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2021年高考物理复习天体运动专题练习〔含答案〕天体是天生之体或者天然之体的意思,表示未加任何掩盖.查字典物理网整理了天体运动专题练习,请考生练习. 一、单项选择题〔此题共10小题,每题6分,共60分.〕 1.〔2021武威模拟〕2021年6月20日上午10点神舟十号航天员首次面向中小学生开展太空授课和天地互动交流等科普教育活动,这是一大亮点.神舟十号在绕地球做匀速圆周运动的过程中,以下表达不正确的选项是〔〕A.指令长聂海胜做了一个太空打坐,是由于他不受力B.悬浮在轨道舱内的水呈现圆球形C.航天员在轨道舱内能利用弹簧拉力器进行体能锻炼D.盛满水的敞口瓶,底部开一小孔,水不会喷由【解析】在飞船绕地球做匀速圆周运动的过程中,万有引力充当向心力,飞船及航天员都处于完全失重状态,聂海胜做太空打坐时同样受万有引力作用,处于完全失重状态,所以A错误；由于液体外表张力的作用,处于完全失重状态下的液体将以圆球形状态存在,所以B正确；完全失重状态下并不影响弹簧的弹力规律,所以拉力器可以用来锻炼体能, 所以C正确；由于敞口瓶中的水也处于完全失重状态,即水对瓶底部没有压强,所以水不会喷由,故D正确.【答案】A2.为研究太阳系内行星的运动,需要知道太阳的质量, 地球半径为R,地球质量为成太阳与地球中央间距为r,地球外表的重力加速度为g,地球绕太阳公转的周期T.那么太阳的质量为〔〕A.B.C. D.【解析】地球外表质量为m的物体万有引力等于重力,即G=mg 对地球绕太阳做匀速圆周运动有G=m解彳等M= D正确.【答案】D3.〔2021温州质检〕经国际小行星命名委员会命名的神舟星和杨利伟星的轨道均处在火星和木星轨道之间.神舟星平均每天绕太阳运行1.74109 m ,杨利伟星平均每天绕太阳运行1.45109 m.假设两行星都绕太阳做匀速圆周运动,那么两星相比拟〔〕A.神舟星的轨道半径大B.神舟星的加速度大C.杨利伟星的公转周期小D.杨利伟星的公转角速度大【解析】由万有引力定律有：G=m=ma=m〔〕2r=m2r得运行速度v=,加速度a=G,公转周期T=2,公转角速度=,由题设知神舟星的运行速度比杨利伟星的运行速度大,神舟星的轨道半径比杨利伟星的轨道半径小,那么神舟星的加速度比杨利伟星的加速度大,神舟星的公转周期比杨利伟星的公转周期小,神舟星的公转角速度比杨利伟星的公转角速度大,应选项A、C、D错误,B正确.【答案】B4.卫星甲绕质量为M1的行星以ri为半径做圆周运动,卫星乙绕质量为M2的行星以r2为半径做圆周运动.假设不考虑莫行星对另一行星的卫星的影响,用T1、T2和v1、v2分别表示卫星甲、乙的周期和线速度大小,那么以下关系正确的选项是〔〕A.= B.=C.=D.=【解析】行星与卫星间的万有引力提供卫星做圆周运动的向心力,对卫星甲：有G=m1=m1r1对卫星乙：G=m2=m2r2. 整理得=,二,选项D正确.【答案】D5.如图1所示是美国的卡西尼号探测器经过长达7年的艰苦旅行,进入绕土星飞行的轨道.假设卡西尼号探测器在半径为R 的土星上空离土星外表高h的圆形轨道上绕土星飞行,环绕n图1周飞行时间为t ,万有引力常量为G,那么以下关于土星质量M和平均密度的表达式正确的选项是〔〕A.M=,=B.M=,=C.M=,=D.M=,=【解析】设卡西尼号的质量为卡西尼号围绕土星的中央做匀速圆周运动,具向心力由万有引力提供,G=m(R+h)()2 , 其中T=, 解得M=.又土星体积V=R3所以==,D正确.【答案】D6.宇航员乘坐的宇宙飞船正在地球赤道平面内的圆周轨道上运行,其离地球外表的高度为同步卫星离地球外表高度的十分之一,且运行方向与地球自转方向一致.以下说法中正确的是()A.飞船运行的加速度al与同步卫星运行的加速度a2的关系为a1=100a2B.飞船运行的速度等于同步卫星运行速度的倍C.站在地球赤道上的人观察到飞船向东运动D.在飞船上工作的宇航员因不受重力而在舱中悬浮或静止【解析】设地球半径为R,根据G=ma#=()=(10-)2100 ,所以a1100a2, A错；根据G=m B错；根据G=m(R+h舟飞船运行的周期小于同步卫星的周期,而地球自转的周期与同步卫星的周期相同,所以C对；完全失重不是不受重力, D错.【答案】C7.如图2所示,设想轨道A为天宫一号运行的圆轨道,轨道B为神舟九号变轨前的椭圆轨道, 如果它们的轨道平面相同, 且A、B轨道相交于P、Q两点,那么以下关于神舟九号和天宫一号的物理量说法正确的图2是〔〕A.一定具有相同的运动周期B. 一定具有相同的机械能C.在轨道上的P点或Q点时具有相同的速度D.在轨道上的P点或Q点时一定具有相同的加速度【解析】根据开普勒第三定律,如果神舟九号沿椭圆轨道运动的半长轴等于天宫一号圆轨道的半径,那么它们的运行周期相等,A错误；宇宙飞船的机械能是动能和引力势能的总和, 与飞船的质量有关,故机械能不一定相等,B错误；速度是矢量,因此在轨道上的P点或Q点即使速度大小相等,方向也不相同,C错误；由牛顿第二定律可知, 它们在P点或Q点时的加速度一定相同,D正确.【答案】D8.〔2021石家庄模拟〕宇宙中两个相距较近的星球可以看成双星,它们只在相互间的万有引力作用下,绕两球连线上的莫一固定点做周期相同的匀速圆周运动.根据宇宙大爆炸理论,双星间的距离在不断缓慢增加,设双星仍做匀速圆周运动,那么以下说法正确的选项是〔〕A.双星相互间的万有引力不变B.双星做圆周运动的角速度均增大C.双星做圆周运动的动能均不变D.双星做圆周运动的半径均增大【解析】由=m12r1=m22r2, L=r1+r2 ,可解得：=,r1=L,r2=L,万有引力F=,由此可见随着L的增大、F、均减小, r1、r2均增大,A、B错误,D正确；由v1=r1= , v2=,故随L 的增大,v1、v2均减小,双星圆周运动的动能也减小, C错误.【答案】D9.经长期观测,人们在宇宙中已经发现了双星系统,双星系统由两颗相距较近的恒星组成,每个恒星的线速度远小于两个星体之间的距离,而且双星系统一般远离其他天体.两颗星球组成的双星,在相互之间的万有引力作用下,绕连线上的O点做周期相同的匀速圆周运动.现测得两颗星之间的距离为L,质量之比为m1m2=32那么可知〔〕 A.m1、m2做圆周运动的角速度之比为23B.m1、m2做圆周运动的线速度之比为32C.m1做圆周运动的半径为LD.m2做圆周运动的半径为L【解析】双星系统在相互之间的万有引力作用下,绕连线上的O 点做周期相同的匀速圆周运动,角速度相同,A错误；由G=m12r1=m22r2得r1r2=m2m1=23,由v=r得两星球做圆周运动的线速度之比为v1v2=r1r2=23 , B错误;m1做圆周运动的半径为L, m2做圆周运动的半径为L, C正确,D错误.【答案】C10.地球同步卫星离地面的距离为地球半径的约6倍,假设莫行星的平均密度约为地球平均密度的一半,它的同步卫星距其外表的高度约是其半径的 2.5倍,那么该行星的自转周期约为〔〕A.6小时B.12小时C.24小时D.36小时【解析】绕行地球有T地=2 ,绕行莫行星有T奥=2 .综合体积与密度,对地球有M地=地R ,对莫行星有MM =莫R .③式代入式得T地=2,式代入式得T莫=2,两式相除得T奥=12小时,应选项B正确、选项A、C、D错误.【答案】B二、多项选择题〔此题共5小题,每题8分,共40分.〕11.卫星在莫一轨道上绕地球做圆周运动,由于受稀薄大气阻力的影响,卫星的绕行高度缓慢降低,对此以下说法正确的是〔〕A.卫星运行的动能增大,机械能减小B.卫星运行的动能减小,机械能减小C.空气阻力做的功与卫星机械能的变化大小相等D.地球引力做的功与卫星机械能的变化大小相等【解析】卫星圆形轨道半径r缓慢减小,具动能增大、势能减小、机械能减小,应选项A正确、选项B错误；由高轨道向低轨道变化,有|Wf|二|E机| ,应选项C正确；而|WG|E 机| ,应选项D 错误.【答案】AC12.(2021泉州质检)如图3所示,嫦娥三号从环月圆轨道上的P点实施变轨进入椭圆轨道,再由近月点Q开始进行动力下降,最后于2021年12月14日成功落月.以下说法正确的是()图3A.其轨道运行的周期大于沿轨道运行的周期 B.沿轨道运行至P点时,需制动减速才能进入轨道 C.沿轨道运行时,在P点的加速度大于在Q点的加速度 D.沿轨道运动时,由P点到Q点的过程中万有引力对其做正功【解析】由图中几何关系可知：圆轨道的半径R大于椭圆轨道的半长轴r,根据开普勒第三定律可知：=,那么TTII,选项A错误；嫦娥三号从圆轨道到椭圆轨道需要变轨做向心运动,变轨需要改变速度,而在该点处受到的万有引力不变, 故需要减速,选项B正确；因Q点离月球较近,嫦娥三号受到月球的引力较大,根据牛顿第二定律,可知：其在P点的加速度小于在Q点的加速度,选项C错误；沿椭圆轨道运行时,嫦娥三号在Q点的速度大于在P点的速度,故从P点到Q点过程中万有引力做正功,选项D 正确.【答案】BD13.宇宙中的有些恒星可组成双星系统.它们之间的万有引力比其他恒星对它们的万有引力大得多,因此在研究双星的运动时,可以忽略其他星球对它们的作用.S1和S2构成一个双星,它们在相互之间的万有引力作用下绕两者连线上更一定点O做匀速圆周运动.S1的质量是S2质量的k倍〔k1〕,以下判断正确的选项是〔〕 A.S1、S2的角速度之比为1k B.S1、S2的线速度之比为1k C.S1、S2的加速度之比为1kD.S1、S2所受的向心力大小之比为k1【解析】双星系统有彼此之间的万有引力提供各自圆周运动的向心力,二者总保持在一条直线即直径上,得到二者角速度之比为11, A错；二者的向心力是相互作用力,因此向心力之比为11, D错；根据万有引力提供向心力有=m1R12=m2R22=m1a1=m2a2==k,即a1a2=1k, C对；根据v=R 知==1k, B对.【答案】BC14.〔2021合肥模拟〕北斗系统中两颗工作卫星1和2在同一轨道上绕地心O沿顺时针方向做匀速圆周运动,轨道半径为r,更时刻它们分别位于轨道上的A、B两位置,如图4所示.地球外表处的重力加速度为g,地球半径为R,不计卫星间的相互作图4用力.以下判断中正确的选项是〔〕 A.这两颗卫星的向心加速度大小为a=gB.这两颗卫星的角速度大小为=RC.卫星1由位置A运动至位置B所需的时间为t=D.如果使卫星1加速,它就一定能追上卫星2【解析】卫星绕地球做匀速圆周运动,万有引力充当向心力,即：G=ma由万有引力与重力关系, G=mg解两式得：a=g, A项对；由a=2r,将上式代入得：=,B项错；卫星1由位置A 运动到位置B所需时间为卫星周期的,由T=, t=, C 项正确；卫星1加速后做离心运动,进入高轨道运动,不能追上卫星2, D项错. 【答案】AC15.宇宙飞船绕地球做圆周运动时,由于地球遮挡阳光,会经历日全食过程,如图5所示.地球的半径为R,地球质量为M,引力常量为G,地球自转周期为T0.太阳光可看作平行光,不考虑地球图5公转的影响,宇航员在A点测由地球的张角为,以下说法中正确的选项是()A.飞船的高度为B.飞船的线速度为C.飞船的周期为2D.飞船每次日全食过程的时间为【解析】飞船绕行有：v= , T=2 ,应用几何关系.在OEA中有sin=,飞船高度为h=r-R .③式代入式,解得h=R(-1),应选项A错误；第10页解得v=,应选项B正确；解得T=2,选项C正确；每次日全食时间t为绕行BAC时间.由ODB2△0£人知=,又有二,解得=综合圆周运动规律.有：2=t,2T ,解得t=,解式得t=T ,应选项D错误.【答案】BC天体运动专题练习及答案的全部内容就是这些,查字典物理网希望考生可以实现自己的理想.第11页。
考情透析命题点考频分析命题特点核心素养天体的质量和密度计算2023年：湖北T2湖南T4辽宁T7北京T12T21浙江（1月）T10浙江（6月）T9全国新课标T4江苏T4重庆T10广东T7海南T9天津T1山东T3本专题主要考查中心天体的质量和密度计算、卫星的发射与变轨，双星和多星等问题。
从命题趋势上来看，分析人造卫星的运动规律是高考热点，高考一般会以近几年国家及世界空间技术和宇宙探索为背景来命题。
物理观念：运用万有引力定律并结合圆周运动规律分析天体或卫星运动的相关问题。
科学思维：构建天体或人造卫星运动的圆周运动模型并结合数学知识进行科学推理。
卫星的发射与变轨双星和多星问题热点突破1天体的质量和密度计算▼考题示例1（2023·辽宁省·历年真题）在地球上观察，月球和太阳的角直径（直径对应的张角）近似相等，如图所示。
若月球绕地球运动的周期为T1，地球绕太阳运动的周期为T2，地球半径是月球半径的k倍，则地球与太阳的平均密度之比约为（）A．2312TkT⎛⎫⎪⎝⎭B．2321TkT⎛⎫⎪⎝⎭C．21321TTk⎛⎫⎪⎝⎭D．22311TTk⎛⎫⎪⎝⎭答案：D解析：设月球绕地球运动的轨道半径为r1，地球绕太阳运动的轨道半径为r2，根据2MmG r ＝224m r T π，可得21m m G r 月地＝21214m r T π月，22m m G r 日地＝22224m r T π地，其中12r r ＝R R 月日＝R kR 地日，ρ＝343m R π，联立可得ρρ地日＝22311T T k ⎛⎫⎪⎝⎭。
跟踪训练1（2023·湖南省·模拟题）（多选）两颗相距较远的行星A 、B 的半径分别为R A 、R B ，距A 、B 行星中心r 处，各有一卫星分别围绕行星做匀速圆周运动，线速度的平方v 2随半径r 变化的关系如图甲所示，两图线左端的纵坐标相同；卫星做匀速圆周运动的周期为T ，lg T －lg r 的图像如图乙所示的两平行直线，它们的截距分别为b A 、b B 。
天体运动．(·北京理综)利用引力常量和下列某一组数据，不能计算出地球质量的是( )．地球的半径及重力加速度(不考虑地球自转)．人造卫星在地面附近绕地球做圆周运动的速度及周期．月球绕地球做圆周运动的周期及月球与地球间的距离．地球绕太阳做圆周运动的周期及地球与太阳间的距离本题考查天体运动．已知地球半径和重力加速度，则＝，所以地＝，可求地。
近地卫星做圆周运动，＝，＝，可解得地＝＝，已知、可求地。
对于月球：＝，则地＝，已知、月可求地。
同理，对地球绕太阳的圆周运动，只可求出太阳质量太，故此题符合题意的选项是项．．(多选)年月日时分，我国首颗微重力科学实验卫星——实践十号返回式科学实验卫星，在酒泉卫星发射中心由长征二号丁运载火箭发射升空，进入近百万米预定轨道，开始了为期天的太空之旅，大约能围绕地球转圈，如图所示．实践十号卫星的微重力水平可达到地球表面重力的－，实践十号将在太空中完成项微重力科学和空间生命科学实验，力争取得重大科学成果．以下关于实践十号卫星的相关描述中正确的有( )．实践十号卫星在地球同步轨道上．实践十号卫星的环绕速度一定小于第一宇宙速度．在实践十号卫星内进行的项科学实验都是在完全失重状态下完成的．实践十号卫星运行中因受微薄空气阻力，需定期点火加速调整轨道实践十号卫星的周期＝＝，不是地球同步卫星，所以不在地球同步轨道上，故不对。
第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度，也是最大的圆周运动的环绕速度，则实践十号卫星的环绕速度一定小于第一宇宙速度，故正确。
根据题意可知，实践十号卫星内进行的项科学实验都是在微重力情况下做的，此时重力没有全部提供向心力，不是完全失重状态，故不对。
实践十号卫星运行中因受微薄空气阻力，轨道半径将变小，速度变小，所以需定期点火加速调整轨道，故正确．．(多选)(·四川资阳二诊)如图所示为一卫星沿椭圆轨道绕地球运动，其周期为小时，、两点分别为轨道上的远地点和近地点，为短轴和轨道的交点．则下列说法正确的是( )．卫星从运动到和从运动到的时间相等．卫星运动轨道上、间的距离和地球同步卫星轨道的直径相等．卫星在点速度比地球同步卫星的速度大．卫星在点的加速度比地球同步卫星的加速度小根据开普勒第二定律知，卫星从运动到比从运动到的时间长，故不对。
第12课 天体运动1．开普勒第三定律的用法(1)(2014浙江理综，6分)长期以来“卡戎星(Charon)”被认为是冥王星唯一的卫星，它的公转轨道半径r 1＝19 600 km ，公转周期T 1＝6.39天。
2006年3月，天文学家新发现两颗冥王星的小卫星，其中一颗的公转轨道半径r 2＝48 000 km ，则它的公转周期T 2最接近于( )A ．15天B ．25天C ．35天D ．45天答案：B解析：根据开普勒第三定律有r 31T 21＝r 32T 22，代入数据计算可得T 2约等于25天。
故B 项正确。
2．万有引力定律的理解和应用a ．求解天体的质量(或密度)需要的条件(2)(2017北京理综，6分)利用引力常量G 和下列某一组数据，不能计算出地球质量的是( )A ．地球的半径及重力加速度(不考虑地球自转)B ．人造卫星在地面附近绕地球做圆周运动的速度及周期C ．月球绕地球做圆周运动的周期及月球与地球间的距离D ．地球绕太阳做圆周运动的周期及地球与太阳间的距离答案：D解析：根据万有引力等于重力GMm r 2＝mg ，解得M ＝gr 2G可以计算出地球的质量，故A 项正确，不符合题意。
已知人造卫星做圆周运动的速度和周期，根据v ＝2πr T可计算出卫星的轨道半径r ＝v T 2π，万有引力提供向心力有GMm r 2＝m ·4π2r T 2，可求出地球质量M ＝v 3T 2G π，故B 项正确，不符合题意。
已知月球绕地球运动的周期和半径，根据GMm r 2＝m ·4π2r T 2得地球的质量为M ＝4π2r 3GT 2，故C 项正确，不符合题意。
已知地球绕太阳运动的周期和半径，根据GMm r 2＝m ·4π2r T 2，可计算出太阳的质量，但无法计算地球的质量，故D 项错误，符合题意。
b ．分析重力时要注意是否需要考虑地球的自转(3)(2014海南单科，4分)设地球自转周期为T ，质量为M ，引力常量为G 。
多星问题等。
一、人造地球卫星的轨道和同步卫星1．人造地球卫星的轨道(1)轨道可以是椭圆，也可以是圆；是椭圆时，地心是椭圆的一个焦点；是圆时，地心必定是圆轨道的圆心。
(2)轨道平面可以在赤道平面内(如同步卫星)，也可以和赤道平面成任意角度。
2．同步卫星同步卫星是指相对地球“静止不动”的卫星。
同步卫星的六个“一定”：二、赤道上的物体与同步卫星以及近地卫星的运动规律三、宇宙速度和卫星变轨问题的分析1．第一宇宙速度：v 1＝7.9 km/s ，既是发射卫星的最小发射速度，也是卫星绕地球运行的最大环绕速度。
第一宇宙速度的两种求法：(1)r mv rMm G 212=，所以r GM v =1；(2)r mv mg 21=，所以gR v =1。
2．第二、第三宇宙速度也都是指发射速度。
3．当卫星由于某种原因速度突然改变时(开启或关闭发动机或空气阻力作用)，万有引力不再等于向心力，卫星将变轨运行：(1)当卫星的速度突然增加时，r mv rMm G 22<，即万有引力不足以提供向心力，卫星将做离心运动，脱离原来的圆轨道，轨道半径变大，当卫星进入新的轨道稳定运行时，由rGMv =可知其运行速度比原轨道时减小。
(2)当卫星的速度突然减小时，r mv rMm G 22>，即万有引力大于所需要的向心力，卫星将做近心运动，脱离原来的圆轨道，轨道半径变小，当卫星进入新的轨道稳定运行时由rGMv =可知其运行速度比原轨道时增大。
卫星的发射和回收就是利用这一原理。
5．处理卫星变轨问题的思路和方法 (1)要增大卫星的轨道半径，必须加速； (2)当轨道半径增大时，卫星的机械能随之增大。
6．卫星变轨问题的判断：(1)卫星的速度变大时，做离心运动，重新稳定时，轨道半径变大。
(2)卫星的速度变小时，做近心运动，重新稳定时，轨道半径变小。
(3)圆轨道与椭圆轨道相切时，切点处外面的轨道上的速度大，向心加速度相同。
7．特别提醒:“ 三个不同”(1)两种周期——自转周期和公转周期的不同(2)两种速度——环绕速度与发射速度的不同，最大环绕速度等于最小发射速度 (3)两个半径——天体半径R 和卫星轨道半径r 的不同 四、双星系统1．在天体运动中，将两颗彼此相距较近，且在相互之间万有引力作用下绕两者连线上的某点做周期相同的匀速圆周运动的行星称为双星。
