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(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(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(可認為是相對于月球靜止)；最后關(guān)閉發(fā)動機，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(nèi)，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(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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(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(xiàn)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(xiàn)對接，選項B錯誤；要想實現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)對接，選項D錯誤。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動。當?shù)厍蚯『眠\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，天文學稱為“行星沖日”。據(jù)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(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(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(zhuǎn)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(jīng)過點P時點火加速，使飛船由橢圓軌道1轉(zhuǎn)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(guān)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(jīng)過P點的速度小于經(jīng)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(jīng)過P點的加速度等于在軌道2上運行經(jīng)過P點的加速度轉(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(xiàn)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?qū)υ虑虻娜f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(zhuǎn)到解析轉(zhuǎn)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(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(jīng)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(jīng)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(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(jīng)過Q點時的加速度一定大于經(jīng)過P點時的加速度D．“嫦娥三號”在橢圓軌道Ⅱ上運動經(jīng)過Q點時的速度可能小于經(jīng)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(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(jīng)過Q點時的加速度一定大于經(jīng)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(jīng)過Q點時的速度一定大于經(jīng)過P點時的速度，選項D錯誤。答案BC轉(zhuǎn)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(jīng)歷了多次變軌,調(diào)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