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专题5.4 卫星变轨与航天器的对接-2021年高考物理一轮复习考点扫描学案
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这是一份专题5.4 卫星变轨与航天器的对接-2021年高考物理一轮复习考点扫描学案，文件包含专题54卫星变轨与航天器的对接解析版docx、专题54卫星变轨与航天器的对接原卷版docx等2份学案配套教学资源，其中学案共21页， 欢迎下载使用。
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TOC \ "1-3" \h \u \l "_Tc13551" 【考点扫描】 PAGEREF _Tc13551 1
\l "_Tc244" 一．卫星发射及变轨过程概述 PAGEREF _Tc244 1
\l "_Tc18856" 二．卫星变轨的实质 PAGEREF _Tc18856 1
\l "_Tc8305" 三．卫星变轨模型十问 PAGEREF _Tc8305 2
\l "_Tc9180" 【典例分析】 PAGEREF _Tc9180 3
\l "_Tc29437" 【专题精练】 PAGEREF _Tc29437 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Ⅱ.
(3)在B点(远地点)再次点火加速进入圆形轨道Ⅲ.
二．卫星变轨的实质
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相切于点，2、3相切于点，则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时
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；变轨时在点点火加速，短时间内将速率由增加到，使卫星进入椭圆形的转移轨2；卫星运行到远地点时的速率为；此时进行第二次点火加速，在短时间内将速率由增加到，使卫星进入同步轨道3，绕地球做匀速圆周运动。
就1、2轨道比较卫星经过点时线速度、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。
就2、3轨道比较卫星经过点时线速度、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。
【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。
就2轨道比较、两点的线速度、大小？
答：在转移轨道2上，卫星从近地点向远地点运动过程只受重力作用，机械能守恒。重力做负功，重力势能增加，动能减小。故。
【小结】实质是比较椭圆轨道不同位置的线速度大小问题可归纳为近点快远点慢
比较1轨道卫星经过点3轨道卫星经过点时两点线速度、的大小？
答：根据得由于故。
【小结】实质是比较两个圆轨道的线速度抓住“越远越慢”。
就1、2轨道比较卫星经过点时加速度的大小？
答：根据得可见加速度取决于半径无论是1轨道还是2轨道到中心天体的半径都是一样大所以加速度相同。
就2、3轨道比较卫星经过点时加速度的大小？
答：根据得可见加速度取决于半径无论是2轨道还是3轨道到中心天体的半径都是一样大所以加速度相同。
【小结】比较不同天体的加速度只需要比较它们到达中心天体的距离即可跟轨道的现状无关。
卫星在整个发射过程能量将如何变化？
答：要使卫星由较低的圆轨道进入较高的圆轨道，即增大轨道半径（增大轨道高度h），一定要给卫星增加能量。与在低轨道1时比较（不考虑卫星质量的改变），卫星在同步轨3上的动能减小了，势能增大了，机械能也增大了。增加的机械能由化学能转化而来。
【小结】动能：越远越小；势能：越远越大；机械能：高轨高能。
若1轨道的半径为，3轨道的半径为若轨道1的周期为T则卫星从到所用的时间为多少？（椭圆轨道周期的求法）
答：设飞船的椭圆轨道的半长轴为a，由图可知.设飞船沿椭圆轨道运行的周期为，由开普勒第三定律得.飞船从到的时间由以上三式求解得
若已知卫星在3轨道运行的周期为，中心天体的半径为则卫星距离中心天天表面的高度为？
答：根据开普勒第三定律得：又因为
所以。
【典例分析】
【例1】(2020·江南十校联考)据外媒综合报道，英国著名物理学家史蒂芬·霍金在2018年3月14日去世，享年76岁．这位伟大的物理学家，向人类揭示了宇宙和黑洞的奥秘．高中生对黑洞的了解为光速是在星球(黑洞)上的第二宇宙速度．对于普通星球，如地球，光速仍远远大于其宇宙速度．现对发射地球同步卫星的过程进行分析，卫星首先进入椭圆轨道Ⅰ，P点是轨道Ⅰ上的近地点，然后在Q点通过改变卫星速度，让卫星进入地球同步轨道Ⅱ，则( )
A．卫星在同步轨道Ⅱ上的运行速度大于第一宇宙速度7.9 km/s
B．该卫星的发射速度必定大于第二宇宙速度11.2 km/s
C．在轨道Ⅰ上，卫星在P点的速度大于第一宇宙速度7.9 km/s
D．在轨道Ⅰ上，卫星在Q点的速度大于第一宇宙速度7.9 km/s
【例2】(2020·黑龙江哈尔滨三中期中)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( )
A．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
【点评】航天飞船与宇宙空间站的“对接”实际上就是两个做匀速圆周运动的物体追赶问题，本质仍然是卫星的变轨运行问题。
【例3】(2020·江西重点中学联考)小型登月器连接在航天站上，一起绕月球做匀速圆周运动，其轨道半径为月球半径的3倍，某时刻，航天站使登月器减速分离，登月器沿如图所示的椭圆轨道登月，在月球表面逗留一段时间完成科考工作后，经快速启动仍沿原椭圆轨道返回，当第一次回到分离点时恰与航天站对接，登月器的快速启动时间可以忽略不计，整个过程中航天站保持原轨道绕月运行．已知月球表面的重力加速度为g，月球半径为R，不考虑月球自转的影响，则登月器可以在月球上停留的最短时间约为( )
A．10π eq \r(\f(5R,g))－6π eq \r(\f(3R,g)) B．6π eq \r(\f(3R,g))－4π eq \r(\f(2R,g))
C．10π eq \r(\f(5R,g))－2π eq \r(\f(R,g)) D．6π eq \r(\f(3R,g))－2π eq \r(\f(R,g))
【专题精练】
1.(2020·广东七校联考)2019年1月15日，嫦娥四号生物科普试验载荷项目团队发布消息称停留在月球上的“嫦娥四号”探测器上的一颗棉花种子已经发芽，这是人类首次在月球上进行生物生长实验．如图所示，“嫦娥四号”先在环月圆轨道Ⅰ上运动，接着在Ⅰ上的A点实施变轨进入近月的椭圆轨道Ⅱ，再由近月点B实施近月制动，最后成功登陆月球．下列说法正确的是( )
A．“嫦娥四号”绕轨道Ⅱ运行的周期大于绕轨道Ⅰ运行的周期
B．“嫦娥四号”沿轨道Ⅰ运动至A时，需制动减速才能进入轨道Ⅱ
C．“嫦娥四号”沿轨道Ⅱ运行时，在A点的加速度大小大于在B点的加速度大小
D．“嫦娥四号”在轨道Ⅱ上由A点运行到B点的过程，速度逐渐减小
2.(2020·湖南六校联考)荷兰“Mars One”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．假设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TⅢ>TⅡ>TⅠ
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
3.中国在西昌卫星发射中心成功发射“亚太九号”通信卫星，该卫星运行的轨道示意图如图所示，卫星先沿椭圆轨道1运行，近地点为Q，远地点为P。当卫星经过P点时点火加速，使卫星由椭圆轨道1转移到地球同步轨道2上运行，下列说法正确的是( )
A．卫星在轨道1和轨道2上运动时的机械能相等
B．卫星在轨道1上运行经过P点的速度大于经过Q点的速度
C．卫星在轨道2上时处于超重状态
D．卫星在轨道1上运行经过P点的加速度等于在轨道2上运行经过P点的加速度
4.(2020·名师原创预测)近年来，我国的航天事业飞速发展，“嫦娥奔月”掀起高潮。“嫦娥四号”进行人类历史上的第一次月球背面登陆。若“嫦娥四号”在月球附近轨道上运行的示意图如图所示，“嫦娥四号”先在圆轨道上做圆周运动，运动到A点时变轨为椭圆轨道，B点是近月点，则下列有关“嫦娥四号”的说法正确的是( )
A．“嫦娥四号”的发射速度应大于地球的第二宇宙速度
B．“嫦娥四号”要想从圆轨道进入椭圆轨道必须在A点加速
C．“嫦娥四号”在椭圆轨道上运行的周期比圆轨道上运行的周期要长
D．“嫦娥四号”运行至B点时的速率大于月球的第一宇宙速度
5.(多选) (2020·淮安、宿迁等高三质量检测)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交会，如图所示。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/s
B．天舟一号的发射速度大于11.2 km/s
C．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
6.(2020·辽宁大连市第二次模拟)2018年12月12日，在北京飞控中心工作人员的精密控制下，“嫦娥四号”开始实施近月制动，成功进入环月圆轨道Ⅰ.12月30日成功实施变轨，进入椭圆着陆轨道Ⅱ，为下一步月面软着陆做准备．如图所示，B为近月点，A为远月点．关于“嫦娥四号”卫星，下列说法正确的是( )
A．卫星在轨道Ⅱ上A点的加速度大于在B点的加速度
B．卫星沿轨道Ⅰ运动的过程中，卫星中的科考仪器处于超重状态
C．卫星从轨道Ⅰ变轨到轨道Ⅱ，机械能增加
D．卫星在轨道Ⅱ经过A点时的动能小于在轨道Ⅱ经过B点时的动能
7.(2020·山东潍坊市二模)如图所示，绕月空间站绕月球做匀速圆周运动，航天飞机仅在月球引力作用下沿椭圆轨道运动，M点是椭圆轨道的近月点，为实现航天飞机在M点与空间站对接，航天飞机在即将到达M点前经历短暂减速后与空间站对接．下列说法正确的是( )
A．航天飞机沿椭圆轨道运行的周期大于空间站的周期
B．航天飞机在对接前短暂减速过程中，机内物体处于完全失重状态
C．航天飞机与空间站对接前后机械能增加
D．航天飞机在对接前短暂减速过程中机械能不变
8.(多选)(2020·湖南娄底市下学期第二次模拟)如图所示，设地球半径为R，假设某地球卫星在距地球表面高度为h的圆形轨道Ⅰ上做匀速圆周运动，运行周期为T，到达轨道的A点时点火变轨进入椭圆轨道Ⅱ，到达轨道的近地点B时，再次点火进入近地轨道Ⅲ绕地球做匀速圆周运动，引力常量为G，不考虑其他星球的影响，则下列说法正确的是( )
A．该卫星在轨道Ⅲ上B点的速率大于在轨道Ⅱ上A点的速率
B．卫星在圆轨道Ⅰ和圆轨道Ⅲ上做圆周运动时，轨道Ⅰ上动能小，引力势能大，机械能小
C．卫星从远地点A向近地点B运动的过程中，加速度变小
D．地球的质量可表示为
9.(多选)(2019·福建泉州市第一次质量检查)如图，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的2倍
B．卫星经过a点的速率为经过b点的eq \r(2)倍
C．卫星在a点的加速度大小为在c点的4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
10．(2019·山西五地联考期末)2018年12月8日2时23分，嫦娥四号探测器搭乘长征三号乙运载火箭，开始了奔月之旅．她肩负着沉甸甸的使命：首次实现人类探测器月球背面软着陆.12月12日16时45分，嫦娥四号探测器成功实施近月制动，顺利完成“太空刹车”，被月球捕获，进入了近月点约100公里的环月轨道，如图所示( )
A．嫦娥四号在地月转移轨道经过P点时和在100公里环月轨道经过P点时的速度相同
B．嫦娥四号从100公里环月轨道的P点进入椭圆环月轨道后机械能减小
C．嫦娥四号在100公里环月轨道运动的周期等于在椭圆环月轨道运动周期
D．嫦娥四号在100公里环月轨道运动经过P的加速度大小等于在椭圆环月轨道经过P的加速度大小，但方向有可能不一样
11.(2020湖南长沙三月模拟，20)(多选)暗物质是二十一世纪物理学之谜，对该问题的研究可能带来一场物理学的革命．为了探测暗物质，我国在2015年12月17日成功发射了一颗被命名为“悟空”的暗物质探测卫星．已知“悟空”在低于同步卫星的轨道上绕地球做匀速圆周运动，经过时间t(t小于其运动周期)，运动的弧长为s，与地球中心连线扫过的角度为β(弧度)，引力常量为G，则下列说法中正确的是( )
A．“悟空”的线速度大于第一宇宙速度
B．“悟空”的向心加速度大于地球同步卫星的向心加速度
C．“悟空”的环绕周期为eq \f(2πt,β)
D. “悟空”的质量为eq \f(s3,Gt2β)
12.“嫦娥三号”探测器由“长征三号乙”运载火箭从西昌卫星发射中心发射，首次实现月球软着陆和月面巡视勘察．如图所示，假设“嫦娥三号”在环月圆轨道和椭圆轨道上运动时，只受到月球的万有引力，则( )
A. 若已知“嫦娥三号”环月圆轨道的半径、运动周期和引力常量，则可以算出月球的密度
B. “嫦娥三号”由环月圆轨道变轨进入环月椭圆轨道时，应让发动机点火使其加速
C. “嫦娥三号”在环月椭圆轨道上P点的速度大于Q点的速度
D．“嫦娥三号”在环月圆轨道上的运行速率比月球的第一宇宙速度小
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
Geq \f(Mm,r2)Geq \f(Mm,r2)>meq \f(v2,r)
变轨结果
转变为椭圆轨道运动或在较大半径圆轨道上运动
转变为椭圆轨道运动或在较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
目录
TOC \ "1-3" \h \u \l "_Tc13551" 【考点扫描】 PAGEREF _Tc13551 1
\l "_Tc244" 一．卫星发射及变轨过程概述 PAGEREF _Tc244 1
\l "_Tc18856" 二．卫星变轨的实质 PAGEREF _Tc18856 1
\l "_Tc8305" 三．卫星变轨模型十问 PAGEREF _Tc8305 2
\l "_Tc9180" 【典例分析】 PAGEREF _Tc9180 3
\l "_Tc29437" 【专题精练】 PAGEREF _Tc29437 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Ⅱ.
(3)在B点(远地点)再次点火加速进入圆形轨道Ⅲ.
二．卫星变轨的实质
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相切于点，2、3相切于点，则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时
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；变轨时在点点火加速，短时间内将速率由增加到，使卫星进入椭圆形的转移轨2；卫星运行到远地点时的速率为；此时进行第二次点火加速，在短时间内将速率由增加到，使卫星进入同步轨道3，绕地球做匀速圆周运动。
就1、2轨道比较卫星经过点时线速度、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。
就2、3轨道比较卫星经过点时线速度、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。
【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。
就2轨道比较、两点的线速度、大小？
答：在转移轨道2上，卫星从近地点向远地点运动过程只受重力作用，机械能守恒。重力做负功，重力势能增加，动能减小。故。
【小结】实质是比较椭圆轨道不同位置的线速度大小问题可归纳为近点快远点慢
比较1轨道卫星经过点3轨道卫星经过点时两点线速度、的大小？
答：根据得由于故。
【小结】实质是比较两个圆轨道的线速度抓住“越远越慢”。
就1、2轨道比较卫星经过点时加速度的大小？
答：根据得可见加速度取决于半径无论是1轨道还是2轨道到中心天体的半径都是一样大所以加速度相同。
就2、3轨道比较卫星经过点时加速度的大小？
答：根据得可见加速度取决于半径无论是2轨道还是3轨道到中心天体的半径都是一样大所以加速度相同。
【小结】比较不同天体的加速度只需要比较它们到达中心天体的距离即可跟轨道的现状无关。
卫星在整个发射过程能量将如何变化？
答：要使卫星由较低的圆轨道进入较高的圆轨道，即增大轨道半径（增大轨道高度h），一定要给卫星增加能量。与在低轨道1时比较（不考虑卫星质量的改变），卫星在同步轨3上的动能减小了，势能增大了，机械能也增大了。增加的机械能由化学能转化而来。
【小结】动能：越远越小；势能：越远越大；机械能：高轨高能。
若1轨道的半径为，3轨道的半径为若轨道1的周期为T则卫星从到所用的时间为多少？（椭圆轨道周期的求法）
答：设飞船的椭圆轨道的半长轴为a，由图可知.设飞船沿椭圆轨道运行的周期为，由开普勒第三定律得.飞船从到的时间由以上三式求解得
若已知卫星在3轨道运行的周期为，中心天体的半径为则卫星距离中心天天表面的高度为？
答：根据开普勒第三定律得：又因为
所以。
【典例分析】
【例1】(2020·江南十校联考)据外媒综合报道，英国著名物理学家史蒂芬·霍金在2018年3月14日去世，享年76岁．这位伟大的物理学家，向人类揭示了宇宙和黑洞的奥秘．高中生对黑洞的了解为光速是在星球(黑洞)上的第二宇宙速度．对于普通星球，如地球，光速仍远远大于其宇宙速度．现对发射地球同步卫星的过程进行分析，卫星首先进入椭圆轨道Ⅰ，P点是轨道Ⅰ上的近地点，然后在Q点通过改变卫星速度，让卫星进入地球同步轨道Ⅱ，则( )
A．卫星在同步轨道Ⅱ上的运行速度大于第一宇宙速度7.9 km/s
B．该卫星的发射速度必定大于第二宇宙速度11.2 km/s
C．在轨道Ⅰ上，卫星在P点的速度大于第一宇宙速度7.9 km/s
D．在轨道Ⅰ上，卫星在Q点的速度大于第一宇宙速度7.9 km/s
【例2】(2020·黑龙江哈尔滨三中期中)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( )
A．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
【点评】航天飞船与宇宙空间站的“对接”实际上就是两个做匀速圆周运动的物体追赶问题，本质仍然是卫星的变轨运行问题。
【例3】(2020·江西重点中学联考)小型登月器连接在航天站上，一起绕月球做匀速圆周运动，其轨道半径为月球半径的3倍，某时刻，航天站使登月器减速分离，登月器沿如图所示的椭圆轨道登月，在月球表面逗留一段时间完成科考工作后，经快速启动仍沿原椭圆轨道返回，当第一次回到分离点时恰与航天站对接，登月器的快速启动时间可以忽略不计，整个过程中航天站保持原轨道绕月运行．已知月球表面的重力加速度为g，月球半径为R，不考虑月球自转的影响，则登月器可以在月球上停留的最短时间约为( )
A．10π eq \r(\f(5R,g))－6π eq \r(\f(3R,g)) B．6π eq \r(\f(3R,g))－4π eq \r(\f(2R,g))
C．10π eq \r(\f(5R,g))－2π eq \r(\f(R,g)) D．6π eq \r(\f(3R,g))－2π eq \r(\f(R,g))
【专题精练】
1.(2020·广东七校联考)2019年1月15日，嫦娥四号生物科普试验载荷项目团队发布消息称停留在月球上的“嫦娥四号”探测器上的一颗棉花种子已经发芽，这是人类首次在月球上进行生物生长实验．如图所示，“嫦娥四号”先在环月圆轨道Ⅰ上运动，接着在Ⅰ上的A点实施变轨进入近月的椭圆轨道Ⅱ，再由近月点B实施近月制动，最后成功登陆月球．下列说法正确的是( )
A．“嫦娥四号”绕轨道Ⅱ运行的周期大于绕轨道Ⅰ运行的周期
B．“嫦娥四号”沿轨道Ⅰ运动至A时，需制动减速才能进入轨道Ⅱ
C．“嫦娥四号”沿轨道Ⅱ运行时，在A点的加速度大小大于在B点的加速度大小
D．“嫦娥四号”在轨道Ⅱ上由A点运行到B点的过程，速度逐渐减小
2.(2020·湖南六校联考)荷兰“Mars One”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．假设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TⅢ>TⅡ>TⅠ
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
3.中国在西昌卫星发射中心成功发射“亚太九号”通信卫星，该卫星运行的轨道示意图如图所示，卫星先沿椭圆轨道1运行，近地点为Q，远地点为P。当卫星经过P点时点火加速，使卫星由椭圆轨道1转移到地球同步轨道2上运行，下列说法正确的是( )
A．卫星在轨道1和轨道2上运动时的机械能相等
B．卫星在轨道1上运行经过P点的速度大于经过Q点的速度
C．卫星在轨道2上时处于超重状态
D．卫星在轨道1上运行经过P点的加速度等于在轨道2上运行经过P点的加速度
4.(2020·名师原创预测)近年来，我国的航天事业飞速发展，“嫦娥奔月”掀起高潮。“嫦娥四号”进行人类历史上的第一次月球背面登陆。若“嫦娥四号”在月球附近轨道上运行的示意图如图所示，“嫦娥四号”先在圆轨道上做圆周运动，运动到A点时变轨为椭圆轨道，B点是近月点，则下列有关“嫦娥四号”的说法正确的是( )
A．“嫦娥四号”的发射速度应大于地球的第二宇宙速度
B．“嫦娥四号”要想从圆轨道进入椭圆轨道必须在A点加速
C．“嫦娥四号”在椭圆轨道上运行的周期比圆轨道上运行的周期要长
D．“嫦娥四号”运行至B点时的速率大于月球的第一宇宙速度
5.(多选) (2020·淮安、宿迁等高三质量检测)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交会，如图所示。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/s
B．天舟一号的发射速度大于11.2 km/s
C．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
6.(2020·辽宁大连市第二次模拟)2018年12月12日，在北京飞控中心工作人员的精密控制下，“嫦娥四号”开始实施近月制动，成功进入环月圆轨道Ⅰ.12月30日成功实施变轨，进入椭圆着陆轨道Ⅱ，为下一步月面软着陆做准备．如图所示，B为近月点，A为远月点．关于“嫦娥四号”卫星，下列说法正确的是( )
A．卫星在轨道Ⅱ上A点的加速度大于在B点的加速度
B．卫星沿轨道Ⅰ运动的过程中，卫星中的科考仪器处于超重状态
C．卫星从轨道Ⅰ变轨到轨道Ⅱ，机械能增加
D．卫星在轨道Ⅱ经过A点时的动能小于在轨道Ⅱ经过B点时的动能
7.(2020·山东潍坊市二模)如图所示，绕月空间站绕月球做匀速圆周运动，航天飞机仅在月球引力作用下沿椭圆轨道运动，M点是椭圆轨道的近月点，为实现航天飞机在M点与空间站对接，航天飞机在即将到达M点前经历短暂减速后与空间站对接．下列说法正确的是( )
A．航天飞机沿椭圆轨道运行的周期大于空间站的周期
B．航天飞机在对接前短暂减速过程中，机内物体处于完全失重状态
C．航天飞机与空间站对接前后机械能增加
D．航天飞机在对接前短暂减速过程中机械能不变
8.(多选)(2020·湖南娄底市下学期第二次模拟)如图所示，设地球半径为R，假设某地球卫星在距地球表面高度为h的圆形轨道Ⅰ上做匀速圆周运动，运行周期为T，到达轨道的A点时点火变轨进入椭圆轨道Ⅱ，到达轨道的近地点B时，再次点火进入近地轨道Ⅲ绕地球做匀速圆周运动，引力常量为G，不考虑其他星球的影响，则下列说法正确的是( )
A．该卫星在轨道Ⅲ上B点的速率大于在轨道Ⅱ上A点的速率
B．卫星在圆轨道Ⅰ和圆轨道Ⅲ上做圆周运动时，轨道Ⅰ上动能小，引力势能大，机械能小
C．卫星从远地点A向近地点B运动的过程中，加速度变小
D．地球的质量可表示为
9.(多选)(2019·福建泉州市第一次质量检查)如图，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的2倍
B．卫星经过a点的速率为经过b点的eq \r(2)倍
C．卫星在a点的加速度大小为在c点的4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
10．(2019·山西五地联考期末)2018年12月8日2时23分，嫦娥四号探测器搭乘长征三号乙运载火箭，开始了奔月之旅．她肩负着沉甸甸的使命：首次实现人类探测器月球背面软着陆.12月12日16时45分，嫦娥四号探测器成功实施近月制动，顺利完成“太空刹车”，被月球捕获，进入了近月点约100公里的环月轨道，如图所示( )
A．嫦娥四号在地月转移轨道经过P点时和在100公里环月轨道经过P点时的速度相同
B．嫦娥四号从100公里环月轨道的P点进入椭圆环月轨道后机械能减小
C．嫦娥四号在100公里环月轨道运动的周期等于在椭圆环月轨道运动周期
D．嫦娥四号在100公里环月轨道运动经过P的加速度大小等于在椭圆环月轨道经过P的加速度大小，但方向有可能不一样
11.(2020湖南长沙三月模拟，20)(多选)暗物质是二十一世纪物理学之谜，对该问题的研究可能带来一场物理学的革命．为了探测暗物质，我国在2015年12月17日成功发射了一颗被命名为“悟空”的暗物质探测卫星．已知“悟空”在低于同步卫星的轨道上绕地球做匀速圆周运动，经过时间t(t小于其运动周期)，运动的弧长为s，与地球中心连线扫过的角度为β(弧度)，引力常量为G，则下列说法中正确的是( )
A．“悟空”的线速度大于第一宇宙速度
B．“悟空”的向心加速度大于地球同步卫星的向心加速度
C．“悟空”的环绕周期为eq \f(2πt,β)
D. “悟空”的质量为eq \f(s3,Gt2β)
12.“嫦娥三号”探测器由“长征三号乙”运载火箭从西昌卫星发射中心发射，首次实现月球软着陆和月面巡视勘察．如图所示，假设“嫦娥三号”在环月圆轨道和椭圆轨道上运动时，只受到月球的万有引力，则( )
A. 若已知“嫦娥三号”环月圆轨道的半径、运动周期和引力常量，则可以算出月球的密度
B. “嫦娥三号”由环月圆轨道变轨进入环月椭圆轨道时，应让发动机点火使其加速
C. “嫦娥三号”在环月椭圆轨道上P点的速度大于Q点的速度
D．“嫦娥三号”在环月圆轨道上的运行速率比月球的第一宇宙速度小
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
Geq \f(Mm,r2)
变轨结果
转变为椭圆轨道运动或在较大半径圆轨道上运动
转变为椭圆轨道运动或在较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
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