高考物理熱點(diǎn)：衛(wèi)星(航天器)的變軌及對接問題

ContentsPage目錄頁熱點(diǎn)突破：衛(wèi)星(航天器)的變軌及對接問題

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

1.衛(wèi)星由低軌道

高軌道的運(yùn)行分析

2.衛(wèi)星由高軌道

低軌道的運(yùn)行分析

軌道I

衛(wèi)星在運(yùn)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(shè)t為再次相遇時(shí)間,則有t/T2－

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

t/T１＝N+0.5,其中N為t時(shí)間相遇的次數(shù).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(yùn)行；然后經(jīng)過一系列過程，在離月面4m高處做一次懸停(可認(rèn)為是相對于月球靜止)；最后關(guān)閉發(fā)動機(jī)，探測器自由下落。已知探測器的質(zhì)量約為1.3×103kg，地球質(zhì)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(shí)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(shí)間內(nèi)，機(jī)械能守恒D．在近月圓軌道上運(yùn)行的線速度小于人造衛(wèi)星在近地圓軌道上運(yùn)行的線速度轉(zhuǎn)到解析轉(zhuǎn)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(shí)驗(yàn)室，之后發(fā)射“神舟十一號”飛船與“天宮二號”對接。假設(shè)“天宮二號”與“神舟十一號”都圍繞地球做勻速圓周運(yùn)動，為了實(shí)現(xiàn)飛船與空間實(shí)驗(yàn)室的對接，下列措施可行的是(

)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)對接轉(zhuǎn)到解析圖5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)對接，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；要想實(shí)現(xiàn)對接，可使飛船在比空間試驗(yàn)室半徑較小的軌道上加速，然后飛船將進(jìn)入較高的空間試驗(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)對接，選項(xiàng)C正確；若飛船在比空間試驗(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)對接，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案C

轉(zhuǎn)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(nèi)沿同一方向繞太陽做圓周運(yùn)動。當(dāng)?shù)厍蚯『眠\(yùn)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(xiàn)象，天文學(xué)稱為“行星沖日”。據(jù)報(bào)道，2014年各行星沖日時(shí)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(yùn)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(xiàn)沖日現(xiàn)象B．在2015年內(nèi)一定會出現(xiàn)木星沖日C．天王星相鄰兩次沖日的時(shí)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(shí)間間隔最短轉(zhuǎn)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(zhuǎn)回原題3.規(guī)律方法人造地球衛(wèi)星的發(fā)射過程要經(jīng)過多次變軌,過程簡圖如圖所示。(1)變軌的兩種情況(2)相關(guān)物理量的比較①兩個(gè)不同軌道的“切點(diǎn)”處線速度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)線速度大小不相等，從遠(yuǎn)地點(diǎn)到近地點(diǎn)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(gè)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(jī)不變E動不變E勢不變衛(wèi)星幾種運(yùn)動形式的能量轉(zhuǎn)化問題E機(jī)不變E動變化E勢變化軌道II軌道IE機(jī)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(xùn)練2】(2016·北京海淀區(qū)期中測試)(多選)某載人飛船運(yùn)行的軌道示意圖如圖3所示，飛船先沿橢圓軌道1運(yùn)行，近地點(diǎn)為Q，遠(yuǎn)地點(diǎn)為P。當(dāng)飛船經(jīng)過點(diǎn)P時(shí)點(diǎn)火加速，使飛船由橢圓軌道1轉(zhuǎn)移到圓軌道2上運(yùn)行，在圓軌道2上飛船運(yùn)行周期約為90min。關(guān)于飛船的運(yùn)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(yùn)動時(shí)的機(jī)械能相等B．飛船在軌道1上運(yùn)行經(jīng)過P點(diǎn)的速度小于經(jīng)過Q點(diǎn)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(yùn)行經(jīng)過P點(diǎn)的加速度等于在軌道2上運(yùn)行經(jīng)過P點(diǎn)的加速度轉(zhuǎn)到解析轉(zhuǎn)回原題解析根據(jù)開普勒第二定律，月球從近地點(diǎn)到達(dá)遠(yuǎn)地點(diǎn)過程中，速度逐漸減小，萬有引力做負(fù)功，A、C錯(cuò)誤；因?yàn)殡S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(cuò)誤；月球運(yùn)動過程只有萬有引力做功，機(jī)械能守恒，D正確。答案D

【變式訓(xùn)練3】2016年11月14日，近70年來最大最圓的月亮(“超級月亮”)現(xiàn)身天宇，這是月球運(yùn)動到了近地點(diǎn)的緣故。然后月球離開近地點(diǎn)向著遠(yuǎn)地點(diǎn)而去，“超級月亮”也與我們漸行漸遠(yuǎn)。在月球從近地點(diǎn)到達(dá)遠(yuǎn)地點(diǎn)的過程中，下面說法正確的是(

)A．月球運(yùn)動速度越來越大B．月球的向心加速度越來越大C．地球?qū)υ虑虻娜f有引力做正功D．雖然離地球越來越遠(yuǎn)，但月球的機(jī)械能不變解析顯隱【變式訓(xùn)練4】宇宙飛船和空間站在同一軌道上運(yùn)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(gè)較低軌道，再加速追上空間站完成對接C．飛船加速至一個(gè)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(zhuǎn)到解析轉(zhuǎn)回原題【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，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，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，然后再由同步衛(wèi)星將信號發(fā)送到地面接收站，某時(shí)刻兩者相距最遠(yuǎn)，從此刻開始，在一晝夜的時(shí)間內(nèi)，接收站共接收到信號的次數(shù)為(

)

A．4次B．6次C．7次D．8次轉(zhuǎn)到解析轉(zhuǎn)回原題4.備選訓(xùn)練【備選訓(xùn)練】(多選)如圖是“嫦娥三號”飛行軌道示意圖。假設(shè)“嫦娥三號”運(yùn)行經(jīng)過P點(diǎn)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(yùn)動，再次經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)第二次通過近月制動使“嫦娥三號”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，下列說法正確的是(

)轉(zhuǎn)到解析A．“嫦娥三號”在距離月面高度為100km的圓軌道Ⅰ上運(yùn)動時(shí)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(yùn)動的周期一定大于在橢圓軌道Ⅱ上運(yùn)動的周期C．“嫦娥三號”在橢圓軌道Ⅱ上運(yùn)動經(jīng)過Q點(diǎn)時(shí)的加速度一定大于經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)的加速度D．“嫦娥三號”在橢圓軌道Ⅱ上運(yùn)動經(jīng)過Q點(diǎn)時(shí)的速度可能小于經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)的速度解析

“嫦娥三號”在距離月面高度為100km的圓軌道上運(yùn)動是勻速圓周運(yùn)動，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軸，根據(jù)開普勒定律，“嫦娥三號”在距離月面高度100km的圓軌道Ⅰ上運(yùn)動的周期一定大于在橢圓軌道Ⅱ上運(yùn)動的周期，選項(xiàng)B正確；由于在Q點(diǎn)“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(yùn)動經(jīng)過Q點(diǎn)時(shí)的加速度一定大于經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)的加速度，選項(xiàng)C正確；“嫦娥三號”在橢圓軌道上運(yùn)動的引力勢能和動能之和保持不變，Q點(diǎn)的引力勢能小于P點(diǎn)的引力勢能，所以“嫦娥三號”在橢圓軌道Ⅱ上運(yùn)動到Q點(diǎn)的動能較大，速度較大，所以“嫦娥三號”在橢圓軌道Ⅱ上運(yùn)動經(jīng)過Q點(diǎn)時(shí)的速度一定大于經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)的速度，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案BC轉(zhuǎn)回原題

【備選訓(xùn)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(diǎn)約200km、遠(yuǎn)地點(diǎn)約330km的橢圓軌道,升空后再和目標(biāo)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(shè)“神舟十號”飛船發(fā)射升空后,先后經(jīng)歷了多次變軌,調(diào)整到處于“天宮一號”目標(biāo)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(shí)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(shí)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