高一高三物理-人造卫星
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人造卫星
内容提要
一、地球同步卫星
相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫地球同步卫星．同步卫星有以下“七个一定”
的特点：
①轨道平面一定：轨道平面与赤道平面共面．
②周期一定：与地球自转周期相同，即T＝24H.
③角速度一定：与地球自转的角速度相同．
④高度一定：由
G
(
Mm R h)2
m
4 2 T2
例题
(多选)在发射一颗质量为m的地球同步卫星时，先将其发射到
贴近地球表面运行的圆轨道Ⅰ上(离地面高度忽略不计)，再
通过一椭圆轨道Ⅱ变轨后到达距地面高为h的预定圆轨道Ⅲ
上．已知它在圆形轨道Ⅰ上运行时的加速度为g，地球半径
为R，图中PQ长约为8R，卫星在变轨过程中质量不变，则
( BC )
A.卫星在轨道III上运行的加速度为
入同步圆轨道3，轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点，
B 如图所示，则以下说法不正确的是 (
)
A．要将卫星由圆轨道1送入圆轨道3，需要在圆轨道1的Q和
椭圆轨道2的远地点P分别点火加速一次
B．由于卫星由圆轨道1送入圆轨道3被点火加速两次，则卫
星在圆轨道3上正常运行速度要大于在圆轨道1上正常运行的
【答案】
(1)2
1 2
4＋ (2) 7
2(2n－1)Ta，n＝1,2,3，…
例题
(多选)如下图是“嫦娥三号”飞行轨道示意图．假设“嫦娥 三号”运行经过P点第一次通过近月制动使“嫦娥三号”在 距离月面高度为100 km的圆轨道Ⅰ上运动，再次经过P点时 第二次通过近月制动使“嫦娥三号”在距离月面近地点为Q、 高度为15 km，远地点为P、高度为100 km的椭圆轨道Ⅱ上
2020/11/5
1．变轨原理及过程 人造卫星的发射过程要经过多次变轨方可到达预定轨道，如图所示．
(1)为了节省能量，在赤道上顺着地球自转方向发射卫星到圆轨道Ⅰ上．
(2)在A点点火加速，由于速度变大，进入椭圆轨道Ⅱ.
(3)在B点(远地点)再次点火加速进入圆形轨道Ⅲ.
2．卫星变轨的实质
(1)当卫星的速度突然增加时，G
运行时由v＝ 一原理．
GM r
可知其运行速率比原轨道时增大．卫星的发射和回收就是利用这
Thank you
例题
B 关于环绕地球运行的卫星，下列说法正确的是 ( )
A．分别沿圆轨道和椭圆轨道运行的两颗卫星，不可能具有 相同的周期 B．沿椭圆轨道运行的一颗卫星，在轨道不同位置可能具有 相同的速率 C．在赤道上空运行的两颗地球同步卫星，它们的轨道半径 有可能不同 D．沿不同轨道经过北京上空的两颗卫星，它们的轨道平面 一定会重合
内容提要
1．变轨原理及过程 人造卫星的发射过程要经过多次变轨方可到达预定轨道，如图所示． (1)为了节省能量，在赤道上顺着地球自转方向发射卫星到圆轨道Ⅰ上．
(2)在A点点火加速，由于速度变大，进入椭圆轨道Ⅱ.
(3)在B点(远地点)再次点火加速进入圆形轨道Ⅲ.
2．卫星变轨的实质
(1)当卫星的速度突然增加时，G
二、极地卫星和近地卫星
内容提要
(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．
(2)近地卫星是在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动的卫星， 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.
(3)两种卫星的轨道平面一定通过地球的球心．
三、卫星变轨问题
运行时由v＝ 一原理．
GM 可知其运行速率比原轨道时增大．卫星的发射和回收就是利用这 r
例题
(多选)北斗卫星导航系统是我国自行研制开发的区域性三维 卫星定位与通信系统(CNSS)，建成后的北斗卫星导航系统包 括5颗同步卫星和30颗一般轨道卫星．关于这些卫星，以下
说法正确的是 ( AB )
A．5颗同步卫星的轨道半径都相同 B．5颗同步卫星的运行轨道必定在同一平面内 C．导航系统所有卫星的运行速度一定大于第一宇宙速度 D．导航系统所有卫星中，运行轨道半径越大的，周期越小
速度
C．卫星在椭圆轨道2上的近地点Q的速度一定大于7.9 km/s，
而在远地点P的速度一定小于7.9 km/s
D．卫星在椭圆轨道2上经过P点时的加速度等于它在圆轨道3
上经过P点时的加速度
作业
（多选）2015年7月25日我国采用“一箭双星”方式成功发 射了第18、19颗北斗卫星，标志着我国自行研制的北斗卫星 导航系统(CNSS)向2020年全球覆盖的建设目标迈出坚实一 步．据悉我国于2012年10月25日发射了定点于地球静止轨道 上的第十六颗北斗卫星“来自百度文库斗-G6”，已经实现了北斗导航
D 转的加速度为a3，则a1、a2、a3的大小关系为( )
A．a2>a1>a3 B．a3>a2>a1 C．a3>a1>a2 D．a1>a2>a3
作业
（多选）“探路者”号宇宙飞船在宇宙深处飞行过程中，发 现A、B两颗均匀球形天体，两天体各有一颗靠近其表面飞行
的卫星，测得两颗卫星的周期相等，以下判断正确的是(CD)
例题
“嫦娥二号”环月飞行的高度为100 km，所探测到的有关月 球的数据将比环月飞行高度为200 km的“嫦娥一号”更加详 实．若两颗卫星环月的运行均可视为匀速圆周运动，运行轨
D 道如图所示．则由题中条件可得 ( )
A．“嫦娥二号”环月运行的周期比“嫦娥一号”大 B．“嫦娥二号”环月运行的线速度比“嫦娥一号”小 C．“嫦娥二号”环月运行的向心力比“嫦娥一号”大 D．“嫦娥二号”环月运行的向心加速度比“嫦娥一号”大
r23 r13
内容总结
卫星运行问题的解题技巧
1．近地卫星、同步卫星满足G
m地m r2
＝
mv2 r
；赤道上物体所需的向心力由地球对
物体的万有引力和地面支持力的合力提供，合力不等于万有引力．
2．卫星的an、v、ω、T是相互联系的，其中一个量发生变化，其他各量也随之 发生变化；an、v、ω、T均与卫星的质量无关，只由轨道半径r和中心天体质量共同 决定．
h 2 g Rh
B.卫星在轨道III上运行的线速度为 v gR2
Rh
C.卫星在轨道III上运行时经过P点的速率大于在轨道II上运行
时经过P点的速率
D.卫星在轨道III上的动能大于在轨道I上的动能
例题
发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后
经点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送
(R
h)
得地球同步卫星离地面的高度
3
h
GMT 2 4 2
R 3.6107 m
⑤速度一定：v GM 3.1103 m / s
Rh
⑥向心加速度一定：由 G
Mm (R h)2
ma
得
a
GM (R h)2
gh
0.23m / s2
，即同步卫星的向心加速度等于轨
道处的重力加速度。
⑦绕行方向一定：运行方向与地球自转方向一致。
AD 的圆轨道上运动，此时登陆舱的质量为m2，则 (
)
A．X星球的质量为
M
4 2r13 GT12
B．X星球表面的重力加速度为
gX
4 2r1 T12
C．登陆舱在半径分别为r1与r2的轨道上运动时的速度大小之
比为 v1 m1r2
v2
m2r1
D．登陆舱在半径为r2的轨道上做圆周运动的周期为 T2 T1
6
C.b在相同的时间内转过的弧长最长
D.d的运行周期可能是23h
例题
两颗卫星在同一轨道平面内绕地球做匀速圆周运动．地球半 径为R，a卫星离地面的高度等于R，b卫星离地面的高度等 于3R.则： (1)a、b两卫星周期之比Ta∶Tb是多少？ (2)若某时刻两卫星正好同时通过地面同一点的正上方，则a 经多长时间两卫星相距最远？
A．天体A、B的质量一定不相等 B．两颗卫星的线速度一定相等 C．天体A、B表面的重力加速度之比等于它们的半径之比 D．天体A、B的密度一定相等
作业
（多选）为了探测X星球，载着登陆舱的探测飞船在以该星
球中心为圆心、半径为r1的圆轨道上运动，周期为T1，总质
量为m1.随后登陆舱脱离飞船，变轨到离星球更近的半径为r2
运动，下列说法正确的是( BC )
A．“嫦娥三号”在距离月面高度为100 km的圆轨道Ⅰ上运 动时速度大小可能变化 B．“嫦娥三号”在距离月面高度100 km的圆轨道Ⅰ上运动 的周期一定大于在椭圆轨道Ⅱ上运动的圆期 C．“嫦娥三号”在椭圆轨道Ⅱ上运动经过Q点时的加速度一 定大于经过P点时的加速度 D．“嫦娥三号”在椭圆轨道Ⅱ上运动经过Q点时的速率可能 小于经过P点时的速率
Mm r2
<m
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，轨道半径变大，当卫星进入新的轨道稳定运
行时由v＝
GM可知其运行速率比原轨道时减小． r
(2)当卫星的速率突然减小时，G
Mm r2
>m
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，轨道半径变小，当卫星进入新的轨道稳定
Mm r2
<m
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，轨道半径变大，当卫星进入新的轨道稳定运
行时由(2)v当＝卫星的GrM速可率知突然其减运小行时速，率G比Mr原2m 轨>m道vr时2 ，减即小万．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，轨道半径变小，当卫星进入新的轨道稳定
例题
有a、b、c、d四颗卫星，a还未发射，在地球赤道上随地球
一起转动，b在地面附近近地轨道上正常运动，c是地球同步
卫星，d是高空探测卫星，设地球自转周期为24 h，所有卫星
的运动均视为匀速圆周运动，各卫星排列位置如图所示，则
C 下列关于卫星的说法中正确的是 (
)
A.a的向心加速度等于重力加速度g
B.c在4h内转过的圆心角为
业务正式对亚太地区提供服务的目标．则 ( AD )
A．“北斗-G6”的运行周期为24 h B．“北斗-G6”的运行速度大于第一宇宙速度 C．“北斗-G6”的运行角速度比地球自转的角速度小 D．“北斗-G6”卫星的线速度比月球绕地球运行的线速度大
作业
国务院批复，自2016年起将4月24日设立为“中国航天日”。 1970年4月24日我国首次成功发射的人造卫星“东方红一 号”，目前仍然在椭圆轨道上运行，其轨道近地点高度约为 440km，远地点高度约为2060km；1984年4月8日成功发射 的“东方红二号”卫星运行在赤道上空35786km的地球同步 轨道上。设“东方红一号”在远地点的加速度为a1，“东方 红二号”的加速度为a2，固定在地球赤道上的物体随地球自
内容提要
一、地球同步卫星
相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫地球同步卫星．同步卫星有以下“七个一定”
的特点：
①轨道平面一定：轨道平面与赤道平面共面．
②周期一定：与地球自转周期相同，即T＝24H.
③角速度一定：与地球自转的角速度相同．
④高度一定：由
G
(
Mm R h)2
m
4 2 T2
例题
(多选)在发射一颗质量为m的地球同步卫星时，先将其发射到
贴近地球表面运行的圆轨道Ⅰ上(离地面高度忽略不计)，再
通过一椭圆轨道Ⅱ变轨后到达距地面高为h的预定圆轨道Ⅲ
上．已知它在圆形轨道Ⅰ上运行时的加速度为g，地球半径
为R，图中PQ长约为8R，卫星在变轨过程中质量不变，则
( BC )
A.卫星在轨道III上运行的加速度为
入同步圆轨道3，轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点，
B 如图所示，则以下说法不正确的是 (
)
A．要将卫星由圆轨道1送入圆轨道3，需要在圆轨道1的Q和
椭圆轨道2的远地点P分别点火加速一次
B．由于卫星由圆轨道1送入圆轨道3被点火加速两次，则卫
星在圆轨道3上正常运行速度要大于在圆轨道1上正常运行的
【答案】
(1)2
1 2
4＋ (2) 7
2(2n－1)Ta，n＝1,2,3，…
例题
(多选)如下图是“嫦娥三号”飞行轨道示意图．假设“嫦娥 三号”运行经过P点第一次通过近月制动使“嫦娥三号”在 距离月面高度为100 km的圆轨道Ⅰ上运动，再次经过P点时 第二次通过近月制动使“嫦娥三号”在距离月面近地点为Q、 高度为15 km，远地点为P、高度为100 km的椭圆轨道Ⅱ上
2020/11/5
1．变轨原理及过程 人造卫星的发射过程要经过多次变轨方可到达预定轨道，如图所示．
(1)为了节省能量，在赤道上顺着地球自转方向发射卫星到圆轨道Ⅰ上．
(2)在A点点火加速，由于速度变大，进入椭圆轨道Ⅱ.
(3)在B点(远地点)再次点火加速进入圆形轨道Ⅲ.
2．卫星变轨的实质
(1)当卫星的速度突然增加时，G
运行时由v＝ 一原理．
GM r
可知其运行速率比原轨道时增大．卫星的发射和回收就是利用这
Thank you
例题
B 关于环绕地球运行的卫星，下列说法正确的是 ( )
A．分别沿圆轨道和椭圆轨道运行的两颗卫星，不可能具有 相同的周期 B．沿椭圆轨道运行的一颗卫星，在轨道不同位置可能具有 相同的速率 C．在赤道上空运行的两颗地球同步卫星，它们的轨道半径 有可能不同 D．沿不同轨道经过北京上空的两颗卫星，它们的轨道平面 一定会重合
内容提要
1．变轨原理及过程 人造卫星的发射过程要经过多次变轨方可到达预定轨道，如图所示． (1)为了节省能量，在赤道上顺着地球自转方向发射卫星到圆轨道Ⅰ上．
(2)在A点点火加速，由于速度变大，进入椭圆轨道Ⅱ.
(3)在B点(远地点)再次点火加速进入圆形轨道Ⅲ.
2．卫星变轨的实质
(1)当卫星的速度突然增加时，G
二、极地卫星和近地卫星
内容提要
(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．
(2)近地卫星是在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动的卫星， 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.
(3)两种卫星的轨道平面一定通过地球的球心．
三、卫星变轨问题
运行时由v＝ 一原理．
GM 可知其运行速率比原轨道时增大．卫星的发射和回收就是利用这 r
例题
(多选)北斗卫星导航系统是我国自行研制开发的区域性三维 卫星定位与通信系统(CNSS)，建成后的北斗卫星导航系统包 括5颗同步卫星和30颗一般轨道卫星．关于这些卫星，以下
说法正确的是 ( AB )
A．5颗同步卫星的轨道半径都相同 B．5颗同步卫星的运行轨道必定在同一平面内 C．导航系统所有卫星的运行速度一定大于第一宇宙速度 D．导航系统所有卫星中，运行轨道半径越大的，周期越小
速度
C．卫星在椭圆轨道2上的近地点Q的速度一定大于7.9 km/s，
而在远地点P的速度一定小于7.9 km/s
D．卫星在椭圆轨道2上经过P点时的加速度等于它在圆轨道3
上经过P点时的加速度
作业
（多选）2015年7月25日我国采用“一箭双星”方式成功发 射了第18、19颗北斗卫星，标志着我国自行研制的北斗卫星 导航系统(CNSS)向2020年全球覆盖的建设目标迈出坚实一 步．据悉我国于2012年10月25日发射了定点于地球静止轨道 上的第十六颗北斗卫星“来自百度文库斗-G6”，已经实现了北斗导航
D 转的加速度为a3，则a1、a2、a3的大小关系为( )
A．a2>a1>a3 B．a3>a2>a1 C．a3>a1>a2 D．a1>a2>a3
作业
（多选）“探路者”号宇宙飞船在宇宙深处飞行过程中，发 现A、B两颗均匀球形天体，两天体各有一颗靠近其表面飞行
的卫星，测得两颗卫星的周期相等，以下判断正确的是(CD)
例题
“嫦娥二号”环月飞行的高度为100 km，所探测到的有关月 球的数据将比环月飞行高度为200 km的“嫦娥一号”更加详 实．若两颗卫星环月的运行均可视为匀速圆周运动，运行轨
D 道如图所示．则由题中条件可得 ( )
A．“嫦娥二号”环月运行的周期比“嫦娥一号”大 B．“嫦娥二号”环月运行的线速度比“嫦娥一号”小 C．“嫦娥二号”环月运行的向心力比“嫦娥一号”大 D．“嫦娥二号”环月运行的向心加速度比“嫦娥一号”大
r23 r13
内容总结
卫星运行问题的解题技巧
1．近地卫星、同步卫星满足G
m地m r2
＝
mv2 r
；赤道上物体所需的向心力由地球对
物体的万有引力和地面支持力的合力提供，合力不等于万有引力．
2．卫星的an、v、ω、T是相互联系的，其中一个量发生变化，其他各量也随之 发生变化；an、v、ω、T均与卫星的质量无关，只由轨道半径r和中心天体质量共同 决定．
h 2 g Rh
B.卫星在轨道III上运行的线速度为 v gR2
Rh
C.卫星在轨道III上运行时经过P点的速率大于在轨道II上运行
时经过P点的速率
D.卫星在轨道III上的动能大于在轨道I上的动能
例题
发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后
经点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送
(R
h)
得地球同步卫星离地面的高度
3
h
GMT 2 4 2
R 3.6107 m
⑤速度一定：v GM 3.1103 m / s
Rh
⑥向心加速度一定：由 G
Mm (R h)2
ma
得
a
GM (R h)2
gh
0.23m / s2
，即同步卫星的向心加速度等于轨
道处的重力加速度。
⑦绕行方向一定：运行方向与地球自转方向一致。
AD 的圆轨道上运动，此时登陆舱的质量为m2，则 (
)
A．X星球的质量为
M
4 2r13 GT12
B．X星球表面的重力加速度为
gX
4 2r1 T12
C．登陆舱在半径分别为r1与r2的轨道上运动时的速度大小之
比为 v1 m1r2
v2
m2r1
D．登陆舱在半径为r2的轨道上做圆周运动的周期为 T2 T1
6
C.b在相同的时间内转过的弧长最长
D.d的运行周期可能是23h
例题
两颗卫星在同一轨道平面内绕地球做匀速圆周运动．地球半 径为R，a卫星离地面的高度等于R，b卫星离地面的高度等 于3R.则： (1)a、b两卫星周期之比Ta∶Tb是多少？ (2)若某时刻两卫星正好同时通过地面同一点的正上方，则a 经多长时间两卫星相距最远？
A．天体A、B的质量一定不相等 B．两颗卫星的线速度一定相等 C．天体A、B表面的重力加速度之比等于它们的半径之比 D．天体A、B的密度一定相等
作业
（多选）为了探测X星球，载着登陆舱的探测飞船在以该星
球中心为圆心、半径为r1的圆轨道上运动，周期为T1，总质
量为m1.随后登陆舱脱离飞船，变轨到离星球更近的半径为r2
运动，下列说法正确的是( BC )
A．“嫦娥三号”在距离月面高度为100 km的圆轨道Ⅰ上运 动时速度大小可能变化 B．“嫦娥三号”在距离月面高度100 km的圆轨道Ⅰ上运动 的周期一定大于在椭圆轨道Ⅱ上运动的圆期 C．“嫦娥三号”在椭圆轨道Ⅱ上运动经过Q点时的加速度一 定大于经过P点时的加速度 D．“嫦娥三号”在椭圆轨道Ⅱ上运动经过Q点时的速率可能 小于经过P点时的速率
Mm r2
<m
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，轨道半径变大，当卫星进入新的轨道稳定运
行时由v＝
GM可知其运行速率比原轨道时减小． r
(2)当卫星的速率突然减小时，G
Mm r2
>m
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，轨道半径变小，当卫星进入新的轨道稳定
Mm r2
<m
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，轨道半径变大，当卫星进入新的轨道稳定运
行时由(2)v当＝卫星的GrM速可率知突然其减运小行时速，率G比Mr原2m 轨>m道vr时2 ，减即小万．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，轨道半径变小，当卫星进入新的轨道稳定
例题
有a、b、c、d四颗卫星，a还未发射，在地球赤道上随地球
一起转动，b在地面附近近地轨道上正常运动，c是地球同步
卫星，d是高空探测卫星，设地球自转周期为24 h，所有卫星
的运动均视为匀速圆周运动，各卫星排列位置如图所示，则
C 下列关于卫星的说法中正确的是 (
)
A.a的向心加速度等于重力加速度g
B.c在4h内转过的圆心角为
业务正式对亚太地区提供服务的目标．则 ( AD )
A．“北斗-G6”的运行周期为24 h B．“北斗-G6”的运行速度大于第一宇宙速度 C．“北斗-G6”的运行角速度比地球自转的角速度小 D．“北斗-G6”卫星的线速度比月球绕地球运行的线速度大
作业
国务院批复，自2016年起将4月24日设立为“中国航天日”。 1970年4月24日我国首次成功发射的人造卫星“东方红一 号”，目前仍然在椭圆轨道上运行，其轨道近地点高度约为 440km，远地点高度约为2060km；1984年4月8日成功发射 的“东方红二号”卫星运行在赤道上空35786km的地球同步 轨道上。设“东方红一号”在远地点的加速度为a1，“东方 红二号”的加速度为a2，固定在地球赤道上的物体随地球自