知识点33：卫星变轨及对接问题 提高版 -2027届高考物理一轮复习讲义及对应练习

知识点33：卫星变轨及对接问题

考点一：卫星的减速变轨问题

题型一：卫星摩擦减速变轨问题

【知识思维方法技巧】

卫星轨道连续渐变时各运动参量的关系：

当卫星在大气层稀薄空气摩擦作用下变轨的时候，空气阻力使卫星的速度减少，G→向心运动→引力做正功→卫星动能增大→低轨道运行。

【典例1提高题】

1．2025年4月24日神舟二十号载人飞船发射取得圆满成功，并于4月24日23时49分成功对接中国空间站天和核心舱径向端口，中国航天再创辉煌。已知中国空间站离地面高度为，地球半径为，地球表面的重力加速度为。下列说法正确的是（　　）

A．空间站绕地球运行的速度大于

B．航天员出舱后处于完全失重状态

C．空间站在轨道处的向心加速度大小为

D．考虑到稀薄气体产生的阻力，若空间站不进行轨道修正，其运行高度将逐渐降低，动能逐渐减小

【典例1提高题对应练习】

2．中国空间站的轨道可近似看作是以地心为中心的圆，因轨道空间存在稀薄大气阻力作用，无动力自主运行时轨道高度会缓慢降低。在此过程中，中国空间站（　　 ）

A．所受地球引力逐渐减小，机械能逐渐增大

B．所受地球引力逐渐减小，机械能逐渐减小

C．所受地球引力逐渐增大，机械能逐渐增大

D．所受地球引力逐渐增大，机械能逐渐减小

题型二：卫星点火喷气减速问题

类型一：动力学的变化

【典例2a提高题】

3．作为一种新型的多功能航天飞行器，航天飞机集火箭、卫星和飞机的技术特点于一身．假设一航天飞机在完成某次维修任务后，在A点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ，如图所示，已知A点距地面的高度为2R（R为地球半径），B点为轨道Ⅱ上的近地点，地球表面重力加速度为g，地球质量为M.又知若物体在离星球无穷远处时其引力势能为零，则当物体与星球球心距离为r时，其引力势能Ep＝－G（式中m为物体的质量，M为星球的质量，G为引力常量），不计空气阻力．则下列说法中正确的有

A．该航天飞机在轨道Ⅱ上经过A点的速度小于经过B点的速度

B．该航天飞机在轨道Ⅰ上经过A点时的加速度大于它在轨道Ⅱ上经过A点时的加速度

C．在轨道Ⅱ上从A点运动到B点的过程中，航天飞机的加速度一直变大

D．可求出该航天飞机在轨道Ⅱ上运行时经过A、B两点的速度大小

【典例2a提高题对应练习】

4．我国未来将建立月球基地，并在绕月轨道上建造空间站。如图所示，关闭发动机的航天飞机A在月球引力作用下沿椭圆轨道向月球靠近，并将在椭圆的近月点B处与空间站对接。已知空间站绕月轨道半径为r，周期为T，引力常量为G，月球的半径为R。下列判断不正确的是（     ）

A．航天飞机到达B处由椭圆轨道进入空间站轨道时必须减速

B．图中的航天飞机正在加速飞向B处

C．月球的质量

D．月球的第一宇宙速度

类型二：功与能的变化

【典例2b提高题】

5．如图所示图为嫦娥三号登月轨迹示意图。图中、分别为环地球、月球运行的近地点和近月点。为环月球运行的圆轨道，为环月球运行的椭圆轨道，下列说法中正确的是（　　）

A．嫦娥三号在地球上发射速度大于第二宇宙速度

B．嫦娥三号由点进入地月转移轨道时应适当加速

C．在椭圆轨道上经过点时的机械能最大

D．在、轨道运行中，嫦娥三号与月球连线在相等时间内扫过的面积相等

【典例2b提高题对应练习】

6．2026年5月24日，神舟二十三号载人飞船发射取得圆满成功，飞船成功对接于空间站天和核心舱。如图所示，载人飞船首先从圆轨道Ⅰ的P点变轨到椭圆轨道Ⅱ，然后在椭圆轨道Ⅱ的Q点再变轨进入预定圆轨道Ⅲ，下列说法正确的是（　　 ）

A．飞船在轨道Ⅱ从P点运动到Q点过程中，线速度减小

B．飞船在轨道Ⅱ从P点运动到Q点过程中，机械能增大

C．飞船从轨道Ⅱ变轨到轨道Ⅲ需在Q点点火加速

D．飞船从轨道Ⅱ上Q点变轨到轨道Ⅲ上Q点，加速度增大

考点二：卫星的加速变轨及对接问题

题型一：卫星点火喷气加速问题

【知识思维方法技巧】

（1）卫星发射及变轨过程的特点：

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。升高轨道需要点火加速（向后喷气），降低轨道需要点火减速（向前喷气）。

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升高轨道需要点火加速（向后喷气），降低轨道需要点火减速（向前喷气）。在A点点火加速（向后喷气），由于速度变大，万有引力不足以提供向心力，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（向后喷气）进入圆形轨道Ⅲ。

（2）卫星轨道突变时各运动参量的关系：