2025年物理新高考备考2025年（版）物理《三维设计》一轮总复习（提升版）第2讲　人造卫星　宇宙速度

第2讲人造卫星宇宙速度CONTENTS考点一01考点二0203题型拓展广度04跟踪训练·巩固提升01考点一卫星运行参量的分析1.基本公式

结论：同一中心天体的不同卫星，轨道半径r越大，v、ω、

an

，T

，即越高越慢。越小越大2.“黄金代换式”的应用

gR2

卫星运行的轨道平面一定通过地心，一般分为赤道轨道、极地轨道

和其他轨道，同步卫星的轨道是赤道轨道。3.人造卫星（1）极地卫星运行时每圈都经过南北两极，由于地球自转，极地

卫星可以实现全球覆盖。（2）地球静止卫星①轨道平面与

共面，且与地球自转的方向相

同。②周期与地球自转周期相等，T＝

⁠。③高度固定不变，h＝3.6×107m。④运行速率约为v＝3.1km/s。赤道平面24h

（3）近地卫星：轨道在

附近的卫星，其轨道半径r＝

R（地球半径），运行速度v＝7.9km/s（人造地球卫星的最大

圆轨道运行速度），T＝85min（人造地球卫星的最小周

期）。注意：近地卫星可能为极地卫星，也可能为赤道卫星。地球表面▢判断小题1.同一中心天体的两颗行星，公转半径越大，向心加速度越大。

（

×

）2.同一中心天体质量不同的两颗行星，若轨道半径相同，速率不一定

相等。

（

×

）3.近地卫星的周期最小。

（

√

）4.极地卫星通过地球两极，且始终和地球某一经线平面重合。

（

×

）5.不同的同步卫星的质量不一定相同，但离地面的高度是相同的。

（

√

）××√×√卫星运行参量与轨道半径的关系【例1】

（多选）（2023·海南高考9题）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D.飞船在1轨道加速度大于2轨道

同步卫星【例2】

（多选）我国发射的第10颗北斗导航卫星是一颗倾斜地球同步轨道卫星，该卫星的轨道平面与地球赤道平面有一定的夹角，它的运行周期是24小时。图中的“8”字是该卫星相对地面的运行轨

迹，它主要服务区域为亚太地区，已知地球半径为R，地球静止同步卫星的轨道距地面高度约为地球半径的6倍，地球表面重力加速度为g。下列说法中正确的是（

）A.该北斗卫星的轨道半径约为7RB.该北斗卫星的线速度小于赤道上物体随地球自转的线速度C.图中“8”字交点一定在赤道正上方

静止卫星、近地卫星和赤道上物体的比较【例3】

（2024·海南海口模拟）如图所示，a为放在赤道上相对地

球静止的物体，随地球自转做匀速圆周运动，b为沿地球表面附近做

匀速圆周运动的人造卫星（轨道半径约等于地球半径），c为地球的

静止卫星。下列关于a、b、c的说法中正确的是（

）A.地球静止卫星都与c在同一个轨道上，并且它们受到的万有引力大

小相等B.a、b、c做匀速圆周运动的向心加速度大小关系为aa＞ab＞acC.a物体与地球的万有引力全部提供给a物体随地球自转的向心力D.a、b、c做匀速圆周运动的周期关系为Ta＝Tc＞Tb

静止卫星、近地卫星及赤道上物体的比较如图所示，a为近地卫星，轨道半径为r1；b为地球静止卫星，轨

道半径为r2；c为赤道上随地球自转的物体，轨道半径为r3。比较项目近地卫星（r1、

ω1、v1、a1）静止卫星（r2、

ω2、v2、a2）赤道上随地球

自转的物体

（r3、ω3、v3、a3）向心力来源万有引力万有引力万有引力的一

个分力轨道半径r2＞r1＝r3角速度ω1＞ω2＝ω3线速度v1＞v2＞v3向心加速度a1＞a2＞a302考点二宇宙速度第一宇宙速度（环绕

速度）v1＝

km/s，是物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的最大环绕速度，也是人造地球卫星的

⁠发射速度第二宇宙速度（逃逸

速度）v2＝11.2km/s，是物体挣脱

⁠引力束缚的最小发射速度第三宇

宙速度v3＝16.7km/s，是物体挣脱

⁠引力束缚的最小发射速度7.9

最小地球太阳▢判断小题1.地球的第一宇宙速度的大小与地球质量有关。

（

√

）2.月球的第一宇宙速度也是7.9km/s。

（

×

）3.同步卫星的运行速度一定小于地球第一宇宙速度。

（

√

）4.若物体的发射速度大于第二宇宙速度而小于第三宇宙速度，则物体

绕太阳运行。

（

√

）√×√√

2.宇宙速度与运动轨迹的关系（1）v发＝7.9km/s时，卫星绕地球表面做匀速圆周运动。（2）7.9km/s＜v发＜11.2km/s，卫星绕地球运动的轨迹为椭圆。（3）11.2km/s≤v发＜16.7km/s，卫星绕太阳运动的轨迹为椭圆。（4）v发≥16.7km/s，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以

外的空间。A.在月球上发射卫星的最小速度约为8km/sB.月球卫星的环绕速度可能达到4km/sC.月球的第一宇宙速度约为1.8km/sD.“近月卫星”的线速度比“近地卫星”的线速度大

03题型拓展广度黑洞与瓦解问题

A.5×109kg/m3B.5×1012kg/m3C.5×1015kg/m3D.5×1018kg/m3【典例1】

2018年2月，我国500m口径射电望远镜（天眼）发现

毫秒脉冲星“J0318＋0253”，其自转周期T＝5.19ms。假设星体为

质量均匀分布的球体，已知引力常量为G＝6.67×10－11N·m2/kg2。

以周期T稳定自转的星体的密度最小值约为（

）

04跟踪训练·巩固提升1.如图，若两颗人造卫星a和b均绕地球做匀速圆周运动，a、b到地心

O的距离分别为r1、r2，线速度大小分别为v1、v2，则（

）123456789101112

1234567891011122.（2023·北京高考12题）2022年10月9日，我国综合性太阳探测卫星

“夸父一号”成功发射，实现了对太阳探测的跨越式突破。“夸父

一号”卫星绕地球做匀速圆周运动，距地面高度约为720km，运行

一圈所用时间约为100分钟。如图所示，为了随时跟踪和观测太阳

的活动，“夸父一号”在随地球绕太阳公转的过程中，需要其轨道平面始终与太阳保持固定的取向，使太阳光能照射到“夸父一号”，下列说法正确的是（

）123456789101112A.“夸父一号”的运行轨道平面平均每天转动的角度约为1°B.“夸父一号”绕地球做圆周运动的速度大于7.9km/sC.“夸父一号”绕地球做圆周运动的向心加速度大于地球表面的重力加速度D.由题干信息，根据开普勒第三定律，可求出日地间平均距离123456789101112

123456789101112

123456789101112

1234567891011124.1970年4月24日我国首次成功发射的人造卫星东方红一号，目前仍

然在椭圆轨道上运行，其轨道近地点高度约为440km，远地点高度

约为2060km；1984年4月8日成功发射的东方红二号卫星运行在赤

道上空35786km的地球同步轨道上。设东方红一号在远地点的加速

度为a1，东方红二号的加速度为a2，固定在地球赤道上的物体随地

球自转的加速度为a3，则a1、a2、a3的大小关系为（

）A.a2＞a1＞a3B.a3＞a2＞a1C.a3＞a1＞a2D.a1＞a2＞a3123456789101112

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A.0.01mB.0.1mC.1mD.10m123456789101112

1234567891011126.（2024·广东汕头统考）2023年4月11日至12日，“夸父一号”卫星

观测数据向国内外试开放，这有助于国内外太阳物理学家广泛使用

“夸父一号”卫星观测数据开展太阳物理前沿研究。如图所示，该

卫星是我国2022年10月发射升空的，它绕地球的运动可看成匀速圆

周运动，距离地球表面约720千米，运行周期约99分钟，下列说法

正确的是（

）A.“夸父一号”有可能静止在汕头市的正上方B.若已知引力常量，利用题中数据可以估算出太阳的质量C.“夸父一号”的发射速度大于第二宇宙速度D.“夸父一号”的角速度大于地球自转的角速度123456789101112

1234567891011127.（2023·浙江6月选考9题）木星的卫星中，木卫一、木卫二、木卫

三做圆周运动的周期之比为1∶2∶4。木卫三周期为T，公转轨道半

径是月球绕地球轨道半径r的n倍。月球绕地球公转周期为T0，则

（

）123456789101112

1234567891011128.在地球赤道某处有一天文观测站，观测站内一名观测员一次偶然机

会发现一颗人造卫星从观测站的正上方掠过，然后他就对这颗卫星

进行跟踪，发现这颗卫星每两天恰好有四次从观测站的正上方掠

过。若地球自转周期为T，假设卫星做匀速圆周运动且运行方向与

地球自转方向相同，地球半径为R，地球表面重力加速度为g，则下

列判断正确的是（

）C.卫星运行速度小于地球同步卫星速度D.卫星加速度小于地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度123456789101112

1234567891011129.（2023·广东高考7题）如图（a）所示，太阳系外的一颗行星P绕恒星Q做匀速圆周运动。由于P的遮挡，探测器探测到Q的亮度随时间做如图（b）所示的周期性变化，该周期与P的公转周期相同。已知Q的质量为M，引力常量为G。关于