【学霸笔记】物理必修二6.5宇宙航行

第五节 宇宙航行

一、人造卫星

1、定义：指按万有引力规律在太空航行，并执行探索开发利用太空执行特殊任务的飞行器。

2、特点：与天然的环绕天体不同，其自带动力。

3、分类：（按运动高度）

①低轨道卫星（小于1000）km ，此卫星又称近地卫星轨道。

②中轨道卫星（1000-20000）km ，此卫星又称近地卫星轨道

③高轨道卫星（大于20000）km ，此卫星又称近地卫星轨道 说明：A 近地卫星的高度可忽略不计，即r=R 。

B 同步卫星的高度为3.6×107

m ，属于高轨卫星。 4、人造卫星的两个速度：

①发射速度：将卫星送入太空预定轨道所必须具有的速度；卫星的轨道越高，发射速度越大。 ②环绕速度（运行速度）：卫星在预定圆轨道运动的线速度；卫星的轨道越高，运行速度越小。

5、卫星的轨道说明：

①卫星的轨道可以是圆也可以是椭圆。如果是圆地球处于圆心；如果是椭圆地球处于其中一个焦点上。 ②卫星的轨道平面可以在赤道所在的平面上，也可以其他平面上，但圆心或焦点必定在地心处。 ③卫星不可以在除赤道之外的任意纬度平面上，也不可以处在任意经度平面运动。 ④高中阶段最常见的轨道为近地轨道和同步轨道。

二、宇宙速度

1、宇宙速度：从地球表面向宇宙空间发射人造卫星，满足不同要求所需的最低发射速度。

2、第一宇宙速度：从地面上发射为使卫星不落回地面的最小发射速度。

①推导：；或或)Rg ()(112

12

12

==⇒==v R GM v R v m mg R v m R GMm ；s km v /9.71=

②理解：

A 第一宇宙速度既是最小的发射速度，又是最大的环绕速度。

B 发射卫星时，当v=7.9km/s 时，万有引力恰好提供了卫星做匀速圆周运动的向心力；当v<7.9km/s 时，万有引力大于向心力，卫星做近心运动，即卫星最终落回地面；当v ＞7.9km/s 时，万有引力小于向心力，物体做离心运动。

3、第二宇宙速度：从地面上发射为使卫星脱离地球引力而不再绕着地球运行的最小发射速度。

①和第一宇宙速度关系：；或)2Rg (222==v R GM v ；

s km v /2.111=

②理解：

A 当卫星的速度大于或等于11.2km/s 时，卫星就会脱离地球地球引力。

B 第二宇宙速度是卫星挣脱地球束缚的最小发射速度，又被称为逃逸速度。

C 发射卫星时，当7.9km/s ＜v ＜11.2km/s 时，卫星将做椭圆运动，即不断的重复近心运动和离心运动。

D 黑洞：当天体的密度很大，大到光都不能逃逸，此天体称为黑洞，即

R

GM

c 2=

4、第三宇宙速度：从地面上发射为使卫星脱离太阳引力的最小发射速度。

①；

s km v /7.163=

②理解：此速度针对的是地面上卫星发射的最小速度。

5、第一、二宇宙速度含义拓展：

①每个天体都有自身的第一、二宇宙速度，含义同上。

②表达式同上：；

或或)Rg ()(1121

21

2

==

⇒==v R

GM

v R

v m

mg R

v m

R

GMm ；

或)2Rg (222==v R

GM v 6、其他宇宙速度了解：

①第四宇宙速度：脱离银河系的最小发射速度；

s km v /)120110(4-= ②第五宇宙速度：脱离本星系群的最小发射速度；s km

v /)22501500(4-=

三、人造卫星的运行规律

①由2

22)()(h R v m h R Mm G +=+可得：)(h R GM

v += 即：h 越大，v 越小。 ②由)()

(2

2

h R m h R Mm G +=+ω可得：3)(h R GM +=ω 即h 越大，ω越小。 ③由)(2)(2

2

h R T m h R Mm G +⎪⎭⎫ ⎝⎛=+π可得：GM h R T 3

)(2+=π 即h 越大，T 越大。 ④由向ma h R Mm G =+2)(可得：2)(h R GM

a +=向

即h 越大，a 向越小。 ⑤由万F h R Mm G =+2)(可得：2

)

(h R Mm

G F +=万 即：即万有引力不仅跟h 有关，还和质量有关。 四、几种常见的卫星

1、近地卫星：

①；或或)Rg ()(1

12

1212==⇒==v R GM v R v m mg R v m R GMm ；s km v /9.71=

②r

T m r

Mm G 2

2

2⎪⎭⎫

⎝⎛=π；

min 5.84=T

2、地球同步卫星：相对于地球静止，与地球自转同步的卫星。

①周期一定，T=24h 。 ②方向一定，与地球自转方向相同。

③角速度一定，与地球自转角速度相同。

④轨道一定，一定在赤道所在的平面上。

⑤高度一定，即h=3.6×107

m ⑥环绕速度一定，即v=3.1km/s ⑦三颗同步卫星可实现全球覆盖。 3