2025版高考物理一轮复习练习题含答案解析 热点专题八　卫星运动的“三个热点”问题.docxVIP

2025版高考物理一轮复习练习题含答案解析

热点专题八卫星运动的“三个热点”问题

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、多星系统的规律，会解决相关问题。3.会分析天体的“追及”问题。

热点一卫星变轨和能量问题

1.变轨原理

(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。如图1所示。

图1

(2)在A点(近地点)点火加速，由于速度变大，万有引力不足以提供卫星在轨道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.变轨过程各物理量比较

速度关系

在A点加速：vⅡA＞vⅠ，在B点加速：vⅢ＞vⅡB，即vⅡA＞vⅠ＞vⅢ＞vⅡB

(向心)加速

度关系

aⅢ＝aⅡB

aⅡA＝aⅠ

周期关系

TⅠ＜TⅡ＜TⅢ

机械能

EⅠ＜EⅡ＜EⅢ

例1(2023·江苏连云港模拟)2022年1月，我国“实践21”卫星成功捕获了失效的同步卫星“北斗2号G2星”，将其移送至比同步轨道更高的“墓地轨道”上，“实践21”卫星又返回同步轨道。则()

A.两卫星组合体在同步轨道减速才能到达“墓地轨道”

B.“北斗2号G2星”在“墓地轨道”运行的周期小于地球自转周期

C.“北斗2号G2星”在“墓地轨道”上的加速度比原轨道上的大

D.“实践21”卫星从“墓地轨道”返回同步轨道机械能减小

答案D

解析卫星从低轨道变轨到高轨道需要点火加速，故两卫星组合体在同步轨道需要加速才能到达“墓地轨道”，A错误；卫星绕地球做匀速圆周运动时，根据万有引力提供向心力有eq\f(GMm,r2)＝meq\f(4π2,T2)r，解得T＝eq\r(\f(4π2r3,GM))∝eq\r(r3)，可知“北斗2号G2星”在“墓地轨道”运行的周期大于在同步轨道的周期，即大于地球自转周期，B错误；根据牛顿第二定律可得eq\f(GMm,r2)＝ma，解得a＝eq\f(GM,r2)∝eq\f(1,r2)，可知“北斗2号G2星”在“墓地轨道”上的加速度比原轨道上的小，C错误；卫星从高轨道返回到低轨道需要点火减速，点火减速过程卫星的机械能减小，故“实践21”卫星从“墓地轨道”返回同步轨道机械能减小，D正确。

航天器变轨问题的“三点”注意

(1)航天器变轨时半径的变化，根据万有引力和所需向心力的大小关系判断；稳定在新圆轨道上的运行速度变化由v＝eq\r(\f(GM,r))判断。

(2)同一航天器在一个确定的圆(椭圆)轨道上运行时机械能守恒，在不同轨道上运行时机械能不同，轨道半径越大，机械能越大。

(3)航天器经过不同轨道的相交点时，加速度相等，外轨道的速度大于内轨道的速度。

跟踪训练

1.(2022·江苏南京模拟)2020年我国实施“天问一号”计划，将通过一次发射，实现“环绕、降落、巡视”三大任务。如图2所示，探测器经历椭圆轨道Ⅰ→椭圆轨道Ⅱ→圆轨道Ⅲ的变轨过程。Q为轨道Ⅰ远火点，P为轨道Ⅰ近火点，探测器在三个轨道运行时都经过P点。则探测器()

图2

A.沿轨道Ⅰ运行至P点速度大于运行至Q点速度

B.沿轨道Ⅱ运行至P点的加速度小于沿轨道Ⅲ运行至P点的加速度

C.沿轨道Ⅰ运行的周期小于沿轨道Ⅱ运行的周期

D.与火星连线在相等时间内，沿轨道Ⅰ运行与沿轨道Ⅱ运行扫过的面积相等

答案A

解析根据开普勒第二定律可知，沿轨道Ⅰ运行至近火点P的速度大于运行至远火点Q的速度，选项A正确；根据a＝eq\f(GM,r2)可知，沿轨道Ⅱ运行至P点的加速度等于沿轨道Ⅲ运行至P点的加速度，选项B错误；根据开普勒第三定律可知eq\f(r3,T2)＝k，沿轨道Ⅰ运行的半长轴大于沿轨道Ⅱ运行的半长轴，则沿轨道Ⅰ运行的周期大于沿轨道Ⅱ运行的周期，选项C错误；根据开普勒第二定律可知，沿同一轨道运动时在相等的时间内与火星的连线扫过的面积相等，而在相等时间内，沿轨道Ⅰ运行与沿轨道Ⅱ运行扫过的面积一定不相等，选项D错误。

2.(2023·江苏徐州模拟)2021年5月16日至6月24日，运行在约555km高度轨道上的“星链－1095”卫星降轨至平均高度为382km的近圆轨道上，后持续运行于这一与中国空间站相近的高度。在此期间，中国空间站采取了紧急避碰措施。关于卫星的降轨，下列说法正确的是()

A.降轨前，卫星在原轨道上处于平衡状态

B.降轨时，卫星在原轨道上需要先行减速

C.降轨后，卫星在新轨道上运动周期变大

D.降轨后，卫星在新轨道上的速度将大于第一宇宙速度

答案B

解析降轨前，卫星在原轨道做圆周运动，其合外力提供向心力，卫星在原轨道上不处于平衡状态，A错误；降轨时，卫星的轨道半径减小，做向心运动，万有引力大于向心力，故卫星在原轨道上需要先行减速，B正确；根据万有引力提供向心力，则有