“天宮二號”高考命題熱點

姜啟時

2016年9月15日，“天宮二號”空間實驗室在酒泉衛星發射中心成功發射，“天宮二號”是繼“天宮一號”后中國自主研發的第二個空間實驗室，用于進一步驗證空間交會對接技術及進行一系列空間試驗，開展地球觀測和空間地球系統科學

、空間應用新技術、空間技術和航天醫學等領域的應用和試驗. 近年高考往往聯系熱點事件命題，“天宮二號”是高新科技的熱點， 也是高考命題熱點. “天宮二號”發射升空、飛行、變軌及一系列空間試驗，涉及物理學上眾多知識，對此進行探究，可整合課本知識，培養分析能力，現例析如下.

一、“天宮二號” 的發射

例1“天宮二號”由長征火箭運載發射，進入轉移軌道后到達一定高度后入軌，繞地球表面附近做圓周運動，發射“天宮二號”需要達到的發射速度為（ ）.

A.小于7.9 km/sB.等于7.9 km/s

C.介于7.9 km/s～11.2 km/s之間

D.介于11.2 km/s～16.7 km/s之間

解析衛星發射速度達到7.9 km/s（第一宇宙速度），只能繞地球表面附近做圓周運動，若要飛向一定高度，衛星發射速度必須大于7.9 km/s， “天宮二號”最終要繞地球一定高度的軌道運行，發射速度必須大于7.9 km/s， 但要小于11.2 km/s（第二宇宙速度）， 選項C正確.如果飛行器速度大于11.2 km/s小于16.7 km/s（第三宇宙速度），衛星會掙脫地球引力束縛，脫離地月系，奔向太陽系. 如果速度大于16.7 km/s，飛行器會掙脫太陽引力束縛，脫離太陽系，奔向銀河系.答案：C

命題熱點本題考查對三個宇宙速度的理解，“天宮二號”的發射還可聯系牛頓定律、運動學公式和功能關系等知識綜合命題.

二、“天宮二號”的變軌

例2“天宮二號”由長征火箭發射后，進入近地點h1=200 km，遠地點h2=347 km的橢圓軌道運行.已知地球半徑R=6.37×106m.地球同步衛星的軌道半徑r= 4.2×107m，則“天宮二號”在此橢圓軌道上運行的周期為多少？

解析在此橢圓軌道上運行的“天宮二號”仍為地球的衛星， 仍遵守開普勒第三定律， 此橢圓軌道半長軸a=12（h1+2R+h2）=6.645×106m， 設“天宮二號”在此橢圓軌道上運行的周期為Ta；地球同步衛星的軌道半長軸就是軌道半徑r=4.2×107m，周期T=24 h.

根據開普勒第三定律 a3T2a=r3T2， 由此解出“天宮二號”運行周期 Ta=a3r3T=1.5h.

命題熱點本題需建立一個適當的物理模型進行估算，考查了建模探究能力，體現了新課程注重過程與方法的要求.

三、“天宮二號”繞地球作圓周運動的速度

例3北京航天飛行控制中心9月25日成功進行兩次軌道控制，將“天宮二號”調整至距地面393km的圓軌道上，使其正式進入交會對接準備階段. “天宮二號”在距地面393km的圓軌道上繞地球作圓周運動的速度為多少？ （已知地球半徑R =6.37×106m，第一宇宙速度7.9 km/s. 結果保留兩位有效數字）

解析設地球質量為M， “天宮二號”質量為m，在離地面393 km的圓軌道上運行速度為v2， 已知第一宇宙速度v1=7.9 km/s，由GMmr2=mv2r， 得v=GMr∝1r，v2=v1RR+h=7.7 km/s.

命題熱點“天宮二號”涉及萬有引力及圓周運動等知識，此類問題解題技巧：衛星繞中心天體作圓周運動，由萬有引力提供向心力，再結合圓周運動規律列式求解.

四、“天宮二號”與“神舟十一號”對接交會

例4“天宮二號”與“神舟十一號”對接模擬未來空間站的交會對接方式，即“神舟十一號”飛船利用自身機動能力追蹤“天宮二號”為確保交會對接成功，“神舟十一號”為了追上“天宮二號”（ ）

A.應從較低軌道上加速

B.應從較高軌道上加速

C.應在從同宇間站同一軌道上加速

D.無論在什么軌道上只要加速就行解析“神舟”飛船要追上“天宮二號”，不能像汽車那樣，對準目標加速飛去，因為在同一軌道上“神舟”飛船一旦加速，它就離開原來軌道，進入另外一條較高的圓軌道，為了縮短距離，“神舟”飛船應該先減速，進入一條比原軌道略低的橢圓軌道，使軌道周期縮短，兩者各自繞地球運行，相互間距離就會縮短，經過調整后，再逐步在軌道上到達同一位置，為確保交會成功，應控制“天宮二號”在高軌道上運動（周期較大），“神舟”飛船在低軌道上運行（周期較小），然后適時加速后作離心運動，使之與“天宮二號”在高軌道上實現對接，故選項A對B錯.

若“神舟”飛船在同一軌道上只加速，將要離開原軌道向外，所以“神舟”飛船只加速是不可能進行對接的，選項C、D都錯.

命題熱點新課程強調學生關注過程與方法，近年高考試題結合我國“神舟飛船”、 “天宮一號” 、探月工程、宇宙探測等命題，考查考生的探究能力，體現了新課程的要求.

五、神舟與天宮組合體繞地球轉過的角度

例5當“神舟十一號”飛船成功捕獲“天宮二號”后，對接時間共530 s，此時組合體一直處于離地高度為H=393 km的圓軌道上，求這段時間內組合體繞地球轉過的角度. （地球半徑為R=6.37×106m，重力加速度g取10 m/s2. 結果保留兩位有效數字.）

解析設地球質量為M，“天宮”“神舟”組合體質量為m，繞地球運行周期為T，由萬有引力定律和牛頓定律得

GMmr2=m（2πT）2r，又GM=gR2，由以上兩式得

T=2πrRrg，已知地球半徑R=6.37×106m，組合體圓軌道半徑r=R+H=6.76×106 m，代入上式得T=5.3×103s.“天宮”“神九”對接持續時間t=530 s，組合體繞地球轉過角度θ=360°T×t=36°.

命題熱點本題以“神九”“天宮”交會對接命題，要求理解題目給出的物理情境，建立物理模型，考查考生建模探究能力. 新《考試大綱》注重了新課程理念，關注科學技術和社會經濟的發展，在平時學習中，要多關注我國的航天熱點，并與課本知識聯系，進行相關訓練，培養探究能力.

（收稿日期：2016-09-16）