高中物理課件專題強化五衛(wèi)星運動的

“兩個熱點”問題第四章曲線運動與萬有引力定律熱點目錄CONTENTS///////提升素養(yǎng)能力///////熱點二衛(wèi)星變軌和能量問題熱點一衛(wèi)星運行參量的分析熱點一衛(wèi)星運行參量的分析1.衛(wèi)星運動參量與軌道半徑的關(guān)系2.近地衛(wèi)星和同步衛(wèi)星

衛(wèi)星運動的軌道平面一定通過地心，一般分為赤道軌道、極地軌道和其他軌道，同步衛(wèi)星的軌道是赤道軌道。(1)近地衛(wèi)星：軌道在地球表面附近的衛(wèi)星，其軌道半徑r＝R(地球半徑)，運行速度等于第一宇宙速度v＝7.9km/s(人造地球衛(wèi)星的最大運行速度)，T＝85min(人造地球衛(wèi)星的最小周期)。(2)同步衛(wèi)星①軌道平面與赤道平面共面。②周期與地球自轉(zhuǎn)周期相等，T＝24h。③高度固定不變，h＝3.6×107m。④運行速率均為v＝3.1×103m/s。AC衛(wèi)星運動參量與軌道半徑關(guān)系有關(guān)地球同步衛(wèi)星問題【真題示例2】

(2019·北京卷)2019年5月17日，我國成功發(fā)射第45顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，該衛(wèi)星屬于地球靜止軌道衛(wèi)星(同步衛(wèi)星)。該衛(wèi)星(

) A.入軌后可以位于北京正上方 B.入軌后的速度大于第一宇宙速度 C.發(fā)射速度大于第二宇宙速度 D.若發(fā)射到近地圓軌道所需能量較少D【針對訓(xùn)練1】

假定“嫦娥五號”軌道艙繞月飛行時，軌道是貼近月球表面的圓形軌道。已知地球密度為月球密度的k倍，地球同步衛(wèi)星的軌道半徑為地球半徑的n倍，則軌道艙繞月飛行的周期與地球同步衛(wèi)星周期的比值為(

)A【針對訓(xùn)練2】

如圖1所示是北斗導(dǎo)航系統(tǒng)中部分衛(wèi)星的軌道示意圖，已知a、b、c三顆衛(wèi)星均做圓周運動，a是地球同步衛(wèi)星，a和b的軌道半徑相同，且均為c的k倍，已知地球自轉(zhuǎn)周期為T。則(

)圖1C熱點二衛(wèi)星變軌和能量問題若衛(wèi)星要從軌道Ⅰ變換到軌道Ⅲ，則需要在A處、B處各點火加速一次；若衛(wèi)星要從軌道Ⅲ變換到軌道Ⅰ，則需要在B處、A處各制動減速一次，各種物理量的比較如下表所示。速度關(guān)系vⅢ＞vⅡB，vⅡA＞vⅠ＞vⅢ(向心)加速度關(guān)系aⅢ＝aⅡB，aⅡA＝aⅠ周期關(guān)系TⅠ＜TⅡ＜TⅢ能量關(guān)系EⅠ＜EⅡ＜EⅢ

圖2BC【例3】

(多選)(2021·八省聯(lián)考湖北卷)“嫦娥五號”取壤返回地球，完成了中國航天史上的一次壯舉。如圖2所示為“嫦娥五號”著陸地球前部分軌道的簡化示意圖，其中Ⅰ是月地轉(zhuǎn)移軌道，在P點由軌道Ⅰ變?yōu)槔@地橢圓軌道Ⅱ，在近地點Q再變?yōu)槔@地橢圓軌道Ⅲ。下列說法正確的是(

)A.在軌道Ⅱ運行時，“嫦娥五號”在Q點的機械能比在P點的機械能大B.“嫦娥五號”在軌道Ⅱ上運行的周期比在軌道Ⅲ上運行的周期長C.“嫦娥五號”分別沿軌道Ⅱ和軌道Ⅲ運行時，經(jīng)過Q點的向心加速度大小相等D.“嫦娥五號”分別沿軌道Ⅱ和軌道Ⅲ運行時，經(jīng)過Q點的速度大小相等【針對訓(xùn)練3】

宇宙飛船和空間站在同一軌道上運動。若飛船想與前方的空間站對接，飛船為了追上空間站，可采取的方法是(

)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B【針對訓(xùn)練4】

(2021·北京昌平區(qū)5月聯(lián)考)2021年2月10日，“天問一號”火星探測器被火星捕獲，成功實現(xiàn)環(huán)繞火星，經(jīng)過變軌后從調(diào)相軌道進入停泊軌道，為著陸火星做準備，如圖3所示。下列說法正確的是(

)A.“天問一號”從調(diào)相軌道進入停泊軌道時需在P點處加速B.“天問一號”在停泊軌道上P點的加速度比在N點的小C.“天問一號”在停泊軌道上運動過程中，經(jīng)過P點時的線速度比N點的小D.“天問一號”在停泊軌道上運行周期比在調(diào)相軌道上的小圖3D題型自我感悟

萬有引力定律應(yīng)用的命題向著簡單化的方向發(fā)展，主要考查的問題是衛(wèi)星的運動以及運動中能量問題，請根據(jù)以上題目的分析，總結(jié)以下問題：1.衛(wèi)星變軌的理論依據(jù)是什么？

提示主要是看F向與F萬的關(guān)系，當萬有引力小于圓周運動向心力時遠離中心天體，反之，靠近中心天體。2.變軌過程中衛(wèi)星受力的做功情況如何？動能和總能量是如何變化的？

提示變軌過程中萬有引力做功，當遠離中心天體時，萬有引力做負功，動能減小，總能量增大；反之，萬有引力做正功，動能增大，總能量減小。（限時：40分鐘）A1.(2021·天津紅橋區(qū)質(zhì)調(diào))2019年5月17日，我國成功發(fā)射第45顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，該衛(wèi)星屬于地球靜止軌道衛(wèi)星(同步衛(wèi)星)。該衛(wèi)星(

) A.入軌后向心加速度大于地球表面赤道上物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度 B.入軌后的速度等于第一宇宙速度 C.該衛(wèi)星的機械能小于同質(zhì)量的近地衛(wèi)星的機械能 D.該衛(wèi)星可以定位在天津上空一定高度處對點練衛(wèi)星運行參量的分析解析

同步衛(wèi)星與地球表面赤道上物體具有相同角速度，根據(jù)a＝rω2可知，入軌后向心加速度大于地球表面赤道上物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度，故A正確；第一宇宙速度是衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，最大的圓周運行速度，所有衛(wèi)星的運行速度都不大于第一宇宙速度，故B錯誤；從近地軌道進入同步軌道需要點火加速，所以該衛(wèi)星的機械能大于同質(zhì)量的近地衛(wèi)星的機械能，故C錯誤；地球靜止軌道衛(wèi)星即同步衛(wèi)星，只能定點在赤道正上方，不會位于天津正上方，故D錯誤。2.(2021·湖北武漢市調(diào)研)截至2020年11月，被稱為“中國天眼”的500米口徑球面射電望遠鏡運行穩(wěn)定可靠，發(fā)現(xiàn)脈沖星數(shù)量超過240顆，將于2021年8月面向全球科學(xué)界開放。脈沖星實質(zhì)是快速自轉(zhuǎn)的中子星，每自轉(zhuǎn)一周，就向外發(fā)射一次電磁脈沖信號，因此而得名。若觀測到某個中子星發(fā)射電磁脈沖信號的周期為T，該中子星的半徑為R，已知引力常量為G，則以下物理量可以求出的是(

)圖1DA.該中子星的質(zhì)量B.該中子星的第一宇宙速度C.該中子星表面的重力加速度D.該中子星赤道上的物體隨中子星轉(zhuǎn)動的線速度3.(2020·天津卷)北斗問天，國之夙愿。我國北斗三號系統(tǒng)的收官之星是地球靜止軌道衛(wèi)星，其軌道半徑約為地球半徑的7倍。與近地軌道衛(wèi)星相比，地球靜止軌道衛(wèi)星(

)圖2AA.周期大

B.線速度大C.角速度大

D.加速度大4.(2020·全國Ⅱ卷，15)若一均勻球形星體的密度為ρ，引力常量為G，則在該星體表面附近沿圓軌道繞其運動的衛(wèi)星的周期是(

)A5.(2020·浙江7月選考)火星探測任務(wù)“天問一號”的標識如圖3所示。若火星和地球繞太陽的運動均可視為勻速圓周運動，火星公轉(zhuǎn)軌道半徑與地球公轉(zhuǎn)軌道半徑之比為3∶2，則火星與地球繞太陽運動的(

)圖3CDA.“嫦娥五號”探測器在環(huán)月橢圓軌道的運動周期小于在最終環(huán)月圓軌道的運動周期B.“嫦娥五號”探測器在環(huán)月橢圓軌道的機械能小于在最終環(huán)月圓軌道的機械能C.“嫦娥五號”探測器在最終環(huán)月圓軌道的線速度約為1.6km/sD.在月球上發(fā)射衛(wèi)星的第一宇宙速度為7.9km/s圖4C對點練衛(wèi)星變軌和能量問題8.(多選)(2021·福建南平市質(zhì)檢)2020年11月24日，“長征五號”遙五運載火箭托舉“嫦娥五號”向著月球飛馳而去。12月17日，在闖過月面著陸、自動采樣、月面起飛、月軌交會對接、再入返回等多個難關(guān)后，歷經(jīng)重重考驗的“嫦娥五號”返回器攜帶月球樣品，成功返回地面。如圖5為“嫦娥五號”發(fā)射到達環(huán)月軌道的行程示意圖，下列說法正確的是(

)圖5BCA.在地月轉(zhuǎn)移軌道上無動力奔月時，動能不斷減小B.接近環(huán)月軌道時，需要減速才能進入環(huán)月軌道C.“嫦娥五號”在地月轉(zhuǎn)移軌道上運動的最大速度小于11.2km/sD.“嫦娥五號”在地球表面加速升空過程中地球引力越來越小，處于失重狀態(tài)解析

在地月轉(zhuǎn)移軌道上無動力奔月時，受月球的引力作用，則動能不斷增大，選項A錯誤；接近環(huán)月軌道時，需要減速制動，才能被月球俘獲，進入環(huán)月軌道，選項B正確；“嫦娥五號”在地月轉(zhuǎn)移軌道上沒有脫離地球的引力，則運動的最大速度小于11.2km/s，選項C正確；“嫦娥五號”在地球表面加速升空過程中，加速度方向向上，則處于超重狀態(tài)，選項D錯誤。9.(多選)(2021·湖南岳陽市教學(xué)質(zhì)檢)“天問一號”火星探測器于2020年7月23日，在中國文昌航天發(fā)射場由“長征五號”遙四運載火箭發(fā)射升空，如圖6所示，設(shè)地球半徑為R，地球表面的重力加速度為g0，“天問”一號在半徑為R的近地圓形軌道Ⅰ上運動，到達軌道的A點時點火變軌進入橢圓軌道Ⅱ，到達軌道Ⅱ的遠地點B時，再次點火進入軌道半徑為4R的圓形軌道Ⅲ，繞地球做圓周運動，設(shè)“天問”一號質(zhì)量保持不變。則(

)圖6AD10.(2021·湖北八市3月聯(lián)考)2021年2月，“天問一號”探測器成功實施近火制動，進入環(huán)火橢圓軌道，并將于今年5月?lián)駲C實施降軌，軟著陸火星表面，開展巡視探測等工作，如圖7所示為探測器經(jīng)過多次變軌后登陸火星的軌跡示意圖，其中軌道Ⅰ、Ⅲ為橢圓，軌道Ⅱ為圓。探測器經(jīng)軌道Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ運動后在Q點登陸火星，O點是軌道Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的切點，O、Q還分別是橢圓軌道Ⅲ的遠火星點和近火星點。關(guān)于探測器，下列說法正確的是(

)圖7AA.由軌道Ⅰ進入軌道Ⅱ需在O點減速B.在軌道Ⅱ的運行周期小于沿軌道Ⅲ的運行周期C.在軌道Ⅱ運行的線速度大于火星的第一宇宙速度D.在軌道Ⅲ上，探測器運行到O點的線速度大于Q點的線速度11.近年來我國的火星探測工程和探月工程都取得了巨大進展。已知火星和月球的半徑分別為R1和R2，質(zhì)量分別為m火和m月，表面重力加速度分別為g1和g2，第一宇宙速度分別為v1和v2，其對應(yīng)的軌道周期分別為T1和T2，則(

)C12.(2021·河北唐山市二模)隨著地球上的能源不斷消耗，尋找人類的第二家園也越發(fā)顯得重要，科學(xué)家在2014年6月發(fā)現(xiàn)了可能宜居的系外行星開普坦－B，該行星的質(zhì)量為地球的k倍，半徑為地球的m倍，自轉(zhuǎn)周期為地球的n倍，下列關(guān)于行星開普坦－B說法中正確的是(

)C13.(2021·山東省實驗中學(xué)模擬)我國相繼成功發(fā)射的“實踐衛(wèi)星二十號”和“通信技術(shù)試驗衛(wèi)星五號”都屬于地球靜止軌道衛(wèi)星，它們均繞地球做勻速圓周運動。則兩顆衛(wèi)星在軌運行的(

)DA.線速度等于第一宇宙速度B.動能一定相等C.向心力大小一定相