第5章　第28讲　专题强化七　天体运动中的三类典型问题-2027版高考物理一轮复习课件

第五章万有引力与宇宙航行第28讲专题强化七天体运动中的三类典型问题学习目标命题热点(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，会解决相关问题。会应用万有引力定律解决星球“瓦解”和黑洞问题。(3)会分析卫星的追及和相遇问题。卫星的变轨问题、双星问题、卫星的追及和相遇问题在高考中考查频率均较高。考点一考点二考点三提能训练练案[28]考点一人造卫星的变轨及对接问题1．变轨原理分析2．变轨过程各物理量比较速记口诀：速度和周期比较用“高轨低速大周期”分析，椭圆轨道的周期取决于半长轴即可。3．宇宙飞船与空间站的对接在低轨道运动的宇宙飞船逐渐加速，通过做离心运动升高轨道，从而完成宇宙飞船与空间站的成功对接。卫星变轨问题中各物理量的比较考向1(多选)2025年3月21日，我国在酒泉卫星发射中心使用谷神星一号运载火箭，成功将云遥一号43～48星发射升空。图为云遥一号43～48星(以下简称卫星)发射过程中的模拟图，卫星在近地轨道Ⅰ(轨道半径近似等于地球半径)上的A点变轨进入轨道Ⅱ，轨道Ⅱ上的远地点B与地面的距离为h。已知地球半径为R，则下列说法正确的是(

)A．卫星经过轨道Ⅰ上A点时的速度小于经过轨道Ⅱ上A点时的速度B．卫星经过轨道Ⅰ上A点时的加速度小于经过轨道Ⅱ上A点时的加速度D．卫星在轨道Ⅰ上运行时和在轨道Ⅱ上运行时相同时间内卫星与地球中心连线扫过的面积相同[答案]

AC跟

踪

训

练1．(2026·八省八校联考试题)如图为卫星的发射过程，发射后先在近地轨道①上做匀速圆周运动，再经过椭圆轨道②后，最终到达预定轨道③上，已知③轨道高度低于同步卫星轨道，下列说法正确的是(

)A．卫星在轨道①上运行的速度大于地球的第一宇宙速度B．卫星从轨道②上的P点运动到Q点过程中万有引力做正功C．卫星在轨道②上P点的速度小于在轨道①上P点的速度D．卫星在轨道②上的运行周期小于24h[答案]

D卫星的对接问题考向22025年11月1日，“神舟二十一号”飞船顺利对接“天和核心舱”，神舟二十、神舟二十一两个乘组航天员会师太空。假设“天和核心舱”与“神舟二十一号”都围绕地球做匀速圆周运动，为了实现“神舟二十一号”飞船与“天和核心舱”的对接，下列措施可行的是(

)A．使飞船与“天和核心舱”在同一轨道上运行，然后飞船加速追上“天和核心舱”实现对接B．使飞船与“天和核心舱”在同一轨道上运行，然后“天和核心舱”减速等待飞船实现对接C．飞船先在比“天和核心舱”半径小的轨道上加速，加速后飞船逐渐靠近“天和核心舱”，两者速度接近时实现对接D．飞船先在比“天和核心舱”半径小的轨道上减速，减速后飞船逐渐靠近“天和核心舱”，两者速度接近时实现对接[答案]

C[解析]

若使飞船与“天和核心舱”在同一轨道上运行，然后飞船加速，所需向心力变大，则飞船将脱离原轨道而进入更高的轨道，不能实现对接，故A错误；若使飞船与“天和核心舱”在同一轨道上运行，然后“天和核心舱”减速，所需向心力变小，则“天和核心舱”将脱离原轨道而进入更低的轨道，不能与飞船实现对接，故B错误；要想实现对接，可使飞船先在比“天和核心舱”半径较小的轨道上加速，然后飞船进入较高的“天和核心舱”轨道，逐渐靠近“天和核心舱”，两者速度接近时实现对接，故C正确；若飞船先在比“天和核心舱”半径较小的轨道上减速，则飞船将进入更低的轨道，不能实现对接，故D错误。考点二双星及多星模型双星模型考向11．定义：绕公共圆心转动的两个星体组成的系统，我们称之为双星系统。如图所示。2．特点(2)两星的周期、角速度相同，即T1＝T2，ω1＝ω2。(3)两星的轨道半径与它们之间的距离关系为r1＋r2＝L。注意：“T、F、ω均相等，a、v、r与质量成反比”。

天文学家发现了一对被称为“灾难变星”的罕见双星系统，约每51分钟彼此绕行一圈，通过天文观测的数据，模拟该双星系统的运动，推测在接下来的7000万年里，这对双星彼此绕行的周期逐渐减小至18分钟。如果将该双星系统简化为理想的圆周运动模型，如图所示，两星球在万有引力作用下，绕O点做匀速圆周运动。不考虑其他天体的影响，两颗星球的质量不变，在彼此绕行的周期逐渐减小的过程中，下列说法中正确的是(

)A．每颗星球的角速度都在逐渐变小B．两颗星球的距离在逐渐地变大C．两颗星球的轨道半径之比保持不变D．每颗星球的加速度都在变小[答案]

C多星模型考向2所研究星体所受万有引力的合力提供做圆周运动的向心力，除中央星体外，各星体的角速度或周期相同。常见的多星模型及其规律：(2024·重庆卷·7题)在万有引力作用下，太空中的某三个天体可以做相对位置不变的圆周运动，假设a、b两个天体的质量均为M，相距为2r，其连线的中点为O，另一天体(图中未画出)质量为m(m≪M)，若c处于a、b连线的垂直平分线上某特殊位置，a、b、c可视为绕O点做角速度相同的匀速圆周，且相对位置不变，忽略其他天体的影响。引力常量为G。则(

)B．c的向心加速度大小为b的一半C．c在一个周期内的路程为2πr[答案]

A[规律方法]

解决双星、多星问题，要抓住四点(1)根据双星或多星的运动特点及规律，确定系统的中心以及运动的轨道半径。(2)星体的向心力由其他天体的万有引力的合力提供。(3)星体的角速度相等。(4)星体的轨道半径不是天体间的距离。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。考点三天体间的追及相遇问题1．问题简述：天体运动中的“相遇”是指两天体运行过程中相距最近(或称行星冲日)，如图甲所示；而图乙时刻，地球和行星相距最远。2．解题关键：从图甲开始分析两天体转过的角度或圈数。3．卫星或天体相距最近或相距最远的条件[答案]

A跟

踪

训

练2．司马迁最早把岁星命名为木星，如图甲所示，两卫星a、b环绕木星在同一平面内做匀速圆周运动，绕行方向相反，卫星c绕木星做椭圆运动，某时刻开始计时，卫星a、b间距离x随时间t变化的关系图像如图乙所示，其中R、T为已知量，下列说法正确的是(

)A．卫星c在N点的速度大于卫星a的速度B．卫星a、b的运动周期之比为1∶4[答案]

C提能训练练案[28]基础巩固练1．(2026·天津市北辰区模拟)2024年1月18日，天舟七号与空间站天和核心舱成功对接。在交会对接的最后阶段，天舟七号与空间站处于同一轨道上同向运动，两者的运行轨道均视为圆周。要使天舟七号在同一轨道上追上空间站实现对接，天舟七号喷射燃气的方向可能正确的是(

)[答案]

A2．(2025·辽宁大连联考)2025年10月31日神舟二十一号载人飞船成功发射。对接前，飞船运动到比空间站低的轨道，对接后可近似认为组合体做匀速圆周运动。下列说法中正确的是(

)A．对接前，飞船运行速度大，需要减速才能与空间站对接B．对接后，组合体做圆周运动的周期大于24hC．对接后，组合体的线速度大于第一宇宙速度D．在组合体的实验舱内由静止释放一个小球，小球相对于实验舱静止[答案]

D3．(多选)中国预计在2028年实现载人登月计划，把月球作为登上更遥远行星的一个落脚点。如图是“嫦娥一号奔月”的示意图，“嫦娥一号”卫星发射后经多次变轨，进入地月转移轨道，最终被月球引力捕获，成为绕月卫星。关于“嫦娥一号”正确的是(

)A．发射速度必须达到第三宇宙速度B．轨道Ⅱ变轨到轨道Ⅰ时，需点火减速C．在轨道Ⅰ上运动时的速度不一定小于轨道Ⅱ上任意位置的速度D．从发射到绕月运行的整个过程中，轨道半长轴的立方与公转周期的平方之比不变[答案]

BC4．(多选)如图是某兴趣小组设计的月球探测器登月方案，探测器由地面发射后，经地月转移轨道，在A点变轨后进入绕月圆形轨道Ⅰ，在B点变轨后进入绕月椭圆轨道Ⅱ，轨道Ⅱ可视为与月面相切于C点。轨道Ⅰ的半径是月球半径的k倍，仅考虑月球的引力，下列说法正确的是(

)A．探测器在轨道Ⅰ上运行的速度大于月球的第一宇宙速度B．探测器在轨道Ⅱ上B点的机械能大于在轨道Ⅰ上A点的机械能C．探测器从B点向C点运动过程中，速度和加速度均越来越大[答案]

CD5．(2023·浙江1月选考·10题)太阳系各行星几乎在同一平面内沿同一方向绕太阳做圆周运动。当地球恰好运行到某地外行星和太阳之间，且三者几乎排成一条直线的现象，称为“行星冲日”。已知地球及各地外行星绕太阳运动的轨道半径如表：行星名称地球火星木星土星天王星海王星轨道半径R/AU1.01.55.29.51930则相邻两次“冲日”时间间隔约为(

)A．火星365天 B．火星800天C．天王星365天 D．天王星800天[答案]

B设相邻两次“冲日”时间间隔为t，6．(多选)(2025·安徽六安模拟)宇宙中的“双星系统”是由两颗相距较近的恒星组成，每个恒星的大小远小于两个星体之间的距离，且一般远离其他天体。如图所示，两颗恒星组成的双星系统，在相互的万有引力作用下，绕连线上的O点做周期相同的匀速圆周运动。现测得两颗恒星之间的距离为L，质量之比为m1∶m2＝3∶2。则m1、m2做圆周运动(

)A．线速度之比为2∶3 B．角速度之比为3∶2C．向心力之比为2∶3 D．半径之比为2∶3[答案]

AD[解析]

因为两颗恒星m1、m2做圆周运动的向心力均由二者之间的万有引力提供，所以向心力大小相等，即向心力之比为1∶1；又因为两颗恒星m1、m2绕O点做匀速圆周运动的周期相同，所以角速度相同，即角速度之比为1∶1，故B、C错误；根据向心力公式有m1ω2r1＝m2ω2r2，可得半径之比为r1∶r2＝m2∶m1＝2∶3，根据v＝ωr，可知线速度之比为v1∶v2＝r1∶r2＝2∶3，故A、D正确。7．(多选)(2026·河北沧州联考)2025年9月24日，太原卫星发射中心在山东日照附近海域用捷龙三号运载火箭，成功将吉利星座06组卫星发射升空，11颗卫星顺利进入预定轨道，发射任务获得圆满成功。假设一颗卫星为地球的勘测卫星，该勘测卫星在赤道的上方，距离地面的高度h1＝4.1×103km，地球静止卫星距地面高度h2＝3.6×104km。已知地球半径R＝6.4×103km，地球静止卫星的周期T＝24h，勘测卫星的转动方向与地球的自转方向相同。下列说法正确的是(

)A．勘测卫星的周期约为3hB．勘测卫星的周期约为1.5h[答案]

AD8．(2024·湖北卷·4题)太空碎片会对航天器带来危害。设空间站在地球附近沿逆时针方向做匀速圆周运动，如图中实线所示。为了避开碎片，空间站在P点向图中箭头所指径向方向极短时间喷射气体，使空间站获得一定的反冲速度，从而实现变轨。变轨后的轨道如图中虚线所示，其半长轴大于原轨道半径。则(

)A．空间站变轨前、后在P点的加速度相同B．空间站变轨后的运动周期比变轨前的小C．空间站变轨后在P点的速度比变轨前的小D．空间站变轨前的速度比变轨后在近地点的大[答案]

A能力提升练9．双星系统是两颗恒星在相互之间的万有引力作用下，绕连线上的某点做周期相同的匀速圆周运动的天体系统。设双星系统中其中一颗恒星的线速度大小为v，加速度大小为a，周期为T，所受的向心力为F，它们之间的距离为r，不计其他天体的影响，两颗恒星的质量不变。下列各图可能正确的是(

)[答案]

BA．在近地圆形轨道运行的卫星要想进入较高的圆形轨道工作只需加速一次B．01星、02星绕地运行的机械能相同C．图示位置的02星通过加速可追上01星D．图示的02星正在P点正上方，从此刻起24小时内还有13次位于其正上方[答案]

D11．(多选)如图，地球和某行星在同一轨道平面内同向绕太阳做顺时针的匀速圆周运动，地球和太阳的连线与地球和行星的连线所夹的角叫地球对该行星的观察视角，已知该行星的最大观察视角为θ，当行星处于最大视角处时，是