卫星变轨问题错解分析典型例题详细解析
第八讲：卫星变轨问题和双星问题解析版
第八讲：卫星变轨问题和双星问题一、卫星相遇问题两颗卫星在同一轨道平面内同向绕地球做匀速圆周运动，a 卫星的角速度为ωa ，b 卫星的角速度为ωb .若某时刻两卫星正好同时通过地面同一点正上方，相距最近，如图甲所示．当它们转过的角度之差Δθ＝π，即满足ωa Δt －ωb Δt ＝π时，两卫星第一次相距最远，如图乙所示．当它们转过的角度之差Δθ＝2π，即满足ωa Δt －ωb Δt ＝2π时，两卫星再次相距最近．二、卫星变轨问题1．变轨分析(1)卫星在圆轨道上稳定运行时， G Mmr 2＝m v 2r＝mω2r ＝m ⎝⎛⎭⎫2πT 2r . (2)当卫星的速度突然增大时，G Mm r 2<m v 2r ，即万有引力不足以提供向心力，卫星将做离心运动，脱离原来的圆轨道，轨道半径变大．当卫星进入新的轨道稳定运行时，由v ＝GMr可知其运行速度比原轨道时减小，但重力势能、机械能均增加．(3)当卫星的速度突然减小时，G Mm r 2>m v 2r ，即万有引力大于所需要的向心力，卫星将做近心运动，脱离原来的圆轨道，例题、如图所示，北斗导航系统中的两颗工作卫星均绕地心做匀速周运动，且轨道半径为r ，某时刻工作卫星1、2分别位于轨道上的A 、B 两个位置，若两卫星均沿顺时针方向运行，地球表面的重力加速度为g ，地球半径为R ，不计卫星间的相互作用力。
下列判断正确的是（ ）例题、如图所示，三个质点a 、b 、c 质量分别为m 1、m 2、M ，（M ＞＞m 1，M ＞＞m 2）．a 、b 在同一平面内绕c 沿逆时针方向做匀速圆周运动，它们的周期之比T a ：T b ＝1：k ．（k ＞1，为正整数）从图示位置开始，在b 运动一周的过程中，则（ ）A ．a 、b 距离最近的次数为k 次B ．a 、b 距离最近的次数为k+1次C ．a 、b 、c 共线的次数为2k 次轨道半径变小．当卫星进入新的轨道稳定运行时，由v ＝GMr可知其运行速度比原轨道时增大，但重力势能、机械能均减小．2．三个运行物理量的大小比较(1)速度：设卫星在圆轨道Ⅰ和Ⅲ上运行时的速率分别为v 1、v 3，在轨道Ⅱ上过A 点和B 点速率分别为v A 、v B .在A 点加速，则v A >v 1，在B 点加速，则v 3>v B ，又因v 1>v 3，故有v A >v 1>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，经过B 点加速度也相同．(3)周期：设卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道上运行周期分别为T 1、T 2、T 3，轨道半径分别为r 1、r 2(半长轴)、r 3，由开普勒第三定律r 3T2＝k 可知T 1<T 2<T 3. 三、多星模型1．定义绕公共圆心转动的两个星体组成的系统，我们称之为双星系统．如图所示．A ．这两颗卫星的加速度大小相等，均为22gR rB ．卫星1出A 位置运动到B 位置所需的时间是3rr R gC ．这两颗卫星的机械能一定相等D ．卫星1向后喷气就一定能够追上卫星22．特点(1)各自所需的向心力由彼此间的万有引力提供，即 Gm 1m 2L2＝m 1ω21r 1， Gm 1m 2L 2＝m 2ω22r 2. (2)两颗星的周期及角速度都相同，即T 1＝T 2，ω1＝ω2. (3)两颗星的半径与它们之间的距离关系为：r 1＋r 2＝L . 3．两颗星到圆心的距离r 1、r 2与星体质量成反比，即m 1m 2＝r 2r 1.针对训练题型1：相遇问题1．如图所示，A 和B 两行星绕同一恒星C 做圆周运动，旋转方向相同，A 行星的周期为T 1，B 行星的周期为T 2，某一时刻两行星相距最近，则（ ）A ．经过T 1+T 2两行星再次相距最近B ．经过两行星再次相距最近C ．经过两行星相距最远D ．经过两行星相距最远【解答】解：根据万有引力提供向心力，列出等式：＝mω2rω＝所以ωA＞ωBA行星的周期为T1，B行星的周期为T2，所以T1＝T2＝两行星相距最近时，两行星应该在同一半径方向上。
卫星变轨问题的解决方案
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在 高 中物 理 的 万有 引 力 部 分 ． 常 会 涉及 到卫 星 的 轨 道变 常 化 问题 学生 在 解 决这 部 分 问 题 的 时候 容 易 思 维 混乱 ． 从 下 无 手， 或者 胡 乱 带公 式 ． 成 错 解 。其 实 在 解 决 这类 问题 时 ， 造 我们
小 ， 以本题 正 确 答 案 应为 Ｂ、 所 Ｄ
Ｄ 飞船 的重 力 势 能逐 渐 减 小 ． ． 动能 逐 渐 增 大 ． 械 能 逐 渐 机
减 小
由于 解 题 思路 的不 同 ．得到 的是 完 全 不 同 的 两个 结论 ． 可 见一 个 正 确 的解 题 思路 对 解 翘 是 多 么 的重 要
（ 由Ｇ ． ） ３ ＝ ） ｍ（ ｚ 可得： ２ Ｖ ７ Ｍ ， Ｔ ￣ ９ｇ ｒ ＝ｒ 越小， 越小。
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综 上 可知 ： 速 度 增 大 ， 速 度增 大 ， 线 角 周期 减 小 ， 能增 大 。 动
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卫星变轨问题分析
卫星变轨问题分析1．速度：如图1所示，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.在A点加速，则v A>v1，在B点加速，则v3>v B，又因v1>v3，故有v A>v1>v3>v B.图12．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，经过B点加速度也相同．3．周期：设卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道上的运行周期分别为T1、T2、T3，轨道半径分别为r1、r2(半长轴)、r3，由开普勒第三定律r3T2＝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.例2如图2所示，我国发射的“天宫二号”空间实验室已与“神舟十一号”飞船完成对接．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()图2A．使飞船与空间实验室在同一轨道上运行，然后飞船加速追上空间实验室实现对接B．使飞船与空间实验室在同一轨道上运行，然后空间实验室减速等待飞船实现对接C．飞船先在比空间实验室半径小的轨道上加速，加速后飞船逐渐靠近空间实验室，两者速度接近时实现对接D．飞船先在比空间实验室半径小的轨道上减速，减速后飞船逐渐靠近空间实验室，两者速度接近时实现对接答案C解析若使飞船与空间实验室在同一轨道上运行，然后飞船加速，所需向心力变大，则飞船将脱离原轨道而进入更高的轨道，不能实现对接，选项A错误；若使飞船与空间实验室在同一轨道上运行，然后空间实验室减速，所需向心力变小，则空间实验室将脱离原轨道而进入更低的轨道，不能实现对接，选项B错误；要想实现对接，可使飞船在比空间实验室半径小的轨道上加速，然后飞船将进入较高的空间实验室轨道，逐渐靠近空间实验室后，两者速度接近时实现对接，选项C正确；若飞船在比空间实验室半径较小的轨道上减速，则飞船将进入更低的轨道，不能实现对接，选项D错误．。
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。
考点07卫星的变轨和对接问题(纯答案版)
[考点07] 卫星的变轨和对接问题[典例1]答案 C解析 飞船从轨道Ⅰ变轨到轨道Ⅱ需要加速，所以沿两轨道经过A 点时速度大小不相等，故A 错误；沿轨道Ⅱ从A 运动到对接点B 过程中，万有引力做负功，速度不断减小，故B错误；根据开普勒第三定律，有r 13T 12＝(r 1＋r 32)3T 22，解得T 2＝T 1(r 1＋r 32r 1)3，故C 正确；物体绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，有GMm r 2＝m 4π2T2r ，解得T ＝2πr 3GM ，由于飞船沿轨道Ⅰ运行的半径小于天和核心舱沿轨道Ⅲ运行的半径，因此飞船沿轨道Ⅰ运行的周期小于天和核心舱沿轨道Ⅲ运行的周期，故D 错误．[典例2]答案 D解析 当卫星在r 1＝r 的圆轨道上运行时，有G m 地m r 2＝m v 02r，解得在此圆轨道上运行时通过A 点的速度为v 0＝Gm 地r ，所以发动机在A 点对卫星做的功为W 1＝12m v 2－12m v 02＝12m v 2－Gm 地m 2r ；当卫星在r 2＝2r 的圆轨道上运行时，有G m 地m (2r )2＝m v 0′22r ，解得在此圆轨道上运行时通过B 点的速度为v 0′＝Gm 地2r，而根据卫星在椭圆轨道上时到地心的距离与速度的乘积为定值可知，在椭圆轨道上通过B 点时的速度为v 1＝r 1r 2v ＝12v ，故发动机在B 点对卫星做的功为W 2＝12m v 0′2－12m v 12＝Gm 地m 4r －18m v 2，所以W 1－W 2＝58m v 2－3Gm 地m 4r，D 正确． [典例3]答案 D解析 根据卫星变轨时，由低轨道进入高轨道需要点火加速，反之要减速，所以飞船先到空间站下方的圆周轨道上同方向运动，合适位置加速靠近即可，或者飞船先到空间站轨道上方圆周轨道上同方向运动，合适的位置减速即可，故选D.1.答案 B解析 飞船在轨道上正常运行时，有G Mm r 2＝m v 2r.当飞船直接加速时，所需向心力增大，故飞船做离心运动，轨道半径增大，将导致不在同一轨道上，A 错误；飞船若先减速，它的轨道半径将减小，但运行速度增大，故在低轨道上飞船可接近空间站，当飞船运动到合适的位置再加速，回到原轨道，即可追上空间站，B 正确，D 错误；若飞船先加速，它的轨道半径将增大，但运行速度减小，再减速不会追上空间站，C 错误．2.答案 A解析 由高轨道进入低轨道需要点火减速，则由轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ需在O 点减速，A 正确；根据开普勒第三定律有r 23T 22＝a 33T 32，因轨道Ⅱ的半径大于轨道Ⅲ的半长轴，所以在轨道Ⅱ上运行的周期大于在轨道Ⅲ上运行的周期，B 错误；根据v ＝GM R可知，在轨道Ⅱ上运行的线速度小于火星的第一宇宙速度，C 错误；根据开普勒第二定律可知，近地点的线速度大于远地点的线速度，所以在轨道Ⅲ上，探测器运行到O 点的线速度小于运行到Q 点的线速度，D 错误．3.答案 BD解析 设卫星在轨道Ⅱ上运行的加速度大小为a 1，由GMm r 2＝ma 得a ＝GM r 2，则a 1＝R 2(3R )2a 0＝19a 0，故A 错误；设卫星在轨道Ⅱ上运行的线速度大小为v 1，有a 1＝v 123R ，解得v 1＝13a 0R ＝3a 0R 3，故B 正确；根据开普勒第三定律有T 22T 12＝(3R )3(2R )3，解得T 2T 1＝364，故C 错误；设卫星在椭圆轨道远地点B 的线速度大小为v ，根据开普勒第二定律有v 0R ＝v ×3R ，解得v ＝13v 0，卫星从轨道Ⅰ变轨到轨道Ⅱ发动机需要做的功为W ＝12m v 12－12m v 2＝ma 0R 6－m v 0218，故D 正确． 4.答案 C解析 根据开普勒第三定律a 3T2＝k ，由题图可知飞船“天问一号”椭圆运动的半长轴大于地球公转半径，所以飞船“天问一号”椭圆运动的周期大于地球公转的周期，A 错误；在与火星会合前，飞船“天问一号”到太阳的距离小于火星公转半径，根据万有引力提供向心力有G Mm r2＝ma ，可知飞船“天问一号”的向心加速度大于火星公转的向心加速度，B 错误；飞船“天问一号”在无动力飞向火星过程中，引力势能增大，动能减少，机械能守恒，C 正确；飞船“天问一号”要脱离地球的束缚，所以发射速度大于第二宇宙速度，D 错误．5.答案 C解析 轨道Ⅱ的半径大于椭圆轨道Ⅰ的半长轴，根据开普勒第三定律可知，在轨道Ⅱ上运行时的周期大于在轨道Ⅰ上运行时的周期，故A 错误；在轨道Ⅰ上的N 点和轨道Ⅱ上的N 点受到的万有引力相同，所以在两个轨道上经过N 点时的加速度相同，故B 错误；从轨道Ⅱ到月地转移轨道Ⅲ做离心运动，在N 点时嫦娥五号需要经过点火加速才能从轨道Ⅱ进入轨道Ⅲ返回，故C 正确；在月地转移轨道上飞行的过程中，始终在地球的引力范围内，不存在不受万有引力的瞬间，故D 错误．6.答案 AB解析 在轨道Ⅰ上，有：G Mm R 12＝m v 12R 1，解得：v 1＝GM R 1，则动能为E k1＝12m v 12＝GMm 2R 1，故A 正确；在轨道Ⅲ上，有：G Mm R 32＝m v 32R 3，解得：v 3＝GM R 3，则动能为E k3＝12m v 32＝GMm 2R 3，引力势能为E p ＝－GMm R 3，则机械能为E ＝E k3＋E p ＝－GMm 2R 3，故B 正确；由G Mm R Q2＝ma 得：a ＝GM R Q2，两个轨道上Q 点到地心的距离不变，故向心加速度的大小不变，故C 错误；卫星要从Ⅰ轨道变到Ⅱ轨道上，经过P 点时必须点火加速，即卫星在Ⅰ轨道上经过P 点时的速率小于在Ⅱ轨道上经过P 点时的速率，故D 错误．7.答案 AD解析 要使“嫦娥四号”从环月圆形轨道Ⅰ上的P 点实施变轨进入椭圆轨道Ⅱ，需制动减速做近心运动，A 正确；由开普勒第三定律知，沿轨道Ⅱ运行的周期小于沿轨道Ⅰ运行的周期，B 错误；万有引力使物体产生加速度，a ＝G Mm r 2m ＝G M r2，沿轨道Ⅱ运行时，在P 点的加速度小于在Q 点的加速度，C 错误；月球对“嫦娥四号”的万有引力指向月球，所以在轨道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，重力势能减小，机械能不变，D 正确．8.答案 B解析 在椭圆轨道近月点变轨成为圆轨道，要实现变轨应给飞行器点火减速，减小所需的向心力，故点火后动能减小，故A 错误；设飞行器在近月轨道Ⅲ绕月球运行一周所需的时间为T 3，则mg 0＝m 4π2T 23R ，解得T 3＝2πR g 0，根据几何关系可知，轨道Ⅲ的半长轴a ＝2.5R ，根据开普勒第三定律a 3T2＝k 以及飞行器在轨道Ⅲ上的运行周期，可求出飞行器在轨道Ⅲ上的运行周期，故B 正确，D 错误；只有万有引力作用情况下，飞行器在轨道Ⅲ上通过B 点的加速度与在轨道Ⅲ上通过B 点的加速度相等，故C 错误.9.答案 (1)－3mgR 7 (2)3mgR 7解析 (1)卫星在轨道Ⅰ和轨道Ⅲ做圆周运动，应满足： G Mm R 2＝m v 12R ，故E k1＝12m v 12＝GMm 2R ＝12mgR G Mm (7R )2＝m v 227R ，故E k2＝12m v 22＝mgR 14 合力对卫星所做的总功W ＝E k2－E k1＝mgR (114－12)＝－3mgR 7(2)卫星在轨道Ⅰ上的势能E p1＝－GMm R＝－mgR 卫星在轨道Ⅲ上的势能E p2＝－GMm 7R ＝－mgR 7则燃气对卫星所做的总功W ′＝(E p2＋ E k2)－(E p1＋ E k1)＝(－mgR 7＋mgR 14)－(－mgR ＋12mgR )＝3mgR 7. 10.答案 D解析 由轨道Ⅲ进入轨道Ⅲ需在O 点减速，由高轨道进入低轨道需要点火减速，故A 错误；根据周期公式T ＝2πr 3GM可知，轨道半径越大周期越大，所以在轨道Ⅲ的运行周期大于沿轨道Ⅲ的运行周期，故B 错误；根据v ＝GM r 可知，在轨道Ⅲ运行的线速度小于火星的第一宇宙速度，故C 错误；根据开普勒第二定律可知，在近地点的线速度大于远地点的线速度，所以在轨道Ⅲ上，探测器运行到O 点的线速度小于Q 点的线速度，故D 正确.11.答案 C解析 宇宙飞船天问一号椭圆轨道半长轴大于地球公转半径，由开普勒第三定律可知，宇宙飞船天问一号椭圆轨道的周期大于地球公转的周期，故A 项错误；宇宙飞船天问一号位于火星与地球之间，距太阳的距离小于火星距太阳的距离，由G Mm r 2＝ma 解得a ＝GM r 2，宇宙飞船天问一号的向心加速度大于火星公转的向心加速度，故B 项错误；当天问一号飞向火星过程中，即在椭圆轨道上，万有引力做负功，引力势能增大，动能减小，机械能守恒，故C 项正确；宇宙飞船天问一号从地球上发射，需要脱离地球的吸引，绕太阳运动，即发射速度大于第二宇宙速度，故D 项错误.12.答案 B解析 由于天问一号需要到达火星，因此其最终会脱离地球的引力束缚，其发射速度应大于第二宇宙速度，A 错误；由题图可知，天问一号在“火星停泊段”运行的轨道半长轴大于它在“科学探测段”运行的轨道半长轴，则由开普勒第三定律有r 13r 23＝T 12T 22，可知天问一号在“火星停泊段”运行的周期大于它在“科学探测段”运行的周期，B 正确；天问一号从“火星捕获段”进入轨道较低的“火星停泊段”，需要在近火点减速，选项C 错误；假设着陆巡视器从“离轨着陆段”至着陆火星过程机械能守恒，则随着着陆巡视器到火星表面的距离降低(重力势能减小)，着陆巡视器的速度会越来越大(动能增大)，到火星表面时速度达到最大，与实际情况不符(出于安全考虑，着陆巡视器着陆火星时，速度应很小)，故假设不成立，选项D 错误．。
专题六：卫星变轨问题问题的理解及相关问题的解决思路
P地球 Q 轨道1 轨道2 专题六：卫星变轨问题问题的理解及相关问题的解决思路1.假如一个作匀速圆周运动的人造地球卫星的轨道半径增大到原来的2倍，仍作匀速圆周运动，则：A.根据公式，可知卫星运动的线速度将增大到原来的2倍。
B.根据公式，可知卫星所需的向心力将减小到原来的。
C.根据公式，可知地球提供的向心力将减小到原来的。
D.根据上述(B)和(C)中给出的公式，可知卫星运动的线速度将减小到原来的。
2. 发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆形轨道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轨道3。
轨道1、2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，以下说法正确的是（ ）A.卫星在轨道3上的运行速率大于轨道1上的速率B.卫星在轨道3上的角速度小于在轨道3上的角速度C.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D.卫星在椭圆轨道2上经过P 点时的加速度等于它在轨道3上经过P 点时的加速度3.某人造地球卫星因受高空稀薄气体的阻力作用,绕地球运转的轨道会慢慢改变.某次测量中卫星的轨道半径为1r ,后来变为2r 且1r >2r 。
以1K E 、2K E 分别表示卫星在这两个轨道的动能.1T 、2T 分别表示卫星在这两个轨道绕地球运动的周期,则有 ( )A. 1K E <2K E 2T <1TB. 1K E <2K E 2T >1TC. 1K E >2K E 2T <1T D ．1K E >2K E 2T >1T4.某人造卫星运动的轨道可近似看作是以地心为中心的圆．由于阻力作用，人造卫星到地心的距离从r 1慢慢变到r 2，用E Kl ．E K2分别表示卫星在这两个轨道上的动能，则(A)r 1<r 2，E K1<E K2 (B)r 1>r 2，E K1<E K2 (C)r 1<r 2，E K1>E K2 (D)r 1>r 2，E K1>E K25.人造飞船首先进入的是距地面高度近地点为200km ，远地点为340km 的的椭圆轨道，在飞行第五圈的时候，飞船从椭圆轨道运行到以远地点为半径的圆行轨道上，如图所示，试处理下面几个问题（地球的半径R=6370km ，g=9.8m/s 2）：（1）飞船在椭圆轨道１上运行，Q 为近地点，P 为远地点，当飞船运动到P 点时点火，使飞船沿圆轨道２运行，以下说法正确的是A ．飞船在Q 点的万有引力大于该点所需的向心力B ．飞船在P 点的万有引力大于该点所需的向心力C ．飞船在轨道1上P 的速度小于在轨道2上P 的速度D ．飞船在轨道1上P 的加速度大于在轨道2上P 的加速度（2）假设由于飞船的特殊需要，美国的一艘原来在圆轨道运行的飞船前往与之对接，则飞船一定是A ．从较低轨道上加速B ．从较高轨道上加速C ．从同一轨道上加速D ．从任意轨道上加速6.发射地球同步卫星时，先将卫星发射到近地圆轨道1，然后点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送人同步圆轨道3。
高中物理卫星变轨问题分析
高中物理卫星变轨问题分析高中物理卫星变轨问题分析1．如图1所示，“嫦娥三号”探测器发射到月球上要经过多次变轨，最终降落到月球表面上，其中轨道Ⅰ为圆形轨道，轨道Ⅱ为椭圆轨道．下列说法正确的是( )图1A ．探测器在轨道Ⅰ运行时的加速度大于月球表面的重力加速度B ．探测器在轨道Ⅰ经过P 点时的加速度小于在轨道Ⅱ经过P 点时的加速度C ．探测器在轨道Ⅰ的运行周期大于在轨道Ⅱ的运行周期D ．探测器在P 点由轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ必须点火加速答案 C解析探测器在轨道Ⅰ运行时的万有引力小于在月球表面时的万有引力，根据牛顿第二定律，探测器在轨道Ⅰ运行时的加速度小于月球表面的重力加速度，故A 错误；根据万有引力提供向心力有GMm r 2＝ma ，距地心距离相同，则加速度相同，故探测器在轨道Ⅰ经过P 点时的加速度等于在轨道Ⅱ经过P 点时的加速度，故B 错误；轨道Ⅰ的半径大于轨道Ⅱ的半长轴，根据开普勒第三定律，探测器在轨道Ⅰ的运行周期大于在轨道Ⅱ的运行周期，故C 正确；探测器在P 点由轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ必须减速，故D 错误．2．(多选)2012年6月18日，神舟九号飞船与天宫一号目标飞行器在离地面343 km 的近圆轨道上成功进行了我国首次载人空间交会对接．对接轨道所处的空间存在极其稀薄的大气，下面说法正确的是( )A ．为实现对接，两者运行速度的大小都应介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间B ．如不加干预，在运行一段时间后，天宫一号的动能可能会增加C ．如不加干预，天宫一号的轨道高度将缓慢降低D ．航天员在天宫一号中处于失重状态，说明航天员不受地球引力作用答案 BC解析地球所有卫星的运行速度都小于第一宇宙速度，故A 错误．轨道处的稀薄大气会对天宫一号产生阻力，如不加干预，其轨道会缓慢降低，天宫一号的重力势能一部分转化为动能，故天宫一号的动能可能会增加，B 、C 正确；航天员受到地球引力作用，此时引力充当向心力，产生向心加速度，航天员处于失重状态，D错误．。
专题30 卫星的变轨问题、天体追及相遇问题、双星和多星问题(解析版)
2023届高三物理一轮复习多维度导学与分层专练专题30 卫星的变轨问题、天体追及相遇问题、双星和多星问题导练目标 导练内容目标1 卫星的变轨问题 目标2 天体追及相遇问题 目标3双星和多星问题一、卫星的变轨问题 1.两类变轨简介两类变轨离心运动近心运动示意图变轨起因 卫星速度突然增大卫星速度突然减小万有引力与 向心力的 大小关系 G Mmr 2<m v 2rG Mmr 2>m v 2r2.变轨前后各运行物理参量的比较（1）速度：设卫星在圆轨道Ⅰ和Ⅰ上运行时的速率分别为v1、v3，在轨道Ⅰ上过A点和B点时速率分别为v A、v B。
在A点加速，则v A>v1，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Ⅰ上经过A 点，卫星的加速度都相同，同理，经过B点加速度也相同。
（3）周期：设卫星在Ⅰ、Ⅰ、Ⅰ轨道上的运行周期分别为T1、T2、T3，轨道半径分别为r1、r2(半长轴)、r3，由开普勒第三定律r3T2＝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、Ⅰ、Ⅰ轨道的机械能分别为E1、E2、E3，则E1<E2<E3。
①在A点，由圆周Ⅰ变至椭圆Ⅰ时，发动机向后喷气，推力做正功，动能增加、势能不变、机械能增加；②在B点，由椭圆Ⅰ变至圆周Ⅰ时，发动机向后喷气，推力做正功，动能增加、势能不变、机械能增加；反之也有相应的规律。
【例1】2013年12月6日，“嫦娥三号”携带月球车“玉兔号”运动到地月转移轨道的P点时做近月制动后被月球俘获，成功进入环月圆形轨道Ⅰ上运行，如图所示。
在“嫦娥三号”沿轨道Ⅰ经过P点时，通过调整速度使其进入椭圆轨道Ⅰ，在沿轨道Ⅰ经过Q点时，再次调整速度后又经过一系列辅助动作，成功实现了其在月球上的“软着陆”。
卫星变轨专题
B 卫星在转移轨道上的周期小于24h
C 卫星在近地轨道及转移轨道上经过P点时的加速度相等
D 卫星在同步轨道及转移轨道上经过Q点时所需的向心力相等
例1.发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道
1，然后点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，
将卫星送入同步轨道3.轨道1、2相切于Q点，轨道2、3
圆周运动，速率为v1，第一次在P点点 火加速，在短时间内将速率由v1增加
v4
到v2，使卫星进入椭圆形的转移轨道
Ⅱ；卫星运行到远地点Q时的速率为
v3，此时进行第二次点火加速，在短
时间内将速率由v3增加到v4，使卫星
进入同步轨道Ⅲ，绕地球做匀速圆周
运动。则有（ ABC ）
v3 Q
v1 Ⅰ Ⅱ
Ⅲ
P v2
A v2>v1>v4>v3
a
课堂练习
1、据报道，“嫦娥一号”和“嫦娥二号”绕 月飞行器的圆形工作轨道距月球表面分别约 为200km和100km，运行速率分别为v1和v2。 那么，v1和v2的比值为（月球半径取1700km）
A 19 B 18 C 18 D 19
18
19
19
18
答案：C
课堂练习
2、我国成功实施了“神舟”七号载入航天飞行并 实现了航天员首次出舱。飞船先沿椭圆轨道飞行， 后在远地点343千米处点火加速，由椭圆轨道变成 高度为343千米的圆轨道，在此圆轨道上飞船运行 周期约为90分钟。下列判断正确的是（B C ）
❖ D. 无论飞船采取何种措施，均不能与空间站 对接
◆例:4、如图所示.卫星由地面发射后,经过发射轨道 进入停泊轨道,然后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,卫星开始对月球进行 探测.已知地球与月球的质量之比为a,卫星的停泊轨道 与工作轨道的半径之比为b,卫星在停泊轨道与工作轨道 上均可视为做匀速圆周运动,则( AC ) A.卫星在停泊轨道和工作轨道运行的速度 之比为(a/b)1/2 B.卫星在停泊轨道和工作轨道运行的周期 之比为(b/a)1/2 C.卫星从停泊轨道进入地月转移轨道时, 卫星必须加速 D.卫星在停泊轨道运行的速度大于地球的 第一宇宙速度
高考物理拉分题专项训练专题卫星变轨问题分析含解析
2015 年高考物理拉分题专项训练专题 13 卫星变轨问题剖析（含分析）一、人造卫星基来源理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供给。
轨道半径r 确立后，与之对应的卫星线速度 vGM 、周期T 2r 3GMr、向心加快度 a2 也都是确立的。
假如卫星的质量也确立，那GMr么与轨道半径 r 对应的卫星的动能E k （由线速度大小决定） 、重力势能 E p （由卫星高度决定）和总机械能E机（由能量变换状况决定）也是确立的。
一旦卫星发生变轨，即轨道半径r 发生变化，上述物理量都将随之变化。
同理，只需上述七个物理量之一发生变化，此外六个也势必随之变化。
在高中物理中，会波及到人造卫星的两种变轨问题。
二、渐变因为某个要素的影响使卫星的轨道半径发生迟缓的变化（渐渐增大或渐渐减小），因为半径变化迟缓，卫星每一周的运动仍能够看做是匀速圆周运动。
解决此类问题，第一要判断这类变轨是离心仍是向心，即轨道半径是增大仍是减小，而后再判断卫星的其余有关物理量怎样变化。
如：人造卫星绕地球做匀速圆周运动，不论轨道多高，都会遇到稀疏大气的阻力作用。
假如不实时进行轨道保持（即经过启动星上小型火箭，将化学能转变成机械能，保持卫星应拥有的速度） ，卫星就会自动变轨，偏离本来的圆周轨道，进而惹起各个物理量的变化。
因为这类变轨的因由是阻力，阻力对卫星做负功，使卫星速度减小，所需要的向心力mv2r减小了，而万有引力大小GMm没有变，所以卫星将做向心运动，即半径r 将减小。
r 2由㈠中结论可知：卫星线速度v 将增大，周期 T 将减小，向心加快度 a 将增大，动能 kE 将增大，势能 E p 将减小，该 过程有部分机械能转变成内能（摩擦生热） ，所以卫星机械能 E 机将减小。
为何卫星战胜阻力做功，动能反而增添了呢？这是因为一旦轨道半径减小，在卫星战胜阻力做功的同时，万有引力（即重力）将对卫星做正功。
并且万有引力做的正功远大于战胜大气阻 力做的功，外力对卫星做的总功是正的，所以卫星动能增添。
卫星变轨问题、双星模型(解析版)
万有引力与宇宙航行卫星变轨问题、双星模型素养目标：1.会处理人造卫星的变轨和对接问题。
2.掌握双星、多星系统，会解决相关问题。
3.会应用万有引力定律解决星球“瓦解”和黑洞问题。
1．神舟十六号载人飞船入轨后顺利完成人轨状态设置，采用自主快速交会对接模式成功对接于天和核心舱径向端口。
对接过程的示意图如图所示，神舟十六号飞船处于半径为1r 的圆轨道Ⅰ，运行周期为T 1，线速度为1v ，通过变轨操作后，沿椭圆轨道Ⅰ运动到B 处与天和核心舱对接，轨道Ⅰ上A 点的线速度为2v ，运行周期为T 2；天和核心舱处于半径为3r 的圆轨道Ⅰ，运行周期为T 3，线速度为3v ；则神舟十六号飞船（ ）A ．213v v v >>B ．T 1>T 2>T 3C ．在轨道Ⅰ上B 点处的加速度大于轨道Ⅰ上B 点处的加速度D ．该卫星在轨道Ⅰ运行时的机械能比在轨道Ⅰ运行时的机械能大 【答案】A【解析】A ．飞船从轨道Ⅰ变轨到轨道Ⅰ需要加速，所以经过A 点时21v v >圆轨道时，根据22GMm v m r r= 所以13v v >综合得213v v v >>故A 正确；B ．根据开普勒第三定律，轨道半长轴越大，周期越大，故B 错误；C ．根据2GMmma r= 则同一点处的加速度应该相等，故C 错误；D ．根据变轨原理可知，从低轨道到高轨道应点火加速，外力做正功，则卫星在轨道Ⅰ运行时的机械能比在轨道Ⅰ运行时的机械能小，故D 错误。
故选A 。
考点一 卫星的变轨和对接问题1．卫星发射模型(1)为了节省能量，在赤道上顺着地球自转方向先发射卫星到圆轨道Ⅰ上，卫星在轨道Ⅰ上做匀速圆周运动，有G Mmr 12＝m v 2r 1，如图所示。
(2)在A 点(近地点)点火加速，由于速度变大，所需向心力变大，G Mm r 12<m v A 2r 1，卫星做离心运动进入椭圆轨道Ⅱ。
(3)在椭圆轨道B 点(远地点)，G Mm r 22>m v B 2r 2，将做近心运动，再次点火加速，使G Mmr 22＝m v B ′2r 2，进入圆轨道Ⅲ。
人造卫星变轨及错题解析
人造卫星变轨及错题解析一、人造卫星基本原理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。
轨道半径r 确定后，与之对应的卫星线速度r GM v =、周期GMr T 32π=、向心加速度2r GM a =也都是确定的。
如果卫星的质量也确定，一旦卫星发生变轨，即轨道半径r 发生变化，上述物理量都将随之变化。
同理，只要上述物理量之一发生变化，另外几个也必将随之变化。
在高中物理中，会涉及到人造卫星的两种变轨问题。
二、渐变由于某个因素的影响使卫星的轨道半径发生缓慢的变化（逐渐增大或逐渐减小），由于半径变化缓慢，卫星每一周的运动仍可以看做是匀速圆周运动。
解决此类问题，首先要判断这种变轨是离心还是向心，即轨道半径是增大还是减小，然后再判断卫星的其他相关物理量如何变化。
如：人造卫星绕地球做匀速圆周运动，无论轨道多高，都会受到稀薄大气的阻力作用。
如果不及时进行轨道维持（即通过启动星上小型火箭，将化学能转化为机械能，保持卫星应具有的速度），卫星就会自动变轨，偏离原来的圆周轨道，从而引起各个物理量的变化。
由于这种变轨的起因是阻力，阻力对卫星做负功，使卫星速度减小，所需要的向心力rmv 2减小了，而万有引力大小2r GMm 没有变，因此卫星将做向心运动，即半径r 将减小。
由㈠中结论可知：卫星线速度v 将增大，周期T 将减小，向心加速度a 将增大。
三、突变 由于技术上的需要，有时要在适当的位置短时间启动飞行器上的发动机，使飞行器轨道发生突变，使其到达预定的目标。
如：发射同步卫星时，通常先将卫星发送到近地轨道Ⅰ，使其绕地球做匀速圆周运动，速率为v 1，第一次在P 点点火加速，在短时间内将速率由v 1增加到v 2，使卫星进入椭圆形的转移轨道Ⅱ；卫星运行到远地点Q 时的速率为v 3，此时进行第二次点火加速，在短时间内将速率由v 3增加到v 4，使卫星进入同步轨道Ⅲ，绕地球做匀速圆周运动。
第一次加速：卫星需要的向心力r mv 2增大了，但万有引力2rGMm 没变，因此卫星将开始做离心运动，进入椭圆形的转移轨道Ⅱ。
卫星变轨问题(答案)
变轨（参考答案）一、选择题1． 【答案】 ABC【解析】 航天飞机在轨道Ⅱ上从远地点A 向近地点B 运动的过程中万有引力做正功，所以航天飞机经过A 点的速度小于航天飞机经过B 点的速度，A 正确；航天飞机在A 点减速后才能做向心运动，从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ，所以在轨道Ⅱ上经过A 点的动能小于在轨道Ⅰ上经过A 点的动能，B 正确；根据开普勒第三定律R 3T 2＝k ，因为轨道Ⅱ的半长轴小于轨道Ⅰ的半径，所以航天飞机在轨道Ⅱ上的运动周期小于在轨道Ⅰ上的运动周期，C 正确；根据牛顿第二定律F ＝ma ，因航天飞机在轨道Ⅱ和轨道Ⅰ上A 点的万有引力相等，所以在轨道Ⅱ上经过A 点的加速度等于在轨道Ⅰ上经过A 点的加速度，D 错误。
2． 【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v 4，则v 4<v A ，又因v 1<v 4，所以v 1<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 >a 1>a 3，C 错误；2轨道的半长轴为R ，OB ＝1.6R,3轨道上的线速度v 3＝5GM 8R ，又因v B <v 3，所以v B <5GM 8R ，D 错误． 3． 【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 Mm R 2＝mg ，在轨道Ⅲ上有G Mm (R ＋h )2＝ma ，所以a ＝(R R ＋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．4． 【答案】C【解析】若该彗星在近日点所在的圆周上做匀速圆周运动，根据万有引力定律及牛顿第二定律有GMm （R ＋h 1）2＝mv 2R ＋h 1，解得v ＝ GM R ＋h 1，由于该彗星在近日点做离心运动，故该彗星在近日点的速率大于GM R ＋h 1，A 正确；设该彗星在近日点和远日点的速率分别为v 1、v 2，根据开普勒第二定律，取极短时间Δt ，有12(R ＋h 1)v 1Δt ＝12(R ＋h 2)v 2Δt ，解得v 1v 2＝R ＋h 2R ＋h 1，B 正确，C 错误；根据G Mm r2＝ma 可知，该彗星在近日点的加速度大小a 1＝GM （R ＋h 1）2，在远日点的加速度大小a 2＝GM （R ＋h 2）2，则该彗星在近日点和远日点的加速度大小之比为（R ＋h 2）2（R ＋h 1）2，D 正确。
卫星变轨问题解析
卫星变轨问题解析在复习《万有引力定律、天体运动》一部分内容时，常会碰到下列这道高考题．许多资料上都给出了解答．仔细考虑。
其解答过程欠妥甚至是错误的。
下面提出原题及解法并加以纠正。
[原题]发射地球同步卫星时，先将卫星发射到近地轨道l上．然后经点火．使其沿椭圆轨道2运行。
最后再次点火．将卫星送入同步轨道3。
轨道l、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．以下说法正确的是( )A.卫星在轨道3上的速率大于在轨道l上的速率。
B．卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度。
C．卫星在轨道l上经过的Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点时的加速度。
D．卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过点时的加速度。
这道题正确答案选B和D，多数资料给出下列解析：在轨道1和轨道3上卫星做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力。
容易知道A错B对；卫星在轨道2上和轨道3上经过P点时的加速度，由于轨道2、3在P点相切。
隐含轨道半径相等．所以在轨道2上经过P点时和在轨道3上经过P点时的加速度相等。
同理可知：在轨道l上经过Q点时的加速度与在轨道2上经过Q点的加速度相等。
于是得到C错D对。
所以这道题的正确选项应为B、D。
，作为-一道选择题尽管得到了正确选项，但其分析过程是错误的!根据上面的分析中的r表示轨道半径．并且指出“相切隐含轨道半径相等”．则由万有引力提供向心力F=F向万这说明卫星在P点无论是轨道2还是轨道3上、在Q点无论是在轨道l上还是轨道2上。
都分别具有相同的轨道半径r、线速度u和向心加速度以上分析的错误有三点：1．在万有引力公式中．r表示卫星与地球之距离．并非轨道半径。
无论是轨道2上还是在轨道3上在P点卫星距地球问的距离是相等的．所以在经P点时卫星受到地球的万有引力是相等。
2．在轨道2上和在轨道3上经P点时的轨道半径是不相等的。
相切并不能说明轨道半径相等。
因为轨道半径是指曲线轨道的曲率半径．对轨道l和轨道3(圆轨道)来说．曲率半径就是圆半径；对于一般曲线，在不同点曲线的曲率半径一般是不相同的．它表示曲线在该点的弯曲程度．相切并不意味曲率半径相等。
专题 卫星的变轨问题和追及相遇问题 高一物理(人教版2019)(解析版)
专题11 卫星的变轨问题和追及相遇问题一、卫星的变轨问题1．2018年5月21日5点28分，在我国西昌卫星发射中心，由中国航天科技集团有限公司抓总研制的嫦娥四号中继星“鹊桥”搭乘长征四号丙运载火箭升空。
卫星由火箭送入近地点约200公里、远地点约40万公里的地月转移轨道1。
在远地点40万公里处点火加速，由椭圆轨道变成高度为40万公里的圆轨道2，在此圆轨道上飞船运行周期等于月球公转周期。
下列判断正确的是（ ）A ．卫星在轨道1的运行周期大于在轨道2的运行周期B ．卫星在圆轨道2的P 点向心加速度小于轨道1上的P 点向心加速度C ．卫星在此圆轨道2上运动的角速度等于月球公转运动的角速度D ．卫星变轨前通过椭圆轨道远地点时的加速度大于变轨后沿圆轨道运动的加速度 【答案】C【解析】A ．由开普勒第三定律得33122212R R T T 轨道1的半长轴小于轨道2的半径，故卫星在轨道1的运行周期小于在轨道2的运行周期，A 错误；BD ．根据牛顿第二定律，万有引力提供向心力，提供卫星的向心加速度，同一位置，万有引力一定，向心加速度相等，卫星变轨前通过椭圆轨道远地点时的加速度等于变轨后沿圆轨道运动的加速度BD 错误；C ．圆轨道2上飞船运行周期等于月球公转周期，故卫星在此圆轨道2上运动的角速度等于月球公转运动的角速度，C 正确。
故选C 。
2．如图所示，“嫦娥一号”探月卫星进入月球轨道后，首先在椭圆轨道Ⅰ上运动，P 、Q 两点是轨道Ⅰ的近月点和远月点，Ⅰ是卫星绕月做圆周运动的轨道，轨道Ⅰ和Ⅰ在P 点相切，关于该探月卫星的运动，下列说法正确的是（ ）A ．卫星在轨道Ⅰ上运动周期大于在轨道Ⅰ上运动的周期B ．卫星由轨道Ⅰ进入轨道Ⅰ必须要在P 点加速C ．卫星在轨道Ⅰ上运动时，P 点的速度小于Q 点的速度D ．卫星在轨道Ⅰ上运动时，P 点的加速度小于Q 点的加速度 【答案】A【解析】A ．根据开普勒第三定律可知，卫星在轨道Ⅰ上运动周期大于在轨道Ⅰ上运动的周期，故A 正确；B ．卫星由轨道Ⅰ进入轨道Ⅰ必须要在P 点减速，做近心运动，故B 错误；C ．根据开普勒第二定律，卫星在轨道Ⅰ上运动时，近地点P 点的速度大于远地点Q 点的速度，故C 错误；D ．卫星在轨道Ⅰ上运动时，根据2MmG ma R ，P 点的加速度大于Q 点的加速度，故D 错误。
专题讲解：卫星的变轨问题
卫星的变轨问题1.圆轨道上的稳定运行G Mm r 2＝m v 2r ＝mrω2＝mr (2πT )2 2．变轨运行分析(1)当v 增大时，所需向心力m v 2r增大，即万有引力不足以提供向心力，卫星将做离心运动，脱离原来的圆轨道，轨道半径变大，但卫星一旦进入新的轨道运行，由v ＝ GM r知其运行速度要减小，但重力势能、机械能均增加。
(2)当卫星的速度突然减小时，向心力m v 2r减小，即万有引力大于卫星所需的向心力，因此卫星将做向心运动，同样会脱离原来的圆轨道，轨道半径变小，进入新轨道运行时由v ＝ GM r知运行速度将增大，但重力势能、机械能均减少。
典题分析1 2012年6月16日18时37分，执行我国首次载人交会对接任务的“神舟九号”载人飞船发射升空，在距地面343公里的近圆轨道上，与等待已久的“天宫一号”实现多次交会对接、分离，于6月29日10时许成功返回地面，下列关于“神舟九号”与“天宫一号”的说法正确的是( )A ．若知道“天宫一号”的绕行周期，再利用引力常量，就可算出地球的质量B ．在对接前，“神舟九号”轨道应稍低于“天宫一号”的轨道，然后让“神舟九号”加速追上“天宫一号”并与之对接C ．在对接前，应让“神舟九号”和“天宫一号”在同一轨道上绕地球做圆周运动，然后让“神舟九号”加速追上“天宫一号”并与之对接D ．“神舟九号”返回地面时应在绕行轨道上先减速2．(2012·广东高考)如图4－4－3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( )图4－4－3A ．动能大B ．向心加速度大C ．运行周期长D ．角速度小解析：选CD 因为G Mm r 2＝m v 2r ＝ma ＝mrω2＝mr 4π2T 2，解得v ＝ GM r ，a ＝G M r 2，T ＝2 πr 3GM ，ω＝GM r 3，因为r 增大，所以动能减小，加速度减小，运行周期变长，角速度减小，即只有C 、D 正确。
卫星变轨问题分析
v4 v3
mv4 Mm 使卫星加速到v 4，使 G 2 r r
2
向 高 轨 卫 星 的 发 射
v3
卫 星 的 回 收
1、如图所示，发射同步卫星时，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 点火将其送入同步圆轨道3。轨道1、2相切于P点，2、3 相切于Q点。当卫星分别在1、2、3上正常运行时，以下 说法正确的是（ BD ） 3 A、在轨道3上的速率大 2 于1上的速率 1 · P B、在轨道3上的角速度 Q 小于1上的角速度 C、在轨道2上经过Q点时 的速率等于在轨道3上经过Q点时的速率 D、在轨道1上经过P点时的加速度等于在轨道2上 经过P点时的加速度
卫星变轨问题
【练习】宇宙飞船空间站在同一轨道上运动，若飞船想 与前面的空间站对接，飞船为了追上轨道空间站，可采 取的办法是（ ）
A、飞船加速直到追上空间站 B、飞船从原轨道减速至一较低轨道轨道，再减速追上空间 站完成对接
D、无论飞船采取何种措施，均不能与空间站对接
卫星变轨问题
【例题】如图所示，宇宙飞船B在低轨道飞行，为了给更高轨 道的空间站A输送物资，它可以采用喷气的方法改变速度，从
而达到改变轨道的目的，以下说法正确的是(
A、它应沿运行方向方向喷气， 与A对接后周期变小 B、它应沿运行速度反方向喷气， 与A对接后周期变大
)
C、它应沿运行方向方向喷气，
与A对接后周期变大 D、它应沿运行速度反方向喷气，与A对接后周期变小
地球
b a c
2、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. 已知地球表面重力加速度为g，地球自转周期为T，地 球的半径为R．求： （1）近地轨道Ⅰ上的速度大小； （2）远地点B距地面的高度。
卫星变轨问题错解分析(典型例题详细解析)
卫星变轨问题易错题剖析一.不清晰变轨原因导致错解剖析变轨问题时,起首要让学生弄明确两个问题:一是物体做圆周活动须要的向心力,二是供给的向心力.只有当供给的力能知足它须要的向心力时,即“供”与“需”均衡时,物体才干在稳固的轨道上做圆周活动,不然物体将产生变轨现象——物体远离圆心或接近圆心.当卫星受到的万有引力不敷供给卫星做圆周活动所需的向心力时,卫星将做离心活动,当卫星受到的万有引力大于做圆周活动所需的向心力时卫星将在较低的椭圆轨道上活动,做近心活动.导致变轨的原因是卫星或飞船在引力之外的外力,如阻力.发念头的推力等感化下,使运行速度产生变更,从而导致“供”与“需”不服衡而导致变轨.这是卫星或飞船的不稳固运行阶段,不克不及用公式剖析速度变更和轨道变更的关系.例一：宇宙飞船和空间站在统一轨道上活动,若飞船想与前面的空间站对接,飞船为了追上轨道空间站,可采纳的办法是（）A.飞船加快直到追上空间站,完成对接B.飞船从原轨道减速至一个较低轨道,再加快追上空间站完成对接C.飞船加快至一个较高轨道再减速追上空间站完成对接D.无论飞船采纳何种措施,均不克不及与空间站对接错解：选A.错误原因剖析：不清晰飞船速度变更导致"供"与"需"不服衡而导致消失变轨.答案：选B .剖析：先开动飞船上的发念头使飞船减速,此时万有引力大于所须要的向心力,飞船做近心活动,到达较低轨道时,由222()Mm G m r r T π=得2T =可知此时飞船运行的周期小于空间站的周期,飞船运行得要比空间站快.当将要追上空间站时,再开动飞船上的发念头让飞船加快,使万有引力小于所须要的向心力而做离心活动,到达空间站轨道而追上空间站,故B 准确.假如飞船先加快,它受到的万有引力将缺少以供给向心力而做离心活动,到达更高的轨道,这使它的周期变长.如许它再减速回到空间站地点的轨道时,会看到它离空间站更远了,是以C 错.二.不会剖析能量转化导致错解例二：人造地球卫星在轨道半径较小的轨道A 上运行机会械能为E A ,它若进入轨道半径较大的轨道B 运行机会械能为E B ,在轨道变更后这颗卫星()A .动能减小,势能增长,EB ＞E AB .动能减小,势能增长,E B =E AC .动能减小,势能增长,E B ＜E AD .动能增长,势能增长,E B ＞E A错解：选D .错误原因剖析：没有斟酌到变轨进程中万有引力做功导致错解.答案：选A .要使卫星由较低轨道进入较高轨道,必须开动发念头使卫星加快,卫星做离心活动.在离心活动进程中万有引力对卫星做负功,卫星运行速度的大小不竭减小,动能不竭减小而势能增大.因为推力对卫星做了正功,是以卫星机械能变大.三.对椭圆轨道特色懂得错误导致错解例三：发射地球同步卫星时,先将卫星发射至近地圆轨道1,然后经焚烧,使其沿椭圆轨道2运行,最后再次焚烧将卫星送入同步圆轨道3,轨道1.2相切于Q 点,轨道2.3相切于P 点,如图2所示,则卫星分离在轨道 1.2.3上正常运行时,下列说法准确的是（ ）A .卫星在轨道3上的速度大于在轨道1上的速度B .卫星在轨道3上角速度的小于在轨道1上的角速度C .卫星在轨道1上经由Q 点时的加快度等于它在轨道2上经由Q 点时的加快度D .卫星在轨道2上经由P 点时的加快度小于它在轨道3上经由P 点时的加快度错解：选BD .错误原因剖析：不清晰卫星在椭圆轨道近地点P和远地点时,加快度都是由万有引力产生的,是以加快度相等.不清晰椭圆轨道和圆轨道在统一个点的曲率半径不相等,盲目套用圆周活动的公式导致错解.答案：选BC .剖析：卫星在 1 .3轨道上均做匀速圆周活动,由万有引力供给向心力可知卫星在轨道1上的速度和角速度比在轨道3上的大,是以B 准确.卫星在不合轨道1.2上经由统一点Q ,由2R Mm G F 引可知,所受的合外力是一样大的,由牛顿定律可知,加快度一样大.因而选项C 是对的.同理,卫星过P 点时,不管卫星在轨道2照样在轨道3上,卫星所受的引力大小是相等的,故D 错.不但如斯,在近地点或远地点,因为万有引力的偏向和速度偏向垂直,所以卫星只有向心加快度,其切向加快度为零,是以,卫星在不合轨道上经由P 点或Q 点时,卫星的向心加快度也相等.但是因为椭圆轨道和圆轨道在统一个点的曲率半径不相等,是以卫星的速度不相等.例如就统一点P ,沿轨道2运行的向心加快度为:a 1=v 12/r ,r 指椭圆轨道在P 点的曲率半径,沿轨道3做圆周运行时,其向心加快度为:a 2=v 22/ R ,R 指卫星在P 点时卫星到地心的距离.因为a 1=a 2,所以v 12/r =v 22/R ,但因为r ＜R ,所以v 1＜v 2.是以,卫星要从椭圆轨道运行到大圆轨道,只要在远地点P 时,卫星的推动器向后喷气使卫星加快,当卫星速度达到沿大圆做圆周活动所须要的速度时,卫星就不再沿椭圆轨道运行而沿大圆做圆周活动了.从受力上来看,因为卫星在轨道3上活动时,卫星做的是匀速圆周活动,万有引力刚好供给卫星活动所需的向心力,即R mV R GMm 222 ,所以卫星沿椭圆轨道活动到远地点P 时,万有引力大于卫星做圆周活动的向心力,即212mV GMm R R ＞,所以卫星将相对地球做近心活动.若要使卫星做圆周活动,就必须开动推动器使卫星加快,这也恰是卫星在变轨时须要焚烧的原因.由以上剖析可知,对于变轨问题的剖析,起首要清晰导致变轨的原因,依据万有引力和做圆周活动所需向心力的关系剖析卫星做离心活动照样近心活动,然后再依据功效关系剖析能量的变更.。
物理知识：卫星变轨问题
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卫星变轨问题错解分析典型例题详细解析
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卫星变轨问题易错题分析
一、不清楚变轨原因导致错解
分析变轨问题时,首先要让学生弄明白两个问题:一是物体做圆周运动需要的向心力,二是提供的向心力。
只有当提供的力能满足它需要的向心力时,即“供”与“需”平衡时,物体才能在稳定的轨道上做圆周运动，否则物体将发生变轨现象——物体远离圆心或靠近圆心。
当卫星受到的万有引力不够提供卫星做圆周运动所需的向心力时，卫星将做离心运动，当卫星受到的万有引力大于做圆周运动所需的向心力时卫星将在较低的椭圆轨道上运动，做近心运动。
导致变轨的原因是卫星或飞船在引力之外的外力，如阻力、发动机的推力等作用下，使运行速率发生变化，从而导致“供”与“需”不平衡而导致变轨。
这是卫星或飞船的不稳定运行阶段，不能用公式分析速度变化和轨道变化的关系。
例一：宇宙飞船和空间站在同一轨道上运动，若飞船想与前面的空间站对接，飞船为了追上轨道空间站，可采取的方法是（ ）
A . 飞船加速直到追上空间站，完成对接
B . 飞船从原轨道减速至一个较低轨道，再加速追上空间站完成对接
C . 飞船加速至一个较高轨道再减速追上空间站完成对接
D . 无论飞船采取何种措施，均不能与空间站对接
错解：选A 。
错误原因分析：不清楚飞船速度变化导致"供"与"需"不平衡而导致出现变轨。
答案：选B 。
分析：先开动飞船上的发动机使飞船减速，此时万有引力大于所需要的向心力，飞船
做近心运动，到达较低轨道时，由222()Mm G m r r T π=得3
2r T GM
π=空间站的周期，飞船运行得要比空间站快。
当将要追上空间站时，再开动飞船上的发动机让飞船加速，使万有引力小于所需要的向心力而做离心运动，到达空间站轨道而追上空间站，故B 正确。
如果飞船先加速，它受到的万有引力将不足以提供向心力而做离心运动，到达更高的轨道，这使它的周期变长。
这样它再减速回到空间站所在的轨道时，会看到它离空间站更远了，因此C 错。
二、不会分析能量转化导致错解
例二：人造地球卫星在轨道半径较小的轨道A 上运行时机械能为E A ，它若进入轨道半径较大的轨道B 运行时机械能为E B ，在轨道变化后这颗卫星( )
A .动能减小，势能增加，E
B ＞E A
B .动能减小，势能增加，E B =E A
C .动能减小，势能增加，E B ＜E A
D .动能增加，势能增加，
E B ＞E A
错解：选D 。
错误原因分析： 没有考虑到变轨过程中万有引力做功导致错解。
答案：选A 。
要使卫星由较低轨道进入较高轨道，必须开动发动机使卫星加速，卫星做离心运动。
在离心运动过程中万有引力对卫星做负功，卫星运行速度的大小不断减小，动能不断减小而势能增大。
由于推力对卫星做了正功，因此卫星机械能变大。
三、对椭圆轨道特点理解错误导致错解
例三：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，轨道1、2相切于Q 点，轨道2、3相切于P 点，如图2所示，则卫星分别在轨道1、2、3上正常运行时，下列说法正确的是（ ）
A .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上角速度的小于在轨道1上的角速度
C .卫星在轨道1上经过Q 点时的加速度等于它在轨道2上经过Q 点时的加速度
D .卫星在轨道2上经过P 点时的加速度小于它在轨道3上经过P 点时的加速度
错解：选BD 。
错误原因分析：不清楚卫星在椭圆轨道近地点和远地点时，加速度都是由万有引力产生的，因此加速度相等。
不清楚椭圆轨道和圆轨道在同一个点的曲率半径不相等，盲目套用圆周运动的公式导致错解。
答案：选BC 。
分析：卫星在1 、3轨道上均做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力可知卫星在轨道1上的速率和角速度比在轨道3上的大，因此B 正确。
卫星在不同轨道
1、2上经过同一点Q ，由2R
Mm G F 引可知，所受的合外力是一样大的，由牛顿定律可知，加速度一样大。
因而选项C 是对的。
同理，卫星过P 点时，不论卫星在轨道2还是在轨道3上，卫星所受的引力大小是相等的，故D 错。
不仅如此，在近地点或远地点，由于万有引力的方向和速度方向垂直，所以卫星只有向心加速度，其切向加速度为零，因此，卫星在不同轨道上经过P 点或Q 点时，卫星的向心加速度也相等。
但是由于椭圆轨道和圆轨道在同一个点的曲率半径不相等，因此卫星的速度不相等。
例如就同一点P ，沿轨道2运行的向心加速度为:a 1=v 12/r ，r 指椭圆轨道在P 点的曲率半径，沿轨道3做圆周运行时，其向
心加速度为:a 2=v 22/ R ，R 指卫星在P 点时卫星到地心的距离。
由于a 1=a 2 ，所以
v 12/r =v 22/R ，但由于r ＜R ，所以v 1＜v 2。
因此，卫星要从椭圆轨道运行到大圆轨道，只要
在远地点P 时，卫星的推进器向后喷气使卫星加速，当卫星速度达到沿大圆做圆周运动所需要的速度时，卫星就不再沿椭圆轨道运行而沿大圆做圆周运动了。
从受力上来看，由于卫星在轨道3
上运动时，卫星做的是匀速圆周运动，万有引力刚好提供卫星运动所需的向P
心力，即R mV R
GMm 2
22 ,所以卫星沿椭圆轨道运动到远地点P 时，万有引力大于卫星做圆周运动的向心力，即212mV GMm R R ＞，所以卫星将相对地球做近心运动。
若要使卫星做圆周运动，就必须开动推进器使卫星加速，这也正是卫星在变轨时需要点火的原因。
由以上分析可知，对于变轨问题的分析，首先要清楚导致变轨的原因，根据万有引力和做圆周运动所需向心力的关系分析卫星做离心运动还是近心运动，然后再根据功能关系分析能量的变化。