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第二讲 人造卫星与宇宙航行
知识梳理
1．天体(卫星)运行问题分析
将天体或卫星的运动看成匀速圆周运动，其所需向心力由万有引力提供．
2．物理量随轨道半径变化的规律
G＝
即r越大，v、ω、a越小，T越大．(越高越慢)
3．人造卫星
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．
(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)同步卫星
①轨道平面与赤道平面共面，且与地球自转的方向相同．
②周期与地球自转周期相等，T＝24 h.
③高度固定不变，h＝3.6×107 m.
④运行速率均为v＝3.1 km/s.
(3)近地卫星：轨道在地球表面附近的卫星，其轨道半径 r＝R(地球半径)，运行速度等于第一宇宙速度v＝
7.9 km/s(人造地球卫星的最大圆轨道运行速度)，T＝85 min(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．
4．宇宙速度
(1)第一宇宙速度
①第一宇宙速度又叫环绕速度，其数值为7.9 km/s。
②第一宇宙速度是物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动时的速度。
③第一宇宙速度是人造卫星的最小发射速度，也是人造卫星的最大环绕速度。④第一宇宙速度的计算方法
由G＝m得v＝；
由mg＝m得v＝．
(2)第二宇宙速度：使物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度，其数值为11.2 km/s．
(3)第三宇宙速度：使物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，其数值为16.7 km/s．
考点一、卫星运行参量的分析
1．公式中r指轨道半径，是卫星到中心天体球心的距离，R通常指中心天体的半径，有r＝R＋h.
2．同一中心天体，各行星v、ω、a、T等物理量只与r有关；不同中心天体，各行星v、ω、a、T等物理
量与中心天体质量M和r有关．
3．地球同步卫星的特点
4．卫星的各物理量随轨道半径变化的规律
例1、如图所示，a为地球赤道上的物体，b为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星，c为地球同步
卫星。关于a、b、c做匀速圆周运动的说法中正确的是( )
A．角速度的大小关系为ω＝ω>ω
a b c
B．向心加速度的大小关系为a>a>a
a b cC．线速度的大小关系为v>v>v
b c a
D．周期关系为T＝T>T
a b c
例2、(2020·江苏高考)(多选)甲、乙两颗人造卫星质量相等，均绕地球做圆周运动，甲的轨道半径是乙的 2
倍。下列应用公式进行的推论正确的有( )
A．由v＝可知，甲的速度是乙的 倍
B．由a＝ω2r可知，甲的向心加速度是乙的2倍
C．由F＝G可知，甲的向心力是乙的
D．由＝k可知，甲的周期是乙的2倍
例3、(多选)(2022·莆田4月模拟)2020年7月31日，北斗三号全球卫星导航系统正式建成开通，我国向世
界庄严宣告，中国自主建设和运营的全球卫星导航系统全面建成，成为国际上第一个将多功能融为一体的
全球卫星导航系统。北斗卫星导航系统中三个卫星的圆轨道示意图如图，其中A为地球赤道同步轨道；轨
道B为倾斜同步轨道，轨道半径与地球赤道同步轨道半径相同；轨道 C为一中地球轨道。则下列说法中正
确的是( )
A．在轨道A、B、C上运动的卫星的线速度大小关系为v ＝v <v
A B C
B．在轨道A、B上运动的卫星需要的向心力大小一定相等
C．在轨道A、C上运动的卫星周期关系为T<T
A C
D．在轨道A、B、C上运动的卫星周期的平方和轨道半径三次方的比值相等
例4、中国绕月卫星“龙江二号”是全球首个独立完成地月转移、近月制动、环月飞行的微卫星，2019年
2月4日，“龙江二号”成功拍下月球背面和地球的完整合照。已知“龙江二号”距离月球表面 h处环月
做圆周运动的周期为T，月球半径为R，万有引力常量为G，据此不可求的物理量是( )
A．“龙江二号”的质量
B．“龙江二号”的线速度大小
C．月球的质量
D．月球表面的重力加速度大小
课堂随练训练1、(2021·高考河北卷，T4)“祝融号”火星车登陆火星之前，“天问一号”探测器沿椭圆形的停泊轨道
绕火星飞行，其周期为2个火星日。假设某飞船沿圆轨道绕火星飞行，其周期也为2个火星日。已知一个
火星日的时长约为一个地球日，火星质量约为地球质量的，则该飞船的轨道半径与地球同步卫星的轨道半
径的比值约为( )
A． B．
C． D．
训练2、(2022·广东省选考模拟)如图，某中心天体的卫星a在较低轨道1上运行，该中心天体的同步卫星b
在轨道2上运行。某时刻a、b在同一直线上，已知a绕中心天体运行一个周期的时间，b第一次到达虚线
所示位置。若b的轨道半径为r，则a的轨道半径为( )
A． B．
C． D．
训练3、(2022·泰安二轮检测)2021年2月24日10时22分，我国在酒泉卫星发射中心用长征四号丙运载火
箭，成功将遥感三十一号03组卫星发射升空，卫星进入预定圆形轨道。该卫星绕地球运行示意图如图所
示，测得卫星在t时间内沿逆时针从P点运动到Q点，这段圆弧所对的圆心角为θ。已知地球的半径为R，
地球表面重力加速度为g，则这颗卫星离地球表面的高度为( )
A． B．C．－R D．－R
考点二 宇宙速度
1．第一宇宙速度的推导
方法一：由G＝m，得v＝＝ m/s≈7.9×103 m/s.
1
方法二：由mg＝m得v＝＝ m/s≈7.9×103 m/s.
1
第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度，也是人造卫星的最大环绕速度，此时它的运行周期最短，T
min
＝2π＝2π s≈5 075 s≈85 min.
2．宇宙速度与运动轨迹的关系
(1)v ＝7.9 km/s时，卫星绕地球表面做匀速圆周运动．
发
(2)7.9 km/s<v <11.2 km/s，卫星绕地球运动的轨迹为椭圆．
发
(3)11.2 km/s≤v ＜16.7 km/s，卫星绕太阳运动的轨迹为椭圆．
发
(4)v ≥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．
发
例1、(2020·北京卷，5)我国首次火星探测任务被命名为“天问一号”。已知火星质量约为地球质量的
10%，半径约为地球半径的50%，下列说法正确的是( )
A．火星探测器的发射速度应大于地球的第二宇宙速度
B．火星探测器的发射速度应介于地球的第一和第二宇宙速度之间
C．火星的第一宇宙速度大于地球的第一宇宙速度
D．火星表面的重力加速度大于地球表面的重力加速度
例2、(多选)(2021·湖南衡阳市联考)2020年11月24日，长征五号运载火箭搭载“嫦娥五号”探测器成功发
射升空并将其送入预定轨道，11月28日，“嫦娥五号”进入环月轨道飞行，12月17日凌晨，“嫦娥五
号”返回器携带月壤着陆地球。假设“嫦娥五号”环绕月球飞行时，在距月球表面高度为 h处，绕月球做
匀速圆周运动(不计周围其他天体的影响)，测出飞行周期T，已知万有引力常量G和月球半径R。则下列说
法正确的是( )
课堂随练
训练1、2019年4月10日，事件视界望远镜(EHT)项目团队发布了人类历史上的首张黑洞照片，我国科学
家也参与其中做出了巨大贡献。经典的“黑洞”理论认为，当恒星收缩到一定程度时，会变成密度非常大
的天体，这种天体的逃逸速度非常大，大到光从旁边经过时都不能逃逸，也就是其第二宇宙速度大于等于
光速，此时该天体就变成了一个黑洞。若太阳演变成一个黑洞后的密度为ρ、半径为R，设光速为c，第二
宇宙速度是第一宇宙速度的倍，引力常量为G，则ρR2的最小值是( )
A. B．
C. D．训练2、地球的近地卫星线速度大小约为8 km/s，已知月球质量约为地球质量的，地球半径约为月球半径
的4倍，下列说法正确的是( )
A．在月球上发射卫星的最小速度约为8 km/s
B．月球卫星的环绕速度可能达到4 km/s
C．月球的第一宇宙速度约为1.8 km/s
D．“近月卫星”的线速度比“近地卫星”的线速度大
考点三、卫星变轨问题
1．变轨原理（从低轨道到高轨道）
(1)为了节省能量，在赤道上顺着地球自转方向发射卫星到圆轨道Ⅰ上，如图所示．
(2)在A点(近地点)点火加速，由于速度变大，万有引力不足以提供卫星在轨道Ⅰ上做圆周运动的向心力，
卫星做离心运动进入椭圆轨道Ⅱ．
(3)在B点(远地点)再次点火加速进入圆形轨道Ⅲ．
从高轨道到低轨道变轨，上述过程加速变减速．
2．变轨过程分析
(1)速度：设卫星在圆轨道Ⅰ和Ⅲ上运行时的速率分别为 v 、v ，在轨道Ⅱ上过A点和B点时速率分别为
1 3
v 、v .在A点加速，则v >v，在B点加速，则v>v ，又因v>v，故有v >v>v>v ．
A B A 1 3 B 1 3 A 1 3 B
(2)加速度：因为在A点，卫星只受到万有引力作用，故不论从轨道Ⅰ还是轨道Ⅱ上经过A点，卫星的加速
度都相同，同理，卫星在轨道Ⅱ或轨道Ⅲ上经过B点的加速度也相同．
(3)周期：设卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道上的运行周期分别为T 、T 、T ，轨道半径分别为r 、r(半长轴)、r ，
1 2 3 1 2 3
由开普勒第三定律＝k可知T<T<T．
1 2 3
(4)机械能：在一个确定的圆(椭圆)轨道上机械能守恒．若卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道的机械能分别为 E 、E 、
1 2
E，从轨道Ⅰ到轨道Ⅱ，从轨道Ⅱ到轨道Ⅲ，都需要点火加速，则E<E<E．
3 1 2 3
例1、(多选)(2022·南平第二次质检)2020年11月24日，长征五号遥五运载火箭托举“嫦娥五号”向着月球
飞驰而去。12月17日，在闯过月面着陆、自动采样、月面起飞、月轨交会对接、再入返回等多个难关
后，历经重重考验的“嫦娥五号”返回器携带月球样品，成功返回地面。“嫦娥五号”发射到达环月轨道
的行程示意图如图，下列说法正确的是( )A．在地月转移轨道上无动力奔月时，动能不断减小
B．接近环月轨道时，需要减速才能进入环月轨道
C．“嫦娥五号”在地月转移轨道上运动的最大速度小于11.2 km/s
D．“嫦娥五号”在地球表面加速升空过程中地球引力越来越小，处于失重状态
例2、(多选)(2022·岳阳质检)“天问一号”火星探测器于2020年7月23日，在中国文昌航天发射场由长征
五号遥四运载火箭发射升空。如图所示，设地球半径为R，地球表面的重力加速度为g ，“天问一号”在
0
半径为R的近地圆形轨道 Ⅰ 上运动，到达轨道的A点时点火变轨进入椭圆轨道 Ⅱ，到达轨道 Ⅱ 的远
地点B时，再次点火进入轨道半径为4R的圆形轨道 Ⅲ，绕地球做圆周运动，设“天问一号”质量保持
不变。则( )
A．“天问一号”在轨道Ⅰ、Ⅲ上运行的周期之比为1∶8
B．“天问一号”在轨道Ⅲ上的运行速率大于
C．“天问一号”在轨道Ⅰ上的加速度小于在轨道Ⅲ上的加速度
D．“天问一号”在轨道Ⅰ上的机械能小于在轨道Ⅲ上的机械能
课堂随练
训练1、(2022·湖北八市3月联考)2021年2月，“天问一号”探测器成功实施近火制动，进入环火椭圆轨
道，并于2021年5月软着陆火星表面，开展巡视探测等工作，探测器经过多次变轨后登陆火星的轨迹示意
图如图所示，其中轨道Ⅰ、Ⅲ为椭圆，轨道Ⅱ为圆。探测器经轨道Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ运动后在 Q点登陆火星，O
点是轨道Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的切点，O、Q还分别是椭圆轨道Ⅲ的远火星点和近火星点。关于探测器，下列说法
正确的是( )A．由轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ需在O点减速
B．在轨道Ⅱ上运行的周期小于在轨道Ⅲ上运行的周期
C．在轨道Ⅱ上运行的线速度大于火星的第一宇宙速度
D．在轨道Ⅲ上，探测器运行到O点的线速度大于运行到Q点的线速度
训练2、嫦娥五号完美完成中国航天史上最复杂任务后于2020年12月17日成功返回，最终收获1731克样
本．图中椭圆轨道Ⅰ、100公里环月轨道Ⅱ及月地转移轨道Ⅲ分别为嫦娥五号从月球返回地面过程中所经
过的三个轨道示意图，下列关于嫦娥五号从月球返回过程中有关说法正确的是( )
A．在轨道Ⅱ上运行时的周期小于在轨道Ⅰ上运行时的周期
B．在轨道Ⅰ上运行时的加速度大小始终大于在轨道Ⅱ上时的加速度大小
C．在N点时嫦娥五号经过点火加速才能从Ⅱ轨道进入Ⅲ轨道返回
D．在月地转移轨道上飞行的过程中可能存在不受万有引力的瞬间
训练3、(2022·河北“五个一名校联盟”二模)如图所示为嫦娥五号着陆月球前部分轨道的简化示意图，Ⅰ
是地月转移轨道，Ⅱ、Ⅲ是绕月球运行的椭圆轨道，Ⅳ是绕月球运行的圆形轨道。P、Q分别为椭圆轨道
Ⅱ的远月点和近月点。已知圆轨道Ⅳ到月球表面的高度为h，月球半径为R，月球表面的重力加速度为g，
不考虑月球的自转，下列关于嫦娥五号的说法正确的是( )
A．由Ⅰ轨道进入Ⅱ轨道需在P点减速，由Ⅱ轨道进入Ⅲ轨道需在Q点加速
B．在Ⅱ轨道上稳定运行时经过P点的加速度大于经过Q点的加速度
C．在Ⅲ轨道上稳定运行时经过Q点的加速度等于在Ⅳ轨道上经过Q点的加速度
D．在Ⅲ轨道上绕月运行经过Q点的速度大小为
考点四、天体的“追及”问题
天体“相遇”指两天体相距最近，以地球和行星“相遇”为例(“行星冲日”)，某时刻行星与地球最近，此
时行星、地球与太阳三者共线且行星和地球的运转方向相同(图甲)，根据＝mω2r可知，地球公转的速度较
快，从初始时刻到之后“相遇”，地球与行星距离最小，三者再次共线，有两种方法可以解决问题：1．角度关系
ωt－ωt＝n·2π(n＝1、2、3…)
1 2
2．圈数关系
－＝n(n＝1、2、3…)
解得t＝(n＝1、2、3…)
同理，若两者相距最远(行星处在地球和太阳的延长线上)(图乙)，有关系式：ωt－ωt＝(2n－1)π(n＝1、2、
1 2
3…)或－＝(n＝1、2、3…)
例1、当地球位于太阳和木星之间且三者几乎排成一条直线时，称之为“木星冲日”，若2022年9月26日
出现一次“木星冲日”．已知木星与地球几乎在同一平面内沿同一方向绕太阳近似做匀速圆周运动，木星
到太阳的距离大约是地球到太阳距离的5倍．则下列说法正确的是( )
A．下一次的“木星冲日”时间肯定在2024年
B．下一次的“木星冲日”时间肯定在2023年
C．木星运行的加速度比地球的大
D．木星运行的周期比地球的小
例2、(多选)如图，在万有引力作用下，a、b两卫星在同一平面内绕某一行星c沿逆时针方向做匀速圆周运
动，已知轨道半径之比为r∶r＝1∶4，则下列说法中正确的有( )
a b
A．a、b运动的周期之比为T∶T＝1∶8
a bB．a、b运动的周期之比为T∶T＝1∶4
a b
C．从图示位置开始，在b转动一周的过程中，a、b、c共线12次
D．从图示位置开始，在b转动一周的过程中，a、b、c共线14次
课堂随练
训练1、如图所示，A、B为地球的两个轨道共面的人造卫星，运行方向相同，A为地球同步卫星，A、B卫
星的轨道半径的比值为k，地球自转周期为T ．某时刻A、B两卫星距离达到最近，从该时刻起到A、B间
0
距离最远所经历的最短时间为( )
A． B．
C． D．
训练2、(多选)如图,三个质点a、b、c的质量分别为m 、m 、M(M远大于m 及m),在万有引力作用下，
1 2 1 2
a、b在同一平面内绕c沿逆时针方向做匀速圆周运动，已知轨道半径之比为r∶r=1∶4，则下列说法中正确
a b
的是( )
A．a、b运动的周期之比为T∶T=1∶8
a b
B．a、b运动的周期之比为T∶T=1∶4
a b
C．从图示位置开始，在b转动一周的过程中，a、b、c共线12次
D．从图示位置开始，在b转动一周的过程中，a、b、c共线14次
考点五、双星或多星模型
1．双星模型
(1)定义：绕公共圆心转动的两个星体组成的系统，我们称之为双星系统．如图所示．(2)特点
①各自所需的向心力由彼此间的万有引力提供，即＝mω2r，＝mω2r.
1 1 1 2 2 2
②两颗星的周期、角速度相同，即T＝T，ω＝ω.
1 2 1 2
③两颗星的轨道半径与它们之间的距离关系为r＋r＝L.
1 2
④两颗星到圆心的距离r、r 与星体质量成反比，即＝.
1 2
⑤双星的运动周期T＝2π .
⑥双星的总质量m＋m＝.
1 2
2．多星模型
(1)定义：所研究星体的万有引力的合力提供做圆周运动的向心力，除中央星体外，各星体的角速度或周期
相同．
(2)常见的三星模型
①三颗星体位于同一直线上，两颗质量相等的环绕星围绕中央星在同一半径为R的圆形轨道上运行(如图甲
所示)．
②三颗质量均为m的星体位于等边三角形的三个顶点上(如图乙所示)．
(3)常见的四星模型
①四颗质量相等的星体位于正方形的四个顶点上，沿着外接于正方形的圆形轨道做匀速圆周运动(如图丙所
示)．
②三颗质量相等的星体始终位于正三角形的三个顶点上，另一颗位于中心 O，外围三颗星绕O做匀速圆周
运动(如图丁所示)．
例1、(2018·全国卷Ⅰ)(多选)2017年，人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波。根据科学家们
复原的过程，在两颗中子星合并前约100 s时，它们相距约400 km，绕二者连线上的某点每秒转动12圈。将两颗中子星都看作是质量均匀分布的球体，由这些数据、万有引力常量并利用牛顿力学知识，可以估算
出这一时刻两颗中子星( )
A．质量之积 B．质量之和
C．速率之和 D．各自的自转角速度
例2、(2022·东北三省三校4月第二次联考)太空中存在一些离其他恒星很远的、由四颗星体组成的四星系
统，可忽略其他星体对它们的引力作用。现有这样一种稳定运行的正三角形四星系统，四颗星分别位于某
一正三角形三个顶点和其几何中心上。四颗星质量均为 m，正三角形边长为L，引力常量为G。则下列说
法中正确的是( )
A．位于顶点的三颗星运动的角速度与它们质量的大小无关
B．该四星系统做圆周运动的半径为L
C．每个处于顶点处的星体所受向心力大小为
D．该四星系统的运动周期为2πL
例3、由三颗星体构成的系统，忽略其他星体对它们的作用，其中有一种运动形式：三颗星体在相互之间
的万有引力作用下，分别位于一等边三角形的三个顶点上，绕某一共同的圆心 O在等边三角形所在的平面
内做角速度相同的圆周运动，如图所示。已知 A星体的质量为2m，B、C两星体的质量均为m，AD为BC
边的中垂线，下列说法正确的是( )
A．圆心O在中垂线AD的中点处
B．A星体的轨道半径最大
C．A星体的线速度最大
D．A星体的加速度最大
课堂随练训练1、(2022·南京秦淮中学检测)如图，“食双星”是指在相互引力作用下绕连线上 O点做匀速圆周运
动，彼此掩食(像月亮挡住太阳)而造成亮度发生周期性变化的两颗恒星。在地球上通过望远镜观察这种双
星，视线与双星轨道共面。观测发现每隔时间T两颗恒星与望远镜共线一次，已知两颗恒星A、B间距为
d，引力常量为G，则可推算出双星的总质量为( )
A． B．
C． D．
训练2、(2022·梧州3月联考)宇宙中两颗靠得比较近的恒星，只受到彼此之间的万有引力作用互相绕转，
称之为双星系统。设某双星系统A、B绕其连线上的某固定点O点做匀速圆周运动，如图所示。若A、B两
星球到O点的距离之比为3∶1，则( )
A．星球A与星球B所受引力大小之比为1∶3
B．星球A与星球B的线速度大小之比为1∶3
C．星球A与星球B的质量之比为3∶1
D．星球A与星球B的动能之比为3∶1
训练3、(多选)如图为一种四颗星体组成的稳定系统，四颗质量均为m的星体位于边长为L的正方形四个顶
点，四颗星体在同一平面内围绕同一点做匀速圆周运动，忽略其他星体对它们的作用，引力常量为G.下列
说法中正确的是( )
A．星体做匀速圆周运动的圆心不一定是正方形的中心
B．每个星体做匀速圆周运动的角速度均为
C．若边长L和星体质量m均是原来的两倍，星体做匀速圆周运动的加速度大小是原来的两倍
D．若边长L和星体质量m均是原来的两倍，星体做匀速圆周运动的线速度大小不变 同步训练
1、(多选)地球的某卫星的工作轨道为圆轨道，轨道高度为h，运行周期为T。若还知道引力常量G和地球
半径R，仅利用以上条件能求出的是( )
A．地球表面的重力加速度
B．地球对该卫星的吸引力
C．该卫星绕地球运行的速度
D．该卫星绕地球运行的加速度
2、(多选)2019年9月23日，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭以“一箭双星”方式成功发
射第47、48颗北斗导航卫星，两颗卫星均属于“中圆地球轨道”卫星。“中圆地球轨道”卫星是指卫星轨
道距离地面高为2×103 km至2×104 km并且绕地球做匀速圆周运动的地球卫星。若第47颗北斗导航卫星
轨道距地面的高度约为1.92×104 km，已知地球半径为6400 km，地球表面重力加速度取9.8 m/s2，则下列
说法中正确的是( )
A．该卫星的发射速度应大于7.9 km/s而小于11.2 km/s
B．该卫星每天环绕地球大约运行三圈
C．该卫星环绕地球做匀速圆周运动的线速度约为4 km/s
D．该卫星环绕地球做匀速圆周运动的向心加速度约为2.45 m/s2
3、(多选)2018年12月8日发射成功的“嫦娥四号”探测器经过约110小时奔月飞行，到达月球附近，成
功实施近月制动，顺利完成“太空刹车”，被月球捕获并顺利进入环月轨道。若将过程简化如下：“嫦娥
四号”探测器从地球表面发射后，进入地月转移轨道，经过 M点时变轨进入距离月球表面100 km的圆形
轨道Ⅰ，在轨道Ⅰ上经过P点时再次变轨进入椭圆轨道Ⅱ，之后将择机在Q点着陆月球表面。下列说法正
确的是( )
A．“嫦娥四号”沿轨道Ⅱ运行时，在P点的加速度大于在Q点的加速度
B．“嫦娥四号”沿轨道Ⅱ运行的周期大于沿轨道Ⅰ运行的周期C．“嫦娥四号”在轨道Ⅰ上的运行速度小于月球的第一宇宙速度
D．“嫦娥四号”在地月转移轨道上M点的速度大于在轨道Ⅰ上M点的速度
4、(2019·全国卷Ⅲ)金星、地球和火星绕太阳的公转均可视为匀速圆周运动，它们的向心加速度大小分别
为a 、a 、a ，它们沿轨道运行的速率分别为v 、v 、v 。已知它们的轨道半径R <R <R ，由此可
金 地 火 金 地 火 金 地 火
以判定( )
A．a >a >a B．a >a >a
金 地 火 火 地 金
C．v >v >v D．v >v >v
地 火 金 火 地 金
5、(2019·江苏高考)1970年成功发射的“东方红一号”是我国第一颗人造地球卫星，该卫星至今仍沿椭圆
轨道绕地球运动。如图所示，设卫星在近地点、远地点的速度分别为 v、v，近地点到地心的距离为r，地
1 2
球质量为M，引力常量为G。则( )
A．v>v，v＝ B．v>v，v>
1 2 1 1 2 1
C．v<v，v＝ D．v<v，v>
1 2 1 1 2 1
6、2020年7月23日我国首颗火星探测器“天问一号”宇宙飞船发射成功，开启火星探测之旅。假设飞船
从“地—火轨道”到达火星近地点P短暂减速，进入轨道Ⅲ，再经过两次变轨进入圆轨道Ⅰ。轨道Ⅰ的半
径近似等于火星半径。已知万有引力常量为G。则下列说法正确的是( )
A．在P点进入轨道Ⅲ时，飞船应向后喷气
B．在轨道Ⅱ上运动时，飞船在Q点的机械能大于在P点的机械能
C．飞船在轨道Ⅱ上运动的周期大于在轨道Ⅲ上运动的周期
D．测出飞船在轨道Ⅰ上运动的周期，就可以推知火星的密度
7、(2021·全国甲卷·18)2021年2月，执行我国火星探测任务的“天问一号”探测器在成功实施三次近火制
动后，进入运行周期约为1.8×105 s的椭圆形停泊轨道，轨道与火星表面的最近距离约为2.8×105 m．已知
火星半径约为3.4×106 m，火星表面处自由落体的加速度大小约为3.7 m/s2，则“天问一号”的停泊轨道与
火星表面的最远距离约为( )A．6×105 m B．6×106 m
C．6×107 m D．6×108 m
8、如图所示，我国空间站核心舱“天和”在离地高度约为h＝400 km的圆轨道上运行期间，聂海胜等三名
宇航员在轨工作．假设“天和”做匀速圆周运动，地球半径R＝6 400 km，引力常量为G，则可知( )
A．“天和”核心舱内的宇航员不受地球引力作用
B．聂海胜在轨观看苏炳添东奥百米决赛比赛时间段内飞行路程可能超过79 km
C．考虑到h远小于R，聂海胜可以记录连续两次经过北京上空的时间间隔T，利用公式ρ＝估算地球密度
D．“天和”核心舱轨道平面内可能存在一颗与地球自转周期相同的地球卫星
9、利用三颗位置适当的地球同步卫星，可使地球赤道上任意两点之间保持无线电通讯．目前，地球同步
卫星的轨道半径约为地球半径的6.6倍．假设地球的自转周期变小，若仍仅用三颗同步卫星来实现上述目
的，则地球自转周期的最小值约为( )
A．1 h B．4 h
C．8 h D．16 h
10、如图所示，某双星系统的两星A和B各自绕其连线上的O点做匀速圆周运动，已知A星和B星的质量
分别为m 和m，相距为d.下列说法正确的是( )
1 2
A．A星的轨道半径为d
B．A星和B星的线速度之比为m∶m
1 2
C．若在O点放一个质点，它受到的合力一定为零
D．若A星所受B星的引力可等效为位于O点处质量为m′的星体对它的引力，则m′＝
11、(多选)假设在赤道平面内有一颗侦察卫星绕地球做匀速圆周运动，某一时刻恰好处在一颗同步卫星的
正下方．已知地球半径为R，同步卫星的离地高度h＝5.6R，侦察卫星的离地高度h＝0.65R，则有( )
1 2A．同步卫星和侦察卫星的线速度之比为2∶1
B．同步卫星和侦察卫星的周期之比为8∶1
C．再经过 h两颗卫星距离最远
D．再经过 h两颗卫星距离最远
12、“玉兔号”月球车与月球表面的第一次接触实现了中国人“奔月”的伟大梦想。“玉兔号”月球车在
月球表面做了一个自由下落实验，测得物体从静止自由下落h高度的时间为t，已知月球半径为R，自转周
期为T，引力常量为G。求：
(1)月球表面的重力加速度；
(2)月球的质量和月球的第一宇宙速度；
(3)月球同步卫星离月球表面的高度。
