题型05 人造卫星++宇宙速度（题型专练·三大类型）（上海专用） 2026年高考物理二轮复习讲练测

题型05人造卫星+宇宙速度 目录 第一部分 题型解码 高屋建瓴，掌握全局 第二部分 考向破译 微观解剖，精细教学 典例引领 方法透视 变式演练 题型01 宇宙速度 题型02 卫星运行参量的比较与运算 题型03 三种特殊的卫星 第三部分 综合巩固 整合应用，模拟实战 人造卫星与宇宙速度是高考天体物理的必考热点，常以计算题或综合题形式考查卫星运动规律及宇宙速度的应用。考点侧重万有引力提供向心力的核心公式，涉及轨道半径、线速度、角速度、周期等物理量的推导与计算；宇宙速度则聚焦第一、二、三宇宙速度的物理意义及发射、环绕、逃逸等临界条件分析。 题型01 宇宙速度 【典例】神舟二十二号飞船于北京时间2025年11月25日15时50分，成功对接于空间站天和核心舱前向端口。交会对接完成后，神舟二十二号飞船将转入组合体停靠段，后续将作为神舟二十一号航天员乘组的返回飞船。已知空间站距地面高度约为400千米，地球半径约为6400千米，地球第一宇宙速度约为7.9km/s。下列说法正确的是（　　） A．空间站运行的速度小于7.9km/s B．空间站运行的周期可能大于24小时 C．神舟二十二号飞船与空间站运行到同一轨道高度时，只需点火加速便能对接成功 D．神舟二十二号飞船与空间站对接后，加速度变大 【答案】A 【详解】A．由万有引力提供向心力，得环绕速度 第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度，也是绕地球做圆周运动卫星的最大环绕速度。空间站轨道半径大于地球半径，因此运行速度小于，故A正确； B．周期为24小时的同步卫星轨道高度约为36000km，远大于空间站的400km。根据开普勒第三定律 空间站轨道半径更小，周期一定小于24小时，故B错误； C．同一轨道上的飞船点火加速后，所需向心力增大，万有引力不足以提供向心力，飞船会做离心运动离开原轨道，无法对接，故C错误； D．对接后组合体仍在原轨道运行，轨道半径不变，由可知，加速度与环绕天体质量无关，因此加速度不变，故D错误。 故选A。 4．宇宙速度与运动轨迹的关系 （1）v发＝7.9 km/s时，卫星绕地球做匀速圆周运动。 （2）7.9 km/s＜v发＜11.2 km/s，卫星绕地球运动的轨迹为椭圆。 （3）11.2 km/s≤v发＜16.7 km/s，卫星绕太阳做椭圆运动。 （4）v发≥16.7 km/s，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间。 【变式1】“天问一号”从地球发射后，在如图甲所示的P点沿地火转移轨道到Q点，再依次进入如图乙所示的调相轨道和停泊轨道，P、Q两点到太阳球心的距离分别为、，“天问一号”沿地火转移轨道在P点的速度为。下列关于“天问一号”说法正确的是（　　）          A．发射速度大于小于 B．从P点转移到Q点的时间大于6个月 C．“天问一号”沿地火转移轨道到Q点的速度为 D．在环绕火星的停泊轨道运行的周期比在调相轨道上小 【答案】BD 【详解】A．因发射的卫星要脱离地球的引力能变轨到绕太阳转动，则发射速度应大于11.2km/s而小于16.7km/s，故A错误； B．因P点转移到Q点的转移轨道的半长轴大于地球公转轨道半径，则其周期大于地球公转周期（1年，共12个月），则从P点转移到Q点的时间为轨道周期的一半，应大于6个月，故B正确； C．在P点和Q点附近取一段很短的时间，根据开普勒第二定律有 解得，故C错误； D．因在环绕火星的停泊轨道的半长轴小于调相轨道的半长轴，则由开普勒第三定律可知，在环绕火星的停泊轨道运行的周期比在调相轨道上小，故D正确。 故选BD。 【变式2】中国首次火星探测任务工程总设计师表示，我国将在2028年实施“天问三号”火星探测与取样返回任务。“天问三号”探测器从地球发射后第一次变轨进入地火转移轨道，逐渐远离地球，成为一颗人造行星，运行轨迹简化如图所示，Ⅰ是地球运行圆轨道，Ⅱ是地火转移椭圆轨道，Ⅲ是火星运行圆轨道，轨道Ⅰ与轨道Ⅱ相切于P点，轨道Ⅱ与轨道Ⅲ相切于Q点。则（　　） A．地球绕太阳公转速度小于火星绕太阳公转速度 B．“天问三号”的发射速度应满足 C．“天问三号”在轨道Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ上运动的全过程中，在轨道Ⅰ上P点处运行速度最大 D．Q点处，“天问三号”在轨道Ⅱ变轨到轨道Ⅲ需要向后喷气 【答案】D 【详解】A．由万有引力提供向心力可得 可得 由于地球绕太阳的轨道半径小于火星绕太阳的轨道半径，所以地球绕太阳公转速度大于火星绕太阳公转速度，故A错误； B． “天问三号”的发射速度应满足大于等于第二宇宙速度小于第三宇宙速度，即，故B错误； C．卫星从低轨道变轨到高轨道需要在变轨处点火加速，所以轨道Ⅱ经过P点速度大于轨道Ⅰ经过P点速度，故C错误； D．“天问三号”在轨道Ⅱ变轨到轨道Ⅲ需要在Q点处点火加速，即向后喷气，故D正确。 故选D。 题型02 卫星运行参量的比较与运算 【典例】在遥远恒星系统中，有行星A和B，B的半径是A的3倍，它们各自的卫星都在绕其做匀速圆周运动。如图为卫星的角速度ω与轨道半径r的图像，图中两图线纵截距的差值，忽略其他星球的引力干扰。结合图像判断选项正确的是（　　） A．行星A、B的质量之比为81：1 B．行星A、B表面的重力加速度之比为1：1 C．行星B的第一宇宙速度是A的倍 D．行星A、B的平均密度之比为1：3 【答案】D 【详解】A．根据万有引力提供向心力可得 整理可得 两边取对数可得 则图中两直线的纵截距的差值为 可得,故A错误； B．行星B的半径是A的3倍，根据 可知行星表面的加速度为 可得两行星表面的加速度之比为，故B错误； C．根据第一宇宙速度 可得，故C错误； D．行星平均密度 则 即，故D正确。 故选D。 卫星运行参量的理解 v、w、a、r、T五个两，任意一个量确定，其他两都确定； 轨道半径r越大，v、w、a都越小 【变式1】2025年2月28日晚在夜空上演了“七星连珠”，在地球上观测的天象示意图如图1，各行星绕太阳运动示意图如图2。行星绕太阳运动近似为匀速圆周运动，下列说法正确的是（　　） A．地球绕太阳运动的周期大于木星 B．水星绕太阳运动的角速度最小 C．若已知土星的自转周期和轨道半径，可求太阳的质量 D．“七星连珠”期间，金星和水星与太阳中心连线在相同时间内扫过面积不同 【答案】D 【详解】A．根据开普勒第三定律可知，轨道半径越小，行星的公转周期越短，由于地球的轨道半径小于木星的轨道半径，所以地球绕太阳运动的周期小于木星，故A错误； B．根据万有引力提供向心力有 解得行星绕太阳做圆周运动的角速度为 故轨道半径越小，行星做圆周运动的角速度越大，由于水星的轨道半径最小，所以水星的角速度最大，故B错误； C．求太阳质量需要行星的公转周期，而不是自转周期，所以若已知土星的自转周期和轨道半径，不能求出太阳的质量，故C错误； D．根据开普勒第二定律可知，同一行星与太阳中心的连线在相同时间内扫过的面积相等，但金星和水星是不同的行星，轨道半径不同，所以相同时间内扫过的面积不同，故D正确。 故选D。 【变式2】如图所示，I为北斗卫星导航系统中的静止轨道卫星，其对地张角为2；II为地球的近地卫星。已知地球的自转周期为T0，万有引力常量为G，根据题中条件，可求出 （　　） A．卫星I的环绕速度比卫星II的环绕速度大 B．卫星Ⅱ的周期为 C．卫星I和卫星II的加速度之比为 D．地球的平均密度为 【答案】CD 【详解】A．对卫星，根据 解得卫星线速度 由于卫星I的轨道半径比卫星II的大，故卫星I的环绕速度比卫星II的环绕速度小，故A错误； B．题意可知卫星I的周期与地球自转周期相同，均为，根据开普勒第三定律有 解得卫星II周期，故B错误； C．对卫星，根据 解得卫星加速度 因为 故卫星I和卫星II的加速度之比为，故C正确； D．对卫星II有 因为 联立解得，故D正确。 故选CD。 题型03 三种特殊的卫星 【典例】地球同步卫星常用于通信、气象观测、导弹预警、数据中继等方面。地球同步卫星相对地面静止不动，犹如悬在空中一样，以实现对同一地区的连续监测。下列说法正确的有（　　） A．同步卫星处于平衡状态 B．同步卫星绕地心的角速度与地球自转的角速度相同 C．同步卫星只能位于赤道上方，且高度和速率是唯一确定的 D．同步卫星的速率一定大于7.9km/s 【答案】BC 【详解】A．平衡状态要求物体合外力为零。同步卫星绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，合外力不为零（存在向心加速度），不是平衡状态，故A错误； B．地球同步卫星相对地面静止，其绕地心转动的角速度与地球自转的角速度一定相等，故B正确； C．若同步卫星不在赤道正上方，万有引力的分力会使卫星偏移轨道，无法保持相对地面静止，因此只能位于赤道上方；由万有引力提供向心力有 同步卫星角速度和地球自转角速度相同，为定值，因此轨道半径和高度唯一确定，线速度也唯一确定，故C正确； D．7.9km/s是第一宇宙速度，是近地卫星的环绕速度，也是所有绕地球做圆周运动卫星的最大环绕速度，则同步卫星速率一定小于7.9km/s，故D错误。 故选BC。 1.地球同步卫量：相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫地球同步卫星，.同步卫星有以下"七个一定"的特点： （1）轨道平面一定：轨道平面与赤进平而共面； （2）周期一定：与地球自转周期相同，即T=24h. （3）角速度一定：地球自转的角出度相同， （4）高度一定：由，得地球同步卫星离地而的高度（h6R） （5）速率一定由 ，得同步卫星的速率 （6）向心加速度一定：由，得 ，即同步卫星的向心加速度等于轨道处的重力加速度。 （7）绕行方向一定；运行方向与地球自转方向一致， 2. 极地卫星和近地卫星 （1）极地卫星运行时每圆都经过南北两极，由于地球自转，极地卫屋可以实现全球覆盖. （2）近地卫星是在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动的卫量，其运行的轨道半径可近似认为等于地球的半径，其运行线速度约为7.0 km/s. （3）两种卫星的轨道平面一定通过地球的球心， 【变式1】我国自行研制的北斗三号卫星导航系统由3颗地球静止轨道卫星（GEO）、3颗倾斜地球同步轨道卫星（IGSO）和24颗中圆地球轨道卫星（MEO）组成，2020年已正式覆盖全球，其具有GPS系统没有的通信功能。将地球看成质量分布均匀的球体，下列说法正确的（　　） A．地球静止轨道卫星与地面上的点线速度大小相等，所以看起来是静止的 B．倾斜地球同步轨道卫星有可能保持在湖北襄阳的正上方 C．卫星运行的线速度可能大于第一宇宙速度 D．赤道上物体随地球自转的向心加速度比同步卫星向心加速度小 【答案】D 【详解】A．地球静止轨道卫星与地面上的点角速度相等，由线速度公式 可知，卫星轨道半径远大于地球半径，因此卫星线速度远大于地面点的线速度，故A错误； B．倾斜地球同步轨道卫星的轨道平面不与赤道平面重合，会沿南北方向做周期性运动，无法始终保持在襄阳（北纬地区）正上方，故B错误； C．由万有引力提供向心力得 ，第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度，也是卫星绕地球做圆周运动的最大环绕速度，所有轨道半径大于地球半径的卫星运行线速度均小于第一宇宙速度，故C错误； D．赤道上物体与同步卫星角速度相等，由向心加速度公式 可知，同步卫星轨道半径更大，向心加速度更大，即赤道上物体随地球自转的向心加速度更小，故D正确。 故选D。 【变式2】有a、b、c、d四颗卫星，a还未发射，在赤道表面上随地球一起转动，b是近地轨道卫星，c是地球同步卫星，d是高空探测卫星，它们均做匀速圆周运动，各卫星排列位置如图所示。下列说法正确的是（　　） A．在相同时间内，c转过的弧长最短 B．b的向心加速度小于d的向心加速度 C．c在内转过的角度是 D．d的运动周期可能是 【答案】D 【详解】A．因a在地球上，c为地球同步卫星，所以a、c角速度相同，由可知c的线速度比a的线速度大，因此在相同时间内，c转过的弧长一定比a转过的弧长更长，A错误； B．根据牛顿第二定律可得，b是近地轨道卫星，d是高空探测卫星，b的向心加速度大于d的向心加速度，B错误； C．c为地球同步卫星，内转过的角度为，则内转过的角度为，C错误； D．由开普勒第三定律可知卫星的半径越大，周期越大，所以d的运动周期大于c的周期（24h），则d的运动周期可能是，D正确。 故选D。 【变式3】2026年2月12日，我国太原卫星发射中心在广东阳江附近海域使用捷龙三号运载火箭，成功将7颗卫星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，发射任务取得圆满成功。其中“港中大一号”卫星系全球首颗面向城市可持续发展的AI大模型卫星，具备强大的智能感知与数据处理能力。“港中大一号”卫星在轨高度520千米。其做匀速圆周运动时（　　） A．速度小于第一宇宙速度 B．向心加速度大于9.8m/s2 C．周期小于近地卫星的周期 D．角速度小于地球自转的角速度 【答案】A 【详解】A．卫星绕地球做匀速圆周运动万有引力提供向心力 可得。 第一宇宙速度是近地轨道（）的环绕速度。“港中大一号”卫星轨道半径 ，因此 小于第一宇宙速度，故A正确； B．万有引力提供向心力 可得 地球表面重力加速度 “港中大一号”卫星轨道半径，向心加速度小于，故B错误； C．万有引力提供向心力 可得 “港中大一号”卫星轨道半径，故，故C错误; D．“港中大一号”卫星轨道卫星周期小于地球自转周期，故角速度大于地球自转角速度，故D错误。 故选A。 1．我国自主建设、独立运行的北斗卫星导航系统由数十颗卫星构成，目前已经向一带一路沿线国家提供相关服务。设想其中一颗人造卫星在发射过程中，原来在椭圆轨道1绕地球E运行，在P点变轨后进入轨道2做匀速圆周运动，如图所示。下列说法正确的是（　　） A．在轨道1与在轨道2运行比较，卫星在P点的加速度不同 B．在轨道1与在轨道2运行比较，卫星在P点的动量不同 C．卫星在轨道2的任何位置都具有相同加速度 D．卫星在轨道1的任何位置都具有相同动能 【答案】B 【详解】A．对卫星，根据牛顿第二定律有 解得 由于卫星在轨道1与在轨道2运行时，卫星在P点距地球的距离相等，故加速度相同，故A错误； B．卫星由轨道1变为轨道2，需要加速，则轨道2的速度要大一些，所以卫星在P点的动量轨道2的大于轨道1的，故B正确； C．卫星在轨道2的不同位置受到的万有引力大小相同，但方向不同，故产生的加速度大小相同，方向不同，故卫星在轨道的不同位置都具有不同加速度，故C错误； D．轨道1是一个椭圆轨道，由开普勒第二定律可得，卫星离地球越近，速度越大，则卫星在轨道1上除了关于地球对称的位置外，各位置具有不同的动能，故D错误。 故选B。 2．“长征七号A”运载火箭在中国文昌航天发射场点火起飞，托举“实践二十三号”卫星直冲云霄，随后卫星进入预定轨道，发射取得圆满成功。已知地球表面的重力加速度大小为g，地球的半径为R，“实践二十三号”卫星距地面的高度为h，入轨后绕地球做匀速圆周运动，该卫星的（　　） A．线速度大小为 B．角速度大小为 C．向心加速度大小为g D．周期为 【答案】A 【详解】地球表面物体万有引力等于重力，可得 卫星绕地球做匀速圆周运动，轨道半径，万有引力提供向心力，满足 A．联立上述公式得线速度，故A正确； B．联立得角速度，故B错误； C．联立得向心加速度，故C错误； D．联立得周期，故D错误。 故选A。 3．中国自行研制的北斗导航系统目前在轨卫星总数已达数十颗，北斗系统的卫星包括地球静止轨道卫星和中圆地球轨道卫星等。如图Ⅰ是中圆地球卫星轨道，Ⅲ是地球静止卫星轨道，其轨道半径的关系为，Ⅱ是连接两个轨道的椭圆过渡轨道，、是过渡轨道与两个圆轨道的切点。以下说法正确的是（　　） A．一飞船从轨道Ⅰ过渡到轨道Ⅲ，需要在、两点向与运动方向相同的方向喷气来获得加速 B．飞船在轨道Ⅱ上运动到点时的速率要大于地球第一宇宙速度 C．同一卫星在轨道Ⅰ与轨道Ⅲ上的动能之比为 D．若已知地球的自转周期，则可算出飞船从运动到的时间 【答案】D 【详解】A．飞船从轨道Ⅰ过渡到轨道Ⅲ，需要在P、Q两点向与运动方向相反的方向喷气来获得加速，故A错误； B．地球第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度，也是卫星绕地球做圆周运动的最大环绕速度。轨道Ⅲ是地球静止卫星轨道，因此卫星在轨道Ⅲ上Q点的速率小于地球第一宇宙速度。则飞船在轨道Ⅱ上运动到Q点时的速率要小于地球第一宇宙速度，故B错误； C．卫星在圆轨道上的动能 卫星在轨道上做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力，有 联立可得 即同一卫星的动能与轨道半径成反比，已知，同一卫星在轨道Ⅰ与轨道Ⅲ上的动能之比为，故C错误； D．已知轨道Ⅲ的半径，椭圆轨道Ⅱ的半长轴为 轨道Ⅲ是地球静止轨道，其周期等于地球自转周期，根据开普勒第三定律，有 联立解得 则飞船从P运动到Q的时间 因此若已知地球的自转周期，则可算出飞船从P运动到Q的时间，故D正确。 故选D。 4．如图所示，、、为三颗人造地球卫星，它们的轨道平面重合，其中为近地卫星，绕地球逆时针运动（从图示角度看），、为地球同一轨道上的两颗卫星，绕地球顺时针运动（从图示角度看），已知地球的半径为，、的轨道半径为，地球表面的重力加速度为，现测得、两卫星先后通过卫星上方的时间间隔，假设三颗卫星均绕地球做匀速圆周运动，忽略地球自转的影响，则、之间的劣弧长度是（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】根据引力提供向心力，结合 可求得A、B两卫星的周期分别为， C、B两卫星先后通过A卫星上方的情景如图所示，则有 B、C间的劣弧长 联立可解得。 故选A。 5．2025年11月14日，神舟二十号航天员乘组乘坐神舟二十一号载人飞船返回地球。如图所示，神舟二十一号飞船在圆形轨道上绕地球匀速运行，为返回地球，飞船在P点变轨进入椭圆轨道，并在近地点Q再次变轨进入大气层。下列说法正确的是（　　） A．飞船在圆形轨道上经过P点时的速度小于在椭圆轨道上经过P点时的速度 B．飞船在椭圆轨道上经过Q点时的加速度小于在圆形轨道上经过P点时的加速度 C．飞船在椭圆轨道上从P点运动到Q点的过程中，机械能守恒 D．飞船在圆形轨道上的运行周期小于在椭圆轨道上的运行周期 【答案】C 【详解】A．飞船在圆形轨道上经过P点时，需减速才能进入椭圆轨道，因此在圆形轨道上经过P点的速度大于在椭圆轨道上经过P点的速度，故A错误； B．根据牛顿第二定律和万有引力定律可得 解得加速度大小为 则加速度大小仅与到地心的距离r有关，Q点比P点更接近地球，因此飞船在Q点的加速度大于在P点的加速度，故B错误； C．飞船在椭圆轨道上仅受万有引力作用，机械能守恒，故C正确； D．由开普勒第三定律可知，轨道半长轴越大，周期越大，椭圆轨道的半长轴小于圆形轨道半径，因此椭圆轨道周期小于圆形轨道周期，故D错误。 故选C。 6．如图所示，神舟二十一号载人飞船于2025年10月31日发射，采用自主快速交会对接模式，历时3.5小时，成功与天和核心舱对接，创造了神舟飞船与中国空间站交会对接最快纪录；而早期神舟十二号对接时间为6.5小时。飞船对接前在较低的初始圆周轨道上运动，假设对接时间与飞船在初始圆周轨道上的运行周期成正比，且空间站轨道半径不变。则神舟二十一号在初始轨道上的速度与神舟十二号在初始轨道上的速度大小之比为（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】根据万有引力提供向心力， 可得， 又对接时间与飞船在初始圆周轨道上的运行周期成正比，整理联立有 故选D。 7．“双星系统”与“三星系统”都是宇宙中常见的天体系统，两种系统中，天体均可在万有引力的作用下绕共同的圆心做匀速圆周运动。如图分别为两种天体系统的示意图，图中五个球形天体的质量均为M，天体连心线的长度均为L，引力常量为G、“双星系统”与“三星系统”运动周期之比为（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】对“双星系统”有 对“三星系统”，任何一个天体运动的向心力是由其他天体的万有引力的合力提供的，有 其中 联立可得 故选B。 8．如图所示空间站伸出的机械臂，外端安置一微型卫星。微型卫星、空间站、地球球心在同一直线上，微型卫星与空间站同步做匀速圆周运动。忽略空间站和微型卫星之间的引力，下列说法正确的是（　　） A．微型卫星的运动周期和空间站的运动周期相同 B．微型卫星的加速度比空间站的加速度小 C．正常运行时，机械臂和微型卫星间作用力为零 D．微型卫星与机械臂连接松动，脱落后会做近心运动 【答案】A 【详解】A．微型卫星和空间站同步做匀速圆周运动，周期相同，故A正确； B．微型卫星和空间站角速度相同，微型卫星的轨道半径大，由知，其加速度更大，故B错误； C．如果机械臂和微型卫星间作用力为零，而微型卫星在比空间站更高的轨道上做匀速圆周运动，其周期就会比空间站的运动周期大，无法同步，故C错误； D．仅受万有引力提供向心力时，微型卫星比空间站的轨道半径大，角速度小，由于微型卫星跟随空间站以共同的角速度运动，所需向心力增大，所以机械臂对微型卫星有拉力作用；微型卫星脱落后，其所受地球的万有引力不足以提供匀速圆周运动所需的向心力，将要做离心运动，故D错误。 故选A。 9．2026年4月24日将迎来第十一个“中国航天日”，恰逢中国航天事业创建70周年，航天日主题为“七秩问天路，携手探九霄”，彰显我国“自强探索”与“携手合作”的航天精神。中国空间站作为国家太空实验室，目前已稳定在轨运行超1300天，其轨道离地高度为h。已知地球半径为R，地球表面重力加速度为g。关于空间站的运行，下列说法正确的是（　　） A．空间站向心加速度大小 B．空间站绕地球运行的速度大小 C．若空间站轨道离地高度h降低，其动能将增加 D．空间站内航天员处于完全失重状态，说明地球对空间站的万有引力为零 【答案】AC 【详解】AB．根据万有引力提供向心力 在地面附近，根据万有引力与重力关系 则，，故A正确，B错误； C．由以上分析可知，若空间站轨道离地高度h降低，则线速度变大，所以动能增加，故C正确； D．空间站内航天员处于完全失重状态，万有引力完全提供向心力，地球对空间站的万有引力不为零，故D错误。 故选AC。 10．太阳和地球所在的连线上有如图所示的两个拉格朗日点、，在地球轨道内侧，在地球轨道外侧。嫦娥五号轨道器处于点，在地球和太阳共同引力作用下与地球一起同步绕太阳做匀速圆周运动。已知太阳中心到地球中心的距离为r，太阳的质量为M，地球的质量为m。不考虑其他天体的引力作用，下列说法正确的是（    ） A．嫦娥五号轨道器绕太阳运动的向心力大于地球公转的向心力 B．嫦娥五号轨道器绕太阳运动的向心加速度大于地球公转的向心加速度 C．根据以上条件可以求出嫦娥五号轨道器到地球中心的距离 D．根据以上条件可以求出嫦娥五号轨道器的向心力 【答案】C 【详解】AD．嫦娥五号轨道器质量未知，无法求出嫦娥五号轨道器的向心力，也无法和地球公转的向心力比较。故AD错误； B．嫦娥五号轨道器绕太阳运动的轨道半径小于地球公转的半径，又因为角速度一样，由知，嫦娥五号轨道器绕太阳运动的向心加速度小于地球公转的向心加速度。故B错误； C．嫦娥五号轨道器在点绕太阳运动运动时，由牛顿第二定律和万有引力定律得 在点绕太阳运动时，由牛顿第二定律和万有引力定律得 地球绕太阳运动时，由牛顿第二定律和万有引力定律得 又 联立解得，故C正确。 故选C。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 题型05人造卫星+宇宙速度 目录 第一部分 题型解码 高屋建瓴，掌握全局 第二部分 考向破译 微观解剖，精细教学 典例引领 方法透视 变式演练 题型01 宇宙速度 题型02 卫星运行参量的比较与运算 题型03 三种特殊的卫星 第三部分 综合巩固 整合应用，模拟实战 人造卫星与宇宙速度是高考天体物理的必考热点，常以计算题或综合题形式考查卫星运动规律及宇宙速度的应用。考点侧重万有引力提供向心力的核心公式，涉及轨道半径、线速度、角速度、周期等物理量的推导与计算；宇宙速度则聚焦第一、二、三宇宙速度的物理意义及发射、环绕、逃逸等临界条件分析。 题型01 宇宙速度 【典例】神舟二十二号飞船于北京时间2025年11月25日15时50分，成功对接于空间站天和核心舱前向端口。交会对接完成后，神舟二十二号飞船将转入组合体停靠段，后续将作为神舟二十一号航天员乘组的返回飞船。已知空间站距地面高度约为400千米，地球半径约为6400千米，地球第一宇宙速度约为7.9km/s。下列说法正确的是（　　） A．空间站运行的速度小于7.9km/s B．空间站运行的周期可能大于24小时 C．神舟二十二号飞船与空间站运行到同一轨道高度时，只需点火加速便能对接成功 D．神舟二十二号飞船与空间站对接后，加速度变大 4．宇宙速度与运动轨迹的关系 （1）v发＝7.9 km/s时，卫星绕地球做匀速圆周运动。 （2）7.9 km/s＜v发＜11.2 km/s，卫星绕地球运动的轨迹为椭圆。 （3）11.2 km/s≤v发＜16.7 km/s，卫星绕太阳做椭圆运动。 （4）v发≥16.7 km/s，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间。 【变式1】“天问一号”从地球发射后，在如图甲所示的P点沿地火转移轨道到Q点，再依次进入如图乙所示的调相轨道和停泊轨道，P、Q两点到太阳球心的距离分别为、，“天问一号”沿地火转移轨道在P点的速度为。下列关于“天问一号”说法正确的是（　　）          A．发射速度大于小于 B．从P点转移到Q点的时间大于6个月 C．“天问一号”沿地火转移轨道到Q点的速度为 D．在环绕火星的停泊轨道运行的周期比在调相轨道上小 【变式2】中国首次火星探测任务工程总设计师表示，我国将在2028年实施“天问三号”火星探测与取样返回任务。“天问三号”探测器从地球发射后第一次变轨进入地火转移轨道，逐渐远离地球，成为一颗人造行星，运行轨迹简化如图所示，Ⅰ是地球运行圆轨道，Ⅱ是地火转移椭圆轨道，Ⅲ是火星运行圆轨道，轨道Ⅰ与轨道Ⅱ相切于P点，轨道Ⅱ与轨道Ⅲ相切于Q点。则（　　） A．地球绕太阳公转速度小于火星绕太阳公转速度 B．“天问三号”的发射速度应满足 C．“天问三号”在轨道Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ上运动的全过程中，在轨道Ⅰ上P点处运行速度最大 D．Q点处，“天问三号”在轨道Ⅱ变轨到轨道Ⅲ需要向后喷气 题型02 卫星运行参量的比较与运算 【典例】在遥远恒星系统中，有行星A和B，B的半径是A的3倍，它们各自的卫星都在绕其做匀速圆周运动。如图为卫星的角速度ω与轨道半径r的图像，图中两图线纵截距的差值，忽略其他星球的引力干扰。结合图像判断选项正确的是（　　） A．行星A、B的质量之比为81：1 B．行星A、B表面的重力加速度之比为1：1 C．行星B的第一宇宙速度是A的倍 D．行星A、B的平均密度之比为1：3 卫星运行参量的理解 v、w、a、r、T五个两，任意一个量确定，其他两都确定； 轨道半径r越大，v、w、a都越小 【变式1】2025年2月28日晚在夜空上演了“七星连珠”，在地球上观测的天象示意图如图1，各行星绕太阳运动示意图如图2。行星绕太阳运动近似为匀速圆周运动，下列说法正确的是（　　） A．地球绕太阳运动的周期大于木星 B．水星绕太阳运动的角速度最小 C．若已知土星的自转周期和轨道半径，可求太阳的质量 D．“七星连珠”期间，金星和水星与太阳中心连线在相同时间内扫过面积不同 【变式2】如图所示，I为北斗卫星导航系统中的静止轨道卫星，其对地张角为2；II为地球的近地卫星。已知地球的自转周期为T0，万有引力常量为G，根据题中条件，可求出 （　　） A．卫星I的环绕速度比卫星II的环绕速度大 B．卫星Ⅱ的周期为 C．卫星I和卫星II的加速度之比为 D．地球的平均密度为 题型03 三种特殊的卫星 【典例】地球同步卫星常用于通信、气象观测、导弹预警、数据中继等方面。地球同步卫星相对地面静止不动，犹如悬在空中一样，以实现对同一地区的连续监测。下列说法正确的有（　　） A．同步卫星处于平衡状态 B．同步卫星绕地心的角速度与地球自转的角速度相同 C．同步卫星只能位于赤道上方，且高度和速率是唯一确定的 D．同步卫星的速率一定大于7.9km/s 1.地球同步卫量：相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫地球同步卫星，.同步卫星有以下"七个一定"的特点： （1）轨道平面一定：轨道平面与赤进平而共面； （2）周期一定：与地球自转周期相同，即T=24h. （3）角速度一定：地球自转的角出度相同， （4）高度一定：由，得地球同步卫星离地而的高度（h6R） （5）速率一定由 ，得同步卫星的速率 （6）向心加速度一定：由，得 ，即同步卫星的向心加速度等于轨道处的重力加速度。 （7）绕行方向一定；运行方向与地球自转方向一致， 2. 极地卫星和近地卫星 （1）极地卫星运行时每圆都经过南北两极，由于地球自转，极地卫屋可以实现全球覆盖. （2）近地卫星是在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动的卫量，其运行的轨道半径可近似认为等于地球的半径，其运行线速度约为7.0 km/s. （3）两种卫星的轨道平面一定通过地球的球心， 【变式1】我国自行研制的北斗三号卫星导航系统由3颗地球静止轨道卫星（GEO）、3颗倾斜地球同步轨道卫星（IGSO）和24颗中圆地球轨道卫星（MEO）组成，2020年已正式覆盖全球，其具有GPS系统没有的通信功能。将地球看成质量分布均匀的球体，下列说法正确的（　　） A．地球静止轨道卫星与地面上的点线速度大小相等，所以看起来是静止的 B．倾斜地球同步轨道卫星有可能保持在湖北襄阳的正上方 C．卫星运行的线速度可能大于第一宇宙速度 D．赤道上物体随地球自转的向心加速度比同步卫星向心加速度小 【变式2】有a、b、c、d四颗卫星，a还未发射，在赤道表面上随地球一起转动，b是近地轨道卫星，c是地球同步卫星，d是高空探测卫星，它们均做匀速圆周运动，各卫星排列位置如图所示。下列说法正确的是（　　） A．在相同时间内，c转过的弧长最短 B．b的向心加速度小于d的向心加速度 C．c在内转过的角度是 D．d的运动周期可能是 【变式3】2026年2月12日，我国太原卫星发射中心在广东阳江附近海域使用捷龙三号运载火箭，成功将7颗卫星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，发射任务取得圆满成功。其中“港中大一号”卫星系全球首颗面向城市可持续发展的AI大模型卫星，具备强大的智能感知与数据处理能力。“港中大一号”卫星在轨高度520千米。其做匀速圆周运动时（　　） A．速度小于第一宇宙速度 B．向心加速度大于9.8m/s2 C．周期小于近地卫星的周期 D．角速度小于地球自转的角速度 1．我国自主建设、独立运行的北斗卫星导航系统由数十颗卫星构成，目前已经向一带一路沿线国家提供相关服务。设想其中一颗人造卫星在发射过程中，原来在椭圆轨道1绕地球E运行，在P点变轨后进入轨道2做匀速圆周运动，如图所示。下列说法正确的是（　　） A．在轨道1与在轨道2运行比较，卫星在P点的加速度不同 B．在轨道1与在轨道2运行比较，卫星在P点的动量不同 C．卫星在轨道2的任何位置都具有相同加速度 D．卫星在轨道1的任何位置都具有相同动能 2．“长征七号A”运载火箭在中国文昌航天发射场点火起飞，托举“实践二十三号”卫星直冲云霄，随后卫星进入预定轨道，发射取得圆满成功。已知地球表面的重力加速度大小为g，地球的半径为R，“实践二十三号”卫星距地面的高度为h，入轨后绕地球做匀速圆周运动，该卫星的（　　） A．线速度大小为 B．角速度大小为 C．向心加速度大小为g D．周期为 3．中国自行研制的北斗导航系统目前在轨卫星总数已达数十颗，北斗系统的卫星包括地球静止轨道卫星和中圆地球轨道卫星等。如图Ⅰ是中圆地球卫星轨道，Ⅲ是地球静止卫星轨道，其轨道半径的关系为，Ⅱ是连接两个轨道的椭圆过渡轨道，、是过渡轨道与两个圆轨道的切点。以下说法正确的是（　　） A．一飞船从轨道Ⅰ过渡到轨道Ⅲ，需要在、两点向与运动方向相同的方向喷气来获得加速 B．飞船在轨道Ⅱ上运动到点时的速率要大于地球第一宇宙速度 C．同一卫星在轨道Ⅰ与轨道Ⅲ上的动能之比为 D．若已知地球的自转周期，则可算出飞船从运动到的时间 4．如图所示，、、为三颗人造地球卫星，它们的轨道平面重合，其中为近地卫星，绕地球逆时针运动（从图示角度看），、为地球同一轨道上的两颗卫星，绕地球顺时针运动（从图示角度看），已知地球的半径为，、的轨道半径为，地球表面的重力加速度为，现测得、两卫星先后通过卫星上方的时间间隔，假设三颗卫星均绕地球做匀速圆周运动，忽略地球自转的影响，则、之间的劣弧长度是（　　） A． B． C． D． 5．2025年11月14日，神舟二十号航天员乘组乘坐神舟二十一号载人飞船返回地球。如图所示，神舟二十一号飞船在圆形轨道上绕地球匀速运行，为返回地球，飞船在P点变轨进入椭圆轨道，并在近地点Q再次变轨进入大气层。下列说法正确的是（　　） A．飞船在圆形轨道上经过P点时的速度小于在椭圆轨道上经过P点时的速度 B．飞船在椭圆轨道上经过Q点时的加速度小于在圆形轨道上经过P点时的加速度 C．飞船在椭圆轨道上从P点运动到Q点的过程中，机械能守恒 D．飞船在圆形轨道上的运行周期小于在椭圆轨道上的运行周期 6．如图所示，神舟二十一号载人飞船于2025年10月31日发射，采用自主快速交会对接模式，历时3.5小时，成功与天和核心舱对接，创造了神舟飞船与中国空间站交会对接最快纪录；而早期神舟十二号对接时间为6.5小时。飞船对接前在较低的初始圆周轨道上运动，假设对接时间与飞船在初始圆周轨道上的运行周期成正比，且空间站轨道半径不变。则神舟二十一号在初始轨道上的速度与神舟十二号在初始轨道上的速度大小之比为（　　） A． B． C． D． 7．“双星系统”与“三星系统”都是宇宙中常见的天体系统，两种系统中，天体均可在万有引力的作用下绕共同的圆心做匀速圆周运动。如图分别为两种天体系统的示意图，图中五个球形天体的质量均为M，天体连心线的长度均为L，引力常量为G、“双星系统”与“三星系统”运动周期之比为（　　） A． B． C． D． 8．如图所示空间站伸出的机械臂，外端安置一微型卫星。微型卫星、空间站、地球球心在同一直线上，微型卫星与空间站同步做匀速圆周运动。忽略空间站和微型卫星之间的引力，下列说法正确的是（　　） A．微型卫星的运动周期和空间站的运动周期相同 B．微型卫星的加速度比空间站的加速度小 C．正常运行时，机械臂和微型卫星间作用力为零 D．微型卫星与机械臂连接松动，脱落后会做近心运动 9．2026年4月24日将迎来第十一个“中国航天日”，恰逢中国航天事业创建70周年，航天日主题为“七秩问天路，携手探九霄”，彰显我国“自强探索”与“携手合作”的航天精神。中国空间站作为国家太空实验室，目前已稳定在轨运行超1300天，其轨道离地高度为h。已知地球半径为R，地球表面重力加速度为g。关于空间站的运行，下列说法正确的是（　　） A．空间站向心加速度大小 B．空间站绕地球运行的速度大小 C．若空间站轨道离地高度h降低，其动能将增加 D．空间站内航天员处于完全失重状态，说明地球对空间站的万有引力为零 10．太阳和地球所在的连线上有如图所示的两个拉格朗日点、，在地球轨道内侧，在地球轨道外侧。嫦娥五号轨道器处于点，在地球和太阳共同引力作用下与地球一起同步绕太阳做匀速圆周运动。已知太阳中心到地球中心的距离为r，太阳的质量为M，地球的质量为m。不考虑其他天体的引力作用，下列说法正确的是（    ） A．嫦娥五号轨道器绕太阳运动的向心力大于地球公转的向心力 B．嫦娥五号轨道器绕太阳运动的向心加速度大于地球公转的向心加速度 C．根据以上条件可以求出嫦娥五号轨道器到地球中心的距离 D．根据以上条件可以求出嫦娥五号轨道器的向心力 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $