2022年高一物理天体运动. .pdf

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1、高一物理天体的运动一、考点探究：1、星球表面的重力加速度；2、天体质量、密度的求解计算问题；3、天体瓦解问题；4、线速度、角速度、周期、向心加速度（重力加速度）随半径（或高度）变化的关系型问题；5、卫星发射、运行过程中的超重、失重问题；6、第一宇宙速度的理解、推导问题；7、同步卫星问题；8、双星问题；9、卫星的变轨二、重点与难点：1、开普勒第一定律：所有行星绕太阳运动的轨迹都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。2、开普勒第二定律：对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等。3、开普勒第三定律：所有行星的轨迹的半长轴的立方跟它的公转周期的平方的比值都相等。4、万有引力定律：宇宙

2、间的一切物体都是互相吸引的，两个物体间的引力大小跟它们的质量的乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比；F=G221rmm，式中 G=6.671011N m2/kg2。5、万有引力定律的适用条件：质点、质量分布均匀的球体，或物体之间的距离远大于物体大小时。6、万有引力的特点：任何客观存在有质量的物体之间都有万有引力；万有引力是一对作用力与反作用力；通常情况下万有引力很小，只有质量巨大的星球或天体附近的物体间才有实际的物理意义。7、万有引力与重力的关系：地球表面物体所受万有引力可以分解成为物体的重力和物体随地球自转的向心力；通常情况下，物体随地球自转的向心力很小，万有引力近似全部充当重力，即G2rM

3、m=mg。8、天体运动：天体的运动可以近似看作匀速圆周运动，万有引力充当向心力，即F向= G221rmm。9、人造地球卫星：分为普通卫星、近地卫星和同步卫星。10、天体运动的运算：可应用公式G2rMm=mrv2=m2r=m224Tr 计算天体的质量和密度，以及天体运动的线速度、角速度、周期、轨道半径之间的关系。11、第一宇宙速度：卫星沿地球表面绕地球飞行的速度；又叫环绕速度；是卫星做匀速圆周运动的最大速度；是物体成为人造卫星的最小发射速度；v=gr=7.9km/s。12、第二宇宙速度：脱离地球束缚的最小速度；v=11.2km/s。13、第三宇宙速度：脱离太阳束缚的最小速度；v=16.7km/s

4、。三、考点梳理1、基本方法：把天体运动近似看作圆周运动，它所需要的向心力由万有引力提供，rvmrMm22 rT2242、估算天体的质量和密度由 G2rMmrT224得：2324Gtr即只要测出环绕星体M 运转的一颗卫星运转的半径和周期，就可以计算出中心天体的质量.由 VM，34得： 3233RGTrR 为中心天体的星体半径。特殊 :当时，即卫星绕天体M 表面运行时， 23GT(2003 年高考 )，由此可以测量天体的密度. 3、行星表面重力加速度、轨道重力加速度问题表面重力加速度g0,由02GMmmgR得：02GMgR轨道重力加速度g，由2()GMmmgRh得：220()()GMRggRhRh

5、4、卫星的绕行速度、角速度、周期与半径的关系名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 8 页 - - - - - - - - - (1)由rvmrMm22得:rGM；即轨道半径越大，绕行速度越小(2)由2rMm得： 3rGM；即轨道半径越大，绕行角速度越小(3)由2224MmGmrrT得：32rTGM；即轨道半径越大，绕行周期越大. 5、地球同步卫星所谓地球同步卫星是指相对于地面静止的人造卫星，它的周期T24h要使卫星同步， 同步卫星只能位于赤道正上方某一确定高度h

6、。由2224()MmmRhT（）得：2324hRGMT=3.6 104=5.6；表示地球半径。题型 1：概念理解题。1、关于日心说被人们所接受的原因是（）A地球是围绕太阳运转的B太阳总是从东边升起，从西边落下C以地球为中心来研究天体的运动有很多无法解决的问题D以太阳为中心，许多问题都可以解决，行星运动的描述也变的简单了2、苹果落向地球，而不是地球向上运动碰到苹果，发生这个现象的原因是（）A由于苹果质量小，对地球的引力小，而地球质量大，对苹果引力大造成的B由于地球对苹果有引力，而苹果对地球无引力造成的C苹果与地球间的引力是大小相等的，由于地球质量极大，不可能产生明显的加速度D以上说法都不对3、关

7、于地球的第一宇宙速度，下列表述正确的是（）A第一宇宙速度又叫环绕速度B第一宇宙速度又叫脱离速度C第一宇宙速度跟地球的质量无关D第一宇宙速度跟地球的半径无关4、关于公式kTR23中的常量k，下列说法中正确的是（）Ak值是一个与行星或卫星无关的常量Bk值是一个与星球（中心天体）无关的常量Ck值是一个与星球（中心天体）有关的常量D对于所有星球（中心天体）的行星或卫星，k值都相等5、人造卫星在环绕地球做圆周运动时，卫星中物体处于失重状态是指（）A不受地球重力，而只受向心力的作用B失重状态是指物体失去地球的重力作用C对支持它的物体的压力或拉力为零D受到地球引力和离心力的合力为零6、为了估算一个天体的质量

8、，需要知道绕该天体作匀速圆周运动的另一星球（或卫星）的条件是（）A质量和运行周期B运转周期和轨道半径C轨道半径和环绕速度D环绕速度和运转周期7、同步卫星是指相对于地面不动的人造卫星（）A它可以在地面上任一点的正上方，且离地心的距离可按需要选择不同的值B它可以在地面上任一点的正下方，但离地心的距离是一定的C它只能在赤道的正上方，但离地心的距离可按需要选择不同的值D它只能在赤道的正上方，切离地心的距离是一定的名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 8 页 - - -

9、- - - - - - 8、关于人造卫星和宇宙飞船，下列说法正确的是（）A如果知道人造卫星的轨道半径和它的周期，再利用万有引力常量，就可以算出地球质量B两颗人造卫星， 只要它们的运行速度相等，不管它们的质量、 形状差别有多大，它们的运行速度相等，周期也相等C 原来在同一轨道上沿同一方向运转的人造卫星一前一后，若要后一个卫星追上前一个卫星并发生碰撞，只要将后面一个卫星速率增大一些即可D一艘绕地球运转的宇宙飞船，宇航员从舱内慢慢走出，并离开飞船，飞船因质量减小，所受到的万有引力减小，故飞行速度减小9、人造地球卫星的轨道半径越大，则（）A速度越小，周期越小B速度越小，周期越大C速度越大，周期越小D速

10、度越大，周期越大10、关于人造地球卫星及其中物体的超重、失重问题，下列说法正确的是（）A在发射过程中向上加速时产生超重现象B在降落过程中向下减速时产生失重现象C进入轨道时作匀速圆周运动，产生失重现象D失重是由于地球对卫星内物体的作用力减小而引起的11、地球做匀速圆周运动的人造地球卫星，卫星离地面越高，其线速度越_，角速度越 _，旋转周期越 _。题型 2：公式的转化和应用。1、若有一艘宇宙飞船在某一行星表面做匀速圆周运动，已知其周期为T，引力常量为G，那么该行星的平均密度为（）A32GTB24GTC42GTD23GT2、已知地球的质量为M，月球的质量为m，月球绕地球的轨道半径为r，周期为T，万有

11、引力常量为G，则月球绕地球运转轨道处的重力加速度大小等于（）A2rGmB2rGMC224TDrT224地球半径为R，地球附近的重力加速度为0g，则在离地面高度为h处的重力加速度是（）A202hRghB202hRgRC20hRRgD20hRg3、地球同步卫星距地面高度为h，地球表面的重力加速度为g，地球半径为R,地球自转的角速度为，那么下列表达式表示同步卫星绕地球转动的线速度的是（）A)(hRvB)/(hRRgvC)/(hRgRvD32gRv4、我国探月的 “ 嫦娥工程 ” 已经启动 ,在不久的将来 ,我国宇航员将登上月球.假如宇航员在月球上测得摆长为l 的单摆做小振幅振动的周期为T,将月球视为

12、密度均匀、半径为r 的球体 ,则月球的密度是（）A23GrTlB23GrTlC2316GrTlD2163GrTl名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 8 页 - - - - - - - - - 5、质量为 m 的探月航天器在接近月球表面的轨道上飞行，其运动视为匀速圆周运动。已知月球质量为M，月球半径为R，月球表面重力加速度为g，引力常量为G，不考虑月球自转的影响，则航天器的（）A线速度GMvRB角速度=gRC运行周期2RTgD向心加速度2GmaR6、一颗卫星在行

13、星表面上运行，如果卫星的周期为T，行星的平均密度为，试证明2T是一个恒量。7、太阳光到达地球需要的时间为500s，地球绕太阳运行一周需要的时间为365 天，试估算太阳的质量？8、一个人在某一星球上以速度V竖直上抛一个物体，经时间t落回抛出点。已知该星球的半径为R，若要在该星球上发射一颗靠近该星球运转的人造卫星，则该人造卫星的速度大小为多少? 9、两个星球组成双星，它们在相互之间的万有引力作用下，绕连线上某点做周期相同的匀速圆周运动，现测得两个星球中心距离为R，其运动周期为T，求两个星球的总质量？10、已知地球半径为R，地球表面重力加速度为g，不考虑地球自转的影响。（1）推导第一宇宙速度v1的表

14、达式；（2）若卫星绕地球做匀速圆周运动，运行轨道距离地面高度为h，求卫星的运行周期T。题型 3：求值和求比值问题。1、两行星的质量分别为1m和2m，绕太阳运行的轨道半径分别是1r和2r，若它们只要万有引力作用，那么这两个行星的向心加速度之比（）A1 B1221rmrmC2122rrD2112rmrm名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 8 页 - - - - - - - - - 2、设地球表面的重力加速度为0g，物体在距离地心R4（R是地球半径）处，由于地球的作

15、用产生的加速度为g，则0/ gg为（）A1 Bg/1C1/4 D1/16 3、两颗人造卫星A、B 绕地球做圆周运动，周期之比为ATBT=18，则轨道把轨道半径之比和运行速度之比分别为（）AARBR= 41 AVBV= 12 BARBR= 41 AVBV= 21 CARBR= 14 AVBV= 12 DARBR= 14 AVBV= 21 4、两颗行星的质量分别为m1、m2，它们绕太阳运转轨道的半长轴分别为R1、R2，如果m12m2，R116R2，那么，它们的运转周期之比T1T2。5、一颗人造地球卫星离地面高Rh3（R为地球的半径） 。若已知地地球表面的重力加速度为g，则卫星做匀速圆周运动的速度是

16、_，角速度是 _，周期是 _，若已知地球的质量为M，万有引力常量为G，则卫星做匀速圆周运动的速度是_，角速度是 _，周期是 _。6、两颗人造地球卫星A 和 B，A 一昼夜绕地球转动An圈， B 一昼夜绕地球转动Bn圈，那么A 和 B 的运行轨道半径之比ARBR等于多少？7、假设火星和地球都是球体。火星的质量为火星M,地球的质量为地球M,两者质量之比为P；火星的半径为火R,地球的半径为地R,两者半径之比为q。求它们表面处的重力加速度之比？8、地球质量大约是月球质量的81 倍，一个飞行器在地球与月球之间，当地球对它们的引力和它的引力大小相等时，这飞行器距地心的距离与距离月球的距离之比为多少？9、太

17、阳的半径R和地球半径r之比是 1101，太阳的平均密度和地球的平均密度之比是14，地球表面的重力加速度g9.8m/s2，试求太阳表面的重力加速度？10、两个行星质量分别为m和M，绕太阳运行的轨道半径分别是r和R，求（1）它们与太阳间的万有引力之比（2）它们的公转周期之比名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 8 页 - - - - - - - - - 题型 4：图像问题。1、三颗人造地球卫星A、B、C 绕地球作匀速圆周运动，如图所示，已知mA=mBVB VC 周期

18、关系为TATB=TC向心力大小关系为FA=FBv2v3Bv1v2a2a3Da1a3a22、如上图所示，a、b、c 是在地球大气层外圆形轨道上运动的3 颗卫星，下列说法正确的是 （） A b、c 的线速度大小相等，且大于a 的线速度Bb、c 的向心加速度大小相等，且大于a 的向心加速度Cc 加速可追上同一轨道上的b，b 减速可等候同一轨道上的c D a卫星由于某原因，轨道半径缓慢减小，其线速度将增大3、如上图，两球的半径远小于R，球质量均匀分布，质量为1m、2m，则两球间的万有引力大小为（）A2121RmmGB2221RmmGC22121RRmmGD22121RRRmmG4、如右上图所示，a、b

19、、c 是在地球大气层外圆形轨道上运动的3 颗卫星，下列说法正确的是（）Ab、c 的线速度大小相等，且大于a 的线速度；Bb、c 的向心加速度大小相等，且大于a 的向心加速度；Cc 加速可追上同一轨道上的b，b减速可等候同一轨道上的c；Da 卫星由于某原因，轨道半径缓慢减小，其线速度将增大。5、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，则当卫星分别在 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 上速率大于在轨道1 的速率B卫

20、星在轨道3 上角速度大于在轨道1 的角速度C卫星在轨道1 上经过 Q 点时的加速度大于它在轨道2 上经过 Q 点时的加速度D卫星在轨道2 上经过 P 点时的加速度大于它在轨道3 上经过 P 点时的加速度1R2RRb a c 地球A 地球B C e p q 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 8 页 - - - - - - - - - 6、2008 年 9 月 25 日至 28 日我国成功实施了“ 神舟” 七号载入航天飞行并实现了航天员首次出舱。飞船先沿椭圆轨道

21、飞行，后在远地点343 千米处点火加速，由椭圆轨道变成高度为343 千米的圆轨道，在此圆轨道上飞船运行周期约为90 分钟。下列判断正确的是（）A飞船变轨前后的机械能相等B飞船在圆轨道上时航天员出舱前后都处于失重状态C飞船在此圆轨道上运动的角度速度大于同步卫星运动的角速度D飞船变轨前通过椭圆轨道远地点时的加速度大于变轨后沿圆轨道运动的加速度7、火星和地球绕太阳的运动可以近似看作同一平面内同方向的运速运周运动。已知火星的轨道半径r火=1.5 1011m,地球的轨道半径r地=1.0 1011m，从如图所示的火星与地球星距最近的时刻开始计时，估算火星再次与地球相距最近需多少地球年？8、两个靠得很近的天

22、体，离其它天体非常遥远，它们以其连线上某一点O 为圆心各自做匀速圆周运动，两者的距离保持不变，科学家把这样的两个天体称为“ 双星 ” ，如图 642 所示。已知双星的质量为1m和2m， 它们之间的距离为L。 求双星运行轨道半径1r和2r， 以及运行的周期T？9、如右图，质量分别为m 和 M 的两个星球A 和 B 在引力作用下都绕O 点做匀速周运动，星球A 和 B 两者中心之间距离为L。已知 A、B 的中心和 O 三点始终共线，A 和 B 分别在 O 的两侧。引力常数为G。（1）求两星球做圆周运动的周期。（2）在地月系统中，若忽略其它星球的影响，可以将月球和地球看成上述星球A 和 B，月球绕其轨

23、道中心运行为的周期记为T1。但在近似处理问题时，常常认为月球是绕地心做圆周运动的，这样算得的运行周期 T2。已知地球和月球的质量分别为5.98 1024kg 和 7.35 1022kg 。求 T2与 T1两者平方之比。1m2mo 1 2 3 p Q P地球Q 轨道 1 轨道 2 火星地球太阳名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 8 页 - - - - - - - - - 题型 5：计算题。1、某物体在地面上的重力为160N，现将它放置在卫星中，在卫星以加速度a=

24、21g 随火箭加速上升的过程中，当物体与卫星中的支持物的相互挤压力为90N 时，求此时卫星距地球表面有多远？（地球半径R6.4 103km,取重力加速度g=10ms2）2、2003 年 10 月 15 日，我国成功发射了第一艘载人宇宙飞船“ 神舟五号 ” 。火箭全长58.3m、起飞质量为479.8 103,火箭点火升空，飞船进入预定轨道。“ 神舟五号 ” 环绕地球飞行14 圈用的时间是21h。飞船点火竖直升空时，宇航员杨利伟感觉“ 超重感比较强” ，仪器显示他对座舱的最大压力等于他体重的5 倍。飞船进入预定轨道后，杨利伟还多次在舱内飘浮起来。假设飞船运行的轨道是圆形轨道。（地球半径R 取6.4

25、 103km，地面的重力加速度g=10ms2,计算结果取两位有效数字）。是分析宇航员在舱内“ 飘浮起来 ”的现象产生的原因？求火箭点火发射时，火箭的最大推力？估算飞船运行轨道距离地面的高度？3、假设宇宙中存在一些离其它恒星较远的、由质量相等的四颗星组成的四星系统，设其它星体对它们的引力作用可忽略。已知稳定的四星系统存在两种基本的构成形式，一种形式是三颗星位于等边三角形的三个顶点上，第四颗位于其中心，并沿外接于等边三角形的圆形轨道运行；另一种形式是四颗星位于正方形的四个顶点上， 围绕正方形的中心做圆轨道运行。设每颗星体的质量均为m，它们做圆周运动的半径为R，试分别求出这两种情况下四星系统的运动周期T1和 T2。 （已知万有引力常量为G）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 8 页 - - - - - - - - -