高中物理《61行星的运动》同步测试（1）新人教版必修2

1 物理必修二物理必修二 6 1 6 1 行星的运动行星的运动 同步测试 同步测试 1 1 要点导学 要点导学 1 开普勒第一定律又称轨道定律 它指出 所有行星绕太阳运动的轨道是椭圆 太阳位 于椭圆轨道的一个焦点上 远日点是指 近日点是指 不同行星的椭 圆轨道是不同的 太阳处在这些椭圆的一个公共焦点上 2 开普勒第二定律又称面积定律 对任意一个行星来说 它与太阳的连线在相等的时 间内扫过相等的面积 所以行星在离太阳比较近时 运动速度 行星在离太阳较 远时 运动速度 3 开普勒第三定律又称周期定律 内容是 所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它的公 转周期的二次方的比值都相等 该定律的数学表达式是 4 对于多数大行星来说 它们的运动轨道很接近圆 因此在中学阶段 可以把开普勒定 律简化 认为行星绕太阳做匀速圆周运动 行星的轨道半径的三次方跟它的公转周期的二 次方的比值都相等 这样做使处理问题的方法大为简化 而得到的结果与行星的实际运动 情况相差并不大 5 开普勒行星运动定律 不仅适用于行星 也适用于其它卫星的运动 研究行星运动时 开普勒第三定律中的常量k与 有关 研究月球 人造地球卫星运动时 k与 有关 6 地心说是指 日心说是指 以现在的目光来看地心说与日心说不过是参考 系的改变 但这是一次真正的科学革命 日心说的产生不仅仅是人们追求描绘自然的简洁 美 更是使得人们的世界观发生了重大的变革 意大利科学家布鲁诺曾为此付出生命的代 价 两种观点的斗争反映了科学与反科学意识形态及宗教神学的角逐 也能反映科学发展 与社会文化发展的相互关系 范例精析 范例精析 例例1 1 地球绕太阳的运行轨道是椭圆 因而地球与太阳之间的距离随季节变化 冬至这天地 球离太阳最近 夏至最远 下列关于地球在这两天绕太阳公转速度大小的说法中 正确的 是 A 地球公转速度是不变的 B 冬至这天地球公转速度大 C 夏至这天地球公转速度大 D 无法确定 拓展 拓展 本题要比较行星在轨道不同位置时运动的快慢 可以比较相同时间内行星在不同位 置时运动的路线长度 而开普勒第二定律则告诉了我们 相同时间内行星与太阳的连线扫 过的面积相等 根据几何关系 可以找到行星与太阳的连线扫过的面积和行星运动路线长 度的关系 从而解决问题 例例2 2 根据美联社2002年10月7日报道 天文学家在太阳系的9大行星之外 又发现了一颗比 地球小得多的新行星 而且还测得它绕太阳公转周期约为288年 若把它和地球绕太阳公转 2 的轨道看作圆 问它与太阳的距离是地球与太阳距离的多少倍 最后结果可用根式表示 解析 解析 本题要求行星到太阳的距离 由于可以把该行星和地球的轨道看作圆 则行星和地 球到太阳的距离就是它们的轨道半径 题中给出了行星运动的周期 可以根据开普勒第三 定律直接求解 根据开普勒第三定律有 a地3 T地2 a行3 T行2 得 拓展 拓展 开普勒第三定律 揭示了行星运动轨道与运动周期之间的联系 当将行星运动轨道 看成圆时 公式中的半长轴就是行星运动的轨道半径 开普勒定律不仅适用于行星 也适 用于围绕同一行星运动的各个卫星 一般行星或卫星 人造卫星 涉及到轨道和周期的 问题 不管是椭圆轨道还是圆轨道 在中学物理中通常运用开普勒分析 求解 例例3 3 飞船沿半径为R的圆轨道运动 其周期为T 如果飞船要返回地面 可在轨道上的某 一点 A 处减速 将速度降低到适当的数值 从而使飞船沿着以地心为焦点的椭圆轨道运动 椭圆与地面的 B 点相切 实现着陆 如图所示 如果地球半径为 R0 求飞船由 A 点运动到 B 点的时间 解析 解析 飞船先后在两个轨道上运动 一次作半径为R的圆周运动 一次是椭圆轨道运动 飞船绕地球的圆轨道又可以看作两个焦点重合在地心的椭圆轨道 从 A 点运动到 B 点的时 间就是飞船在椭圆轨道上运动周期的二分之一 可以利用开普勒第三定律求出飞船在椭圆 轨道运动的周期 进而求出飞船从 A 点到 B 点的运动时间 设飞船的椭圆轨道的半长轴为R1 运动周期为T1 根据开普勒第三定律有 根据几何关系 解得 所以飞船从 A 点到 B 点所需要的时间为 3 拓展 拓展 运用开普勒第三定律计算天体的运动时间 一般都要寻找运动时间与天体做椭圆运 动周期的联系 天体运动的轨道半长轴 或轨道半径 则可以通过几何关系与已知长度联 系起来 再用开普勒第三定律建立天体运动的轨道半长轴 或轨道半径 与天体运动周期 联系 求得所需要的结果 能力训练 能力训练 1 关于太阳系中行星运动的轨道 以下说法正确的是 BC A 所有行星绕太阳运动的轨道都是圆 B 所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆 C 不同行星绕太阳运动的椭圆轨道的半长轴是不同的 D 不同行星绕太阳运动的椭圆轨道是相同的 2 把太阳系各行星的运动近似看作匀速圆周运动 比较各行星周期 则离太阳越远的行 星 B A 周期越小 B 周期越大 C 周期都一样 D 无法确定 3 一年四季 季节更替 地球的公转带来了二十四节气的变化 一年里从立秋到立冬的时间 里 地球绕太阳运转的速度 在立春到立夏的时间里 地球公转的速度 填 变大 变小 或 不变 变大 变小 4 有一颗叫谷神的小行星 它离太阳的距离是地球离太阳的2 77倍 那么它绕太阳一周的 时间是 年 4 6 5 一颗近地人造地球卫星绕地球运行的周期为84分钟 假如月球绕地球运行的周期为30天 则月球运行的轨道半径是地球半径的 倍 64 6 天文观测发现某小行星绕太阳的周期是27地球年 它离太阳的最小距离是地球轨道半径 的2倍 求该小行星离太阳的最大距离是地球轨道半径的几倍 16倍 7 天文学者观测到哈雷慧星的周期是75年 离太阳最近的 距离是8 9 1010m 但它离太阳 最远的距离不能测得 试根据开普勒定律计算这个最远距离 太阳系的开普勒常量 k 3 354 1018m3 s2 5 2 1012m 8 月球的质量约为7 35 1022kg 绕地球运行的轨道半径是3 84 105km 运行周期是 27 3天 则月球受到地球所施的向心力的大小是多少 4 7 1026 9 宇宙飞船进入一个围绕太阳运行的近似圆形轨道 如果轨 道半径