第2讲　宇宙速度　人造卫星

第2讲宇宙速度人造卫星高中总复习·物理目录01立足”四层”·夯基础02着眼“四翼”·探考点03聚焦“素养”·提能力04培养“思维”·重落实概念公式定理立足“四层”·夯基础

第一宇宙速度1.

定义：第一宇宙速度是在地面附近发射飞行器，使飞行器成为绕地球运

动的人造地球卫星的最小

速度，也是飞行器环绕地球运动的最

大

速度。2.

大小：地球第一宇宙速度大小为

km/s。发射

环绕

7.9

3.

第一宇宙速度的计算方法第二宇宙速度和第三宇宙速度1.

第二宇宙速度

发射飞行器，使飞行器挣脱

引力束缚，永远离开

地球的最小发射速度，其数值为

km/s。2.

第三宇宙速度在地面附近发射飞行器，使飞行器挣脱

引力束缚，飞到太阳系外

的最小发射速度，其数值为

km/s。在地面附近

地球

11.2

太阳

16.7

人造卫星1.

环绕天体（卫星）运行问题的分析方法将环绕天体或卫星的运动看成

运动，其所需向心力由中心天

体对它的

提供。匀速圆周

万有引力

越小

越大

3.

人造卫星

，一般分为赤道轨道、极地轨道和

其他轨道，地球同步卫星中的静止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。卫星运行的轨道平面一定通过地心

①静止卫星的轨道平面与

共面，且与地球自转的方向相同。②定：与地球自转同，即T＝

h＝86

400

s。③角速度大小一定：与地球自转的角速度大小相同。

赤道

24

（2）地球同步卫星（3）近地卫星近地卫星是在地球表面附近环绕地球做匀速圆的卫星，其运行的轨

道半径可近似认为等于地球的半径，其运行线速度约为7.9

km/s。

1.

第一宇宙速度与地球的质量有关。

（

√

）2.

若物体的发射速度大于第二宇宙速度，小于第三宇宙速度，则物体可以

绕太阳运行。

（

√

）3.

地球同步卫星的运行速度一定小于地球第一宇宙速度。

（

√

）√√√

A.

vB.

vC.

vD.

v√

2.

（2024·江西高考4题）两个质量相同的卫星绕月球做匀速圆，半

径分别为r1、r2，则动能和比值为（

）A.

＝，＝B.

＝，＝C.

＝，＝D.

＝，＝√

题型规律方法着眼“四翼”·探考点

考点一

宇宙速度第一宇宙速度的理解

（2025·湖北黄冈三模）2024年2月29日中国在西昌卫星发射中心成功

发射了高轨卫星01星，标志着中国互联网的效率与质量将进一步提升。已

知高轨卫星01星与地球中心的连线在时间t内转过的弧度为θ，扫过的面积

为S，地球的半径为R，引力常量为G，则（

）A.

高轨卫星01星可以静止在咸宁的正上方B.

地球的质量为C.

地球表面的重力加速度为D.

地球的第一宇宙速度为√

A.

在月球上发射卫星的最小速度约为8

km/sB.

月球卫星的环绕速度可能达到4

km/sC.

月球的第一宇宙速度约为1.8

km/sD.

“近月卫星”的线速度比“近地卫星”的线速度大√

卫星的发射速度与运动轨道的关系1.

v发＝7.9

km/s时，卫星绕地球做匀速圆。2.

7.9

km/s＜v发＜11.2

km/s，卫星绕地球运动的轨迹为椭圆。3.

11.2

km/s≤v发＜16.7

km/s，卫星绕太阳做椭圆运动。4.

v发≥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。

（2025·湖北武汉联考）中国火星探测器“天问一号”成功发射后，

沿地火转移轨道飞行七个多月，于2021年2月到达火星附近，要通过制动

减速被火星引力俘获，才能进入环绕火星的轨道飞行。已知地球的质量约

为火星质量的10倍，地球半径约为火星半径的2倍，下列说法正确的是

（

）A.

若在火星上发射一颗绕火星运动的近地卫星，其速度至少需要7.9

km/sB.

“天问一号”探测器的发射速度一定大于7.9

km/s，小于11.2

km/sC.

火星与地球的第一宇宙速度之比为1∶D.

火星表面的重力加速度大于地球表面的重力加速度√

考点二

卫星运行参量的分析1.

分析人造卫星的运动规律的两条思路

2.

地球卫星的运行参量（将卫星轨道视为圆）物理量推导依据表达式最大值或最小值线速度G＝mv＝当r＝R时有最大值，v＝7.9

km/s角速度G＝mω2rω＝当r＝R时有最大值物理量推导依据表达式最大值或最小值G＝mrT＝2π当r＝R时有最小值，约85

min向心加速度G＝manan＝当r＝R时有最大值，最大值为g轨道平面圆的圆心与中心天体的中心重合

〔多选〕关于地球静止卫星，下列说法正确的是（

）A.

它的地球自转同B.

它的、高度、速度大小都是一定的C.

地球静止卫星的轨道必须在赤道正上方D.

我国发射的同步通讯卫星可以定点在北京上空√√√

〔多选〕（2025·北京海淀期末）我国有很多不同轨道高度的人造卫星。如图所示，人造卫星A、B都绕地球做匀速圆。两颗人造卫星的质量之比为mA∶mB＝1∶3，轨道半径之比为rA∶rB＝2∶3，则A、B两颗人造卫星（

）A.

比为2∶3B.

线速度大小之比为∶C.

向心加速度大小之比为9∶4D.

动能之比为1∶2√√√

〔多选〕（2023·海南高考9题）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轨道于2轨道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√√√

现实科技应用聚焦“素养”·提能力

近地卫星、静止卫星与地球赤道上物体的比较项目近地卫星静止卫星地球赤道上物体图示

项目近地卫星静止卫星地球赤道上物体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静＞r物＝r近角速度ω近＞ω静＝ω物线速度v近＞v静＞v物向心加速度a近＞a静＞a物

如图所示，a为静止在地球赤道上的物体，b为近地卫星，c为静止

卫星，d为高空探测卫星，a向为他们的向心加速度，r为它们到地心的距

离，T为它们的运动，l、θ分别为相同时间内转过的弧长和转过的圆心

角，则下列图像正确的是（

）√

〔多选〕卫星A在地球的赤道平面内绕地球做匀速圆，轨道

半径为r，运行的地球的自转T0相同；卫星B绕地球的表面附近

做匀速圆；物体C位于地球的赤道上，相对地面静止，地球的半径

为R，则有（

）A.

卫星A与卫星B的线速度之比是B.

卫星A与物体C的向心加速度之比是C.

卫星B与物体C的向心加速度之比是1D.

地球表面的重力加速度是√√

培养“思维”·重落实夯基提能升华

1.

（2023·江苏高考4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123456789101112√

1234567891011122.

（2024·辽宁模拟预测）如图所示是三个宇宙速度的示意图，则（

）A.

嫦娥一号卫星的无动力发射速度需要大于16.7

km/sB.

太阳系外飞行器的无动力发射速度只需要大于11.2

km/sC.

天宫空间站的飞行速度大于7.9

km/sD.

发射嫦娥六号探测器，发射速度需大于7.9

km/s，

小于11.2

km/s√123456789101112解析：

嫦娥一号绕月球运行，但仍没有脱离太阳系，无动力发射速度

需要小于16.7

km/s，A错误；太阳系外飞行器的无动力发射速度需要大于

16.7

km/s，B错误；天宫空间站绕地球做近似圆，运动速度小于7.9

km/s，C错误；嫦娥六号探测器仍在地球引力范围之内，因此发射速度需

大于7.9

km/s，小于11.2

km/s，D正确。1234567891011123.

（2025·四川成都模拟）2024年1月5日，我国“快舟一号”运载火箭在

酒泉卫星发射中心点火升空，以“一箭四星”方式，将“天目一号”掩

星探测星座15～18星送入预定轨道（轨道近似为圆轨道，高度在400至600

公里之间），发射任务取得圆满成功，实现了2024年中国航天发射开门

红。对于这四颗入轨后的卫星，下列说法正确的是（

）A.

发射速度应大于11.2

km/sB.

运行速度都小于7.9

km/sC.

线速度越小的卫星，运行小D.

某一颗卫星可能相对地面静止√123456789101112

1234567891011124.

（2025·江西南昌模拟）进入21世纪，北斗导航系统全球组网、天宫空

间站在轨建造完成，标志着我国的航天事业走在了世界前列。已知天宫空

间站和北斗导航系统中的中圆轨道卫星均绕地球做匀速圆，

别为1.5

h、12

h，则空间站和中圆轨道卫星的（

）A.

运转半径之比为1∶8B.

线速度大小之比为2∶1C.

向心加速度大小之比为8∶1D.

线速度均大于第一宇宙速度√123456789101112

1234567891011125.

（2024·浙江1月9题）如图所示，2023年12月9日“号”运载火箭

顺利将“鸿鹄卫星”等三颗卫星送入距离地面约500

km的轨道。取地球质

量6.0×1024

kg，地球半径6.4×103

km，引力常量6.67×10－11

N·m2/kg2。

下列说法正确的是（

）A.

火箭的推力是空气施加的B.

卫星的向心加速度大小约8.4

m/s2C.

卫星运行的12

hD.

发射升空初始阶段，装在火箭上部的卫星处于失重状态√123456789101112

1234567891011126.

（2025·河南濮阳期末）如图所示，O为地球的中心，OP垂直于赤道

面。a为在赤道面的圆轨道上运行的卫星，b为在垂直于赤道面的圆轨道上

运行的卫星，c为平行于赤道面、以P为圆心的圆轨道，已知a卫星和b卫星

的运行轨道半径均为地球同步卫星的一半，下列判断正确的是（

）A.

b卫星的运动定大于8小时B.

a卫星和b卫星的机械能一定相同C.

c轨道可能成为地球卫星的运行轨道D.

a卫星和b卫星所受向心力一定相同√123456789101112

1234567891011127.

地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a1，地球的静止卫星绕地

球做匀速圆的轨道半径为r，向心加速度为a2。已知引力常量为G，

地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，且地球近地卫星轨道处的重力

加速度为g0，下列说法正确的是（

）A.

地球质量M＝B.

地球质量M＝C.

a1、a2、g、g0的关系是g0＝g＞a2＞a1D.

加速度之比＝√123456789101112

1234567891011128.

（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.

飞船的于空间站的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√123456789101112

123456789101112

9.

（2025·辽宁大连模拟）国产科幻大片《流浪地球2》中的“太空电梯”

给观众带来了强烈的视觉震撼。如图所示，“太空电梯”由地面基站、缆

绳、箱体、同步静止轨道上的空间站和配重组成，缆绳相对地面静止，箱

体可以沿缆绳将人和货物从地面运送到空间站。下列说法正确的是（

）A.

地面基站可以建设在大连的大黑山上B.

地面基站的角速度小于箱体的角速度C.

配重的于同步静止空间站的D.

配重的于同步静止空间站的√123456789101112解析：

“太空电梯”由地面基站、缆绳、箱体、同步静止轨道上的空

间站和配重组成，缆绳相对地面静止，地面基站只能建设在赤道上，故A

错误；地面基站的角速度等于箱体的角速度，故B错误；由于同步静止轨

道上的空间站和配重相对地面静止，则配重的于同步静止空间站的

，故C正确，D错误。12345678910111210.

（2025·山东临沂期末）华为Mate70搭载我国自主研发的麒麟9100s芯

片，该手机最大的亮点就是可以连接天通一号01星实现卫星通信。天通一

号01星是地球同步静止卫星，另外