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高考重点考点解读与针对性训练
第八章 万有引力与宇宙航行
考点39 卫星变轨与对接
【考点解读】
1.卫星的发射与变轨
（1）在赤道上顺着地球自转方向先发射卫星到圆轨道Ⅰ上，卫星在轨道Ⅰ上做匀速圆周运
动，有G Mm
r1
2 ＝mv
2
r1
，如图所示。
（2）在A 点（近地点）点火加速，由于速度变大，所需向心力变大，G Mm
r1
2 ＜mv A
2
r1
，卫
星做离心运动进入椭圆轨道Ⅱ。
（3）在椭圆轨道B 点（远地点），G Mm
r2
2 ＞mvB
2
r2
，将做近心运动，再次点火加速，使G
Mm
r2
2 ＝mvB'
2
r2
，进入圆轨道Ⅲ。
2.变轨过程物理量变化分析
（1）速度：设卫星在圆轨道Ⅰ和Ⅲ上运行时的速率分别为v1、v3，在椭圆轨道Ⅱ上过A 点
和B 点时速率分别为vA、vB，四个速度关系为vA＞v1＞v3＞vB。
（2）向心加速度
在A 点，轨道Ⅰ上和轨道Ⅱ上的向心加速度关系a ⅠA＝a ⅡA，在B 点，轨道Ⅱ上和轨道Ⅲ
上的向心加速度关系a ⅡB＝a ⅢB，A、B 两点向心加速度关系aA＞aB。
（3）周期
卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道上的运行周期T1、T2、T3的关系为T1＜T2＜T3。
（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
E1、E2、E3，从轨道Ⅰ到轨道Ⅱ和从轨道Ⅱ到轨道Ⅲ都需要点火加速，则机械能关系为E1＜
E2＜E3。
3.宇宙飞船与空间站的对接
宇宙飞船与空间站的“对接”实际上就是两个做匀速圆周运动的物体的追赶问题，本质仍
然是卫星的变轨问题，要使宇宙飞船与空间站成功“对接”，必须让宇宙飞船在较低轨道
上逐渐加速，通过做离心运动升高轨道，从而完成宇宙飞船与空间站的成功对接。
【高考真题】
【典例1】（2024·安徽高考5 题）2024 年3 月20 日，我国探月工程四期鹊桥二号中继星成
功发射升空。当抵达距离月球表面某高度时，鹊桥二号开始进行近月制动，并顺利进入捕
获轨道运行，如图所示，轨道的半长轴约为51 900 km。后经多次轨道调整，进入冻结轨
道运行，轨道的半长轴约为9 900 km，周期约为24 h。则鹊桥二号在捕获轨道运行时（
）
A.周期约为144 h
B.近月点的速度大于远月点的速度
C.近月点的速度小于在冻结轨道运行时近月点的速度
D.近月点的加速度大于在冻结轨道运行时近月点的加速度
【典例2】（2024·湖北高考4 题）太空碎片会对航天器带来危害。设空间站在地球附近沿
逆时针方向做匀速圆周运动，如图中实线所示。为了避开碎片，空间站在P 点向图中箭头
所指径向方向极短时间喷射气体，使空间站获得一定的反冲速度，从而实现变轨。变轨后
的轨道如图中虚线所示，其半长轴大于原轨道半径。则（ ）
A.空间站变轨前、后在P 点的加速度相同
B.空间站变轨后的运动周期比变轨前的小
C.空间站变轨后在P 点的速度比变轨前的小
D.空间站变轨前的速度比变轨后在近地点的大
【典例3】（2024·安徽高考5 题）2024 年3 月20 日，我国探月工程四期鹊桥二号中继星成
功发射升空。当抵达距离月球表面某高度时，鹊桥二号开始进行近月制动，并顺利进入捕
获轨道运行，如图所示，轨道的半长轴约为51 900 km。后经多次轨道调整，进入冻结轨道
运行，轨道的半长轴约为9 900 km，周期约为24 h。则鹊桥二号在捕获轨道运行时（
）
A.周期约为144 h
B.近月点的速度大于远月点的速度
C.近月点的速度小于在冻结轨道运行时近月点的速度
D.近月点的加速度大于在冻结轨道运行时近月点的加速度
【针对性训练】
1.（2025·天津和平区期末）如图是发射的一颗人造卫星在绕地球轨道上的几次变轨图，轨
道Ⅰ是近地圆轨道（可以近似认为，轨道Ⅰ的轨道半径和地球半径相等），轨道Ⅱ和轨道
Ⅲ是依次在P 点变轨后的椭圆轨道。下列说法正确的是（ ）
A.卫星在轨道Ⅰ上的运行速度等于7.9 km/s
B.卫星在轨道Ⅱ上运动时，运行速度不可能大于7.9 km/s
C.卫星在轨道Ⅱ上运动到P 点时的速度大于卫星在轨道Ⅱ上运动到Q 点时的速度
D.卫星从轨道Ⅰ上的P 点进入轨道Ⅱ后机械能减少
2.（2025·宁夏银川模拟）北京时间2024 年4 月26 日，“神舟十八号”载人飞船与“天
和”核心舱成功对接，6 名航天员“胜利会师”。如下图所示，对接前，飞船沿圆轨道Ⅰ
运行，核心舱在距地面约400 km 高度的轨道Ⅱ运行。飞船从轨道Ⅰ加速后，经过调整到
达轨道Ⅱ与核心舱完成对接，对接后共同沿轨道Ⅱ运行。下面说法正确的是（ ）
A.航天员在核心舱中处于平衡状态
B.对接后核心舱的运行速度小于7.9 km/s
C.飞船在轨道Ⅰ的机械能大于在轨道Ⅱ的机械能
D.飞船在轨道Ⅰ的运行周期大于在轨道Ⅱ的运行周期
3.（2025·江苏镇江三模）2024 年4 月25 日，神舟十八号飞船与天宫空间站顺利对接。如
图所示，飞船和空间站对接前在各自预定轨道运动，下列说法正确的是（ ）
A.飞船的周期大于空间站的周期
B.飞船的速度大于第一宇宙速度
C.飞船在轨道上合适位置加速可实现与空间站对接
D.飞船与地心连线、空间站与地心连线在相等时间扫过面积相等
4. （2025 学年湖北省百师联盟高三下二轮复习联考（二））2024 年11 月中旬，“天舟八
号”货运飞船由“长征七号”遥九运载火箭发射入轨。“天舟八号”多次变轨简化示意图
如图所示。从近地轨道1 的P 点变轨到椭圆轨道2，在远地点Q 再次变轨转移到330 千米的
圆轨道3，在距中国空间站后下方约52 千米处，飞船采用快速交会对接模式对接于中国空
间站“天和”核心舱后向端口。关于“天舟八号”，下列说法中正确的是（ ）
A. “天舟八号”在轨道2 上Q 点的速度大于在轨道3 上Q 点的速度
B. “天舟八号”在椭圆轨道2 上运动时，在P 点
机械能大于在Q 点的机械能
C. “天舟八号”在轨道3 上运行的周期大于中国空间站的运行周期
D. “天舟八号”在轨道1 稳定运行时，经过P 点的向心加速度等于在轨道2 上经过P 点的
加速度
5. （河北名校联考普通高中2025 届高三年级适应性演练） 如图所示，卫星B 在轨道3 上
绕地球做匀速圆周运动，航天器A 在近地轨道1（离地面的高度可忽略）上运动，周期为
T，两个天体的轨道面重合，绕行方向相同，航天器每经过
时间经过卫星B 正下面一次。
航天器通过转移轨道2 与卫星B 成功对接。地球半径为R，引力常量为G。下列说法中正确
的是（ ）
A. 地球的密度约为
B. 地球表面重力加速度为
C. 卫星B 的轨道半径为4R
D. 航天器从轨道1 到轨道3 的最短时间为
6. （2024 广东大亚湾区一模）我国“神舟十六号”载人飞船的发射过程简化如图所示：先由
“长征”运载火箭将飞船送入近地点为A、远地点为B 的椭圆轨道Ⅰ，在远地点B 将飞船送入
预定圆轨道Ⅱ。下列说法正确的是（ ）
A. 飞船在轨道Ⅰ和Ⅱ运行时均处于超重状态
B. 飞船在轨道Ⅰ和Ⅱ运行至B 处时加速度相等
C. 飞船在轨道Ⅰ和Ⅱ运行时机械能相等
D. 飞船在轨道Ⅰ经过B 处时的速度大于第一宇宙速度
7. （河北名校联考普通高中2025 届高三年级适应性演练） 如图所示，卫星B 在轨道3 上
绕地球做匀速圆周运动，航天器A 在近地轨道1（离地面的高度可忽略）上运动，周期为
T，两个天体的轨道面重合，绕行方向相同，航天器每经过
时间经过卫星B 正下面一次。
航天器通过转移轨道2 与卫星B 成功对接。地球半径为R，引力常量为G。下列说法中正确
的是（ ）
A. 地球的密度约为
B. 地球表面重力加速度为
C. 卫星B 的轨道半径为4R
D. 航天器从轨道1 到轨道3 的最短时间为
8. （北京通州区2025 年高三年级模拟考试）2024 年10 月30 日，神舟十九号载人飞船将
三名航天员送入太空，飞船入轨后按照预定程序与天和核心舱对接。飞船与核心舱对接过
程的示意图如图所示。飞船从圆轨道Ⅰ，通过变轨后，沿椭圆轨道Ⅱ由A 处运动到B 处，
与沿圆轨道Ⅲ运行的核心舱对接，对接后的组合体继续在圆轨道Ⅲ上运行。在上述过程中，
飞船（ ）
A. 由轨道Ⅱ变轨到轨道Ⅲ，需在B 处减速
B. 在B 处与核心舱对接前后的加速度相等
C. 在轨道Ⅰ上A 处的速度小于在轨道Ⅲ上B 处的速度
D. 在轨道Ⅱ上由A 到B 的时间大于在轨道Ⅲ上运行周期的一半
9 . （2024 山东枣庄期末）2019 年5 月17 日，我国成功发射第45 颗北斗导航卫星。如图
所示为发射卫星的简化示意图，先将卫星发射到半径为r1＝r 的圆轨道Ⅰ上做匀速圆周运
动，到A 点时使卫星加速进入椭圆轨道Ⅱ，到椭圆轨道的远地点B 时，再次改变卫星的速
度，使卫星进入半径为r2＝4r 的圆轨道Ⅲ上做匀速圆周运动。已知卫星在椭圆轨道Ⅱ上A
点时的速率为v，卫星的质量为m，地球的质量为M，引力常量为G，下列说法正确的是（
）
A. 卫星在I、Ⅱ、Ⅲ三个轨道上运行周期关系是T1＜T2＜T3
B. 卫星在椭圆轨道Ⅱ上通过A 点时的速率小于在圆轨道Ⅲ上运行的速率
C. 发动机在A 点对卫星做的功为
D. 发动机在B 点对卫星做的功为
10 . (2024 年5 月广东部分重点高中联考)中国自行研制、具有完全自主知识产权的“神
舟”飞船，目前已经达到或优于国际第三代载人飞船技术。如图所示，其发射过程可简化
如下：飞船在酒泉卫星发射中心发射（简化模型为一级发射），由“长征”运载火箭先送
入近地点为A、远地点为B 的椭圆轨道，飞船再通过变轨进入预定圆轨道。下列说法正确
的是
A.“神舟”飞船的发射速度大于11.2km/s
B.“神舟”飞船在椭圆轨道运行时，经过A 点时的线速度大于经过B 点时的线速度
C.“神舟”飞船在椭圆轨道的运行周期大于其在预定圆轨道的运行周期
D.“神舟”飞船从椭圆轨道变轨到预定圆轨道时需要在B 点减速
11．（2024 湖南新高考教研联盟一模）有人设想：可以在飞船从运行轨道进入返回地球程
序时，借飞船需要减速的机会，发射一个小型太空探测器，从而达到节能的目的。如图所
示，飞船在圆轨道Ⅰ上绕地球飞行，其轨道半径为地球半径的k 倍
。当飞船通过轨
道Ⅰ的A 点时，飞船上的发射装置短暂工作，将探测器沿飞船原运动方向射出，并使探测
器恰能完全脱离地球的引力范围，即到达距地球无限远时的速度恰好为零，而飞船在发射
探测器后沿椭圆轨道Ⅱ向前运动，其近地点B 到地心的距离近似为地球半径R。已知取无
穷远处引力势能为零，物体距星球球心距离为r 时的引力势能
。在飞船沿轨
道Ⅰ和轨道Ⅱ以及探测器被射出后的运动过程中，其动能和引力势能之和均保持不变。以
上过程中飞船和探测器的质量均可视为不变，已知地球表面的重力加速度为g。则下列说
法正确的是（ ）
A．飞船在轨道Ⅰ运动的速度大小为
B．飞船在轨道Ⅰ上的运行周期是在轨道Ⅱ上运行周期的
倍
C．探测器刚离开飞船时的速度大小为
D．若飞船沿轨道Ⅱ运动过程中，通过A 点与B 点的速度大小与这两点到地心的距离成反
比，实现上述飞船和探测器的运动过程，飞船与探测器的质量之比应满足
12. （2024 江苏无锡期末）2023 年10 月26 日，“神舟十七号”载人飞船发射升空，顺利进
入近地点200km、远地点363km 的近地轨道（LEO），并在同一天，经转移轨道与轨道
（正圆轨道）高度为400km 的中国空间站完成对接，轨道简化如图。则（ ）
A. 飞船在LEO 轨道的运行周期大于空间站周期
B. 飞船在M 点减速进入转移轨道
C. 飞船在转移轨道运行经过M 点的加速度大于N 点的加速度
D. 飞船在转移轨道从M 点运动到N 点过程中速度逐渐增大
13. （2024 海南海口市质检）如图为十三号飞船与核心舱对接过程的示意图。核心舱处于
半径为r3的圆轨道 Ⅲ上，飞船先被发送至半径为r1的圆轨道I，运行周期为 T1，通过变轨
操作后，沿椭圆轨道Ⅱ运动到远地点B 处与核心舱对接。 则飞船（ ）
A. 沿轨道I 运动到A 点时的加速度等于沿轨道Ⅱ运动到A 点时的加速度
B. 沿轨道Ⅰ运行时的机械能小于沿轨道Ⅱ运行时的机械能
C. 沿轨道Ⅱ运行的周期为
D. 沿轨道Ⅱ从近地点A 运动到远地点B 的过程中，速度不断增大
14. （2024 广东大亚湾区一模）我国“神舟十六号”载人飞船的发射过程简化如图所示：先
由“长征”运载火箭将飞船送入近地点为A、远地点为B 的椭圆轨道Ⅰ，在远地点B 将飞船送
入预定圆轨道Ⅱ。下列说法正确的是（ ）
A. 飞船在轨道Ⅰ和Ⅱ运行时均处于超重状态
B. 飞船在轨道Ⅰ和Ⅱ运行至B 处时加速度相等
C. 飞船在轨道Ⅰ和Ⅱ运行时机械能相等
D. 飞船在轨道Ⅰ经过B 处时的速度大于第一宇宙速度
15. （2024 天津蓟州区期末）2023 年10 月26 日11 时14 分，长征二号F 遥十七运载火箭
托举着神舟十七号载人飞船，在酒泉卫星发射中心点火升空，送汤洪波、唐胜杰、江新林
3 名航天员奔赴“天宫”。飞船入轨后先在近地停泊轨道1 上进行数据确认，后经椭圆转
移轨道2 与在轨道3 做匀速圆周运动的空间站组合体完成自主快速交会对接，其变轨过程
可简化成如图所示，则（ ）
A. 由于不受力，所以宇航员会“漂浮”在空间站内
B. 飞船在转移轨道2 上P 点的速率大于Q 点的速率
C. 飞船在停泊轨道1 上的速度大于第一宇宙速度
D. 飞船在转移轨道2 上Q 点的加速度等于在轨道3 上Q 点的加速度
16 2023 年5 月10 日21 时22 分，天舟六号货运飞船发射成功，并于次日5
时16 分成功与中国天宫空间站对接，为航天员送去所需的服装、食物、水、实
验设备等物资。现将其发射对接过程简化如图2 所示，圆轨道1 为中国天宫空
间站的运行轨道，天舟六号在运载火箭的托举下沿轨道PA 运动至A 点“船箭分
离”，飞船进入与圆轨道1 相切于B 点的椭圆轨道2 运行，最后择机与空间站
对接。下列相关说法中正确的是( )
图2
A.天舟六号飞船由P 点运动至B 点的过程中机械能持续增大
B.天舟六号飞船沿椭圆轨道2 的运行周期要小于空间站的运行周期
C.天舟六号飞船由P 点运动至B 点的过程中，飞船内的物资始终处于超重状态
D.天舟六号飞船沿椭圆轨道2 的运行速度始终小于与空间站对接后在轨道1 上
的运行速度
