第1部分 专题5 天体运动的三类问题(Word教参)-【状元桥】2026高考物理一轮总复习（湖北专版）

专题五　天体运动的三类问题

题型一　近地卫星、同步卫星和赤道上物体的区别(自主学习)

1．卫星的轨道

(1)赤道轨道：卫星的轨道在赤道平面内，静止卫星就是其中的一种．

(2)极地轨道：卫星的轨道过南、北两极，即在垂直于赤道的平面内，如极地气象卫星．

(3)其他轨道：除以上两种轨道外的卫星轨道，所有卫星的轨道平面一定通过地球的球心．

2．同步卫星问题的“四点”注意

(1)基本关系：G＝ma＝m＝mrω2＝mr.

(2)重要手段：构建物理模型，绘制草图辅助分析．

(3)物理规律

①不快不慢：具有特定大小的运行线速度、角速度和周期．

②不高不低：具有特定的位置高度和轨道半径．

③不偏不倚：静止卫星的运行轨道平面必须处于地球赤道平面上，只能在赤道上方特定的轨道运行．

(4)重要条件

①地球的公转周期为1年，其自转周期为1天(24小时)，地球半径约为6.4×103 km，地球表面重力加速度g约为9.8 m/s2.

②月球的公转周期约27.3天，在一般估算中常取27天．

③人造地球卫星的运行半径最小为r＝6.4×103 km，运行周期最小为T＝84.8 min，运行速度最大为v＝7.9 km/s.

3．两个向心加速度

4．两种周期

(1)自转周期是天体绕自身某轴线转动一周所需的时间，取决于天体自身转动的快慢．

(2)公转周期是运行天体绕中心天体做圆周运动一周所需的时间，T＝2π，取决于中心天体的质量和运行天体到中心天体的距离．

有a、b、c、d四颗地球卫星：a还未发射，在地球赤道上随地球表面一起转动；b在地球的近地圆轨道上正常运行；c是地球同步卫星；d是高空探测卫星．各卫星排列位置如图所示，则下列说法正确的是(　D　)

A．a的向心加速度大于b的向心加速度

B．四颗卫星的速度大小关系是va＞vb＞vc＞vd

C．在相同时间内d转过的弧长最长

D．d的运动周期可能是30 h

(多选)关于地球同步卫星下列说法正确的是(　AC　)

A．地球同步卫星和地球同步，因此同步卫星的高度和线速度大小是一定的

B．地球同步卫星绕地球的角速度虽被确定，但高度和速度可以选择，高度增加，速度增大，高度降低，速度减小

C．在赤道上空运行的地球同步卫星一定相对地面静止不动

D．为了避免同步通信卫星在轨道上相撞，必须让它们运行在不同轨道上

(多选)我国北斗卫星导航系统(BDS)已经开始提供全球服务，具有定位、导航、授时、5G传输等功能．A、B为“北斗”系统中的两颗工作卫星，其中A是高轨道的地球静止同步轨道卫星，B是中轨道卫星．已知地球表面

的重力加速度为g，地球的自转周期为T0，下列判断正确的是(　BCD　)

A．卫星A可能经过江苏上空

B．卫星B可能经过江苏上空

C．周期大小TA＝T0＞TB

D．向心加速度大小aA＜aB＜g

题型二　卫星变轨和能量问题(师生共研)

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．如图所示．

(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．变轨过程分析

(1)速度：设卫星在圆轨道Ⅰ和Ⅲ上运行时的速率分别为v1、v3，在轨道Ⅱ上过A点和B点时速率分别为vA、vB．在A点加速，则vA＞v1，在B点加速，则v3＞vB，又因v1＞v3，故有vA＞v1＞v3＞vB．

(2)加速度：因为在A点，卫星只受到万有引力作用，故不论从轨道Ⅰ还是轨道Ⅱ上经过A点，卫星的加速度都相同；同理，卫星在轨道Ⅱ或轨道Ⅲ上经过B点的加速度也相同．

(3)周期：设卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道上的运行周期分别为T1、T2、T3，轨道半径分别为r1、r2(半长轴)、r3，由开普勒第三定律＝k可知T1＜T2＜T3.

(4)机械能：在一个确定的圆(椭圆)轨道上机械能守恒．若卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道的机械能分别为E1、E2、E3，则E1＜E2＜E3.

(2024·湖北)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