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第 23 讲 人造卫星 宇宙速度
目录
复习目标
网络构建
考点一 不同轨道卫星参量 宇宙速度
【夯基·必备基础知识梳理】
知识点1 不同轨道卫星参量
知识点2 宇宙速度
【提升·必考题型归纳】
考向1 不同轨道卫星参量
考向2 宇宙速度
考点二 同步卫星
【夯基·必备基础知识梳理】
知识点 同步卫星的特点
【提升·必考题型归纳】
考向 同步卫星的特点应用
考点三 “三体”运动比较
【夯基·必备基础知识梳理】
知识点 近地卫星、同步卫星和赤道上物体运动的比较
【提升·必考题型归纳】
考向 近地卫星、同步卫星和赤道上物体运动的比较
真题感悟
1、掌握不同轨道卫星加速度、线速度等参量的求解。
2、掌握同步卫星的特点，并能够比较近地卫星、同步卫星和赤道上物体运动。
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学学学学学学 科科科科科科 网网网网网网 （（（（（（ 北北北北北北 京京京京京京 ）））））） 股股股股股股 份份份份份份 有有有有有有 限限限限限限 公公公公公公 司司司司司司3、会求解不同天体的第一宇宙速度。
考点要求 考题统计 考情分析
高考对这不内容的考查比较频繁，多
2023年山西卷第4题
（1）人造卫星 以选择题的形式出现，题目的背景材
2023年6月浙江卷第9题
料多为我国在航天领域取得的成就，
（2）宇宙速度
2022年天津卷第3题
比如神州飞船、天宫轨道舱等。
1.不同轨道卫星参量
不同轨道卫星参量 宇宙速度
2.宇宙速度
人造卫星 宇宙速
同步卫星 同步卫星特点
度
近地卫星 同步卫星和赤道物体参量比
“三体”运动比较
较
考点一 不同轨道卫星参量 宇宙速度
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学学学学学学 科科科科科科 网网网网网网 （（（（（（ 北北北北北北 京京京京京京 ）））））） 股股股股股股 份份份份份份 有有有有有有 限限限限限限 公公公公公公 司司司司司司知识点1 不同轨道卫星参量
G＝
知识点2 宇宙速度
（1）第一宇宙速度的推导
方法一：由G＝m得v＝
1
方法二：由mg＝m得v＝
1
第一宇宙速度是发射人造卫星的 ，也是人造卫星的 ，此时它的运行周期最短，
对于人造地球卫星而言，最小周期：T ＝2π ＝5 075 s≈85 min。
min
（2）宇宙速度与人造地球卫星运动轨迹的关系
(1)v发 ＝7.9 km/s时，卫星绕地球做 。
(2)7.9 km/s<v发 <11．2 km/s，卫星绕地球运动的轨迹为 。
(3)11．2 km/s≤v发 <16.7 km/s，卫星绕 做椭圆运动。
(4)v发 ≥16.7 km/s，卫星将挣脱 的束缚，飞到太阳系以外的空间。
考向1 不同轨道卫星参量
1．北京时间2022年8月10日12时50分，我国在太原卫星发射中心使用长征六号遥十运载火箭，成功将
吉林一号高分03D09星、云遥一号04-08星等十六颗卫星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，发射任务获
得圆满成功。如图所示，若其中的A、B两颗卫星均沿图示方向绕地球做匀速圆周运动，角速度大小分别
为 。下列判断正确的是（ ）
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学学学学学学 科科科科科科 网网网网网网 （（（（（（ 北北北北北北 京京京京京京 ）））））） 股股股股股股 份份份份份份 有有有有有有 限限限限限限 公公公公公公 司司司司司司A．A、B的轨道半径
B．A、B的线速度大小之比为
C．A、B的向心加速度大小之比为
D．A、B受到地球的万有引力大小之比
2．2020年6月15日，中国科学院宣布“墨子号”量子科学实验卫星在国际上首次实现千公里级基于纠缠
的量子密钥分发。若“墨子号”卫星绕地球在赤道平面内做匀速圆周运动，大约每90分钟绕一圈。
时刻，“墨子号”卫星A与地球静止轨道卫星B相距最远，如图所示，则（ ）
A．卫星A的轨道半径为卫星B的
B．卫星A的速度大小是卫星B的4倍
C．卫星A的向心加速度大小是卫星B的8倍
D．卫星A、B每隔48min与地心共线一次
考向2 宇宙速度
1．我国计划在 年发射“嫦娥六号”，它是嫦娥探月工程计划中嫦娥系列的第六颗人造探月卫星，主
要任务是更深层次、更加全面的科学探测月球地理、资源等方面的信息，进一步完善月球档案资料。已知
月球的半径为 ，月球表面的重力加速度为 ，引力常量为 ，嫦娥六号的质量为 ，离月球中心的距离
为 。根据以上信息可求出（ ）
A．月球的第一宇宙速度为
B．“嫦娥六号”绕月运行的动能为
C．月球的平均密度为
D．“嫦娥六号”绕月运行的周期为
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学学学学学学 科科科科科科 网网网网网网 （（（（（（ 北北北北北北 京京京京京京 ）））））） 股股股股股股 份份份份份份 有有有有有有 限限限限限限 公公公公公公 司司司司司司2．2021年2月10日，在历经近7个月的太空飞行后，我国首个火星探测器“天问一号”成功“太空刹
车”，顺利被火星捕获，进入环火星轨道。物体在万有引力场中具有的势能叫作引力势能，若取两物体相
距无穷远时的引力势能为零，一个质量为m的质点距质量为M的引力源中心为r时，其引力势能
（式中G为引力常量）。已知地球半径约为6400km，地球的第一宇宙速度为7.9km/s，火星半
径约为地球半径的 ，火星质量约为地球质量的 。则以下“天问一号”相对于火星的速度大于火星第二
宇宙速度的是（ ）
A．7.9km/s B．5.5km/s C．4.0km/s D．3.2km/s
考点二 同步卫星
知识点 同步卫星的特点
同步卫星的6个“一定”
考向 同步卫星的特点应用
1．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信。已知地球半径为
R，自转周期T，地球同步卫星离地高度约为地球半径的5.6倍，万有引力常量G，下列说法正确的是（
）
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学学学学学学 科科科科科科 网网网网网网 （（（（（（ 北北北北北北 京京京京京京 ）））））） 股股股股股股 份份份份份份 有有有有有有 限限限限限限 公公公公公公 司司司司司司A．同步卫星的运行速度大于
B．三颗同步卫星的向心加速度相同
C．据以上数据可计算地球质量约为
D．若地球自转周期变小，仍仅用三颗同步卫星实现上述目的，则地球自转的最小周期为
2．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7R
B．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
D．依题可估算出赤道上物体随地球自转的向心加速度大小约为 g
考点三 “三体”运动比较
知识点 近地卫星、同步卫星和赤道上物体运动的比较
1.如图所示，a为近地卫星，半径为r ；b为地球同步卫星，半径为r ；c为赤道上随地球自转的物体，半
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学学学学学学 科科科科科科 网网网网网网 （（（（（（ 北北北北北北 京京京京京京 ）））））） 股股股股股股 份份份份份份 有有有有有有 限限限限限限 公公公公公公 司司司司司司径为r。
3
近地卫星 同步卫星 赤道上随地球自转的物体
(r、ω、v、a) (r、ω、v、a) (r、ω、v、a)
1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3
向心力 万有引力 万有引力 万有引力的一个分力
轨道半径 r>r＝r
2 3 1
同步卫星的角速度与地球
由G＝mω2r得ω＝，故ω>ω 自转角速度相同，故ω＝
1 2 2
角速度
ω
3
ω>ω＝ω
1 2 3
由G＝m得v＝ ，故v>v 由v＝rω得v>v
1 2 2 3
线速度
v>v>v
1 2 3
向心加 由G＝ma得a＝，故a 1 >a 2 由a＝ω2r得a 2 >a 3
速度
a>a>a
1 2 3
2.各运行参量比较的两条思路
(1)绕地球运行的不同高度的卫星各运行参量大小的比较，可应用：＝m＝mω2r＝m·r＝ma，选取适当
的关系式进行比较。
(2)赤道上的物体的运行参量与其他卫星运行参量大小的比较，可先将赤道上的物体与同步卫星的运行
参量进行比较，再结合(1)中结果得出最终结论。
考向 近地卫星、同步卫星和赤道上物体运动的比较
1．在地球赤道某处有一天文观测站，观测站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 ，地球表面加速
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学学学学学学 科科科科科科 网网网网网网 （（（（（（ 北北北北北北 京京京京京京 ）））））） 股股股股股股 份份份份份份 有有有有有有 限限限限限限 公公公公公公 司司司司司司度为 ，则下列判断正确的是（ ）
A．卫星周期为 T
B．卫星轨道半径为
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
2．我国北斗卫星导航系统定位精度可达米级，如图P是纬度为 的地球表面上一点，质量相同的北
斗导航卫星A、B均绕地心O做匀速圆周运动，卫星B是地球静止轨道卫星（同步地球卫星）。某时刻
P、A、B、O在同一平面内，且O、P、A在一条直线上，OA垂直于 ， ，则
（ ）
A．卫星A、B的动能之比为4∶5 B．卫星A、B的加速度之比为25∶16
C．卫星A、B的角速度之比为 D．卫星B与地面P点的线速度之比为5∶4
1．（2023年北京卷高考真题）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 ，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（ ）
A．“夸父一号”的运行轨道平面平均每天转动的角度约为
B．“夸父一号”绕地球做圆周运动的速度大于
C．“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
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学学学学学学 科科科科科科 网网网网网网 （（（（（（ 北北北北北北 京京京京京京 ）））））） 股股股股股股 份份份份份份 有有有有有有 限限限限限限 公公公公公公 司司司司司司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
2．（2022年天津卷高考真题）2022年3月，中国空间站“天宫课堂”再次开讲，授课期间利用了我国的
中继卫是系统进行信号传输，天地通信始终高效稳定。已知空间站在距离地面400公里左右的轨道上运行，
其运动视为匀速圆周运动，中继卫星系统中某卫星是距离地面36000公里左右的地球静止轨道卫星（同步
卫星），则该卫星（ ）
A．授课期间经过天津正上空 B．加速度大于空间站的加速度
C．运行周期大于空间站的运行周期 D．运行速度大于地球的第一宇宙速度
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学学学学学学 科科科科科科 网网网网网网 （（（（（（ 北北北北北北 京京京京京京 ）））））） 股股股股股股 份份份份份份 有有有有有有 限限限限限限 公公公公公公 司司司司司司
