第7章 专题探究8 卫星的轨道问题-【学霸黑白题】2025-2026学年高中物理必修第二册（人教版 江苏专用）

专题探究八卫 黑题专题强化 题型1卫星的发射与变轨 1.*(2025·湖南名校联盟联考)如图所示， 载人飞船先后在圆形轨道I、椭圆轨道Ⅱ和 圆形轨道Ⅲ上运行.已知轨道I、Ⅲ的半径分 别为r1、r2,轨道I和Ⅱ、Ⅱ和Ⅲ分别相切于A、 B两点，则飞船 () A.在轨道Ⅲ上加速追上天和核心舱完成对接 B.在轨道Ⅱ和轨道I上经过A点时加速度 相同 C.在轨道Ⅱ和轨道I上运行的周期之比为 店： D.在轨道Ⅲ和轨道I上的线速度大小之比为 √F2: 轨道2 2 轨道1 船A 十B 轨道】 轨道Ⅱ 地球 “天和” 轨道Ⅲ 核心舱 (第1题) (第2题) *(2024·江苏南京期中)如图，卫星由火 箭送入近地点约200公里、远地点约40万公 里的地月转移轨道1.在远地点40万公里处点 火加速，由椭圆轨道变成高度为40万公里的 圆轨道2，在此圆轨道上飞船运行周期等于月 球公转周期.下列判断正确的是 A.卫星在轨道1的运行周期大于在轨道2的 运行周期 B.卫星在轨道1的P点减速进入轨道2 C.卫星在此圆轨道2上运动的角速度等于月 球公转运动的角速度 D.卫星变轨前通过椭圆轨道远地点时的加速 度大于变轨后沿圆轨道运动的加速度 必修第二册黑： 由 的轨道问题 于错题本 限时：45min 整(2024·山东百师联盟月考)如图卫星先 在半径为R,的近地圆轨道①上以v,做匀速 圆周运动，然后在点P点火进入椭圆轨道②， 在椭圆轨道上稳定运行时经过点P速度大小 为vp,经过点Q速度大小为vo,运行稳定后某 次到达椭圆轨道上远地点Q再次点火，最终 在半径为R2的圆轨道③上以v,做匀速圆周 运动.下列说法正确的是 （) A.飞船从轨道②到轨道③需要在点Q减速 B.题中四个速度的关系为vp>v1>v3>vg C.飞船在点P点火前后，需要的向 心力大小不变 D.飞船在轨道②上经过点P的加速度大于在 轨道①上经过点P的加速度 ② p (第3题) (第4题) (2024·河北保定期末)如图所示为“天 问一号”探测器经过多次变轨后登陆火星前 的部分轨迹图，轨道I、轨道Ⅱ、轨道Ⅲ相切 于P点，轨道Ⅲ为环绕火星的圆形轨道，P、S 两点分别是椭圆轨道Ⅱ的近火星点和远火星 点，P、S、Q三点与火星中心在同一直线上，下 列说法正确的是 () A.探测器在P点由轨道I进人轨道Ⅱ需要点 火加速 B.探测器在轨道Ⅲ上Q点的速度大于在轨道 Ⅱ上S点的速度 C.探测器在轨道I上经过P点时的加速度大 于在轨道Ⅱ上经过P点时的加速度 题060 D.探测器在轨道Ⅱ上由P点运动到S点的时 间小于在轨道Ⅲ上由P点运动到Q点的 时间 题型2卫星的追及与相遇 5.**(2025·山西朔州月考)万有引力在发现 未知行星上起到了重要的作用，例如某行星A 运行的轨道半径为R,周期为T,但天文学家 在观测中发现，其实际运行的轨道与圆轨道 存在一些偏离，且每隔时间t发生一次最大的 偏离形成这种现象的原因可能是A外侧还存 在着一颗行星B,它对A的万有引力引起行星 A轨道的偏离，假设其运动轨道与A在同一平 面内，且与A的绕行方向相同，若行星B的运 行半径为NR,则t与T的比为 () A.VN B.网 D.、N √W3-1√W3+1 N+1 W-1 6.**(2025·山东烟台三模)2025年2月 27日，我国在酒泉卫星发射中心使用长征二号 丙运载火箭再一次发射一箭双星，成功将四维 高景一号03、04星发射升空.设卫星进入预定 轨道后在同一平面内沿同一方向绕地球做匀 速圆周运动，它们之间的距离△r随时间变化 的关系如图所示，不考虑“03星”“04星”之间 的万有引力，已知“03星”的线速度小于“04 星”的线速度，下列说法正确的是 107 △ A.“04星”的周期等于7T B.“03星”的周期等于T C.“04星”的线速度大小为32mr 7T D.“03星”“04星”的轨道半径之比为5：3 7.装如图所示，两人造地球卫星a、b在同一平 面内绕地球c沿逆时针方向做匀速圆周运动， 卫星b经过时间t(t小于卫星b绕行周期)， 第七章黑 测得卫星b运动的弧长为s,卫星b与地球的 中心连线扫过角度为0，引力常量为G,则下列 说法正确的是 A.可知地球c的质量为π 0 B.可知地球c的密度为30 4G C.若T。:T=1:飞(k>1,为正整数)，从图示 位置开始，在b运动一周的过程中，a、b距 离最近的次数为飞次 D.若T。:Tb=1:k(k>1,为正整数)，从图示 位置开始，在b运动一周的过程中，a、b、c 共线的次数为(2k-2)次 高轨卫星 0 嫦娥五号 (第7题) (第8题) 鞋假设嫦娥五号进入预定环月轨道后半径 为R,周期为T1,能直接观测到月球部分的张 角为01，另外有一颗探月高轨卫星，在半径为 9R,的轨道上围绕月球旋转，高轨卫星能直接 观测到月球部分的张角为62，已知嫦娥五号 和高轨卫星轨道平面重合，且运行方向相同. 下列说法错误的是 () A.高轨卫星周期为27T1 B.嫦娥五号与高轨卫星每次“不见面”的时间 为27(0，+0)7 52m C.嫦娥五号与高轨卫星每次“不见面”的时间 为27(0-8)7】 52m D.嫦娥五号与高轨卫星能直接观测月球部分 62 的张角关系为sin 白题061球同步卫星的速度，故A错误：B.设科学卫星的轨道半径为 R,同步卫星的轨道半径为R2,根据题意有R2+R,=3(R2 RR R),可得R2=2R,根据开普勒第三定律有 解得 T,=62h,故B正确；C.根据万有引力提供向心力有 GM =m”解得，，由于R,=2R,可知该科 在轨运行线速度是地球同步卫星在轨运行线速度的√2倍， 故C错误；D.绕地球运动的卫星与地心连线在相同时间t内 扫过的面积为5=了4=了√，宁a,可知该科学 卫星和地球同步卫星与地心连线在相同时间内扫过的面积 不相等，故D错误故选B. 专题探究八卫星的轨道问题 黑题专题强化 1.B 2C解所向开音物第写定律0气是领道1的半长销小 于轨道2的半径，故卫星在轨道1的运行周期小于在轨道2 的运行周期，故A错误；卫星在轨道1的P点点火加速进入 轨道2，故B错误：圆轨道2上飞船运行周期等于月球公转 周期，根据®牙可知，卫星在此圆轨道2上运动的角速度 等于月球公转运动的角速度，故C正确；根据牛顿第二定 律，万有引力提供向心力，提供卫星的向心加速度，有 CMm=ma,同一位置，万有引力一定，向心加速度相等，卫星 2 变轨前通过椭圆轨道远地点时的加速度等于变轨后沿圆轨 道运动的加速度，故D错误故选C. 3.B解析：A飞船从轨道②变轨到轨道③需要在点Q点火加 速，A错误；B.飞船从轨道①变轨到轨道②需要在点P点火 加速，故>1，飞船从轨道②变轨到轨道③需要在点Q点 火加速，故>0，又因为卫星绕地球做圆周运动时万有引力 是供向心力6-可解得=√一 ,故轨道半径越小线 .2 速度越大，1>3，结合上述分析可得vp>1>v3>vo,B正确； C由向心力表达式下，=mm ,可知飞船在点P点火后，速度变 大，需要的向心力变大，C错误；D由G=0,可得a= 6 ,,故飞船在轨道②上经过点P的加速度等于在轨道① 上经过点P的加速度，D错误故选B. 4.B解析：A.探测器在P点由轨道I进入轨道Ⅱ，轨道变成 椭圆形，需要点火减速，做近心运动，故A错误；B.根据 GMm_mt可知，探测器在轨道Ⅲ上Q点的速度大于以S点 2 r 到球心距离为半径的圆轨道上的速度，而在轨道Ⅱ上S点的 速度小于S点所在圆轨道的速度，可知探测器在轨道Ⅲ上Q 点的速度大于在轨道Ⅱ上S点的速度，故B正确；C.万有引 力提供心力，测加速度为a=产，P点为切点在两软 参考答案与解析 道上到球心距离相同，故加速度也相同，故C错误；D.根据开 普勒第三定律，由于轨道Ⅱ半长轴大于轨道Ⅲ的半径，可知 探测器在轨道Ⅱ的运行周期大于在轨道Ⅲ上的运行周期，故 探测器在轨道Ⅱ上由P点运动到S点的时间大于在轨道Ⅲ 上由P点运动到Q点的时间，故D错误故选B. 5.A 6.C解析：D.根据万有引力提供向心力有G m得 √，，故轨道半径越大，线速度越小，因03星”的线速度小于 GM “04星”的线速度，故rs>ro4,由图可知，re+ro4=10r,r-T4=6r, 解得r=8r,T4=2,故“03星”“04星”的轨道半径之比为4： 放D误：出，根据开膏精第三定往会得 由图可知，“03星”与“04星”相邻两次距离最远的时间间隔 为T,测有1，联立解得T。=7口，放AB错 误：C.“04星”的线速度大小为o=T _2mro4_2π·2r-32mr 7T 7T 8 故C正确.故选C. 7.D解析：A.由几何关系知卫星b绕地球运行轨道半径为r= 72 【0得T=,由2=P,得地球质量M3 21 =0故A误B,由于地球半径末知，不能确定地级 的密度大小，B错误；C.若T。:T6=1:(>1,为正整数)，从 题图示位置开始，设每隔时间t1,a、b相距最近，则(w。- @=2m,所以7，卫星6运动一周的过程中，两人 造卫星a6相距最近的次数为n,7,7.红，-了-k LT. T 1,卫星a、b距离最近的次数为k-1次，C错误；D.设每隔时 TT 间2，ab、c共线一次，则(@，0，)b=,所以62(，-T) 卫星b运动一周的过程中，a、b、c共线的次数为n2= 2(T,-T.)2k7。-2江=2k-2,D正确故选D. T。 T C解析：A由开普勒第三定律，解得乃=271，A① 确；BC由几何关系可知两卫星每次“不见面”的对应的角度 为9，+02，设“不见面”时间为，则2严2严=0，+0，代入数据 TT 可得t 27(6,+0,)L,B正确，C错误；D.设月球半径为o,由 52π 01_ro 题意可知i血2R,sin2R, 确.故选C 第5节相对论时空观与牛顿力学的局限性 白题基础过关 1.C2.C 黑白题23