2025年物理新高考備考2025年（版）物理《三維設(shè)計(jì)》一輪總復(fù)習(xí)（提升版）素養(yǎng)提升10⇒天體運(yùn)動(dòng)中的三大問題

素養(yǎng)提升10?天體運(yùn)動(dòng)中的三大問題CONTENTS題型一01題型二0203題型三04跟蹤訓(xùn)練·鞏固提升01題型一衛(wèi)星的變軌和對接問題1.兩類變軌的對比兩類變軌離心運(yùn)動(dòng)近心運(yùn)動(dòng)示意圖

變軌起因衛(wèi)星速度突然增大衛(wèi)星速度突然減小萬有引力與向心力

的大小關(guān)系（1）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v1、v3，

在軌道Ⅱ上過A點(diǎn)和B點(diǎn)時(shí)速率分別為vA、vB。在A點(diǎn)加速，則

vA＞v1，在B點(diǎn)加速，則v3＞vB，又因v1＞v3，故有vA＞v1＞v3

＞vB。2.變軌前后各運(yùn)行參量的比較（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，經(jīng)過

B點(diǎn)加速度也相同。

①在A點(diǎn)，由圓軌道Ⅰ變至橢圓軌道Ⅱ時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)向后噴氣，推

力做正功，動(dòng)能增加、勢能不變、機(jī)械能增加；②在B點(diǎn)，由橢圓軌道Ⅱ變至圓軌道Ⅲ時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)向后噴氣，

推力做正功，動(dòng)能增加、勢能不變、機(jī)械能增加；反之也有相應(yīng)的規(guī)律。（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E1、E2、E3，則E1＜E2＜

E3。衛(wèi)星變軌問題中各物理量的比較【例1】

神舟十二號(hào)載人飛船與天和核心艙成功對接，對接過程如圖所示，天和核心艙處于半徑為r3的圓軌道Ⅲ；神舟十二號(hào)飛船處于半徑為r1的圓軌道Ⅰ，當(dāng)經(jīng)過A點(diǎn)時(shí)，通過變軌操作后，沿橢圓軌道Ⅱ運(yùn)動(dòng)到B處與核心艙對接，則神舟十二號(hào)飛船（

）A.沿軌道Ⅰ運(yùn)行的速度小于天和核心艙沿軌道Ⅲ運(yùn)行的速度B.在軌道Ⅰ上運(yùn)行的周期大于在軌道Ⅱ上運(yùn)行的周期C.神舟十二號(hào)飛船在飛向核心艙的過程中，引力勢能增大，動(dòng)能減

小，機(jī)械能守恒D.在軌道Ⅰ上運(yùn)動(dòng)經(jīng)過A點(diǎn)的加速度小于在軌道Ⅱ上運(yùn)動(dòng)經(jīng)過A點(diǎn)的加

速度

衛(wèi)星變軌問題中的能量變化【例2】

2020年我國北斗三號(hào)組網(wǎng)衛(wèi)星全部發(fā)射完畢。如圖為發(fā)射

衛(wèi)星的示意圖，先將衛(wèi)星發(fā)射到半徑為r1＝r的圓軌道上做勻速圓周運(yùn)

動(dòng)，到A點(diǎn)時(shí)使衛(wèi)星加速進(jìn)入橢圓軌道，到橢圓軌道的遠(yuǎn)地點(diǎn)B點(diǎn)時(shí)，

再次改變衛(wèi)星的速度，使衛(wèi)星進(jìn)入半徑為r2＝2r的圓軌道做勻速圓周

運(yùn)動(dòng)。已知衛(wèi)星在橢圓軌道上時(shí)到地心的距離與速度的乘積為定值，

衛(wèi)星在橢圓軌道上A點(diǎn)時(shí)的速度為v，衛(wèi)星的質(zhì)量為m，地球的質(zhì)量為

m地，引力常量為G，則發(fā)動(dòng)機(jī)在A點(diǎn)對衛(wèi)星做的功與在B點(diǎn)對衛(wèi)星做

的功之差為（不計(jì)衛(wèi)星的質(zhì)量變化）（

）

飛船對接問題【例3】

（2024·南京模擬）2023年1月21日，神舟十五號(hào)3名航天員在400km高的空間站向祖國人民送上新春祝福，空間站的運(yùn)行軌道可近似看作圓形軌道Ⅰ，設(shè)地球表面重力加速度為g，地球半徑為R，橢圓軌道Ⅱ?yàn)檩d人飛船運(yùn)行軌道，兩軌道相切于A點(diǎn)，下列說法正確的是（

）A.在A點(diǎn)時(shí)神舟十五號(hào)經(jīng)過點(diǎn)火加速才能從軌道Ⅰ進(jìn)入軌道ⅡB.飛船在A點(diǎn)的加速度小于空間站在A點(diǎn)的加速度D.軌道Ⅰ上的神舟十五號(hào)飛船想與前方的空間站對接，只需要沿運(yùn)動(dòng)

方向加速即可

02題型二天體的“追及”問題繞同一中心天體，在同一軌道平面內(nèi)不同高度上同向運(yùn)行的衛(wèi)

星，因運(yùn)行周期的不同，兩顆衛(wèi)星有時(shí)相距最近，有時(shí)又相距最遠(yuǎn)，

這就是天體中的“追及相遇”問題。相距最遠(yuǎn)當(dāng)兩衛(wèi)星位于和中心天體連線的半徑上兩側(cè)時(shí)，兩衛(wèi)星相距最遠(yuǎn)，兩衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)關(guān)系應(yīng)滿足（ωA－ωB）t'＝（2n－1）π（n＝1，2，3，…）相距最近兩衛(wèi)星的運(yùn)轉(zhuǎn)方向相同，且位于和中心天體連線的半徑上同側(cè)時(shí)，兩衛(wèi)星相距最近，兩衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)關(guān)系應(yīng)滿足（ωA－ωB）t＝2nπ（n＝1，2，3，…）【例4】

（多選）我國的北斗三號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由24顆中圓地球軌

道衛(wèi)星、3顆地球靜止軌道衛(wèi)星和3顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星共30顆衛(wèi)

星組成。如圖所示，A、C為地球靜止軌道衛(wèi)星，B為在赤道平面的中

圓地球軌道衛(wèi)星，繞行方向均與地球自轉(zhuǎn)方向一致。已知地球自轉(zhuǎn)周

期為T1，衛(wèi)星B的運(yùn)行周期為T2，圖示時(shí)刻，衛(wèi)星A與衛(wèi)星B相距最

近。下列說法正確的是（

）A.衛(wèi)星A、B、C的向心加速度的大小關(guān)系為aA＝aC＜aBB.衛(wèi)星C向后噴氣加速可沿圓軌道追上衛(wèi)星AD.衛(wèi)星A、C的發(fā)射速度小于第一宇宙速度

A.衛(wèi)星二的機(jī)械能一定大于衛(wèi)星一的機(jī)械能C.衛(wèi)星二圍繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的周期T2＝4T0

03題型三雙星、多星問題（1）定義：繞天體連線上某一點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)星體組成的系統(tǒng)，我

們稱之為雙星系統(tǒng)。如圖所示。1.雙星模型

②兩星的周期、角速度相同，即T1＝T2，ω1＝ω2。③兩星的軌道半徑與它們之間的距離關(guān)系為r1＋r2＝L。

（2）特點(diǎn)2.多星模型所研究星體所受萬有引力的合力提供其做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，除中

央星體外，各星體的角速度或周期相同。常見的多星及規(guī)律：常見

的三

星模

型

常見

的四

星模

型

【例6】如圖所示，“食雙星”是兩顆相距為d的恒星A、B，只在

相互引力作用下繞連線上O點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，彼此掩食（像月亮

擋住太陽）而造成亮度發(fā)生周期性變化的兩顆恒星。觀察者在地球

上通過望遠(yuǎn)鏡觀察“食雙星”，視線與雙星軌道共面。觀測發(fā)現(xiàn)每

隔時(shí)間T兩顆恒星與望遠(yuǎn)鏡共線一次，已知引力常量為G，地球距

A、B很遠(yuǎn)，可認(rèn)為地球保持靜止，則（

）A.恒星A、B運(yùn)動(dòng)的周期為TB.恒星A的質(zhì)量小于B的質(zhì)量D.恒星A的線速度大于B的線速度

【例7】宇宙中存在一些離其他恒星較遠(yuǎn)的三星系統(tǒng)，通?？珊?/p>

略其他星體對它們的引力作用，三星質(zhì)量也相同?，F(xiàn)已觀測到穩(wěn)定

的三星系統(tǒng)存在兩種基本的構(gòu)成形式：一種是三顆星位于同一直線

上，兩顆星圍繞中央星做圓周運(yùn)動(dòng)，如圖甲所示；另一種是三顆星

位于等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上，并沿外接于等邊三角形的圓形軌道

運(yùn)行，如圖乙所示。設(shè)兩種系統(tǒng)中三個(gè)星體的質(zhì)量均為m，且兩種系統(tǒng)中各星間的距離已在圖中標(biāo)出，引力常量為G，則下列說法中正確的是（

）

04跟蹤訓(xùn)練·鞏固提升1.（2023·新課標(biāo)卷17題）2023年5月，世界現(xiàn)役運(yùn)輸能力最大的貨運(yùn)

飛船天舟六號(hào)，攜帶約5800kg的物資進(jìn)入距離地面約400km（小

于地球同步衛(wèi)星與地面的距離）的軌道，順利對接中國空間站后近

似做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。對接后，這批物資（

）A.質(zhì)量比靜止在地面上時(shí)小B.所受合力比靜止在地面上時(shí)小C.所受地球引力比靜止在地面上時(shí)大D.做圓周運(yùn)動(dòng)的角速度大小比地球自轉(zhuǎn)角速度大1234567891011

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12345678910112.（2024·九省聯(lián)考貴州）天宮空間站運(yùn)行過程中因稀薄氣體阻力的

影響，每經(jīng)過一段時(shí)間要進(jìn)行軌道修正，使其回到原軌道。修正

前、后天宮空間站的運(yùn)動(dòng)均可視為勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則與修正前相

比，修正后天宮空間站運(yùn)行的（

）A.軌道半徑減小B.速率減小C.向心加速度增大D.周期減小1234567891011

12345678910113.（2024·河北邢臺(tái)模擬）2022年，我國航天經(jīng)歷了不平凡的一年。在探月與深空探測方面，我國科學(xué)家在“嫦娥五號(hào)”取回的月壤中發(fā)現(xiàn)了一種月球的新礦物，并命名為“嫦娥石”；我國首次火星探測“天問一號(hào)”任務(wù)團(tuán)隊(duì)獲得國際宇航聯(lián)合會(huì)2022年度“世界航天獎(jiǎng)”；載人航天方面，“神舟十五號(hào)”飛船成功發(fā)射，中國空間站建造階段發(fā)射“滿堂紅”。關(guān)于航天的知識(shí)，下列說法正確的是（

）A.“嫦娥五號(hào)”的發(fā)射速度應(yīng)大于第二宇宙速度B.“天問一號(hào)”到達(dá)火星表面附近后應(yīng)減速，從而被火星捕獲C.“神舟十五號(hào)”從橢圓軌道的遠(yuǎn)地點(diǎn)變軌到圓軌道時(shí)應(yīng)加速，變軌

后的速度大于第一宇宙速度D.空間站運(yùn)行時(shí)，艙內(nèi)的物體處于完全失重狀態(tài)，不受力的作用1234567891011解析：

“嫦娥五號(hào)”是探月飛行，發(fā)射速度應(yīng)在第一宇宙速度

和第二宇宙速度之間，A錯(cuò)誤；“天問一號(hào)”到達(dá)火星表面附近后

應(yīng)減速，從而被火星引力所捕獲，B正確；“神舟十五號(hào)”從橢圓

軌道的遠(yuǎn)地點(diǎn)變軌到大的圓軌道時(shí)應(yīng)加速，由于第一宇宙速度是衛(wèi)

星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的最大速度，故變軌后的速度一定小于第

一宇宙速度，C錯(cuò)誤；空間站運(yùn)行時(shí)，艙內(nèi)的物體處于完全失重狀

態(tài)，但是仍然受引力作用，D錯(cuò)誤。12345678910114.（2024·安徽合肥模擬）《天問》是中國戰(zhàn)國時(shí)期詩人屈原創(chuàng)作的

一首長詩，全詩問天問地問自然，表現(xiàn)了作者對傳統(tǒng)的質(zhì)疑和對真

理的探索精神，我國探測飛船天問一號(hào)發(fā)射成功飛向火星，屈原的

“天問”夢想成為現(xiàn)實(shí)，也標(biāo)志著我國深空探測邁向一個(gè)新臺(tái)階，

如圖所示，軌道1是圓軌道，軌道2是橢圓軌道，軌道3是近火圓軌道，天問一號(hào)經(jīng)過變軌成功進(jìn)入近火圓軌道3，已知引力常量G，以下選項(xiàng)中正確的是（

）1234567891011A.天問一號(hào)在B點(diǎn)需要點(diǎn)火加速才能從軌道2進(jìn)入軌道3B.天問一號(hào)在軌道2上經(jīng)過B點(diǎn)時(shí)的加速度大于在軌道3上經(jīng)過B點(diǎn)時(shí)的加速度C.天問一號(hào)進(jìn)入近火軌道3后，測出其近火環(huán)繞周期T，可計(jì)算出火星的平均密度D.天問一號(hào)進(jìn)入近火軌道3后，測出其近火環(huán)繞周期T，可計(jì)算出火星的質(zhì)量1234567891011

12345678910115.我國一箭多星技術(shù)居世界前列，一箭多星是用一枚運(yùn)載火箭同時(shí)或先后將數(shù)顆衛(wèi)星送入軌道的技術(shù)。某兩顆衛(wèi)星釋放過程簡化為如圖所示，火箭運(yùn)行至P點(diǎn)時(shí)，同時(shí)將A、B兩顆衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。A衛(wèi)星進(jìn)入軌道1做圓周運(yùn)動(dòng)，B衛(wèi)星進(jìn)入軌道2沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)，P點(diǎn)為橢圓軌道的近地點(diǎn)，Q點(diǎn)為遠(yuǎn)地點(diǎn)，B衛(wèi)星在Q點(diǎn)噴氣變軌到軌道3，之后繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)。下列說法正確的是（

）A.A衛(wèi)星在P點(diǎn)的加速度大于B衛(wèi)星在P點(diǎn)的加速度B.A衛(wèi)星在軌道1的速度小于B衛(wèi)星在軌道3的速度C.B衛(wèi)星從軌道2上Q點(diǎn)變軌進(jìn)入軌道3時(shí)需要噴氣減速D.B衛(wèi)星沿軌道2從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)過程中引力做負(fù)功1234567891011

1234567891011衛(wèi)星從低軌道運(yùn)動(dòng)到高軌道，做離心運(yùn)動(dòng)，即在軌道相切點(diǎn)點(diǎn)火加速

實(shí)現(xiàn)，所以B衛(wèi)星在Q點(diǎn)變軌進(jìn)入軌道3時(shí)需要向后噴氣加速，故C錯(cuò)

誤；B衛(wèi)星沿軌道2從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)過程中速度減少，則動(dòng)能減小，

故引力做負(fù)功，故D正確。12345678910116.（2023·湖北高考2題）2022年12月8日，地球恰好運(yùn)行到火星和太

陽之間，且三者幾乎排成一條直線，此現(xiàn)象被稱為“火星沖日”。

火星和地球幾乎在同一平面內(nèi)沿同一方向繞太陽做圓周運(yùn)動(dòng)，火星

與地球的公轉(zhuǎn)軌道半徑之比約為3∶2，如圖所示。根據(jù)以上信息可

以得出（

）A.火星與地球繞太陽運(yùn)動(dòng)的周期之比約為27∶8B.當(dāng)火星與地球相距最遠(yuǎn)時(shí)，兩者的相對速度最大C.火星與地球表面的自由落體加速度大小之比約為9∶4D.下一次“火星沖日”將出現(xiàn)在2023年12月8日之前1234567891011

12345678910117.（2024·河北邢臺(tái)模擬）科學(xué)家觀測發(fā)現(xiàn)銀河系的“MAXIJ1820＋

070”是一個(gè)由黑洞和恒星組成的雙星系統(tǒng)，若系統(tǒng)中黑洞與恒星

的中心距離為L，黑洞做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的加速度為a，恒星做勻速圓

周運(yùn)動(dòng)的加速度為a'，則黑洞做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為（

）1234567891011

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8.“天問一號(hào)”從地球發(fā)射后，在如圖甲所示的P點(diǎn)沿地火轉(zhuǎn)移軌道

運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)，再依次進(jìn)入如圖乙所示的調(diào)相軌道和停泊軌道，地

球、火星繞太陽軌道可視為圓軌道。則“天問一號(hào)”（

）1234567891011A.發(fā)射速度介于7.9km/s與11.2km/s之間B.從P點(diǎn)轉(zhuǎn)移到Q點(diǎn)的時(shí)間小于6個(gè)月C.在地火轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度均大于地球繞太陽的速度D.在環(huán)繞火星的停泊軌道運(yùn)行的周期比在調(diào)相軌道上的周期小1234567891011

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