新教材适用2024版高考物理一轮总复习第4章曲线运动万有引力与航天专题强化4天体运动中的三种典型问题课件

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专题强化四　天体运动中的三种典型问题
一、近地卫星、同步卫星及赤道上物体的运行问题1．同步卫星和赤道上物体：角速度相同，同步卫星轨道半径大，则线速度大。2．同步卫星和近地卫星：向心力都是由万有引力提供，是轨道半3．近地卫星和赤道上物体：做圆周运动的半径相同，由1、2结论可知，近地卫星的线速度最大。4．特别注意：赤道上物体的向心力由万有引力和支持力的合力提
(2023·天津高三阶段练习)有a、b、c、d四颗地球卫星，a还未发射，在地球赤道上随地球表面一起转动，b处于地面附近的轨道上正常运动，c是地球同步卫星，d是高空探测卫星，各卫星排列位置如图，则有( 　　)B．a的向心加速度等于重力加速度gC．线速度关系va>vb>vc>vdD．d的运动周期有可能是20小时
卫星与赤道上物体运行问题解题技巧
同步卫星是近地卫星与赤道上物体的联系桥梁，同步卫星与近地卫星符合相同规律，轨道半径越大，周期T越大，线速度v，角速度ω，向心加速度an越小；同步卫星与赤道上物体有相同的角速度ω和周期T。
二、卫星的变轨与对接问题1．卫星的变轨
2.卫星的对接在低轨道运行的卫星，加速后可以与高轨道的卫星对接。同一轨道的卫星，不论加速或减速都不能对接。
(多选)(2022·天津红桥二模)我国的“神舟十三号”载人飞船与“天宫空间站”成功对接，顺利完成任务。假定对接前，“天宫空间站”在如图所示的轨道3上绕地球做匀速圆周运动，而“神舟十三号”在图中轨道1上绕地球做匀速圆周运动，两者都在图示平面内逆时针运转。若“神舟十三号”在轨道1上的P点瞬间改变其速度的大小，使其运行的轨道变为椭圆轨道2，并在轨道2和轨道3的切点R与“天宫空间站”进行对接，下列说法正确的是( )
A．“神舟十三号”应在P点瞬间加速才能使其运动轨道由1变为2B．“神舟十三号”沿椭圆轨道2从P点经Q飞向R点过程中，万有引力不做功C．“神舟十三号”沿椭圆轨道2从P点经Q飞向R点过程机械能守恒D．“天宫空间站”在轨道3上经过R点时的速度与“神舟十三号”在轨道2上经过R点时的速度大小相等
[解析]“神舟十三号”要在P点从轨道1变为轨道2，轨道半径变大，它要做离心运动，“神舟十三号”应在P点瞬间加速才能使其轨道由1变为2，A正确；“神舟十三号”沿椭圆轨道2从P点经Q飞向R点过程中，其所受的万有引力与瞬时速度的夹角为钝角，万有引力做负功，B错误；“神舟十三号”沿椭圆轨道2从P点经Q飞向R点过程，只有万有引力做功，其机械能守恒，C正确；卫星要由轨道2变轨到轨道3，必须在R点加速，所以“天宫空间站”在轨道3上经过R点时的速度比“神舟十三号”在轨道2上经过R点时的速度大，D错误。
卫星变轨问题“四个”物理量的规律分析
(1)速度：如图所示，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vA、vB。在A点加速由轨道Ⅰ变为轨道Ⅱ，则vA>v1，在B点加速由轨道Ⅱ变为轨道Ⅲ，则v3>vB，又因v1>v3，故有vA>v1>v3>vB。(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。
(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E1aPB．线速度关系为vP>vN>vQC．周期关系为TQ>TN>TPD．同步卫星Q一定不会经过南充正上方
2．(2023·内蒙古呼伦贝尔模拟预测)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，如图所示。则卫星在各轨道上正常运行时，以下说法正确的是( 　　)
A．卫星在轨道3上的运行速率大于在轨道1上的运行速率B．卫星在轨道3上的P点的速率小于在轨道2上经过P点时的速率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上运动的周期大于在轨道3上运动的周期
3．(2023·山东潍坊模拟预测)北斗卫星导航系统由地球同步静止轨道卫星a、与地球自转周期相同的倾斜地球同步轨道卫星b、以及比它们轨道低一些的中轨道卫星c组成，它们均为圆轨道卫星。若某中轨道卫星与地球同步静止轨道卫星运动轨迹在同一平面内，下列说法正确的是( 　　)
A．卫星b运行的线速度大于卫星c的线速度B．卫星a与卫星b一定具有相同的机械能C．可以发射一颗地球同步静止轨道卫星，每天同一时间经过北京上空同一位置D．若卫星b与卫星c的周期之比为31，某时刻两者相距最近，则约12小时后，两者再次相距最近
否则无法在万有引力作用下绕地球做匀速圆周运动。而同步静止轨道卫星相对地面静止，与地球自转周期相同，所以其轨道平面一定和赤道平面重合，即同步静止轨道卫星需要在赤道上空做匀速圆周运动，不可能经过北京上空，故C错误；由题意可知卫星b的周期为24 h，卫星c的周期为8 h，某时刻两者相距最近，设经过时间t后二者再次相距最近,则
4．(2022·河南三模)如图甲所示为“神舟十一号”与距地面393 km近圆轨道上的“天宫二号”目标飞行器在太空中完成自动交会对接的情景。“神舟十一号”的一次变轨如图乙所示，其中Ⅰ为椭圆轨道，Ⅱ为圆轨道，A点为圆轨道与椭圆轨道的切点，B点为椭圆轨道的近地点。不计空气阻力，下列说法正确的是( 　　)
A．“神舟十一号”在轨道Ⅰ上的速度大于第一宇宙速度B．“神舟十一号”与“天宫二号”对接前，到地面的距离小于393 kmC．“神舟十一号”在轨道Ⅱ上运行的周期小于在轨道Ⅰ上运行的周期D．“神舟十一号”在轨道Ⅰ上运行的过程中，需要靠开启飞船内的动力装置才能完成