5.2 天体运动中的四类问题-【十年高考】备战2022年高考物理真题分类解析与应试策略（Word版）

第2节　天体运动中的四类问题 考点 近地卫星、赤道上的物体、同步卫星的运行问题　 1.(2016·四川,3,6分,难度★★)国务院批复,自2016年起将4月24日设立为“中国航天日”。1970年4月24日我国首次成功发射的人造卫星东方红一号,目前仍然在椭圆轨道上运行,其轨道近地点高度约为440 km,远地点高度约为2 060 km;1984年4月8日成功发射的东方红二号卫星运行在赤道上空35 786 km的地球同步轨道上。设东方红一号在远地点的加速度为a1,东方红二号的加速度为a2,固定在地球赤道上的物体随地球自转的加速度为a3,则a1、a2、a3的大小关系为 (　D　) A.a2>a1>a3 B.a3>a2>a1 C.a3>a1>a2 D.a1>a2>a3 解析对于东方红一、二号卫星,由牛顿第二定律,ma=,可得a=,东方红一号在远地点离地心距离较东方红二号离地心近,所以a1>a2;对于东方红二号与赤道上的物体,二者角速度相等,由a=ω2r,可知a2>a3,所以a1>a2>a3,故选D。 2.(2015·山东,15,6分,难度★★)如图,拉格朗日点L1位于地球和月球连线上,处在该点的物体在地球和月球引力的共同作用下,可与月球一起以相同的周期绕地球运动。据此,科学家设想在拉格朗日点L1建立空间站,使其与月球同周期绕地球运动。以a1、a2分别表示该空间站和月球向心加速度的大小,a3表示地球同步卫星向心加速度的大小。以下判断正确的是(　D　) A.a2>a3>a1 B.a2>a1>a3 C.a3>a1>a2 D.a3>a2>a1 解析空间站与月球以相同的周期绕地球运动,由a=r知a1<a2;月球轨道半径比地球同步卫星大,由a=知a3>a2,故D项正确。 考点 卫星变轨和对接问题　 　　该考点属于难点内容,从命题频次上看,10年来,全国卷单独命题2次,地方卷单独命题4次;一般为选择题6分。解决该类问题时要明确以下两点: 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: (1)当v增大时,所需向心力F=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; (2)当v减小时,所需向心力F=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.(2019·江苏,4,3分,难度★★★)1970年成功发射的“东方红一号”是我国第一颗人造地球卫星,该卫星至今仍沿椭圆轨道绕地球运动。如图所示,设卫星在近地点、远地点的速度分别为v1、v2,近地点到地心的距离为r,地球质量为M,引力常量为G。则 (　B　) A.v1>v2,v1= B.v1>v2,v1> C.v1<v2,v1= D.v1<v2,v1> 解析“东方红一号”从近地点到远地点万有引力做负功,动能减小,所以v1>v2,过近地点圆周运动的速度为v=,由于“东方红一号”在椭圆上运动,所以v1>,故B正确。 2.(2016·天津,3,6分,难度★★)我国即将发射天宫二号空间实验室,之后发射神舟十一号飞船与天宫二号对接。假设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 (　C　) 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 解析低轨道的飞船与高轨道的空间实验室对接,飞船需在低轨处点火加速,做离心运动,在飞船靠近空间实验室且二者速度接近时实现对接,故选项C正确。 3.(2016·北京,18,6分,难度★★)如图所示,一颗人造卫星原来在椭圆轨道1绕地球E运行,在P点变轨后进入轨道2做匀速圆周运动。下列说法正确的是 (　B　) A.不论在轨道1还是轨道2运行,卫星在P点的速度都相同 B.不论在轨道1还是轨道2运行,卫星在P点的加速度都相同 C.卫星在轨道1的任何位置都具有相同加速度 D.卫星在轨道2的任何位置都具有相同动量 解析人造卫星从轨道1变轨至轨道2要在P点加速,故在P点卫星在1轨道速度小于2轨道的速度,A错。在P点时卫星受到地球引力F=,R是P到地心距离,据牛顿第二定律可知加速度相同,B正确。卫星在轨道1的任何位置受到的万有引力方向都指向地心,因此,产生的加速度都不相同,C错。卫星在轨道2上瞬时速度方向沿轨道切线方向,动量p=mv,方向与瞬时速度相同,故动量方向不