2022届高三统考物理人教版一轮复习学案：专题四 天体运动的“两类热点”问题

这是一份2022届高三统考物理人教版一轮复习学案：专题四 天体运动的“两类热点”问题，共7页。
考点突破
热点一 赤道上的物体、同步卫星和近地卫星
师生共研
1．同步卫星和近地卫星比较
二者都是由万有引力提供向心力eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(GMm,r2)＝\f(mv2,r)＝mω2r))，是轨道半径不同的两个地球卫星，应根据卫星运行参量的变化规律比较各物理量．
2．同步卫星和赤道上的物体比较
二者的角速度相同，即周期相等，半径不同，由此比较其他物理量．
注意：赤道上的物体由万有引力和支持力的合力提供向心力，Geq \f(Mm,r2)＝meq \f(v2,r)不适用，不能按照卫星运行参量的变化规律判断．
3．近地卫星和赤道上的物体比较
先将近地卫星和赤道上物体分别与同步卫星比较，然后再对比二者的各物理量．
例1 [2021·广州一模]如图所示，A是地球的同步卫星，B是地球的近地卫星，C是地面上的物体，A、B、C质量相等，均在赤道平面上绕地心做匀速圆周运动．设A、B、C做圆周运动的向心加速度为aA、aB、aC，周期分别为TA、TB、TC，A、B、C做圆周运动的动能分别为EkA、EkB、EkC.下列关系式正确的是( )
A．aB＝aC>aA B．aB>aA>aC
C．TA＝TBa3 B．a3>a2>a1
C．a3>a1>a2 D．a1>a2>a3
练2 (多选)如图所示，同步卫星与地心的距离为r，运行速率为v1，向心加速度为a1；地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a2，第一宇宙速度为v2，地球半径为R，则下列比值正确的是( )
A.eq \f(a1,a2)＝eq \f(r,R) B.eq \f(a1,a2)＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(R,r)))2 C.eq \f(v1,v2)＝eq \f(r,R) D.eq \f(v1,v2)＝eq \r(\f(R,r))
题后反思
赤道上的物体(A)、近地卫星(B)和地球同步卫星(C)之间常见的运动学物理量比较如下：
热点二 卫星(航天器)的变轨及对接问题
多维探究
题型1|卫星变轨问题
1．卫星变轨的实质
2．人造卫星的发射过程，如图所示．
(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)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.
例2 近年来，我国的航天事业飞速发展，“嫦娥奔月”掀起高潮．“嫦娥四号”进行人类历史上的第一次月球背面登陆．若“嫦娥四号”在月球附近轨道上运行的示意图如图所示，“嫦娥四号”先在圆轨道上做圆周运动，运动到A点时变轨为椭圆轨道，B点是近月点，则下列有关“嫦娥四号”的说法正确的是( )
A．“嫦娥四号”的发射速度应大于地球的第二宇宙速度
B．“嫦娥四号”要想从圆轨道进入椭圆轨道必须在A点加速
C．“嫦娥四号”在椭圆轨道上运行的周期比圆轨道上运行的周期要长
D．“嫦娥四号”运行至B点时的速率大于月球的第一宇宙速度
题型2|卫星的对接问题
在低轨道运行的卫星，加速后可以与高轨道的卫星对接．同一轨道的卫星，不论加速或减速都不能对接．
例3 [2021·南宁一模]我国是少数几个掌握飞船对接技术的国家之一，为了实现神舟飞船与天宫号空间站顺利对接，具体操作应为( )
A．飞船与空间站在同一轨道上且沿相反方向做圆周运动接触后对接
B．空间站在前、飞船在后且两者沿同一方向在同一轨道做圆周运动，在合适的位置飞船加速追上空间站后对接
C．空间站在高轨道，飞船在低轨道且两者同向飞行，在合适的位置飞船加速追上空间站后对接
D．飞船在前、空间站在后且两者在同一轨道同向飞行，在合适的位置飞船减速然后与空间站对接
题型3|变轨前、后各物理量的变化规律
eq \a\vs4\al\c1(,4) 2020年10月6日，诺贝尔物理学奖的一半颁给了给出黑洞形成理论证明的罗杰·彭罗斯，引起世界轰动．黑洞是近代引力理论所预言的宇宙中的一种特殊天体，在黑洞引力范围内，任何物体都不能脱离它的束缚，甚至连光也不能射出，欧洲航天局由卫星观察发现银河系中心存在一个超大型黑洞，假设银河系中心仅存一个黑洞，太阳系绕银河系中心做匀速圆周运动，则根据下列哪组数据可以估算出该黑洞的质量(引力常量为已知)( )
A．太阳系的质量和太阳系绕该黑洞公转的周期
B．太阳系的质量和太阳系到该黑洞的距离
C．太阳系的运行速度和该黑洞的半径
D．太阳系绕该黑洞公转的周期和轨道的半径
题后反思
航天器变轨的问题“四个判断”
(1)判断速度
①在两轨道切点处，外轨道的速度大于内轨道的速度．
②在同一椭圆轨道上，越靠近椭圆焦点速度越大．
③对于两个圆轨道，半径越大速度越小．
(2)判断加速度
①根据a＝Fm，判断航天器的加速度．
②公式a＝v2r对椭圆不适用，不要盲目套用．
(3)判断机械能
①在同一轨道上，航天器的机械能守恒．
②在不同轨道上，轨道半径越大，机械能一定越大．
(4)判断周期：根据开普勒第三定律，行星轨道的半长轴(半径)越大周期越长．
题型4|卫星的追及相遇问题
行星A和B围绕恒星O做匀速圆周运动，周期分别为TA和TB.设t＝0时刻，A、B和O三者共线，则三者再次共线所需要的最少时间t满足以下条件：
例5 火星冲日现象即火星、地球和太阳刚好在一条直线上，如图所示．已知火星轨道半径为地球轨道半径的1.5倍，地球和火星绕太阳运行的轨道都视为圆且两行星的公转方向相同，则( )
A．火星与地球绕太阳运行的线速度大小之比为2：3
B．火星与地球绕太阳运行的加速度大小之比为4：9
C．火星与地球的公转周期之比为3：2
D．2021年10月13日前有可能再次发生火星冲日现象
练3 [2021·湖南怀化一模]随着嫦娥奔月梦想的实现，我国不断刷新深空探测的“中国高度”．“嫦娥”卫星整个飞行过程可分为三个轨道段：绕地飞行调相轨道段、地月转移轨道段、绕月飞行轨道段．我们用如图所示的模型来简化描绘“嫦娥”卫星飞行过程，假设调相轨道和绕月轨道的半长轴分别为a、b，公转周期分别为T1、T2.关于“嫦娥”卫星的飞行过程，下列说法正确的是( )
A． a3T12＝b3T22
B．“嫦娥”卫星在地月转移轨道上运行的速度应大于11.2 km/s
C．从调相轨道切入到地月转移轨道时，卫星在P点必须减速
D．从地月转移轨道切入到绕月轨道时，卫星在Q点必须减速
练4 [2021·成都七中二诊](多选)2020年3月9日我国成功发射第54颗北斗导航卫星，意味着北斗全球组网仅差一步之遥．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，在发射地球同步卫星的过程中，卫星从近地圆轨道Ⅰ的A点先变轨到椭圆轨道Ⅱ，然后在B点变轨进入地球同步轨道Ⅲ，则( )
A．卫星在同步轨道Ⅲ上的运行速度小于7.9 km/s
B．卫星在轨道Ⅱ稳定运行时，经过A点时的速率比过B点时小
C．若卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道上运行的周期分别为T1、T2、T3，则T1