人造卫星 宇宙速度(课件) 高一物理(教科版2019必修第二册)
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1969年7月20日，阿波罗11 号将人类送上了月球
➢我国的航天成就
1970年4月24日我国 第一颗人造卫星升空
2007年10月24日嫦娥 一号月球探测器发射 成功
2020年7月23日发射升空， 2021年5月15日成功实现 软着陆在火星表面 。
二、人造卫星的轨道
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，其轨道五、同步卫星的用途
主要用于通信，故也称通信卫星。 3颗同步卫星可实现全球覆盖,为 了使同步卫星之间不相互干扰， 大约3°左右才能放置一颗同步卫 星，也就是说，地球上空只能放 下120颗同步卫星。截止2012年， 已 发 射 1 0 0 多颗。
常考题型
题组一 卫星运行参量的分析与比较
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，卫星经过两极上空。 3.任意轨道：卫星的轨道与赤道 平面成某一角度。
近地卫星
指卫星轨道半径近似等于地球半径，即贴近地表。
G
Mm r2
v2 m
r
rR
三、同步卫星的轨道
指相对于地面静止的人造卫星，它跟着地球做匀速圆周运动，周期T=24h。
所有的同步卫星只能 分布在赤道正上方的 一个确定轨道，即同 步卫星轨道平面与赤 道平面重合。
四、同步卫星的几个定值
❖ 轨道平面一定：赤道平面 ❖ 周期与角速度一定：T=24h ❖ 轨道半径一定:r=6.6R ❖ 线速度大小一定:v=3.08km/s ❖ 运转方向一定:自西向东 ❖ 向心加速度的大小一定:
型轨道的中轨道卫星，中轨道卫星在3个互成120°的轨道面上做圆周运动。下列说法正确的是（ B ）
A.a类型轨道上的卫星相对于地面静止且处于平衡状态 B.a类型轨道上的卫星运行速率等于b类型轨道上卫星的运行速率 C.b类型轨道上的卫星也与地球保持相对静止 D.三类卫星相比，c类型轨道上的卫星的向心加速度最小
解析：第一宇宙速度为环绕速度，绕地球运动的速度为7.9 km/s；第二宇宙速度为脱离速度，是 克服地球引力的速度为11.2 km/s；则卫星在近地点变轨后的运行速度大于7.9 km/s，小于11.2 km/s，B正确。
C
题组三 同步卫星
AD
题9 如图所示，我国自主研发的北斗卫星导航系统由多颗卫星组成，包括分布于a类型轨道的同步轨 道卫星、分布于b类型轨道的倾斜轨道卫星（与同步卫星轨道半径相同，轨道倾角55°）和分布于c类
3.4
人造卫星 宇宙速度
课堂引入
从嫦娥奔月到万 户飞天，从阿波 罗11号登月到天 问一号的火星之 旅，人类一直在 为“飞天”梦想 努力着。
课堂引入
实际上，早在 1687 年出版的 《自然哲学的数学原理》中，牛 顿就设想：把物体从高山上水平 抛出，速度一次比一次大，落地 点也就一次比一次远；抛出速度 足够大时，物体就不会落回地面， 成为人造地球卫星。
发射速度大？为什么？ 2.高轨道卫星与近地卫星相比哪个运行速度大？为什么？
注意：人造卫星的发射速度与运行速度是两个不同的概念
发射速度 指被发射物体离开地面时的速度 运行速度 指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度
最小发射速度 第一宇宙速度（ V1=7.9km/s ） 最大运行速度
V发 射
卫星的r越大， 需要的v发射越大， 而v运行越小
题1 ［2020·山东潍坊高一检测］［多选］有两颗质量相同的人造地球卫星A、B，其轨道半径分别为RA、RB，
RA∶RB=1∶4，那么下列判断中正确的有 （ AD）
A. 它们的运行周期之比TA∶TB=1∶8 B. 它们的运行线速度之比vA∶vB=4∶1 C. 它们所受的向心力之比FA∶FB =4∶1 D. 它们的运行角速度之比ωA∶ωB=8∶1
地点P处（距地面600 km），将发动机短时点火，实施变轨，变轨后卫星进
入远地点高度约为37万千米的椭圆轨道Ⅱ，直接奔向月球，则卫星在近地点
变轨后的运行速度（ B ）
A.大于7.9 km/s
B.大于7.9 km/s，小于11.2 km/s
C.大于11.2 km/s
D.大于11.2 km/s，小于16.7 km/s
CD
CD
题3［2020·山东广饶一中高一检测］如图所示，甲、乙两颗卫星
以相同的轨道半径分别绕质量为M和2M的行星做匀速圆周运动，
下列说法正确的是（ A ）
A.甲的向心加速度比乙的小
B.甲的运行周期比乙的小
C.甲的角速度比乙的大 D.甲的线速度比乙的大
甲
乙
A
A
题组二 宇宙速度
C
题6［2020·陕西榆林一中高一检测］如图7-4-3所示，卫星在椭圆轨道Ⅰ的近
第三宇宙速度
达到第二宇宙速度的飞行器还无法脱离 太阳对它的引力。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，必须使它的速度等于或 大于 16.7 km/s， 这个速度叫作第三 宇宙速度（脱离速度）。
梦想成真
1957年10月4日，苏联发射 第一颗人造地球卫星
1961年4月12日苏联空军少 校加加林乘坐东方一号载人 飞船进入太空，实现了人进 入太空的梦想
思考：卫星的 v T an 与 r 的关系
G
Mm r2
m v2 r
mω2r
m
4π 2 T2
r
m an
v GM r
ω
GM r3
T 2π r 3 GM
an
GM r2
小 小 小 小 大
近地卫星的周期是多大？
第二宇宙速度
理论研究指出，在地面附近发射飞行器， 如果速度大于 7.9 km/s，又小于 11.2 km/s，它绕地球运行的轨迹就不是圆， 而是椭圆。当飞行器的速度等于或大于 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（逃逸速度）。
v2
G
r2
m r
法二：在地面附近，重力提供物体做圆周运动的向心力
v gR 9.8 6.4106 m / s 7.9km / s
宇宙速度
1、第一宇宙速度 物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，
叫做第一宇宙速度。
v1 7.9km / s
思考：1.向高轨道发射卫星与发射近地卫星相比,哪个需要的
v A
你知道这个速度有多大吗？
思考：以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动， 不会落下来？
(已知Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2 , 地球质量M=5.89×1024kg, 地球
v
半径R=6400km,地球表面重力加速度g=9.8m/s2 )
A
法一：万有引力提供物体做圆周运动的向心力
Mm
➢我国的航天成就
1970年4月24日我国 第一颗人造卫星升空
2007年10月24日嫦娥 一号月球探测器发射 成功
2020年7月23日发射升空， 2021年5月15日成功实现 软着陆在火星表面 。
二、人造卫星的轨道
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，其轨道五、同步卫星的用途
主要用于通信，故也称通信卫星。 3颗同步卫星可实现全球覆盖,为 了使同步卫星之间不相互干扰， 大约3°左右才能放置一颗同步卫 星，也就是说，地球上空只能放 下120颗同步卫星。截止2012年， 已 发 射 1 0 0 多颗。
常考题型
题组一 卫星运行参量的分析与比较
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，卫星经过两极上空。 3.任意轨道：卫星的轨道与赤道 平面成某一角度。
近地卫星
指卫星轨道半径近似等于地球半径，即贴近地表。
G
Mm r2
v2 m
r
rR
三、同步卫星的轨道
指相对于地面静止的人造卫星，它跟着地球做匀速圆周运动，周期T=24h。
所有的同步卫星只能 分布在赤道正上方的 一个确定轨道，即同 步卫星轨道平面与赤 道平面重合。
四、同步卫星的几个定值
❖ 轨道平面一定：赤道平面 ❖ 周期与角速度一定：T=24h ❖ 轨道半径一定:r=6.6R ❖ 线速度大小一定:v=3.08km/s ❖ 运转方向一定:自西向东 ❖ 向心加速度的大小一定:
型轨道的中轨道卫星，中轨道卫星在3个互成120°的轨道面上做圆周运动。下列说法正确的是（ B ）
A.a类型轨道上的卫星相对于地面静止且处于平衡状态 B.a类型轨道上的卫星运行速率等于b类型轨道上卫星的运行速率 C.b类型轨道上的卫星也与地球保持相对静止 D.三类卫星相比，c类型轨道上的卫星的向心加速度最小
解析：第一宇宙速度为环绕速度，绕地球运动的速度为7.9 km/s；第二宇宙速度为脱离速度，是 克服地球引力的速度为11.2 km/s；则卫星在近地点变轨后的运行速度大于7.9 km/s，小于11.2 km/s，B正确。
C
题组三 同步卫星
AD
题9 如图所示，我国自主研发的北斗卫星导航系统由多颗卫星组成，包括分布于a类型轨道的同步轨 道卫星、分布于b类型轨道的倾斜轨道卫星（与同步卫星轨道半径相同，轨道倾角55°）和分布于c类
3.4
人造卫星 宇宙速度
课堂引入
从嫦娥奔月到万 户飞天，从阿波 罗11号登月到天 问一号的火星之 旅，人类一直在 为“飞天”梦想 努力着。
课堂引入
实际上，早在 1687 年出版的 《自然哲学的数学原理》中，牛 顿就设想：把物体从高山上水平 抛出，速度一次比一次大，落地 点也就一次比一次远；抛出速度 足够大时，物体就不会落回地面， 成为人造地球卫星。
发射速度大？为什么？ 2.高轨道卫星与近地卫星相比哪个运行速度大？为什么？
注意：人造卫星的发射速度与运行速度是两个不同的概念
发射速度 指被发射物体离开地面时的速度 运行速度 指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度
最小发射速度 第一宇宙速度（ V1=7.9km/s ） 最大运行速度
V发 射
卫星的r越大， 需要的v发射越大， 而v运行越小
题1 ［2020·山东潍坊高一检测］［多选］有两颗质量相同的人造地球卫星A、B，其轨道半径分别为RA、RB，
RA∶RB=1∶4，那么下列判断中正确的有 （ AD）
A. 它们的运行周期之比TA∶TB=1∶8 B. 它们的运行线速度之比vA∶vB=4∶1 C. 它们所受的向心力之比FA∶FB =4∶1 D. 它们的运行角速度之比ωA∶ωB=8∶1
地点P处（距地面600 km），将发动机短时点火，实施变轨，变轨后卫星进
入远地点高度约为37万千米的椭圆轨道Ⅱ，直接奔向月球，则卫星在近地点
变轨后的运行速度（ B ）
A.大于7.9 km/s
B.大于7.9 km/s，小于11.2 km/s
C.大于11.2 km/s
D.大于11.2 km/s，小于16.7 km/s
CD
CD
题3［2020·山东广饶一中高一检测］如图所示，甲、乙两颗卫星
以相同的轨道半径分别绕质量为M和2M的行星做匀速圆周运动，
下列说法正确的是（ A ）
A.甲的向心加速度比乙的小
B.甲的运行周期比乙的小
C.甲的角速度比乙的大 D.甲的线速度比乙的大
甲
乙
A
A
题组二 宇宙速度
C
题6［2020·陕西榆林一中高一检测］如图7-4-3所示，卫星在椭圆轨道Ⅰ的近
第三宇宙速度
达到第二宇宙速度的飞行器还无法脱离 太阳对它的引力。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，必须使它的速度等于或 大于 16.7 km/s， 这个速度叫作第三 宇宙速度（脱离速度）。
梦想成真
1957年10月4日，苏联发射 第一颗人造地球卫星
1961年4月12日苏联空军少 校加加林乘坐东方一号载人 飞船进入太空，实现了人进 入太空的梦想
思考：卫星的 v T an 与 r 的关系
G
Mm r2
m v2 r
mω2r
m
4π 2 T2
r
m an
v GM r
ω
GM r3
T 2π r 3 GM
an
GM r2
小 小 小 小 大
近地卫星的周期是多大？
第二宇宙速度
理论研究指出，在地面附近发射飞行器， 如果速度大于 7.9 km/s，又小于 11.2 km/s，它绕地球运行的轨迹就不是圆， 而是椭圆。当飞行器的速度等于或大于 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（逃逸速度）。
v2
G
r2
m r
法二：在地面附近，重力提供物体做圆周运动的向心力
v gR 9.8 6.4106 m / s 7.9km / s
宇宙速度
1、第一宇宙速度 物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，
叫做第一宇宙速度。
v1 7.9km / s
思考：1.向高轨道发射卫星与发射近地卫星相比,哪个需要的
v A
你知道这个速度有多大吗？
思考：以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动， 不会落下来？
(已知Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2 , 地球质量M=5.89×1024kg, 地球
v
半径R=6400km,地球表面重力加速度g=9.8m/s2 )
A
法一：万有引力提供物体做圆周运动的向心力
Mm