7.1-7.2 行星的运动 万有引力定律（重难点训练）物理人教版必修第二册

7.1-7.2 行星的运动 万有引力定律 一、开普勒第一定律 1 二、开普勒第二定律 4 三、开普勒第三定律 7 四、万有引力定律的内容,推导及适用范围 10 五、万有引力的计算 13 六、空壳内及地表下的万有引力 15 一、开普勒第一定律 1．某行星绕太阳运动的轨道如图所示，则以下说法正确的是（　　） A．太阳在椭圆的一个焦点上 B．该行星在a点的速率比在b、c两点的速率都小 C．该行星在c点的速率比在a、b两点的速率都大 D．行星与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积是相等的 【答案】AD 【详解】A．根据开普勒第一定律可知，行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳在椭圆的一个焦点上，故A正确； BCD．根据开普勒第二定律可知，太阳与行星的连线在相等的时间内扫过的面积相等，则行星在近日点的速率最大，在远日点的速率最小，故D正确，BC错误。 故选AD。 2．北京冬奥会开幕式24节气倒计时惊艳全球。如图所示为地球和火星绕太阳运行的椭圆轨道及地球轨道不同位置对应的节气，其中地球在近日点时距离太阳中心约14710万千米（对应冬至附近），在远日点时距离约15210万千米（对应夏至附近），下列说法正确的是（　　） A．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 B．在任意相等时间内，火星与太阳的连线扫过的面积等于地球与太阳的连线扫过的面积 C．地球自转周期的平方与轨道半长轴三次方的比值是一个仅与太阳质量有关的常数 D．经过近日点、远日点两位置的瞬时速度大小之比约为1.03 【答案】AD 【详解】A．地球和火星都是绕太阳运行的行星，由开普勒第一定律可知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，故A正确； B．根据开普勒第二定律，对每一个行星而言，太阳与行星的连线在相同时间内扫过的面积相等，而火星和地球在不同轨道上绕太阳运转，则在任意相等时间内，火星与太阳的连线扫过的面积不等于地球与太阳的连线扫过的面积，故B错误； C．根据开普勒第三定律可知，地球公转周期的平方与轨道半长轴三次方的比值是一个仅与太阳质量有关的常数，故C错误； D．根据开普勒第二定律可知，经过近日点、远日点两位置时速度关系满足 则瞬时速度大小之比为，D正确。 故选AD。 3．2025年2月28日前后，在夜空观察时，太阳系中的土星、水星、海王星、金星、天王星、木星和火星将大致连成一条直线，上演“七星连珠”天象，则下列说法正确的是（　　） A．金星和火星在相同时间内与太阳连线扫过的面积相同 B．火星在近日点的速度大于火星在远日点的速度 C．这些行星的轨迹是椭圆，太阳在椭圆中心 D．七星连成一线时角速度恰好相同 【答案】B 【详解】A．根据开普勒第二定律，同一行星在相同时间内与太阳连线扫过的面积相等，但金星和火星是不同行星，轨道参数不同，扫过的面积速率不同，A错误； B．根据开普勒第二定律，行星在近日点速度最大，远日点速度最小，火星在近日点的速度大于远日点的速度，B正确； C．开普勒第一定律指出行星轨道是椭圆，但太阳位于椭圆的一个焦点上，而非中心，C错误； D．行星角速度由轨道半径决定，根据开普勒第三定律，轨道半径越大，公转周期越大，角速度越小，七星连珠时各行星角速度不同，D错误。 故选B。 4．如图所示为地球绕太阳公转轨道的示意图，若仅考虑太阳对地球的引力作用，下列说法正确的是（　　） A．夏至时地球的运行速度最大 B．从冬至到春分的运行时间为公转周期的四分之一 C．地球和太阳的连线在相等时间内扫过的面积相等 D．地球绕太阳运动的轨迹是椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上 【答案】CD 【详解】A．根据开普勒第二定律，冬至时地球的运行速度最大，A错误； B．根据开普勒第二定律，冬至时地球的运行速度最大，夏至时地球的运行速度最小，从冬至到春分的运行时间小于公转周期的四分之一，B错误； C．根据开普勒第二定律，地球和太阳的连线在相等时间内扫过的面积相等，C正确； D．根据开普勒第一定律，地球绕太阳运动的轨迹是椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上，D正确。 故选CD。 5．下列关于开普勒定律的描述中，说法正确的是（　　） A．离太阳越近的行星，公转周期越长 B．行星绕太阳运动时，太阳处在椭圆的一个焦点上 C．行星从远日点向近日点运动时，速率逐渐减小 D．地球绕太阳的轨道半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值与月球绕地球的轨道半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值相等 【答案】B 【详解】A．根据开普勒第三定律，轨道半长轴的三次方与公转周期的平方的比值恒定，离太阳越近（半长轴越小），周期越短，故A错误； B．根据开普勒第一定律，行星绕太阳运动的轨道是椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上，故B正确； C．根据开普勒第二定律，行星在近日点速率最大，远日点速率最小，从远日点向近日点运动时速率逐渐增大，故C错误； D．地球绕太阳的轨道半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值由太阳质量决定，月球绕地球的轨道半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值由地球质量决定，两者不相等，故D错误。 故选B。 二、开普勒第二定律 6．在太阳系中，地球和火星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行。根据开普勒行星运动定律可知（　　） A．地球和火星绕太阳运行的速度大小始终相等 B．地球与太阳连线在相等的时间内扫过的面积相等 C．地球与火星公转周期之比的平方等于它们轨道半长轴之比的立方 D．在相同时间内，地球与太阳连线扫过的面积等于火星与太阳连线扫过的面积 【答案】BC 【详解】A．根据开普勒第二定律可知，地球和火星绕太阳运行速度的大小会随到太阳的距离不同而发生变化，在近日点速度最大，在远日点速度最小，故A错误； B．根据开普勒第二定律可知，相同时间内，地球与太阳连线在相等的时间内扫过的面积相等，故B正确； C．根据开普勒第三定律，可知地球与火星公转周期之比的平方等于它们轨道半长轴之比的立方，故C正确； D．根据开普勒第二定律可知，相同时间内，同一行星与太阳连线在相等的时间内扫过的面积相等；但地球与火星在不同的轨道上，所以在相同时间内，地球与太阳连线扫过的面积不等于火星与太阳连线扫过的面积，故D错误。 故选BC。 7．2025年3月24日凌晨起，“指环王”土星的光环上演了持续数日的“消失”奇观。太阳系八大行星按距日由近及远依次为:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星，如图所示，土星和地球绕太阳运行的轨迹均为椭圆，下列说法正确的是（    ） A．土星绕太阳运行过程中速率不变 B．地球靠近太阳的过程中运行速率减小 C．土星绕太阳运行一周的时间比地球绕太阳运行一周的时间长 D．在相等时间内土星和太阳的连线扫过的面积与地球和太阳的连线扫过的面积相等 【答案】C 【详解】A．土星绕太阳运行的轨迹为椭圆，速率随时间变化，故A错误； B．地球靠近太阳的过程中，距离太阳变近，根据开普勒第二定律，相同时间内地球和太阳的连线扫过的面积相等，故相同时间内地球运动的路程要变大，故地球运行速率增大，故B错误； C．土星距离太阳比地球更远，由开普勒第三定律可得，土星绕太阳运行一周的时间比地球绕太阳运行一周的时间长，故C正确； D．由开普勒第二定律知，同一行星在相等时间内和太阳的连线扫过的面积相等，故D项错误。 故选C。 8．二十四节气是我国古代历法的独创，早在西汉时期的《淮南子》中就有记载，它是根据地球在公转轨道上不同位置所反映的寒暑变化并结合相应的气象条件和自然现象（即物候）来命名的。现行二十四节气划分以地球和太阳的连线每扫过定为一个节气，如图为二十四个节气对应的地球在公转轨道上位置的示意图，其中冬至时地球在近日点附近，春分、秋分点与太阳刚好在同一直线上。则下列说法正确的是（　　） A．春分点与秋分点，地球环绕太阳公转速度相同 B．地球从小暑到冬至做加速运动 C．春分、夏至、秋分、冬至四个节气刚好将一年的时间四等分 D．立春附近相邻两节气与立秋附近相邻两节气的时间间隔相同 【答案】B 【详解】A．根据图像可知，春分点与秋分点，地球关于太阳对称，地球到太阳的间距相等，根据开普勒第二定律可知，地球环绕太阳公转速度大小相等，但方向不同，故A错误； B．地球从小暑到冬至，离太阳越来越近，则做加速运动，故B正确； C．由于冬至时地球在近日点附近，夏至时地球在远日点附近，则地球从秋分经冬至到春分的平均速度大于地球从春分经夏至到冬至的平均速度，则地球从秋分经冬至到春分的时间间隔小于地球从春分经夏至到冬至的时间间隔，可知，春分、夏至、秋分、冬至四个节气并没有将一年的时间四等分，故C错误； D．立春附近相邻两节气到太阳的间距小于立秋附近相邻两节气到太阳的间距，根据开普勒第二定律可知，立春附近相邻两节气位置的速度大小大于立秋附近相邻两节气位置的速度，则立春附近相邻两节气的时间间隔小于立秋附近相邻两节气的时间间隔，故D错误。 故选B。 9．我国“鹊桥二号”通导技术试验卫星发射升空，卫星主要用于地月空间通导技术验证。“鹊桥二号”采用周期为24h的环月椭圆冻结轨道（如图），A点为近月点，B点为远月点，CD为椭圆轨道的短轴，下列有关“鹊桥二号”的说法正确的是（　　） A．从A经C到B的运动时间为12h B．从A经C到B的运动过程中加速度逐渐增大 C．从A经C到B的运动过程中速度逐渐减小 D．在C、D两点的加速度方向指向 【答案】AC 【详解】A．“鹊桥二号”采用周期为24h，根据运动特点可知从A经C到B的运动时间为12h，故A正确； B．从A经C到B的运动过程中“鹊桥二号”受到的万有引力逐渐减小，所以“鹊桥二号”加速度逐渐减小，故B错误； C．“鹊桥二号”从A经C到B的运动过程中，引力做负功，速度逐渐减小，故C正确； D．“鹊桥二号”在C、D点受到月亮的万有引力，加速度方向指向月球球心，故D错误。 故选AC。 10．如图所示，椭圆为天王星绕太阳的运动轨道，运行周期为，点为轨道中心，。则天王星（　　） A．从到和从到的运动时间相等 B．运动到点和点时的速度相等 C．和太阳的连线在相同时间内扫过的面积相等 D．的值跟太阳的质量无关 【答案】C 【详解】AB．在天王星绕太阳运动的椭圆轨道上，近日点速度大，远日点速度小，则 从到和从到的路程相同，所以时间，AB错误； C．根据开普勒第二定律可知，天王星与太阳的连线在相同的时间内扫过的面积相同，C正确； D．根据开普勒第三定律可知，绕同一个中心天体转动的行星的轨道半长轴的三次方与周期平方之比为定值，即 为常数与中心天体的质量有关，D错误。 故选C。 三、开普勒第三定律 11．如图所示，A、B为地球的两个轨道共面的人造卫星，运行方向相同，A为地球同步卫星，A、B两卫星的轨道半径的比值为k，地球自转周期为T0。某时刻A、B两卫星距离达到最近，从该时刻起到A、B间距离最远所经历的最短时间为（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】由开普勒第三定律得 设两卫星至少经过时间t距离最远，即B比A多转半圈，即 又由A是地球同步卫星知TA＝T0，联立解得，故选C。 12． 如图所示，宇宙飞船奔向月球之前，会先绕地球做周期为T的椭圆运动。宇宙飞船靠近地球表面做匀速圆周运动的周期为T0，A为椭圆轨道的近地点，C为椭圆轨道的远地点。下列说法正确的是（　　） A．飞船沿顺时针方向从A点至第一次运动到D点的时间为 B．飞船沿顺时针方向从A点至第一次运动到C点的时间小于0.5T0 C．若A、C两点间的距离是地球半径的10倍，则 D．若A、C两点间的距离是地球半径的10倍，则 【答案】C 【详解】A．飞船沿顺时针方向从A点至第一次运动到D点的时间小于T， A错误； B．根据开普勒第三定律得 飞船沿顺时针方向从A点至第一次运动到C点的时间为 解得，B错误； CD．设地球的半径为R，椭圆轨道的半长轴为5R，由开普勒第三定律有 解得， C正确，D错误。 故选C。 13．分别与地球公转轨道外切和内切的小行星甲和小行星乙的公转轨道如图所示，假设这些小行星与地球的公转轨道都在同一平面内，地球的公转半径为R，公转周期为T，小行星甲的远日点到太阳的距离为R1，小行星乙的近日点到太阳的距离为R2，则（　　） A．小行星甲在远日点的速度大于其在近日点的速度 B．小行星乙在远日点的加速度小于地球公转加速度 C．小行星甲与小行星乙的运行周期之比 D．小行星甲从远日点到近日点的时间为 【答案】D 【详解】A．根据开普勒第二定律，小行星甲在远日点的速度小于近日点的速度，故A错误； B．根据，小行星乙在远日点的加速度等于地球公转加速度，故B错误； C．根据开普勒第三定律，小行星甲与乙的运行周期之，故C错误； D．根据开普勒第三定律，小行星从远日点到近日点的时间为周期的一半，即，故D正确。 故选D。 14．北京2022年冬奥会开幕式二十四节气倒计时惊艳全球。如图所示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．冬至时地球的运行速度最小 B．从冬至到春分的运行时间和夏至到秋分的运行时间相等 C．若用a代表行星绕日运动的椭圆轨道半长轴，T代表公转周期，，则地球和火星对应的k值是不同的 D．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 【答案】D 【详解】A．根据开普勒第二定律，行星与太阳的连线在相等时间内扫过的面积相等，冬至时地球离太阳较近，运行速度大；夏至时离太阳较远，运行速度小，故A错误； B．冬至到春分、夏至到秋分，地球绕太阳运行的轨道对应的圆心角相同，但冬至到春分地球运动平均速度大（离太阳近），所以运行时间短；夏至到秋分地球运动平均速度小（离太阳远），运行时间长，二者不相等，故B错误； C．根据开普勒第三定律 k只与中心天体（太阳）有关，地球和火星都绕太阳运动，所以对应的k值相同，故C错误； D．根据开普勒第一定律，所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上，所以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，故D正确。 故选D。 15．墨子卫星运行轨道为如图所示的绕地球E运动的椭圆轨道，地球E位于椭圆的一个焦点上。轨道上标记了墨子卫星经过相等时间间隔 （，T为轨道周期）的位置。不考虑其他天体对卫星的作用力，则下列说法中正确的是（　　） A．图中标记出的两区域面积 B．由标记点的疏密可知卫星在A点的速度小于 B点的速度 C．，其中C为与地球质量有关的常数，a为椭圆半长轴 D．，其中C为与地球质量有关的常数，a为椭圆半长轴 【答案】C 【详解】A．根据开普勒第二定律可知，墨子卫星绕地球运动时，墨子卫星与地球连线在相同时间内扫过的面积相等，则有，故A错误； B．根据开普勒第二定律可知，卫星在近地点速度最大，在远地点速度最小，由题图可知卫星在A点的速度大于 B点的速度，故B错误； CD．根据开普勒第三定律：所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等，即 其中C为与地球质量有关的常数，a为椭圆半长轴，故C正确，D错误。 故选C。 四、万有引力定律的内容,推导及适用范围 16．“月—地检验”表明地面上物体受到地球的引力与月球受到地球的引力遵从同样的规律，它们属于同一性质的力，把地球看作均质球体，地球表面上物体都随地球自转，下列说法正确的是（　　） A．物体在赤道受到的地球引力等于重力 B．物体在北极受到的地球引力等于重力 C．物体在南极受到的地球引力等于重力 D．同一物体在南纬30°和北纬30°受到的重力大小相等 【答案】BCD 【详解】A．把地球看作均质球体，则物体在地球表面任何位置受到地球的引力都相等，此引力的两个分力一个是物体的重力，另一个提供物体随地球自转的向心力。在赤道上，向心力最大，重力最小，故A错误； BC．在两极，向心力为0，物体受到的地球引力等于重力，选项BC正确； D．同一物体在南纬30°和北纬30°的向心加速度大小相等且均指向地轴，因此同一物体在南纬30°和北纬30°受到的重力大小相等，故D正确。 故选BCD。 17．物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了人类文明的进步，下列说法符合史实的是（　　） A．开普勒总结了行星运动定律，指出了太阳处在所有行星运行轨道的中心上 B．牛顿提出了万有引力定律，并通过实验精确测量了引力常量G的数值 C．开普勒、胡克、哈雷等科学家为万有引力定律的发现作出了贡献 D．牛顿通过比较月球公转的向心加速度和地球赤道上物体随地球自转的向心加速度，对万有引力定律进行了“月地检验” 【答案】C 【详解】A．开普勒第一定律指出行星绕太阳的轨道是椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上，而非所有轨道的中心，故A错误； B．牛顿提出了万有引力定律，但引力常量G的测量由卡文迪许完成，故B错误； C．开普勒的行星定律为万有引力定律奠定基础，胡克提出引力概念，哈雷推动理论完善，故C正确； D．“月地检验”是比较月球公转向心加速度与地球表面重力加速度的关系，而非地球赤道物体的向心加速度，故D错误。 故选C。 18．关于行星运动定律和万有引力定律的建立过程，下列说法正确的是（　　） A．第谷通过整理大量的天文观测数据得到行星运动规律 B．开普勒指出，所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处于椭圆的中心处 C．卡文迪什在实验室里通过扭秤实验得出了引力常量的数值 D．牛顿通过比较月球公转的向心加速度和地球赤道上物体随地球自转的向心加速度，对万有引力定律进行了“月地检验” 【答案】C 【详解】A．第谷进行了长期的天文观测积累了大量的天文观测数据，但行星运动规律是由开普勒分析其数据得出的，故A错误； B．开普勒第一定律指出行星轨道为椭圆，但太阳位于椭圆的一个焦点上，故B错误； C．卡文迪什通过扭秤实验首次测定了引力常量，故C正确； D．牛顿的“月地检验”是通过比较月球公转向心加速度与地球表面重力加速度的关系验证万有引力定律，而非与地球赤道上的自转向心加速度比较，故D错误。 故选C。 19．在万有引力定律得出的过程中，物理学家进行了著名的“月—地”检测。已知月心到地心的距离r、月球的公转周期T，地球的半径R、质量M，地球表面的重力加速度g，地面上物体所受重力，地球吸引月球的力。下列关于“月—地”检测的说法中正确的是（　　） A．“月—地”检测的目的是验证、是同一性质的力 B．“月—地”检测的目的是测定万有引力常量G C．用r、R、M和g正确推导就能完成“月—地”检测 D．用r、R、T和g正确推导就能完成“月—地”检测 【答案】AD 【详解】AB．“月—地”检测的目的是验证地球对月球的引力与地球对地面物体的引力是否为‌同一种性质的力‌，并验证这种力是否遵循‌平方反比规律‌。故A正确，B错误； CD．对月球 对地面上的物体 若计算得到就可以完成“月—地”检测。因此需要用到的物理量是r、R、T和g。故C错误，D正确。 故选AD。 20．苹果的落地引起牛顿对“使月球绕地球运动的力”与“使苹果落地的力”是否遵循同样规律的思考。设月球绕地球做匀速圆周运动，月心到地心的距离约为地球半径60倍，地球表面的重力加速度取。 (1)若“使月球绕地球运动的力”与“使苹果落地的力”遵循同样规律，则月球的加速度应为多大？ (2)已知月球绕地球运动的周期约为27天，地球的半径约为，取，请你利用所给的条件，计算月球的向心加速度并判断“使月球绕地球运动的力”与“使苹果落地的力”是否遵循同样规律？ 【答案】(1) (2)遵循同样规律 【详解】（1）若“使月球绕地球运动的力”与“使苹果落地的力”遵循同样规律，则对苹果应用牛顿第二定律得 对月球应用牛顿第二定律得 联立可得 （2）月球绕地球做匀速圆周运动，其向心加速度为 角速度与周期的关系为 代入数据可得 所以 则“使月球绕地球运动的力”与“使苹果落地的力”遵循同样规律。 五、万有引力的计算 21．北京时间2025年4月24日，神舟二十号载人飞船成功发射，随后与空间站组合体完成自主快速交会对接。我国空间站目前在轨质量约为100吨，在距离地面400km的高度绕地运行，绕地周期约为90min。 已知地球半径为6400 km，请根据以上信息，估算空间站在轨运行时所受合力的大小约为（    ） A．9.2×105 N B．9.2×107 N C．9.2×109 N D．9.2×1011 N 【答案】A 【详解】空间站绕地球做圆周运动，所受合力即向心力，根据万有引力提供向心力，有 故选A。 22．某行星绕太阳运动的轨道为椭圆，如图所示。该行星经过轨道上a、b、c、d四个位置时，与太阳之间的万有引力最大对应的位置是（　　） A．a B．b C．c D．d 【答案】D 【详解】根据万有引力表达式可得太阳之间对行星的引力为 图中d位置离太阳最近，所以行星在d位置受到太阳的万有引力最大。 故选D。 23．将地球视为半径为R的均匀球体，物体受地球引力大小F随它距地面高度h变化的关系图像可能正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】根据万有引力表达式 根据题图可知 当时， 故选D。 24．已知地球质量约为火星质量的10倍。一火星探测器在地球与火星之间，当地球对它的引力与火星对它的引力大小相等时，探测器距地球的距离与距火星的距离之比为（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】设地球质量为，火星质量为。探测器到地球的距离为，到火星的距离为。根据万有引力定律，当引力相等时 得 因此探测器距地球与火星的距离之比为。 故选C。 25．如图所示，2012年5月21日清晨我国的部分地区看到了日环食现象。北京地区看到了日偏食现象。如果已知太阳的质量M日、地球的质量M地、月球的质量M月，发生日环食时，可以认为地球、月球和太阳在一条直线上，地球中心到太阳中心的距离R1、地球中心到月球的中心的距离R2。则发生日环食时，地球所受太阳和月球万有引力的合力等于（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】太阳对地球的引力大小为 月球对地球的引力大小为 两引力方向一致，则地球所受太阳和月球万有引力的合力等于为 故选D。 六、空壳内及地表下的万有引力 26．有一质量为2m、半径为R、密度均匀的球体，在距离球心O为2R的地方有一质量为m1的质点。现从2m的大球体中挖去半径为的小球体，如图所示，则剩余部分对质点m1的万有引力为（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】利用“割补法”可知，剩余部分对m1的万有引力为， 联立可得，故选C。 27．如图所示，是一个半径为，质量为M的密度均匀球体的球心，现在其内以为球心挖去一个半径为R的球，并在空心球内某点P放置一个质量为m的质点。若已知质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零，万有引力常量G，则球剩余部分对该质点的万有引力（　　） A．方向由P点指向 B．方向由指向 C．大小为 D．大小为 【答案】B 【详解】AB．设球的密度为，则实心大球质量可表示为，由题意可知质量分布均匀的薄球壳对壳内物体的引力为零，实心大球对P点的引力等于以为半径的实心小球对质点P的引力。以为半径的实心小球的质量为 所以为半径的实心小球对P点的引力为 同理，以为半径的实心小球的质量为 则以为半径的实心小球对P点的引力为 受力情况如下图，由几何关系可知 故平行于，故A错误B正确； CD．由上述分析可知，解得，故CD错误。 故选B。 28．如图所示，两个质量均为M的球分别位于圆环、半圆环的圆心。环的质量分布均匀，且其粗细忽略不计。若甲图中环对球的万有引力大小为F，则乙图中环对球的万有引力大小为（　　） A．F B． C． D． 【答案】B 【详解】利用分割法将甲环分成三个圆环，则关于圆心对称的两个圆环对球的万有引力的合力必为0，根据题意得剩余圆环对球的万有引力大小为F。再利用分割法将乙环分成两个圆环，则每个圆环对球的万有引力大小均为F，由数学知识易得二者的合力为，故A、C、D错误，B正确； 故选B。 29．2023年3月26日记者从中国石油大庆油田获悉，大庆油田累计生产原油突破25亿吨．已知地球的质量为M，半径为R（地球视为质量分布均匀的球体，质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零），引力常量为G，假如大庆油田的某油井向地心挖掘的深度为（k为常数），则井底一个质量为m的挖井工人与地球之间的万有引力大小为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】设地球密度为，将地球分别看作半径为的球（质量设为）和厚度为的球壳．由于质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零，即球壳对井底工人的引力为零，则井底工人和地球之间的万有引力为 根据球体质量与体积的关系可知 联立可得 故选A。 30．有人设想建设贯通地球弦线的光滑列车隧道：质量为m的列车不需要引擎，从入口的A点由静止开始穿过隧道到达另一端的B点，为隧道的中点，与地心O的距离为，如图所示。假设地球是质量均匀分布的球体，地球的半径为R，表面的重力加速度为g，忽略地球的自转。已知质量均匀分布的球壳对球壳内物体的引力为零，P点到的距离为x，引力常量为G，求： (1)列车在P点受到引力的大小与列车在地面受到重力大小mg的比值； (2)列车在P点沿隧道AB方向的加速度大小。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）设地球的质量为，则在地面附近时 设P点到地心的距离为r，则有 其中，， 代入可得 （2）设，则 结合上述分析可知，P点的重力加速度为 列车运动到P点加速度满足 解得 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 7.1-7.2 行星的运动 万有引力定律 一、开普勒第一定律 1 二、开普勒第二定律 3 三、开普勒第三定律 5 四、万有引力定律的内容,推导及适用范围 7 五、万有引力的计算 8 六、空壳内及地表下的万有引力 9 一、开普勒第一定律 1．某行星绕太阳运动的轨道如图所示，则以下说法正确的是（　　） A．太阳在椭圆的一个焦点上 B．该行星在a点的速率比在b、c两点的速率都小 C．该行星在c点的速率比在a、b两点的速率都大 D．行星与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积是相等的 2．北京冬奥会开幕式24节气倒计时惊艳全球。如图所示为地球和火星绕太阳运行的椭圆轨道及地球轨道不同位置对应的节气，其中地球在近日点时距离太阳中心约14710万千米（对应冬至附近），在远日点时距离约15210万千米（对应夏至附近），下列说法正确的是（　　） A．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 B．在任意相等时间内，火星与太阳的连线扫过的面积等于地球与太阳的连线扫过的面积 C．地球自转周期的平方与轨道半长轴三次方的比值是一个仅与太阳质量有关的常数 D．经过近日点、远日点两位置的瞬时速度大小之比约为1.03 3．2025年2月28日前后，在夜空观察时，太阳系中的土星、水星、海王星、金星、天王星、木星和火星将大致连成一条直线，上演“七星连珠”天象，则下列说法正确的是（　　） A．金星和火星在相同时间内与太阳连线扫过的面积相同 B．火星在近日点的速度大于火星在远日点的速度 C．这些行星的轨迹是椭圆，太阳在椭圆中心 D．七星连成一线时角速度恰好相同 4．如图所示为地球绕太阳公转轨道的示意图，若仅考虑太阳对地球的引力作用，下列说法正确的是（　　） A．夏至时地球的运行速度最大 B．从冬至到春分的运行时间为公转周期的四分之一 C．地球和太阳的连线在相等时间内扫过的面积相等 D．地球绕太阳运动的轨迹是椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上 5．下列关于开普勒定律的描述中，说法正确的是（　　） A．离太阳越近的行星，公转周期越长 B．行星绕太阳运动时，太阳处在椭圆的一个焦点上 C．行星从远日点向近日点运动时，速率逐渐减小 D．地球绕太阳的轨道半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值与月球绕地球的轨道半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值相等 二、开普勒第二定律 6．在太阳系中，地球和火星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行。根据开普勒行星运动定律可知（　　） A．地球和火星绕太阳运行的速度大小始终相等 B．地球与太阳连线在相等的时间内扫过的面积相等 C．地球与火星公转周期之比的平方等于它们轨道半长轴之比的立方 D．在相同时间内，地球与太阳连线扫过的面积等于火星与太阳连线扫过的面积 7．2025年3月24日凌晨起，“指环王”土星的光环上演了持续数日的“消失”奇观。太阳系八大行星按距日由近及远依次为:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星，如图所示，土星和地球绕太阳运行的轨迹均为椭圆，下列说法正确的是（    ） A．土星绕太阳运行过程中速率不变 B．地球靠近太阳的过程中运行速率减小 C．土星绕太阳运行一周的时间比地球绕太阳运行一周的时间长 D．在相等时间内土星和太阳的连线扫过的面积与地球和太阳的连线扫过的面积相等 8．二十四节气是我国古代历法的独创，早在西汉时期的《淮南子》中就有记载，它是根据地球在公转轨道上不同位置所反映的寒暑变化并结合相应的气象条件和自然现象（即物候）来命名的。现行二十四节气划分以地球和太阳的连线每扫过定为一个节气，如图为二十四个节气对应的地球在公转轨道上位置的示意图，其中冬至时地球在近日点附近，春分、秋分点与太阳刚好在同一直线上。则下列说法正确的是（　　） A．春分点与秋分点，地球环绕太阳公转速度相同 B．地球从小暑到冬至做加速运动 C．春分、夏至、秋分、冬至四个节气刚好将一年的时间四等分 D．立春附近相邻两节气与立秋附近相邻两节气的时间间隔相同 9．我国“鹊桥二号”通导技术试验卫星发射升空，卫星主要用于地月空间通导技术验证。“鹊桥二号”采用周期为24h的环月椭圆冻结轨道（如图），A点为近月点，B点为远月点，CD为椭圆轨道的短轴，下列有关“鹊桥二号”的说法正确的是（　　） A．从A经C到B的运动时间为12h B．从A经C到B的运动过程中加速度逐渐增大 C．从A经C到B的运动过程中速度逐渐减小 D．在C、D两点的加速度方向指向 10．如图所示，椭圆为天王星绕太阳的运动轨道，运行周期为，点为轨道中心，。则天王星（　　） A．从到和从到的运动时间相等 B．运动到点和点时的速度相等 C．和太阳的连线在相同时间内扫过的面积相等 D．的值跟太阳的质量无关 三、开普勒第三定律 11．如图所示，A、B为地球的两个轨道共面的人造卫星，运行方向相同，A为地球同步卫星，A、B两卫星的轨道半径的比值为k，地球自转周期为T0。某时刻A、B两卫星距离达到最近，从该时刻起到A、B间距离最远所经历的最短时间为（　　） A． B． C． D． 12． 如图所示，宇宙飞船奔向月球之前，会先绕地球做周期为T的椭圆运动。宇宙飞船靠近地球表面做匀速圆周运动的周期为T0，A为椭圆轨道的近地点，C为椭圆轨道的远地点。下列说法正确的是（　　） A．飞船沿顺时针方向从A点至第一次运动到D点的时间为 B．飞船沿顺时针方向从A点至第一次运动到C点的时间小于0.5T0 C．若A、C两点间的距离是地球半径的10倍，则 D．若A、C两点间的距离是地球半径的10倍，则 13．分别与地球公转轨道外切和内切的小行星甲和小行星乙的公转轨道如图所示，假设这些小行星与地球的公转轨道都在同一平面内，地球的公转半径为R，公转周期为T，小行星甲的远日点到太阳的距离为R1，小行星乙的近日点到太阳的距离为R2，则（　　） A．小行星甲在远日点的速度大于其在近日点的速度 B．小行星乙在远日点的加速度小于地球公转加速度 C．小行星甲与小行星乙的运行周期之比 D．小行星甲从远日点到近日点的时间为 14．北京2022年冬奥会开幕式二十四节气倒计时惊艳全球。如图所示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．冬至时地球的运行速度最小 B．从冬至到春分的运行时间和夏至到秋分的运行时间相等 C．若用a代表行星绕日运动的椭圆轨道半长轴，T代表公转周期，，则地球和火星对应的k值是不同的 D．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 15．墨子卫星运行轨道为如图所示的绕地球E运动的椭圆轨道，地球E位于椭圆的一个焦点上。轨道上标记了墨子卫星经过相等时间间隔 （，T为轨道周期）的位置。不考虑其他天体对卫星的作用力，则下列说法中正确的是（　　） A．图中标记出的两区域面积 B．由标记点的疏密可知卫星在A点的速度小于 B点的速度 C．，其中C为与地球质量有关的常数，a为椭圆半长轴 D．，其中C为与地球质量有关的常数，a为椭圆半长轴 四、万有引力定律的内容,推导及适用范围 16．“月—地检验”表明地面上物体受到地球的引力与月球受到地球的引力遵从同样的规律，它们属于同一性质的力，把地球看作均质球体，地球表面上物体都随地球自转，下列说法正确的是（　　） A．物体在赤道受到的地球引力等于重力 B．物体在北极受到的地球引力等于重力 C．物体在南极受到的地球引力等于重力 D．同一物体在南纬30°和北纬30°受到的重力大小相等 17．物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了人类文明的进步，下列说法符合史实的是（　　） A．开普勒总结了行星运动定律，指出了太阳处在所有行星运行轨道的中心上 B．牛顿提出了万有引力定律，并通过实验精确测量了引力常量G的数值 C．开普勒、胡克、哈雷等科学家为万有引力定律的发现作出了贡献 D．牛顿通过比较月球公转的向心加速度和地球赤道上物体随地球自转的向心加速度，对万有引力定律进行了“月地检验” 18．关于行星运动定律和万有引力定律的建立过程，下列说法正确的是（　　） A．第谷通过整理大量的天文观测数据得到行星运动规律 B．开普勒指出，所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处于椭圆的中心处 C．卡文迪什在实验室里通过扭秤实验得出了引力常量的数值 D．牛顿通过比较月球公转的向心加速度和地球赤道上物体随地球自转的向心加速度，对万有引力定律进行了“月地检验” 19．在万有引力定律得出的过程中，物理学家进行了著名的“月—地”检测。已知月心到地心的距离r、月球的公转周期T，地球的半径R、质量M，地球表面的重力加速度g，地面上物体所受重力，地球吸引月球的力。下列关于“月—地”检测的说法中正确的是（　　） A．“月—地”检测的目的是验证、是同一性质的力 B．“月—地”检测的目的是测定万有引力常量G C．用r、R、M和g正确推导就能完成“月—地”检测 D．用r、R、T和g正确推导就能完成“月—地”检测 20．苹果的落地引起牛顿对“使月球绕地球运动的力”与“使苹果落地的力”是否遵循同样规律的思考。设月球绕地球做匀速圆周运动，月心到地心的距离约为地球半径60倍，地球表面的重力加速度取。 (1)若“使月球绕地球运动的力”与“使苹果落地的力”遵循同样规律，则月球的加速度应为多大？ (2)已知月球绕地球运动的周期约为27天，地球的半径约为，取，请你利用所给的条件，计算月球的向心加速度并判断“使月球绕地球运动的力”与“使苹果落地的力”是否遵循同样规律？ 五、万有引力的计算 21．北京时间2025年4月24日，神舟二十号载人飞船成功发射，随后与空间站组合体完成自主快速交会对接。我国空间站目前在轨质量约为100吨，在距离地面400km的高度绕地运行，绕地周期约为90min。 已知地球半径为6400 km，请根据以上信息，估算空间站在轨运行时所受合力的大小约为（    ） A．9.2×105 N B．9.2×107 N C．9.2×109 N D．9.2×1011 N 22．某行星绕太阳运动的轨道为椭圆，如图所示。该行星经过轨道上a、b、c、d四个位置时，与太阳之间的万有引力最大对应的位置是（　　） A．a B．b C．c D．d 23．将地球视为半径为R的均匀球体，物体受地球引力大小F随它距地面高度h变化的关系图像可能正确的是（　　） A． B． C． D． 24．已知地球质量约为火星质量的10倍。一火星探测器在地球与火星之间，当地球对它的引力与火星对它的引力大小相等时，探测器距地球的距离与距火星的距离之比为（　　） A． B． C． D． 25．如图所示，2012年5月21日清晨我国的部分地区看到了日环食现象。北京地区看到了日偏食现象。如果已知太阳的质量M日、地球的质量M地、月球的质量M月，发生日环食时，可以认为地球、月球和太阳在一条直线上，地球中心到太阳中心的距离R1、地球中心到月球的中心的距离R2。则发生日环食时，地球所受太阳和月球万有引力的合力等于（　　） A． B． C． D． 六、空壳内及地表下的万有引力 26．有一质量为2m、半径为R、密度均匀的球体，在距离球心O为2R的地方有一质量为m1的质点。现从2m的大球体中挖去半径为的小球体，如图所示，则剩余部分对质点m1的万有引力为（　　） A． B． C． D． 27．如图所示，是一个半径为，质量为M的密度均匀球体的球心，现在其内以为球心挖去一个半径为R的球，并在空心球内某点P放置一个质量为m的质点。若已知质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零，万有引力常量G，则球剩余部分对该质点的万有引力（　　） A．方向由P点指向 B．方向由指向 C．大小为 D．大小为 28．如图所示，两个质量均为M的球分别位于圆环、半圆环的圆心。环的质量分布均匀，且其粗细忽略不计。若甲图中环对球的万有引力大小为F，则乙图中环对球的万有引力大小为（　　） A．F B． C． D． 29．2023年3月26日记者从中国石油大庆油田获悉，大庆油田累计生产原油突破25亿吨．已知地球的质量为M，半径为R（地球视为质量分布均匀的球体，质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零），引力常量为G，假如大庆油田的某油井向地心挖掘的深度为（k为常数），则井底一个质量为m的挖井工人与地球之间的万有引力大小为（　　） A． B． C． D． 30．有人设想建设贯通地球弦线的光滑列车隧道：质量为m的列车不需要引擎，从入口的A点由静止开始穿过隧道到达另一端的B点，为隧道的中点，与地心O的距离为，如图所示。假设地球是质量均匀分布的球体，地球的半径为R，表面的重力加速度为g，忽略地球的自转。已知质量均匀分布的球壳对球壳内物体的引力为零，P点到的距离为x，引力常量为G，求： (1)列车在P点受到引力的大小与列车在地面受到重力大小mg的比值； (2)列车在P点沿隧道AB方向的加速度大小。 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $