高考物理热点：卫星(航天器)的变轨及对接问题

ContentsPage目录页热点突破：卫星(航天器)的变轨及对接问题

能力课2.典例剖析3.规律方法4.备选训练5.高考模拟演练1.热点透析1.热点透析轨道II轨道I

1.卫星由低轨道

高轨道的运行分析

2.卫星由高轨道

低轨道的运行分析

轨道I

卫星在运动中的能量卫星的追及相遇问题一、某星体的两颗卫星从相距最近到再次相距最近遵从的规律：T1T2设t为再次相遇时间,则有t/T2－

t/T１＝N,其中N为t时间相遇的次数.内轨道卫星所转过的圆心角与外轨道卫星所转过的圆心角之差为2π的整数倍。二、某星体的两颗卫星从相距最近到相距最远遵从的规律：内轨道卫星所转过的圆心角与外轨道卫星所转过的圆心角之差为π的奇数倍。设t为相距最远时间,则有t/T2－

t/T１＝N+0.5,其中N为t时间相遇的次数.2.典例剖析角度1变轨前后各物理量的比较【真题示例2】(2015·全国卷Ⅰ，21)(多选)我国发射的“嫦娥三号”登月探测器靠近月球后，先在月球表面附近的近似圆轨道上绕月运行；然后经过一系列过程，在离月面4m高处做一次悬停(可认为是相对于月球静止)；最后关闭发动机，探测器自由下落。已知探测器的质量约为1.3×103kg，地球质量约为月球的81倍，地球半径约为月球的3.7倍，地球表面的重力加速度大小约为9.8m/s2。则此探测器(

)A．在着陆前的瞬间，速度大小约为8.9m/sB．悬停时受到的反冲作用力约为2×103NC．从离开近月圆轨道到着陆这段时间内，机械能守恒D．在近月圆轨道上运行的线速度小于人造卫星在近地圆轨道上运行的线速度转到解析转回原题【真题示例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(

)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转到解析图5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，可使飞船在比空间试验室半径较小的轨道上加速，然后飞船将进入较高的空间试验室轨道，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；若飞船在比空间试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【真题示例4】(2014·全国卷Ⅰ，19)(多选)太阳系各行星几乎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，天文学称为“行星冲日”。据报道，2014年各行星冲日时间分别是：1月6日木星冲日；4月9日火星冲日；5月11日土星冲日；8月29日海王星冲日；10月8日天王星冲日。已知地球及各地外行星绕太阳运动的轨道半径如下表所示。则下列判断正确的是(

)A.各地外行星每年都会出现冲日现象B．在2015年内一定会出现木星冲日C．天王星相邻两次冲日的时间间隔为土星的一半D．地外行星中，海王星相邻两次冲日的时间间隔最短转到解析星球地球火星木星土星天王星海王星轨道半径(AU)1.01.55.29.51930转回原题3.规律方法人造地球卫星的发射过程要经过多次变轨,过程简图如图所示。(1)变轨的两种情况(2)相关物理量的比较①两个不同轨道的“切点”处线速度v不相等，图中vⅢ＞vⅡB＞vⅡA＞vⅠ。②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vⅡA＞vⅡB，EkⅡA＞EkⅡB，EpⅡA＜EpⅡB。③两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vⅠ＞vⅢ。解题模板BAE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IE机增加E动变化E势变化T1T2

对于天体追及问题的处理思路：【变式训练2】(2016·北京海淀区期中测试)(多选)某载人飞船运行的轨道示意图如图3所示，飞船先沿椭圆轨道1运行，近地点为Q，远地点为P。当飞船经过点P时点火加速，使飞船由椭圆轨道1转移到圆轨道2上运行，在圆轨道2上飞船运行周期约为90min。关于飞船的运行过程，下列说法中正确的是(

)A．飞船在轨道1和轨道2上运动时的机械能相等B．飞船在轨道1上运行经过P点的速度小于经过Q点的速度C．轨道2的半径小于地球同步卫星的轨道半径D．飞船在轨道1上运行经过P点的加速度等于在轨道2上运行经过P点的加速度转到解析转回原题解析根据开普勒第二定律，月球从近地点到达远地点过程中，速度逐渐减小，万有引力做负功，A、C错误；因为随着地、月之间距离变大，万有引力减小，向心加速度也变小，B错误；月球运动过程只有万有引力做功，机械能守恒，D正确。答案D

【变式训练3】2016年11月14日，近70年来最大最圆的月亮(“超级月亮”)现身天宇，这是月球运动到了近地点的缘故。然后月球离开近地点向着远地点而去，“超级月亮”也与我们渐行渐远。在月球从近地点到达远地点的过程中，下面说法正确的是(

)A．月球运动速度越来越大B．月球的向心加速度越来越大C．地球对月球的万有引力做正功D．虽然离地球越来越远，但月球的机械能不变解析显隐【变式训练4】宇宙飞船和空间站在同一轨道上运动，若飞船想与前面的空间站对接，飞船为了追上轨道空间站，可采取最好的方法是(

)A．飞船加速直到追上空间站，完成对接B．飞船从原轨道减速至一个较低轨道，再加速追上空间站完成对接C．飞船加速至一个较高轨道再减速追上空间站完成对接D．无论飞船采取何种措施，均不能与空间站对接转到解析转回原题【变式训练5】假设有一载人宇宙飞船在距地面高度为4200km的赤道上空绕地球做匀速圆周运动，地球半径约为6400km，地球同步卫星距地面高为36000km，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(

)

A．4次B．6次C．7次D．8次转到解析转回原题4.备选训练【备选训练】(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100km的圆轨道Ⅰ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15km，远地点为P、高度为100km的椭圆轨道Ⅱ上运动，下列说法正确的是(

)转到解析A．“嫦娥三号”在距离月面高度为100km的圆轨道Ⅰ上运动时速度大小可能变化B．“嫦娥三号”在距离月面高度100km的圆轨道Ⅰ上运动的周期一定大于在椭圆轨道Ⅱ上运动的周期C．“嫦娥三号”在椭圆轨道Ⅱ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Ⅱ上运动经过Q点时的速度可能小于经过P点时的速度解析

“嫦娥三号”在距离月面高度为100km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100km的圆轨道Ⅰ上运动的周期一定大于在椭圆轨道Ⅱ上运动的周期，选项B正确；由于在Q点“嫦娥三号”所受万有引力大，所以“嫦娥三号”在椭圆轨道Ⅱ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，选项C正确；“嫦娥三号”在椭圆轨道上运动的引力势能和动能之和保持不变，Q点的引力势能小于P点的引力势能，所以“嫦娥三号”在椭圆轨道Ⅱ上运动到Q点的动能较大，速度较大，所以“嫦娥三号”在椭圆轨道Ⅱ上运动经过Q点时的速度一定大于经过P点时的速度，选项D错误。答案BC转回原题

【备选训练】我国女宇航员王亚平搭乘“神舟十号”飞船于2013年6月上旬飞向太空,“神舟十号”发射初始轨道为近地点约200km、远地点约330km的椭圆轨道,升空后再和目标飞行器“天宫一号”对接,交会对接轨道为距地约343km的近圆轨道.假设“神舟十号”飞船发射升空后,先后经历了多次变轨,调整到处于“天宫一号”目标飞行器后方约52km处,并与“天宫一号”处于距离地面高度相同的同一圆形轨道上,最后与“天宫一号”实施对接,完成浪漫的“太空之吻”.忽略它们之间的万有引力,则(

)A．“神舟十号”与“天宫一号”受到地球吸引力的大小相等B．“神舟十号”由初始椭圆轨道变为最终的圆形轨道时周期变长C．“天宫一号”的速度比地球同步卫星速度小D．对接前，“神舟