（全国通用）高考物理一轮题复习 第五章 万有引力定律 微专题31 卫星变轨及能量问题.doc

卫星变轨及能量问题1考点及要求：(1)万有引力定律的应用()；(2)万有引力做功的特点及能量守恒定律的应用().2.方法与技巧：(1)卫星在运行中的变轨有两种情况，即离心运动和向心运动：当v增大时，所需向心力增大，卫星将做离心运动，轨道半径变大，由v 知其运行速度要减小，但重力势能、机械能均增加当v减小时，向心力减小，因此卫星将做向心运动，轨道半径变小，由v 知其运行速度将增大，但重力势能、机械能均减少；(2)低轨道的卫星追高轨道的卫星需要加速，同一轨道后面的卫星追赶前面的卫星需要先减速后加速1(卫星变轨中有关参量的分析)如图1所示，假设月球半径为r，月球表面的重力加速度为g0，飞船在距月球表面高度为3r的圆形轨道运动，到达轨道的a点点火变轨进入椭圆轨道，到达轨道的近月点b再次点火进入近月轨道绕月球做圆周运动则()图1a飞船在轨道上的运行速度为b飞船在a点处点火时，速度增加c飞船在轨道上运行时通过a点的加速度大于在轨道上运行时通过a点的加速度d飞船在轨道绕月球运行一周所需的时间为22(变轨中能量问题分析)按照我国整个月球探测活动的计划，在第一步“绕月”工程圆满完成各项目标和科学探测任务后，第二步是“落月”工程，已在2013年以前完成如图2，假设月球半径为r，月球表面的重力加速度为g0，飞船沿距月球表面高度为3r的圆形轨道运动，到达轨道的a点时点火变轨进入椭圆轨道，到达轨道的近月点b时再次点火进入月球近月轨道绕月球做圆周运动下列判断正确的是()图2a飞船在轨道上的运行速率vb飞船在a点处点火变轨时，动能增大c飞船从a到b运行的过程中机械能增大d飞船在轨道绕月球运动一周所需的时间t 3(航天器的交会对接问题)2013年6月13日，我国“神舟十号”与“天宫一号”成功实现交会对接如图3所示，圆形轨道1为“天宫一号”运行轨道，圆形轨道2为“神舟十号”运行轨道，在实现交会对接前，“神舟十号”要进行多次变轨，则()图3a“神舟十号”在圆形轨道2的运行速率大于7.9 km/sb“天宫一号”的运行速率小于“神舟十号”在轨道2上的运行速率c“神舟十号”从轨道2要先减速才能与“天宫一号”实现对接d“天宫一号”的向心加速度大于“神舟十号”在轨道2上的向心加速度4如图4甲所示的“轨道康复者”航天器可在太空中给“垃圾”卫星补充能源，延长卫星的使用寿命图乙是“轨道康复者”在某次拯救一颗地球同步卫星前，二者在同一平面内沿相同绕行方向绕地球做匀速圆周运动的示意图，此时二者的连线通过地心，轨道半径之比为14.若不考虑卫星与“轨道康复者”之间的引力，则下列说法正确的是()图4a在图示轨道上，“轨道康复者”的速度大于7.9 km/sb在图示轨道上，“轨道康复者”的加速度大小是地球同步卫星的4倍c在图示轨道上，“轨道康复者”的周期为3 h，且从图示位置开始经1.5 h与同步卫星的距离最近d若要对该同步卫星实施拯救，“轨道康复者”应从图示轨道上加速，然后与同步卫星对接5我国“嫦娥一号”探月卫星发射后，先在“24小时轨道”上绕地球运行(即绕地球一圈需要24小时)；然后，经过两次变轨依次到达“48小时轨道”和“72小时轨道”；最后奔向月球如果按圆形轨道计算，并忽略卫星质量的变化，则在每次变轨完成后与变轨前相比()a卫星绕行速度变大b卫星所受向心力增大c卫星的机械能守恒d卫星动能减小，引力势能增大6在地球大气层外有大量的太空垃圾在太阳活动期，地球大气会受太阳风的影响而扩张，使一些原本在大气层外绕地球飞行的太空垃圾被大气包围，从而开始向地面下落大部分太空垃圾在落地前已经燃烧成灰烬，但体积较大的太空垃圾仍会落到地面上，对人类造成危害太空垃圾下落的原因是()a大气的扩张使垃圾受到的万有引力增大而导致下落b太空垃圾在与大气摩擦燃烧过程中质量不断减小，进而导致下落c太空垃圾的上表面受到的大气压力大于其下表面受到的大气压力，这种压力差将它推向地面d太空垃圾在大气阻力作用下速度减小，运动所需的向心力将小于万有引力，做向心运动，落向地面答案解析1d据题意，飞船在轨道上运动时有：gm，经过整理得：v，而gmg0r2，代入上式计算得v，所以a选项错误；飞船在a点处点火使速度减小，飞船做靠近圆心的运动，所以飞船速度减小，b选项错误；据a可知，飞船两条运行轨迹的a点距地心的距离均相等，所以加速度相等，所以c选项错误；飞船在轨道上运行一周的时间为：gmr经过整理得t2，所以d选项正确2a飞船在轨道上，万有引力提供向心力：gm，在月球表面，万有引力等于重力得：gmg0，解得：v，故a正确；在圆轨道实施变轨成椭圆轨道远地点是做逐渐靠近圆心的运动，要实现这个运动必须万有引力大于飞船所需向心力，所以应给飞船减速，减小所需的向心力，动能减小，故b错误；飞船在轨道上做椭圆运动，根据开普勒第二定律可知：在近月点速度大于远月点速度，所以飞船在a点的线速度大于在b点的线速度，机械能不变，故c错误；根据mg0m，解得t2，故d错误3b卫星绕地球做圆周运动的向心力由万有引力提供，故有gmma，由线速度v 知卫星轨道高度越大线速度越小，而第一宇宙速度是绕地球做圆周运动的最大速度，故a错误；线速度v 知“天宫一号”轨道半径大，故其线速度小于“神舟十号”的线速度，故b正确；“神舟十号”与“天宫一号”实施对接，需要“神舟十号”抬升轨道，即“神舟十号”开动发动机加速做离心运动使轨道高度抬升与“天宫一号”实现对接，故“神舟十号”是要加速而不是减速，故c错误；向心加速度ag知，“天宫一号”的轨道半径大，故其向心加速度小，故d错误4d由v 知第一宇宙速度是卫星的最大运行速度，“轨道康复者”的速度一定小于7.9 km/s，故a错误；由牛顿第二定律可得a，两者的轨道半径之比为14，所以加速度之比为161，故b错误；两卫星从相距最远到相距最近需满足n，(n0,1,2,3，)，故c错误；“轨道康复者”从图示轨道上加速，则会做离心运动，从而接近同步轨道才能实现对接，故d正确5d万有引力提供向心力有gmr，可得运动半径与周期的关系为r ，由题意可得：r24r48r72.根据gm，得v ，随着r增大，线速度v减小，卫星动能减小，由于卫星轨道半径增加的过程中克服引力做功，所以引力势能增大，故选项a错误，d正确；根据f向g，随着r增大，卫星所受向心力f向减小，故选项b错误；卫星要从低轨道到高轨道需要