第13讲 人造卫星与宇宙速度 课后分层作业基础版专项训练-2027届新高考高三物理第一轮复习

**基本信息** 聚焦人造卫星与宇宙速度，通过分层题型训练，结合航天案例，以万有引力定律为核心推导卫星参量关系，强化物理观念与科学推理。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |卫星运行参量分析|3题|万有引力提供向心力推导v、a、T与r关系|从万有引力公式出发，建立轨道半径与运动参量的定量关系| |同步卫星|3题|结合地球自转周期分析轨道特性|联系地球自转周期，推导同步卫星轨道高度等特有属性| |宇宙速度|2题|利用表面重力加速度或万有引力公式计算|从第一宇宙速度定义出发，推导不同天体表面环绕速度|

2027届新高考高三第一轮复习 高三物理备课组 新课标 · 新高考2027届高三第一轮复习 复习课后分层作业 第13讲 人造卫生与宇宙速度 （基础版：专门面向物理基础较弱学生、艺体生的练习） 班级：_________ 学号：_________ 姓名：_________ 分数：_________ ❀ 重知识 · 牢地基 ❀ 1. 2. ❀ 夯基础 · 保本科 ❀ 题型1　卫星运行参量的分析 1.(2026·贵州毕节模拟)2025年1月7日,实践二十五号卫星在西昌卫星发射中心发射成功,并在离地36 000 km高空的圆轨道为北斗G7卫星加注142公斤燃料,完成人类首次太空卫星燃料补加及延寿服务。若加注燃料前后G7卫星的轨道半径不变,则(　　) A.加注燃料时,实践二十五号卫星的线速度大于7.9 km/s B.加注燃料时,实践二十五号与G7卫星处于平衡状态 C.加注燃料后,G7卫星质量增大,线速度大小不变 D.加注燃料后,G7卫星质量增大,加速度减小 答案　C 解析　第一宇宙速度是人造卫星的最小发射速度,是最大环绕速度,所以实践二十五号卫星的线速度小于7.9 km/s,A错误;在加注燃料时,两卫星相对静止,均处于失重状态,并非平衡状态,B错误;根据G=ma=m,解得v=,a=,可知加注燃料后,G7卫星质量增加,轨道半径不变,线速度和加速度大小均不变,C正确,D错误。 2.(2026·湖南怀化模拟)2025年3月我国科学家通过研究嫦娥六号采回的月球背面月壤样品,取得重大突破,对理解月球乃至太阳系早期演化具有重大科学意义,嫦娥六号任务圆满成功。假设嫦娥六号绕某一中心天体运动的圆轨道半径减为原来的一半,则嫦娥六号(　　) A.向心加速度变为原来的2倍 B.线速度变为原来的2倍 C.运动周期变为原来的倍 D.所受万有引力变为原来的倍 答案　C 解析　根据G=ma,解得a=,可知向心加速度变为原来的4倍,故A错误;根据=m,可得v=,可知线速度变为原来的倍,故B错误;根据G=m()2r,可得T=2π,可知运动周期变为原来的倍,故C正确;根据F=G,嫦娥六号所受万有引力变为原来的4倍,故D错误。 3.(2026·河北邯郸名校联考)两行星A和B各有一颗卫星a和b,卫星的圆轨道接近各自行星表面,如果两行星质量之比MA∶MB=3∶1,两行星半径之比RA∶RB=1∶3,则两个卫星周期之比TA∶TB为(　　) A.1∶27 B.1∶9 C.27∶1 D.9∶1 答案　B 解析　卫星绕行星做圆周运动时,由万有引力提供向心力,则有G=mR,解得 T=2π,因此两卫星周期之比为TA∶TB==1∶9,故B正确。 题型2　同步卫星 4.(2026·山西大同模拟)研究发现,地球自转速率在近几年出现了反常的加快趋势,导致一天的时长比标准的24小时略短。不考虑其他变化,则由于地球自转速率的加快可能带来的影响是(　　) A.地球赤道上的物体受到的重力变小 B.地球同步卫星的轨道高度变大 C.地球的第一宇宙速度变小 D.月球的公转周期变大 答案　A 解析　处于地球赤道上的物体,由牛顿第二定律得G-mg=m,可知地球的自转速率加快,物体需要的向心力变大,重力将变小,A正确;对地球同步卫星有G=m(R+h),地球的自转速率加快,自转周期变小,故轨道高度变小,B错误;设地球第一宇宙速度为v1,有G=m,解得v1=,可知与地球自转无关;C错误;设月球绕地球做匀速圆周运动的周期为T月,月地距离为r,有G=mr,得T月=2πr,与地球自转无关,D错误。 5.(2026·山东青岛模拟)我国高分十二号05星运行轨道高度为600 km,地球同步轨道卫星高度为35 600 km,地球半径为6 400 km。关于05星,下列说法正确的是(　　) A.运行周期为40 min B.发射速度大于11.2 km/s C.能始终定点在地球表面某位置正上方 D.与同步轨道卫星运行线速度之比为∶1 答案　A 解析　根据开普勒第三定律得=,解得T=40min,A正确;若发射速度大于11.2 km/s,卫星将飞出地球,所以发射速度小于11.2 km/s,B错误;05星运行周期小于24 h,不能始终定点在地球表面某位置正上方,C错误;根据牛顿第二定律得G=m,解得v=,与同步轨道卫星运行线速度之比为v1∶v2=∶=∶1,D错误。 6.(2026·广东广州期中)四颗地球卫星a、b、c、d的排列位置如图所示,其中,a是静止在地球赤道上还未发射的卫星,b是近地轨道卫星,c是地球同步卫星,d是高空探测卫星,四颗卫星相比较(　　) A.a的向心加速度最大 B.b的线速度最大 C.c相对于b静止 D.d的运动周期可能是23 h 答案　B 解析　根据同步卫星的周期与地球自转周期相同,角速度相同,可知a与c的角速度相同,根据a=ω2r,可知ac>aa,又根据G=ma,可知ab>ac>ad,即b的向心加速度最大,A错误;对于a、c卫星,根据v=ωr,可知vc>va,对于b、c、d三颗卫星,由G=m,可得v=,有va>vc>vd,所以b的线速度最大,B正确;b是近地轨道卫星,c是地球同步卫星,c相对于地面静止,近地轨道卫星相对于地面运动,所以c相对于b运动,C错误;由开普勒第三定律=k,可知Tc<Td,所以d的运动周期大于c的运动周期24 h,D错误。 题型3　宇宙速度 7.(2026·江苏南通模拟)已知地球的质量约是月球的81倍,地球的半径约是月球的4倍,则嫦娥六号探测器在月球表面附近绕月球做匀速圆周运动的速率约为地球第一宇宙速度的(　　) A. B. C. D. 答案　A 解析　第一宇宙速度等于卫星绕中心天体表面做匀速圆周运动的线速度,则有G=m,解得v=,故v月=v地=v地,故A正确。 8.2025年1月21日,神舟十九号乘组三位航天员密切协同,圆满完成出舱活动并安全返回问天实验舱。若问天实验舱与卫星A均绕地球做匀速圆周运动,B为地球表面赤道上一点,如图所示,已知卫星A的轨道半径小于地球同步静止卫星的轨道半径,则下列说法正确的是(　　) A.卫星A的线速度比B点的线速度大 B.卫星A的线速度比问天实验舱的线速度大 C.B的线速度大小与第一宇宙速度相等 D.问天实验舱的线速度比第一宇宙速度大 答案　A 解析　由牛顿第二定律有G=m,解得v=,由于卫星A的半径小于地球同步静止卫星的半径,故A的线速度比同步静止卫星线速度大;B点位于地球赤道上,故角速度与地球自转角速度即同步静止卫星角速度相等,根据v=ωr可知同步静止卫星线速度大于B点的线速度,故卫星A的线速度比B点的线速度大;同理,A的线速度小于问天实验舱的线速度,问天实验舱的线速度小于第一宇宙速度(近地卫星的环绕速度),故A正确,B、C、D错误。 ❀ 提能力 · 冲211 ❀ 9.(2026·重庆育才中学模拟)2025年4月24日,长征二号F遥二十运载火箭发射成功,完成了中国载人航天史上的第六次“太空会师”。空间站绕地球的运动可以看作匀速圆周运动,已知空间站离地面高度为h(约为400 km),地球半径为R(约为6 400 km),地球表面的重力加速度为g,引力常量为G,则(　　) A.悬浮在空间站内的物体,不受重力的作用 B.根据已知信息可以求得地球的平均密度为 C.空间站运行的线速度与第一宇宙速度之比约为4∶ D.空间站的向心加速度小于赤道上物体随地球自转的向心加速度 答案　C 解析　悬浮在空间站内的物体,受万有引力作用,即受到重力作用,A错误;地球的平均密度为ρ=,在地面附近,万有引力等于重力,,有G=mg,联立解得ρ=,B错误;根据万有引力提供向心力,有G=m,解得v=,所以空间站运行的线速度与第一宇宙速度之比约为===,C正确;根据万有引力提供向心力,结合牛顿第二定律,则有G=ma,解得a=,由于空间站的轨道半径小于静止卫星的轨道半径,所以空间站的向心加速度大于静止卫星的向心加速度,而赤道上物体随地球自转的角速度与静止卫星的角速度相等,根据a=ω2r可知,静止卫星的向心加速度大于赤道上物体的向心加速度,所以空间站的向心加速度大于赤道上物体随地球自转的向心加速度,D错误。 10.(2026·湖南长沙模拟)嫦娥七号探测器计划于2026年前后发射,准备在月球南极登陆,登陆月球前假设探测器在离月球表面高度等于月球半径的轨道上绕月球做周期为T的匀速圆周运动。已知引力常量为G,地球和月球质量之比约为81∶1,半径之比约为4∶1。下列说法正确的是(　　) A.根据题中所给的信息可求出月球的质量 B.探测器在地球上的发射速度要大于11.2 km/s C.探测器在月球表面运动周期为T D.月球表面与地球表面的重力加速度之比为2∶9 答案　C 解析　探测器轨道半径r=2由万有引力提供向心力,有G=mr,解得M月=,因R月未知,所以无法直接求出M月,故A错误;11.2 km/s为地球第二宇宙速度(脱离地球引力),探测器在月球轨道仍受到地球引力,因此其发射速度小于11.2 km/s,故B错误;原轨道半径r=2R月,周期为T。月球表面轨道半径r'=R月,由开普勒第三定律=,解得T'==T,故C正确;在星球表面,根据G=mg,可得重力加速度g=,月球表面与地球表面的重力加速度之比为=·=×42=,故D错误。 11.(2025·河北卷,7)随着我国航天事业飞速发展,人们畅想研制一种核聚变能源星际飞行器。从某星球表面发射的星际飞行器在飞行过程中只考虑该星球引力,不考虑自转,该星球可视为质量分布均匀的球体,半径为R0,表面重力加速度为g0。质量为m的飞行器与星球中心距离为r时,引力势能为mg0(r≥R0)。要使飞行器在距星球表面高度为R0的轨道上做匀速圆周运动,则发射初速度为(　　) A. B. C. D. 答案　B 解析　根据万有引力提供向心力有G=m,在星球表面有G=m'g0,联立解得v2=,飞行器的动能为Ek=mv2=mg0R0;由题意知飞行器的引力势能为Ep=mg0=mg0R0,根据机械能守恒定律,有m=Ep+Ek,联立解得v0=,故B正确。 第 2 页 共 8 页 第 1 页 共 8 页 学科网（北京）股份有限公司 $2027届新高考高三第一轮复习 高三物理备课组 新课标 · 新高考2027届高三第一轮复习 复习课后分层作业 第13讲 人造卫生与宇宙速度 （基础版：专门面向物理基础较弱学生、艺体生的练习） 班级：_________ 学号：_________ 姓名：_________ 分数：_________ ❀ 重知识 · 牢地基 ❀ 1. 2. ❀ 夯基础 · 保本科 ❀ 题型1　卫星运行参量的分析 1.(2026·贵州毕节模拟)2025年1月7日,实践二十五号卫星在西昌卫星发射中心发射成功,并在离地36 000 km高空的圆轨道为北斗G7卫星加注142公斤燃料,完成人类首次太空卫星燃料补加及延寿服务。若加注燃料前后G7卫星的轨道半径不变,则(　　) A.加注燃料时,实践二十五号卫星的线速度大于7.9 km/s B.加注燃料时,实践二十五号与G7卫星处于平衡状态 C.加注燃料后,G7卫星质量增大,线速度大小不变 D.加注燃料后,G7卫星质量增大,加速度减小 2.(2026·湖南怀化模拟)2025年3月我国科学家通过研究嫦娥六号采回的月球背面月壤样品,取得重大突破,对理解月球乃至太阳系早期演化具有重大科学意义,嫦娥六号任务圆满成功。假设嫦娥六号绕某一中心天体运动的圆轨道半径减为原来的一半,则嫦娥六号(　　) A.向心加速度变为原来的2倍 B.线速度变为原来的2倍 C.运动周期变为原来的倍 D.所受万有引力变为原来的倍 3.(2026·河北邯郸名校联考)两行星A和B各有一颗卫星a和b,卫星的圆轨道接近各自行星表面,如果两行星质量之比MA∶MB=3∶1,两行星半径之比RA∶RB=1∶3,则两个卫星周期之比TA∶TB为(　　) A.1∶27 B.1∶9 C.27∶1 D.9∶1 题型2　同步卫星 4.(2026·山西大同模拟)研究发现,地球自转速率在近几年出现了反常的加快趋势,导致一天的时长比标准的24小时略短。不考虑其他变化,则由于地球自转速率的加快可能带来的影响是(　　) A.地球赤道上的物体受到的重力变小 B.地球同步卫星的轨道高度变大 C.地球的第一宇宙速度变小 D.月球的公转周期变大 5.(2026·山东青岛模拟)我国高分十二号05星运行轨道高度为600 km,地球同步轨道卫星高度为35 600 km,地球半径为6 400 km。关于05星,下列说法正确的是(　　) A.运行周期为40 min B.发射速度大于11.2 km/s C.能始终定点在地球表面某位置正上方 D.与同步轨道卫星运行线速度之比为∶1 6.(2026·广东广州期中)四颗地球卫星a、b、c、d的排列位置如图所示,其中,a是静止在地球赤道上还未发射的卫星,b是近地轨道卫星,c是地球同步卫星,d是高空探测卫星,四颗卫星相比较(　　) A.a的向心加速度最大 B.b的线速度最大 C.c相对于b静止 D.d的运动周期可能是23 h 题型3　宇宙速度 7.(2026·江苏南通模拟)已知地球的质量约是月球的81倍,地球的半径约是月球的4倍,则嫦娥六号探测器在月球表面附近绕月球做匀速圆周运动的速率约为地球第一宇宙速度的(　　) A. B. C. D. 答案　A 解析　第一宇宙速度等于卫星绕中心天体表面做匀速圆周运动的线速度,则有G=m,解得v=,故v月=v地=v地,故A正确。 8.2025年1月21日,神舟十九号乘组三位航天员密切协同,圆满完成出舱活动并安全返回问天实验舱。若问天实验舱与卫星A均绕地球做匀速圆周运动,B为地球表面赤道上一点,如图所示,已知卫星A的轨道半径小于地球同步静止卫星的轨道半径,则下列说法正确的是(　　) A.卫星A的线速度比B点的线速度大 B.卫星A的线速度比问天实验舱的线速度大 C.B的线速度大小与第一宇宙速度相等 D.问天实验舱的线速度比第一宇宙速度大 ❀ 提能力 · 冲211 ❀ 9.(2026·重庆育才中学模拟)2025年4月24日,长征二号F遥二十运载火箭发射成功,完成了中国载人航天史上的第六次“太空会师”。空间站绕地球的运动可以看作匀速圆周运动,已知空间站离地面高度为h(约为400 km),地球半径为R(约为6 400 km),地球表面的重力加速度为g,引力常量为G,则(　　) A.悬浮在空间站内的物体,不受重力的作用 B.根据已知信息可以求得地球的平均密度为 C.空间站运行的线速度与第一宇宙速度之比约为4∶ D.空间站的向心加速度小于赤道上物体随地球自转的向心加速度 10.(2026·湖南长沙模拟)嫦娥七号探测器计划于2026年前后发射,准备在月球南极登陆,登陆月球前假设探测器在离月球表面高度等于月球半径的轨道上绕月球做周期为T的匀速圆周运动。已知引力常量为G,地球和月球质量之比约为81∶1,半径之比约为4∶1。下列说法正确的是(　　) A.根据题中所给的信息可求出月球的质量 B.探测器在地球上的发射速度要大于11.2 km/s C.探测器在月球表面运动周期为T D.月球表面与地球表面的重力加速度之比为2∶9 11.(2025·河北卷,7)随着我国航天事业飞速发展,人们畅想研制一种核聚变能源星际飞行器。从某星球表面发射的星际飞行器在飞行过程中只考虑该星球引力,不考虑自转,该星球可视为质量分布均匀的球体,半径为R0,表面重力加速度为g0。质量为m的飞行器与星球中心距离为r时,引力势能为mg0(r≥R0)。要使飞行器在距星球表面高度为R0的轨道上做匀速圆周运动,则发射初速度为(　　) A. B. C. D. 第 2 页 共 8 页 第 1 页 共 8 页 学科网（北京）股份有限公司 $