2020年高考物理考点练习5.14 卫星(航天器)的变轨及对接问题(解析版)
专题02 变轨问题(解析版)
02.变轨问题—万有引力与航天绕地球做匀速圆周运动的人造卫星所需向心力由万有引力提供，r m r Tm ma r v m r GMm 222224ωπ====，轨道半径r 确定后（在轨），与之对应的卫星线速度r GM v =，周期GMr T 32π=，向心加速度=a 2r GM 等也都是唯一确定的。
如果卫星的质量是确定的，那么，与轨道半径r 对应的卫星的动能、重力势能、总机械能也是唯一确定的。
一旦卫星发生了变轨，即轨道半径r 发生了变化，上述所有物理量都将随之变化。
一类变轨是卫星因为受稀薄大气的影响速度变小，从而做向心运动，使卫星在更低的轨道运行；另一类变轨例如发射同步卫星，先将卫星发射到近地轨道I ，使其绕地球做匀速圆周运动，速率为1v ，变轨时在P 点点火加速，短时间内将速率由1v 增加到2v ，使卫星进入椭圆形转移轨道 II ；卫星运行到远地点Q 时，速率为3v ，此时进行第二次点火加速，短时间内将速率由3v 增加到4v ，使卫星进入同步轨道III ，绕地球做匀速圆周运动。
如图所示：1.如图所示，一颗人造卫星原来在椭圆轨道1绕地球E 运行，在P 变轨后进入轨道2做匀速圆周运动下列说法正确的是A.不论在轨道1还是在轨道2运行，卫星在P 点的速度都相同B.不论在轨道1还是在轨道2运行，卫星在P 点的加速度都相同C.卫星在轨道1的任何位置都具有相同加速度D.卫星在轨道2的任何位置都具有相同动量 【答案】B【解析】从1到2，需要加速逃逸，A 错；2Mm Gma R =可得21a R∝,半径相同，加速度相同，卫星在椭圆轨道1上运动时，运动半径变化，a 在变，C 错B 对；卫星在圆形轨道2上运动时，过程中的速度方向时刻改变，所以动量方向不同，D 错。
2.如图6所示，飞船从轨道1变轨至轨道2。
若飞船在两轨道上都做匀速圆周运动，不考虑质量变化，相对于在轨道1上，飞船在轨道2上的A.动能大B.向心加速度大C.运行周期长D.角速度小【解析】根据r m r Tm ma r v m r GMm 222224ωπ====， 得，动能=k E r GMm 2，r 变大，所以动能变小，A 错误；加速度=a 2r GM ，r 变大，所以加速度变小，B 错误；周期GMr T 32π=，r 变大，所以周期变大，C 正确；角速度3rGM=ω，r 变大，所以角速度变小，D 正确。
2020高考物理卫星变轨与航天器对接问题(解析版)
2020年高考物理备考微专题精准突破专题2.8 卫星变轨与航天器对接问题【专题诠释】人造地球卫星的发射过程要经过多次变轨，如图所示，我们从以下几个方面讨论．1．变轨原理及过程(1)为了节省能量，在赤道上顺着地球自转方向发射卫星到圆轨道Ⅰ上．(2)在A点点火加速，由于速度变大，万有引力不足以提供在轨道Ⅰ上做圆周运动的向心力，卫星做离心运动进入椭圆轨道Ⅱ.(3)在B点(远地点)再次点火加速进入圆形轨道Ⅲ.2．物理量的定性分析(1)速度：设卫星在圆轨道Ⅰ和Ⅲ上运行时的速率分别为v1、v3，在轨道Ⅱ上过A点和B点时速率分别为v A、v B.因在A点加速，则v A＞v1，因在B点加速，则v3>v B，又因v1>v3，故有v A>v1>v3>v B.(2)加速度：因为在A点，卫星只受到万有引力作用，故不论从轨道Ⅰ还是轨道Ⅱ上经过A点，卫星的加速度都相同．同理，从轨道Ⅱ和轨道Ⅲ上经过B点时加速度也相同．(3)周期：设卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道上运行周期分别为T1、T2、T3，轨道半径分别为r1、r2(半长轴)、r3，由开普勒第三定律a3T2＝k可知T1＜T2＜T3.(4)机械能：在一个确定的圆(椭圆)轨道上机械能守恒．若卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道的机械能分别为E1、E2、E3，则E1＜E2＜E3.【高考领航】【2019·江苏高考】1970年成功发射的“东方红一号”是我国第一颗人造地球卫星，该卫星至今仍沿椭圆轨道绕地球运动。
如图所示，设卫星在近地点、远地点的速度分别为v1、v2，近地点到地心的距离为r，地球质量为M，引力常量为G。
则()A ．v 1>v 2，v 1＝GM r B ．v 1>v 2，v 1> GM r C ．v 1<v 2，v 1＝GM r D ．v 1<v 2，v 1> GM r【答案】 B 【解析】 卫星绕地球运动，由开普勒第二定律知，近地点的速度大于远地点的速度，即v 1>v 2。
2020高考物理卫星变轨与航天器对接问题(解析版)
2020年高考物理备考微专题精准突破专题2.8 卫星变轨与航天器对接问题【专题诠释】人造地球卫星的发射过程要经过多次变轨，如图所示，我们从以下几个方面讨论．1．变轨原理及过程(1)为了节省能量，在赤道上顺着地球自转方向发射卫星到圆轨道Ⅰ上．(2)在A点点火加速，由于速度变大，万有引力不足以提供在轨道Ⅰ上做圆周运动的向心力，卫星做离心运动进入椭圆轨道Ⅱ.(3)在B点(远地点)再次点火加速进入圆形轨道Ⅲ.2．物理量的定性分析(1)速度：设卫星在圆轨道Ⅰ和Ⅲ上运行时的速率分别为v1、v3，在轨道Ⅱ上过A点和B点时速率分别为v A、v B.因在A点加速，则v A＞v1，因在B点加速，则v3>v B，又因v1>v3，故有v A>v1>v3>v B.(2)加速度：因为在A点，卫星只受到万有引力作用，故不论从轨道Ⅰ还是轨道Ⅱ上经过A点，卫星的加速度都相同．同理，从轨道Ⅱ和轨道Ⅲ上经过B点时加速度也相同．(3)周期：设卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道上运行周期分别为T1、T2、T3，轨道半径分别为r1、r2(半长轴)、r3，由开普勒第三定律a3T2＝k可知T1＜T2＜T3.(4)机械能：在一个确定的圆(椭圆)轨道上机械能守恒．若卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道的机械能分别为E1、E2、E3，则E1＜E2＜E3.【高考领航】【2019·江苏高考】1970年成功发射的“东方红一号”是我国第一颗人造地球卫星，该卫星至今仍沿椭圆轨道绕地球运动。
如图所示，设卫星在近地点、远地点的速度分别为v1、v2，近地点到地心的距离为r，地球质量为M，引力常量为G。
则()A ．v 1>v 2，v 1＝GM r B ．v 1>v 2，v 1> GM r C ．v 1<v 2，v 1＝GM r D ．v 1<v 2，v 1> GM r【答案】 B 【解析】 卫星绕地球运动，由开普勒第二定律知，近地点的速度大于远地点的速度，即v 1>v 2。
高中物理卫星(航天器)的变轨及对接问题
(4)航天器和中心天体质量一定时：在同一轨道运行时航天器机械能不变，在
不同轨道上运行时航天器的机械能不同，轨道半径越大，机械能越大。
(1)卫星变轨原理
2
mv 4
Mm
G 2
L
L
卫星由高轨变低轨：
(卫星的回收)
v4
v3
2
mv
mv12
Mm
使卫星 v 2 减速到 v1 , 使 2
G 2
R
R
R
L
2
mv
C
图6
(3)卫星转移
例 3：(多选)如图为嫦娥三号登月轨迹示意图．图中 M 点为环地球
运行的近地点，N 点为环月球运行的近月点．a 为环月球运行的圆
轨道，b 为环月球运行的椭圆轨道，下列说法中正确的是(
)
A．嫦娥三号在环地球轨道上的运行速度大于 11.2 km/s
B．嫦娥三号在 M 点进入地月转移轨道时应点火加速
卫星(航天器)的变轨及对
接问题
卫星的变轨及变轨前、后各物理量的比较、对接问题
1．卫星发射及变轨过程概述
思考：卫星是如
何从低轨道进入
高轨道的?
(1)卫星变轨原理
V
m
F引 G
A
Mm
r2
v2
F向 m
r
在A点万有引力相同
F引
A点速度—内小外大（在A点看轨迹）
F引＜F向
F引＞F向
F引 F向
M
总结：
Mm
使卫星减速到 v 0 , 使 0 G 2
R
R
2
mv
Mm
使卫星减速到 v 3，使 3 G 2
L
L
【例1】
高考物理计算题复习《卫星变轨问题》(解析版)
《卫星变轨问题》一、计算题1.轨道进入停泊轨道，在停泊轨道经过调速后进入地月转移轨道，再次调速后进入工作轨道。
已知卫星在停泊轨道和工作轨道的运行半径分别为a和b，地球半径为R，月球半径为r，地球表面重力加速度为g，月球表面重力加速度为。
求：地球与月球质量之比；卫星在停泊轨道上运行的线速度；卫星在工作轨道上运行的周期。
2.2班做“神舟六号”载人飞船于2005年10月12日上午9点整在酒泉航天发射场发射升空由长征运载火箭将飞船送入近地点为A、远地点为B的椭圆轨道上，A 点距地面的高度为，飞船飞行五圈后进行变轨，进入预定圆轨道，如图所示在预定圆轨道上飞行N圈所用时间为t，于10月17日凌晨在内蒙古草原成功返回已知地球表面重力加速度为g，地球半径为求：飞船在A点的加速度大小．远地点B距地面的高度．沿着椭圆轨道从A到B的时间．3.如图为某飞船先在轨道Ⅰ上绕地球做圆周运动，然后在A点变轨进入返回地球的椭圆轨道Ⅱ运动，已知飞船在轨道Ⅰ上做圆周运动的周期为T，轨道半径为r，椭圆轨道的近地点B离地心的距离为，引力常量为G，飞船的质量为m，求：地球的质量及飞船在轨道Ⅰ上的线速度大小；若规定两质点相距无限远时引力势能为零，则质量分别为M、m的两个质点相距为r时的引力势能，式中G为引力常量求飞船在A点变轨时发动机对飞船做的功．4.如图所示，“嫦娥一号”卫星在飞向月球的过程中，经“地月转移轨道”到达近月点Q，为了被月球捕获成为月球的卫星，需要在Q点进行制动减速制动之后进入轨道Ⅲ，随后在Q点再经过两次制动，最终进入环绕月球的圆形轨道Ⅰ已知“嫦娥一号卫星”在轨道Ⅰ上运动时，卫星距离月球的高度为h，月球的质量月，月球的半径为月，万有引力恒量为忽略月球自转，求：“嫦娥一号”在Q点的加速度a．“嫦娥一号”在轨道Ⅰ上绕月球做圆周运动的线速度．若规定两质点相距无际远时引力势能为零，则质量分别为M、m的两个质点相距为r时的引力势能 —，式中G为引力常量．为使“嫦娥一号”卫星在Q 点进行第一次制动后能成为月球的卫星，同时在随后的运动过程其高度都不小于轨道Ⅰ的高度h，试计算卫星第一次制动后的速度大小应满足什么条件．5.如图是发射地球同步卫星的简化轨道示意图，先将卫星发射至距地面高度为的近地轨道Ⅰ上在卫星经过A点时点火实施变轨，进入远地点为B的椭圆轨道Ⅱ上，最后在B点再次点火，将卫星送入同步轨道Ⅲ已知地球表面的重力加速度为g，地球自转周期为T，地球的半径为R，求：卫星在近地轨道Ⅰ上的速度大小；点距地面的高度．6.为了探测X星球，载着登陆舱的探测飞船在该星球中心为圆心，半径为的圆轨道上运动，周期为，总质量为。
专题5.15 卫星(航天器)的变轨及对接问题(原卷版)
第五部分万有引力定律和航天专题5.15卫星(航天器)的变轨及对接问题一．选择题1．（2020山东聊城二模）2020年5月5日，为我国载人空间站工程研制的长征五号B运载火箭，搭载新一代载人飞船试验船和柔性充气式货物返回舱试验舱，在文昌航天发射场点火升空，载荷组合体被送入预定轨道，首飞任务取得圆满成功；未来两年内，我国还将发射核心舱、轨道舱等在轨组合中国空间站，发射载人飞船、货运飞船，向空间站运送航天员以及所需的物资。
关于火箭的发射以及空间站的组合、对接，下列说法正确的是A．火箭发射升空的过程中，发动机喷出的燃气推动空气，空气推动火箭上升B．货运飞船要和在轨的空间站对接，通常是将飞船发射到较低的轨道上，然后使飞船加速实现对接C．未来在空间站中工作的航天员因为不受地球引力，所以处于失重状态D．空间站一定在每天同一时间经过文昌发射场上空2.（2020年4月浙江台州质量评估）2017 年4月20 日19 时41 分，“天舟一号”货运飞船在海南文昌发射，然后与七个月前发射的“天宫二号”空间实验室进行了对接，对接后飞行轨道高度与“天宫二号”原轨道高度相同。
已知万有引力常量为G，地球半径为R，对接前“天宫二号”的轨道半径为r、运行周期为T。
由此可知A．地球的质量为222 4r GT πB.C．对接前“天宫二号”的运行速度为2R T πD．对接后“天舟一号”与“天宫二号”组合体的运行周期大于T3. （2019辽宁沈阳一模）“神舟十一号”飞船与“天宫二号”空间实验室自动交会对接前的示意图如图所示，圆形轨道I为“天宫二号”运行轨道，圆形轨道II为“神舟十一号”运行轨道。
此后“神舟十一号”要进行多次变轨，才能实现与“天宫二号”的交会对接，则：（）A. “天宫二号”在轨道I的运行速率大于“神舟十一号”在轨道II上运行速率B. “神舟十一号”由轨道II变轨到轨道I需要减速C. “神舟十一号”为实现变轨需要向后喷出气体D. “神舟十一号”变轨后比变轨前机械能减少4．（2019湖北名校联盟三模）2018年12月9日2时28分高分五号卫星在太原卫星发射中心用长征四号丙运载火箭发射升空，卫星经过多次变轨后，在距地心为R的地球冋步轨道上凝望地球。
高考物理热点：卫星(航天器)的变轨及对接问题
(2)相关物理量的比较 ①两个不同轨道的“切点”处线速度v不相等， 图中vⅢ＞vⅡB＞vⅡA＞vⅠ。 ②同一个椭圆轨道上近地点和远地点线速度 大小不相等，从远地点到近地点万有引力对卫星做正功，动能增大(引力势能 减小)，图中vⅡA＞vⅡB，EkⅡA＞EkⅡB，EpⅡA＜EpⅡB。 ③两个不同圆轨道上的线速度v不相等，轨道半径越大，v越小，图中vⅠ＞vⅢ。
A．在着陆前的瞬间，速度大小约为8.9 m/s
B．悬停时受到的反冲作用力约为2×103 N
C．从离开近月圆轨道到着陆这段时间内，机械能守恒
D．在近月圆轨道上运行的线速度小于人造卫星在近地圆轨道上
运行的 线速度
转到解析 目录
【真题示例3】(2016·天津理综，3)我国即将发射“天宫二号”空间实 验室，之后发射“神舟十一号”飞船与“天宫二号”对接。假设“天宫 二号”与“神舟十一号”都围绕地球做匀速圆周运动，为了实现飞船与 空间实验室的对接，下列措施可行的是( )
星球
地球 火星 木星 土星 天王星 海王星
轨道半径(AU) 1.0 1.5 5.2 9.5
19
A.各地外行星每年都会出现冲日现象
B．在2015年内一定会出现木星冲日
C．天王星相邻两次冲日的时间间隔为土星的一半
D．地外行星中，海王星相邻两次冲日的时间间隔最短
30
转到解析
目录
3.规律方法
人造地球卫星的发射过程要经过多次变轨,过程简图如图所示。
地面高为36 000 km，宇宙飞船和一地球同步卫星绕地球同向运动，每当
两者相距最近时，宇宙飞船就向同步卫星发射信号，然后再由同步卫星
将信号发送到地面接收站，某时刻两者相距最远，从此刻开始，在一昼
高考物理计算题复习《卫星变轨问题》(解析版)
《卫星变轨问题》一、计算题1.轨道进入停泊轨道，在停泊轨道经过调速后进入地月转移轨道，再次调速后进入工作轨道。
已知卫星在停泊轨道和工作轨道的运行半径分别为a和b，地球半径为R，月球半径为r，地球表面重力加速度为g，月球表面重力加速度为。
求：地球与月球质量之比；卫星在停泊轨道上运行的线速度；卫星在工作轨道上运行的周期。
2.2班做“神舟六号”载人飞船于2005年10月12日上午9点整在酒泉航天发射场发射升空由长征运载火箭将飞船送入近地点为A、远地点为B的椭圆轨道上，A 点距地面的高度为，飞船飞行五圈后进行变轨，进入预定圆轨道，如图所示在预定圆轨道上飞行N圈所用时间为t，于10月17日凌晨在内蒙古草原成功返回已知地球表面重力加速度为g，地球半径为求：飞船在A点的加速度大小．远地点B距地面的高度．沿着椭圆轨道从A到B的时间．3.如图为某飞船先在轨道Ⅰ上绕地球做圆周运动，然后在A点变轨进入返回地球的椭圆轨道Ⅱ运动，已知飞船在轨道Ⅰ上做圆周运动的周期为T，轨道半径为r，椭圆轨道的近地点B离地心的距离为，引力常量为G，飞船的质量为m，求：地球的质量及飞船在轨道Ⅰ上的线速度大小；若规定两质点相距无限远时引力势能为零，则质量分别为M、m的两个质点相距为r时的引力势能，式中G为引力常量求飞船在A点变轨时发动机对飞船做的功．4.如图所示，“嫦娥一号”卫星在飞向月球的过程中，经“地月转移轨道”到达近月点Q，为了被月球捕获成为月球的卫星，需要在Q点进行制动减速制动之后进入轨道Ⅲ，随后在Q点再经过两次制动，最终进入环绕月球的圆形轨道Ⅰ已知“嫦娥一号卫星”在轨道Ⅰ上运动时，卫星距离月球的高度为h，月球的质量月，月球的半径为月，万有引力恒量为忽略月球自转，求：“嫦娥一号”在Q点的加速度a．“嫦娥一号”在轨道Ⅰ上绕月球做圆周运动的线速度．若规定两质点相距无际远时引力势能为零，则质量分别为M、m的两个质点相距为r时的引力势能 —，式中G为引力常量．为使“嫦娥一号”卫星在Q 点进行第一次制动后能成为月球的卫星，同时在随后的运动过程其高度都不小于轨道Ⅰ的高度h，试计算卫星第一次制动后的速度大小应满足什么条件．5.如图是发射地球同步卫星的简化轨道示意图，先将卫星发射至距地面高度为的近地轨道Ⅰ上在卫星经过A点时点火实施变轨，进入远地点为B的椭圆轨道Ⅱ上，最后在B点再次点火，将卫星送入同步轨道Ⅲ已知地球表面的重力加速度为g，地球自转周期为T，地球的半径为R，求：卫星在近地轨道Ⅰ上的速度大小；点距地面的高度．6.为了探测X星球，载着登陆舱的探测飞船在该星球中心为圆心，半径为的圆轨道上运动，周期为，总质量为。
高考物理计算题复习《卫星变轨问题》(解析版)
《卫星变轨问题》一、计算题1.轨道进入停泊轨道，在停泊轨道经过调速后进入地月转移轨道，再次调速后进入工作轨道。
已知卫星在停泊轨道和工作轨道的运行半径分别为a和b，地球半径为R，月球半径为r，地球表面重力加速度为g，月球表面重力加速度为g。
求：6(1)地球与月球质量之比；(2)卫星在停泊轨道上运行的线速度；(3)卫星在工作轨道上运行的周期。
2.(1,2班做)“神舟六号”载人飞船于2005年10月12日上午9点整在酒泉航天发射场发射升空.由长征运载火箭将飞船送入近地点为A、远地点为B的椭圆轨道上，A 点距地面的高度为ℎ1，飞船飞行五圈后进行变轨，进入预定圆轨道，如图所示.在预定圆轨道上飞行N圈所用时间为t，于10月17日凌晨在内蒙古草原成功返回.已知地球表面重力加速度为g，地球半径为R.求：(1)飞船在A点的加速度大小．(2)远地点B距地面的高度．(3)沿着椭圆轨道从A到B的时间．3.如图为某飞船先在轨道Ⅰ上绕地球做圆周运动，然后在A点变轨进入返回地球的椭圆轨道Ⅱ运动，已知飞船在轨道Ⅰ上做圆周运动的周期为T，轨道半径为r，椭圆轨道的近地点B离地心的距离为kr(k<1)，引力常量为G，飞船的质量为m，求：(1)地球的质量及飞船在轨道Ⅰ上的线速度大小；(2)若规定两质点相距无限远时引力势能为零，则质量分别为M、m的两个质点相，式中G为引力常量.求飞船在A点变轨时发动机距为r时的引力势能E p=−GMmr对飞船做的功．4.如图所示，“嫦娥一号”卫星在飞向月球的过程中，经“地月转移轨道”到达近月点Q，为了被月球捕获成为月球的卫星，需要在Q点进行制动(减速).制动之后进入轨道Ⅲ，随后在Q点再经过两次制动，最终进入环绕月球的圆形轨道Ⅰ.已知“嫦娥一号卫星”在轨道Ⅰ上运动时，卫星距离月球的高度为h，月球的质量M月，月球的半径为r月，万有引力恒量为G.忽略月球自转，求：(1)“嫦娥一号”在Q点的加速度a．(2)“嫦娥一号”在轨道Ⅰ上绕月球做圆周运动的线速度．(3)若规定两质点相距无际远时引力势能为零，则质量分别为M、m的两个质点相距为r时的引力势能E P=—GMm，式中G为引力常量．为使“嫦娥一号”卫星在Qr点进行第一次制动后能成为月球的卫星，同时在随后的运动过程其高度都不小于轨道Ⅰ的高度h，试计算卫星第一次制动后的速度大小应满足什么条件．5.如图是发射地球同步卫星的简化轨道示意图，先将卫星发射至距地面高度为ℎ1的近地轨道Ⅰ上.在卫星经过A点时点火实施变轨，进入远地点为B的椭圆轨道Ⅱ上，最后在B点再次点火，将卫星送入同步轨道Ⅲ.已知地球表面的重力加速度为g，地球自转周期为T，地球的半径为R，求：(1)卫星在近地轨道Ⅰ上的速度大小；(2)B点距地面的高度．6.为了探测X星球，载着登陆舱的探测飞船在该星球中心为圆心，半径为r1的圆轨道上运动，周期为T1，总质量为m1。
2020年高考物理最新考点模拟试题： 卫星(航天器)的变轨及对接问题(解析版)
2020年高考物理最新考点模拟试题：卫星（航天器）的变轨及对接问题（解析版）一．选择题1．（6分）（2019陕西榆林四模）我国是少数几个掌握飞船对接技术的国家之一，为了实现神舟飞船与天宫号空间站顺利对接，具体操作应为（）A．飞船与空间站在同一轨道上且沿相反方向做圆周运动接触后对接B．空间站在前、飞船在后且两者沿同一方向在同一轨道做圆周运动，在合适的位置飞船加速追上空间站后对接C．空间站在高轨道，飞船在低轨道且两者同向飞行，在合适的位置飞船加速追上空间站后对接D．飞船在前、空间站在后且两者在同一轨道同向飞行，在合适的位置飞船减速然后与空间站对接【参考答案】C【名师解析】飞船在轨道上高速运动，如果在同轨道上沿相反方向运动，则最终会撞击而不是成功对接，故A错误；两者在同轨道上，飞船加速后做离心运动，则飞船的轨道抬升，故不能采取同轨道加速对接，故B错误；飞船在低轨道加速做离心运动，在合适的位置，飞船追上空间站实现对接，故C正确；两者在同一轨道飞行时，飞船突然减速做近心运动，飞船的轨道高度要降低，故不可能与同轨道的空间站实现对接，故D错误。
2. （2019辽宁沈阳一模）“神舟十一号”飞船与“天宫二号”空间实验室自动交会对接前的示意图如图所示，圆形轨道I为“天宫二号”运行轨道，圆形轨道II为“神舟十一号”运行轨道。
此后“神舟十一号”要进行多次变轨，才能实现与“天宫二号”的交会对接，则：（）A. “天宫二号”在轨道I的运行速率大于“神舟十一号”在轨道II上运行速率B. “神舟十一号”由轨道II变轨到轨道I需要减速C. “神舟十一号”为实现变轨需要向后喷出气体D. “神舟十一号”变轨后比变轨前机械能减少【参考答案】C【名师解析】由题可知，万有引力提供向心力，即，则，由于“天宫二号”的轨道半径大，可知其速率小，则A错误；“神舟十一号” 由轨道II变轨到轨道I需要加速做离心运动，要向后喷出气体，速度变大，发动机做正功，使其机械能增加，故选项C正确，BD错误。
高考物理复习---卫星变轨问题 双星模型课时练习题(含答案)
√D.M一定，L越大，T越大
图3
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
解析 设双星质量分别为 mA、mB，轨道半径分别为 RA、RB，角速度相等，均为 ω，根据万有引力定律可 知：GmLAm2 B＝mAω2RA，GmLAm2 B＝mBω2RB，距离关系为： RA＋RB＝L，联立解得：mmAB＝RRBA，因为 RA>RB，所以 A 的质量一定小于 B 的质量，故 A 错误； 根据线速度与角速度的关系有：vA＝ωRA、vB＝ωRB，因为角速度相等， 轨道半径RA>RB，所以A的线速度大于B的线速度，故B正确；
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
9.(多选)(2020·福建龙岩市检测)2019年人类天文史上首张黑洞图片正式公布.在
宇宙中当一颗恒星靠近黑洞时，黑洞和恒星可以相互绕行，从而组成双星系
统.在相互绕行的过程中，质量较大的恒星上的物质会逐渐被吸入到质量较小
的黑洞中，从而被吞噬掉，黑洞吞噬恒星的过程也被称之为“潮汐瓦解事
件”.天鹅座X－1就是一个由黑洞和恒星组成的双星系统，它们以两者连线上
的某一点为圆心做匀速圆周运动，如图6所示.在刚开始吞噬的较短时间内，恒
星和黑洞的距离不变，则在这段时间内，下列说法正确的是
√A.它们的万有引力大小变大
B.它们的万有引力大小不变
√C.恒星做圆周运动的轨道半径将变大，线速度也变大
D.恒星做圆周运动的轨道半径将变小，线速度也变小
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
又因为 T＝2ωπ，联立可得 T＝2π GLM3 ，所以 L 一定，M 越大，T 越小； M 一定，L 越大，T 越大，故 C 错误，D 正确.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
高考物理专题31卫星变轨与对接问题练习含解析
专题31 卫星变轨与对接问题1．升高轨道需要点火加速(向后喷气)，降低轨道需要点火减速(向前喷气).2.同一轨道后面的卫星追赶前面的卫星需要先减速后加速．1．(2020·河南开封市模拟)2018年12月12日16时45分“嫦娥四号”探测器经过约110小时的奔月飞行到达月球附近．假设“嫦娥四号”在月球上空某高度处做圆周运动，运行速度为v 1，为成功实施近月制动，使它进入更靠近月球的预定圆轨道，设其运行速度为v 2.对这一变轨过程及变轨前后的速度对比正确的是( )A ．发动机向后喷气进入低轨道，v 1>v 2B ．发动机向后喷气进入低轨道，v 1<v 2C ．发动机向前喷气进入低轨道，v 1>v 2D ．发动机向前喷气进入低轨道，v 1<v 2答案 D解析 为成功实施近月制动，使“嫦娥四号”进入更靠近月球的预定圆轨道，发动机应向前喷气减速，使“嫦娥四号”做近心运动，进入低轨道，在近月球的预定圆轨道运动时，半径变小，根据万有引力提供向心力，则有：GMm r 2＝mv 2r，解得：v ＝ GM r，其中r 为轨道半径，所以运行速度增大，即v 1<v 2，故D 正确，A 、B 、C 错误． 2．(2019·北京海淀区3月适应性练习)围绕地球运动的低轨退役卫星，会受到稀薄大气阻力的影响，虽然每一圈的运动情况都非常接近匀速圆周运动，但在较长时间运行后其轨道半径明显变小了．下面对卫星长时间运行后的一些参量变化的说法错误的是( )A ．由于阻力做负功，可知卫星的速度减小了B ．根据万有引力提供向心力，可知卫星的速度增加了C ．由于阻力做负功，可知卫星的机械能减小了D ．由于重力做正功，可知卫星的重力势能减小了答案 A解析 卫星在阻力的作用下，要在原来的轨道减速，万有引力将大于所需的向心力，卫星会做近心运动，轨道半径变小，卫星绕地球做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力，设卫星的质量为m ，轨道半径为r ，地球质量为M ，由G Mm r 2＝m v 2r ，得：v ＝ GM r，A 错误，B 正确；由于阻力做负功，所以卫星的机械能减小了，故C 正确；重力做正功，重力势能减小，故D 正确；本题选择错误的，故选A.3．(多选)(2020·山西晋中市二统)“太空涂鸦”的技术就是使低轨运行的反侦察卫星通过变轨接近高轨侦察卫星(近似认为进入高轨道)，准确计算轨道并向其发射“漆雾”弹，“漆雾”弹在临近侦察卫星时，压爆弹囊，让“漆雾”散开并喷向侦察卫星，喷散后强力吸附在侦察卫星的侦察镜头、太阳能板、电子侦察传感器等关键设备上，使之暂时失效．下列关于反侦察卫星的说法正确的是( )A ．反侦察卫星进攻前需要向后方喷气才能进入侦察卫星轨道B ．反侦察卫星进攻前的向心加速度小于攻击时的向心加速度C ．反侦察卫星进攻前的机械能小于攻击时的机械能D ．反侦察卫星进攻时的线速度大于第一宇宙速度答案 AC解析 反侦察卫星进行攻击时必须从低轨道向高轨道运动，显然应该向后喷气，故A 正确；根据向心加速度a ＝GM r 2可知轨道半径越大，向心加速度越小，故B 错误；从低轨道向高轨道运动时需点火加速，机械能增加，即反侦察卫星进攻前的机械能小于攻击时的机械能，故C 正确；在高、低轨道运行的线速度均小于第一宇宙速度，故D 错误．4．(多选)如图1，在发射一颗质量为m 的地球同步卫星时，先将其发射到贴近地球表面的圆轨道Ⅰ上(离地面高度忽略不计)，再通过一椭圆轨道Ⅱ变轨后到达距地面高为h 的预定圆轨道Ⅲ上．已知卫星在圆形轨道Ⅰ上运行的加速度为g ，地球半径为R ，卫星在变轨过程中质量不变，则( ) 图1A ．卫星在轨道Ⅲ上运行的加速度大小为(h R ＋h )2g B ．卫星在轨道Ⅲ上运行的线速度大小为 gR 2R ＋hC ．卫星在轨道Ⅲ上运行时经过P 点的速率大于在轨道Ⅱ上运行时经过P 点的速率D ．卫星在轨道Ⅲ上做匀速圆周运动的动能大于在轨道Ⅰ上的动能答案 BC解析 设地球质量为M ，由万有引力提供向心力得，在轨道Ⅰ上有G MmR2＝mg ，在轨道Ⅲ上有G Mm R ＋h 2＝ma ，所以a ＝(RR ＋h )2g ，A 错误；又因a ＝v 2R ＋h ，所以v ＝gR 2R ＋h，B 正确；卫星由轨道Ⅱ变轨到轨道Ⅲ需要加速做离心运动，所以卫星在轨道Ⅲ上运行时经过P 点的速率大于在轨道Ⅱ上运行时经过P 点的速率，C 正确；尽管卫星从轨道Ⅰ变轨到轨道Ⅲ要在P 、Q 点各加速一次，但在圆形轨道上稳定运行时的速度v ＝ GM r ，由动能表达式知卫星在轨道Ⅲ上的动能小于在轨道Ⅰ上的动能，D 错误．5.(2020·安徽淮北市一模)发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送入同步圆轨道3(如图2所示)．则卫星分别在1、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是( )图2A ．卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率B ．卫星在轨道3上的角速度大于在轨道1上的角速度C ．卫星在轨道3上具有的机械能大于在轨道1上具有的机械能D ．卫星在轨道3上经过P 点的加速度大于在轨道2上经过P 点的加速度答案 C解析 由G Mm r 2＝m v 2r ，得v ＝GM r，轨道3的半径大于轨道1的半径，则卫星在轨道3上的速率小于在轨道1上的速率，A 项错误；由ω＝vr ＝GM r 3知，r 越大，ω越小，B 项错误；由牛顿第二定律和万有引力定律得a ＝GM r 2，故卫星在轨道3上经过P 点的加速度等于在轨道2上经过P 点的加速度，D 项错误；卫星点火加速，从低轨道进入高轨道，机械能增加，C 项正确．6.(2020·山东济宁市二模)如图3所示，1、3轨道均是卫星绕地球做圆周运动的轨道示意图，1轨道的半径为R,2轨道是一颗卫星绕地球做椭圆运动的轨道示意图，3轨道与2轨道相切于B 点，O 点为地球球心，AB 为椭圆的长轴，三轨道和地心都在同一平面内．已知在1、2两轨道上运动的卫星的周期相等，引力常量为G ，地球质量为M ，三颗卫星的质量相等，则下列说法正确的是( )图3A．卫星在3轨道上的机械能小于在2轨道上的机械能B．若卫星在1轨道上的速率为v1，卫星在2轨道A点的速率为v A，则v1<v AC．若卫星在1、3轨道上的加速度大小分别为a1、a3，卫星在2轨道A点的加速度大小为a A，则a A<a1<a3D．若OA＝0.4R，则卫星在2轨道B点的速率v B>5GM 8R答案 B解析2、3轨道在B点相切，卫星在3轨道相对于2轨道是做离心运动的，卫星在3轨道上的线速度大于在2轨道上B点的线速度，因卫星质量相同，所以卫星在3轨道上的机械能大于在2轨道上的机械能，A错误；以OA为半径作一个圆轨道4与2轨道相切于A点，设卫星在4轨道上的速率为v4，则v4<v A，又因v1<v4，所以v1<v A，B正确；加速度是万有引力产生的，只需要比较卫星到地心的高度即可，应是a A>a1>a3，C错误；2轨道的半长轴为R，OB＝1.6R,3轨道上的线速度v3＝5GM8R，又因v B<v3，所以v B<5GM8R，D错误．。
2020届高考物理第二轮专题复习选择题模拟演练：卫星变轨及能量问题(含解析)
2020届高考物理第二轮专题复习选择题模拟演练卫星变轨及能量问题一、单项选择题1、“天宫一号”目标飞行器在离地面343 km的圆形轨道上运行，其轨道所处的空间存在极其稀薄的大气.下列说法正确的是( )A.如不加干预，“天宫一号”围绕地球的运动周期将会变小B.如不加干预，“天宫一号”围绕地球的运动动能将会变小C.“天宫一号”的加速度大于地球表面的重力加速度D.航天员在“天宫一号”中处于完全失重状态，说明航天员不受地球引力作用2、如图甲所示的“轨道康复者”航天器可在太空中给“垃圾”卫星补充能源，延长卫星的使用寿命．图乙是“轨道康复者”在某次拯救一颗地球同步卫星前，二者在同一平面内沿相同绕行方向绕地球做匀速圆周运动的示意图，此时二者的连线通过地心，轨道半径之比为1∶3，若不考虑卫星与“轨道康复者”之间的引力，则下列说法正确的是( )A．在图示轨道上，“轨道康复者”的速度大于7.9 km/sB．在图示轨道上，“轨道康复者”的加速度大小是地球同步卫星的4倍C．在图示轨道上，“轨道康复者”的周期为3 h，且从图示位置开始经1.5 h与同步卫星的距离最近D．若要对该同步卫星实施拯救，“轨道康复者”应从图示轨道上加速，然后与同步卫星对接3、我国“嫦娥一号”探月卫星发射后，先在“24小时轨道”上绕地球运行(即绕地球一圈需要24小时)；然后，经过两次变轨依次到达“48小时轨道”和“72小时轨道”；最后奔向月球．如果按圆形轨道计算，并忽略卫星质量的变化，则在每次变轨完成后与变轨前相比( ) A．卫星绕行速度变大B．卫星所受向心力增大C．卫星的机械能守恒D．卫星动能减小，引力势能增大4、在地球大气层外有大量的太空垃圾．在太阳活动期，地球大气会受太阳风的影响而扩张，使一些原本在大气层外绕地球飞行的太空垃圾被大气包围，从而开始向地面下落．大部分太空垃圾在落地前已经燃烧成灰烬，但体积较大的太空垃圾仍会落到地面上，对人类造成危害．太空垃圾下落的原因是( )A ．大气的扩张使垃圾受到的万有引力增大而导致下落B ．太空垃圾在与大气摩擦燃烧过程中质量不断减小，进而导致下落C ．太空垃圾的上表面受到的大气压力大于其下表面受到的大气压力，这种压力差将它推向地面D ．太空垃圾在大气阻力作用下速度减小，运动所需的向心力将小于万有引力，做向心运动，落向地面5、如图所示，假设月球半径为R ，月球表面的重力加速度为g 0，飞船在距月球表面高度为3R 的圆形轨道Ⅰ运动，到达轨道的A 点点火变轨进入椭圆轨道Ⅱ，到达轨道的近月点B 再次点火进入近月轨道Ⅲ绕月球做圆周运动．则( )A ．飞船在轨道Ⅰ上的运行速度为14g 0R B ．飞船在A 点处点火时，速度增加C ．飞船在轨道Ⅰ上运行时通过A 点的加速度大于在轨道Ⅱ上运行时通过A 点的加速度D ．飞船在轨道Ⅲ绕月球运行一周所需的时间为2πR g 06、按照我国整个月球探测活动的计划，在第一步“绕月”工程圆满完成各项目标和科学探测任务后，第二步是“落月”工程，已在2013年以前完成．如图，假设月球半径为R，月球表面的重力加速度为g0，飞船沿距月球表面高度为3R的圆形轨道Ⅰ运动，到达轨道的A点时点火变轨进入椭圆轨道Ⅱ，到达轨道的近月点B时再次点火进入月球近月轨道Ⅲ绕月球做圆周运动．下列判断正确的是( )A．飞船在轨道Ⅰ上的运行速率v＝g0R 2B．飞船在A点处点火变轨时，动能增大C．飞船从A到B运行的过程中机械能增大D．飞船在轨道Ⅲ绕月球运动一周所需的时间T＝π R g07、有研究表明，目前月球远离地球的速度是每年3.82±0.07 cm.则10亿年后月球与现在相比( )A.绕地球做圆周运动的周期变小B.绕地球做圆周运动的加速度变大C.绕地球做圆周运动的线速度变小D.地月之间的引力势能变小8、如图所示，假设月球半径为R ，月球表面的重力加速度为g 0，飞船在距月球表面高度为3R 的圆形轨道Ⅰ上运动，到达轨道的A 点点火变轨进入椭圆轨道Ⅱ，到达轨道的近月点B 再次点火进入近月轨道Ⅲ绕月球做圆周运动.则( )A.飞船在轨道Ⅰ上的运行速度为14g 0R B.飞船在A 点处点火时，速度增加C.飞船在轨道Ⅰ上运行时通过A 点的加速度大于在轨道Ⅱ上运行时通过A 点的加速度D.飞船在轨道Ⅲ上绕月球运行一周所需的时间为2πR g 09、“嫦娥三号”探月卫星沿地月转移轨道飞向月球，在距离月球表面200 km 的P 点进行第一次“刹车制动”后被月球俘获，进入椭圆轨道Ⅰ绕月飞行.然后卫星在P 点又经过两次“刹车制动”，最终在距月球表面200 km 的圆形轨道Ⅲ上绕月球做匀速圆周运动，如图所示.则下列说法正确的是( )A.卫星在三个轨道上运动的周期TⅢ＞TⅡ＞TⅠB.不考虑卫星质量的变化，卫星在三个轨道上的机械能EⅢ＞EⅡ＞EⅠC.卫星在不同轨道运动到P点(尚未制动)时的加速度都相等D.不同轨道的半长轴(或半径)的二次方与周期的三次方的比值都相等10、2016年10月23日早上，天宫二号空间实验室上搭载的一颗小卫星(伴星)在太空中成功释放，并且对天宫二号和神舟十一号组合体进行了第一次拍照．“伴星”经调整后，和“天宫二号”一样绕地球做匀速圆周运动．但比“天宫二号”离地面稍高一些，那么( ) A．“伴星”的运行周期比“天宫二号”稍小一些B．从地球上发射一颗到“伴星”轨道运动的卫星，发射速度要大于11.2 km/sC．在同一轨道上，若后面的卫星一旦加速，将与前面的卫星相碰撞D．若伴星失去动力且受阻力作用，轨道半径将变小，则有可能与“天宫二号”相碰撞二、多项选择题11、“天宫一号”目标飞行器在离地面343 km的圆形轨道上运行，其轨道所处的空间存在极其稀薄的大气．下列说法不正确的是( ) A．如不加干预，“天宫一号”围绕地球的运动周期将会变小B．如不加干预，“天宫一号”围绕地球的运动动能将会变小C．“天宫一号”的加速度大于地球表面的重力加速度D．航天员在“天宫一号”中处于完全失重状态，说明航天员不受地球引力作用12、航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后，在A点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ，B为轨道Ⅱ上的一点，如图所示，关于航天飞机的运动，下列说法中正确的有( )A．在轨道Ⅱ上经过A的速度小于经过B的速度B．在轨道Ⅱ上经过A的动能小于在轨道Ⅰ上经过A的动能C．在轨道Ⅱ上运动的周期小于在轨道Ⅰ上运动的周期D．在轨道Ⅱ上经过A的加速度小于在轨道Ⅰ上经过A的加速度13、2017年4月，我国第一艘货运飞船“天舟一号”顺利升空，随后与“天宫二号”交会对接.假设“天舟一号”从B点发射经过椭圆轨道运动到“天宫二号”的圆轨道上完成对接，如图1所示.已知“天宫二号”的轨道半径为r，“天舟一号”沿椭圆轨道运动的周期为T，A、B两点分别为椭圆轨道的远地点和近地点，地球半径为R，引力常量为G.则( )A.“天宫二号”的运行速度小于7.9 km/sB.“天舟一号”的发射速度大于11.2 km/sC.根据题中信息可以求出地球的质量D.“天舟一号”在A点的速度大于“天宫二号”的运行速度14、2015年12月10日，我国成功将中星1C卫星发射升空，卫星顺利进入预定转移轨道.如图所示是某卫星沿椭圆轨道绕地球运动的示意图，已知地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，卫星远地点P距地心O的距离为3R.则( )A.卫星在远地点的速度大于3gR 3B.卫星经过远地点时速度最小C.卫星经过远地点时的加速度大小为g9D.卫星经过远地点时加速，卫星将不能再次经过远地点15、“嫦娥三号”从距月面高度为100km 的环月圆轨道Ⅰ上的P 点实施变轨，进入近月点为15km 的椭圆轨道Ⅱ，从近月点Q 成功落月，如图2所示．关于“嫦娥三号”，下列说法正确的是( )A ．沿轨道Ⅱ运行的周期大于沿轨道Ⅰ运行的周期B ．沿轨道Ⅰ运行至P 点时，需制动减速才能进入轨道ⅡC ．沿轨道Ⅱ运行时，在P 点的加速度大小等于在Q 点的加速度大小D ．在轨道Ⅱ上由P 点运行到Q 点的过程中，万有引力对其做正功，它的动能增加，机械能不变16、发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1上，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，然后再次点火，将卫星送入同步轨道3.轨道1、2相切于Q 点，轨道2、3相切于P 点，如图所示，则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，下列说法中正确的是( )A ．卫星在轨道1上的速率大于在轨道3上的速率B ．卫星在轨道1上的周期大于在轨道3上的周期C ．卫星在轨道2上的周期小于在轨道3上的周期D ．卫星在轨道1上经过Q 点时的加速度大于它在轨道2上经过Q 点时的加速度答案与解析1.A解析：根据万有引力提供向心力有GMm r 2＝m 4π2r T 2，解得：T ＝ 4π2r 3GM，由于摩擦阻力作用，卫星轨道高度将降低，则周期减小，A 项正确；根据GMm r 2＝m v 2r ，解得：v ＝GM r，轨道高度降低，卫星的线速度增大，故动能将增大，B 项错误；根据GMm r 2＝ma ，得a ＝GM r 2，“天宫一号”的轨道半径大于地球半径，则加速度小于地球表面的重力加速度，C 项错误；完全失重状态说明航天员对悬绳的拉力或对支持物体的压力为0，而地球对航天员的万有引力提供航天员随“天宫一号”围绕地球做圆周运动的向心力，D 项错误.2．D解析：由v ＝GMr知第一宇宙速度是卫星的最大运行速度，“轨道康复者”的速度一定小于7.9 km/s ，故A 错误；由牛顿第二定律可得a ＝GMr2，两者的轨道半径之比为1∶4，所以加速度之比为16∶1，故B 错误；两卫星从相距最远到相距最近需满足t 3－t24＝n ＋12，(n ＝0,1,2,3，…)，故C 错误；“轨道康复者”从图示轨道上加速，则会做离心运动，从而接近同步轨道才能实现对接，故D 正确． 3．D解析：万有引力提供向心力有G Mm r 2＝m 4π2T2r ，可得运动半径与周期的关系为r ＝ 3GMT 24π2，由题意可得：r 24<r 48<r 72.根据G Mm r 2＝m v 2r，得v ＝GMr，随着r 增大，线速度v 减小，卫星动能减小，由于卫星轨道半径增加的过程中克服引力做功，所以引力势能增大，故选项A 错误，D 正确；根据F 向＝G Mmr2，随着r 增大，卫星所受向心力F 向减小，故选项B 错误；卫星要从低轨道到高轨道需要加速然后做离心运动，在到高轨道的过程中动能转化为势能，轨道越高克服引力做的功越多，所以轨道半径越大，卫星的机械能越大，故选项C 错误．4．D解析：太空垃圾在大气阻力的作用下速度减小，它做圆周运动所需的向心力小于地球对它的引力，故其不断做向心运动，最终落在地面上，故D 正确，A 、B 、C 错误． 5．D解析：据题意，飞船在轨道Ⅰ上运动时有：G Mm (4R )2＝m v 24R，经过整理得：v ＝GM4R，而GM ＝g 0R 2，代入上式计算得v ＝g 0R4，所以A 选项错误；飞船在A 点处点火使速度减小，飞船做靠近圆心的运动，所以飞船速度减小，B 选项错误；据a ＝GM(4R )2可知，飞船两条运行轨迹的A 点距地心的距离均相等，所以加速度相等，所以C 选项错误；飞船在轨道Ⅲ上运行一周的时间为：G Mm R 2＝mR 4π2T2经过整理得T ＝2πRg 0，所以D 选项正确． 6．A解析：飞船在轨道Ⅰ上，万有引力提供向心力：G Mm (4R )2＝m v 24R ，在月球表面，万有引力等于重力得：G Mm R 2＝mg 0，解得：v ＝g 0R2，故A 正确；在圆轨道实施变轨成椭圆轨道远地点是做逐渐靠近圆心的运动，要实现这个运动必须万有引力大于飞船所需向心力，所以应给飞船减速，减小所需的向心力，动能减小，故B 错误；飞船在轨道Ⅱ上做椭圆运动，根据开普勒第二定律可知：在近月点速度大于远月点速度，所以飞船在A 点的线速度大于在B 点的线速度，机械能不变，故C 错误；根据mg 0＝m 4π2RT2，解得T ＝2πRg 0，故D 错误． 7.C解析：对月球进行分析，根据万有引力提供向心力有：GMm r 2＝m (2πT)2r ，得：T ＝4π2r 3GM，由于轨道半径变大，故周期变大，A 项错误；根据GMm r 2＝ma ，有：a ＝GMr 2，由于轨道半径变大，故加速度变小，B 项错误；根据GMm r 2＝m v 2r，则：v ＝GMr，由于轨道半径变大，故线速度变小，C 项正确；由于月球远离地球，万有引力做负功，故引力势能变大，D 项错误. 8.D解析：据题意，飞船在轨道Ⅰ上运动时有：GMm4R 2＝m v 24R，经过整理得：v ＝GM 4R ，而GM ＝g 0R 2，代入上式计算得v ＝ 12g 0R ，所以A 选项错误；飞船在A 点处点火使速度减小，飞船做靠近圆心的运动，所以飞船速度减小，B 选项错误；据a ＝GM4R2可知，飞船在两条运行轨道的A 点距地心的距离均相等，所以加速度相等，所以C 选项错误；飞船在轨道Ⅲ上运行时有：G Mm R 2＝mR 4π2T2，经过整理得T ＝2πRg 0，所以D 选项正确. 9.C解析：三个轨道的半长轴(或半径)的关系为R Ⅰ＞R Ⅱ＞R Ⅲ，根据开普勒第三定律，卫星在三个轨道上运动的周期关系为T Ⅰ＞T Ⅱ＞T Ⅲ，选项A 错误；卫星在不同轨道上时机械能遵循“高轨高能，低轨低能”的规律，不考虑卫星质量的变化，卫星在三个轨道上的机械能关系为E Ⅰ＞E Ⅱ＞E Ⅲ，选项B 错误；不同轨道上的P 点到月心的距离相同，卫星所受万有引力相同，则卫星在不同轨道运动到P 点(尚未制动)时的加速度都相等，故C 正确；根据开普勒第三定律，卫星在不同轨道的半长轴(或半径)的三次方与周期的平方的比值都相等，故D 错误. 10．D解析：根据万有引力提供向心力，有G Mm r 2＝m 4π2T2r ，得T ＝4π2r 3GM，“伴星”比“天宫二号”的轨道半径稍大一些，所以“伴星”的运行周期比“天宫二号”稍大一些，故A 错误；如果发射速度大于11.2 km/s ，卫星将脱离地球引力的束缚，不可能成为“伴星”轨道的卫星，故B 错误；在同一轨道上，若后面的卫星一旦加速，将做离心运动到更高的轨道上，不会与前面的卫星碰撞，故C 错误；若“伴星”失去动力且受阻力作用，在原轨道上速度减小，万有引力大于所需要的向心力，轨道半径将变小，则有可能与“天宫二号”相碰撞，故D 正确． 二、多项选择题 11．BCD解析：根据万有引力提供向心力有GMm r 2＝m 4π2r T2，解得：T ＝4π2r 3GM，由于摩擦阻力作用，卫星轨道高度将降低，则周期减小，A 项正确；根据GMm r 2＝m v 2r ，解得：v ＝GMr，轨道高度降低，卫星的线速度增大，故动能将增大，B 项错误；根据GMm r 2＝ma ，得a ＝GMr2，“天宫一号”的轨道半径大于地球半径，则加速度小于地球表面的重力加速度，C 项错误；完全失重状态说明航天员对悬绳的拉力或对支持物体的压力为0，而地球对他的万有引力提供他随“天宫一号”围绕地球做圆周运动的向心力，D 项错误，则选BCD. 12、ABC解析：由于A 点为远地点，B 点为近地点，由机械能守恒定律可知，轨道Ⅱ上A 点速度小于B 点速度，A 项正确；航天飞机在轨道Ⅱ上的A 点要变轨到轨道Ⅰ，必须加速，即在轨道Ⅱ上经过A 点的动能小于在轨道Ⅰ上经过A 点的动能，B 项正确；由于轨道Ⅱ的半径(椭圆轨道的半长轴)小于轨道Ⅰ的半径(圆轨道)，由开普勒定律T 2R3＝k 可知，在轨道Ⅱ上的周期小于轨道Ⅰ上的周期，C 项正确；由于在轨道Ⅱ上经过A 点和在轨道Ⅰ上经过A 点受到的万有引力相等，所以加速度应相同．D 项错误． 13.AC解析：7.9 km/s 是近地卫星的环绕速度，卫星越高，线速度越小，则“天宫二号”的运行速度小于7.9 km/s ，选项A 正确；11.2 km/s 是第二宇宙速度，是卫星脱离地球引力束缚的最小发射速度，则“天舟一号”的发射速度小于11.2 km/s ，选项B 错误；根据GMm r 2＝m 4π2T2r ，已知“天舟一号”的周期T 以及轨道半长轴12(r ＋R )，有[12r ＋R ]3T 2＝GM4π2，则可求出地球的质量，选项C 正确；“天舟一号”在A 点加速才能进入“天宫二号”所在的轨道，则“天舟一号”在A 点的速度小于“天宫二号”的运行速度，选项D 错误.14.BC解析：若卫星沿半径为3R 的圆周轨道运行时有GMm 3R 2＝m v 23R，运行速度为v ＝GM 3R ＝3gR 3，从椭圆轨道的远地点进入圆轨道需加速，因此，卫星在远地点的速度小于3gR3，A 错误；卫星由近地点到远地点的过程中，万有引力做负功，速度减小，所以卫星经过远地点时速度最小，B 正确；对地球表面的物体有GMm 0R 2＝m 0g ，得GM ＝gR 2，卫星经过远地点时的加速度a ＝GM3R2＝g9，C 正确；卫星经过远地点时加速，可能变轨到轨道半径为3R 的圆轨道上，所以卫星还可能再次经过远地点，D 错误. 15.BD 16.AC解析：设卫星和地球的质量分别为m 和M ，卫星速率为v ，轨道半径为r ，则有G Mm r 2＝m v 2r ，得到v ＝GMr，对于1和3为圆周运动可知，半径小，环绕速率大，故A 项正确；由开普勒定律知，对绕同一中心天体的所有卫星，轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等，即R 3T 2＝k ，判断出T 3>T 2>T 1，故B 项错误，C 项正确；由F ＝G Mm r 2＝ma ，得a ＝GMr2，a 的大小与r 2成反比．在Q 点时，卫星无论沿1还是2轨道运行，到地心的距离r 都是相等的，因此在Q 点的向心加速度应相等，故D 项错误．。
2020年高考物理考点练习5.14 卫星(航天器)的变轨及对接问题(解析版)
2020年高考物理100考点最新模拟题千题精练（必修部分）第五部分万有引力定律和航天专题5.14卫星(航天器)的变轨及对接问题一．选择题1．（6分）（2019陕西榆林四模）我国是少数几个掌握飞船对接技术的国家之一，为了实现神舟飞船与天宫号空间站顺利对接，具体操作应为（）A．飞船与空间站在同一轨道上且沿相反方向做圆周运动接触后对接B．空间站在前、飞船在后且两者沿同一方向在同一轨道做圆周运动，在合适的位置飞船加速追上空间站后对接C．空间站在高轨道，飞船在低轨道且两者同向飞行，在合适的位置飞船加速追上空间站后对接D．飞船在前、空间站在后且两者在同一轨道同向飞行，在合适的位置飞船减速然后与空间站对接【参考答案】C【名师解析】飞船在轨道上高速运动，如果在同轨道上沿相反方向运动，则最终会撞击而不是成功对接，故A错误；两者在同轨道上，飞船加速后做离心运动，则飞船的轨道抬升，故不能采取同轨道加速对接，故B错误；飞船在低轨道加速做离心运动，在合适的位置，飞船追上空间站实现对接，故C正确；两者在同一轨道飞行时，飞船突然减速做近心运动，飞船的轨道高度要降低，故不可能与同轨道的空间站实现对接，故D错误。
2. （2019辽宁沈阳一模）“神舟十一号”飞船与“天宫二号”空间实验室自动交会对接前的示意图如图所示，圆形轨道I为“天宫二号”运行轨道，圆形轨道II为“神舟十一号”运行轨道。
此后“神舟十一号”要进行多次变轨，才能实现与“天宫二号”的交会对接，则：（）A. “天宫二号”在轨道I的运行速率大于“神舟十一号”在轨道II上运行速率B. “神舟十一号”由轨道II变轨到轨道I需要减速C. “神舟十一号”为实现变轨需要向后喷出气体D. “神舟十一号”变轨后比变轨前机械能减少【参考答案】C【名师解析】由题可知，万有引力提供向心力，即，则，由于“天宫二号”的轨道半径大，可知其速率小，则A错误；“神舟十一号” 由轨道II变轨到轨道I需要加速做离心运动，要向后喷出气体，速度变大，发动机做正功，使其机械能增加，故选项C正确，BD错误。
2021年物理考点扫描微专题5.4 卫星变轨与航天器的对接(解析版)
2021年考点扫描微专题专题5.4 卫星变轨与航天器的对接目录【考点扫描】 (1)一．卫星发射及变轨过程概述 (1)二．卫星变轨的实质 (1)三．卫星变轨模型十问 (2)【典例分析】 (3)【专题精练】 (5)【考点扫描】一．卫星发射及变轨过程概述人造卫星的发射过程要经过多次变轨方可到达预定轨道，如图所示．(1)为了节省能量，在赤道上顺着地球自转方向发射卫星到圆轨道Ⅰ上．(2)在A点点火加速，由于速度变大，万有引力不足以提供向心力，卫星做离心运动进入椭圆轨道Ⅰ.(3)在B点(远地点)再次点火加速进入圆形轨道Ⅰ.二．卫星变轨的实质卫星速度突然增大卫星速度突然减小大半径圆轨道上运动小半径圆轨道上运动 新圆轨道上运动的速率比原轨道的小，周期比原轨道的大 新圆轨道上运动的速率比原轨道的大，周期比原轨道的小动能减小、势能增大、机械能增大 动能增大、势能减小、机械能减小三．卫星变轨模型十问【模型构建】将同步卫星发射至近地圆轨道1（如图所示），然后再次点火，将卫星送入同步轨道3．轨道1、2相切于Q 点，2、3相切于P 点，则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时1、阐述卫星发射与回收过程的基本原理？答：发射卫星时，可以先将卫星发送到近地轨道1，使其绕地球做匀速圆周运动，速率为1v ；变轨时在Q 点点火加速，短时间内将速率由1v 增加到2v ，使卫星进入椭圆形的转移轨2；卫星运行到远地点P 时的速率为3v ；此时进行第二次点火加速，在短时间内将速率由3v 增加到4v ，使卫星进入同步轨道3，绕地球做匀速圆周运动。
2、就1、2轨道比较卫星经过Q 点时线速度1v 、2v 的大小？答：根据发射原理1轨道稳定运行的卫星需要加速才能进入2轨道所以12v v >。
3、就2、3轨道比较卫星经过P 点时线速度3v 、4v 的大小？答：根据发射原理1轨道稳定运行的卫星需要加速才能进入2轨道所以12v v >。
【小结】2、3两个问题主要是比较椭圆轨道与圆轨道线速度问题解决思路是抓住轨道的成因。
2025届高考物理复习：经典好题专项(卫星的变轨和对接问题)练习(附答案)
2025届高考物理复习：经典好题专项（卫星的变轨和对接问题）练习1．我国2021年4月29日在海南文昌航天发射场用长征五号B遥二运载火箭成功将空间站“天和”核心舱送入预定圆轨道，中国空间站在轨组装建造全面展开。
关于火箭发射以及空间站的组合、对接，下列说法正确的是()A．火箭发射升空过程中，发动机喷出的燃气推动空气，空气推动火箭上升B．空间站在轨运行的速率可能大于7.9 km/sC．飞船要和在轨的核心舱对接，通常是将飞船发射到较低的轨道上，然后使飞船加速实现对接D．在空间站中工作的航天员因为不受地球引力作用，所以处于完全失重状态2. 如图所示，虚线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别表示地球卫星的三条轨道，其中轨道Ⅰ为与第一宇宙速度7.9 km/s对应的近地环绕圆轨道，轨道Ⅱ为椭圆轨道，轨道Ⅲ为与第二宇宙速度11.2 km/s对应的脱离轨道，a、b、c三点分别位于三条轨道上，b点为轨道Ⅱ的远地点，b、c点与地心的距离均为轨道Ⅰ半径的2倍，则()A．卫星在轨道Ⅱ的运行周期为轨道Ⅰ周期的2倍B．卫星经过a点的速率为经过b点速率的2倍C．卫星在a点的加速度大小为在c点加速度大小的2倍D．质量相同的卫星在b点的机械能小于在c点的机械能3. (2023ꞏ广东省模拟)如图所示，我国“天问一号”火星探测器先由地火转移轨道1进入火星停泊轨道2，进行相关探测后进入较低的轨道3开展科学探测，则探测器()A．在轨道2上近火点加速可进入轨道3B．在轨道2上近火点的机械能比远火点小C．在轨道1上的运行速度不超过第二宇宙速度D．在轨道2与轨道3同一近火点的加速度相等4. (多选)(2023ꞏ江西省第一次联考)我国的“天问一号”火星探测器被火星捕获后，经过多次调整，进入预设的环火圆轨道Ⅰ做匀速圆周运动，如图所示，椭圆轨道Ⅱ、Ⅲ为两次调整轨道，点A是两椭圆轨道的近火点，点B、C分别是椭圆轨道Ⅱ、Ⅲ的远火点，下列说法正确的是()A．“天问一号”在轨道Ⅱ上A点的速率大于在轨道Ⅰ上A点的速率B．“天问一号”在轨道Ⅱ上运行的周期小于在轨道Ⅲ上运行的周期C．“天问一号”在轨道Ⅰ上经过A点时的加速度大于在轨道Ⅱ上经过A点时的加速度D．“天问一号”在轨道Ⅱ上由A点运行到B点的过程中，万有引力对其做正功5．(多选)长征五号遥四运载火箭直接将我国首次执行火星探测任务的“天问一号”探测器送入地火转移轨道，自此“天问一号”开启了奔向火星的旅程。
2024届新高考物理高频考点专项练习：专题五 考点14 卫星的发射 椭圆轨道与变轨
考点14卫星的发射椭圆轨道与变轨1.流星在夜空中发出明亮的光焰.流星的光焰是外太空物体被地球强大引力吸引坠落到地面的过程中同空气发生剧烈摩擦造成的.下列相关说法正确的是（）A.流星在空气中下降时势能必定全部转化为内能B.引力对流星物体做正功则其动能增加，机械能守恒C.当流星的速度方向与空气阻力和重力的合力不在同一直线上时，流星做曲线运动D.流星物体进入大气层后做斜抛运动2.高分四号卫星是我国首颗地球同步轨道高分辨率光学成像卫星，也是目前世界上空间分辨率最高、幅宽最大的地球同步轨道遥感卫星，它的发射和应用使我国天基对地遥感观测能力显著提升.关于高分四号卫星，下列说法正确的是（）A.高分四号卫星距地球如果更近一些，分辨率更高，且仍能保持与地球自转同步B.高分四号卫星绕地球做圆周运动的线速度小于地球的第一宇宙速度7.9km /sC.高分四号卫星的向心加速度大小小于静止在赤道上物体的向心加速度大小D.高分四号卫星所受到的向心力与其他地球同步卫星所受到的向心力大小相等3.如图所示，甲、乙两行星半径相等，丙、丁两颗卫星分别绕甲、乙两行星做匀速圆周运动，丙、丁两卫星的轨道半径122r r ，运动周期212T T ，则（）A.甲、乙两行星质量之比为B.甲、乙两行星第一宇宙速度大小之比为C.甲、乙两行星密度之比为16:1D.甲、乙两行星表面重力加速度大小之比为4.“嫦娥五号”探测器由轨道器、返回器、着陆器等多个部分组成.已知月球半径为R ，“嫦娥五号”在距月球表面高度为2R 的圆轨道上飞行，周期为T ，万有引力常量为G 。
下列说法正确的是（）A.月球质量为22332πR GT B.月球表面重力加速度22108πR T C.月球密度为23πGT D.月球第一宇宙速度为6πRT5.“天问一号”已于2020年7月23日在中国文昌航天发射场由长征五号遥四运载火箭发射升空，成功进入预定轨道。
“天问一号”现已完成“环绕”、“着陆”“巡视”火星这三大任务。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2020年高考物理100考点最新模拟题千题精练（必修部分）
第五部分万有引力定律和航天
专题5.14卫星(航天器)的变轨及对接问题
一．选择题
1．（6分）（2019陕西榆林四模）我国是少数几个掌握飞船对接技术的国家之一，为了实现神舟飞船与天宫号空间站顺利对接，具体操作应为（）
A．飞船与空间站在同一轨道上且沿相反方向做圆周运动接触后对接
B．空间站在前、飞船在后且两者沿同一方向在同一轨道做圆周运动，在合适的位置飞船加速追上空间站后对接
C．空间站在高轨道，飞船在低轨道且两者同向飞行，在合适的位置飞船加速追上空间站后对接
D．飞船在前、空间站在后且两者在同一轨道同向飞行，在合适的位置飞船减速然后与空间站对接
【参考答案】C
【名师解析】飞船在轨道上高速运动，如果在同轨道上沿相反方向运动，则最终会撞击而不是成功对接，故A错误；两者在同轨道上，飞船加速后做离心运动，则飞船的轨道抬升，故不能采取同轨道加速对接，故B错误；飞船在低轨道加速做离心运动，在合适的位置，飞船追上空间站实现对接，故C正确；两者在同一轨道飞行时，飞船突然减速做近心运动，飞船的轨道高度要降低，故不可能与同轨道的空间站实现对接，故D错误。
2. （2019辽宁沈阳一模）“神舟十一号”飞船与“天宫二号”空间实验室自动交会对接前的示意图如图所
示，圆形轨道I为“天宫二号”运行轨道，圆形轨道II为“神舟十一号”运行轨道。
此后“神舟十一号”
要进行多次变轨，才能实现与“天宫二号”的交会对接，则：（）
A. “天宫二号”在轨道I的运行速率大于“神舟十一号”在轨道II上运行速率
B. “神舟十一号”由轨道II变轨到轨道I需要减速
C. “神舟十一号”为实现变轨需要向后喷出气体
D. “神舟十一号”变轨后比变轨前机械能减少
【参考答案】C
【名师解析】
由题可知，万有引力提供向心力，即，则，由于“天宫二号”的轨道半径大，可知其速率小，则A错误；“神舟十一号” 由轨道II变轨到轨道I需要加速做离心运动，要向后喷出气体，速度变大，发动机做正功，使其机械能增加，故选项C正确，BD错误。
【名师点睛】本题考查了万有引力定律的应用，解决本题的关键掌握变轨的原理，以及掌握万有引力提供向心力这一理论，并能灵活运用。
3．（2019湖北名校联盟三模）2018年12月9日2时28分高分五号卫星在太原卫星发射中心用长征四号丙运载火箭发射升空，卫星经过多次变轨后，在距地心为R的地球冋步轨道上凝望地球。
该卫星首次搭载了大气痕量气体差分吸收光谱仪、主要温室气体探测仪、大气多角度偏振探测仪等，是实现高光谱分辨率对地观测的标志。
高分五号卫星由半径为R A的圆轨道1经椭圆轨道2变轨到同步轨道3时的情况如图所示，已知高分五号卫星在轨道1上运行的周期为T1，已知地球半径R0<R A，引力常量为G，则下列说法正确的是（）
A．地球的平均密度为
B．在轨道3上稳定运行时，卫星每天可两次经过地表上同一点的正上方
C．卫星在从A点经轨道2运动到B点的时间为
D．卫星由圆轨道1调整到同步轨道3上，只需要加速一次即可
【参考答案】C
【名师解析】当卫星轨道半径等地球半径时，可求得其密度为，但轨道1的半径不是地球半径，故A错误；因轨道3为同步卫星，其相对地面上的某点不动，故B错误；在轨道2上的周期T：
，由A 到B 的时间为，可求得，故C 正确； D 项：卫星由圆轨道1调整
到同步轨道3上，只需要加速两次，故D 错误。
故选：C 。
【易错警示】解答此题常见错误主要有：一是对宇宙速度理解掌握不到位，导致错选A ；二是对探测器变轨时速度加速度等相关物理量理解掌握不到位，导致错选C 或D 。
4．(2019·河北唐山联考)(多选)荷兰某研究所推出了2023年让志愿者登陆火星、建立人类聚居地的计划．登陆火星需经历如图所示的变轨过程，已知引力常量为G ，则下列说法正确的是( )
A ．飞船在轨道上运动时，运行的周期T Ⅲ>T Ⅱ>T Ⅰ
B ．飞船在轨道Ⅰ上的机械能大于在轨道Ⅱ上的机械能
C ．飞船在P 点从轨道Ⅱ变轨到轨道Ⅰ，需要在P 点朝速度方向喷气
D ．若轨道Ⅰ贴近火星表面，已知飞船在轨道Ⅰ上运动的角速度，可以推知火星的密度
【参考答案】ACD
【名师解析】[根据开普勒第三定律可知，飞船在轨道上运动时，运行的周期T Ⅲ>T Ⅱ>T Ⅰ，选项A 正确；飞船在P 点从轨道Ⅱ变轨到轨道Ⅰ，需要在P 点朝速度方向喷气，从而使飞船减速到达轨道Ⅰ，则飞船在
轨道Ⅰ上的机械能小于在轨道Ⅱ上的机械能，选项B 错误，C 正确；根据G Mm R 2＝m ω2R 以及M ＝43
πR 3ρ，解得ρ＝3ω2
4πG
，已知飞船在轨道Ⅰ上运动的角速度，可以推知火星的密度，选项D 正确． 5.(2017·全国卷Ⅲ，14)2017年4月，我国成功发射的天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室完成了首次交会对接，对接形成的组合体仍沿天宫二号原来的轨道(可视为圆轨道)运行。
与天宫二号单独运行时相比，组合体运行的( )
A.周期变大
B.速率变大
C.动能变大
D.向心加速度变大
【参考答案】C
【名师解析】 根据组合体受到的万有引力提供向心力可得GMm r 2＝ m 4π2T 2r ＝m v 2r ＝ma ，解得T ＝4π2r 3
GM ，v ＝GM r ，a ＝GM r
2，由于轨道半径不变，所以周期、速率、加速度均不变，选项A 、B 、D 错误；组合体比天宫二号质量大，动能E k ＝12mv 2变大，选项C 正确。