2026年天津高考物理二轮复习讲练测题型07 卫星变轨、发射、回收、空间站对接及其能量问题（题型专练）（原卷版）

题型07卫星变轨、发射、回收、空间站对接及其能量问题目录第一部分题型解码高屋建瓴，掌握全局第二部分考向破译微观解剖，精细教学总方法透视目录第一部分题型解码高屋建瓴，掌握全局第二部分考向破译微观解剖，精细教学总方法透视典例引领变式演练考向01卫星变轨的基本原理考向02卫星的发射与回收原理考向03卫星变轨时三类物理量的定性比较考向04能量问题第三部分综合巩固整合应用，模拟实战天津高考物理“卫星变轨、发射、回收”是万有引力模块综合核心，近5年（2021-2025）稳定出现在多选中档题（4-5分），偶见于力学综合大题小问（3-4分），常结合开普勒定律、能量、加速度/速度比较，是高频与区分度重点，以下为结构化考情分析。核心逻辑：发射（加速抬轨）→变轨（切点加速/减速）→回收（减速降轨+大气制动）；关键在切点速度突变（加速/减速）、轨道参量（v/ω/T/a）与轨道半径r的关系、机械能变化（高轨机械能更大）。关键模型：椭圆-圆相切变轨、多轨道调整（如天问一号、鹊桥二号）、对接/回收制动；核心是开普勒定律+万有引力=向心力+能量变化。1.卫星变轨的基本原理当卫星开启发动机，或者受空气阻力作用时，万有引力不再等于卫星所需向心力，卫星的轨道将发生变化。如图所示。(1)当卫星的速度增加时，Geq\f(Mm,r2)<meq\f(v2,r)，即万有引力不足以提供向心力，卫星将做离心运动，脱离原来的圆轨道，如果速度增加很缓慢，卫星每转一周均可看成做匀速圆周运动，经过一段时间，轨道半径变大，当卫星进入新的轨道运行时，由v＝eq\r(\f(GM,r))可知其运行速度比在原轨道时小。(2)当卫星的速度减小时，Geq\f(Mm,r2)>meq\f(v2,r)，即万有引力大于所需要的向心力，卫星将做近心运动，脱离原来的圆轨道，如果速度减小很缓慢，卫星每转一周均可看成做匀速圆周运动，经过一段时间，轨道半径变小，当卫星进入新的轨道运行时，由v＝eq\r(\f(GM,r))可知其运行速度比在原轨道时大。例如，人造卫星受到高空稀薄大气的摩擦力，轨道高度不断降低。2．卫星的发射与回收原理卫星轨道的突变：由于技术上的需要，有时要在适当的位置短时间内启动飞行器上的发动机，使飞行器轨道发生突变，使其进入预定的轨道。如图所示，发射同步卫星时，可以分多过程完成：(1)先将卫星发送到近地轨道Ⅰ，使其绕地球做匀速圆周运动，速率为v1。(2)变轨时在P点点火加速，短时间内将速率由v1增加到v2，这时eq\f(GMm,r2)<meq\f(v2,r)，卫星脱离原轨道做离心运动，进入椭圆形的转移轨道Ⅱ。(3)卫星运行到远地点Q时的速率为v3，此时进行第二次点火加速，在短时间内将速率由v3增加到v4，使卫星进入同步轨道Ⅲ，绕地球做匀速圆周运动。飞船和空间站的对接过程与此类似。卫星的回收过程和飞船的返回则是相反的过程，通过突然减速，eq\f(GMm,r2)>meq\f(v2,r)，变轨到低轨道，最后在椭圆轨道的近地点处返回地面。发射或回收示意图如下：空间站对接示意图如下：3．卫星变轨时三类物理量的定性比较(1)速度：设卫星在圆轨道Ⅰ、Ⅲ上运行时的速率分别为v1、v4，在轨道Ⅱ上过P、Q点时的速率分别为v2、v3，在P点加速，则v2>v1；在Q点加速，则v4>v3。又因v1>v4，故有v2>v1>v4>v3。(2)加速度：因为在P点不论从轨道Ⅰ还是轨道Ⅱ上经过，P点到地心的距离都相同，卫星的加速度都相同，设为aP。同理，在Q点加速度也相同，设为aQ。又因Q点到地心的距离大于P点到地心的距离，所以aQ<aP。(3)周期：设卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道上运行周期分别为T1、T2、T3，轨道半径或半长轴分别为r1、r2、r3，由eq\f(r3,T2)＝k可知T1<T2<T3。4.能量问题卫星速率增大(发动机做正功)会做离心运动，轨道半径增大，万有引力做负功，卫星动能减小，由于变轨时遵从能量守恒，稳定在圆轨道上时需满足Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)，致使卫星在较高轨道上的运行速率小于在较低轨道上的运行速率，但机械能增大(发动机做正功)；相反，卫星由于速率减小(发动机做负功)会做向心运动，轨道半径减小，万有引力做正功，卫星动能增大，同样原因致使卫星在较低轨道上的运行速率大于在较高轨道上的运行速率，但机械能减小(发动机做负功)。考向01卫星变轨的基本原理【例1-1】（2021·天津·高考真题）2021年5月15日，天问一号探测器着陆火星取得成功，迈出了我国星际探测征程的重要一步，在火星上首次留下国人的印迹。天问一号探测器成功发射后，顺利被火星捕获，成为我国第一颗人造火星卫星。经过轨道调整，探测器先沿椭圆轨道Ⅰ运行，之后进入称为火星停泊轨道的椭圆轨道Ⅱ运行，如图所示，两轨道相切于近火点P，则天问一号探测器（）A．在轨道Ⅱ上处于受力平衡状态 B．在轨道Ⅰ运行周期比在Ⅱ时短C．从轨道Ⅰ进入Ⅱ在P处要加速 D．沿轨道Ⅰ向P飞近时速度增大【例1-2】（2025·天津北辰·三模）国家深空探测实验室预计在2030年前后实现载人登月并建设月球基地，为此成功发射了天都一号环月卫星负责通信和导航。如图所示，天都一号在地月转移轨道点实施“刹车”制动，成功进入环月圆形轨道。已知环月轨道离月面高度为，月球质量为，月球半径为，引力常量为。则（）A．卫星在环月轨道运行时向心加速度小于月球表面的重力加速度B．环月圆形轨道上卫星的线速度大小为C．环月圆形轨道上卫星的运行周期为D．进入环月圆形轨道前卫星在处的速度大小等于【变式1-1】（2025·天津滨海新·三模）我国现有多款手机支持天通卫星通讯。“天通”卫星发射过程如图：先用火箭将卫星送上椭圆轨道1，P、Q是远地点和近地点，随后变轨，至圆轨道2，再变轨至同步轨道3。轨道1、2相切于P点，轨道2、3相交于M、N两点。忽略卫星质量变化，下列说法正确的是（）A．卫星在轨道2和轨道3上的机械能E2=E3B．卫星在轨道1和轨道2上的周期T1>T2C．由轨道1变至轨道2，卫星在P点向前喷气D．卫星在轨道1上P点的线速度大于在轨道3上的线速度【变式1-2】（2025·天津蓟州·一模）如图所示，一颗人造卫星原来在椭圆轨道1绕地球E运行，在P变轨后进入轨道2做匀速圆周运动。下列说法正确的是（）A．不论在轨道1还是在轨道2运行，卫星在P点的速度都相同B．不论在轨道1还是在轨道2运行，卫星在P点的加速度都相同C．卫星在轨道1的任何位置都具有相同加速度D．卫星在轨道2的任何位置都具有相同动能考向02卫星的发射与回收原理【例2-1】（2025·天津宁河·一模）地球同步卫星的发射过程可以简化如下：卫星先在近地圆形轨道I上运动，在点A时点火变轨进入椭圆轨道II，到达轨道的远地点B时，再次点火进入同步轨道III绕地球做匀速圆周运动。设卫星质量保持不变，下列说法中正确的是（）A．卫星在轨道I上运动经过A点时的加速度小于在轨道II上运动经过A点时的加速度B．卫星在轨道I上的机械能小于在轨道III上的机械能C．卫星在轨道I上和轨道III上的运动周期均与地球自转周期相同D．卫星在轨道II上运动经过A点时的速率大于地球的第一宇宙速度【例2-2】（2025·天津和平·一模）天宫空间站是继国际空间站之后，人类正在轨运行的第二座空间站，天舟货运飞船被人们称为太空快递，它往返于天宫空间站和地球之间，定期向天宫空间站运送物资。其轨道示意图如图中虚线所示，下列说法正确的是（）A．天舟飞船在A点的运行速度等于7.9km/sB．天舟飞船在B点时，与天宫号受到地球引力大小相等C．天舟飞船运动的周期比天宫号运动的周期小D．天舟飞船在运动到B点时需减速才能和天宫号进行对接【变式2-1】（2024·天津蓟州·三模）据中国载人航天工程办公室消息，“神舟十六号”载人飞船入轨后，于2023年5月30日16时29分成功对接于“空间站”天和核心舱径向端口，“神舟十六号”成功对接“空间站”，在对接之前的某段时间内，“神舟十六号”和“空间站”分别在圆形轨道Ⅰ和Ⅱ上做匀速圆周运动（如图所示），已知对接后组合体可看作绕地球做匀速圆周运动，运行轨道距地面高度为h，地球半径为R，地球表面重力加速度为g，下列说法正确的是（）A．对接前“神舟十六号”的运行周期大于“空间站”的运行周期B．“神舟十六号”与“空间站”对接后，“空间站”质量增大，加速度减小C．“神舟十六号”需要通过加速才能和“空间站”实现对接D．组合体的运行速度为【变式2-2】（2025·天津·一模）我国发射的天问一号探测器经霍曼转移轨道到达火星附近后被火星捕获，经过系列变轨后逐渐靠近火星，如图所示，Ⅰ轨道和Ⅱ轨道为其中的两个轨道。图中阴影部分为探测器与火星的连线在相等时间内扫过的面积，下列说法正确的是（）A．两阴影部分的面积相等B．探测器在Ⅱ轨道上通过P点时的加速度小于在Ⅰ轨道上通过P点时的加速度C．探测器在Ⅱ轨道上通过P点时的速度小于在Ⅰ轨道上通过P点时的速度D．探测器在Ⅰ轨道运行的周期小于在Ⅱ轨道运行的周期考向03卫星变轨时三类物理量的定性比较【例3-1】（2025·天津和平·模拟预测）某行星有两颗卫星的轨道半径之比约为1∶2。根据以上信息可知这两颗卫星的（

）A．线速度大小之比约为1∶2 B．周期之比约为1∶4C．向心加速度大小之比约为4∶1 D．向心力大小之比约为4∶1【例3-2】（2025·天津·二模）2025年4月24日17时17分，搭载神舟二十号载人飞船的长征二号F遥二十运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射，约10分钟后，神舟二十号载人飞船与火箭成功分离，进入轨道高度约为300千米、倾角41.5度的圆轨道。之后经过变轨，于2025年4月24日23时49分与轨道高度约为400km的空间站成功对接。关于神舟二十号和空间站，下列说法正确的有（）A．变轨前，神舟二十号的运行速度小于空间站B．变轨前，神舟二十号和空间站各自与地心连线在相等时间内扫过的面积相等C．变轨后，神舟二十号的机械能一定小于变轨前的机械能D．变轨后，神舟二十号的运行周期一定大于变轨前的运行周期【变式3-1】（2025·天津南开·二模）2024年7月19日，我国成功发射高分十一号05卫星。如图所示，高分十一号05卫星和另一颗卫星a分别沿圆轨道和椭圆轨道绕地球运行，圆轨道半径为R，椭圆轨道的近地点和远地点间的距离为2R，两轨道位于同一平面内，且A点为两轨道的一个交点，某时刻两卫星和地球在同一条直线上，线速度方向如图所示。只考虑地球对卫星的引力，下列说法正确的是（）A．高分十一号05卫星和卫星a分别运动到A点时的加速度不同B．两卫星绕地球运行的周期相等C．图示位置时，两卫星的线速度大小关系为D．高分十一号05卫星的线速度大于地球的第一宇宙速度【变式3-2】（2025·天津和平·三模）2023年5月30日，神舟十六号载人飞船进入距离地面约（小于地球同步卫星与地面的距离）的轨道，成功对接于空间站天和核心舱径向端口，将新一批宇航员送往空间站，对接后组合体近似绕地球做匀速圆周运动。关于空间站里的航天员，下列说法正确的是（）A．他的速度比地球第一宇宙速度大B．他的加速度比地球表面的重力加速度大C．他受到地球的引力比他静止在地面上时受到的引力大D．他受到的合力比他静止在地面上时受到的合力大考向04能量问题【例4-1】（2024·天津蓟州·模拟预测）2023年10月，搭载“神舟十七号”载人飞船的长征二号F遥十七运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射．如图所示，其发射过程简化如下：飞船先由“长征”运载火箭送入近地点为A、远地点为B的椭圆轨道上，通过变轨进入预定圆轨道．则（

）A．飞船在B点需要通过减速从椭圆轨道进入预定圆轨道B．飞船在椭圆轨道上运行时，在A点的速度比B点的大C．飞船在椭圆轨道上运行时，在A点的机械能比B点的大D．飞船在椭圆轨道上运行时，在A点的加速度比B点的小【例4-2】（2024·天津河西·三模）2023年10月26日，我国自主研发的神舟十七号载人飞船圆满的完成了发射，与“天和"核心舱成功对接，飞船变轨前绕地稳定运行在半径为r1的圆形轨道I上，椭圆轨道II为飞船的转移轨道，核心舱绕地沿逆时针方向运行在半径为r3的圆形轨道Ⅲ上，轨道Ⅰ和Ⅱ、Ⅱ和ⅡI分别相切于A、B两点，飞船在A点变轨，与核心舱刚好在B点进行对接，下列说法正确的是（）A．神舟十七号在Ⅰ轨道上稳定运行的速度可能大于7.9km/sB．神舟十七号在ⅠⅠ轨道上由A向B运动时，速度减小，机械能减小C．神舟十七号在ⅠⅠ轨道上经过A点的速度大于在Ⅰ轨道上经过A点的速度D．神舟十七号在Ⅱ轨道上经过B点时加速变轨进入Ⅲ轨道与“天和”核心舱完成对接【变式4-1】（2024·天津·二模）如图所示，一颗卫星沿椭圆轨道运动。设想地球是质量分布均匀的球体，则下列说法正确的是（

）A．卫星在近地点的速率小于在远地点的速率B．卫星在近地点的加速度小于在远地点的加速度C．卫星由近地点向远地点运动的过程中机械能不断减小D．卫星与地球中心的连线在相等的时间内扫过的面积相等【变式4-2】（2024·天津和平·二模）2024年2月10日是“天问一号”火星环绕器环火三周年纪念日。3年前“天问一号”火星探测器成功实施制动捕获后，进入环绕火星椭圆轨道，成为中国第一颗人造火星卫星。要完成探测任务探测器需经历如图所示变轨过程，轨道Ⅰ为圆轨道，轨道Ⅱ、轨道Ⅲ为椭圆轨道，三条轨道相切于P点。关于探测器，下列说法正确的是（）A．探测器在轨道Ⅱ上的周期大于在轨道Ⅲ上的周期B．探测器在轨道Ⅰ上的机械能大于在轨道Ⅱ上的机械能C．探测器在轨道Ⅰ上经过P点的速度小于轨道Ⅱ上经过P点的速度D．探测器在轨道Ⅰ上经过P点的加速度小于轨道Ⅱ上经过P点的加速度1．（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，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2．（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3．（2022·天津·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星系统进行信号传输，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（静止卫星），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4．（2025·天津和平·二模）2025年1月10日，由中国团队开发的DeepSeek人工智能软件一经发布，火爆全球。资深天文爱好者小明同学用该软件搜索“火星与地球的重要参数比较”，得到如图所示的信息。已知火星、地球都是绕太阳公转的行星，忽略天体自转对重力的影响，根据表格中的数据，则下列分析正确的是（）火星地球直径/km质量/kg与太阳的平均距离/kmA．火星的公转周期比地球的公转周期小B．轨道半径相等的火星卫星和地球卫星线速度大小相等C．火星表面附近的重力加速度小于地球表面重力加速度D．火星的第一宇宙速度大于地球的第一宇宙速度5．（2025·天津·一模）太阳系中，如图所示可以认为金星和火星均绕太阳做匀速圆周运动。已知金星的半径是火星半径的n倍，金星的质量为火星质量的K倍。若忽略行星的自转，说法正确的是（）A．金星绕太阳运动的周期比火星大B．金星的第一宇宙速度是火星的倍C．金星表面的重力加速度是火星的倍D．金星绕太阳的向心加速度小于火星绕太阳的向心加速度6．（2025·天津河西·二模）太空电梯是一种设想中的交通工具，能够将人员和货物从地球表面直接运送到太空。如图是太空电梯的示意图，超级缆绳将地球赤道上的固定基地、同步空间站和配重空间站连接在一起，使它们随地球同步旋转；电梯轿厢可以沿着超级缆绳往返于空间站和基地之间。已知配重空间站的轨道比静止卫星的轨道更高。此时电梯轿厢正停在处。下列说法正确的是（）A．轿厢中的货物处于平衡状态B．与天津广播电视塔相比，同步空间站绕地球运动的线速度更小C．超级缆绳上各点的加速度与该点到地球球心的距离的平方成反比D．若从配重空间站脱落一个小物块，该物块脱落后做离心运动7．（2024·天津北辰·三模）2024年1月18日1时46分，天舟七号货运飞船成功对接了空间站天和核心舱（离地面高度约为400km）。天舟七号货运飞船装载了航天员在轨驻留消耗品、推进剂、应用试检装置等物资，并为神舟七号航天员送去龙年春节的“年货”。下列说法正确的是（）A．为实现对接，天舟七号需要在与空间站同一轨道上加速，以便靠近空间站B．天舟七号与空间站的组合体在轨道上运行速度一定小于7.9km/sC．天舟七号与空间站的组合体在轨道上运行周期比地球静止卫星的周期大D．天舟七号与空间站的组合体在轨道上稳定运行时，“年货”处于平衡状态8．（2024·天津·模拟预测）2023年11月1日，我国在太原卫星发射中心使用“长征六号”运载火箭，成功将“天绘五号”卫星发射升空，卫星发射并进入轨道是一个复杂的过程，如图所示，发射卫星时先将卫星发射至近地轨道，在近地轨道的A点调整速度进入转移轨道，在转移轨道上的远地点B调整速度后进入目标轨道；已知引力常量为G，地球质量为M，近地轨道半径为，目标轨道半径为，下列说法正确的是（）A．卫星在转移轨道上运动经过A点时的线速度大小为B．卫星在转移轨道上从A点运动到B点的过程中，引力做负功，机械能守恒C．卫星在近地轨道上A点需要点火向前喷气才能进入转移轨道D．卫星在转移轨道上经过B点时的加速度大于在目标轨道上经过B点时的加速度9．（2024·天津·一模）发射载人飞船和空间站对接的简化示意图如图所示，先把飞船发射到近地圆轨道I，继而调整角度和高度，经过多次变轨不断逼近空间站轨道，当两轨道很接近时再从空间站下方、后方缓慢变轨接近。II是绕地球运行的椭圆轨道，III是绕地球运行、很接近空间站轨道的圆形轨道。P、Q分别为椭圆轨道II的近地点和远地点。已知万有引力常量为G，地球半径为R，飞船在轨道I、II、III上运动的周期分别为。下列说法正确的是（）A．B．地球的质量为C．飞船在II轨道时，P点比Q点的速度小D．飞船需要适当加速才能与空间站进行对接10．（2023·天津河西·三模）2022年6月23日，我国在西昌卫星发射中心使用“长征二号”丁运载火箭，采取“一箭三星”方式，成功将“遥感三十五号”02组卫星发射升空。卫星发射并进入轨道是一个复杂的过程，如图所示，发射静止卫星时是先将卫星发射至近地轨道，在近地轨道的A点加速后进入转移轨道，在转移轨道上的远地点B加速后进入同步轨道；已知近地轨道半径为，同步轨道半径为。则下列说法正确的是（）

A．卫星在转移轨道上运动时，A、B两点的线速度大小之比为B．卫星在近地轨道与同步轨道上运动的向心加速度大小之比为C．卫星在近地轨道与同步轨道上运动的周期之比为D．卫星在转移轨道上运动时，引力做负功，机械能减小11．（2023·天津·模拟预测）“嫦娥”月球探测器绕月球做匀速圆周运动，变轨后在周期较小的轨道上仍做匀速圆周运动，则变轨后与变轨前相比（）A．角速度变小 B．轨道半径变小 C．动能变小 D．向心加速度变小12．（2025·全国·模拟预测）2024年10月30日11时00分，“