解密04天體運動（分層訓(xùn)練）（全國通用）解析版.docx

1、解密04天體運動A組基礎(chǔ)練1. （2020哈爾濱一模）下列關(guān)于天體運動的相關(guān)說法中，正確的是（）A.地心說的代表人物是哥白尼，他認為地球是宇宙的中心，其他星球都在繞地球運動B.牛頓由于測出了引力常量而成為第一個計算出地球質(zhì)量的人C.所有行星繞太陽運行的軌道都是橢圓，太陽在橢圓的焦點上D.地球繞太陽公轉(zhuǎn)時，在近日點附近的運行速度比較慢，在遠日點附近的運行速度比較快【答案】C【解析】本題考查開普勒定律及物理學(xué)史。地心說的代表人物是托勒密，他認為地球是宇宙的中心，其他星球都在繞地球運動，故A錯誤；卡文迪許由于測出了引力常量而成為第一個計算出地球質(zhì)量的人，故B錯誤；根據(jù)開普勒第一定律，所有行星繞太陽運

2、行的軌道都是橢圓，太陽在橢圓的個焦點上，故C正確；對同個行星而言，太陽與行星的連線在相同時間內(nèi)掃過的面積相等，地球繞太陽公轉(zhuǎn)時，在近日點附近運行的速度比較快，在遠日點附近運行的速度比較慢，故D錯誤。2、（2021 -河南省洛陽三模）火星和地球之間的距離成周期性變化，為人類探測火星每隔一定時間會提供-次最佳窗口期。已知火星和地球的公轉(zhuǎn)軌道幾乎在同一平面內(nèi)，公轉(zhuǎn)方向相同，火星的軌道半徑約是地球軌道半徑的1.5倍，則最佳窗口期大約每隔多長時間會出現(xiàn)一次（）A. 18個月24個月C. 26個月36個月【答案】C 【解析】 設(shè)經(jīng)過，時間地球從相距最近到再次相距最近，地球比火星多轉(zhuǎn)一圈=1根據(jù)開普勒第三定

3、律解得t a 2.2年a 26個月故選C。3解得_ 8奴P 3GT2故選C。13、(2021 -北京市朝陽區(qū)二模)北京時間202()年12月2日4時53分，探月工程“嫦娥 五號”的著陸器和上升器組合體完成了月壤采樣及封裝。封裝結(jié)束后上升器的總質(zhì)量為， 它將從著陸器上發(fā)射，離開月面。己知月球質(zhì)量為表面重力加速度為協(xié)引力常量為 G,忽略月球的自轉(zhuǎn)。(1) 求月球的半徑R;月球表面沒有大氣層。上升器從著陸器上發(fā)射時，通過推進劑燃燒產(chǎn)生高溫高壓氣體， 從尾部向下噴出而獲得動力，如圖所示。己知噴口橫截面積為S,噴出氣體的密度為p,若 發(fā)射之初上升器加速度大小為。，方向豎直向上，不考慮上升器由于噴氣帶來的

4、質(zhì)量變化， 求噴出氣體的速度大小v；(2) 不計其它作用力時，上升器繞月飛行可認為是上升器與月球在彼此的萬有引力作用下， 繞二者連線上的某一點。做勻速圓周運動。若認為在。點有一靜止的“等效月球"，替代月 球?qū)ι仙鞯淖饔?，上升器繞“等效月球''做勻速圓周運動，周期不變。求''等效月球''的質(zhì)量AT?！窘馕觥縈'=（M+仞）2(1) 質(zhì)最為S'的物體放在月球表面，由牛頓第二定律得g'”'mg'”'mR2=m' g(2) 設(shè)噴出氣體對上升器的力為F,上升器對噴出氣體的力為F)取向上為正

5、，對于上升器F-mg=ma設(shè)在/時間內(nèi)噴射出氣體質(zhì)量為?-F' Z =-新v= pSvt由牛頓第三定律有綜上得v= 偵+ g)V pS(3) 設(shè)上升器的角速度為切，上升器距。點為八,月球距。點為n,上升器與月球間距離為，由牛頓第二定律得mM= mco1r解得M，= (M+/77)214> (2021 -北京市房山區(qū)二模)我們己經(jīng)學(xué)過了關(guān)于兩個質(zhì)點之間萬有引力的大小是GMmF=v-。在某些特殊情況下，非質(zhì)點之間的萬有引力計算，我們可以利用下面兩個結(jié)論,快速有效地解決。若質(zhì)點，放置在質(zhì)量分布均勻的大球殼M (球殼的厚度也均勻)的空腔之內(nèi)，那么"7和M之間的萬有引力總是為零。

6、b.若質(zhì)點，放置在質(zhì)量分布均勻的大球體M之外（r>n）,那么它們之間的萬有引力 竺生，式中的尸為質(zhì)點?到球心之間的距離；如為大球體的半徑。r假設(shè)地球可視為一個質(zhì)量分布均勻且密度為的球體，通過地球的南北兩極之間能夠打通一 個如圖所示的真空隧道。若地球的半徑為R,萬有引力常數(shù)為G,把一個質(zhì)量為，的小球從 北極的隧道II由靜止釋放后，小球能夠在隧道內(nèi)運動。求：（1）小球運動到距地心0.5/?處的加速度大小白；（2）在Fm圖中畫出質(zhì)量為?的小球所受引力F與小球到球心之間的距離r的圖像；（3）小球在運動過程中的最大速度爪?！敬鸢浮浚?） -GttPR； （2）見解析；（3） 2R3【解析】（1）在

7、該位置時，只有半徑為0.5R以內(nèi)的部分對物體有萬有引力，根據(jù)萬有引力和牛頓第二定律可得(O.5R)2(O.5R)2=ma解得2a = G7rpR（2）設(shè)物體到球心的距離為r,在地球內(nèi)部4 .P.m 4F = G - = Gyipmr尸 3可得Foe /當尸R時取得最大值，而在地球外部43F = gM* _4GpmRr可知F<x r圖像如圖所示（3）物體運動到球心處時速度最快，在這個過程中，由于萬有引力與，成正比，因此萬有引力做功根據(jù)動能定理解得3. （2020-安徽合肥調(diào)研）在國產(chǎn)科幻片流浪地球中，人類帶著地球流浪至木星附近時，上 演了地球的生死存亡之戰(zhàn)。木星是太陽系內(nèi)體積最大、自轉(zhuǎn)最快

8、的行星，早期伽利略用自制 的望遠鏡發(fā)現(xiàn)了木星的四顆衛(wèi)星，其中“木衛(wèi)三''離木星表面的高度約為/，它繞木星做勻速 圓周運動的周期約為兀己知木星的半徑約為R,引力常量為G,則由上述數(shù)據(jù)可以估算出 （）木星的質(zhì)量B. “木衛(wèi)三”的質(zhì)量C. “木衛(wèi)三"的密度D. “木衛(wèi)三”的向心力【答案】A2【解析】“木衛(wèi)三"繞木星做勻速圓周運動，由萬有引力提供向心力有京粽="（罕）仆 + /7）,解得肘）：故可以估算出木星的質(zhì)量M,而“木衛(wèi)三”的質(zhì)量m無法確定， 故無法確定其密度和向心力，所以A項正確，B、C、D項錯誤。4、（2021 -安徽省蕪湖質(zhì)檢）截至2020年1

9、1月，被譽為“中國天眼”的500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）已取得一系列重大科學(xué)成果，發(fā)現(xiàn)脈沖星數(shù)量超過240顆。脈沖星就是 旋轉(zhuǎn)的中子星，每自轉(zhuǎn)一周，就向外發(fā)射一次電磁脈沖信號，因此而得名。若觀測到某個中 子星發(fā)射電磁脈沖信號的周期為T，該中子星的半徑為R,己知萬有引力常量為G,中子 星可視為勻質(zhì)球體，由以上物理量可以求出（）A. 該中子星的質(zhì)量該中子星第一宇宙速度B. 該中子星赤道表面的重力加速度該中子星赤道上的物體隨中子星轉(zhuǎn)動的向心加速度【答案】D【解析】A.電磁脈沖信號的周期T即為中子星的自轉(zhuǎn)周期，所以中子星的同步衛(wèi)星的周期為T，根據(jù)牛頓第二定律得G為T，根據(jù)牛頓第二定律得GMm(

10、R+H)2=m-T2(R+H)因為同步衛(wèi)星的高度未知，所以中子星的質(zhì)量無法求解。A錯誤;BC.該中子星的近地衛(wèi)星速度即為第-宇宙速度，有心*節(jié)因為中子星質(zhì)量未知，所以中子星的重力加速度或第一宇宙速度無法求解。BC錯誤;D.該中子星赤道上的物體隨中子星轉(zhuǎn)動的向心加速度g戶穴，D正確。故選D。5、（2021 -湖南省衡陽二模）2020年1】月24 H,長征五號運載火箭搭載嫦娥五號探測器 成功發(fā)射升空并將其送入預(yù)定軌道，II月28日，嫦娥五號進入環(huán)月軌道飛行，12月17日 凌晨，嫦娥五號返回器攜帶月壤著陸地球。假設(shè)嫦娥五號環(huán)繞月球飛行時，在距月球表面高 度為/?處，繞月球做勻速圓周運動（不計周圍其他

11、天體的影響），測出飛行周期"己如萬 有引力常量G和月球半徑R。則下列說法錯誤的是（）GT* 2GT* 2A. 嫦娥五號繞月球飛行的線速度為至四少B.月球的質(zhì)量為偵C.月球的第一宇宙速為2i（R + /?） 皿D.月球表面的重力加速度為4/(R + /7)3解得月球的質(zhì)量為:4"2(R +龍滬GT 冗(R + h)故A正確;B. 嫦娥五號繞月球做勻速圓周運動，由牛頓第二定律:故B錯誤;月球第一宇宙速度為繞月球表面運行的衛(wèi)星的速度，由牛頓第二定律得:解得月球的第-宇宙速度為故C正確;D. 在月球表面，重力等于萬有引力:八 Mmmg = G-（R + h）2月球表面的重力加速度為

12、："2（R +龍門gn=RT2故D正確。本題選擇錯誤，故選B。圖I6、（2021 -北京市西城區(qū)測試）我國的月球探測計劃“嫦娥工程”分為"繞、落、回”三 步?！版隙鹞逄?quot;的任務(wù)是“回"。2020年11月24日，“嫦娥五號”成功發(fā)射，它分為 四部分：著陸器、上升器、軌道器和返回器。12月3日，載著珍貴“月壤”的嫦娥5號“上 升器”發(fā)動機點火，以“著陸器”作為發(fā)射臺，從月面起飛（如圖1）,回到預(yù)定環(huán)月軌道， 與繞月飛行的“軌道器與返回器組合體”成功交會對接（如圖2）,將珍貴的“月壤”轉(zhuǎn)移 到“返回器”中。12月17日，“返回器”進入月地轉(zhuǎn)移軌道重返地球，以超

13、高速進入大氣 層。由于速度太快會使得“返回器”與空氣劇烈摩擦產(chǎn)生高溫，高溫會對“月壤”產(chǎn)生不利 影響，甚至溫度過高，返回器有燃燒殆盡的風(fēng)險。為避免這些風(fēng)險，采用“半彈道跳躍式返 回”俗稱“太空打水漂”的方式兩次進入大氣層，梯次氣動減速（如圖3）。最終在預(yù)定地 點平穩(wěn)著陸。根據(jù)以上信息，判斷下列說法正確的是（）圖2圖3A. “上升器”從點火上升到回到預(yù)定環(huán)月軌道的過程中，“月壤”一直處于超重狀態(tài)“月壤"隨"返回器"進入環(huán)月軌道后，“返回器”的彈力給“月壤”提供向心力B. 為了利用地球自轉(zhuǎn)，節(jié)省燃料，“嫦娥五號”應(yīng)采用由東向西發(fā)射為了利用地球自轉(zhuǎn)，降低回收過程中的風(fēng)險

14、，“返同器”應(yīng)采用由西向東進入大氣層回 收【答案】D【解析】“上升器”點火加速上升時“月壤”處于超重狀態(tài)；回到預(yù)定環(huán)月軌道時，處于失重狀 態(tài)，選項A錯誤；A. “月壤”隨“返回器"進入環(huán)月軌道后，月球?qū)Α霸氯馈钡娜f有引力給“月壤”提供向 心力，選項B錯誤；地球自西向東轉(zhuǎn)，則為了利用地球自轉(zhuǎn)，節(jié)省燃料，“嫦娥五號”應(yīng)采用由西向東發(fā)射， 選項c錯誤；B. 為了利用地球自轉(zhuǎn)，降低回收過程中的風(fēng)險，“返回器”應(yīng)采用由西向東進入大氣層回 收，選項D正確。B組提升練7、（2021 -河南省鄭州二模）擔(dān)負著火星探測任務(wù)的“天問一號”的成功發(fā)射，標志著我 國星際探測水平達到了一個新階段。若火星和地球

15、繞太陽的運動均可視為勻速圓周運動，火 星公轉(zhuǎn)軌道半徑與地球公轉(zhuǎn)軌道半徑之比為3： 2,則火星與地球繞太陽運動的（）A. 線速度大小之比為J5： V2B.角速度大小之比為2血：3右C.向心加速度大小之比為9： 4D.公轉(zhuǎn)周期之比為2血：3右【答案】B【解析】行星繞太陽做勻速圓周運動所需的向心力由太陽對其的萬有引力提供得GMmv2 ,4/-=man = m=mcor = tn rrrT則又火星公轉(zhuǎn)軌道半徑與地球公轉(zhuǎn)軌道半徑之比為3： 2,所以線速度大小之比為 皿：右： 角速度大小之比為2扼：3jL周期大小之比為3后:2皿；向心加速度大小之比為4:9。 故B正確ACD錯誤。故選B。8、（2021 湖

16、南省衡陽二模）2020年11月24日，長征五號運載火箭搭載嫦娥五號探測器 成功發(fā)射升空并將其送入預(yù)定軌道，11月28日，嫦娥五號進入環(huán)月軌道飛行，12月17日 凌晨，嫦娥五號返回器攜帶月壤著陸地球。假設(shè)嫦娥五號環(huán)繞月球飛行時，在距月球表面高 度為/?處，繞月球做勻速圓周運動（不計周圍其他天體的影響），測出飛行周期。已如萬 有引力常量G和月球半徑R。則下列說法錯誤的是（）A.嫦娥五號繞月球飛行的線速度為2i（R*h） b.月球的質(zhì)量為（"）-TGT2C.月球的第一宇宙速為2）（R + R）性以 D.月球表面的重力加速度為T V R4)2(R + ")3r2t2【答案】B【解析

17、】嫦娥五號繞月球飛行的軌道半徑為（R+h）,所以飛行的線速度為:2 兀（R + h）v =T故A正確；嫦娥五號繞月球做勻速圓周運動，由牛頓第二定律：GK當2(R + h)(R + 砰T解得月球的質(zhì)量為：GT2故B錯誤；A. 月球第宇宙速度為繞月球表面運行的衛(wèi)星的速度，由牛頓第二定律得:Mmv2G = mR2R解得月球的第一宇宙速度為_2-(R + h) R + h V T R故C正確；D.在月球表面，重力等于萬有引力:c Mm mg = G-(R + h¥月球表面的重力加速度為：4/(R + h)3、R2T2故D正確。本題選擇錯誤，故選B。9、（2021 -山東省濟南市壓軸卷）201

18、9年10月5 口，我國在太原衛(wèi)星發(fā)射中心用長征四號丙運載火箭，成功將“高分十號''衛(wèi)星發(fā)射升空.其地面像元分辨率最高可達亞米級，主要用于國土普查、土地確權(quán)、路網(wǎng)設(shè)計、農(nóng)作物估產(chǎn)和防災(zāi)減災(zāi)等領(lǐng)域.“高分十號"衛(wèi)星繞地 球運轉(zhuǎn)的軌道半徑是&、周期是L，而地球繞太陽運轉(zhuǎn)的軌道半徑是R、周期是萬.若將兩者的運轉(zhuǎn)均視為勻速圓周運動，則地球質(zhì)量與太陽質(zhì)量之比是R；T；玲亨R；T：R；T：R；"權(quán) R；T；R2T2d. r；t；【答案】A【解析】地球繞太陽公轉(zhuǎn)和''高分十號''衛(wèi)星繞地球運轉(zhuǎn)，萬有引力提供向心力，則有：GMmr2T2

19、中心體質(zhì)量：a” 4M =GT2可得地球質(zhì)量為：A, 4/用M. =7-1 GT;同理，太陽質(zhì)量為：m4/局則地球質(zhì)量與太陽質(zhì)量之比為：性=R莒2m2 r；t；A. 與分析相符，故A正確；與分析不符，故B錯誤；C. 與分析不符，故C錯誤；與分析不符，故D錯誤.10、（2021 -山東省煙臺市適應(yīng)性練習(xí)）2020年7月23日我國用“長征五號”大型運載火 箭發(fā)射首枚火星探測器“天問一號”，“天問一號”火星探測將通過一次發(fā)射實現(xiàn)火星環(huán)繞、 著陸和巡視三項任務(wù)，這在人類火星探測史上開創(chuàng)了先河。2021年2月24日，探測器由調(diào) 相軌道到達近火點時進行變軌，進入停泊軌道，為著陸做準備。若停泊軌道的近火點高

20、度為 。、遠火點高度為加周期為7,已知引力常量為G,火星半徑為R,則火星的質(zhì)量為（ ）4/r(“ + Z? + R)34/r(“ + Z? + R)3B 7T(a + b+R)2GT2C 42(a + h + 2R)GT2【答案】D【解析】設(shè)火星的近火衛(wèi)星的周期為兀，根據(jù)開普勒第三定律可得D i"a + b + 2R)32GT2i + /? + 2RET2對于近火衛(wèi)星，根據(jù)萬有引力提供向心力可得聯(lián)立上式可得I Tra + b + lR)3M =;2GT2故選D。II、（2021 天津市紅橋區(qū)二檢）2019年5月17日，我國成功發(fā)射第45顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星,該衛(wèi)星屬于地球靜止軌道衛(wèi)星（同步衛(wèi)星）。該衛(wèi)星（）A. 入軌后向心加速度大于地球表面赤道上物體隨地球自傳的向心加速度入軌后的速度等于第一宇宙速度B. 該衛(wèi)星的機械能小于-同質(zhì)