文档文本内容
第24 讲 人造卫星 宇宙速度
（专项训练）
目 录
模拟·基础演练.......................................................................................................................................1
题型01 人造卫星运行特点及规律...........................................................................................1
题型02 宇宙速度.......................................................................................................................5
题型03 地球同步卫星、近地卫星和赤道上物体的比较.......................................................6
重难·创新演练.....................................................................................................................................10
真题·实战演练.....................................................................................................................................13
模拟·基础演练
考查重点：星运动的特点/变轨
⏳题型01 人造卫星运行特点及规律
1．（2026·湖南·一模）如图为卫星的发射过程，发射后先在近地轨道①上做匀速圆周运动，再经过椭圆轨
道②后，最终到达预定轨道③上，已知③轨道高度低于同步卫星轨道，下列说法正确的是（ ）
A．卫星在轨道①上运行的速度大于地球的第一宇宙速度
B．卫星从轨道②上的P 点运动到Q 点过程中万有引力做正功
C．卫星在轨道②上P 点的速度小于在轨道①上P 点的速度
D．卫星在轨道②上的运行周期小于24h
2.（多选）（2026·河南·三模）2026 年3 月27 日12 时11 分，我国在酒泉卫星发射中心使用长征二号
丙运载火箭，成功将试验三十三号卫星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，发射任务取得圆满成功。如图
所示，试验三十三号卫星Ⅰ的对地张角为2θ，运动周期为T；卫星Ⅱ为地球的近地卫星，引力常量为G，
地球可视为质量分布均匀的球体，下列说法正确的是（）
A．近地卫星Ⅱ的环绕周期为T sinθ ❑√sinθ
B．近地卫星Ⅱ的环绕周期为
C．地球的平均密度为3 π sin
3θ
GT
2
D．地球的平均密度为
3 π
GT
2sin
3θ
3（2026·甘肃武威·模拟预测）2030 年前后我国将发射天问三号探测器，开展火星采样返回任务。如图所示，
要顺利实现登陆火星的计划，地球、火星必须处于特定的位置才能够发射探测器，且探测器消耗的能量最
小，我们称之为发射窗口期。即探测器从地球轨道进入地火转移轨道后，沿地火转移轨道到达火星轨道时，
火星也刚好运动到附近。地火转移轨道近日点P与地球轨道相切，远日点Q与火星轨道相切。已知地球和
火星绕太阳运动均可视为匀速圆周运动，地球和太阳平均距离为1 个天文单位（Au），火星和太阳平均距
离为1.5 个天文单位，地球绕太阳运动的周期为365 天，❑√5=2.2，则（ ）
A．探测器在P点的速度小于11.2km / s
B．每年都会出现一次发射窗口期
C．地球、火星绕太阳运动的速度之比为3
2
D．地火转移轨道上从P点转移到Q点的时间约250 天
4.（2026·河北沧州·三模）2026 年3 月26 日，我国在太原卫星发射中心用长征二号丁火箭，成功将四
维高景二号05、06 星送入预定轨道，卫星在距地面高度为h 的圆轨道上稳定运行，为国土测绘、应急减灾
提供服务。已知地球质量为M，地球半径为R，引力常量为G，忽略地球自转影响。关于该卫星在轨运行，
下列说法正确的是（）
A．卫星的线速度大于第一宇宙速度
B．卫星的向心加速度等于地球表面的重力加速度
C．卫星运行的周期T =2π
❑√
(R+h)
3
GM
D．若某一时刻卫星速度突然增大，则卫星将做近心运动
5.（2026·江苏·期末）图甲所示的“轨道康复者”航天器可在太空中给“垃圾”卫星补充能源，延长
卫星的使用寿命。图乙是“轨道康复者”在某次拯救一颗地球同步卫星前，二者在同一平面内沿相同绕行
方向绕地球做匀速圆周运动的示意图，此时二者的连线通过地心、轨道半径之比为1∶4。若不考虑卫星与
“轨道康复者”之间的引力，则下列说法正确的是（）
A．在图示轨道上，“轨道康复者”的速度大于7.9km/s
B．同步卫星的向心加速度小于地球表面附近的重力加速度
C．在图示轨道上，“轨道康复者”的加速度大小是地球同步卫星的4 倍
D．在图示轨道上，“轨道康复者”的周期为3h，再过3h 两卫星连线再次过地心
⏳题型02 宇宙速度
6.（2026·湖南长沙·二模）日—地拉格朗日点是天体力学中极其特殊的位置，在这些点上，小天体在太阳
和地球引力的共同作用下，相对于太阳和地球基本保持静止，在日地系统中共存在五个这样的点，如图所
示。我国发射的首颗太阳探测卫星“羲和号”就运行在日地
点附近（可视为在
点）。已知“羲和号”
卫星、地球均绕太阳做匀速圆周运动（轨道视为在同一平面内）。下列关于“羲和号”卫星的说法正确的
是（ ）
A．运行周期小于地球绕太阳运行的周期
B．运行线速度大于地球绕太阳运行的线速度
C．运行向心加速度大于地球绕太阳运行的向心加速度
D．运行线速度小于一颗仅受太阳引力作用且在同一轨道上绕太阳做匀速圆周运动的行星的线速度
7（2026·湖南岳阳·模拟预测）2024 年5 月，天文学家观测到了Gliese-12 行星，据推测其环境可能跟
地球类似。已知该行星半径与地球半径相当，质量约为地球的4 倍。Gliese-12 行星的第一宇宙速度约为地
球第一宇宙速度的（）
A．❑√2倍
B．2 倍
C．2❑√2倍
D．4 倍
8.（2026·江苏扬州·期中）2025 年2 月11 日17 时30 分，我国在文昌航天发射场成功将卫星互联网低
轨02 组卫星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，发射任务获得圆满成功，卫星（ ）
A．发射速度大于第一宇宙速度小于第二宇宙速度
B．发射速度大于第二宇宙速度小于第三宇宙速度
C．发射速度大于第三宇宙速度
D．在工作轨道上运行速度大于7.9km/s。
9.（2026·湖北武汉·三模）嫦娥七号探测器计划于2026 年下半年发射，将着陆于月球南极区域进行水
冰资源勘查。已知月球质量为7.35×10
22kg，月球半径为1.74×10
6m，引力常量为
6.67×10
−11 N ⋅m
2/kg
2。则月球第一宇宙速度约为（）
A．1.68km / s
B．3.36km / s
C．7.90km / s
D．11.2km / s
10（2026·安徽淮南·一模）我国计划在2030 年前实现载人登月。假设月球表面重力加速度为地球表面
重力加速度的1
6，月球半径为地球半径的1
4 ，若在月球表面发射一枚绕月球表面做匀速圆周运动的探测器，
其速度大小约为在地球表面附近发射相同卫星（绕地球表面做匀速圆周运动）速度大小的（）
A．
❑√6
12
B．
❑√6
6
C．
D．
❑√3
3
⏳题型03 地
卫星
地卫星
球同步
、近
和赤道上物体的比较
11（2026·湖南湘潭·二模）有a、b、c、d 四颗卫星，a 还未发射，在赤道表面上随地球一起转动，b 是近地
轨道卫星，c 是地球同步卫星，d 是高空探测卫星，它们均做匀速圆周运动，各卫星排列位置如图所示。下
列说法正确的是（ ）
A．在相同时间内，c 转过的弧长最短
B．b 的向心加速度小于d 的向心加速度
C．c 在
内转过的角度是
D．d 的运动周期可能是
12.（2026·陕西安康·三模）我国自行研制的北斗三号卫星导航系统由3 颗地球静止轨道卫星
（GEO）、3 颗倾斜地球同步轨道卫星（IGSO）和24 颗中圆地球轨道卫星（MEO）组成，已正式覆盖全
球，其具有GPS 系统没有的通信功能。其中中圆地球轨道卫星绕地球运行的周期约为12 小时，将地球看
成质量分布均匀的球体，下列说法正确的是（ ）
A．地球静止轨道卫星与地球赤道上点的线速度大小相等
B．倾斜地球同步轨道卫星有可能保持在安康市的正上方
C．中圆地球轨道卫星运行的角速度小于地球自转的角速度
D．赤道上物体随地球自转的向心加速度比地球同步卫星的向心加速度小
13（2026·湖南娄底·二模）如图所示，物体a 位于地球赤道表面，相对地面静止且随地球自转，b 为近
地卫星（卫星做圆周运动的轨道半径近似等于地球半径），c 为地球同步卫星。下列说法正确的是（）
A．a、b、c 的周期大小关系为T a<T b<T c
B．a、b、c 的速度大小关系为va<vc<vb
C．地面对a 的支持力与地球对a 的万有引力大小相等
D．a 的向心加速度与a 所在位置处的重力加速度大小相等
14（2026·河南新乡·三模）“天梯计划”是设想利用碳纳米管材料构建一条从地球赤道延伸至静止卫
星轨道以外的“星际通道”。如图所示，P、Q 为天梯上相对天梯静止的两个物体。忽略大气的影响，分
析可知（ ）
A．P 物体的线速度小于Q 物体的线速度
B．P 物体的线速度大于静止卫星的线速度
C．P 物体的加速度大于Q 物体的加速度
D．Q 物体的加速度小于静止卫星的加速度
15（多选）（2026·福建泉州·三模）如图，a 是地球赤道上一栋建筑，b 是在赤道平面内做匀速圆周运
动的卫星，c 是静止轨道卫星。已知b、c 的轨道半径为1:2。某一时刻b、c 刚好位于a 的正上空，则（
）
A．a、b、c 三者运行速度的大小关系为va>vb>vc
B．a、b、c 三者运行速度的大小关系为vb>vc>va
C．经24h，b 的大致位置在ca 连线的右侧
D．经24h，b 的大致位置在ca 连线的左侧
重难·创新演练
设题创新:联系我国航天实际
1．（2026·宁夏银川·模拟预测）如图，从我国空间站伸出的长为d的机械臂外端安置一微型卫星，绕
地球做匀速圆周运动过程中，微型卫星和空间站与地心始终在一条直线上。已知地球半径为R，空间站的
轨道半径为r，忽略空间站对卫星的引力以及空间站的尺寸，则（ ）
A．微型卫星的角速度比空间站的角速度小
B．若机械臂操作不当导致微型卫星脱落，微型卫星将做近心运动
C．微型卫星的线速度与空间站的线速度大小之比为❑√
r
r +d
D．空间站的加速度与地球表面重力加速度之比为R
2
r
2
2．（2026·山东菏泽·二模）2026 年8 月，我国将发射嫦娥七号开展月球南极探测，配套中继卫星运行
于地月拉格朗日点（该点位于地月连线延长线、月球背向地球一侧），中继卫星与月球保持相对静止、同
步绕地心做匀速圆周运动。下列说法正确的是（ ）
A．中继卫星的重力势能大于月球的重力势能
B．中继卫星的向心力大小由地球的质量决定
C．中继卫星运行的线速度大于月球绕地球的线速度
D．中继星的向心加速度与月球绕地球公转的向心加速度相等
3．（2026·江西·模拟预测）如图，在赤道平面内，以地心为圆心的圆轨道上均匀分布着三颗通信卫星，
均沿同一方向做匀速圆周运动。已知地球半径为R，表面重力加速度大小为g，忽略地球自转对重力的影
响。如果三颗通信卫星之间不利用基站作中继站，能够直接利用电磁波进行无线通信，则每颗通信卫星运
行的最大线速度大小为（）
A．❑√
gR
2
B．❑√
gR
3
C．❑√
gR
4
D．❑√
gR
5
4．（25-26 高三下·河南周口·阶段检测）设想在赤道上建造“太空电梯”，站在太空舱里的宇航员可
通过竖直的电梯缓慢直通太空站。如图所示，
为宇航员到地心的距离，
为地球半径，曲线A为地球引
力对宇航员产生的加速度大小a与
的关系，直线B为宇航员由于地球自转而产生的向心加速度大小a与
的关系。关于相对地面静止在不同高度的宇航员，下列说法正确的是（ ）
A．宇航员在r = R处的线速度小于地球同步卫星的线速度
B．宇航员在r = R处的角速度大于地球同步卫星的角速度
C．图中的r0为地球同步卫星离地面的高度
D．太空舱对宇航员的支持力与地球对宇航员的吸引力为平衡力
5．（2026·山东聊城·三模）北斗卫星导航系统是我国自行研制的全球卫星导航系统，其由空间段、地
面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度高可靠定位、导航、授
时服务。如图所示，a 为北斗组网卫星中的极地卫星、b 为组网中的地球静止卫星，c 为赤道上随地球一起
转动的物体。已知地球自转周期为T，地球半径为R，赤道上重力加速度为g，引力常量为G，则（）
A．地球的质量为g R
2
G
B．b 卫星距地面高度为(R
3+ g R
2T
2
4 π
2 )
1
3 −R
C．a、b、c 的线速度大小关系为vb<va<vc
D．a、b、c 的周期大小关系为T b>T a>T c
真题·实战演练
高频考点：测天体的质量密度和人造卫星
1．（2025·湖北·高考真题）甲、乙两行星绕某恒星做圆周运动，甲的轨道半径比乙的小。忽略两行星
之间的万有引力作用，下列说法正确的是（）
A．甲运动的周期比乙的小
B．甲运动的线速度比乙的小
C．甲运动的角速度比乙的小
D．甲运动的向心加速度比乙的小
2．（2025·天津·高考真题）2025 年5 月我国成功发射通信技术试验卫星十九号，若该系列试验卫星中
A、B 两颗卫星均可视为绕地球做匀速圆周运动，轨道半径r A>rB，则卫星A 比B（ ）
A．线速度小、角速度小
B．线速度小、运行周期小
C．加速度大、角速度大
D．加速度大、运行周期大
3．（2024·贵州·高考真题）土星的部分卫星绕土星的运动可视为匀速圆周运动，其中的两颗卫星轨道
半径分别为
，且r1≠r2，向心加速度大小分别为a1、a2，则（ ）
A．a1
r1
= a2
r2
B．
a1
r1
2 = a2
r2
2
C．a1r1=a2r2
D．a1r1
2=a2r2
2
4．（2025·重庆·高考真题）“金星凌日”时，从地球上看，金星就像镶嵌在太阳表面的小黑点。在地
球上间距为d 的两点同时观测，测得金星在太阳表面的小黑点相距为L，如图所示。地球和金星绕太阳的
运动均视为匀速圆周运动，太阳直径远小于金星的轨道半径，则地球和金星绕太阳运动的（ ）
A．轨道半径之比为L
d
B．周期之比为
3√(
L+d
L )
2
C．线速度大小之比为❑√
L+d
L
D．向心加速度大小之比为(
L
L+d)
2
5．（2025·河南·高考真题）2024 年天文学家报道了他们新发现的一颗类地行星Gliese12b，它绕其母
恒星的运动可视为匀速圆周运动。已知Gliese12b 轨道半径约为日地距离的1
14 ，其母恒星质量约为太阳质
量的2
7 ，则Gliese12b 绕其母恒星的运动周期约为（ ）
A．13 天
B．27 天
C．64 天
D．128 天
6．（2023·湖南·高考真题）根据宇宙大爆炸理论，密度较大区域的物质在万有引力作用下，不断聚集
可能形成恒星。恒星最终的归宿与其质量有关，如果质量为太阳质量的1~8倍将坍缩成白矮星，质量为太
阳质量的10~20倍将坍缩成中子星，质量更大的恒星将坍缩成黑洞。设恒星坍缩前后可看成质量均匀分布
的球体，质量不变，体积缩小，自转变快．不考虑恒星与其它物体的相互作用．已知逃逸速度为第一宇宙
速度的❑√2倍，中子星密度大于白矮星。根据万有引力理论，下列说法正确的是（）
A．同一恒星表面任意位置的重力加速度相同
B．恒星坍缩后表面两极处的重力加速度比坍缩前的大
C．恒星坍缩前后的第一宇宙速度不变
D．中子星的逃逸速度小于白矮星的逃逸速度
