2026年高考物理一轮复习(通用版)第18讲天体运行规律与人造卫星(专项训练)(学生版+解析)

这是一份2026年高考物理一轮复习(通用版)第18讲天体运行规律与人造卫星(专项训练)(学生版+解析)，共9页。
\l "_Tc206243490" 题型01 宇宙速度的理解与第一宇宙速度的计算 PAGEREF _Tc206243490 \h 1
\l "_Tc206243491" 题型02 同步卫星、近地卫星及特殊卫星 PAGEREF _Tc206243491 \h 3
\l "_Tc206243492" 题型03 不同轨道天体（卫星）运行规律 PAGEREF _Tc206243492 \h 4
\l "_Tc206243493" 题型04 卫星的发射、变轨与对接 PAGEREF _Tc206243493 \h 10
\l "_Tc206243494" 02 核心突破练 PAGEREF _Tc206243494 \h 21
\l "_Tc206243495" 03 真题溯源练 PAGEREF _Tc206243495 \h 25
01 宇宙速度的理解与第一宇宙速度的计算
1．（2025·辽宁丹东·二模）宇航员在某星球表面（不考虑星球自转）完成下面实验，在半径为2.4cm的竖直放置的光滑圆轨道内部，有一个质量为0.01kg的小球（可看作质点）以0.3m/s的速度恰好通过轨道最高点。该星球的半径约3395km，引力常量。以下说法正确的是（ ）
A．该星球表面的重力加速度为
B．该星球的第一宇宙速度约为7.9km/s
C．该星球的质量约为
D．若已知第二宇宙速度是第一宇宙速度的倍，则该星球的第二宇宙速度约为3.57km/s
【答案】A
【详解】A．小球在最高点时，重力恰好提供向心力
解得
故A正确；
B．该星球的第一宇宙速度为近地卫星的速度，根据牛顿第二定律
解得
故B错误；
C．星球表面的物体的重力等于万有引力
解得
故C错误；
D．若已知第二宇宙速度是第一宇宙速度的倍，则该星球的第二宇宙速度约为
故D错误。
故选A。
2．（2025·黑龙江哈尔滨·二模）理论分析表明，逃逸速度（即第二宇宙速度）是第一宇宙速度的倍。某球状天体的半径为地球半径的一半，其表面的重力加速度大小为地球表面重力加速度的。地球的第一宇宙速度为，则该天体的逃逸速度约为（ ）
A．B．C．D．
【答案】A
【详解】设地球的第一宇宙速度为，该天体的第一宇宙速度为，根据牛顿第二定律，结合题意可得
解得
故该天体的逃逸为速度
故选A。
02 同步卫星、近地卫星及特殊卫星
3．（2025·河北石家庄·三模）北斗三号卫星导航系统由多种轨道卫星组成，如图所示，A为地球静止同步轨道卫星，B为中圆地球轨道卫星，A、B两卫星均绕地球做匀速圆周运动。已知地球半径为R，A卫星的轨道半径为kR，运行周期为T，B卫星的周期为。下列说法正确的是（ ）
A．A卫星的线速度大小为
B．B卫星的向心加速度大小为
C．地球表面赤道处的重力加速度大小为
D．某时刻A、B两卫星相距最近，再经，两卫星间距离为
【答案】D
【详解】A．根据
解得，A错误；
B．根据
解得
根据B卫星的周期可知
解得
所以B卫星的向心加速度，B错误；
C．根据公式，C错误；
D．因为A、B两卫星的周期差为，所以从相距最近到经过时相距最远，则距离为，D正确。
故选D。
4．（2025·湖南·模拟预测）（多选）如图所示，赤道平面上靠近地表的某轨道上有一颗遥感卫星，其轨道半径为地球自转的周期为，遥感卫星绕地心转动的周期为T，卫星每隔时间经过赤道上同一点上方。已知卫星转动方向与地球自转方向相同。同步卫星轨道半径为、地球半径为则下列关系式正确的是（ ）

A．B．C．D．
【答案】BD
【详解】AB．根据
可得
地球自转周期也为同步轨道周期，则同步轨道卫星与近地卫星满足， 故A错误，B正确；
CD．卫星连续两次经过赤道上某点的时间间隔满足
即，故D正确，C错误。
故选BD。
03 不同轨道天体（卫星）运行规律
5．（2025·江苏扬州·模拟预测）据人民日报报道，“人造月亮”构想有望在2022年初步实现。届时首颗“人造月亮”将完成从发射、展开到照明的整体系统演示验证并发射。“人造月亮”将部署在距离地球500km以内的低轨道上，可为城市提供夜间照明。假设“人造月亮”绕地球做圆周运动，则“人造月亮”在轨道上运动时（ ）
A．“人造月亮”的线速度大于第一宇宙速度
B．“人造月亮”的向心力大于月球受到向心力
C．“人造月亮”的公转周期小于月球绕地球运行的周期
D．“人造月亮”的向心加速度大于地球表面的重力加速度
【答案】C
【详解】A．第一宇宙速度是近地轨道的线速度，由
可知，轨道半径越大，线速度越小。“人造月亮”轨道半径大于地球半径，故其线速度小于第一宇宙速度，A错误；
B．向心力由决定。月球质量远大于“人造月亮”，虽然“人造月亮”轨道半径更小，但质量未知，无法比较向心力大小，B错误；
C． 由开普勒第三定律可知，轨道半径越小，周期越小。“人造月亮”轨道半径远小于月球轨道，故其周期更短，C正确；
D． 根据可知，地球表面重力加速度
而“人造月亮”的向心加速度
因，故，D错误。
故选C。
6．（2025·湖北·二模）天问三号是中国研发的火星探测器，任务是从火星取样返回，计划2025年前后实施发射。其包括两个航天器：着陆器-上升器组合体、轨道器-返回器组合体。已知火星的半径约为地球半径的倍，火星绕太阳运行的轨道半径约为地球绕太阳运行轨道半径的倍，火星的第一宇宙速度约为地球的倍。如图所示，设行星绕太阳的运动是匀速圆周运动，且忽略行星自转影响。则以下说正确的是（ ）
A．火星的平均密度约为地球平均密度的倍
B．火星与太阳之间的万有引力约为地球与太阳之间万有引力的25倍
C．地球的公转周期大于火星的公转周期
D．地球绕太阳运动的加速度比火星的小
【答案】A
【详解】A．设太阳的质量为M，行星的质量为，行星的第一宇宙速度为v。
由，
得，则，
根据可知，故A正确；
B．根据万有引力定律得，故B错误;
CD．由得，
火星绕太阳运行的轨道半径大于地球绕太阳运行轨道半径，故地球的公转周期小于火星的公转周期，地球绕太阳运动的加速度比火星的大， 故CD错误。
故选A。
7．（2025·江苏扬州·模拟预测）2011年11月3日1时43分，中国自行研制的“神舟八号”飞船与“天宫一号”目标飞行器在距离地球343km的轨道上实现自动对接，为未来空间站建设迈出了关键一步。假如“神舟八号”与“天宫一号”的质量相等，对接前它们环绕地球分别做匀速圆周运动的运行轨道如右图所示，则以下说法中正确的是（ ）
A．对接前的向心加速度，“天宫一号”比“神舟八号”大
B．对接前的运行周期，“天宫一号”比“神舟八号”小
C．对接前的机械能，“天宫一号”比“神舟八号”小
D．“神舟八号”需先点火加速才有可能与“天宫一号”实现对接
【答案】D
【详解】A．根据万有引力提供向心力有
可知，半径越大向心加速度越小，故A错误；
B．根据万有引力提供向心力有
可知，半径越大周期越大，故B错误；
C．向更高轨道发射相同质量的卫星，轨道越高克服地球做功越多，卫星的机械能越大，因为天宫一号轨道高度大，故其机械能大于神舟八号飞船的机械能，故C错误；
D．神舟八号轨道半径比天宫一号低，在轨道上点火加速，使神舟八号做离心运动而抬升轨道完成与天宫一号对接，故D正确。
故选D。
8．（2025·江西·模拟预测）2024年11月15日，天舟八号货运飞船与轨道高度约为400公里（低于地球同步轨道高度）的中国空间站成功对接，首次将用于未来月球基地建设的“月壤砖”送至空间站进行科学实验。月壤砖将被放在空间站外部的固定支架上进行长期暴露，深入了解其在宇宙射线、高真空、极端温度变化等条件下的性能变化规律，下列说法正确的是（ ）
A．进行暴露实验时，月壤砖受到合外力为零
B．若空间站轨道高度经调整后略微增加，月壤砖绕地速率也会增加
C．月壤砖随空间站运动的周期小于24小时
D．若实验过程月壤砖因环境影响分裂出微粒，这些微粒将马上坠向地球
【答案】C
【详解】A．暴露实验时，月壤砖也在绕地飞行，需要提供向心力，合外力不为零，A项错误；
B．若轨道高度提升，根据万有引力提供向心力
可知
即绕地速率减小，B项错误；
C．与同步卫星对比，空间站轨道低，根据开普勒第三定律，则其绕地周期小于24小时，C项正确；
D．分裂的微粒依然具备速度，也会绕地飞行，不会马上坠向地球，D项错误。
故选C。
9．（2025·山东济南·二模）卫星电话在抢险救灾中能发挥重要作用。我国第三代海事卫星采用地球同步卫星和中轨道卫星结合的方案，它由4颗同步卫星与12颗中轨道卫星构成。中轨道卫星高度约为10354千米，分布在几个轨道平面上，在这个高度上，卫星沿轨道旋转一周的时间为6小时。则下列判断正确的是（ ）
A．中轨道卫星的角速度小于地球同步卫星的角速度
B．中轨道卫星的线速度小于地球同步卫星的线速度
C．中轨道卫星的周期大于地球同步卫星的周期
D．在中轨道卫星经过地面某点的正上方24小时后，该卫星仍在地面该点的正上方
【答案】D
【详解】AC．由于同步卫星的周期为24h，大于中轨道卫星的周期6h，根据可知，中轨道卫星的角速度大于地球同步卫星的角速度，AC错误；
B．根据万有引力提供向心力，则有
解得
结合上述分析可知，中轨道卫星的角速度大于地球同步卫星的角速度，故中轨道卫星的轨道半径小于地球同步卫星的轨道半径，又因为
解得
故中轨道卫星的线速度大于地球同步卫星的线速度，B错误；
D．24h后地球完成1周，中轨道卫星完成4周，则卫星仍在地面该点的正上方，D正确。
故选D。
10．（2025·河北张家口·二模）如图所示为地球的同步卫星和近地卫星围绕地球做圆周运动的轨道示意图，同步卫星的轨道半径约为近地卫星轨道半径的7倍，在某一小段时间内，近地卫星和地心的连线扫过的面积为，下列说法正确的是（ ）
A．同步卫星的线速度约为近地卫星的倍
B．近地卫星的角速度约为同步卫星的倍
C．近地卫星所受的万有引力约为同步卫星的49倍
D．在时间内同步卫星和地心的连线扫过的面积约为
【答案】D
【详解】AB．卫星绕地球做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力得
可得，
可知同步卫星的线速度约为近地卫星的倍，近地卫星的角速度约为同步卫星的倍，故AB错误；
C．由于不清楚两个卫星的质量，所以不能得出卫星所受万有引力的大小关系，故C错误；
D．围绕地球做匀速圆周运动的卫星，在时间内卫星运动的弧长为
卫星和地心的连线扫过的面积为
由于同步卫星的轨道半径约为近地卫星轨道半径的7倍，可知在时间内同步卫星和地心的连线扫过的面积约为，故D正确。
故选D。
11．（2025·辽宁·模拟预测）（多选）科学家们设想的太空电梯是从距离地面3.6万公里的地球同步空间站向地面垂下一条缆绳至地面基站，并沿着这条缆绳修建往返于地球和太空之间的电梯型飞船，往来运输物资。为了抵消缆绳重力和电梯飞船升降过程中对空间站的影响，在空间站外侧的轨道上设计配重，用缆绳将配重和同步空间站连接，让配重和同步空间站以相同的角速度绕地球做圆周运动。则下列说法正确的是（ ）
A．地面基站一定修建在赤道上
B．电梯型飞船垂直缆绳的速度大小与其距离地面的高度成正比
C．同步空间站内的航天员不受地球的引力作用，处于完全失重状态
D．若基站、同步空间站、配重之间的缆绳同时断裂开，同步空间站仍可以在地球同步轨道稳定运行
【答案】AD
【详解】A．地球同步轨道在赤道上空，所以从同步空间站垂下的地面基站要修建在赤道上，故A正确；
B．由于轨道上各处的角速度大小相等，故电梯飞船在距离地面高度为h时，线速度大小为
R为地球半径，故垂直缆绳的线速度大小不与h成正比，故B错误；
C．空间站内的航天员受到的万有引力提供其绕地球做匀速圆周运动的向心力，处于完全失重状态，故C错误；
D．没有缆绳作用，万有引力刚好提供同步轨道上的同步空间站做圆周运动的向心力，故基站、同步空间站、配重之间的缆绳同时断裂开，空间站仍能稳定运行，故D正确。
故选AD。
04 卫星的发射、变轨与对接
12．（2025·内蒙古·模拟预测）2025年4月24日，神舟二十号载人飞船进入预定轨道。如图所示，神舟二十号载人飞船运行在半径为r1的圆轨道Ⅰ上，“天宫”空间站组合体运行在半径为r3的圆轨道Ⅲ上。神舟二十号载人飞船通过变轨操作，变轨到椭圆轨道Ⅱ上运行数圈后从近地点A沿轨道运动到远地点B，并在B点与空间站组合体对接成功。已知地球的半径为R，地球表面的重力加速度为g，则（ ）
A．神舟二十号载人飞船在圆轨道Ⅰ上A点的加速度小于其在椭圆轨道Ⅱ上A点的加速度
B．神舟二十号载人飞船从圆轨道Ⅰ变轨到椭圆轨道Ⅱ需要减速
C．神舟二十号载人飞船在椭圆轨道Ⅱ上由A点运动至B点所需的时间为
D．神舟二十号载人飞船在椭圆轨道Ⅱ的近地点和远地点的线速度大小之比为r1∶r3
【答案】C
【详解】A．根据牛顿第二定律有
解得
可知神舟二十号载人飞船在圆轨道Ⅰ上A点的加速度与其在椭圆轨道Ⅱ上A点的加速度大小相等，故A错误；
B．从低轨道到高轨道需要加速，故B错误；
C．飞船在圆轨道Ⅲ上做匀速圆周运动，可得
由黄金代换，飞船从A点沿椭圆轨道Ⅱ运动，其轨道半长轴，根据开普勒第三定律可得
联立，解得
飞船由轨道Ⅱ的A点运动至B点所需的时间，故C正确；
D．椭圆轨道的远地点到地球中心的距离为r3，近地点到地球中心的距离为r1，对于飞船在远地点和近地点附近很小一段时间Δt内的运动，根据开普勒第二定律有
解得，故D错误。
故选C。
13．（2025·甘肃白银·模拟预测）天舟八号飞船将总重为6吨的物资“快递”到空间站，如图所示为天舟八号飞船与中国空间站对接的示意图，天舟八号飞船先在近地圆轨道Ⅰ飞行，变轨后进入椭圆轨道Ⅱ运行，最后与在圆轨道Ⅲ飞行的空间站对接，下列说法正确的是（ ）
A．空间站在圆轨道Ⅲ上飞行的线速度大于
B．天舟八号飞船在椭圆轨道Ⅱ上由近地点向远地点运动的过程中，机械能减小
C．与空间站对接后，天舟八号飞船中的6吨物资失去重力
D．天舟八号飞船在轨道Ⅰ上运行的周期比空间站在轨道Ⅱ上运行的周期小
【答案】D
【详解】A．第一宇宙速度是最大的环绕速度，大小为，其他圆轨道的速度均小于这个速度，故A错误；
B．天舟八号飞船在椭圆轨道Ⅱ由近地点向远地点运动的过程中，机械能不变，故B错误；
C．与空间站对接后，在轨道Ⅲ做圆周运动，万有引力提供向心力，物资处于完全失重状态，但仍会受到重力作用，故C错误；
D．天舟八号飞船在轨道Ⅰ运行的半径r比空间站在轨道Ⅱ运行的半长轴a小，根据开普勒第三定律，可判断，故D正确。
故选D。
14．（2025·安徽合肥·模拟预测）我国近地小行星防御系统通过“监测—评估—干预”三位一体架构，力图避免小行星影响地球，展现了从被动预警到主动防御的科技跨越。如图所示，近地圆轨道Ⅰ和椭圆轨道Ⅱ相切于点，椭圆轨道Ⅱ和同步轨道Ⅲ相切于点。现有防御卫星在轨道Ⅰ处做匀速圆周运动，经变轨后运行到同步轨道Ⅲ的点拦截小行星进行干预，已知地球自转的角速度为，防御卫星在轨道Ⅰ和Ⅲ上运行的角速度为和。下列说法正确的是（ ）
A．
B．卫星在轨道Ⅱ上b点的线速度小于在轨道Ⅲ上c点运行的线速度
C．卫星在轨道Ⅰ运行的周期约为24h
D．卫星在轨道Ⅲ的机械能大于在轨道Ⅰ的机械能
【答案】D
【详解】A．卫星绕地球做匀速圆周运动，由
可得
可知同步轨道的角速度小于近地轨道的角速度，而地球自转的角速度和同步轨道的角速度相同，则有
故A错误；
B．卫星绕地球做匀速圆周运动，由
可得
可知卫星在轨道Ⅰ运行的线速度大于在轨道Ⅲ运行的线速度，又由于卫星在轨道Ⅰ上b点需要点火加速进入轨道Ⅱ，所以卫星在轨道Ⅱ上b点的线速度大于在轨道Ⅲ上c点运行的线速度，故B错误；
C．卫星绕地球做匀速圆周运动，由
可得
可知卫星在轨道Ⅰ运行的周期小于同步轨道Ⅲ的运行周期，即卫星在轨道Ⅰ运行的周期小于24h，故C错误；
D．卫星从轨道Ⅰ变轨到轨道Ⅱ，需要在b点点火加速，卫星的机械能增加；卫星从轨道Ⅱ变轨到轨道Ⅲ，需要在c点点火加速，卫星的机械能增加；所以卫星在轨道Ⅲ的机械能大于在轨道Ⅰ的机械能，故D正确。
故选D。
15．（2025·湖北·三模）中国首次火星探测任务工程总设计师表示，我国将在2028年实施“天问三号”火星探测与取样返回任务。“天问三号”探测器从地球发射后第一次变轨进入地火转移轨道，逐渐远离地球，成为一颗人造行星，运行轨迹简化如图所示，Ⅰ是地球运行圆轨道，Ⅱ是地火转移椭圆轨道，Ⅲ是火星运行圆轨道，轨道Ⅰ与轨道Ⅱ相切于P点，轨道Ⅱ与轨道Ⅲ相切于Q点。已知火星密度为地球密度的火星自身半径为地球自身半径的，地球表面重力加速度大小为g，则（ ）
A．P点处，“天问三号”在轨道Ⅰ上的加速度小于在轨道Ⅱ上的加速度
B．Q点处，“天问三号”在轨道Ⅱ变轨到轨道Ⅲ需要向前喷气
C．“天问三号”在轨道Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ上运动的全过程中，在轨道Ⅱ上P点处运行速度最大
D．火星表面的重力加速度大小约为
【答案】C
【详解】A. 根据
可知
在点处，“天问三号”在轨道I上的加速度等于轨道II上的加速度，故A错误；
B.“天问三号”在轨道II上的点做近心运动，需加速才能进入轨道III做圆周运动，需要向后喷气，故B错误；
C.根据开普勒第二定律可知，在近日点的速度大于远日点的速度，可知“天问三号”在轨道II上点速度小于点速度，“天问三号”在轨道I上的点做圆周运动，需加速才能进入轨道II做离心运动，可知“天问三号”在轨道I上点速度小于在轨道II上点速度，“天问三号”在轨道I和轨道III上均绕太阳做圆周运动，其线速度满足
轨道III半径大，故“天问三号”在轨道III上运行速度小于在轨道I上运行速度，综上，“天问三号”在轨道II上点处运行速度最大；
D．天体表面的重力加速度
又
代入得
因此
选项D错误；
故选C。
16．（2025·四川攀枝花·三模）随着太空垃圾问题日益严峻，天宫空间站面临来自太空碎片的威胁越来越严重，这些碎片速度极快，对空间站设施构成严重危害。神舟十九号任务中携带了特殊装甲，并为天宫空间站安装了新的防护罩。同时，地面控制中心通过大型雷达和光学望远镜等监测设备，密切监测太空碎片，精确计算其运行轨迹，提前发现潜在碰撞风险。一旦监测到有较大的太空垃圾靠近时，天宫空间站会在地面控制中心的指挥下，依靠自身推进系统主动改变轨道或姿态，避开危险。某次避险过程需要空间站从低轨道变轨至更高轨道运行，假设变轨前后空间站所在轨道均为圆轨道，下列关于变轨前后的说法正确的是（ ）
A．变轨后空间站的线速度变大
B．变轨后空间站的角速度变大
C．变轨后空间站的运行周期变长
D．变轨时空间站发动机需沿运动方向喷气
【答案】C
【详解】A．由于变轨前后均做圆周运动，根据
可得
从低轨道变轨至更高轨道运行，变轨后空间站的线速度变小，故A错误；
B．根据
可得
变轨后空间站的角速度变小，故B错误；
C．根据
可得
变轨后空间站的运行周期变长，故C正确；
D．变轨时需要加速做离心运动，所以空间站发动机需沿运动方向的反向喷气，故D错误。
故选C。
17．（2025·黑龙江哈尔滨·模拟预测）2024年4月25日神舟十八号载人飞船与距地表约的空间站顺利完成径向对接。对接前，飞船在空间站正下方的“停泊点”处调整为垂直姿态，并与空间站保持相对静止；随后逐步上升到“对接点”，与空间站完成对接形成组合体，组合体在空间站原轨道上做匀速圆周运动。下列说法正确的是（ ）
A．飞船在“停泊点”时的运动速度大于空间站运动速度
B．飞船在“停泊点”时所受地球的万有引力提供向心力
C．相比于对接前，对接稳定后空间站的运动速度减小
D．相比于对接前，对接稳定后载人飞船的机械能增加
【答案】D
【详解】A．径向交会对接是指飞船沿与空间站运动方向垂直的方向和空间站完成对接。飞船维持在“停泊点”的状态时，即飞船与空间站角速度相同，飞船在空间站正下方200米的轨迹半径较小，根据可知，它的运动速度小于空间站运动速度，故A错误；
B．飞船维持在“停泊点”的状态时，以空间站为研究对象，根据万有引力提供向心力有
飞船维持在“停泊点”的状态时，即飞船与空间站角速度相同，飞船在空间站正下方，轨迹半径较小，分析可知
需要开动发动机给飞船提供一个背离地心的推力使飞船能与空间站保持相对静止，故B错误；
C．对接稳定后空间站的轨道半径不变，质量增大，根据万有引力提供向心力有
解得
对接稳定后空间站速度与质量无关，保持不变，故C错误；
D．相比于对接前，轨道半径更大，则对接稳定后载人飞船的机械能增加，故D正确。
故选D。
18．（2025·全国·模拟预测）（多选）2024年10月30日11时00分，“神舟十九号”飞船与天宫空间站顺利对接。如图所示，飞船与空间站对接前在各自预定的圆轨道I、Ⅲ上运动，Ⅱ为对接转移轨道，下列说法正确的是（ ）
A．飞船在I轨道运行速度小于在Ⅲ轨道上的运行速度
B．飞船在三个轨道上的运行周期
C．飞船在Ⅱ轨道上的机械能大于在I轨道上的机械能
D．飞船在三个轨道上运行时与地球连线在单位时间内扫过的面积相等
【答案】BC
【详解】A．根据万有引力等于向心力
可得
因为
可知飞船在I轨道运行速度大于在Ⅲ轨道上的运行速度，故A错误；
B．根据开普勒第三定律
因为
可知飞船在三个轨道上的运行周期，故B正确；
C．飞船从轨道I到轨道Ⅱ要进行加速，机械能增加，则飞船在Ⅱ轨道上的机械能大于在I轨道上的机械能，故C正确；
D．根据开普勒第二定律可知，飞船在三个不同轨道上运行时，与地球连线在单位时间内扫过的面积不相等，故D错误。
故选BC。
19．（2025·山东·模拟预测）（多选）如图所示，火星探测器从地球发射后，经时间t到达火星轨道，其转移轨道是一个与地球轨道外切、与火星轨道内切的半椭圆。假定火星轨道与地球轨道共面，地球轨道是半径为r的圆，火星轨道是半径为R的圆，地球公转周期为T，地球公转半径远大于地球半径，下列说法正确的是（ ）
A．地球的线速度小于火星的线速度
B．地球的加速度大于火星的加速度
C．火星探测器的运动时间
D．火星探测器的发射速度介于7.9km/s和11.2km/s之间
【答案】BC
【详解】A．根据
可得
因为地球轨道半径小于火星轨道半径，所以地球的线速度大于火星的线速度，A错误。
B．根据
可得
地球轨道半径小，所以地球的加速度大于火星的加速度，B正确。
C．根据开普勒第三定律
对于火星探测器的转移轨道半长轴
设探测器运动时间为，其公转周期为，则
可得
探测器运动时间，C正确。
D．火星探测器要脱离地球引力束缚，发射速度应大于第二宇宙速度，D错误。
故选BC。
20．（2025·湖南常德·三模）（多选）如图所示，在进行火星考查时，火星探测器对火星完成了“绕，着、巡””三项目标。经考查已知火星表面的重力加速度为，火星的平均密度为，火星可视为均匀球体且忽略自转。火星探测器绕火星做匀速圆周运动时离火星表面的高度为h，已知引力常量G，下列说法正确的是（ ）
A．火星的半径为
B．依据题中信息无法求出火星的质量
C．火星探测器绕火星做匀速圆周运动时的向心加速度为
D．火星探测器的发射速度一定大于11.2 km/s
【答案】AD
【详解】AB．在火星表面，有
又
解得，，故A正确，B错误；
C．对做圆周运动的探测器，根据牛顿第二定律有
解得，故C错误；
D．火星探测器需要挣脱地球引力的束缚，其发射速度应大于11.2 km/s，故D正确。
故选AD。
21．（2025·四川遂宁·模拟预测）（多选）北京时间2025年1月7日04时00分，我国在西昌卫星发射中心使用长征三号乙运载火箭，成功将实践25号卫星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，该卫星主要用于卫星燃料补加与延寿服务技术验证。经过一个月的时间，实践25号抵达同步轨道，并成功给北斗三号G7星加注了142公斤肼类燃料，实现了全球首次卫星在轨加注燃料。若后期还要给同轨道上的另一颗卫星加注燃料，加注前两卫星的位置如图所示，则是要想实现加注燃料，对实践25号星操作正确的是（ ）
A．实践25号卫星直接加速与卫星A对接即可
B．实践25号卫星和卫星A对接时具有相同的加速度
C．实践25号卫星受到地球的万有引力一定大于卫星A受到地球的万有引力
D．实践25号卫星对卫星A加注燃料后，25号卫星向前喷射少量减速剂即可实现分离
【答案】BD
【详解】A．实践25号卫星直接加速，将做离心运动，变轨到更高的轨道，不能与卫星A对接，故A错误；
B．根据牛顿第二定律可得
可得
可知实践25号卫星和卫星A对接时具有相同的加速度，故B正确；
C．由于不知道实践25号卫星和卫星A的质量关系，所以无法比较实践25号卫星受到地球的万有引力与卫星A受到地球的万有引力的大小关系，故C错误；
D．实践25号卫星对卫星A加注燃料后，25号卫星向前喷射少量减速剂，则25号卫星速度减小，25号卫星将做向心运动，可实现分离，故D正确。
故选BD。
1．（2025·安徽合肥·模拟预测）假如宇航员乘坐宇宙飞船登上火星，在火星“北极”距星球表面附近h处自由释放一个小球，测得落地时间为t，已知火星半径为R，自转周期为T，万有引力常量为G。下列说法正确的是（ ）
A．火星的质量为
B．火星的第一宇宙速度为
C．宇宙飞船绕火星做圆周运动的周期可能为
D．如果火星存在一颗同步卫星，其距星球表面高度为
【答案】A
【详解】A．小球自由下落有
可得火星表面重力加速度
由重力等于万有引力
解得，故A正确；
B．第一宇宙速度为近火卫星的环绕速度，则有
解得，故B错误；
C．当宇宙飞船在火星表面附近运行时，轨道半径为R，则有
解得周期为
代入
解得，故C错误；
D．同步卫星周期为T，则有
解得
代入
解得
解得高度为，故D错误。
故选A。
2．（2025·河北·模拟预测）某卫星在赤道面内围绕地轴做匀速圆周运动，其运动方向自西向东，地球表面北纬60°以北、南纬60°以南地区均不能与该卫星进行通信，已知地球同步卫星距离地面高度为h=36000km，地球半径为R=6400km，下列说法正确的是（ ）
A．该卫星距地面高度为12800km
B．该卫星的向心加速度比同步卫星的向心加速度小
C．若某时刻该卫星经过赤道上某处的正上方，则该地区的人观察该卫星的运动方向为自东向西
D．若某时刻该卫星经过赤道上某处的正上方，则该地区的人观察该卫星的运动方向为自西向东
【答案】D
【详解】A．根据题意可知此卫星的轨道半径为
所以该卫星距地面高度为h=R=6400km，选项A错误；
B．根据
可得
因该卫星比同步卫星轨道半径小，所以该卫星的向心加速度比同步卫星的大，选项B错误；
CD．根据
可得
可知该卫星比地球自转角速度更大，该地区的人观察该卫星的运动方向为自西向东，选项D正确，C错误。
故选D。
3．（2025·浙江金华·三模）在太阳光照射下，卫星太阳能板将光能转化为的电能为卫星设备提供能源。一颗绕地球做匀速圆周运动的卫星与地心的距离为地球半径的倍，卫星圆形轨道平面与地球赤道平面重合，卫星的运行周期为T。下列判断正确的是（ ）
A．卫星的运行周期T约为近地卫星运行周期的2倍
B．卫星的运行速度约为第一宇宙速度的倍
C．卫星运行轨道上各点的重力加速度为地球表面的倍
D．卫星运行一周，太阳能收集板转化电能的时间约为
【答案】D
【详解】ABC．卫星绕地球做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力得
可得，，
可知卫星的运行周期与近地卫星运行周期之比为
卫星的运行速度与第一宇宙速度之比为
卫星运行轨道上各点的重力加速度与地球表面重力加速度之比为
故ABC错误；
D．如图所示
根据几何关系可得
可得
可知星运行一周，太阳能收集板转化电能的时间约为
故D正确。
故选D。
4．（2025·浙江·模拟预测）神舟飞船若采用自主快速交会对接，发射升空后先进入停泊轨道（即近地圆轨道），再进入转移轨道，最后在中国空间站轨道与空间站组合体对接。各个轨道的示意简图如图所示，已知地球的半径为，飞船在停泊轨道的运行周期为，中国空间站轨道可视为圆形轨道且距地面高度为。从神舟十七号开始，航天员出舱活动时会进行空间站空间碎片防护装置安装、舱外设备设施例行巡检等任务。若考虑在空间站运行轨道上存在静止、密度为的均匀稀薄气体，为了维持空间站的运动状态，需要对空间站施加一个与其速度方向相同的动力。则下列说法正确的是（ ）
A．飞船在点从停泊轨道进入转移轨道时需要减速
B．飞船在转移轨道上从点运行至点所需的时间为
C．若空间站探测到在其运行轨道上不远处有同向运动的10cm空间碎片，应立即变轨规避
D．假设空间站垂直速度方向的面积为，稀薄气体碰到空间站后立刻与其速度相同，可得空间站运行的速度大小为
【答案】D
【详解】A．飞船从低轨道（停泊轨道）进入高轨道（转移轨道），需要做离心运动。根据离心运动条件，需要加速使所需向心力大于万有引力，而不是减速，故A错误；
B．根据开普勒第三定律有
飞船在转移轨道上从P点运行至Q点所需的时间为
联立解得
故B错误。
C．若空间站探测到在其运行轨道上不远处有同向运动的10cm空间碎片，不用立即变轨规避；不会相碰，因为他们的运行速率一样。故C错误；
D．以运动方向和空间站作用的一段稀薄气体为对象，根据动量定理可得
其中
解得，故D正确。
故选D。
1．（2024·广东·高考真题）（多选）如图所示，探测器及其保护背罩通过弹性轻绳连接降落伞。在接近某行星表面时以的速度竖直匀速下落。此时启动“背罩分离”，探测器与背罩断开连接，背罩与降落伞保持连接。已知探测器质量为1000kg，背罩质量为50kg，该行星的质量和半径分别为地球的和。地球表面重力加速度大小取。忽略大气对探测器和背罩的阻力。下列说法正确的有（ ）
A．该行星表面的重力加速度大小为
B．该行星的第一宇宙速度为
C．“背罩分离”后瞬间，背罩的加速度大小为
D．“背罩分离”后瞬间，探测器所受重力对其做功的功率为30kW
【答案】AC
【详解】A．在星球表面，根据
可得
行星的质量和半径分别为地球的和。地球表面重力加速度大小取，可得该行星表面的重力加速度大小
故A正确；
B．在星球表面上空，根据万有引力提供向心力
可得星球的第一宇宙速度
行星的质量和半径分别为地球的和，可得该行星的第一宇宙速度
地球的第一宇宙速度为，所以该行星的第一宇宙速度
故B错误；
C．“背罩分离”前，探测器及其保护背罩和降落伞整体做匀速直线运动，对探测器受力分析，可知探测器与保护背罩之间的作用力
“背罩分离”后，背罩所受的合力大小为4000N，对背罩，根据牛顿第二定律
解得
故C正确；
D．“背罩分离”后瞬间探测器所受重力对其做功的功率
故D错误。
故选AC。
2．（2024·河北·高考真题）（多选）2024年3月20日，鹊桥二号中继星成功发射升空，为嫦娥六号在月球背面的探月任务提供地月间中继通讯。鹊桥二号采用周期为24h的环月椭圆冻结轨道（如图），近月点A距月心约为2.0 × 103km，远月点B距月心约为1.8 × 104km，CD为椭圆轨道的短轴，下列说法正确的是（ ）
A．鹊桥二号从C经B到D的运动时间为12h
B．鹊桥二号在A、B两点的加速度大小之比约为81：1
C．鹊桥二号在C、D两点的速度方向垂直于其与月心的连线
D．鹊桥二号在地球表面附近的发射速度大于7.9km/s且小于11.2km/s
【答案】BD
【详解】A．鹊桥二号围绕月球做椭圆运动，根据开普勒第二定律可知，从A→C→B做减速运动，从B→D→A做加速运动，则从C→B→D的运动时间大于半个周期，即大于12h，故A错误；
B．鹊桥二号在A点根据牛顿第二定律有
同理在B点有
带入题中数据联立解得aA：aB = 81：1
故B正确；
C．由于鹊桥二号做曲线运动，则可知鹊桥二号速度方向应为轨迹的切线方向，则可知鹊桥二号在C、D两点的速度方向不可能垂直于其与月心的连线，故C错误；
D．由于鹊桥二号环绕月球运动，而月球为地球的“卫星”，则鹊桥二号未脱离地球的束缚，故鹊桥二号的发射速度应大于地球的第一宇宙速度7.9km/s，小于地球的第二宇宙速度11.2km/s，故D正确。
故选BD。
3．（2024·湖南·高考真题）（多选）2024年5月3日，“嫦娥六号”探测器顺利进入地月转移轨道，正式开启月球之旅。相较于“嫦娥四号”和“嫦娥五号”，本次的主要任务是登陆月球背面进行月壤采集并通过升空器将月壤转移至绕月运行的返回舱，返回舱再通过返回轨道返回地球。设返回舱绕月运行的轨道为圆轨道，半径近似为月球半径。已知月球表面重力加速度约为地球表面的，月球半径约为地球半径的。关于返回舱在该绕月轨道上的运动，下列说法正确的是（ ）
A．其相对于月球的速度大于地球第一宇宙速度
B．其相对于月球的速度小于地球第一宇宙速度
C．其绕月飞行周期约为地球上近地圆轨道卫星周期的倍
D．其绕月飞行周期约为地球上近地圆轨道卫星周期的倍
【答案】BD
【详解】AB．返回舱在该绕月轨道上运动时万有引力提供向心力，且返回舱绕月运行的轨道为圆轨道，半径近似为月球半径，则有
其中在月球表面万有引力和重力的关系有
联立解得
由于第一宇宙速度为近地卫星的环绕速度，同理可得
代入题中数据可得
故A错误、B正确；
CD．根据线速度和周期的关系有
根据以上分析可得
故C错误、D正确；
故选BD。
4．（2023·新课标卷·高考真题）2023年5月，世界现役运输能力最大的货运飞船天舟六号，携带约5800kg的物资进入距离地面约400km（小于地球静止卫星与地面的距离）的轨道，顺利对接中国空间站后近似做匀速圆周运动。对接后，这批物资（ ）
A．质量比静止在地面上时小B．所受合力比静止在地面上时小
C．所受地球引力比静止在地面上时大D．做圆周运动的角速度大小比地球自转角速度大
【答案】D
【详解】A．物体在低速（速度远小于光速）宏观条件下质量保持不变，即在空间站和地面质量相同，故A错误；
BC．设空间站离地面的高度为h，这批物资在地面上静止，跟地球一起自转，合力很小近似为零，在空间站所受合力为万有引力即
在地面受地球引力为
因此有，故BC错误；
D．物体绕地球做匀速圆周运动万有引力提供向心力
解得
这批物质在空间站内的轨道半径小于静止卫星的轨道半径，因此这批物质的角速度大于静止卫星的角速度，静止卫星的角速度等于地球自转的角速度，即这批物质的角速度大于地球自转的角速度，故D正确。
故选D。
5．（2025·广东·高考真题）一颗绕太阳运行的小行星，其轨道近日点和远日点到太阳的距离分别约为地球到太阳距离的5倍和7倍。关于该小行星，下列说法正确的是（ ）
A．公转周期约为6年
B．从远日点到近日点所受太阳引力大小逐渐减小
C．从远日点到近日点线速度大小逐渐减小
D．在近日点加速度大小约为地球公转加速度的
【答案】D
【详解】A．根据题意，设地球与太阳间距离为，则小行星公转轨道的半长轴为
由开普勒第三定律有
解得年
故A错误；
B．从远日点到近日点，小行星与太阳间距离减小，由万有引力定律可知，小行星受太阳引力增大，故B错误；
cC．由开普勒第二定律可知，从远日点到近日点，小行星线速度逐渐增大，故C错误。
D．由牛顿第二定律有
解得
可知
即小行星在近日点的加速度是地球公转加速度的，故D正确；
故选D。
6．（2025·山东·高考真题）轨道舱与返回舱的组合体，绕质量为M的行星做半径为r的圆周运动，轨道舱与返回舱的质量比为。如图所示，轨道舱在P点沿运动方向向前弹射返回舱，分开瞬间返回舱相对行星的速度大小为，G为引力常量，此时轨道舱相对行星的速度大小为（ ）
A．B．C．D．
【答案】C
【详解】轨道舱与返回舱的质量比为，设返回舱的质量为m，则轨道舱的质量为5m，总质量为6m；
根据题意组合体绕行星做圆周运动，根据万有引力定律有
可得做圆周运动的线速度为
弹射返回舱的过程中组合体动量守恒，有
由题意
带入解得
故选C。
7．（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，向心加速度大小分别为，则（ ）
A．B．C．D．
【答案】D
【详解】设土星的质量为，两颗卫星的质量分别为、，对两颗卫星，根据牛顿第二定律，
整理可得
故选D。
8．（2024·江西·高考真题）两个质量相同的卫星绕月球做匀速圆周运动，半径分别为、，则动能和周期的比值为（ ）
A．B．
C．D．
【答案】A
【详解】两个质量相同的卫星绕月球做匀速圆周运动，则月球对卫星的万有引力提供向心力，设月球的质量为M，卫星的质量为m，则半径为r1的卫星有
半径为r2的卫星有
再根据动能，可得两卫星动能和周期的比值分别为，
故选A。
9．（2023·天津·高考真题）运行周期为的北斗卫星比运行周期为的（ ）
A．加速度大B．角速度大C．周期小D．线速度小
【答案】D
【详解】根据万有引力提供向心力有
可得，，，
因为北斗卫星周期大，故运行轨道半径大，则线速度小，角速度小，加速度小。
故选D。
10．（2023·浙江·高考真题）木星的卫星中，木卫一、木卫二、木卫三做圆周运动的周期之比为。木卫三周期为T，公转轨道半径是月球绕地球轨道半径r的n倍。月球绕地球公转周期为，则（ ）
A．木卫一轨道半径为B．木卫二轨道半径为
C．周期T与T0之比为D．木星质量与地球质量之比为
【答案】D
【详解】根据题意可得，木卫3的轨道半径为
AB．根据万有引力提供向心力
可得
木卫一、木卫二、木卫三做圆周运动的周期之比为,可得木卫一轨道半径为
木卫二轨道半径为
故AB错误；
C．木卫三围绕的中心天体是木星，月球的围绕的中心天体是地球，根据题意无法求出周期T与T0之比，故C错误；
D．根据万有引力提供向心力，分别有，
联立可得
故D正确。
故选D。
11．（2023·湖北·高考真题）2022年12月8日，地球恰好运行到火星和太阳之间，且三者几乎排成一条直线，此现象被称为“火星冲日”。火星和地球几乎在同一平面内沿同一方向绕太阳做圆周运动，火星与地球的公转轨道半径之比约为，如图所示。根据以上信息可以得出（ ）

A．火星与地球绕太阳运动的周期之比约为
B．当火星与地球相距最远时，两者的相对速度最大
C．火星与地球表面的自由落体加速度大小之比约为
D．下一次“火星冲日”将出现在2023年12月8日之前
【答案】B
【详解】A．火星和地球均绕太阳运动，由于火星与地球的轨道半径之比约为3：2，根据开普勒第三定律有
可得
故A错误；
B．火星和地球绕太阳匀速圆周运动，速度大小均不变，当火星与地球相距最远时，由于两者的速度方向相反，故此时两者相对速度最大，故B正确；
C．在星球表面根据万有引力定律有
由于不知道火星和地球的质量比，故无法得出火星和地球表面的自由落体加速度，故C错误；
D．火星和地球绕太阳匀速圆周运动，有，
要发生下一次火星冲日则有
得
可知下一次“火星冲日”将出现在2023年12月18日之后，故D错误。
故选B。
12．（2023·江苏·高考真题）设想将来发射一颗人造卫星，能在月球绕地球运动的轨道上稳定运行，该轨道可视为圆轨道．该卫星与月球相比，一定相等的是（ ）
A．质量B．向心力大小
C．向心加速度大小D．受到地球的万有引力大小
【答案】C
【详解】根据
可得
因该卫星与月球的轨道半径相同，可知向心加速度相同；因该卫星的质量与月球质量不同，则向心力大小以及受地球的万有引力大小均不相同。
故选C。
13．（2024·福建·高考真题）（多选）据报道，我国计划发射的“巡天号”望远镜将运行在离地面约的轨道上，其视场比“哈勃”望远镜的更大。已知“哈勃”运行在离地面约的轨道上，若两望远镜绕地球近似做匀速圆周运动，则“巡天号”（ ）
A．角速度大小比“哈勃”的小B．线速度大小比“哈勃”的小
C．运行周期比“哈勃”的小D．向心加速度大小比“哈勃”的大
【答案】CD
【详解】根据万有引力提供向心力可得
可得，，，
由于巡天号的轨道半径小于哈勃号的轨道半径，则有，，，
故选CD。
14．（2023·海南·高考真题）（多选）如图所示，1、2轨道分别是天宫二号飞船在变轨前后的轨道，下列说法正确的是（ ）

A．飞船从1轨道变到2轨道要点火加速B．飞船在1轨道周期大于2轨道周期
C．飞船在1轨道速度大于2轨道D．飞船在1轨道加速度大于2轨道
【答案】ACD
【详解】A．飞船从较低的轨道1进入较高的轨道2要进行加速做离心运动才能完成，选项A正确；
BCD．根据
可得，，，
可知飞船在轨道1的周期小于在轨道2的周期，在轨道1的速度大于在轨道2的速度，在轨道1的加速度大于在轨道2的加速度，故选项B错误，CD正确。
故选ACD。
15．（2025·河北·高考真题）随着我国航天事业飞速发展，人们畅想研制一种核聚变能源星际飞行器。从某星球表面发射的星际飞行器在飞行过程中只考虑该星球引力，不考虑自转，该星球可视为质量分布均匀的球体，半径为，表面重力加速度为。质量为m的飞行器与星球中心距离为r时，引力势能为。要使飞行器在距星球表面高度为的轨道上做匀速圆周运动，则发射初速度为（ ）
A．B．C．D．
【答案】B
【详解】飞行器在轨道半径处的总机械能包括动能和势能。
引力势能为
根据万有引力提供向心力，在地球表面有，解得轨道速度满足，对应动能，总机械能
根据机械能守恒，初始动能，解得。
故选B。
16．（2024·安徽·高考真题）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51900km。后经多次轨道调整，进入冻结轨道运行，轨道的半长轴约为9900km，周期约为24h。则鹊桥二号在捕获轨道运行时（ ）
A．周期约为144h
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
【答案】B
【详解】A．冻结轨道和捕获轨道的中心天体是月球，根据开普勒第三定律得
整理得
A错误；
B．根据开普勒第二定律得，近月点的速度大于远月点的速度，B正确；
C．近月点从捕获轨道到冻结轨道鹊桥二号进行近月制动，捕获轨道近月点的速度大于在冻结轨道运行时近月点的速度，C错误；
D．两轨道的近月点所受的万有引力相同，根据牛顿第二定律可知，近月点的加速度等于在冻结轨道运行时近月点的加速度，D错误。
故选B。
17．（2024·湖北·高考真题）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
【答案】A
【详解】A．在P点变轨前后空间站所受到的万有引力不变，根据牛顿第二定律可知空间站变轨前、后在P点的加速度相同，故A正确；
B．因为变轨后其半长轴大于原轨道半径，根据开普勒第三定律可知空间站变轨后的运动周期比变轨前的大，故B错误；
C．变轨后在P点因反冲运动相当于瞬间获得竖直向下的速度，原水平向左的圆周运动速度不变，因此合速度变大，故C错误；
D．由于空间站变轨后在P点的速度比变轨前大，而比在近地点的速度小，则空间站变轨前的速度比变轨后在近地点的小，故D错误。
故选A。
18．（2023·海南·高考真题）（多选）如图所示，1、2轨道分别是天宫二号飞船在变轨前后的轨道，下列说法正确的是（ ）

A．飞船从1轨道变到2轨道要点火加速B．飞船在1轨道周期大于2轨道周期
C．飞船在1轨道速度大于2轨道D．飞船在1轨道加速度大于2轨道
【答案】ACD
【详解】A．飞船从较低的轨道1进入较高的轨道2要进行加速做离心运动才能完成，选项A正确；
BCD．根据
可得，，，
可知飞船在轨道1的周期小于在轨道2的周期，在轨道1的速度大于在轨道2的速度，在轨道1的加速度大于在轨道2的加速度，故选项B错误，CD正确。
故选ACD。