高考物理熱點：衛(wèi)星(航天器)的變軌及對接問題

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能力課2.典例剖析3.規(guī)律方法4.備選訓練5.高考模擬演練1.熱點透析1.熱點透析軌道II軌道I

1.衛(wèi)星由低軌道

高軌道的運行分析

2.衛(wèi)星由高軌道

低軌道的運行分析

軌道I

衛(wèi)星在運動中的能量衛(wèi)星的追及相遇問題一、某星體的兩顆衛(wèi)星從相距最近到再次相距最近遵從的規(guī)律：T1T2設t為再次相遇時間,則有t/T2－

t/T１＝N,其中N為t時間相遇的次數.內軌道衛(wèi)星所轉過的圓心角與外軌道衛(wèi)星所轉過的圓心角之差為2π的整數倍。二、某星體的兩顆衛(wèi)星從相距最近到相距最遠遵從的規(guī)律：內軌道衛(wèi)星所轉過的圓心角與外軌道衛(wèi)星所轉過的圓心角之差為π的奇數倍。設t為相距最遠時間,則有t/T2－

t/T１＝N+0.5,其中N為t時間相遇的次數.2.典例剖析角度1變軌前后各物理量的比較【真題示例2】(2015·全國卷Ⅰ，21)(多選)我國發(fā)射的“嫦娥三號”登月探測器靠近月球后，先在月球表面附近的近似圓軌道上繞月運行；然后經過一系列過程，在離月面4m高處做一次懸停(可認為是相對于月球靜止)；最后關閉發(fā)動機，探測器自由下落。已知探測器的質量約為1.3×103kg，地球質量約為月球的81倍，地球半徑約為月球的3.7倍，地球表面的重力加速度大小約為9.8m/s2。則此探測器(

)A．在著陸前的瞬間，速度大小約為8.9m/sB．懸停時受到的反沖作用力約為2×103NC．從離開近月圓軌道到著陸這段時間內，機械能守恒D．在近月圓軌道上運行的線速度小于人造衛(wèi)星在近地圓軌道上運行的線速度轉到解析轉回原題【真題示例3】(2016·天津理綜，3)我國即將發(fā)射“天宮二號”空間實驗室，之后發(fā)射“神舟十一號”飛船與“天宮二號”對接。假設“天宮二號”與“神舟十一號”都圍繞地球做勻速圓周運動，為了實現飛船與空間實驗室的對接，下列措施可行的是(

)A．使飛船與空間實驗室在同一軌道上運行，然后飛船加速追上空間實驗室實現對接B．使飛船與空間實驗室在同一軌道上運行，然后空間實驗室減速等待飛船實現對接C．飛船先在比空間實驗室半徑小的軌道上加速，加速后飛船逐漸靠近空間實驗室，兩者速度接近時實現對接D．飛船先在比空間實驗室半徑小的軌道上減速，減速后飛船逐漸靠近空間實驗室，兩者速度接近時實現對接轉到解析圖5解析若使飛船與空間站在同一軌道上運行，然后飛船加速，所需向心力變大，則飛船將脫離原軌道而進入更高的軌道，不能實現對接，選項A錯誤；若使飛船與空間站在同一軌道上運行，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入更低的軌道，不能實現對接，選項B錯誤；要想實現對接，可使飛船在比空間試驗室半徑較小的軌道上加速，然后飛船將進入較高的空間試驗室軌道，逐漸靠近空間實驗室后，兩者速度接近時實現對接，選項C正確；若飛船在比空間試驗室半徑較小的軌道上減速，則飛船將進入更低的軌道，不能實現對接，選項D錯誤。答案C

轉回原題【真題示例4】(2014·全國卷Ⅰ，19)(多選)太陽系各行星幾乎在同一平面內沿同一方向繞太陽做圓周運動。當地球恰好運行到某地外行星和太陽之間，且三者幾乎排成一條直線的現象，天文學稱為“行星沖日”。據報道，2014年各行星沖日時間分別是：1月6日木星沖日；4月9日火星沖日；5月11日土星沖日；8月29日海王星沖日；10月8日天王星沖日。已知地球及各地外行星繞太陽運動的軌道半徑如下表所示。則下列判斷正確的是(

)A.各地外行星每年都會出現沖日現象B．在2015年內一定會出現木星沖日C．天王星相鄰兩次沖日的時間間隔為土星的一半D．地外行星中，海王星相鄰兩次沖日的時間間隔最短轉到解析星球地球火星木星土星天王星海王星軌道半徑(AU)1.01.55.29.51930轉回原題3.規(guī)律方法人造地球衛(wèi)星的發(fā)射過程要經過多次變軌,過程簡圖如圖所示。(1)變軌的兩種情況(2)相關物理量的比較①兩個不同軌道的“切點”處線速度v不相等，圖中vⅢ＞vⅡB＞vⅡA＞vⅠ。②同一個橢圓軌道上近地點和遠地點線速度大小不相等，從遠地點到近地點萬有引力對衛(wèi)星做正功，動能增大(引力勢能減小)，圖中vⅡA＞vⅡB，EkⅡA＞EkⅡB，EpⅡA＜EpⅡB。③兩個不同圓軌道上的線速度v不相等，軌道半徑越大，v越小，圖中vⅠ＞vⅢ。解題模板BAE機不變E動不變E勢不變衛(wèi)星幾種運動形式的能量轉化問題E機不變E動變化E勢變化軌道II軌道IE機增加E動變化E勢變化T1T2

對于天體追及問題的處理思路：【變式訓練2】(2016·北京海淀區(qū)期中測試)(多選)某載人飛船運行的軌道示意圖如圖3所示，飛船先沿橢圓軌道1運行，近地點為Q，遠地點為P。當飛船經過點P時點火加速，使飛船由橢圓軌道1轉移到圓軌道2上運行，在圓軌道2上飛船運行周期約為90min。關于飛船的運行過程，下列說法中正確的是(

)A．飛船在軌道1和軌道2上運動時的機械能相等B．飛船在軌道1上運行經過P點的速度小于經過Q點的速度C．軌道2的半徑小于地球同步衛(wèi)星的軌道半徑D．飛船在軌道1上運行經過P點的加速度等于在軌道2上運行經過P點的加速度轉到解析轉回原題解析根據開普勒第二定律，月球從近地點到達遠地點過程中，速度逐漸減小，萬有引力做負功，A、C錯誤；因為隨著地、月之間距離變大，萬有引力減小，向心加速度也變小，B錯誤；月球運動過程只有萬有引力做功，機械能守恒，D正確。答案D

【變式訓練3】2016年11月14日，近70年來最大最圓的月亮(“超級月亮”)現身天宇，這是月球運動到了近地點的緣故。然后月球離開近地點向著遠地點而去，“超級月亮”也與我們漸行漸遠。在月球從近地點到達遠地點的過程中，下面說法正確的是(

)A．月球運動速度越來越大B．月球的向心加速度越來越大C．地球對月球的萬有引力做正功D．雖然離地球越來越遠，但月球的機械能不變解析顯隱【變式訓練4】宇宙飛船和空間站在同一軌道上運動，若飛船想與前面的空間站對接，飛船為了追上軌道空間站，可采取最好的方法是(

)A．飛船加速直到追上空間站，完成對接B．飛船從原軌道減速至一個較低軌道，再加速追上空間站完成對接C．飛船加速至一個較高軌道再減速追上空間站完成對接D．無論飛船采取何種措施，均不能與空間站對接轉到解析轉回原題【變式訓練5】假設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動，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)星繞地球同向運動，每當兩者相距最近時，宇宙飛船就向同步衛(wèi)星發(fā)射信號，然后再由同步衛(wèi)星將信號發(fā)送到地面接收站，某時刻兩者相距最遠，從此刻開始，在一晝夜的時間內，接收站共接收到信號的次數為(

)

A．4次B．6次C．7次D．8次轉到解析轉回原題4.備選訓練【備選訓練】(多選)如圖是“嫦娥三號”飛行軌道示意圖。假設“嫦娥三號”運行經過P點第一次通過近月制動使“嫦娥三號”在距離月面高度為100km的圓軌道Ⅰ上運動，再次經過P點時第二次通過近月制動使“嫦娥三號”在距離月面近地點為Q、高度為15km，遠地點為P、高度為100km的橢圓軌道Ⅱ上運動，下列說法正確的是(

)轉到解析A．“嫦娥三號”在距離月面高度為100km的圓軌道Ⅰ上運動時速度大小可能變化B．“嫦娥三號”在距離月面高度100km的圓軌道Ⅰ上運動的周期一定大于在橢圓軌道Ⅱ上運動的周期C．“嫦娥三號”在橢圓軌道Ⅱ上運動經過Q點時的加速度一定大于經過P點時的加速度D．“嫦娥三號”在橢圓軌道Ⅱ上運動經過Q點時的速度可能小于經過P點時的速度解析

“嫦娥三號”在距離月面高度為100km的圓軌道上運動是勻速圓周運動，速度大小不變，選項A錯誤；由于圓軌道的軌道半徑大于橢圓軌道半長軸，根據開普勒定律，“嫦娥三號”在距離月面高度100km的圓軌道Ⅰ上運動的周期一定大于在橢圓軌道Ⅱ上運動的周期，選項B正確；由于在Q點“嫦娥三號”所受萬有引力大，所以“嫦娥三號”在橢圓軌道Ⅱ上運動經過Q點時的加速度一定大于經過P點時的加速度，選項C正確；“嫦娥三號”在橢圓軌道上運動的引力勢能和動能之和保持不變，Q點的引力勢能小于P點的引力勢能，所以“嫦娥三號”在橢圓軌道Ⅱ上運動到Q點的動能較大，速度較大，所以“嫦娥三號”在橢圓軌道Ⅱ上運動經過Q點時的速度一定大于經過P點時的速度，選項D錯誤。答案BC轉回原題

【備選訓練】我國女宇航員王亞平搭乘“神舟十號”飛船于2013年6月上旬飛向太空,“神舟十號”發(fā)射初始軌道為近地點約200km、遠地點約330km的橢圓軌道,升空后再和目標飛行器“天宮一號”對接,交會對接軌道為距地約343km的近圓軌道.假設“神舟十號”飛船發(fā)射升空后,先后經歷了多次變軌,調整到處于“天宮一號”目標飛行器后方約52km處,并與“天宮一號”處于距離地面高度相同的同一圓形軌道上,最后與“天宮一號”實施對接,完成浪漫的“太空之吻”.忽略它們之間的萬有引力,則(

)A．“神舟十號”與“天宮一號”受到地球吸引力的大小相等B．“神舟十號”由初始橢圓軌道變?yōu)樽罱K的圓形軌道時周期變長C．“天宮一號”的速度比地球同步衛(wèi)星速度小D．對接前，“神舟