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物理必修 第二册1 天体运动学案及答案
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这是一份物理必修 第二册1 天体运动学案及答案，共8页。
【填空】
1．地心说：古希腊学者托勒密在他的著作《天文学大成》中构建了地心说．该学说认为：宇宙以 为中心，它是静止不动的，太阳、月亮以及其他行星都绕 运动．
2．日心说：波兰天文学家 在他的著作《天球运行论》中提出了日心说．他认为太阳是宇宙的中心，地球和其他行星都绕 转动．
【判断】
1．宇宙的中心是太阳，所有行星都在绕太阳做匀速圆周运动．( )
2．造成天体每天东升西落的原因是天空不转动，只是地球每天自西向东自转一周．( )
3．日心说比地心说更科学．( )
1．地心说符合人们的日常经验，同时也符合势力强大的宗教神学关于地球是宇宙中心的说法，故地心说统治了人们相当长的时间．
2．日心说能很容易解释天体的运动，因此日心说逐渐受到人们的重视，到17世纪，就建立了日心说的体系，开辟了科学的新时代，使古代科学走向了近代科学．
1．日心说的代表人物是( )
A．托勒密 B．哥白尼
C．布鲁诺 D．第谷
2．(多选)下列说法中正确的是( )
A．地球是宇宙的中心，太阳、月球及其他行星都绕地球运动
B．太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动
C．地球是绕太阳运动的一颗行星
D．日心说和地心说都是错误的
【填空】
开普勒三定律
【判断】
1．围绕太阳运动的行星的速率是一成不变的．( )
2．开普勒定律仅适用于行星绕太阳的运动．( )
3．行星轨道的半长轴越长，行星的周期越长．( )
1．从空间分布上认识：行星的轨道都是椭圆，不同行星轨道的半长轴不同，即各行星的椭圆轨道大小不同，但所有轨道都有一个共同的焦点，太阳在此焦点上．因此开普勒第一定律又叫焦点定律．
2．对速度大小的认识
(1)如图313所示，如果时间间隔相等，即t2－t1＝t4－t3，由开普勒第二定律，面积SA＝SB，可见离太阳越近，行星在相等时间内经过的弧长越长，即行星的速率越大．
图313
(2)近日点、远日点分别是行星距离太阳的最近点、最远点，所以同一行星在近日点速度最大，在远日点速度最小．
3．对周期长短的认识
(1)行星公转周期跟轨道半长轴有关，椭圆轨道半长轴越长的行星，其公转周期越长；反之，其公转周期越短．
(2)该定律不仅适用于行星，也适用于其他天体．例如，绕某一行星运动的不同卫星．
(3)研究行星时，常数k与行星无关，只与太阳有关．研究其他天体时，常数k只与其中心天体有关．
3．关于开普勒对于行星运动规律的认识，下列说法正确的是( )
A．所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆
B．所有行星绕太阳运动的轨道都是圆
C．所有行星的轨道半长轴的二次方跟公转周期的三次方的比值都相同
D．所有行星的公转周期与行星的轨道半径成正比
4．某人造地球卫星运行时，其轨道半径为月球轨道半径的eq \f(1,3)，则此卫星运行周期大约是( )
A．3～5天 B．5～7天
C．7～9天 D．大于9天
5．据报道，美国计划于2021年开始每年送15 000名游客上太空旅游．如图314所示，当航天器围绕地球做椭圆运行时，近地点A的速率________(填“大于”“小于”或“等于”)远地点B的速率．
图314
应用开普勒定律注意的问题
(1)适用对象：开普勒定律不仅适用于行星，也适用于卫星，只不过此时eq \f(r3,T2)＝k，比值k是由中心天体所决定的另一恒量，与环绕天体无关．
(2)定律的性质：开普勒定律是总结行星运动的观察结果而总结出来的规律．它们每一条都是经验定律，都是从观察行星运动所取得的资料中总结出来的．
(3)对速度的认识：当行星在近日点时，速度最大．由近日点向远日点运动的过程中，速度逐渐减小，在远日点时速度最小．
课后作业提升
一、选择题
1.下列关于天体运动的说法正确的是( )
A.地球是宇宙的中心,太阳、月亮及其他行星都绕地球运动
B.太阳是宇宙的中心,所有天体都绕太阳运动
C.太阳是静止不动的,地球和其他行星都绕太阳运动
D.“地心说”和“日心说”现在看来都是不正确的
2.某行星绕太阳运行的椭圆轨道如图所示,F1和F2是椭圆轨道的两个焦点,行星在A点的速率比在B点的大,则太阳位于( )
A.F2B.A
C.F1D.B
3.关于开普勒第三定律的公式=k,下列说法中正确的是( )
A.地球围绕太阳运动的k值与金星围绕太阳运动的k值不相同
B.月亮围绕地球运动的k值与水星围绕太阳运动的k值相同
C.月亮围绕地球运动的k值与人造卫星围绕地球运动的k值相同
D.这个公式不适用于嫦娥一号和其他环月飞行器绕月球的运动
4.某一人造卫星绕地球做匀速圆周运动,其轨道半径为月球绕地球轨道半径的,则此卫星运行的周期大约是( )
A.1~4天之间B.4~8天之间
C.8~16天之间D.16~20天之间
5.太阳系中有两颗行星,它们绕太阳运转的周期之比为8∶1,则两行星的公转速度之比为( )
A.2∶1B.4∶1
C.1∶2D.1∶4
二、非选择题
6.地球绕太阳运行的轨道半长轴为1.50×1011m,周期为365天,月球绕地球运行的轨道半长轴为3.8×108m,周期为27.3天.求:
(1)对于绕太阳运行的行星的值;
(2)对于绕地球运行的卫星的值.
7.发射火星探测器可按以下步骤进行,第一步,在地球表面用火箭对探测器进行加速,使之成为一个沿地球公转轨道运动的人造行星.第二步是在适当时刻启动探测器上的火箭发动机,在短时间内对探测器沿原方向加速,使其速度值增加到适当值,从而使探测器沿着一个与地球轨道及火星轨道分别在长轴两端相切的半个椭圆轨道飞行,运行半个周期后正好飞行到火星表面附近,此时启动探测器上的发动机,使之成为绕火星运转的卫星,然后采取措施使之降落在火星上.如图所示,设地球的轨道半径为R,火星的轨道半径为1.5R,探测器从地球运行轨道到火星运行轨道大约需要多长时间?
8.美国天文学家在2005年7月29日发现的比冥王星更远,且更大的定名为“齐娜”的星体,于2006年8月24日,被国际天文学联合会正式定义为八大行星外的矮行星.它位于距太阳1.45×1010km的边缘地带,你能否估计这颗行星的公转周期?
学业分层测评(七)
(建议用时：45分钟)
1．关于太阳系中各行星的轨道，以下说法中不正确的是( )
A．所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆
B．有的行星绕太阳运动的轨道是圆
C．不同行星绕太阳运动的椭圆轨道的半长轴是不同的
D．不同的行星绕太阳运动的轨道各不相同
2．如图315所示，某人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径为月球绕地球运转半径的eq \f(1,9)，设月球绕地球运动的周期为27天，则此卫星的运转周期大约是( )
图315
A.eq \f(1,9)天 B.eq \f(1,3)天
C．1天 D．9天
3．某行星绕太阳运行的椭圆轨道如图316所示，F1和F2是椭圆轨道的两个焦点，行星在A点的速率比在B点的大，则太阳位于( )
图316
A．F2 B．A
C．F1 D．B
4．如图317所示是行星m绕恒星M运动情况的示意图，下列说法正确的是( )
图317
A．速度最大点是B点
B．速度最小点是C点
C．m从A到B做减速运动
D．m从B到A做减速运动
5．太阳系有八大行星，八大行星离地球的远近不同，绕太阳运转的周期也不相同．下列能反映周期与轨道半径关系的图像中正确的是( )
6．宇宙飞船进入一个围绕太阳运动的近乎圆形的轨道上运动，如果轨道半径是地球轨道半径的9倍，那么宇宙飞船绕太阳运行的周期是( )
A．3年 B．9年
C．27年 D．81年
7．月球绕地球运动的周期约为27天，则月球中心到地球中心的距离R1与地球同步卫星(绕地球运动的周期与地球的自转周期相同)到地球中心的距离R2之比R1∶R2约为( )
A．3∶1 B．9∶1
C．27∶1 D．18∶1
8．土星直径为119 300 km，是太阳系统中第二大行星，自转周期只需10 h 39 min，公转周期为29.4年，距离太阳1.432×109 km.土星最引人注目的是绕着其赤道的巨大光环．在地球上人们只需要一架小型望远镜就能清楚地看到光环，环的外沿直径约为274 000 km.请由上面提供的信息，估算地球距太阳有多远．(保留3位有效数字)
图318
9．某行星沿椭圆轨道运行，远日点离太阳的距离为a，近日点离太阳的距离为b，过远日点时行星的速率为va，则过近日点时的速率为( )
A．vb＝eq \f(b,a)va B．vb＝eq \r(\f(a,b))va
C．vb＝eq \f(a,b)va D．vb＝eq \r(\f(b,a))va
10．(多选)关于开普勒第二定律，正确的理解是( )
A．行星绕太阳运动时，一定是匀速曲线运动
B．行星绕太阳运动时，一定是变速曲线运动
C．行星绕太阳运动时，由于角速度相等，故在近日点处的线速度小于它在远日点处的线速度
D．行星绕太阳运动时，由于它与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等，故它在近日点的速度大于它在远日点的速度
11．月球环绕地球运动的轨道半径约为地球半径的60倍，运行周期约为27天．应用开普勒定律计算：在赤道平面内离地多高时，人造地球卫星随地球一起转动，就像停留在天空中不动一样？(R地＝6 400 km)
12．地球的公转轨道接近圆，但彗星的运动轨道则是一个非常扁的椭圆，天文学家哈雷曾经在1682年跟踪过一颗彗星，他算出这颗彗星轨道的半长轴约等于地球轨道半径的18倍，并预言这颗彗星将每隔一定时间就会出现，哈雷的预言得到证实，该彗星被命名为哈雷彗星．哈雷彗星最近出现的时间是1986年，请你根据开普勒行星运动第三定律(即eq \f(r3,T2)＝k，其中T为行星绕太阳公转的周期，r为轨道的半长轴)估算．它下次飞近地球是哪一年？
图319日 心 说
开 普 勒 行 星 运 动 规 律
定律
内容
图示
开普勒第一定律
所有行星绕太阳运动的轨道都是 ，太阳位于 的一个 上
开普勒第二定律
太阳与任何一个行星的连线(矢径)在相等的 内扫过的 相等
开普勒第三定律
行星绕太阳运行轨道 的立方与其公转周期T的 成正比，公式：
【填空】
1．地心说：古希腊学者托勒密在他的著作《天文学大成》中构建了地心说．该学说认为：宇宙以 为中心，它是静止不动的，太阳、月亮以及其他行星都绕 运动．
2．日心说：波兰天文学家 在他的著作《天球运行论》中提出了日心说．他认为太阳是宇宙的中心，地球和其他行星都绕 转动．
【判断】
1．宇宙的中心是太阳，所有行星都在绕太阳做匀速圆周运动．( )
2．造成天体每天东升西落的原因是天空不转动，只是地球每天自西向东自转一周．( )
3．日心说比地心说更科学．( )
1．地心说符合人们的日常经验，同时也符合势力强大的宗教神学关于地球是宇宙中心的说法，故地心说统治了人们相当长的时间．
2．日心说能很容易解释天体的运动，因此日心说逐渐受到人们的重视，到17世纪，就建立了日心说的体系，开辟了科学的新时代，使古代科学走向了近代科学．
1．日心说的代表人物是( )
A．托勒密 B．哥白尼
C．布鲁诺 D．第谷
2．(多选)下列说法中正确的是( )
A．地球是宇宙的中心，太阳、月球及其他行星都绕地球运动
B．太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动
C．地球是绕太阳运动的一颗行星
D．日心说和地心说都是错误的
【填空】
开普勒三定律
【判断】
1．围绕太阳运动的行星的速率是一成不变的．( )
2．开普勒定律仅适用于行星绕太阳的运动．( )
3．行星轨道的半长轴越长，行星的周期越长．( )
1．从空间分布上认识：行星的轨道都是椭圆，不同行星轨道的半长轴不同，即各行星的椭圆轨道大小不同，但所有轨道都有一个共同的焦点，太阳在此焦点上．因此开普勒第一定律又叫焦点定律．
2．对速度大小的认识
(1)如图313所示，如果时间间隔相等，即t2－t1＝t4－t3，由开普勒第二定律，面积SA＝SB，可见离太阳越近，行星在相等时间内经过的弧长越长，即行星的速率越大．
图313
(2)近日点、远日点分别是行星距离太阳的最近点、最远点，所以同一行星在近日点速度最大，在远日点速度最小．
3．对周期长短的认识
(1)行星公转周期跟轨道半长轴有关，椭圆轨道半长轴越长的行星，其公转周期越长；反之，其公转周期越短．
(2)该定律不仅适用于行星，也适用于其他天体．例如，绕某一行星运动的不同卫星．
(3)研究行星时，常数k与行星无关，只与太阳有关．研究其他天体时，常数k只与其中心天体有关．
3．关于开普勒对于行星运动规律的认识，下列说法正确的是( )
A．所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆
B．所有行星绕太阳运动的轨道都是圆
C．所有行星的轨道半长轴的二次方跟公转周期的三次方的比值都相同
D．所有行星的公转周期与行星的轨道半径成正比
4．某人造地球卫星运行时，其轨道半径为月球轨道半径的eq \f(1,3)，则此卫星运行周期大约是( )
A．3～5天 B．5～7天
C．7～9天 D．大于9天
5．据报道，美国计划于2021年开始每年送15 000名游客上太空旅游．如图314所示，当航天器围绕地球做椭圆运行时，近地点A的速率________(填“大于”“小于”或“等于”)远地点B的速率．
图314
应用开普勒定律注意的问题
(1)适用对象：开普勒定律不仅适用于行星，也适用于卫星，只不过此时eq \f(r3,T2)＝k，比值k是由中心天体所决定的另一恒量，与环绕天体无关．
(2)定律的性质：开普勒定律是总结行星运动的观察结果而总结出来的规律．它们每一条都是经验定律，都是从观察行星运动所取得的资料中总结出来的．
(3)对速度的认识：当行星在近日点时，速度最大．由近日点向远日点运动的过程中，速度逐渐减小，在远日点时速度最小．
课后作业提升
一、选择题
1.下列关于天体运动的说法正确的是( )
A.地球是宇宙的中心,太阳、月亮及其他行星都绕地球运动
B.太阳是宇宙的中心,所有天体都绕太阳运动
C.太阳是静止不动的,地球和其他行星都绕太阳运动
D.“地心说”和“日心说”现在看来都是不正确的
2.某行星绕太阳运行的椭圆轨道如图所示,F1和F2是椭圆轨道的两个焦点,行星在A点的速率比在B点的大,则太阳位于( )
A.F2B.A
C.F1D.B
3.关于开普勒第三定律的公式=k,下列说法中正确的是( )
A.地球围绕太阳运动的k值与金星围绕太阳运动的k值不相同
B.月亮围绕地球运动的k值与水星围绕太阳运动的k值相同
C.月亮围绕地球运动的k值与人造卫星围绕地球运动的k值相同
D.这个公式不适用于嫦娥一号和其他环月飞行器绕月球的运动
4.某一人造卫星绕地球做匀速圆周运动,其轨道半径为月球绕地球轨道半径的,则此卫星运行的周期大约是( )
A.1~4天之间B.4~8天之间
C.8~16天之间D.16~20天之间
5.太阳系中有两颗行星,它们绕太阳运转的周期之比为8∶1,则两行星的公转速度之比为( )
A.2∶1B.4∶1
C.1∶2D.1∶4
二、非选择题
6.地球绕太阳运行的轨道半长轴为1.50×1011m,周期为365天,月球绕地球运行的轨道半长轴为3.8×108m,周期为27.3天.求:
(1)对于绕太阳运行的行星的值;
(2)对于绕地球运行的卫星的值.
7.发射火星探测器可按以下步骤进行,第一步,在地球表面用火箭对探测器进行加速,使之成为一个沿地球公转轨道运动的人造行星.第二步是在适当时刻启动探测器上的火箭发动机,在短时间内对探测器沿原方向加速,使其速度值增加到适当值,从而使探测器沿着一个与地球轨道及火星轨道分别在长轴两端相切的半个椭圆轨道飞行,运行半个周期后正好飞行到火星表面附近,此时启动探测器上的发动机,使之成为绕火星运转的卫星,然后采取措施使之降落在火星上.如图所示,设地球的轨道半径为R,火星的轨道半径为1.5R,探测器从地球运行轨道到火星运行轨道大约需要多长时间?
8.美国天文学家在2005年7月29日发现的比冥王星更远,且更大的定名为“齐娜”的星体,于2006年8月24日,被国际天文学联合会正式定义为八大行星外的矮行星.它位于距太阳1.45×1010km的边缘地带,你能否估计这颗行星的公转周期?
学业分层测评(七)
(建议用时：45分钟)
1．关于太阳系中各行星的轨道，以下说法中不正确的是( )
A．所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆
B．有的行星绕太阳运动的轨道是圆
C．不同行星绕太阳运动的椭圆轨道的半长轴是不同的
D．不同的行星绕太阳运动的轨道各不相同
2．如图315所示，某人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径为月球绕地球运转半径的eq \f(1,9)，设月球绕地球运动的周期为27天，则此卫星的运转周期大约是( )
图315
A.eq \f(1,9)天 B.eq \f(1,3)天
C．1天 D．9天
3．某行星绕太阳运行的椭圆轨道如图316所示，F1和F2是椭圆轨道的两个焦点，行星在A点的速率比在B点的大，则太阳位于( )
图316
A．F2 B．A
C．F1 D．B
4．如图317所示是行星m绕恒星M运动情况的示意图，下列说法正确的是( )
图317
A．速度最大点是B点
B．速度最小点是C点
C．m从A到B做减速运动
D．m从B到A做减速运动
5．太阳系有八大行星，八大行星离地球的远近不同，绕太阳运转的周期也不相同．下列能反映周期与轨道半径关系的图像中正确的是( )
6．宇宙飞船进入一个围绕太阳运动的近乎圆形的轨道上运动，如果轨道半径是地球轨道半径的9倍，那么宇宙飞船绕太阳运行的周期是( )
A．3年 B．9年
C．27年 D．81年
7．月球绕地球运动的周期约为27天，则月球中心到地球中心的距离R1与地球同步卫星(绕地球运动的周期与地球的自转周期相同)到地球中心的距离R2之比R1∶R2约为( )
A．3∶1 B．9∶1
C．27∶1 D．18∶1
8．土星直径为119 300 km，是太阳系统中第二大行星，自转周期只需10 h 39 min，公转周期为29.4年，距离太阳1.432×109 km.土星最引人注目的是绕着其赤道的巨大光环．在地球上人们只需要一架小型望远镜就能清楚地看到光环，环的外沿直径约为274 000 km.请由上面提供的信息，估算地球距太阳有多远．(保留3位有效数字)
图318
9．某行星沿椭圆轨道运行，远日点离太阳的距离为a，近日点离太阳的距离为b，过远日点时行星的速率为va，则过近日点时的速率为( )
A．vb＝eq \f(b,a)va B．vb＝eq \r(\f(a,b))va
C．vb＝eq \f(a,b)va D．vb＝eq \r(\f(b,a))va
10．(多选)关于开普勒第二定律，正确的理解是( )
A．行星绕太阳运动时，一定是匀速曲线运动
B．行星绕太阳运动时，一定是变速曲线运动
C．行星绕太阳运动时，由于角速度相等，故在近日点处的线速度小于它在远日点处的线速度
D．行星绕太阳运动时，由于它与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等，故它在近日点的速度大于它在远日点的速度
11．月球环绕地球运动的轨道半径约为地球半径的60倍，运行周期约为27天．应用开普勒定律计算：在赤道平面内离地多高时，人造地球卫星随地球一起转动，就像停留在天空中不动一样？(R地＝6 400 km)
12．地球的公转轨道接近圆，但彗星的运动轨道则是一个非常扁的椭圆，天文学家哈雷曾经在1682年跟踪过一颗彗星，他算出这颗彗星轨道的半长轴约等于地球轨道半径的18倍，并预言这颗彗星将每隔一定时间就会出现，哈雷的预言得到证实，该彗星被命名为哈雷彗星．哈雷彗星最近出现的时间是1986年，请你根据开普勒行星运动第三定律(即eq \f(r3,T2)＝k，其中T为行星绕太阳公转的周期，r为轨道的半长轴)估算．它下次飞近地球是哪一年？
图319日 心 说
开 普 勒 行 星 运 动 规 律
定律
内容
图示
开普勒第一定律
所有行星绕太阳运动的轨道都是 ，太阳位于 的一个 上
开普勒第二定律
太阳与任何一个行星的连线(矢径)在相等的 内扫过的 相等
开普勒第三定律
行星绕太阳运行轨道 的立方与其公转周期T的 成正比，公式：
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