江苏专版2023-2024学年新教材高中物理第七章万有引力与宇宙航行重难专题10卫星的变轨和双星问题课件新人教版必修第二册

01重难专题10

卫星的变轨和双星问题一、卫星的变轨问题1.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。

2.三个物理量的大小比较

3.两类变轨比较两类变轨离心运动近心运动变轨起因飞行器速度突然增大飞行器速度突然减小受力分析变轨结果变为在椭圆轨道上运动或在较大半径圆轨道上运动变为在椭圆轨道上运动或在较小半径圆轨道上运动

√

A

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，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，D错误。二、航天器的对接问题：若使航天器在同一轨道上运行，航天器加速会进入较高的轨道，减速会进入较低的轨道，都不能实现对接，故要想实现对接，可使航天器在半径较小的轨道上加速，然后进入较高的空间轨道，逐渐靠近其他航天器，两者速度接近时实现对接。例题2

如图所示，我国发射的“神舟十一号”飞船和“天宫二号”空间实验室于2016年10月19日自动交会对接成功。假设对接前“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√[解析]

飞船在同一轨道上加速追赶空间实验室时，速度增大，所需向心力大于万有引力，飞船将做离心运动，不能实现与空间实验室的对接，A错误；空间实验室在同一轨道上减速等待飞船时，速度减小，所需向心力小于万有引力，空间实验室将做近心运动，也不能实现对接，B错误；当飞船在比空间实验室半径小的轨道上加速时，飞船将做离心运动，逐渐靠近空间实验室，可在两者速度接近时实现对接，C正确；当飞船在比空间实验室半径小的轨道上减速时，飞船将做近心运动，远离空间实验室，不能实现对接，D错误。

AA.“神舟十三号”载人飞船的发射速度大于地球第一宇宙速度B.航天员王亚平在进行太空转身和浮力消失实验时，空间站中的人和物体不受地球引力作用C.只需知道空间站的运动周期和地球半径就可以计算出地球的质量和地球密度D.载人飞船加速后可追上在同轨道上的核心舱并实施对接

三、双星或多星问题1.双星模型（1）模型概述：如图所示，宇宙中有相距较近、质量相差不大的两个星球，它们离其他星球都较远，其他星球对它们的万有引力可以忽略不计。在这种情况下，它们将围绕其连线上的某一固定点做周期相同的匀速圆周运动，这种结构叫作“双星”。（2）特点①两星围绕它们之间连线上的某一点做匀速圆周运动，两星的运行周期、角速度相同。②两星的向心力大小相等，由它们间的万有引力提供。

2.多星系统：在宇宙中存在“三星”“四星”等多星系统，在多星系统中,各个星体做圆周运动的周期、角速度相同,某一星体做圆周运动的向心力是由其他星体对它引力的合力提供的。

C

例题4

[2022江苏苏州月考]宇宙中存在一些离其他恒星较远的三星系统，通常可忽略其他星体对它们的引力作用，三颗星体的质量相同。现已观测到稳定的三星系统存在两种基本的构成形式：一种是三颗

√

方法点拨双星或多星问题解题技巧（1）确定系统中心及半径：明确双星或多星的特点、规律，确定系统的中心以及运动的轨道半径。（2）明确向心力：星体的向心力由其他天体对它的万有引力的合力提供。（3）抓住角速度特点：星体的角速度大小相等。（4）清楚星体的轨道半径不一定是天体间的距离：要利用几何知识寻找两者之间的关系，正确计算万有引力和向心力。分层作业知识基础练1.[2022江苏南京期末]2022年，我国的航天事业又一次取得了令人瞩目的壮举，神舟十三号航天员乘组在轨驻留六个月，并成功返航，标志着我国的空间站技术已趋成熟。若把飞船绕地球的运动看成匀速圆周运动，下列说法正确的是(

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C

C

BA.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4.[2022江苏扬州月考]如图所示，我国火星探测器“天问一号”在地火转移轨道1上飞行七个月后，进入近火点为400千米、远火点为5.9万千米的火星停泊轨道2，进行相关探测后将进入较低的轨道3开展科学探测。则探测器(

)

AA.在轨道2上近火点减速可进入轨道3B.在轨道2上的周期比在轨道3上的周期小C.在轨道2上近火点的机械能比远火点大D.从地球发射时的速度介于地球的第一宇宙速度和第二宇宙速度之间

AA.“神舟十三号”载人飞船的发射速度大于地球第一宇宙速度B.航天员王亚平在进行太空转身和浮力消失实验时，空间站中的人和物体不受地球引力作用C.只需知道空间站的运动周期和地球半径就可以计算出地球的质量和地球密度D.载人飞船加速后可追上在同轨道上的核心舱并实施对接

C

A

能力提升练

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D

10.[2022江苏常州八校联合调研]“太空涂鸦”技术就是使低轨运行的攻击卫星在接近高轨侦查卫星时，准确计算轨道向其发射“漆雾”弹，并在临近侦查卫星时，压爆弹囊，让“漆雾”散开并喷向侦查卫星，喷散后强力吸附在侦查卫星的侦察镜头、太阳能板、电子侦察传感器等关键设备上，使之暂时失效。下列说法正确的是(

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BA.攻击卫星进攻前的速度比侦查卫星的速度小B.攻击卫星完成“太空涂鸦”后应减速才能返回低轨道上C.攻击卫星进攻前的动能大于侦察卫星的动能D.若攻击卫星周期已知，就可计算出地球质量

（1）第一次点火和第二次点火分别是加速还是减速；（2）飞船在轨道Ⅰ上的运行速率；（3）飞船在轨道Ⅱ上的运行周期。（1）第一次点火和第二次点火分别是加速