；由开普勒第三定律可知，a 火3T 火2 ＝a 木3T 木2 ＝k ，即T 火2T 木2 ＝a 火3a 木3 ，C 正确；由于火星和木星在不同的轨道上，因此它们与太阳的连线在相同的时间内扫过的面积不相等，D 错误．答案：C探究点二 【典例示范】例2 解析：飞船沿椭圆轨道返回地面，由题图可知，飞船由A 点到B 点所需要的时间刚好是沿图中整个椭圆运动周期的一半，椭圆轨道的半长轴为R+R 02，设飞船沿椭圆轨道运动的周期为T ′.根据开普勒第三定律有R 3T 2＝(R+R 02)3T ′2.解得T ′＝T √(R+R 02R)3＝(R+R 0)T 2R √R+R02R.所以飞船由A 点到B 点所需要的时间为 t ＝T ′2＝(R+R 0)T 4R√R+R 02R . 答案：(R+R 0)T 4R√R+R 02R素养训练3 解析：由开普勒第二定律知行星与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等，A 点为近日点，速率最大，B 点为远日点，速率最小，故选项A 、B 错误；行星由A 点到B 点的过程中，离太阳的距离越来越远，所以行星的速率越来越小，故选项C 正确，D 错误。

天体运动习题及答案1.假设某行星绕太阳运转的轨道半径为r，周期为T，引力常量为G，则可求得太阳的质量。

根据牛顿第二定律和万有引力定律，行星受到的向心力为F=GMm/r^2，其中M为太阳质量，m为行星质量。

又因为行星做匀速圆周运动，所以F=ma=m4π^2r/T^2.将两个式子相等，解得M=4π^2r^3/GT^2.2.该星球的质量将是地球质量的64倍。

根据牛顿万有引力定律，重力加速度与质量成正比，与距离平方成反比。

设该星球质量为M，半径为r，则重力加速度为GM/r^2.又因为重力加速度是地球的4倍，所以GM/r^2=4GM/R^2，解得M=64M。

3.正确选项为AB。

根据牛顿万有引力定律，行星表面重力加速度与行星质量和半径成正比。

因为火星质量是地球质量的十分之一，直径是地球的一半，所以表面重力加速度是地球的约三成。

行星公转周期与轨道半径的三次方成正比，所以火星公转周期比地球长。

4.该行星的平均密度为3πGT^2/4.根据牛顿万有引力定律，宇宙飞船做匀速圆周运动的向心力为F=mv^2/r=GMm/r^2，其中m为行星质量，v为宇宙飞船的速度。

又因为周期T=2πr/v，所以可以解得m=4π^2r^3/GT^2.将行星质量代入密度公式ρ=m/V，其中V为行星体积，代入球体积公式V=4/3πr^3，解得密度为3πGT^2/4.5.能够计算出火星的密度和火星表面的重力加速度。

根据开普勒第三定律，T^2/r^3=4π^2/GM，其中M为火星质量。

又因为探测器在不同高度的轨道上运动，所以可以利用万有引力定律计算出火星的质量和表面重力加速度。

6.正确选项为D。

根据牛顿第二定律和万有引力定律，物体做匀速圆周运动的向心力为F=mv^2/r=GMm/r^2，其中m为物体质量，v为物体速度。

同步卫星和近地卫星的运动速度和周期可以利用牛顿第二定律和开普勒第三定律计算得出。

7.确信卫星与“神舟七号”的线速度大小之比为1∶2.根据牛顿第二定律和万有引力定律，物体做匀速圆周运动的向心力为F=mv^2/r=GMm/r^2，其中m为物体质量，v为物体速度。

地球abc 万有引力航天一、“中心天体－圆轨道”模型【应用知识】由万有引力提供环绕天体做圆周运动的向心力，据牛顿第二定律列出圆周运动的动力学方程。

1、对中心天体可求质量和密度2、对环绕天体可求线速度、角速度、周期、向心加速度、向心力、轨道所在处的重力加速度3、可求第一宇宙速度例1．如图所示，a 、b 、c 是环绕地球在圆形轨道上运行的3颗人造卫星，它们质量关系是m a =m b ＜m c ，则： A ．b 、c 的线速度大小相等，且大于a 的线速度 B ．b 、c 的周期相等，且小于a 的周期C ．b 、c 的向心加速度大小于相等，且大于a 的向心加速度D ．b 所需向心力最小例2、我国将要发射一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥1号”。

设该卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面。

已知月球的质量约为地球质量的181 ，月球的半径约为地球半径的14,地球上的第一宇宙速度约为7.9km/s ，则该探月卫星绕月运行的速率约为( D )A .0.4km/sB .1.8km/sC .11km/sD .36km/s二、“同步卫星”模型同步卫星具有四个一定1、 定轨道平面2、 定运行周期：T ＝24h3、 定运动高度：km R GMT h 4322106.34⨯=-=π4、 定运行速率：s km /0.3=υ例3．某颗地球同步卫星正下方的地球表面上有一观察者，他用天文望远镜观察被太阳照射的此卫星，试问，春分那天（太阳光直射赤道）在日落12h 内有多长时间该观察者看不见此卫星？已知地球半径为R ，地球表面处的重力加速度为g ，地球的自转周期为T ，不考虑大气对光的折射。

例4．地球赤道上有一物体随地球的自转而做圆周运动，所受的向心力为F 1，向心加速度为a 1，线速度为v 1，角速度为ω1;绕地球表面附近做圆周运动的人造卫星受的向心力为F 2，向心加速度为a 2，线速度为v 2，角速度为ω2;地球同步卫星所受的向心力为F 3，向心加速度为a 3，线速度为v 3，角速度为ω3.地球表面重力加速度为g ，第一宇宙速度为v ，假设三者质量相等.则（ ）A.F 1=F 2＞F 3B.a 1=a 2=g ＞a 3 3122)4arcsin(gT R T t ππ=C.v 1=v 2=v ＞v 3D.ω1=ω3＜ω2三、“天体相遇”模型 两天体相遇，实际上是指两天体相距最近，条件是)3,2,1(221 ==-n n t t πωω 两天体相距最远，条件是)3,2,1()12(21 =-=-n n t t πωω例5．A 是地球的同步卫星，另一卫星B 的圆形轨道位于赤道平面内，离地面高度为h ，已知地球半径为R ，地球自转角速度ω0，地球表面的重力加速度为g ，O 为地球中心。