高中物理人教版 (2019)必修 第二册第七章 万有引力与宇宙航行1 行星的运动当堂检测题

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册第七章 万有引力与宇宙航行1 行星的运动当堂检测题，共6页。试卷主要包含了单选题，多选题，填空题，简答题，计算题等内容，欢迎下载使用。

第I卷（选择题）
一、单选题
1. 关于天体的运动，下列说法正确的是( )
A. 日心说是哥白尼提出的，观点是行星绕太阳做椭圆运动
B. 开普勒第一定律认为：行星绕太阳运动时太阳在轨道的中心
C. k=r3T2中r代表轨道半长轴，T代表公转周期，比值k只与中心天体有关
D. 行星绕太阳运动时，所有行星都在同一轨道上
2. 北京冬奥会开幕式24节气倒计时惊艳全球，如图是地球沿椭圆轨道绕太阳运行所处不同位置对应的节气，下列说法正确的是( )
A. 夏至时地球与太阳的连线在单位时间内扫过的面积最大
B. 从冬至到春分的运行时间等于从春分到夏至的运行时间
C. 太阳既在地球公转轨道的焦点上，也在火星公转轨道的焦点上
D. 若用a代表椭圆轨道的半长轴，T代表公转周期，a3T2=k，则地球和火星对应的k值不同
3. 两颗人造卫星A、B绕地球作圆周运动，周期之比为TA: TB=8:1，则轨道半径之比和运动速率之比分别为( )
A. RA：RB=4:1，vA：vB=1:2B. RA：RB=4:1，vA：vB=2:1
C. RA：RB=1:4，vA：vB=1:2D. RA：RB=1:4，vA：vB=2:1
4. 2021年7月6日，天链一号05卫星顺利发射升空并成功进入预定轨道，天链系列卫星实现全球组网运行。如图为卫星变轨示意图，卫星在P点从椭圆轨道Ⅰ进入同步轨道Ⅱ完成定轨，设卫星在轨道Ⅰ和轨道Ⅱ上运行时，经过P点的速率分别为vⅠ和vⅡ，单位时间内卫星与地球的连线扫过的面积分别为SⅠ和SⅡ，周期分别为TⅠ和TⅡ，卫星在P点的加速度为a，P点到地心的距离为r，下列关系式正确的是
A. v Ⅰ>v ⅡB. S ⅠT Ⅱ
5. 2022年，祝融号火星车继续在火星上漫步。如图所示为某着陆器经过多次变轨后登陆火星的示意图：着陆器先在轨道Ⅰ运动，然后调整至圆轨道Ⅱ，最后进入椭圆轨道Ⅲ。P点是轨道Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的交点，轨道上的P、S、Q三点与火星中心在同一直线上，且P、Q两点分别是椭圆轨道的远火星点和近火星点，且PQ=2QS。下列说法不正确的是( )
A. 着陆器在轨道Ⅲ上Q点的速度大于在轨道Ⅱ上S点的速度
B. 着陆器在轨道Ⅰ上的机械能大于在轨道Ⅱ上的机械能
C. 着陆器在轨道Ⅲ上经过P点的加速度与在轨道Ⅱ上经过P点的加速度相同
D. 着陆器在轨道Ⅱ上由P点到S点的时间与在轨道Ⅲ上由P点到Q点的时间之比是2:1
6. 中国首次独立进行火星探测任务的“天问一号”探测器，在2021年2月10日成功实施近火制动捕获，进入火星轨道，正式开启火星探测之旅，如图“天问一号”进入火星停泊轨道2进行相关探测后再进入较低的椭圆轨道3进行科学探测。假设“天问一号”停泊轨道2和椭圆轨道3的半长轴分别为a、b，公转周期分别为T1、T2。则下列说法正确的是( )
A. “天问一号”探测器须在轨道2的近火点加速后进入轨道3
B. “天问一号”探测器在轨道2近火点的加速度比轨道3近火点的加速度大
C. “天问一号”探测器在轨道2近火点的速率比轨道3近火点的速率小
D. “天问一号”探测器绕火星飞行时满足a3T12=b3T22
7. 2021年2月10日19时52分，“天问一号”探测器实施近火捕获，顺利进入近火点的高度约400千米轨道，周期约为10个地球日，成为我国第一颗人造火星卫星，实现了“绕、落、巡”目标的第一步。如图为“天问一号”探测器经过多次变轨后登陆火星前的部分轨迹图，轨道I、轨道II、轨道III相切于P点，轨道III为环绕火星的圆形轨道，P、S两点分别是椭圆轨道的近火星点和远火星点，图中P、S、Q三点与火星中心共线，下列说法正确的是( )
A. 探测器在P点由轨道I进入轨道II需要点火加速
B. 在轨道II上由P点运动到S点的时间大于在轨道III上由P点运动到Q点的时间
C. 探测器在轨道I上经过P点的加速度大于在轨道II上经过P点的加速度
D. 探测器在Q点的机械能大于在轨道II上P点的机械能
8. 2021年10月16日0时23分，搭载神舟十三号载人飞船的长征二号F遥十三运载火箭，在酒泉卫星发射中心点火发射，约582秒后，神舟十三号载人飞船与火箭成功分离，进入预定轨道，顺利将翟志刚、王亚平、叶光富3名航天员送入太空，10月16日6时56分，载人飞船与中国空间站组合体完成自主快速交会对接。空间站组合体在离地400 km左右的椭圆轨道上运行，如图所示，不计一切阻力，以下说法正确的是( )
A. 空间站组合体运动到远地点时的速度最大
B. 空间站组合体运动到近地点时的加速度最小
C. 空间站组合体的椭圆轨道半长轴小于地球同步通讯卫星的轨道半径
D. 空间站组合体沿椭圆轨道由近地点向远地点运动的过程中，机械能不守恒
9. 近年来，自然灾害在世界各地频频发生，给人类带来巨大损失。科学家们对其中地震、海啸的研究结果表明，地球的自转将因此缓慢变快。下列说法正确的是( )
A. “天宫一号”飞行器的高度要略调高一点B. 地球赤道上物体的重力会略变大
C. 地球同步卫星的高度要略调低一点D. 地球的第一宇宙速度将略变小
10. 021年10月16日，神舟十三号载人飞船顺利将翟志刚、王亚平、叶光富3名航天员送入太空并与天宫空间站顺利对接。飞船的运动可简化为如图所示的情境，圆形轨道2为天宫空间站运行轨道，椭圆轨道1为载人飞船运行轨道，两轨道相切于P点。已知轨道2的半径为r，地球表面重力加速度为g，地球半径为R，地球的自转周期为T，轨道1的半长轴为a，引力常量为G，下列分析或结论正确的是( )
A. 载人飞船若要由轨道1进入轨道2，需要在P点减速
B. 载人飞船在轨道1上P点的加速度小于空间站在轨道2上P点的加速度
C. 空间站在轨道2上运行的周期与飞船在轨道1上运行的周期之比为r3:a3
D. 由已知可求得地球的质量为M=4π2r3GT2
二、多选题
11. 通过对开普勒行星运动定律的学习，我们可以知道( )
A. 所有行星绕太阳运行的轨道都是椭圆轨道
B. 所有行星绕太阳运行时，其速度的大小保持不变
C. 所有行星绕太阳运行时，其轨道半长轴的三次方与公转周期的平方之比相同
D. 月球绕地球运动与火星绕太阳运动相比，它们轨道半长轴的三次方与周期的平方之比相同
12. 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. 土星远离太阳的过程中，它的速度将减小
B. 土星和火星绕太阳的运动是完美的匀速圆周运动
C. 土星比火星的公转周期大
D. 土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
13. 2020年11月24日04：30分在中国文昌航天发射场，用长征五号遥五运载火箭成功发射探月工程“嫦娥五号”探测器，探测器在月球表面采集了约2千克样品返回地球。如图所示，“嫦娥五号”从地球奔向月球时，经历了的从轨道Ⅱ到轨道Ⅰ的变轨过程。关于嫦娥五号，下列说法中正确的是( )
A. 在月球采集的2千克样品运到地球上它的重力不变
B. 经过轨道上P点速度大于经过Q点的速度
C. 在轨道Ⅰ上运动的周期大于在轨道Ⅱ上运动的周期
D. 经过轨道Ⅰ上P点时的加速度等于经过轨道Ⅱ上P点的加速度
14. 如图所示，某次发射远地圆轨道卫星时，先让卫星进入一个近地的圆轨道Ⅰ，在此轨道正常运行时，卫星的轨道半径为R1、周期为T1；然后在P点点火加速，进入椭圆形转移轨道Ⅱ，在此轨道正常运行时，卫星的周期为T2；到达远地点Q时再次点火加速，进入远地圆轨道Ⅲ，在此轨道正常运行时，卫星的轨道半径为R3、周期为T3(轨道Ⅱ的近地点和远地点分别为轨道Ⅰ上的P点和轨道Ⅲ上的Q点).已知R3= 2R1，则下列关系正确的是( )
A. T2=33T1B. T2=338T3C. T3=22T1D. T3=364T1
15. 如图所示，卫星1在圆轨道上运行，轨道半径为R，卫星2在椭圆轨道上运行，其长轴为2R，地球在椭圆的一个焦点O上，卫星2远地点为Q点，近地点为P点，OQ=3OP，两卫星轨道不在同一个平面内．已知引力常量为G，地球质量为M，则下列说法正确的是
A. 卫星2由Q到P的过程中引力做正功，机械能守恒
B. 卫星2在P点加速度大小为Q点加速度大小的9倍
C. 卫星1周期大于卫星2周期
D. 卫星1的加速度不变，卫星2的加速度一直变化
第II卷（非选择题）
三、填空题
16. 如图所示，椭圆为地球绕太阳运动的轨道，A、B分别为地球绕太阳运动的近日点和远日点，地球经过这两点时的速率分别为vA和vB；阴影部分为地球与太阳的连线在相等时间内扫过的面积，分别用SA和SB表示，则vA______vB、SA______SB.(均填“>”“=”或“<”)
17. 地球和金星都是围绕太阳运动的行星，设它们绕太阳运动的轨道半径分别为r1和r2，且r1>r2，运动的速度v1、v2，公转周期分别为T1、T2，则有v1______v2，T1______T2.(填“>”“<”或“=”)
18. 太阳系各行星几乎在同一平面内沿同一方向绕太阳做圆周运动。当地球恰好运行到某地外行星和太阳之间，且三者几乎排成一条直线的现象，天文学称为“行星冲日”。已知火星和地球的轨道半径之比为1.5：1，则火星相邻两次冲日的时间间隔为______ 年。在太阳系其他8大行星中，______ 星相邻两次冲日的时间间隔最短。
四、简答题
19. 开普勒行星运动定律不仅适用于行星绕太阳的运动，也适用于卫星绕行星的运动。如果一颗人造地球卫星沿椭圆轨道运动，它在离地球最近的位置(近地点)和最远的位置(远地点)，哪点的速度比较大？
20. 对于F=mv2r，v=2πrT，r3T2=k这三个等式来说，有的可以在实验室中验证，有的则不能，这个无法在实验室验证的规律是怎么得到的？
21. 木星绕太阳运动的周期为地球绕太阳运动周期的12倍，那么，木星绕太阳运动轨道的半长轴是地球绕太阳运动轨道的半长轴的多少倍？
22. 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公转半径的18倍(如图)，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估算，它下次飞近地球将在哪一年？
五、计算题
23. 地球公转轨道的半径在天文学上常用来作为长度单位，叫作天文单位，用来量度太阳系内天体与太阳的距离。(这只是个粗略的说法。在天文学中，“天文单位”有严格的定义，用符号AU表示。)已知火星公转的轨道半径是1.5 AU，根据开普勒第三定律，火星公转的周期是多少个地球日？
24. 木星有4颗卫星是伽利略发现的，称为伽利略卫星，其中木卫一、木卫二、木卫三绕木星做匀速圆周运动的周期之比约为1：2：4；关于伽利略卫星和木星，小华同学搜集到了如下数据：木卫二的质量约为4.8×1022kg、木卫二绕木星做匀速圆周运动的半径约为6.7×108m；木星的质量约为1.9×1027kg、半径约为7.2×107m、自转周期约为3.5×104s。已知万有引力常量G=6.67×10−11N·m2/kg2求：
(1)木卫三与木卫一绕木星运动的半径之比；
(2)木卫二绕木星运动的线速度大小(保留2位有效数字)。
25. 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。天文学家哈雷成功预言哈雷彗星的回归，哈雷彗星最近出现的时间是1986年，预测下次飞近地球将在2061年。
(1)请你根据开普勒行星运动定律估算哈雷彗星轨道的半长轴是地球公转半径的多少倍？
(2)若哈雷彗星在近日点与太阳中心的距离为r1，线速度大小为v1；在远日点与太阳中心的距离为r2，线速度大小为v2，请比较哪个速度大，并求得哈雷彗星在近日点和远日点的加速度大小之比。
26. 如图为某飞船先在轨道Ⅰ上绕地球做圆周运动，然后在A点变轨进入返回地球的椭圆轨道Ⅱ运动，已知飞船在轨道Ⅰ上做圆周运动的周期为T，轨道半径为r，椭圆轨道的近地点B离地心的距离为kr(k<1)，引力常量为G，求：
(1)地球的质量M；
(2)飞船由A运动到B的时间t.
1.【答案】C 2.【答案】C3.【答案】A 4.【答案】B 5.【答案】D
6.【答案】D 7.【答案】B 8.【答案】C 9.【答案】C 10.【答案】C
11.【答案】AC 12.【答案】AC 13.【答案】BD 14.【答案】BC 15.【答案】AB
16.【答案】>；=
17.【答案】< >
18.【答案】2.2 海王
19.【答案】解：开普勒第二定律：对每一个行星而言，太阳行星的连线在相同时间内扫过的面积相等。
设人造卫星到地心的距离为r，根据扇形的面积公式可得S=12lr=12vtr，由此式可以判断，当面积S和时间t相等时，r越小，v越大；故它在近地点的速度大于在远地点的速度。
答：人造地球卫星沿椭圆轨道运动，它在近地点的速度大。
20.【答案】公式F=mv2r式中，m、F、v、r都是可以直接测量的量，所以此式可以在实验室中进行验证。v=2πrT式中v、r、T都可以测量，因此用可以用实验验证。这个无法在实验室验证的规律就是开普勒第三定律r3T2=k。由于天体的尺寸之大，使得天体运动是无法在实验室中重现的，而第谷的长期精确观测记录的数据为人们揭示天体的运动规律奠定了基础，第谷的数据和开普勒的数据几何化，终于清晰地呈现了行星运动的规律。在科学探究中实验、观察、分析、逻辑推理等都是得出规律的要素。
21.【答案】解：根据开普勒第三定律，有：
R木3T木2=R地3T地2
木星绕太阳运动的周期为地球绕太阳运动周期的12倍，
解得：R木R地=3(12)2=5.24
答：木星绕太阳运动轨道的半长轴是地球绕太阳运动轨道的半长轴的5.24倍．
22.【答案】解：设彗星的周期为T1，地球的公转周期为T2，这颗彗星轨道的半长轴约等于地球公转半径的18倍，由开普勒第三定律R3T2=C得：T1T2=R13R23=183≈76.所以1986+76=2062年．
答：它下次飞近地球将在2062年．
23.【答案】解：将行星绕太阳的运动轨迹按圆来处理，根据开普勒第三定律有r地3T地2=r火3T火2，由此解得T火=T地r火3r地3=365×1.5313 d≈671 d
24.【答案】解：(1)木卫三和木卫一绕木星运动，设环绕的轨道半径分别为r3和r1，
由开普勒定律第三定律，有：r33T32=r13T12，
且T3T1=4，
联立可解得：r3r1=232
(2)木卫二绕木星做匀速圆周运动，由牛顿第二定律有GMmr2=mv2r
代入数据可解得：v=1.4×104m/s
答：(1)木卫三与木卫一绕木星运动的半径之比为232；
(2)木卫二绕木星运动的线速度大小1.4×104m/s。
25.【答案】解：(1)地球公转周期T=1年，哈雷彗星的周期为T'=(2061−1986)年=75年，
根据开普勒第三定律有：a3T'2=r3T2，
解得：ar=3T'2T2=375212=18倍;
(2)根据开普勒第二定律知，彗星在近日点的速度大于其在远日点的速度，即v1>v2，
对近日点，根据牛顿第二定律有F1=GMmr12=ma1，
同理，对远日点有F2=GMmr22=ma2，
联立解得：a1a2=r22r12。
26.【答案】解：(1)飞船在轨道Ⅰ绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，有：
GMmr2=m2πT2r，
解得地球的质量为：
M=4π2r3GT2;
(2)根据开普勒第三定律可知：
r3T2=kr+r23T'2，
飞船从A运动到B的时间为：
t=T'2，
联立解得：t=T2k+123。