人造卫星 宇宙速度课件课件

转移轨道，经多次变轨最终进入距离月球表面 100 公里，
•
考 向
周期为 118 分钟的工作轨道，开始对月球进行探测，下
互 列说法正确的是( )
动
探
究
图11-1
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第11讲 人造卫星 宇宙速度
A．卫星在轨道Ⅲ上的运动速度比月球的第一宇宙
速度小
•
考 向
B．卫星在轨道Ⅲ上经过 P 点的速度比在轨道Ⅰ上 经过 P 点时大
第11讲 人造卫星 宇宙速度
4．拉格朗日点
拉格朗日点是指卫星受太阳、地球两大天体引力作
用，能保持相对静止的点，由法国数学家拉格朗日 1772
•
考 向
年推导证明出，共有 5 个．其中一点位于日地连线上、
互 地球外侧约 150 万公里处，在该点卫星消耗很少的燃料
动 探
即可长期驻留，是探测器、天体望远镜定位和观测太阳
互 道Ⅲ上经过 P 点的向心加速度等于在轨道 I 上经过 P 点
动 探 究
的加速度，r1>r3，由 a＝vr2知 v1>v3，则卫星在轨道Ⅲ上
经过 P 点的速度比在轨道Ⅰ上经过 P 点时小，选项 B
正确，选项 C 错误；卫星在轨道Ⅰ到轨道Ⅱ，需减速做
近心运动，机械能减少，选项 D 正确．
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第11讲 人造卫星 宇宙速度
处于___超__重_____状态．
2．在卫星进入圆形轨道正常运转时，卫星内的物体
处于_完__全__失__重___状态．
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第11讲 人造卫星 宇宙速度
•知
识
自
三、三个宇宙速度
主 梳 理
1．第一宇宙速度(环绕速度)：v1＝7.9 km/s，是人造 地球卫星的__最__小__发__射__速__度__，也是人造卫星绕地球做匀
GMr2m＝mvr2可得 r＝ 4 倍，选项 D 错误；
探 究由
ω＝vr ，可得卫星的角速度变为原来的18，选项
B
错误；
由 T＝2ωπ ，可得卫星的周期变为原来的 8 倍，选项 C 正确；
由 a＝GrM2 ，可得卫星的加速度变为原来的116，选项 A 错误．
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第11讲 人造卫星 宇宙速度
【技巧点拨】 对人造卫星运行参量的比较及变轨
主 梳 理
确，选项 B 错误；根据第一宇宙速度的定义有 GMRm2 ＝ mvR2，可知第一宇宙速度与地球的质量和半径都有关，选
项 C、D 错误．
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第11讲 人造卫星 宇宙速度
考向一 人造卫星运行及变轨问题
•考
1．环绕同一天体的不同轨道高度的卫星运行参量
向 比较
互
动
探
究
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第11讲 人造卫星 宇宙速度
【教师备用习题】
[备选理由] 考查卫星运行参量的比较，是考向一的
补充．
•
考 向
1．2011 年我国已将神舟八号与首个目标飞行器天 宫一号对接成功．在未来两年内天宫一号还将与神舟九
互 号、神舟十号飞船对接，从而建立我国第一个空间实验
动 探
室．神舟八号与天宫一号对接前所处的轨道如图所示，
究 下列说法正确的是( )
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第11讲 人造卫星 宇宙速度
A．神舟八号的加速度比天宫一号的小
B．神舟八号的运行速度比天宫一号的小
C．神舟八号的运行周期比天宫一号的长
•考
D．神舟八号通过加速后变轨可实现与天宫一号对
向接
互
动 探 究
[解析] D 由 GMr2m＝mvr2＝m4Tπ2 2r＝ma 知：r 越大，
v 越小，T 越大，a 越小，选项 A、B、C 错误；当 v 增
大时做离心运动，D 正确．
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第11讲 人造卫星 宇宙速度
[备选理由] 考查飞船变轨问题．
2．(双选)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，
• 考 周期为 T1，总质量为 m1.随后登陆舱脱离飞船，变轨到
向 互 动
离星球更近的半径为 r2 的圆轨道上运动，此时登陆舱的 质量为 m2，则( )
互 动
C．卫星在轨道Ⅲ上经过 P 点的向心加速度比在轨
探 道Ⅰ上经过 P 点时小
究
D．卫星在轨道Ⅰ上的机械能比在轨道Ⅱ上大
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第11讲 人造卫星 宇宙速度
AD [解析] 由 GMr2m＝mrv2得 v＝ GrM，r 越大，
v 越小，第一宇宙速度是近月卫星的最大运动速度，选
•
考 向
项 A 正确；在 P 点，GMr2m＝ma＝mvr121＝mvr323，卫星在轨
后瞬间卫星虽属不同轨道，但其加速度不变．
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第11讲 人造卫星 宇宙速度
从能量角度分析——人造卫星在由低轨道升至高
轨道的过程中，重力势能增加值远大于动能减少值．即
在变轨过程中，发动机消耗的能量 E 主要是为了增加人
•
考 向 互
造卫星的重力势能．根据能量守恒定律，有 E＋ΔEk ＝ΔEp，也就是说人造卫星调整到高轨道是以动能的损
问题的分析，关键是在理解的基础上记住相关结论，这
•
考 向
样在同类问题的分析中就会迅速作出判断，下面的变式 题即是如此．
互
动
探
究
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第11讲 人造卫星 宇宙速度
变式题 [2013·广东增城高三调研](双选)搭载着
“嫦娥二号”卫星的“长征三号丙”运载火箭在西昌
卫星发射中心点火发射，卫星由地面发射后，进入地月
卫星运 半径 行参量 变化
相关方程
结论
线速
度v
•
考 向
角速
互 度ω
动
探
究 周期 T
增大 增大
增大
GMr2m＝mvr2⇒v＝
GM r
卫星轨道半径越
大，其线速度越小、
GMr2m＝mω2r⇒ω ＝
GM r3
动能越小、势能越 大、机械能越大、角
GMr2m＝m2Tπ
2r⇒T＝2π

速度越小、周期越 大、频率越小、向心
探 究
B．角速度大小之比为 2∶1 C．周期之比为 1∶8
D．轨道半径之比为 1∶2
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第11讲 人造卫星 宇宙速度
C [解析] 人造地球卫星的动能变为原来的14，而质
量不变，则卫星的线速度变为原来的12.卫星受到的万有引
•
考力提供其做圆周运动的向心力，由 向互动GvM2 ，则卫星的轨道半径变为原来的
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第11讲 人造卫星 宇宙速度
[点评] 对于近地卫星、极地卫星、通讯卫星问题
的分析，要掌握其作为卫星的共性，又要注意它们之间
的区别，尤其要注意近地卫星、同步卫星和地球赤道上
互 动 探
到的万有引力不变，使得此时卫星受到的万有引力不足以 提供卫星仍在原轨道做圆周运动的向心力，因此卫星将会
究 做离心运动，其运行轨道将提升．在轨道半径增大的过程
中需要克服地球引力做功，所以卫星速度将会减小．由于
在卫星变轨前后短时间内，卫星(或探测器)到中心天体的
距离不变，所受万有引力(合外力)大小不变，所以变轨前
究 系的理想位置，在工程和科学上具有重要的实际应用和
科学探索价值，是国际深空探测的热点．
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第11讲 人造卫星 宇宙速度
例 2 某一时刻，所有的地球同步卫星( )
A．向心力相同
B．线速度相同
C．向心加速度相同 D．离地心的距离相同
•考 向
D [解析] 同步卫星的向心力 F 向＝F 万＝GMr2m，
动 失和发动机消耗能量为代价来增加其重力势能的．
探
究
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第11讲 人造卫星 宇宙速度
例 1 [ 2012·天津卷]一人造地球卫星绕地球做匀 速圆周运动，假如该卫星变轨后仍做匀速圆周运动，动
•
考 向 互
能减小为原来的14，不考虑卫星质量的变化，则变轨前 后卫星的( )
动
A．向心加速度大小之比为 4∶1
•知
识 自
B [解析] “天宫一号”变轨前后都是地球的卫
主 梳 理
星，都由地球对它的万有引力充当向心力．由 GMRm2 ＝ mvR2得 v＝ GRM，所以，vv12＝ RR21，故选项 B 正确．
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第11讲 人造卫星 宇宙速度
•知 识 自 主 梳 理
二、卫星系统中的超重和失重 1．在卫星进入轨道前的加速过程中，卫星内的物体
速圆周运动的__最__大__运__行__速__度___．
2．第二宇宙速度(脱离速度)：v2＝11.2 km/s，是卫 星挣脱地球引力束缚的_最__小__发__射__速__度____．
3．第三宇宙速度(逃逸速度)：v3＝16.7 km/s，是卫 星挣脱太阳引力束缚的_最__小__发__射__速__度____．
梳 理
次交会对接．任务完成后“天宫一号”经变轨升到更高 的轨道，等待与“神舟九号”交会对接．变轨前和变轨
完成后“天宫一号”的运行轨道均可视为圆轨道，对应
的轨道半径分别为 R1、R2，线速度大小分别为 v1、v2.
则vv12等于(
)
A.
R31 R23
B.
R2 R1
C.RR2221
D.RR21
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第11讲 人造卫星 宇宙速度
•知 识 自 主 梳 理
•
考 向 互
第11讲
动
探
究
•随 堂 巩 固 检 测
人造卫星
宇宙速度
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第11讲 人造卫星 宇宙速度
•知
识自• 一、分析人造地球卫星问题的基本思路 主梳理•心必1．与运地动球特的征地：心轨__迹__为重__合圆__周__，．且轨迹的圆
• 2．力学特征：__万__有_引__力___提供向心力．
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第11讲 人造卫星 宇宙速度
•知
识 自
【对点检测】 关于地球的第一宇宙速度，下列表述
主 梳
正确的是(
)
理
A．第一宇宙速度又叫环绕速度
B．第一宇宙速度又叫脱离速度
C．第一宇宙速度跟地球的质量无关
D．第一宇宙速度跟地球的半径无关
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第11讲 人造卫星 宇宙速度
•知
识 自
A [解析] 第一宇宙速度又叫环绕速度，选项 A 正
探 究
A．X 星球的质量为 M＝4GπT221r31
B．X 星球表面的重力加速度为 gX＝4πT212r1
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第11讲 人造卫星 宇宙速度
C．登陆舱在 r1 与 r2 轨道上运动时的速度大小之比
为vv12＝
m1r2 m2r1
•
考 向 互 动
D．登陆舱在半径为 r2 轨道上做圆周运动的周期为
T2＝T1
•___3_G_M_r_2m_．＝_m_r_v2_＝_基m__2_Tπ__2r_＝本_m__ω_2r_＝_方m．ωv＝m程a
：
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第11讲 人造卫星 宇宙速度
•知
识 自
【对点检测】 2012·山东卷 2011 年 11 月 3 日，“神
主 舟八号”飞船与“天宫一号”目标飞行器成功实施了首
互 不同卫星具有不同的质量 m，选项 A 错误．不同的卫星
动 探
在圆轨道上的位置不同，所以其线速度的方向不同，向
究 心加速度指向圆心，所以方向也不同，选项 B、C 错误．所
有同步卫星具有相同的周期，由
F
万＝GMr2m＝m4Tπ2
2
r
可得 r3＝4GπM2·T2，M 为地球质量，故 r 都相同，选项
D 正确．
C 错误；由Tr32＝k(常数)知Tr3121＝Tr3222，即 T2＝T1 rr3132，选项
D 正确．
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第11讲 人造卫星 宇宙速度
考向二 几种常见卫星、拉格朗日点
1．近地卫星
近地卫星的轨道半径 r 近似地等于地球半径 R，其
• 考 绕行速度是所有卫星的最大绕行速度；运行周期约为 T
向 ＝85 min，是所有卫星的最小周期；向心加速度 a＝g
互 动
＝9.8 m/s2，是所有卫星的最大加速度．
探 究
2．极地轨道卫星 极地轨道卫星指运行过程中通过两极点上空的卫
星，其轨道平面与地球赤道平面垂直，由于地球自转，
这种卫星不能始终和地球某一经线平面重合，从而使得
该种卫星可对全球进行间断性扫描．
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第11讲 人造卫星 宇宙速度
3．同步卫星
地球同步卫星是指在运动轨道赤道平面内且与地
球自转周期相同的卫星，又叫通讯卫星．同步卫星有以
• 考 下几个特点：①周期一定(周期 T＝24 h)；②轨道平面一
向 互
定(赤道平面)；③轨道高度一定(距离地面 h≈3.6×104
动 km)；④环绕速度大小一定(速率 v≈3.1 km/s)；⑤向心
探 究
加速度大小一定；⑥绕行方向一定(由西向东)．
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r3
加速度越小(同一卫
GM
星所受万有引力越
向心加 速度 a
增大
GMr2m＝ma 向⇒a 向＝GrM2
小)
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第11讲 人造卫星 宇宙速度
2.人造卫星的变轨
卫星在轨期间改变运行轨道的过程称为变轨．
从动力学角度分析——卫星由低空轨道变轨到高空
•
考 轨道，需要火箭点火，向着运动的反方向喷出气体使卫星 向 加速，则卫星做圆周运动所需的向心力增加，但是卫星受
r32 r31
探
究
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第11讲 人造卫星 宇宙速度
[解析] AD 飞船在半径为 r1 的轨ຫໍສະໝຸດ Baidu上运行时，由
GMrm12 1＝m14Tπ21 2r1 得星球的质量 M＝4GπT221r31，选项 A 正
•
考 向
确；gX＝4πT212r1是半径为 r1 轨道上的重力加速度，而不
互 动 探 究
是星球表面的重力加速度，选项 B 错误；由 GMr2m＝mvr2 得 v＝ GrM，则vv12＝ rr21，与飞船的质量无关，选项