2026高考物理复习课件 第五章第3讲 专题：天体运动的三个综合问题

第五章万有引力与宇宙航行第3讲专题：天体运动的三个综合问题 目录2考点一天体的“追及相遇”问题考点二卫星的变轨和对接问题考点三　双星或多星模型课时作业341 考点一天体的“追及相遇”问题 例1(2023·浙江1月选考)太阳系各行星几乎在同一平面内沿同一方向绕太阳做圆周运动。当地球恰好运行到某地外行星和太阳之间,且三者几乎排成一条直线的现象,称为“行星冲日”。已知地球及各地外行星绕太阳运动的轨道半径如下表：则相邻两次“冲日”时间间隔约为()A．火星365天B．火星800天C．天王星365天D．天王星800天行星名称地球火星木星土星天王星海王星轨道半径R/AU1．01．55．29．51930 考点二卫星的变轨和对接问题 1．卫星变轨原理如图所示，发射地球同步卫星时，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。 例2(2025·广东省惠州市高三上第一次调研)(多选)2024年5月3日，“嫦娥六号”探测器由长征五号遥八运载火箭在中国文昌航天发射场成功发射。“嫦娥六号”从地球飞往月球，采用霍曼转移轨道，这是一种较节能的轨道转移方式。如图所示为“嫦娥六号”飞往月球的简化示意图，轨道Ⅰ为绕地球的近地轨道，轨道Ⅱ为霍曼转移轨道，是一条椭圆轨道，其中P点为轨道Ⅱ的近地点，Q点为轨道Ⅱ的远地点，轨道Ⅲ为月球公转轨道。下列说法正确的是()A．“嫦娥六号”从轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ，需要在P点加速B．“嫦娥六号”在轨道Ⅰ的周期小于在轨道Ⅱ的周期C．“嫦娥六号”在轨道Ⅱ运动时，P点处机械能大于Q点处机械能D．“嫦娥六号”在轨道Ⅱ经过Q点的速度大于经过P点的速度 解析“嫦娥六号”在轨道Ⅰ上P点做匀速圆周运动，在轨道Ⅱ上P点做离心运动，且在两轨道上P点受力相同，则“嫦娥六号”从轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ，需要在P点加速，A正确；根据开普勒第三定律，轨道半长轴越大，公转周期越大，所以“嫦娥六号”在轨道Ⅰ的周期小于在轨道Ⅱ的周期，B正确；“嫦娥六号”在轨道Ⅱ运动时，只有万有引力做功，机械能守恒，P点处机械能等于Q点处机械能，C错误；根据开普勒第二定律，“嫦娥六号”在轨道Ⅱ经过Q点的速度小于经过P点的速度，D错误。 跟进训练(2021·天津高考)2021年5月15日，天问一号探测器着陆火星取得成功，迈出了我国星际探测征程的重要一步，在火星上首次留下国人的印迹。天问一号探测器成功发射后，顺利被火星捕获，成为我国第一颗人造火星卫星。经过轨道调整，探测器先沿椭圆轨道Ⅰ运行，之后进入称为火星停泊轨道的椭圆轨道Ⅱ运行，如图所示，两轨道相切于近火点P，则天问一号探测器()A．在轨道Ⅱ上处于受力平衡状态B．在轨道Ⅰ运行周期比在Ⅱ时短C．从轨道Ⅰ进入Ⅱ在P处要加速D．沿轨道Ⅰ向P飞近时速度增大 解析：天问一号探测器在轨道Ⅱ上做变速运动，受力不平衡，故A错误；轨道Ⅰ的半长轴大于轨道Ⅱ的半长轴，根据开普勒第三定律可知，在轨道Ⅰ运行周期比在Ⅱ时长，故B错误；天问一号探测器从轨道Ⅰ进入Ⅱ，是从高轨道进入低轨道，则应在P处减速，故C错误；天问一号探测器沿轨道Ⅰ向P飞近时，万有引力做正功，动能增大，速度增大，故D正确。 例3北京时间2021年10月16日神舟十三号载人飞船与在轨飞行的天和核心舱顺利实现径向自主交会对接，整个交会对接过程历时约6．5小时。为实现神舟十三号载人飞船与空间站顺利对接，飞船安装有几十台微动力发动机，负责精确地控制它的各种转动和平动。对接前飞船要先到达和空间站很近的相对静止的某个停泊位置(距空间站200m)。为到达这个位置，飞船由惯性飞行状态转入发动机调控状态，下列说法正确的是()A．飞船先到空间站同一圆周轨道上同方向运动，在合适位置减速靠近即可B．飞船先到与空间站圆周轨道垂直的同半径轨道上运动，在合适位置减速靠近即可C．飞船先到空间站轨道下方圆周轨道上同方向运动，在合适的位置减速即可D．飞船先到空间站轨道上方圆周轨道上同方向运动，在合适的位置减速即可 解析卫星变轨时，由低轨道进入高轨道需要加速，反之从高轨道进入低轨道需要减速，且飞船与空间站完成对接时需处于同一高度，所以飞船先到空间站下方的圆周轨道上同方向运动，在合适的位置加速靠近，或者先到空间站轨道上方的圆周轨道上同方向运动，在合适的位置减速，故选D。 考点三双星或多星模型 前面我们讨论的是类似太阳系的单星系统，其特点是有一个主星，质量远大于周围的其他星体，可以看成近似不动，所以其他星体绕它运动。除此之外，在宇宙空间，还存在两颗或多颗质量差别不大的星体，它们离其他星体很远，在彼此间的万有引力作用下运动，组成双星或多星系统。双星系统轨道比较稳定，很常见，三星及其他更多星体的系统轨道不稳定，非常罕见。下面介绍具有代表性的双星模型和三星模型。 1．双星模型(1)两颗星体绕公共圆心转动，如图1所示。 2．三星模型(1)三星系统绕共同圆心在同一平面内做圆周运动时比较稳定，三颗星的质量一般不同，其轨道如图2所示。每颗星体做匀速圆周运动所需的向心力由其他星体对该星体的万有引力的合力提供。(2)特点：对于这种稳定的轨道，除中央星体外(如果有)，每颗星体转动的方向相同，运行的角速度、周期相同。 (3)理想情况下，它们的位置具有对称性，下面介绍两种特殊的对称轨道。①三颗星位于同一直线上，两颗质量均为m的环绕星围绕中央星在同一半径为R的圆形轨道上运行(如图3甲所示)。②三颗质量均为m的星体位于等边三角形的三个顶点上(如图3乙所示)。 例5(2024·福建省三明市高三下一模)(多选)宇宙中存在一些离其他恒星较远的三星系统，通常可忽略其他星体对它们的引力作用，三星质量也相同。现已观测到稳定的三星系统存在两种基本的构成形式：一种是三颗星位于同一直线上，两颗星围绕中央星做圆周运动，如图甲所示；另一种是三颗星位于等边三角形的三个顶点上，并沿外接于等边三角形的圆形轨道运行，如图乙所示。设两种系统中三个星体的质量均为m，且两种系统中各星间的距离已在图甲、图乙中标出，引力常量为G，则下列说法中正确的是() 课时作业 [A组　基础巩固练]1．(2023·海南高考)(多选)如图所示，1、2轨道分别是天宫二号飞船在变轨前后的轨道，下列说法正确的是()A．飞船从1轨道变到2轨道要点火加速B．飞船在1轨道周期大于2轨道周期C．飞船在1轨道速度大于2轨道速度D．飞船在1轨道加速度大于2轨道加速度 2．(2025·广东省高三上学业质量监测)2023年11月3日发生木星冲日现象，木星冲日是指木星、地球和太阳几乎排列成一线，地球位于太阳与木星之间。此时木星被太阳照亮的一面完全朝向地球，所以明亮而易于观察。地球和木星绕太阳公转的方向相同，轨迹都可近似为圆，地球一年绕太阳一周，木星11．84年绕太阳一周。则(图中其他行星轨道省略未画出)()A．在相同时间内，木星、地球与太阳中心连线扫过的面积相等B．木星的运行速度比地球的运行速度大C．木星冲日现象时间间隔约为12年D．下一次出现木星冲日现象是在2024年 A．神舟十七号在轨道Ⅰ上稳定运行的速度可能大于7．9km/sB．神舟十七号在轨道Ⅱ上由A向B运动时，速度减小，机械能减小C．神舟十七号在轨道Ⅱ上经过A点的速度大于在轨道Ⅰ上经过A点的速度D．神舟十七号在轨道Ⅱ上经过B点时加速变轨进入轨道Ⅲ与“天和”核心舱完成对接5．(2025·天津市实验中学高三上12月月考)(多选)2023年10月26日，我国自主研发的神舟十七号载人飞船圆满地完成了发射，与“天和”核心舱成功对接，飞船变轨前绕地稳定运行在半径为r1的圆形轨道Ⅰ上，椭圆轨道Ⅱ为飞船的转移轨道，核心舱绕地沿逆时针方向运行在半径为r3的圆形轨道Ⅲ上，轨道Ⅰ和Ⅱ、Ⅱ和Ⅲ分别相切于A、B两点，飞船在A点变轨，与核心舱刚好在B点进行对接，下列说法正确的是() [B组　综合提升练]7．(2024·河北省石家庄市高三下教学质量检测三)A、B两颗卫星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Δr随时间变化的关系如图所示。已知地球的半径为r，卫星A的线速度大于卫星B的线速度，若不考虑A、B之间的万有引力，则卫星A、B绕地球运行的周期分别为()A．7T0，56T0B．9T0，72T0C．8T0，64T0D．14T0，56T0 8．(2024·江苏省南通市高三上期初质量监测)空间站在地球外层的稀薄大气中绕行时，因受大气阻力的影响，轨道高度会发生变化，空间站安装有发动机，可对轨道进行修正。如图所示为某空间站在某年2月初到8月初期间离地高度随时间变化的曲线，则以下说法正确的是()A．2月份空间站的机械能逐渐增大B．2月份空间站受地球的引力逐渐减小C．对轨道进行修正的前后，空间站的加速度大小不变D．对轨道进行修正时，空间站可能受到与原速度方向相同的作用力 解析：由题图可知，2月初到3月末，空间站轨道高度逐渐减小，大气阻力对空间站做负功，空间站的机械能逐渐减小，由于空间站离地球越来越近，则根据万有引力定律知空间站受地球的引力逐渐增大，故A、B错误；对轨道进行修正的前后，空间站离地球的距离发生变化，受到的引力发生变化，则空间站的加速度大小发生变化，故C错误；由题图可知，在无轨道修正时，空间站的轨道半径变化十分缓慢，可以认为其绕地球做匀速圆周运动，对轨道进行修正时，空间站可能受到与原速度方向相同的作用力，使得空间站速度变大，以致万有引力不足以提供其所需向心力，空间站做离心运动，经过其他操作后可到达更高的轨道，故D正确。 9．(多选)在浩瀚的银河系中，我们发现的半数以上的恒星都是双星体，组成双星的两颗恒星都称为双星的子星。有的双星，不但相互之间距离很近，而且有物质从一颗子星流向另一颗子星。如图，设子星B所释放的物质被子星A全部吸收，并且两星间的距离在一定的时间内不变，两星球的总质量不变，则下列说法正确的是()A．子星A的轨道半径不变B．子星A的运动周期不变C．两星间的万有引力不变D．两星速率之和不变 11．(2024·湖北高考)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点向图中箭头所指径向方向极短时间喷射气体，使空间站获得一定的反冲速度，从而实现变轨。变轨后的轨道如图中虚线所示，其半长轴大于原轨道半径。则()A．空间站变轨前、后在P点的加速度相同B．空间站变轨后的运动周期比变轨前的小C．空间站变轨后在P点的速度比变轨前的小D．空间站变轨前的速度比变轨后在近地点的大 解析：空间站变轨前、后在P点所受到的万有引力相同，即其所受到的合力相同，根据牛顿第二定律可知，空间站变轨前、后在P点的加速度相同，故A正确；因为空间站变轨后其轨道的半长轴大于原轨道半径，根据开普勒第三定律可知，空间站变轨后的运动周期比变轨前的大，故B错误；空间站在P点沿背离地球球心方向极短时间喷射气体，使空间站获得指向地球球心方向的反冲速度，根据平行四边形定则，空间站变轨后在P点的速度比变轨前的大，故C错误；由开普勒第二定律可知，空间站变轨后在P点的速度比变轨后在近地点的小，结合C项分析可知，空间站变轨前的速度比变轨后在近地点的小，故D错误。