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备战2023高考2020-2022年高考物理天体运动真题汇编答案解析部分
天体运动高考真题
1．【答案】B
【知识点】开普勒定律
【解析】【解答】冲日由题意可知即为地球和行星某时距离最近。 相邻两次“冲日”时间间隔即为经过多少时间行星和地球再次相距最近。由开普勒第三定律可得，，设冲日时间间隔为t，则。解得，代入表格数据可得。
故选B。
【分析】知道半径之比，利用开普勒第三定律即可求得行星周期之比。再次相距最近，快的比慢的多跑了一圈即弧度。
2．【答案】C
【知识点】卫星问题
【解析】【解答】万有引力提供做圆周运动向心力。
对地球：，，
同理
代入题中所给数据
故选C
【分析】万有引力提供做圆周运动向心力。代入题中所给数据，化简求值。
3．【答案】C
【知识点】第一、第二和第三宇宙速度；卫星问题
【解析】【解答】A．组合体在天上做匀速圆周运动只受万有引力的作用，则组合体中的货物处于完全失重状态，A错误；
B．第一宇宙速度为绕地球做圆周运动卫星最大的环绕速度，则组合体的速度大小略小于第一宇宙速度，B错误；
C．已知同步卫星的周期为24h，则根据角速度和周期的关系有
由于T同 > T组合体，则组合体的角速度大小比地球同步卫星的大，C正确；
D．由题知组合体在地球引力作用下绕地球做圆周运动，有
，
整理有，，大对应r小，a大。
所以，r同 > r组合体，a同 < a组合体 ，D错误。
故选C。
【分析】对于卫星，万有引力提供做圆周运动的向心力。代入圆周运动相关物理量的关系式求解。
4．【答案】C
【知识点】卫星问题
【解析】【解答】A．根据万有引力提供向心力，可得，可知圆轨道距地面高度越高，环绕速度越小；而只要环绕速度相同，返回舱和天和核心舱可以在同一轨道运行，与返回舱和天和核心舱的质量无关，故A错误。
B．返回舱中的宇航员只受到地球引力作用，地球的引力提供宇航员绕地球运动的向心力，故B错误；
C.由A可知速度与质量无关，故质量不同的返回舱和核心舱可以在同一轨道上运动，故C正确
D．返回舱穿越大气层返回地面过程中，克服空气阻力做功产生热量，内能增加，机械能减小，故D错误。
故答案为：C。
【分析】根据卫星围绕地球运动时，地球与卫星之间的万有引力提供卫星做圆周运动的向心力，再由功能关系分析求解。
5．【答案】C
【知识点】万有引力定律及其应用；万有引力定律的应用；卫星问题
【解析】【解答】根据题意可知，卫星的周期是，在星球表面，
设卫星离地高度为h，万有引力提供向心力，
联立解得 .
故选C。
【分析】首先算出卫星的周期，对卫星分析，万有引力等于向心力，然后在星球表面，万有引力等于向心力，最后联立两式即可解得卫星离地高度。
6．【答案】D
【知识点】万有引力定律及其应用；万有引力定律的应用；卫星问题
【解析】【解答】由题意可知，火星的公转周期大于地球的公转周期，
根据万有引力充当向心力得：
得，
因此可以得出火星的公转半径比地球的公转半径大，所以选项C错误。
再结合向心力的公式，解得，，
可以得出公转半径越大，线速度、角速度、公转加速度都在减小。所以AB选项错误，D选项正确.
故答案为：D。
【分析】根据万有引力充当向心力规律，先利用周期关系得出半径关系就可以得出各个参数关系。
7．【答案】C
【知识点】万有引力定律及其应用；万有引力定律的应用
【解析】【解答】宇航宇受到地球的引力提供其绕地球运动的向心力，航天员处于完全失重状态，所以航天员可以自由漂浮，故A错误；
当航天员与飞船不接触时，飞船对航天员无力的作用，故B错误；
航天员跟飞船一起绕着地球做匀速圆周运动，航天员所受地球引力提供其做圆周运动的向心力，故C正确；
根据可知，在地球表面上所受引力的大小大于其随飞船运动所需向心力的大小，故D错误；
故选C。
【分析】本题主要考查万有引力基础问题，首先对宇航宇的运动及受力进行分析，然后根据其做圆周运动可知其万有引力提供向心力。
8．【答案】D
【知识点】离心运动和向心运动；开普勒定律
【解析】【解答】A．天问一号探测器在轨道Ⅱ上做变速圆周运动，受力不平衡，A不符合题意；
B．根据开普勒第三定律可知，轨道Ⅰ的半径大于轨道Ⅱ的半长轴，故在轨道Ⅰ运行周期比在Ⅱ时长，B不符合题意；
C．天问一号探测器从轨道Ⅰ进入Ⅱ，做近心运动，需要的向心力要小于提供的向心力，故要在P点点火减速，C不符合题意；
D．在轨道Ⅰ向P飞近时，万有引力做正功，动能增大，故速度增大，D符合题意。
故答案为：D。
【分析】根据轨道的形状分析判断；利用开普勒三定律得出1和2轨道上的运动时长；当合力不足以提供向心力时星体做离心运动；力做正功，动能变大。
9．【答案】D
【知识点】线速度、角速度和周期、转速；匀速圆周运动；向心加速度；开普勒定律
【解析】【解答】A． 设地球和火星的公转周期分别为T1、T2 ，轨道半径分别为r1、r2，由开普勒第三定律可得
可求得地球与火星的轨道半径之比，由太阳的引力提供向心力，则有
得
即地球与火星的线速度之比可以求得，但由于地球与火星的质量关系未知，因此不能求得地球与火星的动能之比，A不符合题意；
B．则有地球和火星的角速度分别为
由题意知火星和地球每隔约26个月相距最近一次，又火星的轨道半径大于地球的轨道半径，则
由以上可解得 月
则地球与火星绕太阳的公转周期之比T1∶T2 =7∶13
但不能求出两星球自转周期之比，B不符合题意；
C．由物体在地球和火星表面的重力等于各自对物体的引力，则有
得
由于地球和火星的质量关系以及半径关系均未知，则两星球表面重力加速度的关系不可求，C不符合题意；
D．地球与火星绕太阳运动的向心加速度由太阳对地球和火星的引力产生，所以向心加速度大小则有
得
由于两星球的轨道半径之比已知，则地球与火星绕太阳运动的向心加速度之比可以求得，D符合题意。
故答案为：D。
【分析】利用开普勒第三定律得出地球和火星运动周期与轨道半径的关系；根据万有引力提供向心力得出线速度的表达式，从而判断动能关系；根据根据周期与角速度的关系以及运动时间关系得出周期的比值；在星球表面重力等于万有引力，从而得出重力加速度的表达式，从而进行比较；利用万有引力为星体的合力，从而得出向心加速度的表达式，并求出比值。
10．【答案】D
【知识点】万有引力定律及其应用
【解析】【解答】核心舱做匀速圆周运动时，地球对核心舱的引力提供核心舱做匀速圆周运动的向心力，根据牛顿第二定律可得：
可得
根据地球质量的表达式可知要求地球的质量需要核心舱的线速度、核心舱的轨道半径、核心舱的角速度（或周期）中的其中两个因素方可以实现。
故答案为：D。
【分析】利用引力提供向心力结合核心舱的线速度和半径可以求出地球质量的大小。
11．【答案】B
【知识点】万有引力定律及其应用
【解析】【解答】从图可得S2绕黑洞运行半个椭圆的时间为8年，可得S2绕黑洞的周期T=16年，近似把S2看成匀速圆周运动，地球的公转周期T0=1年，S2绕黑洞做圆周运动的半径r与地球绕太阳做圆周运动的半径R关系是
太阳对地球的引力提供地球做匀速圆周运动的向心力，根据牛顿第二定律有：
解得太阳的质量为
同理黑洞对S2的引力提供S2做匀速圆周运动的向心力，根据牛顿第二定律有：
解得黑洞的质量为
综上可得
故答案为：B。
【分析】引力提供向心力可以求出太阳的质量，结合半径和周期的比值可以求出黑洞质量的大小。
12．【答案】C
【知识点】万有引力定律及其应用
【解析】【解答】当忽略火星本身自转时，其火星对表面物体的引力形成物体的重力则 ①
可知
设与为1.8×105s的椭圆形停泊轨道周期相同的圆形轨道半径为 ，由万引力提供向心力可知 ②
探测器在椭圆轨道运行时，假设探测器离火星表面最近的距离为d1，离火星表面最远的距离为d2，则可得
近火点到火星中心为 ③
远火点到火星中心为 ④
由开普勒第三定律可知 ⑤
由以上分析可得
故答案为：C。
【分析】利用引力形成重力可以求出火星半径的大小；再利用引力提供向心力结合周期的大小可以求出火星在停泊轨道的半长轴大小，结合几何关系可以求出天问一号停泊固定与火星表面最远的距离。
13．【答案】C
【知识点】万有引力定律的应用；卫星问题
【解析】【解答】核心舱和地球同步卫星绕着地球做匀速圆周运动，其向心力由地球对核心舱和同步卫星万有引力提供，则有：
可得
根据题目信息不难得出 ，故有 ， ， ，
则核心舱角速度比地球同步卫星的大，周期比地球同步卫星的短，向心加速度比地球同步卫星的大，线速度比地球同步卫星的大，ABD不符合题意，C符合题意；
故答案为：C。
【分析】该题属于卫星参量比较题目，截图只需要弄清对于绕地球做匀速圆周运动的卫星其受到地球对卫星的万有引力提供向心力，再根据圆周运动规律求解出卫星运动周期、向心加速度、线速度、角速度，然后根据其随着卫星距离变化情况即可解答。
14．【答案】D
【知识点】万有引力定律及其应用
【解析】【解答】卫星绕中心天体做匀速圆周运动，其中心天体对卫星的万有引力提供向心力，根据牛顿第二定律有：
解得： ，
由于一个火星日的时长约为一个地球日，则飞船的运动周期为同步卫星周期的2倍，且火星质量约为地球质量的0.1倍，火星对飞船的引力提供向心力，根据牛顿第二定律可得：
从飞船运行的轨道半径和同步卫星的轨道半径关系可得：
故答案为：D。
【分析】利用引力提供向心力可以求出轨道半径的表达式，结合质量和周期的比值可以求出飞船的轨道半径与地球同步卫星轨道半径的比值。
15．【答案】A
【知识点】万有引力定律及其应用；电磁感应中的动力学问题
【解析】【解答】两个卫星绕地球做匀速圆周运动，根据引力提供向心力有：
根据牛顿第二定律可得卫星的线速度为：
导体绳切割磁感线相当于电源，已知导线速度方向及磁场的方向，根据右手定则可知，导体绳产生的感应电动势相当于上端为正极的电源，根据动生电动势的表达式有：
导体绳做匀速圆周运动，其切线方向平衡，根据安培力和导线受到的阻力平衡则可得其电池电动势大于感应电动势的大小，根据平衡方程有：
再根据欧姆定律有：
联立可得
解得
故选A。
【分析】利用牛顿第二定律结合向心力公式可以求出导线切割磁场的速度大小，结合动生电动势及平衡方程可以求出电池电动势的大小。
16．【答案】B
【知识点】万有引力定律及其应用
【解析】【解答】火星车和月球车悬停的过程，悬停时所受平台的作用力等于万有引力，根据平衡方程有：
再根据
则
联立可得
故选B。
【分析】当祝融和玉兔悬停时，其平台对其的作用力等于星体的引力大小，利用平衡方程结合引力公式可以求出作用力的比值大小。
17．【答案】C
【知识点】万有引力定律及其应用
【解析】【解答】根据
可得
故答案为：C。
【分析】利用引力提供向心力可以求出环绕速度的大小。
18．【答案】D
【知识点】万有引力定律及其应用；卫星问题
【解析】【解答】假设在地球表面和月球表面上分别放置质量为 和 的两个物体，则在地球和月球表面处，分别有 ，
解得
设嫦娥四号卫星的质量为 ，根据万有引力提供向心力得
解得
故答案为：D。
【分析】卫星做圆周运动，万有引力提供向心力，结合卫星的轨道半径，根据向心力公式列方程求解卫星的线速度即可。
19．【答案】A
【知识点】万有引力定律及其应用；卫星问题
【解析】【解答】卫星在星体表面附近绕其做圆周运动，则 ， ，
知卫星该星体表面附近沿圆轨道绕其运动的卫星的周期
【分析】卫星做圆周运动，万有引力提供向心力，结合卫星的轨道半径，根据向心力公式列方程求解周期即可。
20．【答案】B
【知识点】万有引力定律及其应用
【解析】【解答】设物体质量为m，则在火星表面有
在地球表面有
由题意知有
故联立以上公式可得
故答案为：B。
【分析】两个物体之间的万有引力可以利用万有引力公式来计算，结合题目条件代入数据计算即可。
21．【答案】A
【知识点】卫星问题
【解析】【解答】卫星有万有引力提供向心力有
可解得
可知半径越大线速度，角速度，加速度都越小，周期越大；故与近地卫星相比，地球静止轨道卫星周期大，A符合题意，BCD不符合题意。
故答案为：A。
【分析】卫星离地球远近，线速度越大，环绕周期越短，受到的万有引力就比较大，所以加速度就比较大。
22．【答案】B
【知识点】对单物体(质点)的应用；万有引力定律及其应用
【解析】【解答】忽略星球的自转，万有引力等于重力
则
解得
着陆器做匀减速直线运动，根据运动学公式可知
解得
匀减速过程，根据牛顿第二定律得
解得着陆器受到的制动力大小为
ACD不符合题意，B符合题意。
故答案为：B。
【分析】当不考虑火星自转，火星表面物体受到的重力等于万有引力，结合万有引力定律求解表面的加速度；再结合探测器的加速度，利用牛顿第二定律求解制动力大小。
23．【答案】A
【知识点】第一、第二与第三宇宙速度
【解析】【解答】A．当发射速度大于第二宇宙速度时，探测器将脱离地球的引力在太阳系的范围内运动，火星在太阳系内，所以火星探测器的发射速度应大于第二宇宙速度，A符合题意；
B．第二宇宙速度是探测器脱离地球的引力到太阳系中的临界条件，当发射速度介于地球的第一和第二宇宙速度之间时，探测器将围绕地球运动，B不符合题意；
C．万有引力提供向心力，则有
解得第一宇宙速度为
所以火星的第一宇宙速度为
所以火星的第一宇宙速度小于地球的第一宇宙速度，C不符合题意；
D． 万有引力近似等于重力，则有
解得星表面的重力加速度
所以火星表面的重力加速度小于地球表面的重力加速度，D不符合题意。
故答案为：A。
【分析】卫星发射速度达到第一宇宙速度，围绕着地球运动，发射速度达到第二宇宙速度，会脱离地球的引力，围绕着太阳运动，发射速度达到第三宇宙速度，会脱离太阳的引力，飞出太阳系。
24．【答案】B
【知识点】万有引力定律及其应用；卫星问题
【解析】【解答】A、卫星做圆周运动，万有引力提供向心力，，解得卫星的线速度为，可见，当卫星的半径越大时，线速度就越小，所以北斗卫星的线速度比较小，A不符合题意；
B、线速度有周期的关系为，可见，轨道的半径越大，周期越长，所以北斗卫星的周期大，B符合题意；
C、角速度与线速度的关系为，可见半径越大，加角速度越小，所以北斗卫星的角速度比较小，C不符合题意；
D、北斗卫星的距离地球比较远，受到的万有引力比较小，故加速度比较小，D不符合题意。
故答案为：B。
【分析】卫星离地球远近，线速度越大，环绕周期越短，受到的万有引力就比较大，所以加速度就比较大。
25．【答案】B
【知识点】万有引力定律及其应用；卫星问题
【解析】 【解答】卫星由近地点向远地点运动，万有引力做做负功，动能减小，速度减小。（速度的大小也可用开普勒第二定律分析，卫星沿椭圆轨道飞行，相等时间内扫过的面积相等，故在近地点面积相同时，轨迹较长，则运行速度较大）CD不符合题意。如果卫星做圆周运动时， ，但卫星沿椭圆轨道运行，故卫星在近地点做离心运动， 。
B符合题意，ACD不符合题意。
故答案为：B
【分析】根据万有引力对卫星做负功，故卫星速度动能减小，速度减小。卫星由近地点向远地点运动，做离心运动，故速度大于做匀速圆周运动时的速度。
26．【答案】D
【知识点】万有引力定律及其应用；第一、第二与第三宇宙速度；卫星问题
【解析】【解答】A、同步卫星绕着地球同步转动，所以卫星必须在赤道上面的适当高度才可以，故不能再北京上空，A不符合题意；
B、卫星的最小发射速度为第一宇宙速度，最大环绕速度为第一宇宙速度，随着卫星轨道半径的增加，速度会低于第一宇宙速度，B不符合题意；
C、如果卫星的发射速度为第二宇宙速度，则卫星会脱离地球的束缚绕着太阳运动，C不符合题意；
D、当卫星从低轨道变到高轨道，高轨道的卫星机械能更大，需要消耗燃料，故发射到近地圆轨道所需能量较少，D符合题意。
故答案为：D
【分析】卫星离地球远近，线速度越大，环绕周期越短，同时动能增加，势能减小，总的机械能减小，结合选项分析即可。
27．【答案】A
【知识点】万有引力定律及其应用；卫星问题
【解析】【解答】卫星卫做圆周运动，万有引力提供向心力：
A、 ，解得， ，A符合题意；
B、已知卫星的线速度为 ，周期 ，B不符合题意；
C、已知卫星的速度为 ，动能 ，C不符合题意；
D、求卫星的加速度，利用牛顿第二定律 ，解得 ，D不符合题意。
故答案为：A
【分析】卫星做圆周运动，万有引力提供向心力，通过卫星的轨道半径，结合向心力公式求解卫星的周期、角速度、线速度和向心加速度即可。
28．【答案】A
【知识点】万有引力定律及其应用；卫星问题
【解析】 【解答】卫星做圆周运动，万有引力提供向心力：
AB选项： ，对该公式化简得到行星的加速度 ，对于这三颗行星，GM都是相同的，只是自身的轨道半径不同，轨道半径越大，向心加速度越小，所以火星的加速度最小，金星的加速度最大，地球位于两者之间，A选项正确，B选项错误；
CD选项： ，对该等式进行化简得到， ，通过该公式可以看出，卫星的轨道半径越大，线速度越小，所以火星的线速度最小，金星的线速度最大，地球位于两者之间，CD选项错误。
故答案为：A
【分析】卫星离地球远近，线速度越大，环绕周期越短，同时动能增加，势能减小，总的机械能减小，结合选项分析即可。
29．【答案】D
【知识点】万有引力定律及其应用；卫星问题
【解析】 【解答】根据引力公式 ；可以得出引力大小F随高度h的增大而变小，所以C、D选项不符合题意，根据引力公式 可以得出引力F和h不是一次关系所以A选项不符合题意，则只有D选项符合题意。
故答案为：D
【分析】利用引力公式结合高度变化可以判别引力的大小。
30．【答案】C
【知识点】万有引力定律的应用
【解析】【解答】根据卫星在太空中围绕中心天体做圆周运动可知，万有引力等于向心力，
可知，周期越大半径约大D错；月球绕地球一周需要三十天，所以月球半径大于卫星半径。，
所以半径大的线速度小B错误；因为周期，周期越大角速度越小所以A错误；
F向=F万==a向m，a向=，半径越大向心加速度越小，所以C正确.
故答案为：C
【分析】对天体做圆周运动时的受力分析半径越大周期越大，线速度和角速度也越大
31．【答案】B,D
【知识点】万有引力定律的应用
【解析】【解答】A．漂浮在空间站中的宇航员依然受地球的引力，只是所受引力为其提供向心力，宇航员做匀速圆周运动而处于完全失重状态，A不符合题意；
B． 因空间站绕地球近似做匀速圆周运动 ，可知空间站绕地球运动的线速度大小约为，B符合题意；
C．设空间站的质量为m，其所受万有引力为其提供向心力，有；
地球的平均密度约为，C不符合题意；
D．根据万有引力为空间站提供向心力，有；则空间站绕地球运动的向心加速度大小为；
根据“黄金代换式”地表的重力加速度为，可得；
即空间站绕地球运动的向心加速度大小约为地面重力加速度的倍，D符合题意。
故答案为：BD
【分析】空间站依然受到地球引力，只是处于完全失重状态；根据物体做圆周运动的线速度计算式求解出空间站绕地球运动的线速度；根据万有引力为空间站提供向心力，可推出中心天体即地球的质量，进而求出地球密度；根据向心加速度计算式及黄金代换式，求出空间站向心加速度与地表加速度之比。
32．【答案】B,C
【知识点】卫星问题
【解析】【解答】对于围绕同一中心天体做匀速圆周运动的卫星或行星有“近大远小”的规律，即离中心天体越近，线速度，角速度，向心加速度都较大，周期小。所以A错B对。
设地球公转半径为R，水星公转半径为，金星公转半径为。
则有，，
所以，C正确。
利用对水星有，，
同理，
所以，所以D错误。
故答案为：BC
【分析】对于围绕同一中心天体做匀速圆周运动的卫星或行星有“近大远小”的规律，结合相关几何关系求解。
33．【答案】C,D
【知识点】万有引力定律的应用
【解析】【解答】A 根据开普勒第三定律可知，可得，故A错误。
BC 由万有引力提供向心力可得，可知轨道半径越大，线速度越小，故火星线速度小于地球，所以冲日处火星相对于地球由东向西运动，故B错误，C正确。
D 由于火星和地球线速度均保持不变，在冲日处两者速度方向相同，故此时相对速度最小，所以D正确。
故答案为：CD。
【分析】根据万有引力定律和开普勒行星运动定律结合相对速度的分析方法进行求解。
34．【答案】A,B
【知识点】线速度、角速度和周期、转速；匀速圆周运动；万有引力定律的应用
【解析】【解答】A．探测器在近火星轨道和近地轨道作圆周运动，根据
可知
若已知探测器在近火星轨道和近地轨道的速率比和周期比，则可求得探测器的运行半径比；又由于探测器在近火星轨道和近地轨道运行，轨道半径近似等于火星和地球的半径比，A符合题意；
B．根据万有引力提供向心力有
可得
结合A选项分析可知可以求得火星和地球的质量之比，B符合题意
C．由于探测器运行的周期之比不是火星或地球的自转周期之比，故不能求得火星和地球的自转角速度之比；C不符合题意；
D．由于题目中我们只能求出火星和地球的质量之比和星球半径之比，根据现有条件不能求出火星和地球的公转半径之比，D不符合题意。
故答案为：AB。
【分析】根据探测器线速度与周期的关系得出轨道半径的表达式，从而判断是否求出半径比；根据万有引力提供向心力，从而得出地球质量的表达式，并判断条件是否满足；利用角速度与周期的关系进行分析判断。
35．【答案】A,C
【知识点】万有引力定律及其应用
【解析】【解答】A．已知核心舱在地面时距离地心的距离为R，则进入轨道后距离地心的距离为：；
根据万有引力定律有 ，则有；
核心舱进入轨道后的万有引力与地面上万有引力之比为
所以A符合题意；
B．核心舱在轨道上飞行，根据可得第一宇宙速度是最大的环绕速度，因此核心舱在轨道上飞行的速度小于7.9km/s，所以B不符合题意；
C．根据 可得；
可知轨道半径越大周期越大，核心舱的轨道半径小于同步卫星的轨道半径；则其周期比同步卫星的周期小于24h，所以C符合题意；
D．卫星做圆周运动时万有引力提供向心力有
解得
则卫星的环绕速度与卫星的质量无关，所以核心舱其质量增大时，对其轨道半径的大小没有影响；所以D不符合题意；
故答案为：AC。
【分析】利用引力公式结合距离的大小可以求出引力的大小关系；核心舱在轨道上飞行的线速度小于第一宇宙速度；利用引力提供向心力结合半径的大小可以比较周期的大小；利用引力提供向心力可以判别卫星的线速度和卫星质量的大小无关。
36．【答案】C,D
【知识点】万有引力定律及其应用；卫星问题
【解析】【解答】卫星绕地球做圆周运动，万有引力提供向心力，则
A．因为在不同轨道上g是不一样的，故不能根据 得出甲乙速度的关系，卫星的运行线速度 ，代入数据可得 ，A不符合题意；
B．因为在不同轨道上两卫星的角速度不一样，故不能根据 得出两卫星加速度的关系，卫星的运行加速度 ，代入数据可得 ，B不符合题意；
C．根据 ，两颗人造卫星质量相等，可得 ，C符合题意；
D．两卫星均绕地球做圆周运动，根据开普勒第三定律 ，可得 ，D符合题意。
故答案为：CD。
【分析】卫星做圆周运动，万有引力提供向心力，结合卫星的轨道半径，根据向心力公式列方程比较卫星线速度、角速度、加速度的大小即可。
37．【答案】（1）解：根据动能定理有
（2）解：设行星绕恒星做匀速圆周运动，行星的质量为m，运动半径为r，运动速度大小为v。恒星对行星的作用力F提供向心力，则
运动周期
根据开普勒第三定律 ，k为常量，得
即恒星对行星的作用力F与r的平方成反比
（3）解：假定恒星的能量辐射各向均匀，地球绕恒星做半径为r的圆周运动，恒星单位时间内向外辐射的能量为P0。以恒星为球心，以r为半径的球面上，单位面积单位时间接受到的辐射能量
设地球绕太阳公转半径为r1在新轨道上公转半径为r2。地球在新公转轨道上的温度与“流浪”前一样，必须满足P不变，由于恒星单位时间内向外辐射的能量是太阳的16倍，得r2 = 4r1
设恒星质量为M，地球在轨道上运行周期为T，万有引力提供向心力，有
解得
由于恒星质量是太阳质量的2倍，得
【知识点】万有引力定律及其应用；动能定理的综合应用
【解析】【分析】（1）已知行星在近日点和远日点的速度，结合动能定理可以求出太阳对行星做功的大小；
（2）行星绕恒星做匀速圆周运动，利用向心力的表达式结合周期的表达式可以求出恒星对行星作用力与r的大小关系；
（3）当已知辐射的总能量及球体的半径可以求出单位面积单位时间恒星辐射的能量，结合引力提供向心力可以求出恒星的质量与太阳质量的大小关系。备战2023高考2020-2022年高考物理天体运动真题汇编
天体运动高考真题
一、单选题
1．（2023·浙江选考）太阳系各行星几平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，称为“行星冲日”，已知地球及各地外行星绕太阳运动的轨道半径如下表：
行星名称 地球 火星 木星 土星 天王星 海王星
轨道半径 1.0 1.5 5.2 9.5 19 30
则相邻两次“冲日”时间间隔约为（　　）
A．火星365天 B．火星800天 C．天王星365天 D．天王星800天
2．（2022·河北）2008年，我国天文学家利用国家天文台兴隆观测基地的2.16米望远镜，发现了一颗绕恒星HD173416运动的系外行星HD173416b，2019年，该恒星和行星被国际天文学联合会分别命名为“羲和”和“和“望舒”，天文观测得到恒星羲和的质量是太阳质量的2倍，若将望舒与地球的公转均视为匀速圆周运动，且公转的轨道半径相等。则望舒与地球公转速度大小的比值为（　　）
A． B．2 C． D．
3．（2022·湖北）2022年5月，我国成功完成了天舟四号货运飞船与空间站的对接，形成的组合体在地球引力作用下绕地球做圆周运动，周期约90分钟。下列说法正确的是（　　）
A．组合体中的货物处于超重状态
B．组合体的速度大小略大于第一宇宙速度
C．组合体的角速度大小比地球同步卫星的大
D．组合体的加速度大小比地球同步卫星的小
4．（2022·浙江）神州十三号飞船采用“快速返回技术”，在近地轨道上，返回舱脱离天和核心舱，在圆轨道环绕并择机返回地面。则（　　）
A．天和核心舱所处的圆轨道距地面高度越高，环绕速度越大
B．返回舱中的宇航员处于失重状态，不受地球的引力
C．质量不同的返回舱与天和核心舱可以在同一轨道运行
D．返回舱穿越大气层返回地面过程中，机械能守恒
5．（2022·山东）“羲和号”是我国首颗太阳探测科学技术试验卫星。如图所示，该卫星围绕地球的运动视为匀速圆周运动，轨道平面与赤道平面接近垂直。卫星每天在相同时刻，沿相同方向经过地球表面A点正上方，恰好绕地球运行n圈。已知地球半径为地轴R，自转周期为T，地球表面重力加速度为g，则“羲和号”卫星轨道距地面高度为（　　）
A． B．
C． D．
6．（2022·广东）“祝融号”火星车需要“休眠”以度过火星寒冷的冬季。假设火星和地球的冬季是各自公转周期的四分之一，且火星的冬季时长约为地球的1.88倍。火星和地球绕太阳的公转均可视为匀速圆周运动。下列关于火星、地球公转的说法正确的是（　　）
A．火星公转的线速度比地球的大 B．火星公转的角速度比地球的大
C．火星公转的半径比地球的小 D．火星公转的加速度比地球的小
7．（2022·全国乙卷）2022年3月，中国航天员翟志刚、王亚平、叶光富在离地球表面约 的“天宫二号”空间站上通过天地连线，为同学们上了一堂精彩的科学课。通过直播画面可以看到，在近地圆轨道上飞行的“天宫二号”中，航天员可以自由地漂浮，这表明他们（　　）
A．所受地球引力的大小近似为零
B．所受地球引力与飞船对其作用力两者的合力近似为零
C．所受地球引力的大小与其随飞船运动所需向心力的大小近似相等
D．在地球表面上所受引力的大小小于其随飞船运动所需向心力的大小
8．（2021·天津）2021年5月15日，天问一号探测器着陆火星取得成功，迈出了我国星际探测征程的重要一步，在火属上首次留下国人的印迹。天问一号探测器成功发射后，顺利被火星捕获，成为我国第一颗人造火星卫星。经过轨道调整，探测器先沿椭圆轨道Ⅰ运行，之后进入称为火星停泊轨道的椭圆轨道Ⅱ运行，如图所示，两轨道相切于近火点P，则天问一号探测器（　　）
A．在轨道Ⅱ上处于受力平衡状态 B．在轨道Ⅰ运行周期比在Ⅱ时短
C．从轨道Ⅰ进入Ⅱ在P处要加速 D．沿轨道Ⅰ向P飞近时速度增大
9．（2021·湖北）2021年5月，天问一号探测器软着陆火星取得成功，迈出了我国星际探测征程的重要一步。火星与地球公转轨道近似为圆，两轨道平面近似重合，且火星与地球公转方向相同。火星与地球每隔约26个月相距最近，地球公转周期为12个月。由以上条件可以近似得出（　　）
A．地球与火星的动能之比
B．地球与火星的自转周期之比
C．地球表面与火星表面重力加速度大小之比
D．地球与火星绕太阳运动的向心加速度大小之比
10．（2021·广东）2021年4月，我国自主研发的空间站“天和”核心舱成功发射并入轨运行，若核心舱绕地球的运行可视为匀速圆周运动，已知引力常量，由下列物理量能计算出地球质量的是（　　）
A．核心舱的质量和绕地半径
B．核心舱的质量和绕地周期
C．核心舱的绕地角速度和绕地周期
D．核心舱的绕地线速度和绕地半径
11．（2021·全国乙卷）科学家对银河系中心附近的恒星S2进行了多年的持续观测，给出1994年到2002年间S2的位置如图所示。科学家认为S2的运动轨迹是半长轴约为 （太阳到地球的距离为 ）的椭圆，银河系中心可能存在超大质量黑洞。这项研究工作获得了2020年诺贝尔物理学奖。若认为S2所受的作用力主要为该大质量黑洞的引力，设太阳的质量为M，可以推测出该黑洞质量约为（　　）
A． B． C． D．
12．（2021·全国甲卷）2021年2月，执行我国火星探测任务的“天问一号”探测器在成功实施三次近火制动后，进入运行周期约为1.8×105s的椭圆形停泊轨道，轨道与火星表面的最近距离约为2.8×105m。已知火星半径约为3.4×106m，火星表面处自由落体的加速度大小约为3.7m/s2，则“天问一号”的停泊轨道与火星表面的最远距离约为（　　）
A．6×105m B．6×106m C．6×107m D．6×108m
13．（2021·海南）2021年4月29日，我国在海南文昌用长征五号B运载火箭成功将空间站天和核心舱送入预定轨道。核心舱运行轨道距地面的高度为 左右，地球同步卫星距地面的高度接近 。则该核心舱的（　　）
A．角速度比地球同步卫星的小
B．周期比地球同步卫星的长
C．向心加速度比地球同步卫星的大
D．线速度比地球同步卫星的小
14．（2021·河北）“祝融号”火星车登陆火星之前，“天问一号”探测器沿椭圆形的停泊轨道绕火星飞行，其周期为2个火星日，假设某飞船沿圆轨道绕火星飞行，其周期也为2个火星日，已知一个火星日的时长约为一个地球日，火星质量约为地球质量的0.1倍，则该飞船的轨道半径与地球同步卫星的轨道半径的比值约为（　　）
A． B． C． D．
15．（2021·山东）迷你系绳卫星在地球赤道正上方的电离层中，沿圆形轨道绕地飞行。系绳卫星由两子卫星组成，它们之间的导体绳沿地球半径方向，如图所示。在电池和感应电动势的共同作用下，导体绳中形成指向地心的电流，等效总电阻为r。导体绳所受的安培力克服大小为f的环境阻力，可使卫星保持在原轨道上。已知卫星离地平均高度为H，导体绳长为 ，地球半径为R，质量为M，轨道处磁感应强度大小为B，方向垂直于赤道平面。忽略地球自转的影响。据此可得，电池电动势为（　　）
A． B．
C． D．
16．（2021·山东）从“玉兔”登月到“祝融”探火，我国星际探测事业实现了由地月系到行星际的跨越。已知火星质量约为月球的9倍，半径约为月球的2倍，“祝融”火星车的质量约为“玉兔”月球车的2倍。在着陆前，“祝融”和“玉兔”都会经历一个由着陆平台支撑的悬停过程。悬停时，“祝融”与“玉兔”所受陆平台的作用力大小之比为（　　）
A．9∶1 B．9∶2 C．36∶1 D．72∶1
17．（2021·浙江）嫦娥五号探测器是我国首个实施月面采样返回的航天器，由轨道器、返回器、着陆器和上升器等多个部分组成。为等待月面采集的样品，轨道器与返回器的组合体环月做圆周运动。已知引力常量G=6.67×10-11N m2/kg2地球质量m=6.0×1024kg，月球质量m2=7.3×1022kg，月地距离r1=3.8×105km，月球半径r2=1.7×103km。当轨道器与返回器的组合体在月球表面上方约200km处做环月匀速圆周运动时，其环绕速度约为（　　）
A．16m/s B．1.1×102m/s
C．1.6×103m/s D．1.4×104m/s
18．（2020·新课标Ⅲ）“嫦娥四号”探测器于2019年1月在月球背面成功着陆，着陆前曾绕月球飞行，某段时间可认为绕月做匀速圆周运动，圆周半径为月球半径的K倍。已知地球半径R是月球半径的P倍，地球质量是月球质量的Q倍，地球表面重力加速度大小为g。则“嫦娥四号”绕月球做圆周运动的速率为（　　）
A． B． C． D．
19．（2020·新课标Ⅱ）若一均匀球形星体的密度为ρ，引力常量为G，则在该星体表面附近沿圆轨道绕其运动的卫星的周期是（　　）
A． B． C． D．
20．（2020·新课标Ⅰ）火星的质量约为地球质量的 ，半径约为地球半径的 ，则同一物体在火星表面与在地球表面受到的引力的比值约为（　　）
A．0.2 B．0.4 C．2.0 D．2.5
21．（2020·天津）北斗问天，国之夙愿。我国北斗三号系统的收官之星是地球静止轨道卫星，其轨道半径约为地球半径的7倍。与近地轨道卫星相比，地球静止轨道卫星（　　）
A．周期大 B．线速度大 C．角速度大 D．加速度大
22．（2020·新高考Ⅰ）我国将在今年择机执行“天问1号”火星探测任务。质量为m的着陆器在着陆火星前，会在火星表面附近经历一个时长为t0、速度由v0减速到零的过程。已知火星的质量约为地球的0.1倍，半径约为地球的0.5倍，地球表面的重力加速度大小为g，忽略火星大气阻力。若该减速过程可视为一个竖直向下的匀减速直线运动，此过程中着陆器受到的制动力大小约为（　　）
A． B．
C． D．
23．（2020·北京）我国首次火星探测任务被命名为“天问一号”。已知火星质量约为地球质量的10%，半径约为地球半径的50%，下列说法正确的是（　　）
A．火星探测器的发射速度应大于地球的第二宇宙速度
B．火星探测器的发射速度应介于地球的第一和第二宇宙速度之间
C．火星的第一宇宙速度大于地球的第一宇宙速度
D．火星表面的重力加速度大于地球表面的重力加速度
24．（2019·海南）2019年5月，我国第45颗北斗卫星发射成功。已知该卫星轨道距地面的高度约为36000km，是“天宫二号”空间实验室轨道高度的90倍左右，则（　　）
A．该卫星的速率比“天宫二号”的大
B．该卫星的周期比“天宫二号”的大
C．该卫星的角速度比“天宫二号”的大
D．该卫星的向心加速度比“天宫二号”的大
25．（2019·江苏）1970年成功发射的“东方红一号”是我国第一颗人造地球卫星，该卫星至今仍沿椭圆轨道绕地球运动．如图所示，设卫星在近地点、远地点的速度分别为v1、v2，近地点到地心的距离为r，地球质量为M，引力常量为G．则（　　）
A． B．
C． D．
26．（2019·北京）2019年5月17日，我国成功发射第45颗北斗导航卫星，该卫星属于地球静止轨道卫星（同步卫星）。该卫星（　　）
A．入轨后可以位于北京正上方
B．入轨后的速度大于第一宇宙速度
C．发射速度大于第二宇宙速度
D．若发射到近地圆轨道所需能量较少
27．（2019·天津）2018年12月8日，肩负着亿万中华儿女探月飞天梦想的嫦娥四号探测器成功发射，“实现人类航天器首次在月球背面巡视探测，率先在月背刻上了中国足迹”。已知月球的质量为 、半径为 ，探测器的质量为 ，引力常量为 ，嫦娥四号探测器围绕月球做半径为 的匀速圆周运动时，探测器的（　　）
A．周期为 B．动能为
C．角速度为 D．向心加速度为
28．（2019·全国Ⅲ卷）金星、地球和火星绕太阳的公转均可视为匀速圆周运动，它们的向心加速度大小分别为a金、a地、a火，它们沿轨道运行的速率分别为v金、v地、v火。已知它们的轨道半径R金A．a金>a地>a火 B．a火>a地>a金
C．v地>v火>v金 D．v火>v地>v金
29．（2019·全国Ⅱ卷）2019年1月，我国嫦娥四号探测器成功在月球背面软着陆，在探测器“奔向”月球的过程中，用h表示探测器与地球表面的距离，F表示它所受的地球引力，能够描F随h变化关系的图像是（　　）
A． B．
C． D．
30．（2019·浙江）据报道，2018 年 12 月 22 日，我国在酒泉卫星发射中心成功发射了“虹云工程技术验证卫 星”，卫星环绕地球运行的周期约为 1.8h。与月球相比，该卫星的（　　）
A．角速度更小 B．环绕速度更小
C．向心加速度更大 D．离地球表面的高度更大
二、多选题
31．（2022·重庆）我国载人航天事业已迈入“空间站时代”。若中国空间站绕地球近似做匀速圆周运动，运行周期为T，轨道半径约为地球半径的倍，已知地球半径为R，引力常量为G，忽略地球自转的影响，则（　　）
A．漂浮在空间站中的宇航员不受地球的引力
B．空间站绕地球运动的线速度大小约为
C．地球的平均密度约为
D．空间站绕地球运动的向心加速度大小约为地面重力加速度的倍
32．（2022·辽宁）如图所示，行星绕太阳的公转可以看成匀速圆周运动。在地图上容易测得地球—水星连线与地球—太阳连线夹角 ，地球—金星连线与地球—太阳连线夹角 ，两角最大值分别为 、 则（　　）
A．水星的公转周期比金星的大
B．水星的公转向心加速度比金星的大
C．水星与金星的公转轨道半径之比为
D．水星与金星的公转线速度之比为
33．（2022·湖南）如图，火星与地球近似在同一平面内，绕太阳沿同一方向做匀速圆周运动，火星的轨道半径大约是地球的1.5倍。地球上的观测者在大多数的时间内观测到火星相对于恒星背景由西向东运动，称为顺行；有时观测到火星由东向西运动，称为逆行。当火星、地球、太阳三者在同一直线上，且太阳和火星位于地球两侧时，称为火星冲日。忽略地球自转，只考虑太阳对行星的引力，下列说法正确的是（　　）
A．火星的公转周期大约是地球的 倍
B．在冲日处，地球上的观测者观测到火星的运动为顺行
C．在冲日处，地球上的观测者观测到火星的运动为逆行
D．在冲日处，火星相对于地球的速度最小
34．（2021·辽宁）2021年2月，我国首个火星探测器“天问一号”实现了对火星的环绕。若已知该探测器在近火星圆轨道与在近地球圆轨道运行的速率比和周期比，则可求出火星与地球的（　　）
A．半径比 B．质量比
C．自转角速度比 D．公转轨道半径比
35．（2021·湖南）2021年4月29日，中国空间站天和核心舱发射升空，准确进入预定轨道。根据任务安排，后续将发射问天实验舱和梦天实验舱，计划2022年完成空间站在轨建造。核心舱绕地球飞行的轨道可视为圆轨道，轨道离地面的高度约为地球半径的 。下列说法正确的是（　　）
A．核心舱进入轨道后所受地球的万有引力大小约为它在地面时的 倍
B．核心舱在轨道上飞行的速度大于
C．核心舱在轨道上飞行的周期小于
D．后续加挂实验舱后，空间站由于质量增大，轨道半径将变小
36．（2020·江苏）甲、乙两颗人造卫星质量相等，均绕地球做圆周运动，甲的轨道半径是乙的2倍。下列应用公式进行的推论正确的有（　　）
A．由 可知，甲的速度是乙的 倍
B．由 可知，甲的向心加速度是乙的2倍
C．由 可知，甲的向心力是乙的
D．由 可知，甲的周期是乙的 倍
三、综合题
37．（2022·北京）利用物理模型对问题进行分析，是重要的科学思维方法。
（1）某质量为m的行星绕太阳运动的轨迹为椭圆，在近日点速度为v1，在远日点速度为v2。求从近日点到远日点过程中太阳对行星所做的功W；
（2）设行星与恒星的距离为r，请根据开普勒第三定律（）及向心力相关知识，证明恒星对行星的作用力F与r的平方成反比；
（3）宇宙中某恒星质量是太阳质量的2倍，单位时间内向外辐射的能量是太阳的16倍。设想地球“流浪”后绕此恒星公转，且在新公转轨道上的温度与“流浪”前一样。地球绕太阳公转的周期为T1，绕此恒星公转的周期为T2，求。

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