《2023届浙江省高三物理高考复习101微专题模型精讲精练》第25讲 卫星变轨、发射、回收、空间站对接及其能量问题（原卷版）

3.0 envi 2025-03-19 4 4 758.45KB 11 页 3知币
侵权投诉
离心运动
m
M
v
F
引
F F
引 向
F F
引 向
F F
引 向
减小
近心运动
匀速圆周运动
第 25 讲 卫星变轨、发射、回收、空间站对接及其能量问题
1．（全国高考）我国“嫦娥一号”探月卫星发射后，先在“24 小时轨道”上绕地球运行（即绕地
球一圈需要 24 小时）；然后，经过两次变轨依次到达“48 小时轨道”和“72 小时轨道”；最后
奔向月球。如果按圆形轨道计算，并忽略卫星质量的变化，则在每次变轨完成后与变轨前相比 ，
（　　）
A．卫星动能增大，引力势能减小
B．卫星动能增大，引力势能增大
C．卫星动能减小，引力势能减小
D．卫星动能减小，引力势能增大
一.知识回顾
1.卫星变轨的基本原理
当卫星开启发动机，或者受空气阻力作用时，万有引力不再等于卫星所需向心力，
卫星的轨道将发生变化。如图所示。
(1)当卫星的速度增加时，G<m，即
万有引力不足以提供向心力，卫星将做
离心运动，脱离原来的圆轨道，如果速
度增加很缓慢，卫星每转一周均可看成
做匀速圆周运动，经过一段时间，轨道
半径变大，当卫星进入新的轨道运行时，
由v＝ 可知其运行速度比在原轨道时小。
(2)当卫星的速度减小时，G>m，即万有引力大于所需要的向心力，卫星将做近心
运动，脱离原来的圆轨道，如果速度减小很缓慢，卫星每转一周均可看成做匀速圆周
运动，经过一段时间，轨道半径变小，当卫星进入新的轨道运行时，由 v＝ 可知其运
行速度比在原轨道时大。例如，人造卫星受到高空稀薄大气的摩擦力，轨道高度不断
降低。
2．卫星的发射与回收原理
卫星轨道的突变：由于技术上的需要，有时要在适当的位置短时间内启动飞行器
上的发动机，使飞行器轨道发生突变，使其进入预定的轨道。如图所示，发射同步卫
星时，可以分多过程完成：
(1)先将卫星发送到近地轨道Ⅰ，使其绕地球做匀速圆周运动，速率为 v1。
(2)变轨时在 P点点火加速，短时间内将速率由 v1增加到 v2，这时<m，卫星脱离原
轨道做离心运动，进入椭圆形的转移轨道Ⅱ。
(3)卫星运行到远地点 Q时的速率为 v3，此时进行第二次点火加速，在短时间内将
速率由 v3增加到 v4，使卫星进入同步轨道Ⅲ，绕地球做匀速圆周运动。
飞船和空间站的对接过程与此类似。卫星的回收过程和飞船的返回则是相反的过
程，通过突然减速，>m，变轨到低轨道，最后在椭圆轨道的近地点处返回地面。发射
或回收示意图如下：
空间站对接示意图如下：
3．卫星变轨时三类物理量的定性比较
(1)速度：设卫星在圆轨道Ⅰ、Ⅲ上运行时的速率分别为 v1、v4，在轨道Ⅱ上过
P、Q点时的速率分别为 v2、v3，在 P点加速，则 v2>v1；在 Q点加速，则 v4>v3。又因
v1>v4，故有 v2>v1>v4>v3。
(2)加速度：因为在 P点不论从轨道Ⅰ还是轨道Ⅱ上经过，P点到地心的距离都相
同，卫星的加速度都相同，设为 aP。同理，在 Q点加速度也相同，设为 aQ。又因 Q点
到地心的距离大于 P点到地心的距离，所以 aQ<aP。
(3)周期：设卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道上运行周期分别为 T1、T2、T3，轨道半径或半
长轴分别为 r1、r2、r3，由＝k可知 T1<T2<T3。
4.能量问题
卫星速率增大(发动机做正功)会做离心运动，轨道半径增大，万有引力做负功，卫星动能减
小，由于变轨时遵从能量守恒，稳定在圆轨道上时需满足 G＝m，致使卫星在较高轨道上的运行速
率小于在较低轨道上的运行速率，但机械能增大(发动机做正功)；
相反，卫星由于速率减小(发动机做负功)会做向心运动，轨道半径减小，万有引力做正功，
卫星动能增大，同样原因致使卫星在较低轨道上的运行速率大于在较高轨道上的运行速率，但机械
能减小(发动机做负功)。
二.例题精析
例1．2022 年6月5日17 时42 分，神舟十四号载人飞船与天和核心舱径向端口成功对接。对接后
的组合体绕地球做匀速圆周运动，其轨道离地面高度为地球半径的
1
16
。已知地球半径为 R，地
球表面重力加速度为 g。下列说法正确的是（　　）
《2023届浙江省高三物理高考复习101微专题模型精讲精练》第25讲 卫星变轨、发射、回收、空间站对接及其能量问题（原卷版）.docx

共11页,预览4页

还剩页未读， 继续阅读

相关推荐

更多
立即下载
作者：envi 分类：高中 价格：3知币 属性：11 页 大小：758.45KB 格式：DOCX 时间：2025-03-19

开通VIP享超值会员特权

  • 多端同步记录
  • 高速下载文档
  • 免费文档工具
  • 分享文档赚钱
  • 每日登录抽奖
  • 优质衍生服务

作者详情

相关内容

更多

推荐作者

热门标签

大联考 高考地理 英语真题 听力 语法填空 石家庄 数学竞赛 读后续写 英语阅读 深圳中学
/ 11
评分 收藏
分享
立即下载
客服
关注