人教版高中物理必修第二册第七章万有引力与宇宙航行第4节宇宙航行课件（55页PPT）
文档属性
| 名称 | 人教版高中物理必修第二册第七章万有引力与宇宙航行第4节宇宙航行课件（55页PPT） |
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| 格式 | ppt | ||
| 文件大小 | 5.2MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2026-03-07 00:00:00 | ||
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文档简介
(共55张PPT)
[学习目标]
1.知道三个宇宙速度的含义，并会推导第一宇宙速度。
2.认识同步卫星的特点，能够应用人造卫星的运行规律解决相关问题。
3.了解人造卫星的相关知识和我国卫星发射的情况以及人类对太空的探索历程。
附近
7.9 km/s
(2)理解
①“最小发射速度”：第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度。
②“最大环绕速度”：第一宇宙速度是所有环绕地球做匀速圆周运动的卫星的最大环绕速度。
等于或大于
2.第二宇宙速度：当飞行器的速度___________11.2 km/s时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。我们把11.2 km/s叫作第二宇宙速度。
3.第三宇宙速度：在地面附近发射飞行器，如果要使其挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外，必须使它的速度___________16.7 km/s，这个速度叫作第三宇宙速度。
等于或大于
4.三个宇宙速度图示
[思考探究]
以下太空探索实践中需要的发射速度分别满足什么速度范围？
[提示] “嫦娥”奔月中卫星的发射速度应该大于第一宇宙速度小于第二宇宙速度。“天问一号”的发射速度应该大于第二宇宙速度小于第三宇宙速度。无人外太阳系空间探测器的发射速度应该大于第三宇宙速度。
[例1] 关于三个宇宙速度，下列说法正确的是( )
A.第一宇宙速度大小为7.9 km/h
B.绕地球运行的卫星，其环绕速度必定大于第一宇宙速度
C.第二宇宙速度为11.2 km/s，是绕地飞行器最大的环绕速度
D.在地面附近发射的飞行器速度等于或大于第三宇宙速度时，飞行器就能逃出太阳系了
D
C
A.0.01 m B.0.1 m C.1 m D.10 m
A
1.人造地球卫星的发射
1957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星发射成功。
1970年4月24日，我国第一颗人造卫星“___________”发射成功。
东方红一号
2.同步卫星
24 h
相同
自转
赤道平面
3.载人航天与太空探索
1961年4月12日，苏联航天员_______进入了东方一号载人飞船。
1969年7月16日，运载___________飞船的土星5号火箭在美国卡纳维拉尔角点火升空，拉开人类登月这一伟大历史事件的帷幕。
2003年10月15日9时，我国_________宇宙飞船把中国第一位航天员杨利伟送入太空。
自2011年11月起，神舟飞船先后与________目标飞行器、________空间实验室成功完成交会对接试验。
2021年4月29日，具备长期自主飞行能力的___________成功发射。
2022年12月2日，中国航天员乘组完成首次在轨交接，___________正式开启长期有人驻留模式。
加加林
阿波罗11号
神舟五号
天宫一号
天宫二号
天和核心舱
中国空间站
4.人造地球卫星的轨道
人造卫星绕地球做匀速圆周运动时，由地球对它的万有引力充当向心力。因此卫星绕地球做匀速圆周运动的圆心必与地心重合，其轨道可分为三类(如图所示)。
(1)赤道轨道：卫星的轨道与赤道共面，卫星始终处于赤道正上方。
(2)极地轨道：卫星的轨道与赤道平面垂直，卫星经过两极上方。
(3)一般轨道：卫星的轨道与赤道平面成某一角度。
5.近地卫星、极地卫星
(1)近地卫星：地球表面附近的卫星，r≈R；线速度大小v≈7.9 km/s、周期T＝≈85 min，分别是人造地球卫星做匀速圆周运动的最大速度和最小周期。
(2)极地卫星：轨道平面与赤道平面夹角为90°的人造地球卫星，运行时能到达南北极上空。
√
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×
角度1 地球同步卫星
[例4] 2025年4月27日23时54分，我国在西昌卫星发射中心使用长征三号乙运载火箭，成功将天链二号05星发射升空，卫星顺利进入轨道，发射任务获得圆满成功。关于地球同步卫星的说法正确的是( )
A.同步卫星可能位于南京上空
B.不同国家的同步卫星周期不同
C.同步卫星位于赤道上空任意高度
D.同步卫星相对地面静止，也称静止卫星
D
解析 地球同步卫星相对地面静止，也称静止卫星。地球同步卫星(不管来自哪个国家)和地球以相同的角速度转动，周期与地球自转周期相同。同步卫星只能位于赤道上空高度约36 000 km的轨道上，故选D。
角度2 地球赤道上的物体、近地卫星、同步卫星的运动参量比较
[例5] (2025·河南开封高一期末)北斗卫星导航系统是我国自行研制的全球卫星导航系统，由55颗卫星组成。如图所示，人造地球卫星A、B均做匀速圆周运动，卫星B为地球静止卫星，C为地球赤道表面随地球一起自转的物体。若某时刻A、B、C与地心O在同一平面内，且OA⊥AB，下列说法正确的是( )
B
1.(宇宙速度)(多选)如图所示，牛顿在思考万有引力定律时就曾设想，把物体从高山上O点以不同的速度v水平抛出，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次远。如果速度足够大，物体就不再落回地面，它将绕地球运动，成为人造地球卫星，则下列说法正确的是( )
AC
A.以v<7.9km/s的速度抛出的物体可能落在A点
B.以v<7.9 km/s的速度抛出的物体将沿B轨道运动
C.以7.9 km/sD.以11.2 km/s2.(地球同步卫星)如图所示，微信APP启动页是我国“风云四号”卫星拍摄地球的动态图。“风云四号”卫星是第二代地球静止轨道遥感气象卫星，下列说法正确的是( )
D
A.“风云四号”运行速度大于第一宇宙速度
B.“风云四号”卫星的发射速度大于第二宇宙速度
C.经过一段时间，“风云四号”可以运行到美国上空
D.“风云四号”做圆周运动的向心加速度小于地球表面的重力加速度
ABD
4.(近地卫星、同步卫星和地球赤道上的物体的比较)如图所示，a、b、c是人造地球卫星，三者的轨道与赤道共面，且a是同步卫星，c是近地卫星，d是静止在赤道地面上的一个物体，以下关于a、b、c、d四者的说法正确的是( )
A
A.a的线速度比b的线速度小，且两者线速度都小于第一宇宙速度
B.角速度大小关系是ωa>ωb>ωc>ωd
C.d的向心加速度等于赤道处的重力加速度
D.周期关系是Tc>Tb>Ta＝Td
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[基础巩固练]
A
1.关于宇宙速度，下列说法正确的是( )
A.同步卫星绕地球运行的速度小于第一宇宙速度
B.中国空间站绕地球运行的速度大于第一宇宙速度
C.第二宇宙速度是指飞行器脱离太阳的束缚，飞出太阳系的速度
D.第三宇宙速度是指飞行器脱离地球的束缚，绕太阳运行的速度
解析 第一宇宙速度是最小的发射速度，最大的环绕速度，同步卫星绕地球运行的速度和中国空间站绕地球运行的速度均小于第一宇宙速度，A正确，B错误；第二宇宙速度是指脱离地球的束缚，绕太阳运行的速度，C错误；第三宇宙速度是指脱离太阳的束缚，飞出太阳系的速度，D错误。
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2.我国成功发射“天问一号”火星探测器，关于“天问一号”的发射速度v，下列说法正确的是( )
A.v<7.9 km/s B.7.9 km/s≤v<11.2 km/s
C.11.2 km/s≤v<16.7 km/s D.v≥16.7 km/s
C
解析 第一宇宙速度7.9 km/s是在地球表面运行的卫星做匀速圆周运动的速度；第二宇宙速度是卫星脱离地球引力束缚的最小发射速度，“天问一号”脱离地球引力的束缚，仍受太阳引力的束缚，故在地球上的发射速度应大于第二宇宙速度11.2 km/s；“天问一号”没有逃出太阳系，所以“天问一号”的发射速度小于16.7 km/s，故C正确，A、B、D错误。
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3.我国“嫦娥奔月”工程已开始实施，若航天员将质量为m的金属球带到月球上，用弹簧测力计测得重力为G′，月球半径为R，据上述信息推断，飞船在月球表面附近绕月球做匀速圆周运动应具有的速率为( )
A
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4.神舟二十号载人飞船与中国空间站完成自主交会对接后形成一个组合体。该组合体在距地面高约400 km(高于近地轨道高度)的轨道上运行，其轨道可近似视为圆。已知地球同步卫星位于地面上方高度约36 000 km处，则该组合体( )
A.运行速度大于7.9 km/s，运行周期小于地球同步卫星的周期
B.运行速度大于7.9 km/s，运行周期大于地球同步卫星的周期
C.运行速度小于7.9 km/s，运行周期小于地球同步卫星的周期
D.运行速度小于7.9 km/s，运行周期大于地球同步卫星的周期
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5.我国北斗卫星导航系统已经开始提供全球服务，具有定位、导航、授时、5G传输等功能。A、B为“北斗”系统中的两颗工作卫星，其中A是高轨道的地球同步静止卫星，B是中轨道卫星。已知地球表面的重力加速度为g，地球的自转周期为T0，下列判断正确的是( )
A.卫星A可能经过江苏上空
B.卫星B的运行速度大于第一宇宙速度且小于第二宇宙速度
C.周期大小TA＝T0D.向心加速度大小aAD
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6.(2025·四川卷)某人造地球卫星运行轨道与赤道共面，绕行方向与地球自转方向相同。该卫星持续发射信号，位于赤道的某观测站接收到的信号强度随时间变化的规律如图所示，T为地球自转周期。已知该卫星的运动可视为匀速圆周运动，地球质量为M，万有引力常量为G。则该卫星轨道半径为( )
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[能力提升练]
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9.(多选)a、b、c、d是在地球大气层外的圆形轨道上运行的四颗人造卫星，其中a、c的轨道相交于p(图中未画出)，b、d在同一圆轨道上，b、c轨道位于同一平面。某时刻四颗人造卫星的运行方向及位置如图所示，下列说法正确的是( )
AC
A.a、c的加速度大小相等，且大于b的加速度
B.b、c的角速度大小相等，且小于a的角速度
C.a、c的线速度大小相等，且大于d的线速度
D.a、c的周期大小相等，且大于b的周期
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10.如图所示，三颗赤道上空的通信卫星就能实现环赤道全球通信，已知三颗卫星的离地高度均为h，地球的半径为R，地球同步卫星的离地高度为6R，地球表面重力加速度为g，引力常量为G，下列说法正确的是( )
B
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11.中国北斗卫星导航系统是我国自行研制的全球卫星导航系统。图甲是北斗导航系统卫星分布示意图，图乙所示为其中一颗北斗卫星的轨道示意图。已知该卫星绕地球做匀速圆周运动的周期为T，地球半径为R，地球表面附近的重力加速度为g，引力常量为G。
(1)求地球的质量M；
(2)求该卫星的轨道距离地面的高度h；
(3)请推导第一宇宙速度v1的表达式，并分析比较该卫星的运行速度v与第一宇宙速度v1的大小关系。
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[拓展培优练]
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12.(2025·甘肃卷)如图，一小星球与某恒星中心距离为R时，小星球的速度大小为v、方向与两者中心连线垂直。恒星的质量为M，引力常量为G。下列说法正确的是( )
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[学习目标]
1.知道三个宇宙速度的含义，并会推导第一宇宙速度。
2.认识同步卫星的特点，能够应用人造卫星的运行规律解决相关问题。
3.了解人造卫星的相关知识和我国卫星发射的情况以及人类对太空的探索历程。
附近
7.9 km/s
(2)理解
①“最小发射速度”：第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度。
②“最大环绕速度”：第一宇宙速度是所有环绕地球做匀速圆周运动的卫星的最大环绕速度。
等于或大于
2.第二宇宙速度：当飞行器的速度___________11.2 km/s时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。我们把11.2 km/s叫作第二宇宙速度。
3.第三宇宙速度：在地面附近发射飞行器，如果要使其挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外，必须使它的速度___________16.7 km/s，这个速度叫作第三宇宙速度。
等于或大于
4.三个宇宙速度图示
[思考探究]
以下太空探索实践中需要的发射速度分别满足什么速度范围？
[提示] “嫦娥”奔月中卫星的发射速度应该大于第一宇宙速度小于第二宇宙速度。“天问一号”的发射速度应该大于第二宇宙速度小于第三宇宙速度。无人外太阳系空间探测器的发射速度应该大于第三宇宙速度。
[例1] 关于三个宇宙速度，下列说法正确的是( )
A.第一宇宙速度大小为7.9 km/h
B.绕地球运行的卫星，其环绕速度必定大于第一宇宙速度
C.第二宇宙速度为11.2 km/s，是绕地飞行器最大的环绕速度
D.在地面附近发射的飞行器速度等于或大于第三宇宙速度时，飞行器就能逃出太阳系了
D
C
A.0.01 m B.0.1 m C.1 m D.10 m
A
1.人造地球卫星的发射
1957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星发射成功。
1970年4月24日，我国第一颗人造卫星“___________”发射成功。
东方红一号
2.同步卫星
24 h
相同
自转
赤道平面
3.载人航天与太空探索
1961年4月12日，苏联航天员_______进入了东方一号载人飞船。
1969年7月16日，运载___________飞船的土星5号火箭在美国卡纳维拉尔角点火升空，拉开人类登月这一伟大历史事件的帷幕。
2003年10月15日9时，我国_________宇宙飞船把中国第一位航天员杨利伟送入太空。
自2011年11月起，神舟飞船先后与________目标飞行器、________空间实验室成功完成交会对接试验。
2021年4月29日，具备长期自主飞行能力的___________成功发射。
2022年12月2日，中国航天员乘组完成首次在轨交接，___________正式开启长期有人驻留模式。
加加林
阿波罗11号
神舟五号
天宫一号
天宫二号
天和核心舱
中国空间站
4.人造地球卫星的轨道
人造卫星绕地球做匀速圆周运动时，由地球对它的万有引力充当向心力。因此卫星绕地球做匀速圆周运动的圆心必与地心重合，其轨道可分为三类(如图所示)。
(1)赤道轨道：卫星的轨道与赤道共面，卫星始终处于赤道正上方。
(2)极地轨道：卫星的轨道与赤道平面垂直，卫星经过两极上方。
(3)一般轨道：卫星的轨道与赤道平面成某一角度。
5.近地卫星、极地卫星
(1)近地卫星：地球表面附近的卫星，r≈R；线速度大小v≈7.9 km/s、周期T＝≈85 min，分别是人造地球卫星做匀速圆周运动的最大速度和最小周期。
(2)极地卫星：轨道平面与赤道平面夹角为90°的人造地球卫星，运行时能到达南北极上空。
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角度1 地球同步卫星
[例4] 2025年4月27日23时54分，我国在西昌卫星发射中心使用长征三号乙运载火箭，成功将天链二号05星发射升空，卫星顺利进入轨道，发射任务获得圆满成功。关于地球同步卫星的说法正确的是( )
A.同步卫星可能位于南京上空
B.不同国家的同步卫星周期不同
C.同步卫星位于赤道上空任意高度
D.同步卫星相对地面静止，也称静止卫星
D
解析 地球同步卫星相对地面静止，也称静止卫星。地球同步卫星(不管来自哪个国家)和地球以相同的角速度转动，周期与地球自转周期相同。同步卫星只能位于赤道上空高度约36 000 km的轨道上，故选D。
角度2 地球赤道上的物体、近地卫星、同步卫星的运动参量比较
[例5] (2025·河南开封高一期末)北斗卫星导航系统是我国自行研制的全球卫星导航系统，由55颗卫星组成。如图所示，人造地球卫星A、B均做匀速圆周运动，卫星B为地球静止卫星，C为地球赤道表面随地球一起自转的物体。若某时刻A、B、C与地心O在同一平面内，且OA⊥AB，下列说法正确的是( )
B
1.(宇宙速度)(多选)如图所示，牛顿在思考万有引力定律时就曾设想，把物体从高山上O点以不同的速度v水平抛出，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次远。如果速度足够大，物体就不再落回地面，它将绕地球运动，成为人造地球卫星，则下列说法正确的是( )
AC
A.以v<7.9km/s的速度抛出的物体可能落在A点
B.以v<7.9 km/s的速度抛出的物体将沿B轨道运动
C.以7.9 km/s
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A.“风云四号”运行速度大于第一宇宙速度
B.“风云四号”卫星的发射速度大于第二宇宙速度
C.经过一段时间，“风云四号”可以运行到美国上空
D.“风云四号”做圆周运动的向心加速度小于地球表面的重力加速度
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4.(近地卫星、同步卫星和地球赤道上的物体的比较)如图所示，a、b、c是人造地球卫星，三者的轨道与赤道共面，且a是同步卫星，c是近地卫星，d是静止在赤道地面上的一个物体，以下关于a、b、c、d四者的说法正确的是( )
A
A.a的线速度比b的线速度小，且两者线速度都小于第一宇宙速度
B.角速度大小关系是ωa>ωb>ωc>ωd
C.d的向心加速度等于赤道处的重力加速度
D.周期关系是Tc>Tb>Ta＝Td
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[基础巩固练]
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1.关于宇宙速度，下列说法正确的是( )
A.同步卫星绕地球运行的速度小于第一宇宙速度
B.中国空间站绕地球运行的速度大于第一宇宙速度
C.第二宇宙速度是指飞行器脱离太阳的束缚，飞出太阳系的速度
D.第三宇宙速度是指飞行器脱离地球的束缚，绕太阳运行的速度
解析 第一宇宙速度是最小的发射速度，最大的环绕速度，同步卫星绕地球运行的速度和中国空间站绕地球运行的速度均小于第一宇宙速度，A正确，B错误；第二宇宙速度是指脱离地球的束缚，绕太阳运行的速度，C错误；第三宇宙速度是指脱离太阳的束缚，飞出太阳系的速度，D错误。
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2.我国成功发射“天问一号”火星探测器，关于“天问一号”的发射速度v，下列说法正确的是( )
A.v<7.9 km/s B.7.9 km/s≤v<11.2 km/s
C.11.2 km/s≤v<16.7 km/s D.v≥16.7 km/s
C
解析 第一宇宙速度7.9 km/s是在地球表面运行的卫星做匀速圆周运动的速度；第二宇宙速度是卫星脱离地球引力束缚的最小发射速度，“天问一号”脱离地球引力的束缚，仍受太阳引力的束缚，故在地球上的发射速度应大于第二宇宙速度11.2 km/s；“天问一号”没有逃出太阳系，所以“天问一号”的发射速度小于16.7 km/s，故C正确，A、B、D错误。
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3.我国“嫦娥奔月”工程已开始实施，若航天员将质量为m的金属球带到月球上，用弹簧测力计测得重力为G′，月球半径为R，据上述信息推断，飞船在月球表面附近绕月球做匀速圆周运动应具有的速率为( )
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4.神舟二十号载人飞船与中国空间站完成自主交会对接后形成一个组合体。该组合体在距地面高约400 km(高于近地轨道高度)的轨道上运行，其轨道可近似视为圆。已知地球同步卫星位于地面上方高度约36 000 km处，则该组合体( )
A.运行速度大于7.9 km/s，运行周期小于地球同步卫星的周期
B.运行速度大于7.9 km/s，运行周期大于地球同步卫星的周期
C.运行速度小于7.9 km/s，运行周期小于地球同步卫星的周期
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5.我国北斗卫星导航系统已经开始提供全球服务，具有定位、导航、授时、5G传输等功能。A、B为“北斗”系统中的两颗工作卫星，其中A是高轨道的地球同步静止卫星，B是中轨道卫星。已知地球表面的重力加速度为g，地球的自转周期为T0，下列判断正确的是( )
A.卫星A可能经过江苏上空
B.卫星B的运行速度大于第一宇宙速度且小于第二宇宙速度
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6.(2025·四川卷)某人造地球卫星运行轨道与赤道共面，绕行方向与地球自转方向相同。该卫星持续发射信号，位于赤道的某观测站接收到的信号强度随时间变化的规律如图所示，T为地球自转周期。已知该卫星的运动可视为匀速圆周运动，地球质量为M，万有引力常量为G。则该卫星轨道半径为( )
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9.(多选)a、b、c、d是在地球大气层外的圆形轨道上运行的四颗人造卫星，其中a、c的轨道相交于p(图中未画出)，b、d在同一圆轨道上，b、c轨道位于同一平面。某时刻四颗人造卫星的运行方向及位置如图所示，下列说法正确的是( )
AC
A.a、c的加速度大小相等，且大于b的加速度
B.b、c的角速度大小相等，且小于a的角速度
C.a、c的线速度大小相等，且大于d的线速度
D.a、c的周期大小相等，且大于b的周期
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10.如图所示，三颗赤道上空的通信卫星就能实现环赤道全球通信，已知三颗卫星的离地高度均为h，地球的半径为R，地球同步卫星的离地高度为6R，地球表面重力加速度为g，引力常量为G，下列说法正确的是( )
B
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11.中国北斗卫星导航系统是我国自行研制的全球卫星导航系统。图甲是北斗导航系统卫星分布示意图，图乙所示为其中一颗北斗卫星的轨道示意图。已知该卫星绕地球做匀速圆周运动的周期为T，地球半径为R，地球表面附近的重力加速度为g，引力常量为G。
(1)求地球的质量M；
(2)求该卫星的轨道距离地面的高度h；
(3)请推导第一宇宙速度v1的表达式，并分析比较该卫星的运行速度v与第一宇宙速度v1的大小关系。
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[拓展培优练]
A
12.(2025·甘肃卷)如图，一小星球与某恒星中心距离为R时，小星球的速度大小为v、方向与两者中心连线垂直。恒星的质量为M，引力常量为G。下列说法正确的是( )
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