2020高考物理 衛(wèi)星變軌與航天器對(duì)接問題(原卷版)

1、2020年高考物理備考微專題精準(zhǔn)突破專題2.8衛(wèi)星變軌與航天器對(duì)接問題專題詮釋】人造地球衛(wèi)星的發(fā)射過程要經(jīng)過多次變軌，如圖所示，我們從以下幾個(gè)方面討論1變軌原理及過程(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，萬有引力不足以提供在軌道I上做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，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物理量的定性分析速度：設(shè)衛(wèi)星在圓軌道I和III上運(yùn)行時(shí)的速率分別為V、v3,在軌道II上過A點(diǎn)和B點(diǎn)時(shí)速率分別為vA、vB.因在A點(diǎn)加速，則VA>V，因在B點(diǎn)加速，則V3>VB，

2、又因v1>v3，故有VA>V1>V3>VB.(2) 加速度：因?yàn)樵贏點(diǎn)，衛(wèi)星只受到萬有引力作用，故不論從軌道I還是軌道II上經(jīng)過A點(diǎn)，衛(wèi)星的加速度都相同.同理，從軌道II和軌道III上經(jīng)過B點(diǎn)時(shí)加速度也相同.(3) 周期：設(shè)衛(wèi)星在I、II、III軌道上運(yùn)行周期分別為T、T2、T3，軌道半徑分別為廠、r2(半長軸)、r3，由開普勒第三定律T3=k可知T<T2<T3.(4) 機(jī)械能：在一個(gè)確定的圓(橢圓)軌道上機(jī)械能守恒.若衛(wèi)星在I、II、III軌道的機(jī)械能分別為EE2、e3,則e1<e2<e3.高考領(lǐng)航】【2019江蘇高考】1970年成功發(fā)射的“東

3、方紅一號(hào)”是我國第一顆人造地球衛(wèi)星，該衛(wèi)星至今仍沿橢圓軌道繞地球運(yùn)動(dòng)。如圖所示，設(shè)衛(wèi)星在近地點(diǎn)、遠(yuǎn)地點(diǎn)的速度分別為V、v2，近地點(diǎn)到地心的距離為r,地球質(zhì)量為M,引力常量為G。貝9()AV1>V2,V1=:GMCv1<v2，vi=BD【2017高考全國卷皿】2017年4月，我國成功發(fā)射的天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船與天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室完成了首次交會(huì)對(duì)接，對(duì)接形成的組合體仍沿天宮二號(hào)原來的軌道（可視為圓軌道）運(yùn)行與天宮二號(hào)單獨(dú)運(yùn)行時(shí)相比組合體運(yùn)行的（）A. 周期變大B.速率變大C動(dòng)能變大D.向心加速度變大技巧方法】1從引力和向心力的關(guān)系分析變軌問題（1）衛(wèi)星突然加速（通過發(fā)動(dòng)機(jī)瞬間噴氣實(shí)現(xiàn)，噴氣

4、時(shí)間不計(jì)），則萬有引力不足以提供向心力，GMmv'2匚5匚，衛(wèi)星將做離心運(yùn)動(dòng)，變軌到更高的軌道（2）當(dāng)衛(wèi)星突然減速時(shí)，衛(wèi)星所需向心力減小，萬有引力大于向心力，衛(wèi)星變軌到較低的軌道2變軌問題考查的熱點(diǎn)（1）運(yùn)動(dòng)參量的比較：兩個(gè)軌道切點(diǎn)處，加速度由譽(yù)=ma分析，式中“r”表示衛(wèi)星到地心的距離，a大小相等；由于變軌時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)要點(diǎn)火工作，故線速度大小不等（2）能量的比較：在離心運(yùn)動(dòng)過程中（發(fā)動(dòng)機(jī)已關(guān)閉），衛(wèi)星克服引力做功，其動(dòng)能向引力勢(shì)能轉(zhuǎn)化，機(jī)械能保持不變兩個(gè)不同的軌道上（圓軌道或橢圓軌道），軌道越高衛(wèi)星的機(jī)械能越大【最新考向解碼】【例1】（2019河北衡水中學(xué)高三二調(diào)）探月工程中，“嫦娥三號(hào)

5、”探測(cè)器的發(fā)射過程可以簡化如下：衛(wèi)星由地面發(fā)射后，進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道，經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)變軌進(jìn)入距離月球表面100公里的圓形軌道1，在軌道1上經(jīng)過Q點(diǎn)時(shí)變軌進(jìn)入橢圓軌道2,軌道2與月球相切于M點(diǎn)，月球車將在M點(diǎn)著陸月球表面。下列說法正確的是（）地iJdU'LLlA. “嫦娥三號(hào)”在軌道1上的速度比月球的第一宇宙速度小B. “嫦娥三號(hào)”在地月轉(zhuǎn)移軌道上經(jīng)過P點(diǎn)的速度比在軌道1上經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)大C. “嫦娥三號(hào)”在軌道1上的運(yùn)動(dòng)周期比在軌道2上小D. “嫦娥三號(hào)”在軌道1上經(jīng)過Q點(diǎn)時(shí)的加速度小于在軌道2上經(jīng)過Q點(diǎn)時(shí)的加速度【例2】(2019山東棗莊高三上學(xué)期期末)2018年5月21日我國發(fā)射人類首顆月球

6、中繼衛(wèi)星，鵲橋”，6月14日進(jìn)入使命軌道一地月拉格朗日L2軌道，為在月球背面著陸的“嫦娥四號(hào)”與地球站之間提供通信鏈路。12月8日，我國成功發(fā)射“嫦娥四號(hào)”探測(cè)器，并于2019年1月3日成功著陸于月球背面，通過中繼衛(wèi)星“鵲橋”傳回了月背影像圖，如圖1所示，揭開了古老月背的神秘面紗。如圖2所示，假設(shè)“鵲橋”中繼衛(wèi)星在拉格朗日點(diǎn)L2時(shí)，與月、地兩個(gè)大天體保持相對(duì)靜止。設(shè)地球的質(zhì)量為月球的k倍，地月間距為L,拉格朗日點(diǎn)l2與月球間距為d。地球、月球和制橋”中繼衛(wèi)星均視為質(zhì)點(diǎn)，忽略太陽對(duì)鵲橋”中繼星的引力，貝y下列選項(xiàng)正確的是()A. “鵲橋”中繼衛(wèi)星在拉格朗日點(diǎn)L時(shí)處于平衡狀態(tài)B“鵲橋”中繼衛(wèi)星與月

7、球繞地球運(yùn)動(dòng)的線速度之比為V鵲：v月=(L+d):LC.k、L、d的關(guān)系式為k(L+d)2+d2=L3d.k、l、的關(guān)系式為擊鏟【例3】(2019江西重點(diǎn)中學(xué)聯(lián)考)小型登月器連接在航天站上，一起繞月球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其軌道半徑為月球半徑的3倍，某時(shí)刻，航天站使登月器減速分離，登月器沿如圖所示的橢圓軌道登月，在月球表面逗留一段時(shí)間完成科考工作后，經(jīng)快速啟動(dòng)仍沿原橢圓軌道返回，當(dāng)?shù)谝淮位氐椒蛛x點(diǎn)時(shí)恰與航天站對(duì)接，登月器的快速啟動(dòng)時(shí)間可以忽略不計(jì)，整個(gè)過程中航天站保持原軌道繞月運(yùn)行已知月球表面的重力加速【微專題精練】1. (2019河北衡水檢測(cè))同步衛(wèi)星的發(fā)射方法是變軌發(fā)射，即先把衛(wèi)星發(fā)射到離地面高

8、度為200300km的圓形軌道上，這條軌道叫停泊軌道，如圖所示，當(dāng)衛(wèi)星穿過赤道平面上的P點(diǎn)時(shí)，末級(jí)火箭點(diǎn)火工作，使衛(wèi)星進(jìn)入一條大的橢圓軌道，其遠(yuǎn)地點(diǎn)恰好在地球赤道上空約36000km處，這條軌道叫轉(zhuǎn)移軌道；當(dāng)衛(wèi)星到達(dá)遠(yuǎn)地點(diǎn)Q時(shí)，再開動(dòng)衛(wèi)星上的發(fā)動(dòng)機(jī)，使之進(jìn)入同步軌道，也叫靜止軌道關(guān)于同步衛(wèi)星及其發(fā)射過程，下列說法正確的是()A. 在P點(diǎn)火箭點(diǎn)火和Q點(diǎn)開動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的目的都是使衛(wèi)星加速，因此，衛(wèi)星在靜止軌道上運(yùn)行的線速度大于在停泊軌道運(yùn)行的線速度B. 在P點(diǎn)火箭點(diǎn)火和Q點(diǎn)開動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的目的都是使衛(wèi)星加速，因此，衛(wèi)星在靜止軌道上運(yùn)行的機(jī)械能大于在停泊軌道運(yùn)行的機(jī)械能C. 衛(wèi)星在轉(zhuǎn)移軌道上運(yùn)動(dòng)的速度大小范

9、圍為7.911.2km/sD. 所有地球同步衛(wèi)星的靜止軌道都相同2. 我國發(fā)射的“天宮二號(hào)”空間實(shí)驗(yàn)室與之后發(fā)射“神舟十一號(hào)”成功完成對(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()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3如圖

10、所示，1、3軌道均是衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道示意圖，1軌道的半徑為R，2軌道是一顆衛(wèi)星繞地球做橢圓運(yùn)動(dòng)的軌道示意圖，3軌道與2軌道相切于B點(diǎn)，O點(diǎn)為地球球心，AB為橢圓的長軸，三軌道和地心都在同一平面內(nèi).已知在1、2兩軌道上運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星的周期相等，引力常量為G,地球質(zhì)量為M,三顆衛(wèi)星的質(zhì)量相等，則下列說法正確的是()B. 若衛(wèi)星在1軌道上的速率為V,衛(wèi)星在2軌道A點(diǎn)的速率為vA,則VVvAC. 若衛(wèi)星在1、3軌道上的加速度大小分別為a、a3，衛(wèi)星在2軌道A點(diǎn)的加速度大小為aA,則aA<a<D. 若OA=0.4R，貝9衛(wèi)星在2軌道B點(diǎn)的速率vB>5GM4. 我國于2016年9月

11、15日發(fā)射了“天宮二號(hào)”空間實(shí)驗(yàn)室,之后在10月17日,又發(fā)射了“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()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5. 北斗導(dǎo)航系統(tǒng)又被稱為“雙星定位系統(tǒng)

12、”，具有導(dǎo)航、定位等功能.如圖所示，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)中的兩顆工作衛(wèi)星均繞地心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，且軌道半徑均為r，某時(shí)刻工作衛(wèi)星1、2分別位于軌道上的A、B兩個(gè)位置,若兩衛(wèi)星均沿順時(shí)針方向運(yùn)行，地球表面的重力加速度為g,地球半徑為R,不計(jì)衛(wèi)星間的相互作用力，下列判斷錯(cuò)誤的是()A.這兩顆衛(wèi)星的加速度大小相等，均為籠b.衛(wèi)星1由A位置運(yùn)動(dòng)到b位置所需的時(shí)間是3RC. 衛(wèi)星1由A位置運(yùn)動(dòng)到B位置的過程中萬有引力不做功D.衛(wèi)星1向后噴氣就一定能夠追上衛(wèi)星26. （2019-湖北八校聯(lián)考）如圖所示為嫦娥三號(hào)登月軌跡示意圖.圖中M點(diǎn)為環(huán)地球運(yùn)行的近地點(diǎn)，N點(diǎn)為環(huán)月球運(yùn)行的近月點(diǎn).a為環(huán)月球運(yùn)行的圓軌道，b為環(huán)月

13、球運(yùn)行的橢圓軌道，下列說法中正確的是（）A.嫦娥三號(hào)在環(huán)地球軌道上的運(yùn)行速度大于11.2km/sB嫦娥三號(hào)在M點(diǎn)進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道時(shí)應(yīng)點(diǎn)火加速C. 設(shè)嫦娥三號(hào)在圓軌道a上經(jīng)過N點(diǎn)時(shí)的加速度為a”在橢圓軌道b上經(jīng)過N點(diǎn)時(shí)的加速度為a2，則a1>a2D. 嫦娥三號(hào)在圓軌道a上的機(jī)械能小于在橢圓軌道b上的機(jī)械能7（2019江南十校聯(lián)考）據(jù)外媒綜合報(bào)道，英國著名物理學(xué)家史蒂芬霍金在2018年3月14日去世，享年76歲這位偉大的物理學(xué)家，向人類揭示了宇宙和黑洞的奧秘高中生對(duì)黑洞的了解為光速是在星球（黑洞）上的第二宇宙速度對(duì)于普通星球，如地球，光速仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其宇宙速度現(xiàn)對(duì)于發(fā)射地球同步衛(wèi)星的過程分析，

14、衛(wèi)星首先進(jìn)入橢圓軌道I,P點(diǎn)是軌道I上的近地點(diǎn)，然后在Q點(diǎn)通過改變衛(wèi)星速度，讓衛(wèi)星進(jìn)入地球同步軌道II,則()A. 衛(wèi)星在同步軌道II上的運(yùn)行速度大于第一宇宙速度7.9km/sB. 該衛(wèi)星的發(fā)射速度必定大于第二宇宙速度11.2km/sC. 在軌道I上，衛(wèi)星在P點(diǎn)的速度大于第一宇宙速度7.9km/sD. 在軌道I上，衛(wèi)星在Q點(diǎn)的速度大于第一宇宙速度7.9km/s8.（2019湖北黃岡中學(xué)模擬）某衛(wèi)星在半徑為r的軌道1上做圓周運(yùn)動(dòng)，動(dòng)能為Ek，變軌到軌道2上后，動(dòng)能比在軌道1上減小了AE,在軌道2上也做圓周運(yùn)動(dòng)，則軌道2的半徑為（）.EkAkrEk-AErkAECrEk-AEk唸rEk-AED七廠

15、r9.（2019江西重點(diǎn)中學(xué)聯(lián)考）如圖所示為某飛船從軌道I經(jīng)兩次變軌繞火星飛行的軌跡圖，其中軌道II為圓軌道，軌道III為橢圓軌道，三個(gè)軌道相切于P點(diǎn)，P、Q兩點(diǎn)分別是橢圓軌道III的遠(yuǎn)火星點(diǎn)和近火星點(diǎn)，S是軌道II上的點(diǎn)，P、Q、S三點(diǎn)與火星中心在同一直線上，且PQ=2QS,下列說法正確的是()A. 飛船在P點(diǎn)由軌道I進(jìn)入軌道II可向運(yùn)動(dòng)方向噴氣B. 飛船在軌道II上由P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到S點(diǎn)的時(shí)間是飛船在軌道III上由P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)的時(shí)間的2.25倍C. 飛船在軌道II上S點(diǎn)的速度小于在軌道III上P點(diǎn)的速度D. 飛船在軌道II上S點(diǎn)與在軌道III上P點(diǎn)的加速度大小不相等10.如圖所示，探月衛(wèi)星的發(fā)射過程可簡化如下：首先進(jìn)入繞地球運(yùn)行的，停泊