4-5-3-热点突破：卫星(航天器)的变轨及对接问题

1、航天器)的变轨及对接问题,01,02,03,04,课堂互动,轨道ii,轨道i,卫星由低轨道 高轨道的运行分析,课堂互动,命题角度1卫星的变轨、对接问题 1卫星发射及变轨过程概述 人造卫星的发射过程要经过多次变轨方可到达预定轨道，如图4所示。 (1)为了节省能量，在赤道上顺着地球自转方向发射卫星到圆轨道 上。 (2)在a点点火加速，由于速度变大，万有引力不足以提供向心力，卫星做离心运动进入椭圆轨道。 (3)在b点(远地点)再次点火加速进入圆形轨道,2对接 航天飞船与宇宙空间站的“对接”实际上就是两个做匀速圆周运动的物体追赶问题，本质仍然是卫星的变轨运行问题,例4】如图5，宇宙飞船a在低轨道上飞行

2、，为了给更高轨道的宇宙空间站b输送物质，需要与b对接，它可以采用喷气的方法改变速度，从而达到改变轨道的目的，则以下说法正确的是(,题组剖析,a它应沿运行速度方向喷气，与b对接后周期比低轨道时的小 b它应沿运行速度的反方向喷气，与b对接后周期比低轨道时的大 c它应沿运行速度方向喷气，与b对接后周期比低轨道时的大 d它应沿运行速度的反方向喷气，与b对接后周期比低轨道时的小,a使飞船与空间实验室在同一轨道上运行，然后飞船 加速追上空间实验室实现对接 b使飞船与空间实验室在同一轨道上运行，然后空间 实验室减速等待飞船实现对接 c飞船先在比空间实验室半径小的轨道上加速，加速 后飞船逐渐靠近空间实验室，两

3、者速度接近时实现对接 d飞船先在比空间实验室半径小的轨道上减速，减速后飞船逐渐靠近空间实验室，两者速度接近时实现对接,题组剖析,变式训练3】(2016天津理综，3)我国即将发射“天宫二号”空间实验室，之后发射“神舟十一号”飞船与“天宫二号”对接。假设“天宫二号”与“神舟十一号”都围绕地球做匀速圆周运动，为了实现飞船与空间实验室的对接，下列措施可行的是(,转到解析,题组剖析,解析若使飞船与空间站在同一轨道上运行，然后飞船加速，所需向心力变大，则飞船将脱离原轨道而进入更高的轨道，不能实现对接，选项a错误；若使飞船与空间站在同一轨道上运行，然后空间站减速，所需向心力变小，则空间站将脱离原轨道而进入更

4、低的轨道，不能实现对接，选项b错误；要想实现对接，可使飞船在比空间实验室半径较小的轨道上加速，然后飞船将进入较高的空间实验室轨道，逐渐靠近空间实验室后，两者速度接近时实现对接，选项c正确；若飞船在比空间实验室半径较小的轨道上减速，则飞船将进入更低的轨道，不能实现对接，选项d错误。 答案 c,转回原题,题组剖析,命题角度2变轨前、后各物理量的比较 1航天器变轨问题的三点注意事项 (1)航天器变轨时半径的变化，根据万有引力和所需向心力的大小关系判断；稳定在新圆轨道上的运行速度变化由v 判断。 (2)航天器在不同轨道上运行时机械能不同，轨道半径越大，机械能越大。 (3)航天器经过不同轨道的相交点时，

5、加速度相等，外轨道的速度大于内轨道的速度,题组剖析,2卫星变轨的实质,a“墨子号”在轨道b上由p向q运动的过程中速率越来越大 b“墨子号”在轨道c上经过q点的速率大于在轨道a上经过 p点的速率 c“墨子号”在轨道b上经过p时的向心加速度大于在轨道a 上经过p点时的向心加速度 d“墨子号”在轨道b上经过q点时受到的地球的引力小于经过p点时受到的地球的引力,题组剖析,例5】2017年1月18日，世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”在圆满完成4个月的在轨测试任务后，正式交付用户单位使用。如图7为“墨子号”变轨示意图，轨道a与轨道b相切于p点，轨道b与轨道c相切于q点，以下说法正确的是(,转到解析,题组

6、剖析,转回原题,a“神舟十一号”在m点加速，可以在p点与“天宫二号”相遇 b“神舟十一号”在m点经一次加速，即可变轨到轨道2 c“神舟十一号”经变轨后速度总大于变轨前的速度 d“神舟十一号”变轨后的运行周期总大于变轨前的运行周期,题组剖析,变式训练4】(多选)2016年10月19日，“神舟十一号”与“天宫二号”成功实现交会对接。如图8所示，交会对接前“神舟十一号”飞船先在较低圆轨道1上运动，在适当位置经变轨与在圆轨道2上运动的“天宫二号”对接。m、q两点在轨道1上，p点在轨道2上，三点连线过地球球心，把飞船的加速过程简化为只做一次短时加速。下列关于“神舟十一号”变轨过程的描述正确的有(,转到解

7、析,题组剖析,转回原题,题组剖析,命题角度3天体中的“追及相遇”问题 【例6】(多选)如图9，三个质点a、b、c的质量分别为m1、m2、m(m远大于m1及m2)，在c的万有引力作用下，a、b在同一平面内绕c沿逆时针方向做匀速圆周运动，已知轨道半径之比为rarb14，则下列说法正确的有(,转到解析,aa、b运动的周期之比为tatb18 ba、b运动的周期之比为tatb14 c从图示位置开始，在b转动一周的过程中，a、b、c共线12次 d从图示位置开始，在b转动一周的过程中，a、b、c共线14次,题组剖析,转回原题,规律总结,1)变轨的 两种情况,两个不同轨道的“切点”处线速度v不相等， 图中vv

8、b，vav,同一个椭圆轨道上近地点和远地点线速度 大小不相等，从远地点到近地点万有引力对卫星做正功，动能增大(引力势能减小)，图中vavb，ekaekb，epaepb,两个不同圆轨道上的线速度v不相等，轨道半径越大，v越小，图中vv,2)相关物理量的比较,规律总结,解题模板,规律总结,b,a,e机不变 e动不变 e势不变,卫星几种运动形式的能量转化问题,e机不变 e动变化 e势变化,轨道ii,轨道i,e机增加 e动变化 e势变化,规律总结,t1,t2,对于天体追及问题的处理思路,在与地球上物体追及时，要根据地球上 物体与同步卫星角速度相同的特点进行判断,2)根据两星追上或相距最近时满足两星运行

9、的角度差等于2 的整数倍，相距最远时，两星运行的角度差等于的奇数倍,题组剖析,变式训练5】假设有一载人宇宙飞船在距地面高度为4 200 km 的赤道上空绕地球做匀速圆周运动，地球半径约为6 400 km，地球同步卫星距地面高为36 000 km，宇宙飞船和一地球同步卫星绕地球同向运动，每当两者相距最近时，宇宙飞船就向同步卫星发射信号，然后再由同步卫星将信号发送到地面接收站，某时刻两者相距最远，从此刻开始，在一昼夜的时间内，接收站共接收到信号的次数为() a4次 b6次 c7次 d8次,转到解析,题组剖析,转回原题,备选训练,转到解析,1 (2017沈阳质量监测)我国正在进行的探月工程是高新技术

10、领域的一项重大科技活动，在探月工程中飞行器成功变轨至关重要。如图6所示，假设月球半径为r，月球表面的重力加速度为g0，飞行器在距月球表面高度为3r的圆形轨道运动，到达轨道的a点处点火变轨进入椭圆轨道，到达轨道的近月点b再次点火进入近月轨道绕月球做圆周运动，则(,备选训练,转回原题,2. (多选)如图是“嫦娥三号”飞行轨道示意图。假设“嫦娥三号”运行经过p点第一次通过近月制动使“嫦娥三号”在距离月面高度为100 km的圆轨道上运动，再次经过p点时第二次通过近月制动使“嫦娥三号”在距离月面近地点为q、高度为15 km，远地点为p、高度为100 km的椭圆轨道上运动，下列说法正确的是() a“嫦娥三

11、号”在距离月面高度为100 km 的圆轨道上运动时速度大小可能变化 b“嫦娥三号”在距离月面高度100 km的 圆轨道上运动的周期一定大于在椭圆 轨道上运动的周期 c“嫦娥三号”在椭圆轨道上运动经过q 点时的加速度一定大于经过p点时的加速度 d“嫦娥三号”在椭圆轨道上运动经过 q点时的速度可能小于经过p点时的速度,备选训练,转到解析,备选训练,转回原题,解析“嫦娥三号”在距离月面高度为100 km的圆轨道上运动是匀速圆周运动，速度大小不变，选项a错误； 由于圆轨道的轨道半径大于椭圆轨道半长轴，根据开普勒定律，“嫦娥三号”在距离月面高度100 km的圆轨道上运动的周期一定大于在椭圆轨道上运动的周期，选项b正确； 由于在q点“嫦娥三号”所受万有