2020高考物理 卫星变轨与航天器对接问题(原卷版)

1、2020年高考物理备考微专题精准突破专题2.8卫星变轨与航天器对接问题专题诠释】人造地球卫星的发射过程要经过多次变轨，如图所示，我们从以下几个方面讨论1变轨原理及过程(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I上.(2) 在A点点火加速，由于速度变大，万有引力不足以提供在轨道I上做圆周运动的向心力，卫星做离心运动进入椭圆轨道II.(3) 在B点(远地点)再次点火加速进入圆形轨道III.2物理量的定性分析速度：设卫星在圆轨道I和III上运行时的速率分别为V、v3,在轨道II上过A点和B点时速率分别为vA、vB.因在A点加速，则VA>V，因在B点加速，则V3>VB，

2、又因v1>v3，故有VA>V1>V3>VB.(2) 加速度：因为在A点，卫星只受到万有引力作用，故不论从轨道I还是轨道II上经过A点，卫星的加速度都相同.同理，从轨道II和轨道III上经过B点时加速度也相同.(3) 周期：设卫星在I、II、III轨道上运行周期分别为T、T2、T3，轨道半径分别为厂、r2(半长轴)、r3，由开普勒第三定律T3=k可知T<T2<T3.(4) 机械能：在一个确定的圆(椭圆)轨道上机械能守恒.若卫星在I、II、III轨道的机械能分别为EE2、e3,则e1<e2<e3.高考领航】【2019江苏高考】1970年成功发射的“东

3、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V、v2，近地点到地心的距离为r,地球质量为M,引力常量为G。贝9()AV1>V2,V1=:GMCv1<v2，vi=BD【2017高考全国卷皿】2017年4月，我国成功发射的天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室完成了首次交会对接，对接形成的组合体仍沿天宫二号原来的轨道（可视为圆轨道）运行与天宫二号单独运行时相比组合体运行的（）A. 周期变大B.速率变大C动能变大D.向心加速度变大技巧方法】1从引力和向心力的关系分析变轨问题（1）卫星突然加速（通过发动机瞬间喷气实现，喷气

4、时间不计），则万有引力不足以提供向心力，GMmv'2匚5匚，卫星将做离心运动，变轨到更高的轨道（2）当卫星突然减速时，卫星所需向心力减小，万有引力大于向心力，卫星变轨到较低的轨道2变轨问题考查的热点（1）运动参量的比较：两个轨道切点处，加速度由譽=ma分析，式中“r”表示卫星到地心的距离，a大小相等；由于变轨时发动机要点火工作，故线速度大小不等（2）能量的比较：在离心运动过程中（发动机已关闭），卫星克服引力做功，其动能向引力势能转化，机械能保持不变两个不同的轨道上（圆轨道或椭圆轨道），轨道越高卫星的机械能越大【最新考向解码】【例1】（2019河北衡水中学高三二调）探月工程中，“嫦娥三号

5、”探测器的发射过程可以简化如下：卫星由地面发射后，进入地月转移轨道，经过P点时变轨进入距离月球表面100公里的圆形轨道1，在轨道1上经过Q点时变轨进入椭圆轨道2,轨道2与月球相切于M点，月球车将在M点着陆月球表面。下列说法正确的是（）地iJdU'LLlA. “嫦娥三号”在轨道1上的速度比月球的第一宇宙速度小B. “嫦娥三号”在地月转移轨道上经过P点的速度比在轨道1上经过P点时大C. “嫦娥三号”在轨道1上的运动周期比在轨道2上小D. “嫦娥三号”在轨道1上经过Q点时的加速度小于在轨道2上经过Q点时的加速度【例2】(2019山东枣庄高三上学期期末)2018年5月21日我国发射人类首颗月球

6、中继卫星，鹊桥”，6月14日进入使命轨道一地月拉格朗日L2轨道，为在月球背面着陆的“嫦娥四号”与地球站之间提供通信链路。12月8日，我国成功发射“嫦娥四号”探测器，并于2019年1月3日成功着陆于月球背面，通过中继卫星“鹊桥”传回了月背影像图，如图1所示，揭开了古老月背的神秘面纱。如图2所示，假设“鹊桥”中继卫星在拉格朗日点L2时，与月、地两个大天体保持相对静止。设地球的质量为月球的k倍，地月间距为L,拉格朗日点l2与月球间距为d。地球、月球和制桥”中继卫星均视为质点，忽略太阳对鹊桥”中继星的引力，贝y下列选项正确的是()A. “鹊桥”中继卫星在拉格朗日点L时处于平衡状态B“鹊桥”中继卫星与月

7、球绕地球运动的线速度之比为V鹊：v月=(L+d):LC.k、L、d的关系式为k(L+d)2+d2=L3d.k、l、的关系式为击铲【例3】(2019江西重点中学联考)小型登月器连接在航天站上，一起绕月球做匀速圆周运动，其轨道半径为月球半径的3倍，某时刻，航天站使登月器减速分离，登月器沿如图所示的椭圆轨道登月，在月球表面逗留一段时间完成科考工作后，经快速启动仍沿原椭圆轨道返回，当第一次回到分离点时恰与航天站对接，登月器的快速启动时间可以忽略不计，整个过程中航天站保持原轨道绕月运行已知月球表面的重力加速【微专题精练】1. (2019河北衡水检测)同步卫星的发射方法是变轨发射，即先把卫星发射到离地面高

8、度为200300km的圆形轨道上，这条轨道叫停泊轨道，如图所示，当卫星穿过赤道平面上的P点时，末级火箭点火工作，使卫星进入一条大的椭圆轨道，其远地点恰好在地球赤道上空约36000km处，这条轨道叫转移轨道；当卫星到达远地点Q时，再开动卫星上的发动机，使之进入同步轨道，也叫静止轨道关于同步卫星及其发射过程，下列说法正确的是()A. 在P点火箭点火和Q点开动发动机的目的都是使卫星加速，因此，卫星在静止轨道上运行的线速度大于在停泊轨道运行的线速度B. 在P点火箭点火和Q点开动发动机的目的都是使卫星加速，因此，卫星在静止轨道上运行的机械能大于在停泊轨道运行的机械能C. 卫星在转移轨道上运动的速度大小范

9、围为7.911.2km/sD. 所有地球同步卫星的静止轨道都相同2. 我国发射的“天宫二号”空间实验室与之后发射“神舟十一号”成功完成对接假设“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()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3如图

10、所示，1、3轨道均是卫星绕地球做圆周运动的轨道示意图，1轨道的半径为R，2轨道是一颗卫星绕地球做椭圆运动的轨道示意图，3轨道与2轨道相切于B点，O点为地球球心，AB为椭圆的长轴，三轨道和地心都在同一平面内.已知在1、2两轨道上运动的卫星的周期相等，引力常量为G,地球质量为M,三颗卫星的质量相等，则下列说法正确的是()B. 若卫星在1轨道上的速率为V,卫星在2轨道A点的速率为vA,则VVvAC. 若卫星在1、3轨道上的加速度大小分别为a、a3，卫星在2轨道A点的加速度大小为aA,则aA<a<D. 若OA=0.4R，贝9卫星在2轨道B点的速率vB>5GM4. 我国于2016年9月

11、15日发射了“天宫二号”空间实验室,之后在10月17日,又发射了“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()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5. 北斗导航系统又被称为“双星定位系统

12、”，具有导航、定位等功能.如图所示，北斗导航系统中的两颗工作卫星均绕地心做匀速圆周运动，且轨道半径均为r，某时刻工作卫星1、2分别位于轨道上的A、B两个位置,若两卫星均沿顺时针方向运行，地球表面的重力加速度为g,地球半径为R,不计卫星间的相互作用力，下列判断错误的是()A.这两颗卫星的加速度大小相等，均为笼b.卫星1由A位置运动到b位置所需的时间是3RC. 卫星1由A位置运动到B位置的过程中万有引力不做功D.卫星1向后喷气就一定能够追上卫星26. （2019-湖北八校联考）如图所示为嫦娥三号登月轨迹示意图.图中M点为环地球运行的近地点，N点为环月球运行的近月点.a为环月球运行的圆轨道，b为环月

13、球运行的椭圆轨道，下列说法中正确的是（）A.嫦娥三号在环地球轨道上的运行速度大于11.2km/sB嫦娥三号在M点进入地月转移轨道时应点火加速C. 设嫦娥三号在圆轨道a上经过N点时的加速度为a”在椭圆轨道b上经过N点时的加速度为a2，则a1>a2D. 嫦娥三号在圆轨道a上的机械能小于在椭圆轨道b上的机械能7（2019江南十校联考）据外媒综合报道，英国著名物理学家史蒂芬霍金在2018年3月14日去世，享年76岁这位伟大的物理学家，向人类揭示了宇宙和黑洞的奥秘高中生对黑洞的了解为光速是在星球（黑洞）上的第二宇宙速度对于普通星球，如地球，光速仍远远大于其宇宙速度现对于发射地球同步卫星的过程分析，

14、卫星首先进入椭圆轨道I,P点是轨道I上的近地点，然后在Q点通过改变卫星速度，让卫星进入地球同步轨道II,则()A. 卫星在同步轨道II上的运行速度大于第一宇宙速度7.9km/sB. 该卫星的发射速度必定大于第二宇宙速度11.2km/sC. 在轨道I上，卫星在P点的速度大于第一宇宙速度7.9km/sD. 在轨道I上，卫星在Q点的速度大于第一宇宙速度7.9km/s8.（2019湖北黄冈中学模拟）某卫星在半径为r的轨道1上做圆周运动，动能为Ek，变轨到轨道2上后，动能比在轨道1上减小了AE,在轨道2上也做圆周运动，则轨道2的半径为（）.EkAkrEk-AErkAECrEk-AEk唸rEk-AED七厂

15、r9.（2019江西重点中学联考）如图所示为某飞船从轨道I经两次变轨绕火星飞行的轨迹图，其中轨道II为圆轨道，轨道III为椭圆轨道，三个轨道相切于P点，P、Q两点分别是椭圆轨道III的远火星点和近火星点，S是轨道II上的点，P、Q、S三点与火星中心在同一直线上，且PQ=2QS,下列说法正确的是()A. 飞船在P点由轨道I进入轨道II可向运动方向喷气B. 飞船在轨道II上由P点运动到S点的时间是飞船在轨道III上由P点运动到Q点的时间的2.25倍C. 飞船在轨道II上S点的速度小于在轨道III上P点的速度D. 飞船在轨道II上S点与在轨道III上P点的加速度大小不相等10.如图所示，探月卫星的发射过程可简化如下：首先进入绕地球运行的，停泊