2025年物理新高考備考2025年（版）物理《三維設(shè)計(jì)》一輪總復(fù)習(xí)（提升版）第2講　人造衛(wèi)星　宇宙速度

第2講人造衛(wèi)星宇宙速度CONTENTS考點(diǎn)一01考點(diǎn)二0203題型拓展廣度04跟蹤訓(xùn)練·鞏固提升01考點(diǎn)一衛(wèi)星運(yùn)行參量的分析1.基本公式

結(jié)論：同一中心天體的不同衛(wèi)星，軌道半徑r越大，v、ω、

an

，T

，即越高越慢。越小越大2.“黃金代換式”的應(yīng)用

gR2

衛(wèi)星運(yùn)行的軌道平面一定通過地心，一般分為赤道軌道、極地軌道

和其他軌道，同步衛(wèi)星的軌道是赤道軌道。3.人造衛(wèi)星（1）極地衛(wèi)星運(yùn)行時(shí)每圈都經(jīng)過南北兩極，由于地球自轉(zhuǎn)，極地

衛(wèi)星可以實(shí)現(xiàn)全球覆蓋。（2）地球靜止衛(wèi)星①軌道平面與

共面，且與地球自轉(zhuǎn)的方向相

同。②周期與地球自轉(zhuǎn)周期相等，T＝

?。③高度固定不變，h＝3.6×107m。④運(yùn)行速率約為v＝3.1km/s。赤道平面24h

（3）近地衛(wèi)星：軌道在

附近的衛(wèi)星，其軌道半徑r＝

R（地球半徑），運(yùn)行速度v＝7.9km/s（人造地球衛(wèi)星的最大

圓軌道運(yùn)行速度），T＝85min（人造地球衛(wèi)星的最小周

期）。注意：近地衛(wèi)星可能為極地衛(wèi)星，也可能為赤道衛(wèi)星。地球表面?判斷小題1.同一中心天體的兩顆行星，公轉(zhuǎn)半徑越大，向心加速度越大。

（

×

）2.同一中心天體質(zhì)量不同的兩顆行星，若軌道半徑相同，速率不一定

相等。

（

×

）3.近地衛(wèi)星的周期最小。

（

√

）4.極地衛(wèi)星通過地球兩極，且始終和地球某一經(jīng)線平面重合。

（

×

）5.不同的同步衛(wèi)星的質(zhì)量不一定相同，但離地面的高度是相同的。

（

√

）××√×√衛(wèi)星運(yùn)行參量與軌道半徑的關(guān)系【例1】

（多選）（2023·海南高考9題）如圖所示，1、2軌道分別

是天宮二號飛船在變軌前后的軌道，下列說法正確的是（

）A.飛船從1軌道變到2軌道要點(diǎn)火加速B.飛船在1軌道周期大于2軌道周期C.飛船在1軌道速度大于2軌道D.飛船在1軌道加速度大于2軌道

同步衛(wèi)星【例2】

（多選）我國發(fā)射的第10顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星是一顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星，該衛(wèi)星的軌道平面與地球赤道平面有一定的夾角，它的運(yùn)行周期是24小時(shí)。圖中的“8”字是該衛(wèi)星相對地面的運(yùn)行軌

跡，它主要服務(wù)區(qū)域?yàn)閬喬貐^(qū)，已知地球半徑為R，地球靜止同步衛(wèi)星的軌道距地面高度約為地球半徑的6倍，地球表面重力加速度為g。下列說法中正確的是（

）A.該北斗衛(wèi)星的軌道半徑約為7RB.該北斗衛(wèi)星的線速度小于赤道上物體隨地球自轉(zhuǎn)的線速度C.圖中“8”字交點(diǎn)一定在赤道正上方

靜止衛(wèi)星、近地衛(wèi)星和赤道上物體的比較【例3】

（2024·海南?？谀M）如圖所示，a為放在赤道上相對地

球靜止的物體，隨地球自轉(zhuǎn)做勻速圓周運(yùn)動，b為沿地球表面附近做

勻速圓周運(yùn)動的人造衛(wèi)星（軌道半徑約等于地球半徑），c為地球的

靜止衛(wèi)星。下列關(guān)于a、b、c的說法中正確的是（

）A.地球靜止衛(wèi)星都與c在同一個(gè)軌道上，并且它們受到的萬有引力大

小相等B.a、b、c做勻速圓周運(yùn)動的向心加速度大小關(guān)系為aa＞ab＞acC.a物體與地球的萬有引力全部提供給a物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心力D.a、b、c做勻速圓周運(yùn)動的周期關(guān)系為Ta＝Tc＞Tb

靜止衛(wèi)星、近地衛(wèi)星及赤道上物體的比較如圖所示，a為近地衛(wèi)星，軌道半徑為r1；b為地球靜止衛(wèi)星，軌

道半徑為r2；c為赤道上隨地球自轉(zhuǎn)的物體，軌道半徑為r3。比較項(xiàng)目近地衛(wèi)星（r1、

ω1、v1、a1）靜止衛(wèi)星（r2、

ω2、v2、a2）赤道上隨地球

自轉(zhuǎn)的物體

（r3、ω3、v3、a3）向心力來源萬有引力萬有引力萬有引力的一

個(gè)分力軌道半徑r2＞r1＝r3角速度ω1＞ω2＝ω3線速度v1＞v2＞v3向心加速度a1＞a2＞a302考點(diǎn)二宇宙速度第一宇宙速度（環(huán)繞

速度）v1＝

km/s，是物體在地球附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動的最大環(huán)繞速度，也是人造地球衛(wèi)星的

?發(fā)射速度第二宇宙速度（逃逸

速度）v2＝11.2km/s，是物體掙脫

?引力束縛的最小發(fā)射速度第三宇

宙速度v3＝16.7km/s，是物體掙脫

?引力束縛的最小發(fā)射速度7.9

最小地球太陽?判斷小題1.地球的第一宇宙速度的大小與地球質(zhì)量有關(guān)。

（

√

）2.月球的第一宇宙速度也是7.9km/s。

（

×

）3.同步衛(wèi)星的運(yùn)行速度一定小于地球第一宇宙速度。

（

√

）4.若物體的發(fā)射速度大于第二宇宙速度而小于第三宇宙速度，則物體

繞太陽運(yùn)行。

（

√

）√×√√

2.宇宙速度與運(yùn)動軌跡的關(guān)系（1）v發(fā)＝7.9km/s時(shí)，衛(wèi)星繞地球表面做勻速圓周運(yùn)動。（2）7.9km/s＜v發(fā)＜11.2km/s，衛(wèi)星繞地球運(yùn)動的軌跡為橢圓。（3）11.2km/s≤v發(fā)＜16.7km/s，衛(wèi)星繞太陽運(yùn)動的軌跡為橢圓。（4）v發(fā)≥16.7km/s，衛(wèi)星將掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系以

外的空間。A.在月球上發(fā)射衛(wèi)星的最小速度約為8km/sB.月球衛(wèi)星的環(huán)繞速度可能達(dá)到4km/sC.月球的第一宇宙速度約為1.8km/sD.“近月衛(wèi)星”的線速度比“近地衛(wèi)星”的線速度大

03題型拓展廣度黑洞與瓦解問題

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

2018年2月，我國500m口徑射電望遠(yuǎn)鏡（天眼）發(fā)現(xiàn)

毫秒脈沖星“J0318＋0253”，其自轉(zhuǎn)周期T＝5.19ms。假設(shè)星體為

質(zhì)量均勻分布的球體，已知引力常量為G＝6.67×10－11N·m2/kg2。

以周期T穩(wěn)定自轉(zhuǎn)的星體的密度最小值約為（

）

04跟蹤訓(xùn)練·鞏固提升1.如圖，若兩顆人造衛(wèi)星a和b均繞地球做勻速圓周運(yùn)動，a、b到地心

O的距離分別為r1、r2，線速度大小分別為v1、v2，則（

）123456789101112

1234567891011122.（2023·北京高考12題）2022年10月9日，我國綜合性太陽探測衛(wèi)星

“夸父一號”成功發(fā)射，實(shí)現(xiàn)了對太陽探測的跨越式突破。“夸父

一號”衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動，距地面高度約為720km，運(yùn)行

一圈所用時(shí)間約為100分鐘。如圖所示，為了隨時(shí)跟蹤和觀測太陽

的活動，“夸父一號”在隨地球繞太陽公轉(zhuǎn)的過程中，需要其軌道平面始終與太陽保持固定的取向，使太陽光能照射到“夸父一號”，下列說法正確的是（

）123456789101112A.“夸父一號”的運(yùn)行軌道平面平均每天轉(zhuǎn)動的角度約為1°B.“夸父一號”繞地球做圓周運(yùn)動的速度大于7.9km/sC.“夸父一號”繞地球做圓周運(yùn)動的向心加速度大于地球表面的重力加速度D.由題干信息，根據(jù)開普勒第三定律，可求出日地間平均距離123456789101112

123456789101112

123456789101112

1234567891011124.1970年4月24日我國首次成功發(fā)射的人造衛(wèi)星東方紅一號，目前仍

然在橢圓軌道上運(yùn)行，其軌道近地點(diǎn)高度約為440km，遠(yuǎn)地點(diǎn)高度

約為2060km；1984年4月8日成功發(fā)射的東方紅二號衛(wèi)星運(yùn)行在赤

道上空35786km的地球同步軌道上。設(shè)東方紅一號在遠(yuǎn)地點(diǎn)的加速

度為a1，東方紅二號的加速度為a2，固定在地球赤道上的物體隨地

球自轉(zhuǎn)的加速度為a3，則a1、a2、a3的大小關(guān)系為（

）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·廣東汕頭統(tǒng)考）2023年4月11日至12日，“夸父一號”衛(wèi)星

觀測數(shù)據(jù)向國內(nèi)外試開放，這有助于國內(nèi)外太陽物理學(xué)家廣泛使用

“夸父一號”衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)開展太陽物理前沿研究。如圖所示，該

衛(wèi)星是我國2022年10月發(fā)射升空的，它繞地球的運(yùn)動可看成勻速圓

周運(yùn)動，距離地球表面約720千米，運(yùn)行周期約99分鐘，下列說法

正確的是（

）A.“夸父一號”有可能靜止在汕頭市的正上方B.若已知引力常量，利用題中數(shù)據(jù)可以估算出太陽的質(zhì)量C.“夸父一號”的發(fā)射速度大于第二宇宙速度D.“夸父一號”的角速度大于地球自轉(zhuǎn)的角速度123456789101112

1234567891011127.（2023·浙江6月選考9題）木星的衛(wèi)星中，木衛(wèi)一、木衛(wèi)二、木衛(wèi)

三做圓周運(yùn)動的周期之比為1∶2∶4。木衛(wèi)三周期為T，公轉(zhuǎn)軌道半

徑是月球繞地球軌道半徑r的n倍。月球繞地球公轉(zhuǎn)周期為T0，則

（

）123456789101112

1234567891011128.在地球赤道某處有一天文觀測站，觀測站內(nèi)一名觀測員一次偶然機(jī)

會發(fā)現(xiàn)一顆人造衛(wèi)星從觀測站的正上方掠過，然后他就對這顆衛(wèi)星

進(jìn)行跟蹤，發(fā)現(xiàn)這顆衛(wèi)星每兩天恰好有四次從觀測站的正上方掠

過。若地球自轉(zhuǎn)周期為T，假設(shè)衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動且運(yùn)行方向與

地球自轉(zhuǎn)方向相同，地球半徑為R，地球表面重力加速度為g，則下

列判斷正確的是（

）C.衛(wèi)星運(yùn)行速度小于地球同步衛(wèi)星速度D.衛(wèi)星加速度小于地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度123456789101112

1234567891011129.（2023·廣東高考7題）如圖（a）所示，太陽系外的一顆行星P繞恒星Q做勻速圓周運(yùn)動。由于P的遮擋，探測器探測到Q的亮度隨時(shí)間做如圖（b）所示的周期性變化，該周期與P的公轉(zhuǎn)周期相同。已知Q的質(zhì)量為M，引力常量為G。關(guān)于