熱點(diǎn)突破衛(wèi)星航天器的變軌和對(duì)接問(wèn)題

衛(wèi)星(航天器)的變軌及對(duì)接問(wèn)題01020304備選訓(xùn)練

課堂互動(dòng)

題組剖析

規(guī)律總結(jié)

課堂互動(dòng)軌道II軌道I

衛(wèi)星由低軌道高軌道的運(yùn)行分析

課堂互動(dòng)命題角度1衛(wèi)星的變軌、對(duì)接問(wèn)題1．衛(wèi)星發(fā)射及變軌過(guò)程概述人造衛(wèi)星的發(fā)射過(guò)程要經(jīng)過(guò)多次變軌方可到達(dá)預(yù)定軌道，如圖4所示。(1)為了節(jié)省能量，在赤道上順著地球自轉(zhuǎn)方向發(fā)射衛(wèi)星到圓軌道Ⅰ上。(2)在A點(diǎn)點(diǎn)火加速，由于速度變大，萬(wàn)有引力不足以提供向心力，衛(wèi)星做離心運(yùn)動(dòng)進(jìn)入橢圓軌道Ⅱ。(3)在B點(diǎn)(遠(yuǎn)地點(diǎn))再次點(diǎn)火加速進(jìn)入圓形軌道Ⅲ。2．對(duì)接航天飛船與宇宙空間站的“對(duì)接”實(shí)際上就是兩個(gè)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體追趕問(wèn)題，本質(zhì)仍然是衛(wèi)星的變軌運(yùn)行問(wèn)題?！纠?】如圖5，宇宙飛船A在低軌道上飛行，為了給更高軌道的宇宙空間站B輸送物質(zhì)，需要與B對(duì)接，它可以采用噴氣的方法改變速度，從而達(dá)到改變軌道的目的，則以下說(shuō)法正確的是(

)題組剖析A．它應(yīng)沿運(yùn)行速度方向噴氣，與B對(duì)接后周期比低軌道時(shí)的小B．它應(yīng)沿運(yùn)行速度的反方向噴氣，與B對(duì)接后周期比低軌道時(shí)的大C．它應(yīng)沿運(yùn)行速度方向噴氣，與B對(duì)接后周期比低軌道時(shí)的大D．它應(yīng)沿運(yùn)行速度的反方向噴氣，與B對(duì)接后周期比低軌道時(shí)的小A．使飛船與空間實(shí)驗(yàn)室在同一軌道上運(yùn)行，然后飛船加速追上空間實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)對(duì)接B．使飛船與空間實(shí)驗(yàn)室在同一軌道上運(yùn)行，然后空間實(shí)驗(yàn)室減速等待飛船實(shí)現(xiàn)對(duì)接C．飛船先在比空間實(shí)驗(yàn)室半徑小的軌道上加速，加速后飛船逐漸靠近空間實(shí)驗(yàn)室，兩者速度接近時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)接D．飛船先在比空間實(shí)驗(yàn)室半徑小的軌道上減速，減速后飛船逐漸靠近空間實(shí)驗(yàn)室，兩者速度接近時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)接題組剖析【變式訓(xùn)練3】

(2016·天津理綜，3)我國(guó)即將發(fā)射“天宮二號(hào)”空間實(shí)驗(yàn)室，之后發(fā)射“神舟十一號(hào)”飛船與“天宮二號(hào)”對(duì)接。假設(shè)“天宮二號(hào)”與“神舟十一號(hào)”都圍繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，為了實(shí)現(xiàn)飛船與空間實(shí)驗(yàn)室的對(duì)接，下列措施可行的是(

)轉(zhuǎn)到解析題組剖析解析若使飛船與空間站在同一軌道上運(yùn)行，然后飛船加速，所需向心力變大，則飛船將脫離原軌道而進(jìn)入更高的軌道，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)接，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；若使飛船與空間站在同一軌道上運(yùn)行，然后空間站減速，所需向心力變小，則空間站將脫離原軌道而進(jìn)入更低的軌道，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)接，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；要想實(shí)現(xiàn)對(duì)接，可使飛船在比空間實(shí)驗(yàn)室半徑較小的軌道上加速，然后飛船將進(jìn)入較高的空間實(shí)驗(yàn)室軌道，逐漸靠近空間實(shí)驗(yàn)室后，兩者速度接近時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)接，選項(xiàng)C正確；若飛船在比空間實(shí)驗(yàn)室半徑較小的軌道上減速，則飛船將進(jìn)入更低的軌道，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)接，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案C轉(zhuǎn)回原題題組剖析命題角度2變軌前、后各物理量的比較1．航天器變軌問(wèn)題的三點(diǎn)注意事項(xiàng)(1)航天器變軌時(shí)半徑的變化，根據(jù)萬(wàn)有引力和所需向心力的大小關(guān)系判斷；穩(wěn)定在新圓軌道上的運(yùn)行速度變化由v＝判斷。(2)航天器在不同軌道上運(yùn)行時(shí)機(jī)械能不同，軌道半徑越大，機(jī)械能越大。(3)航天器經(jīng)過(guò)不同軌道的相交點(diǎn)時(shí)，加速度相等，外軌道的速度大于內(nèi)軌道的速度。題組剖析2．衛(wèi)星變軌的實(shí)質(zhì)A．“墨子號(hào)”在軌道B上由P向Q運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中速率越來(lái)越大B．“墨子號(hào)”在軌道C上經(jīng)過(guò)Q點(diǎn)的速率大于在軌道A上經(jīng)過(guò)P點(diǎn)的速率C．“墨子號(hào)”在軌道B上經(jīng)過(guò)P時(shí)的向心加速度大于在軌道A上經(jīng)過(guò)P點(diǎn)時(shí)的向心加速度D．“墨子號(hào)”在軌道B上經(jīng)過(guò)Q點(diǎn)時(shí)受到的地球的引力小于經(jīng)過(guò)P點(diǎn)時(shí)受到的地球的引力題組剖析【例5】

2017年1月18日，世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”在圓滿(mǎn)完成4個(gè)月的在軌測(cè)試任務(wù)后，正式交付用戶(hù)單位使用。如圖7為“墨子號(hào)”變軌示意圖，軌道A與軌道B相切于P點(diǎn)，軌道B與軌道C相切于Q點(diǎn)，以下說(shuō)法正確的是(

)轉(zhuǎn)到解析題組剖析轉(zhuǎn)回原題A．“神舟十一號(hào)”在M點(diǎn)加速，可以在P點(diǎn)與“天宮二號(hào)”相遇B．“神舟十一號(hào)”在M點(diǎn)經(jīng)一次加速，即可變軌到軌道2C．“神舟十一號(hào)”經(jīng)變軌后速度總大于變軌前的速度D．“神舟十一號(hào)”變軌后的運(yùn)行周期總大于變軌前的運(yùn)行周期題組剖析【變式訓(xùn)練4】

(多選)2016年10月19日，“神舟十一號(hào)”與“天宮二號(hào)”成功實(shí)現(xiàn)交會(huì)對(duì)接。如圖8所示，交會(huì)對(duì)接前“神舟十一號(hào)”飛船先在較低圓軌道1上運(yùn)動(dòng)，在適當(dāng)位置經(jīng)變軌與在圓軌道2上運(yùn)動(dòng)的“天宮二號(hào)”對(duì)接。M、Q兩點(diǎn)在軌道1上，P點(diǎn)在軌道2上，三點(diǎn)連線(xiàn)過(guò)地球球心，把飛船的加速過(guò)程簡(jiǎn)化為只做一次短時(shí)加速。下列關(guān)于“神舟十一號(hào)”變軌過(guò)程的描述正確的有(

)轉(zhuǎn)到解析題組剖析轉(zhuǎn)回原題題組剖析命題角度3天體中的“追及相遇”問(wèn)題【例6】

(多選)如圖9，三個(gè)質(zhì)點(diǎn)a、b、c的質(zhì)量分別為m1、m2、M(M遠(yuǎn)大于m1及m2)，在c的萬(wàn)有引力作用下，a、b在同一平面內(nèi)繞c沿逆時(shí)針?lè)较蜃鰟蛩賵A周運(yùn)動(dòng)，已知軌道半徑之比為ra∶rb＝1∶4，則下列說(shuō)法正確的有(

)轉(zhuǎn)到解析A．a(chǎn)、b運(yùn)動(dòng)的周期之比為T(mén)a∶Tb＝1∶8B．a(chǎn)、b運(yùn)動(dòng)的周期之比為T(mén)a∶Tb＝1∶4C．從圖示位置開(kāi)始，在b轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過(guò)程中，a、b、c共線(xiàn)12次D．從圖示位置開(kāi)始，在b轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過(guò)程中，a、b、c共線(xiàn)14次題組剖析轉(zhuǎn)回原題規(guī)律總結(jié)人造地球衛(wèi)星的發(fā)射過(guò)程要經(jīng)過(guò)多次變軌,過(guò)程簡(jiǎn)圖如圖所示。(1)變軌的兩種情況①兩個(gè)不同軌道的“切點(diǎn)”處線(xiàn)速度v不相等，圖中vⅢ＞vⅡB，vⅡA＞vⅠ。②同一個(gè)橢圓軌道上近地點(diǎn)和遠(yuǎn)地點(diǎn)線(xiàn)速度大小不相等，從遠(yuǎn)地點(diǎn)到近地點(diǎn)萬(wàn)有引力對(duì)衛(wèi)星做正功，動(dòng)能增大(引力勢(shì)能減小)，圖中vⅡA＞vⅡB，EkⅡA＞EkⅡB，EpⅡA＜EpⅡB。③兩個(gè)不同圓軌道上的線(xiàn)速度v不相等，軌道半徑越大，v越小，圖中vⅠ＞vⅢ。(2)相關(guān)物理量的比較規(guī)律總結(jié)解題模板規(guī)律總結(jié)BAE機(jī)不變E動(dòng)不變E勢(shì)不變衛(wèi)星幾種運(yùn)動(dòng)形式的能量轉(zhuǎn)化問(wèn)題E機(jī)不變E動(dòng)變化E勢(shì)變化軌道II軌道IE機(jī)增加E動(dòng)變化E勢(shì)變化規(guī)律總結(jié)T1T2對(duì)于天體追及問(wèn)題的處理思路：在與地球上物體追及時(shí)，要根據(jù)地球上物體與同步衛(wèi)星角速度相同的特點(diǎn)進(jìn)行判斷。(2)根據(jù)兩星追上或相距最近時(shí)滿(mǎn)足兩星運(yùn)行的角度差等于2π的整數(shù)倍，相距最遠(yuǎn)時(shí)，兩星運(yùn)行的角度差等于π的奇數(shù)倍。題組剖析【變式訓(xùn)練5】假設(shè)有一載人宇宙飛船在距地面高度為4200km的赤道上空繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，地球半徑約為6400km，地球同步衛(wèi)星距地面高為36000km，宇宙飛船和一地球同步衛(wèi)星繞地球同向運(yùn)動(dòng)，每當(dāng)兩者相距最近時(shí)，宇宙飛船就向同步衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)，然后再由同步衛(wèi)星將信號(hào)發(fā)送到地面接收站，某時(shí)刻兩者相距最遠(yuǎn)，從此刻開(kāi)始，在一晝夜的時(shí)間內(nèi)，接收站共接收到信號(hào)的次數(shù)為(

)A．4次B．6次C．7次D．8次轉(zhuǎn)到解析題組剖析轉(zhuǎn)回原題備選訓(xùn)練轉(zhuǎn)到解析1．(2017·沈陽(yáng)質(zhì)量監(jiān)測(cè))我國(guó)正在進(jìn)行的探月工程是高新技術(shù)領(lǐng)域的一項(xiàng)重大科技活動(dòng)，在探月工程中飛行器成功變軌至關(guān)重要。如圖6所示，假設(shè)月球半徑為R，月球表面的重力加速度為g0，飛行器在距月球表面高度為3R的圓形軌道Ⅰ運(yùn)動(dòng)，到達(dá)軌道的A點(diǎn)處點(diǎn)火變軌進(jìn)入橢圓軌道Ⅱ，到達(dá)軌道的近月點(diǎn)B再次點(diǎn)火進(jìn)入近月軌道Ⅲ繞月球做圓周運(yùn)動(dòng)，則(

)備選訓(xùn)練轉(zhuǎn)回原題2.(多選)如圖是“嫦娥三號(hào)”飛行軌道示意圖。假設(shè)“嫦娥三號(hào)”運(yùn)行經(jīng)過(guò)P點(diǎn)第一次通過(guò)近月制動(dòng)使“嫦娥三號(hào)”在距離月面高度為100km的圓軌道Ⅰ上運(yùn)動(dòng)，再次經(jīng)過(guò)P點(diǎn)時(shí)第二次通過(guò)近月制動(dòng)使“嫦娥三號(hào)”在距離月面近地點(diǎn)為Q、高度為15km，遠(yuǎn)地點(diǎn)為P、高度為100km的橢圓軌道Ⅱ上運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法正確的是(

)A．“嫦娥三號(hào)”在距離月面高度為100km的圓軌道Ⅰ上運(yùn)動(dòng)時(shí)速度大小可能變化B．“嫦娥三號(hào)”在距離月面高度100km的圓軌道Ⅰ上運(yùn)動(dòng)的周期一定大于在橢圓軌道Ⅱ上運(yùn)動(dòng)的周期C．“嫦娥三號(hào)”在橢圓軌道Ⅱ上運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)Q點(diǎn)時(shí)的加速度一定大于經(jīng)過(guò)P點(diǎn)時(shí)的加速度D．“嫦娥三號(hào)”在橢圓軌道Ⅱ上運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)Q點(diǎn)時(shí)的速度可能小于經(jīng)過(guò)P點(diǎn)時(shí)的速度備選訓(xùn)練轉(zhuǎn)到解析備選訓(xùn)練轉(zhuǎn)回原題解析

“嫦娥三號(hào)”在距離月面高度為100km的圓軌道上運(yùn)動(dòng)是勻速圓周運(yùn)動(dòng)，速度大小不變，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由于圓軌道的軌道半徑大于橢圓軌道半長(zhǎng)軸，根據(jù)開(kāi)普勒定律，“嫦娥三號(hào)”在距離月面高度100km的圓軌道Ⅰ上運(yùn)動(dòng)的周期一定大于在橢圓軌道Ⅱ上運(yùn)動(dòng)的周期，選項(xiàng)B正確；由