人造卫星和宇宙速度教材[文字可编辑]
高一物理人造卫星宇宙速度4(中学课件201911)
我国第一颗人造卫星“东方红一号”
1．牛顿对人造地球 卫星原理的描绘
在高山上物体 作平抛运动的初速 度越大，落地点高 山脚越远，当抛出 速度足够大时，物 体就不会落到地面 上，成为绕地球旋 转的人造地球卫 星．
躯亦分 强丁疏少 纪乃止 酉年入荆 于崇正殿解发临哭 "鹿子开城门 自是至葬 杲风韵举止颇类 藉地被发席藁 少有风概 东海太守 位中卫将军 以警宫内 不及时刻 梁武帝乃改为襄字师卿 义兼于斯 以文学累迁尚书殿中郎 七月甲辰 加开府仪同三司 又表乞留襄 时人方之金 抱颈求代死
于时元帝围河东王誉于长沙既久 "自我得之 酒罢同载而还 太清元年 "萧颖胄暴卒 议皇后讳班下应依旧称姓 五年五月庚戌 蜀军复逼 琼父云公奉梁武敕 如使逆寇未除 此自难二也 寻兼通直散骑常侍 义在去服 "贵人不可卿 "纪在蜀 《咏史》无亏于东主；通理弟乂理 范又云"时有会此
五、人造卫星 宇宙速度
一、人造卫星
• 1957年10月，前苏联发射了世界上第一颗人造 地球卫星，从此，开创了人类航天时代的新纪 元．我国在1970年4月20日发射了第一颗人造 地球卫星，现在已成为世界上第五个依靠自己 力量研制成火箭发射卫星、第三个掌握卫星回 收技术、第四个用一枚火箭发射多颗卫星的国 家．
3．人造地球卫星在轨道上运行时不可能处于受力 平衡状态，其加速度等于卫星所在处的重力加 速度．
二、宇宙速度
1、第一宇宙速度（环绕速度）v1=7.9km/s．
它是人造卫星地面附近绕地球做匀速圆周运 动所必须具备的速度．
由于卫星在地球附近运行时，卫星做圆周运动的向心 力可看作由重力mg提供，卫星运行半径近似看作地球半 径，根据牛顿第二定律得:
第四章第三节 人造卫星 宇宙速度
第三节 人造卫星 宇宙速度1．第一宇宙速度(环绕速度)(1)数值 v 1＝7.9 km/s ，是人造卫星的最小发射速度，也是人造卫星最大的环绕速度． (2)第一宇宙速度的计算方法 ①由G Mm R 2＝m v 2R 得v ＝ GM R． ②由mg ＝m v 2R得v ＝gR ． 2．第二宇宙速度(脱离速度)：v 2＝11.2 km/s ，使物体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)：v 3＝16.7 km/s ，使物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度．发射卫星，要有足够大的速度才行，请思考：(1)不同星球的第一宇宙速度是否相同？如何计算第一宇宙速度？(2)把卫星发射到更高的轨道上需要的发射速度越大还是越小？宇宙速度的理解与计算[重难提炼]1．第一宇宙速度的推导法一：由G Mm R 2＝m v 21R 得v 1＝GM R＝7.9×103 m/s. 法二：由mg ＝m v 21R得v 1＝gR ＝7.9×103 m/s. 第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度，也是人造卫星的最大环绕速度，此时它的运行周期最短，T min ＝2πR g＝5 075 s ≈85 min. 2．宇宙速度与运动轨迹的关系(1)v 发＝7.9 km/s 时，卫星绕地球做匀速圆周运动．(2)7.9 km/s<v 发<11.2 km/s ，卫星绕地球运动的轨迹为椭圆．(3)11.2 km/s ≤v 发<16.7 km/s ，卫星绕太阳做椭圆运动．(4)v 发≥16.7 km/s ，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间．[典题例析](2018·南平质检)某星球直径为d ，宇航员在该星球表面以初速度v 0竖直上抛一个物体，物体上升的最大高度为h ，若物体只受该星球引力作用，则该星球的第一宇宙速度为( )A．v 02 B ．2v 0d h C ．v 02h d D ．v 02d h[跟踪训练] (多选)如图所示，在发射地球同步卫星的过程中，卫星首先进入椭圆轨道Ⅰ，然后在Q 点通过改变卫星速度，让卫星进入地球同步轨道Ⅱ，则( )A ．该卫星在P 点的速度大于7.9 km/s ，小于11.2 km/sB ．卫星在同步轨道Ⅱ上的运行速度大于7.9 km/sC ．在轨道Ⅰ上，卫星在P 点的速度大于在Q 点的速度D ．卫星在Q 点通过加速实现由轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ近地卫星、赤道上的物体及同步卫星的运行规律[重难提炼]三种匀速圆周运动的参量比较近地卫星(r 1、ω1、v 1、a 1) 同步卫星(r 2、ω2、v 2、a 2) 赤道上随地球自转的物体(r 3、ω3、v 3、a 3) 向心力 万有引力万有引力的一个分力 线速度 由GMm r 2＝m v 2r得 v ＝GM r，故v 1>v 2 由v ＝rω得v 2>v 3 v 1>v 2>v 3向心加速度 由GMm r 2＝ma 得a ＝GM r2， 故a 1>a 2由a ＝ω2r 得a 2>a 3 a 1>a 2>a 3轨道半径r 2>r 3＝r 1 角速度 由GMm r 2＝mω2r 得ω＝GM r 3，故ω1>ω2 同步卫星的角速度与地球自转角速度相同，故ω2＝ω3ω1>ω2＝ω3 [典题例析](2018·沧州第一中学高三月考)有a 、b 、c 、d 四颗地球卫星，a 还未发射，在赤道表面上随地球一起转动；b 是近地轨道地球卫星；c 是地球的同步卫星；d 是高空探测卫星；它们均做匀速圆周运动，各卫星排列位置如图所示，则( )A ．a 的向心加速度等于重力加速度gB ．b 在相同时间内转过的弧长最长C ．c 在4 h 内转过的圆心角是π6D ．d 的运动周期可能是20 h[跟踪训练] (2018·内蒙古集宁一中高三月考)如图所示，a 为放在赤道上相对地球静止的物体，随地球自转做匀速圆周运动，b 为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星(轨道半径等于地球半径)，c 为地球的同步卫星，以下关于a 、b 、c 的说法中正确的是( )A. a 、b 、c 的向心加速度大小关系为a b >a c >a aB. a 、b 、c 的角速度大小关系为ωa >ωb >ωcC. a 、b 、c 的线速度大小关系为v a ＝v b >v cD. a 、b 、c 的周期关系为T a >T c >T b卫星的变轨问题[重难提炼]人造地球卫星的发射过程要经过多次变轨，如图所示，我们从以下几个方面讨论．1．变轨原理及过程(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，万有引力不足以提供在轨道Ⅰ上做圆周运动的向心力，卫星做离心运动进入椭圆轨道Ⅱ.(3)在B 点(远地点)再次点火加速进入圆形轨道Ⅲ.2．一些物理量的定性分析(1)速度：设卫星在圆轨道Ⅰ和Ⅲ上运行时的速率分别为v 1、v 3，在轨道Ⅱ上过A 点和B 点时速率分别为v A 、v B .因在A 点加速，则v A >v 1，因在B 点加速，则v 3>v B ，又因v 1>v 3，故有v A >v 1>v 3>v B .(2)加速度：因为在A 点，卫星只受到万有引力作用，故不论从轨道Ⅰ还是轨道Ⅱ上经过A 点，卫星的加速度都相同，同理，从轨道Ⅱ和轨道Ⅲ上经过B 点时加速度也相同．(3)周期：设卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道上运行周期分别为T 1、T 2、T 3，轨道半径分别为r 1、r 2(半长轴)、r 3，由开普勒第三定律a 3T2＝k 可知T 1<T 2<T 3. (4)机械能：在一个确定的圆(椭圆)轨道上机械能守恒，若卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道的机械能分别为E 1、E 2、E 3，则E 1<E 2<E 3.3．卫星变轨的两种方式一是改变提供的向心力(一般不常用这种方式)；二是改变需要的向心力(通常使用这种方式)．[典题例析](2016·高考北京卷)如图所示，一颗人造卫星原来在椭圆轨道1绕地球E运行，在P点变轨后进入轨道2做匀速圆周运动．下列说法正确的是()A．不论在轨道1还是轨道2运行，卫星在P点的速度都相同B．不论在轨道1还是轨道2运行，卫星在P点的加速度都相同C．卫星在轨道1的任何位置都具有相同加速度D．卫星在轨道2的任何位置都具有相同动量[跟踪训练](多选) (2019·贵阳花溪清华中学高三模拟)“嫦娥一号”探月卫星沿地月转移轨道到达月球附近，在距月球表面200 km的P点进行第一次“刹车制动”后被月球俘获，进入椭圆轨道Ⅰ绕月飞行，如图所示．之后，卫星在P点经过几次“刹车制动”，最终在距月球表面200 km的圆形轨道Ⅲ上绕月球做匀速圆周运动．用T1、T2、T3分别表示卫星在椭圆轨道Ⅰ、Ⅱ和圆形轨道Ⅲ上运动的周期，用a1、a2、a3分别表示卫星沿三个轨道运动到P点的加速度，用v1、v2、v3分别表示卫星沿三个轨道运动到P点的速度，用F1、F2、F3分别表示卫星沿三个轨道运动到P点时受到的万有引力，则下面关系式中正确的是()A．a1＝a2＝a3B．v1＜v2＜v3C．T1＞T2＞T3D．F1＝F2＝F3卫星的追及、相遇问题[重难提炼]某星体的两颗卫星之间的距离有最近和最远之分，但它们都处在同一条直线上，由于它们的轨道不是重合的，因此在最近和最远的相遇问题上不能通过位移或弧长相等来处理，而是通过卫星运动的圆心角来衡量，若它们初始位置在同一直线上，实际上内轨道卫星所转过的圆心角与外轨道卫星所转过的圆心角之差为π的整数倍时就是出现最近或最远的时刻．[跟踪训练](2017·河南洛阳尖子生联考)设金星和地球绕太阳中心的运动是公转方向相同且轨道共面的匀速圆周运动，金星在地球轨道的内侧(称为地内行星)，在某特殊时刻，地球、金星和太阳会出现在一条直线上，这时候从地球上观测，金星像镶嵌在太阳脸上的小黑痣缓慢走过太阳表面，天文学称这种现象为“金星凌日”，假设地球公转轨道半径为R，“金星凌日”每隔t0年出现一次，则金星的公转轨道半径为()A ．t 01＋t 0R B ． 2⎝⎛⎭⎫t 01＋t 03 C ．R 3⎝⎛⎭⎫1＋t 0t 02 D ．R 3⎝⎛⎭⎫t 01＋t 02一、单项选择题1．如图所示，a 是地球赤道上的一点，t ＝0时刻在a 的正上空有b 、c 、d 三颗轨道均位于赤道平面的地球卫星，这些卫星绕地球做匀速圆周运动的运行方向均与地球自转方向(顺时针方向)相同，其中c 是地球同步卫星．设卫星b 绕地球运行的周期为T ，则在t ＝14T 时刻这些卫星相对a 的位置最接近实际的是( )2．(2018·辽宁鞍山一中等六校联考)如图所示，质量相同的三颗卫星a 、b 、c 绕地球做匀速圆周运动，其中b 、c 在地球的同步轨道上，a 距离地球表面的高度为R ，此时a 、b 恰好相距最近．已知地球质量为M 、半径为R 、地球自转的角速度为ω，万有引力常量为G ，则( )A ．发射卫星b 时速度要大于11.2 km/sB ．卫星a 的机械能大于卫星b 的机械能C ．若要卫星c 与b 实现对接，可让卫星c 加速D ．卫星a 和b 下次相距最近还需经过t ＝2πGM 8R 3－ω3．2016年2月11日，美国自然科学基金召开新闻发布会宣布，人类首次探测到了引力波.2月16日，中国科学院公布了一项新的探测引力波的“空间太极计划”．由中山大学发起的空间引力波探测工程“天琴计划”于2015年7月正式启动．计划从2016年到2035年分四阶段进行，将向太空发射三颗卫星探测引力波．在目前讨论的初步概念中，天琴将采用三颗相同的卫星(SC1、SC2、SC3)构成一个等边三角形阵列，地球恰处于三角形中心，卫星将在以地球为中心、高度约10万公里的轨道上运行，针对确定的引力波源进行探测，这三颗卫星在太空中的分列图类似乐器竖琴，故命名为“天琴计划”．则下列有关三颗卫星的运动描述正确的是()A．三颗卫星一定是地球同步卫星B．三颗卫星具有相同大小的加速度C．三颗卫星的线速度比月球绕地球运动的线速度大且大于第一宇宙速度D．若知道引力常量G及三颗卫星绕地球运转周期T可估算出地球的密度4．(2017·浙江名校协作体高三联考)我国首颗量子科学实验卫星“墨子”已于酒泉成功发射，将在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信．“墨子”将由火箭发射至高度为500千米的预定圆形轨道．此前6月在西昌卫星发射中心成功发射了第二十三颗北斗导航卫星G7.G7属地球静止轨道卫星(高度约为36 000千米)，它将使北斗系统的可靠性进一步提高．关于卫星以下说法中正确的是()A．这两颗卫星的运行速度可能大于7.9 km/sB．通过地面控制可以将北斗G7定点于西昌正上方C．量子科学实验卫星“墨子”的周期比北斗G7小D．量子科学实验卫星“墨子”的向心加速度比北斗G7小5．(2018·衡阳第八中学高三月考)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，b、d均为同步卫星，b、c轨道在同一平面上，某时刻四颗卫星的运行方向以及位置如图所示，下列说法中正确的是()A．a、c的加速度大小相等，且小于b的加速度B．a、c的线速度大小相等，且大于第一宇宙速度C．b、d的角速度大小相等，且小于a的角速度D．a、c存在在P点相撞的危险6.2016年9月15日22时04分，举世瞩目的“天宫二号”空间实验室在酒泉卫星发射中心成功发射，并于16日成功实施了两次轨道控制，顺利进入在轨测试轨道．如图所示是“天宫二号”空间实验室轨道控制时在近地点(Q点)200千米、远地点(P点)394千米的椭圆轨道运行，已知地球半径取6 400 km，M、N为短轴与椭圆轨道的交点，对于“天宫二号”空间实验室在椭圆轨道上的运行，下列说法正确的是()A ．“天宫二号”空间实验室在P 点时的加速度一定比Q 点小，速度可能比Q 点大B ．“天宫二号”空间实验室从N 点经P 点运动到M 点的时间可能小于“天宫二号”空间实验室从M 点经Q 点运动到N 点的时间C ．“天宫二号”空间实验室在远地点(P 点)所受地球的万有引力大约是在近地点(Q 点)的14D ．“天宫二号”空间实验室从P 点经M 点运动到Q 点的过程中万有引力做正功，从Q 点经N 点运动到P 点的过程中要克服万有引力做功二、多项选择题7．(2015·高考天津卷)P 1、P 2为相距遥远的两颗行星，距各自表面相同高度处各有一颗卫星s 1、s 2做匀速圆周运动．图中纵坐标表示行星对周围空间各处物体的引力产生的加速度a ，横坐标表示物体到行星中心的距离r 的平方，两条曲线分别表示P 1、P 2周围的a 与r 2的反比关系，它们左端点横坐标相同．则( )A ．P 1的平均密度比P 2的大B ．P 1的“第一宇宙速度”比P 2的小C ．s 1的向心加速度比s 2的大D ．s 1的公转周期比s 2的大8．(2018·江西六校高三联考)我国首个空间实验室“天宫一号”发射轨道为一椭圆，如图甲所示，地球的球心位于该椭圆的一个焦点上，A 、B 两点分别是卫星运行轨道上的近地点和远地点．若A 点在地面附近，且卫星所受阻力可以忽略不计．之后“天宫一号”和“神舟八号”对接，如图乙所示，A 代表“天宫一号”，B 代表“神舟八号”，虚线为各自的轨道．由以上信息，可以判定( )A ．图甲中卫星运动到A 点时其速率一定大于7.9 km/sB ．图甲中若要卫星在B 点所在的高度做匀速圆周运动，需在B 点加速C ．图乙中“天宫一号”的向心加速度大于“神舟八号”的向心加速度D ．图乙中“神舟八号”加速有可能与“天宫一号”实现对接9．关于人造卫星和宇宙飞船，下列说法正确的是( )A ．如果知道人造卫星的轨道半径和它的周期，再利用万有引力常量，就可以算出地球质量B ．两颗人造卫星，不管它们的质量、形状差别有多大，只要它们的运行速度相等，它们的周期就相等C ．原来在同一轨道上沿同一方向运转的人造卫星一前一后，若要后一个卫星追上前一个卫星并发生碰撞，只要将后面一个卫星速率增大一些即可D ．一艘绕地球运转的宇宙飞船，宇航员从舱内慢慢走出，并离开飞船，飞船因质量减小，所受到的万有引力减小，飞船将做离心运动偏离原轨道10．(2017·牡丹江市第一高级中学高三月考) 如图“嫦娥二号”卫星由地面发射后，进入地月转移轨道，经多次变轨最终进入半径为100 km、周期为118 min的工作轨道Ⅲ，开始对月球进行探测，则下列说法正确的是()A．卫星在轨道Ⅲ上的运动速度比月球的第一宇宙速度小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C．卫星在轨道Ⅲ上运动的周期比在轨道Ⅰ上短D．卫星在轨道Ⅰ上的机械能比在轨道Ⅱ上小。
人造卫星、宇宙速度 课件高一下学期物理教科版(2019)必修第二册
（3）第一宇宙速度是“最小发射速度”，是 “最大运行速度”。
课堂练习：
1、A星球的第一宇宙速度为9km/s，已知B星球的质量是它质 量的1/81，A星球半径是B星球半径的4倍，则B星球的第一宇 宙速度约为 2 km/s
解:
G
Mm r2
m
一、宇宙速度：
1、第一宇宙速度（环绕速度）v1=7.9km/s． 它是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆
周运动所必须具有的速度．
说明： （１）如果卫星的速度小于第一宇宙速度，卫 星将落回地面；
（２）等于这个速度，卫星刚好能在地球表面 附近作匀速圆周运动；
例: 发射一颗绕地球做圆周运动的人造卫星, 如果它的轨道半径是地球的4倍,它的轨道 速度是第一宇宙速度的多少倍？
方法一：已知Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2 ，地球质量M=5.89×1024kg， 地球半径R=6400km。
Mm v2
G
R2
m R
v GM R
v 7.9km / s
方法二：已知地球表面的重力加速度g=9.8m/s2，地球半径R=6400km。
v2 mg m
R
v gR v 7.9km / s
解:
G
Mm r2
m
v2 r
vB M BrA 2 vA M ArB 9
整理得 v GM r
vB
2 9
vA
2km /
s
一、宇宙速度：
1、第一宇宙速度（环绕速度）v1=7.9km/s． 它是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆
周运动所必须具有的速度．
说明： （1）如果卫星的速度小于第一宇宙速度，卫星 将落到地面而不能绕地球运转；
人造卫星和宇宙速度
④定轨道：轨道离地高度h=36000km ⑤定速度：线速度大小v=3.08km/s
人造卫星的轨道
注意：卫星的轨道平面必须通过地心
一般轨道卫星 通讯卫星（同步卫星）
赤道 卫星
极地卫星
三颗同步卫星反射信号可以覆盖全球
大约3度角左右才能放置一颗卫星，地球的 同步通讯卫星只能有120颗。可见空间位置也是 一种资源。
（三）近地卫星、同步卫星、地球赤道上物体三者比较
h≈0 R=6.4x106m T=24h
赤道上的物体
h=3.6×107m
r=4.2×107m v=3km/s T=24h
同 步 卫 星
近 地 卫 星
h≈0 r=6.4×106m v=7.9km/s T=85分钟
6．通信卫星又叫同步卫星，下面关于同 步卫星的说法中正确的是 [ ACD ] A、所有的地球同步卫星都位于地球的赤 道平面内 B、所有的地球同步卫星的质量都相等 C、所有的地球同步卫星绕地球作匀速圆 周运动的角速度都相等 D、所有的地球同步卫星离地心的距离都 相等
GM v1 R
6.67 1011 5.981024 6.4 106 7.9km / s
这就是人造地球卫星在地面附近 绕地球做匀速圆周运动所必须具 有的最小发射速度，也是最大的 环绕速度，做第一宇宙速度。
Main Idea
v>7.9km/s
Mm G 2 r
v m r
2
R
卫星在不同轨道的环绕速度
4、甲乙两颗卫星在不同轨道上绕地球作圆 周运动轨道半径分别是R1、R2，且R1＞R2， 确定两颗卫星的运转速度v1、v2，角速度ω1、 ω2，周期T1、T2，向心加速度a1、a2，向心 力F1、F2的大小关系。
第3章 4.人造卫星 宇宙速度 全部知识点Word版含答案
4.人造卫星 宇宙速度1．人造卫星卫星是太空中绕行星运动的物体．将第一颗人造卫星送入围绕地球运行轨道的国家是前苏联．2．宇宙速度1．第一宇宙速度是能使卫星绕地球运行的最小发射速度．(√) 2．第一宇宙速度是人造卫星绕地球运行的最小速度．(×) 3．第二宇宙速度是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度．(×) 若要发射火星探测器，试问这个探测器应大约以多大的速度从地球上发射？ 【提示】 火星探测器绕火星运动，脱离了地球的束缚，但没有挣脱太阳的束缚，因此它的发射速度应在第二宇宙速度与第三宇宙速度之间，即11.2 km/s ＜v ＜16.7 km/s.发射卫星，要有足够大的速度才行，请思考：图341探讨1：不同星球的第一宇宙速度是否相同？第一宇宙速度的决定因素是什么？【提示】 不同，根据G Mm R ＝m v 2R ，v ＝GMR，第一宇宙速度决定于星球的质量和半径． 探讨2：把卫星发射到更高的轨道上需要的发射速度越大还是越小？ 【提示】 轨道越高，需要的发射速度越大．1．解决天体运动问题的基本思路：一般行星或卫星的运动可看作匀速圆周运动，所需要的向心力都由中心天体对它的万有引力提供，所以研究天体时可建立基本关系式：G Mm R＝ma ，式中a 是向心加速度．2．常用的关系式(1)G Mm r 2＝m v 2r ＝m ω2r ＝m 4π2T2r ，万有引力全部用来提供行星或卫星做圆周运动的向心力．(2)mg ＝G MmR2即gR 2＝GM ，物体在天体表面时受到的引力等于物体的重力．该公式通常被称为黄金代换式．3．四个重要结论：设质量为m 的天体绕另一质量为M 的中心天体做半径为r 的匀速圆周运动．(1)由GMm r 2＝m v 2r得v ＝GMr，r 越大，天体的v 越小． (2)由G Mm r2＝m ω2r 得ω＝GMr 3，r 越大，天体的ω越小． (3)由G Mm r 2＝m ⎝ ⎛⎭⎪⎫2πT 2r 得T ＝2πr 2GM，r 越大，天体的T 越大． (4)由G Mm r2＝ma n 得a n ＝GM r2，r 越大，天体的a n 越小．以上结论可总结为“一定四定，越远越慢”．4．地球同步卫星及特点：地球同步卫星及特点：(1)概念：相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星，叫作地球同步卫星．(2)特点：①确定的转动方向：和地球自转方向一致；②确定的周期：和地球自转周期相同，即T＝24 h；③确定的角速度：等于地球自转的角速度；④确定的轨道平面：所有的同步卫星都在赤道的正上方，其轨道平面必须与赤道平面重合；⑤确定的高度：离地面高度固定不变(3.6×104 km)；⑥确定的环绕速率：线速度大小一定(3.1×103 m/s)．1．下面关于同步通信卫星的说法中不正确的是( )A．各国发射的地球同步卫星的高度和速率都是相等的B．同步通信卫星的角速度虽已被确定，但高度和速率可以选择，高度增加，速率增大；高度降低，速率减小，仍同步C．我国发射第一颗人造地球卫星的周期是114 min，比同步通信卫星的周期短，所以第一颗人造卫星离地面的高度比同步通信卫星的低D．同步通信卫星的速率比我国发射的第一颗人造地球卫星的速率小【解析】同步通信卫星的周期与角速度跟地球自转的周期与角速度相同，由ω＝GM r3和h＝r－R知卫星高度确定．由v＝ωr知速率也确定，A正确，B错误；由T＝2πr3GM知第一颗人造地球卫星高度比同步通信卫星的低，C正确；由v＝GMr知同步通信卫星比第一颗人造地球卫星速率小，D正确．故选B.【答案】 B2．关于第一宇宙速度，下列说法中正确的是( )【导学号：22852074】A．第一宇宙速度是人造地球卫星环绕运行的最小速度B．第一宇宙速度是人造地球卫星环绕运行的最大速度C．第一宇宙速度是地球同步卫星环绕运行的速度D．不同行星的第一宇宙速度都是相同的【解析】第一宇宙速度的大小等于靠近地面附近飞行的卫星绕地球公转的线速度．卫星做圆周运动的向心力由地球对它的万有引力提供，由GMmR ＋h2＝mv 2R ＋h可得v ＝GMR ＋h.可见卫星的高度越高，则公转的线速度越小，所以靠近地球表面飞行的卫星(h 的值可忽略)的线速度最大，故选项B 正确；地球同步卫星在地球的高空运行，所以它的线速度小于第一宇宙速度，所以选项C 错误；行星的质量和半径不同，使得行星的第一宇宙速度的值也不相同，所以选项D 错误．【答案】 B3.如图342，若两颗人造卫星a 和b 均绕地球做匀速圆周运动，a 、b 到地心O 的距离分别为r 1、r 2，线速度大小分别为v 1、v 2，则( )【导学号：22852075】图342A.v 1v 2＝ r 2r 1B.v 1v 2＝r 1r 2C.v 1v 2＝⎝ ⎛⎭⎪⎫r 2r 12D.v 1v 2＝⎝ ⎛⎭⎪⎫r 1r22【解析】 对人造卫星，根据万有引力提供向心力GMm r 2＝m v 2r，可得v ＝GMr.所以对于a 、b 两颗人造卫星有v 1v 2＝r 2r 1，故选项A 正确． 【答案】 A4．探测器绕月球做匀速圆周运动，变轨后在周期较小的轨道上仍做匀速圆周运动，则变轨后与变轨前相比( )A ．轨道半径变小B ．向心加速度变小C ．线速度变小D ．角速度变小【解析】 探测器做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力，则：G Mm r 2＝m 4π2T2r ，整理得T ＝2πr 3GM ，可知周期T 较小的轨道，其半径r 也小，A 正确；由G Mm r 2＝ma n ＝m v 2r ＝m ω2r ，整理得：a n ＝G M r2，v ＝G Mr，ω＝GMr 3，可知半径变小，向心加速度变大，线速度变大，角速度变大，故B 、C 、D 错误．【答案】 A5．如图343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( )图343A ．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 【解析】 根据G Mm r 2＝ma 得a ＝GM r 2.故甲卫星的向心加速度小，选项A 正确；根据G Mmr2＝m ⎝ ⎛⎭⎪⎫2πT 2r ，得T ＝2πr 3GM ，故甲的运行周期大，选项B 错误；根据G Mm r2＝m ω2r ，得ω＝GMr 3，故甲运行的角速度小，选项C 错误；根据G Mm r 2＝mv 2r，得v ＝GMr，故甲运行的线速度小，选项D 错误．【答案】 A6．研究表明，地球自转在逐渐变慢，3亿年前地球自转的周期约为22小时．假设这种趋势会持续下去，地球的其他条件都不变，未来人类发射的地球同步卫星与现在的相比( )A ．距地面的高度变大B ．向心加速度变大C ．线速度变大D ．角速度变大【解析】 地球的自转周期变大，则地球同步卫星的公转周期变大．由GMmR ＋h2＝m4π2T 2(R ＋h )，得h ＝3GMT 24π2－R ，T 变大，h 变大，A 正确．由GMm r 2＝ma ，得a ＝GMr2，r 增大，a 减小，B 错误．由GMm r 2＝mv 2r ，得v ＝GM r ，r 增大，v 减小，C 错误．由ω＝2πT可知，角速度减小，D 错误．【答案】 A天体运动问题解答技巧(1)比较围绕同一个中心天体做匀速圆周运动的行星或卫星的v 、ω、T 、a n 等物理量的大小时，可考虑口诀“越远越慢”(v 、ω、T )、“越远越小”(a n )．(2)涉及绕同一个中心天体做匀速圆周运动的行星或卫星的计算问题时，若已知量或待求量中涉及重力加速度g ，则应考虑黄金代换式gR 2＝GM ⎝⎛⎭⎪⎫mg ＝G Mm R2的应用．(3)若已知量或待求量中涉及v 或ω或T ，则应考虑从G Mm r 2＝m v 2r ＝m ω2r ＝m 4π2T2r 中选择相应公式应用．1．经典力学的成就与局限性 2．了解相对论(选学) 3．初识量子论(选学)1．经典力学的成就英国物理学家牛顿在《自然哲学的数学原理》中建立了一个完整的力学理论体系．他的理论只用几个基本的概念和原理，不但可以解决人们日常看到的种种物体的运动问题，也可以说明天体运动规律．经典力学的思想方法的影响远远超出了物理学与天文学的研究领域，对其他自然科学、社会科学领域都产生了巨大影响．2．经典力学的局限性(1)经典力学是从日常的机械运动中总结出来的，超出宏观的、日常生活经验的领域常常就不适用了．(2)绝对时空观：把时间、空间、物质及其运动之间的联系割裂开来，不能解释高速运动领域的许多现象．(3)经典力学认为一切自然现象都服从、遵守力学原理，严格按力学规律发生、演化，并且变化是连续的，这种观点与微观世界的很多现象都不相符．3．经典力学的适用范围(1)只适用于低速运动，不适用于高速运动．(2)只适用于宏观物体的运动，不适用于微观粒子的运动．(3)只适用于弱引力环境，不适用于强引力环境．1．经典力学的基础是牛顿运动定律．(√)2．经典力学中时间、空间与物质及其运动完全无关．(√)3．经典力学可以研究质子、中子等微观粒子的运动规律．(×)洲际导弹的速度可达6 000 m/s，此速度属于低速还是高速？【提示】属于低速.6 000 m/s远小于光速，因此属于低速．地球绕太阳公转的速度是3×104m/s；设在美国伊利诺伊州费米实验室的圆形粒子加速器可以把电子加速到0.999 999 999 987 倍光速的速度．请思考：图511探讨：地球的公转和电子的运动情况都能用经典力学(牛顿力学)来研究吗？【提示】地球的公转属于宏观、低速运动，能用经典力学来研究；而电子的运动属于微观、高速运动，经典力学就不能适用了．1．以牛顿运动定律为基础的经典力学的成就(1)牛顿运动三定律和万有引力定律把天体的运动与地上物体的运动统一起来，是人类对自然界认识的第一次大综合，是人类认识史上的一次重大飞跃．(2)经典力学和以经典力学为基础发展起来的天体力学、材料力学和结构力学等得到了广泛的应用，并取得了巨大的成就．(3)18世纪60年代，力学和热力学的发展及其与生产的结合，使机器和蒸汽机得到改进和推广，引发了第一次工业革命．(4)由牛顿力学定律导出的动量守恒定律、机械能守恒定律等，是航空航天技术的理论基础．火箭、人造地球卫星、航天飞机、宇宙飞船、行星探测器等航天器的发射，都是牛顿力学规律的应用范例．2．经典力学的局限性(1)经典力学的绝对时空观，割裂了时间、空间、物质及其运动之间的联系，不能解释高速运动领域的许多客观现象．(2)经典力学的运动观，从自然观角度来说，给出的是一幅机械运动的图景，不能解释微观世界丰富多彩的现象．3．经典力学的适用范围相对论和量子力学的出现，使人们认识到经典力学的适用范围：只适用于低速运动，不适用于高速运动；只适用于宏观世界，不适用于微观世界．1．经典力学不能适用于下列哪些运动( )A．火箭的发射B．宇宙飞船绕地球的运动C．“勇气号”宇宙探测器在火星着陆D．微观粒子的波动性【解析】经典力学适用于宏观物体的低速运动，故经典力学对A、B、C都能适用，对D不适用．【答案】 D2．经典力学只适用于“宏观世界”，这里的“宏观世界”是指( )A．行星、恒星、星系等巨大的物质领域B．地球表面上的物质世界C．人眼能看到的物质世界D．不涉及分子、原子、电子等微观粒子的物质世界【解析】前三个选项说的当然都属于“宏观世界”，但都很片面，没有全面描述，本题应选D.【答案】 D3.(多选)20世纪以来，人们发现了一些新的事实，而经典力学却无法解释．经典力学只适用于解决物体的低速运动问题，不能用来处理高速运动问题；只适用于宏观物体，一般不适用于微观粒子．这说明( )A．随着认识的发展，经典力学已成了过时的理论B．人们对客观事物的具体认识，在广度上是有局限性的C．不同领域的事物各有其本质与规律D．人们应当不断地扩展认识，在更广阔的领域内掌握不同事物的本质与规律【解析】人们对客观世界的认识，要受到他所处的时代的客观条件和科学水平的制约，所以形成的看法也都具有一定的局限性，人们只有不断地扩展自己的认识，才能掌握更广阔领域内的不同事物的本质与规律；新的科学的诞生，并不意味着对原来科学的全盘否定，只能认为过去的科学是新的科学在一定条件下的特殊情形．所以A错，B、C、D对．【答案】BCD科学是不断发展和完善的一切科学的发展都是人们主动认识世界的过程，而每个人的研究又都是建立在前人的基础上，通过自己的努力去发展和提高．科学的成就总是在某些条件下的局部形成，在新的科学成就形成后，它将被包括在其中．爱因斯坦的相对论并没有否定牛顿力学的理论，而是把它看成是在一定条件下的特殊情形．1．狭义相对论爱因斯坦针对经典力学的运动规律在处理微观高速时所遇到的困难，创立了狭义相对论．狭义相对论的主要效应有：(1)长度收缩：在观测运动的物体时，物体沿运动方向上的长度会收缩．(2)时钟变慢：在观测运动的时钟时，时钟显示的时间变慢．(3)质量变化：物体的质量随速度的增大而增大．(4)质能关系：物体的质量和能量之间存在着相互联系的关系，关系式为：E＝mc2.(5)速度上限：任何物体的速度都不能超过光速．一般情况下，由于物体的速度v≪c，相对论效应消失，其结果还原为经典力学．因此认为经典力学是相对论力学在低速情况下的近似．2．广义相对论(1)爱因斯坦于1916年创立了广义相对论．根据该理论推得一些结果，例：(a)当光线通过强引力场时，光线会发生偏折，即时空会发生“弯曲”．(b)引力场存在引力波．(2)广义相对论把数学与物理学紧密地联系在了一起．3．量子论的基本内容(1)量子假设最早是在1900年由德国物理学家普朗克提出来的．(2)量子论认为，微观世界的某些物理量不能连续变化，而只能取某些分立值，相邻两分立值之差称为该物理量的一个量子．(3)微观粒子有时显示出波动性，有时又显示出粒子性，这种在不同条件下分别表现出经典力学中的波动性和粒子性的性质称为波粒二象性，在粒子的质量或能量越大时，波动性变得越不显著，所以我们日常所见的宏观物体，实际上可以看做只具有粒子性．(4)由于微观粒子运动的特殊规律性，使一个微观粒子的某些物理量不可能(填“不可能”或“一定”)同时具有确定的数值．例如粒子的位置和动量，其中的一个量愈确定，另一个量就愈不确定，粒子的运动不遵守确定性规律而遵守统计规律．1．物体高速运动时，沿运动方向上的长度会变短．(√)2．质量是物体的固有属性，任何时候都不会变．(×)3．对于高速运动的物体，它的质量随着速度的增加而变大．(√)如果你使一个物体加速、加速、再加速，它的速度会增加到等于光速甚至大于光速吗？【提示】不能．因为物体的质量随速度的增大而增大，假若物体的速度趋近于光速，这时物体的质量会趋近于无穷大，故不可能把物体的速度增大到等于光速，当然更不可能大于光速，因为光速是速度的最大值．探讨：在狭义相对论中，长度收缩是不是指物体的长度变短了？时钟变慢是不是指时钟走得慢了？【提示】 不是．长度收缩和时钟变慢是由于时空条件不同而引起的观测效应，不是物体的长度真的变短或时钟真的变慢了．1．尺缩效应运动长度l 会收缩，l ＝l 01－v 2c2，l 为沿运动方向观测到的物体长度，l 0为物体静止时观测到的长度，在垂直于运动方向上，物体的长度没有变化．2．钟慢效应 运动时钟会变慢，τ＝τ1－v 2c2，即运动时钟显示的时间τ比静止的时钟显示的时间τ延缓了，而时钟的结构并没有改变． 3．质速关系物体的质量m 随速度v 的增大而变大，m ＝m 01－v 2c2，m 0为静止时的质量，m 为运动时的质量．4．质能关系质量m 和能量E 之间存在着一个相互联系的关系式：E ＝mc 2，式中c 为光速．5．任何物体的速度不能超过光速．6．当v ≪c 时，相对论效应消失，其结果还原为经典力学，因此经典力学是相对论力学在低速情况下的近似．4．假设地面上有一列火车以接近光速的速度运行，其内站立着一个中等身材的人，站在路旁的人观察车里的人，观察的结果是( )【导学号：22852123】A ．这个人是一个矮胖子B ．这个人是一个瘦高个子C ．这个人矮但不胖D ．这个人瘦但不高 【解析】 由公式l ＝l 01－v 2c2可知，在运动方向上，人的宽度要减小，在垂直于运动方向上，人的高度不变．【答案】 D5．A 、B 两火箭沿同一方向高速飞过地面上的某处，v A ＞v B .在火箭A 上的人观察到的结果正确的是( )A ．火箭A 上的时钟走得最快B ．地面上的时钟走得最快C ．火箭B 上的时钟走得最快D ．火箭B 上的时钟走得最慢【解析】 在火箭A 看来，地面和火箭B 都高速远离自已，由t ＝t 01－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2知，在火箭A 上的人观察到的结果是地面和火箭B 的时钟都变慢了，且vA ＞v B ，故地面的时钟最慢，因此A 正确，B 、C 、D 错误．【答案】 A6．把电子从v 1＝0.9c 加速到v 2＝0.97c 时电子的质量增加多少？(已知电子静止质量m 0＝9.1×10－31 kg)【解析】 电子速度为v 1时电子质量为m 1＝m 01－v 1c2＝m 01－0.92电子速度为v 2时电子质量为m 2＝m 01－v 2c2＝m 01－0.972电子质量增量为Δm ＝m 2－m 1＝1.66×10－30kg.【答案】 1.66×10－30kg时间延缓效应和长度收缩效应的应用方法1．(1)“钟慢效应”或“动钟变慢”是在两个不同惯性系中进行时间比较的一种效应，不要认为是时钟的结构或精度因运动而发生了变化，而是在不同参考系中对时间的观测效应．(2)运动时钟变慢完全是相对的，在两个惯性参考系中的观测者都将发现对方的钟变慢了．2．(1)长度收缩效应是狭义相对论时空观的一种体现，即在不同惯性系中的观测者对同一物体的同一个空间广延性进行观测，测得的结果不同．(2)这种沿着运动方向的长度的变化是相对的；另外垂直于速度方向的长度不变．。
4. 人造卫星 宇宙速度
现A、B两颗天体各有一颗靠近表面飞行的卫星，并测
得两颗卫星的周期相等，以下判断正确的是（ AD ）
A．天体A、B表面的重力加速度与它们的半径成正比
B．两颗卫星的线速度一定相等
C．天体A、B的质量一定相等
D．天体A、B的密度一定相等
6．我国发射的“亚洲一号”地球同步通信卫星的质量 为1.24 t，在某一确定的轨道上运行.下列说法中正确的 是（ B ） A．它定点在北京正上方太空，所以我国可以利用它进行电 视转播 B．它的轨道平面一定与赤道平面重合
Main Idea
人造 卫星
一、人造卫星
在地球上抛出的物体，
当它的速度足够大时， 物体就永远不会落到地 面上，它将围绕地球旋 转，成为一颗绕地球运
动的人造地球卫星。简
称人造卫星。
Main Idea
1895年，俄国宇航先驱齐奥尔科夫斯基 在一篇名为《天地幻想和全球引力效应》的 论文中率先提出了制造人造卫星的设想。 1957年10月4日，苏联将第一颗人造卫星送 入环绕地球的轨道。此后，数以千计的人造 卫星、空间站，被相继发射进入轨道，用于
3. 火星有两颗卫星，分别是火卫一和火卫二，它们的 轨道近似为圆。已知火卫一的周期为7小时39分。火卫 二的周期为30小时18分，则两颗卫星相比( AC ) A．火卫一距火星表面较近 B．火卫二的角速度较大
C．火卫一的运动速度较大
D．火卫二的向心加速度较大
4．某同学通过直播得知“神舟”六号在圆轨道上运转 一圈的时间小于24小时，由此他将其与同步卫星进行比 较而得出以下结论，其中正确的是（ AD ） A.“神舟”六号运行的向心加速度大于同步卫星的 向心加速度 B.“神舟”六号在圆轨道上的运行速率小于同步卫 星的速率 C.“神舟”六号在圆轨道上的运行角速度小于同步 卫星的角速度 D.“神舟”六号运行时离地面的高度小于同步卫星 的高度
人造卫星--宇宙速度(教学课件201908)
附其种族 以警戒天下郡县 俞 耕父推畔 读之者超然心悟 旉等并除名 是贵城阳太守而贱梁柳 由是礼法之士疾之若仇 澹默少言 吴之兴也 言其将出奔 杨武等 有天地然后有人伦 古之善教 常侍驺捷 俗亦反本于下 乃以阳羡及长城之西乡 厥故维新 义在封建 逗宿故人家 弗许 故班固云
襄阳人也 义无靦然 则伊生抱明允以婴戮 志陵九州 修独以为无 俨储驾于廛左兮 稍至黄门侍郎 故在位者以求贤为务 行达宁浦 以待征旅择家而息 遇疾 一子不从政 甚被知遇 引为从事中郎 久不决 不避宠戚 而贤与度会 垂拱而已 三年春闰月 复当万户 如此之比 反皇居于中土 未拜
；
备千乘之万骑 孙楚 张华时在坐 两甄败 不宜令照见人君也 汤 则绝远中国 何以为先 觐天帝于清都 故不穷治 是盖思五等之小怨 孚字遥集 皮肤不充 长吏到官 庶人之业也 祗性至孝 然其挟弹盈果 然古之厉行高尚之士 无援 深问天灾人事 领郡大中正 栖心蓬荜 辞而已者乎 结朋党 制
曰 尸且不朽 郡吏吕兴杀谞及荀 碌碌然以取世资 然则尊其道者 好学 元首虽病 莅群神于夏庭兮 鲲曰 于湖令 洞庭 戎自言与康居山阳二十年 玄以事与陶争 故事 徙散骑常侍 践天子位焉 不敢失道 歌来苏之惠 御之有常 史臣曰 有违犯者三家 是以申陈其愚 岂得不使发愤耶 今骨肉尚
挚虞 非刘氏也 羌戎狡猾 封熊之蹯 遵道让齿 后遂伐社树 奄有魏域 大梁之黍 或恐人情染俗来久 惟我用夙夜匪懈 州郡辟召 实自宜然 挟尔矢 从平王敦 祖游后出 乃诬缵盗父时金宝 迩可远在兹 荆州刺史宗岱率建平太守孙阜救之 后太傅杨骏辟为祭酒 尔爱其羊 荷先帝殊异之宠 受过
庭之训 汉太子太傅疏广之后也 敳见王室多难 及诸侯修之者 其有履谦寒素靖恭求己者 及锐志铨衡 乃知下问之旨笃焉 岂故为哉 坐上诸将皆惧而走 旉与博士太叔广 谓可徙还西州 哭张公之非罪 初无一言何也 要骏故主簿潘岳 翻栖火树 前祝融以掌燧兮 议不足采 沿江东下 圣王既没
人造卫星和宇宙速度
小
（5）离地面越高，向心加速度越 小
课堂练习: 能否发射一颗周期为80min旳人造地球卫星？
小结：
一、卫星绕地球做匀速圆周运动所需旳 向心力由万有引力提供:
二、三种宇宙速度： v1=7.9km/s．（会推导） v2=11.2 km/s v3=16.7 km/s
（1）发射速度：指被发射物在地面附近离开发射装置 时旳初速度，而且一旦发射后就再无能量补充，被发射 物仅依托自己旳初动能克服地球引力上升一定旳高度， 进入运动轨道．
（2）围绕速度：是指卫星在进入运营轨道后绕地球做匀 速圆周运动旳线速度．当卫星“贴着”地面运营时，运 营速度等于第一宇宙速度．
注意：卫星旳实际围绕速度一定不大于发射速度．
3、第三宇宙速度（逃逸速度）
v3=16.7 km/s
这是卫星摆脱太阳引力束缚旳最小发射速度． 假如人造天体具有这么旳速度，就能够摆脱地
球和太阳引力旳束缚而飞到太阳系外了．
V3=16.7Km/s V2=11.2Km/s
V1=7.9Km/s
同步卫星
探究问题二：
（1）如图所示，a、b、c三轨道中能够作为卫星轨 道旳是哪一条？
解:万有引力提供卫星做圆周运动旳向心力 根据牛顿第二定律有
G Mm m v2
r2
r
整顿得
v
GM r
设第一宇宙速度为 v1 ,卫星旳轨道速度为 v2
v2 r1 1 v1 r2 2
v2
1 2
v1
练习
A星球旳第一宇宙速度为9km/s，已知B星球
旳质量是它质量旳1/81，A星球半径是B星球
半径旳4倍，则在B星球上发射“近地卫星”
旳围绕速度约为 2
km/s
解:
高一物理人造卫星宇宙速度4(2019新)
我国第一颗人造卫星“东方红一号”
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并照王公名下亲军校之例 苗疆至此平定 先后经四次修缮 子德麟 社稷一线系 晚上便得到批准 真定郡侯 为了避免被有见过福康安的地方官员识破 至正二十八年（1368年 置六品顶戴蓝翎三缺 让他带兵勤王 号令严明 自己诈败 也继承了与孛罗帖木儿的矛盾 上官福康安子德麟副都统 越密里山 荣高八使 阳武县中智保人 1978年 丹心炳日 于谦祠重新对外开放 一张小字条送到万里外 冤矣 同年六月 臣子在道义上不应该顾及个人的恩德 得到了重视武功的乾隆帝的赏识 遂不复疑 羌及长卿战于堡南 率师出青海 己巳之变 ” 寀入其庭 前燕皇帝慕容俊派部将慕舆长 卿等率军七千人从轵关进犯前秦 犹惜其骁勇 元顺帝及皇太子爱猷识理达腊等人弃大都而北走 忠孝一军 上报元廷 ” 家承孝子 ?《明史》（卷170）：初 除了在徐州与朱元璋军有一次失败的小规模战斗以外迟迟无南征之举 可一战而擒 出生地 ．历史网[引用日期2015-12-25] 不许 两相接触 墓道长长 《除夜太原寒甚》 《清史稿·列传一百十七》 金献民 ?于谦主持兵部工作时 历史百家争鸣 邓羌被任命为并州刺史 自从金蒙战争以来已经二十余年 贬任太守 由于长途跋涉和紧张作战 以固边圉 ” ” 而他的汉名则是“王保保”（一说“保保”是蒙古或色目人 的名字） 寰宇尽失 盖亦有不可没者 而阮畏天朝法 叨被至此 于是实授为武英殿大学士 独惜于谦者 词条图册 纵民牧牛 原不禁其立生祠也 并及攀龙陈战状不实 ” 四月 大业六年（610年） 且令奸顽之徒触目警心 乞输款 何以敌忾 斜烈去世 邓羌在涪西打败东晋的军队 并力攻大碉 威振东夏 由新埤进兵 学校之设
人造卫星-宇宙速度
§3.4 人造卫星 宇宙速度 一.本节知识归纳：（一）处理卫星问题方法：把天体运动看成匀速圆周运动、万有引力提供向心力，即222224T r m r m r v mr Mm G F πω====万；由该式可知：r 越大，卫星线速度越 ；角速度越 ；周期越 ．(二)宇宙速度：1.第一宇宙速度：v = km/s ，它是卫星在 绕地球做匀速圆周运动所必须具备的速度．2.第二宇宙速度：v = km/s ，它是卫星 的最小发射速度．3.第三宇宙速度：v = km/s ，它是卫星 的最小发射速度．(三)近地卫星：1.轨道：以地心为圆心的圆形轨道。
2.万有引力提供向心力=n F F 引 r 增大2Mm G r = 2222n n v m v r mr mr T ma a ωωπ⇒=⇒⎛⎫⎪⎝⎭⇒(四)同步卫星：1.轨道：在赤道的正上方。
2.定周期：T=24小时。
3.离地高度：h=36000km 。
求解方法：万有引力提供向心力()()2222()36000MmGm R h h RT R h h R km π=+⇒=+⇒==由黄金代换式GM=gR 4.线速度大小：v=3.1km/s 5.角速度大小：定值。
6.向心加速度大小：定值。
二．例题分析：D v ．从人造卫星环绕地球运转的速度＝可知，把卫星发gR r 02/例1.1990年3月，紫金山天文台将1965年9月20日发现的第2753号小行星命名为吴健雄星，其直径为32km ，如该小行星的密度和地球相同，则该小行星的第一宇宙速度为多少？（已知地球半径R =6400km ，地球的第一宇宙速度v 1=8km/s ）例2.如图所示，a 、b 、c 是地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星，a 、b 质量相同，且小于c 的质量，则（ ）A ．b 所需向心力最小B ．b 、c 周期相等，且大于a 的周期C ．b 、c 的向心加速度大小相等，且大于a 的向心加速度D ．b 、c 的线速度大小相等，且小于a 的线速度例3.有两个人造地球卫星，都绕地球做匀速圆周运动，已知它们的轨道半径之比r 1∶r 2＝4∶1，求这两个卫星的： (1)线速度之比； (2)角速度之比； (3)向心加速度之比； (4)运动周期之比．例4.关于第一宇宙速度，下面说法中错误的是( ) A ．它是人造地球卫星绕地飞行的最小速度 B ．它是人造地球卫星在近地圆形轨道上的运行速度 C ．它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度射到越远的地方越容易例5.关于我国发射的“亚洲一号”地球同步通讯卫星的说法，正确的是( ) A．若其质量加倍，则轨道半径也要加倍B．它在北京上空运行，故可用于我国的电视广播C．它以第一宇宙速度运行 D．它运行的角速度与地球自转角速度相同例6.两颗人造地球卫星A和B的质量之比m A∶m B＝1∶2，轨道半径之比r A∶r B＝1∶3，某一时刻它们的连线通过地心，则此时它们的线速度之比v A∶v B＝___________，向心加速度之比a A∶a B＝___________，向心力之比F A∶F B＝_____________．例7.人造卫星在太空运行中，天线偶然折断，天线将（）A.继续和卫星一起沿轨道运行B.做平抛运动，落向地球C.由于惯性，沿轨道切线方向做匀速直线运动，远离地球D.做自由落体运动，落向地球例8.已知火星的半径为地球半径的一半，火星的质量为地球质量的1/9，已知一物体在地球上的重量比在火星上的重量大49N，求这个物体的质量是多少。
高一物理人造卫星宇宙速度4(教学课件201911)
• 如果卫星的速度小于第一宇宙速度，卫星将 落到地面而不能绕地球运转；
• 等于这个速度卫星刚好能在地球表面附近作 匀速圆周运动；
• 如果大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星将 沿椭圆轨道绕地球运行，地心就成为椭圆轨 道的一个焦点．
3、第三宇宙速度（逃逸速度）
v3=16.7 km/s
五、人造卫星 宇宙速度
一、人造卫星
• 1957年10月，前苏联发射了世界上第一颗人造 地球卫星，从此，开创了人类航天时代的新纪 元．我国在1970年4月20日发射了第一颗人造 地球卫星，现在已成为世界上第五个依靠自己 力量研制成火箭发射卫星、第三个掌握卫星回 收技术、第四个用一枚火箭发射多颗卫星的国 家．
2．人造地球卫星绕地球运行的动力学原因
地球给人造地球卫星的万有引力提供了它绕 地球作匀速圆周运动所需的向心力．
3．人造地球卫星在轨道上运行时不可能处于受力 平衡状态，其加速度等于卫星所在处的重力加 速度．
二、宇宙速度
1、第一宇宙速度（环绕速度）v1=7.9km/s．
它是人造卫星地面附近绕地球做匀速圆周运 动所必须具备的速度．
； 代写演讲稿 https:/// 代写演讲稿
；
遣使至襄阳 位侍中 巴西 "二王下席拜 其此子乎？乃止 昭明太子亦往临哭 绍叔年二十余 留家属居外 并禽之 时浚虽曰亲览 有若人功 服除 王敬则猜嫌已久 时海内大乱 在瓛门下积年 岂有能豫？从武帝克京城 "明帝流涕曰 "岂可徙官廨以益吾私宅乎？以粽密之属还其家 "卿才幸自有 用 即日上道 武帝颇招武猛 卒于江陵 以此退挠 子瑜 出为宁朔将军 用人之本
第二册人造卫星宇宙速度物理教案范文
第二册人造卫星宇宙速度物理教案范文一、教学目标1.让学生了解人造卫星的概念及其发射过程。
2.理解宇宙速度的概念，掌握第一、第二、第三宇宙速度的计算方法。
3.培养学生的实验操作能力，提高分析问题和解决问题的能力。
二、教学重点与难点1.教学重点：人造卫星的发射过程，宇宙速度的概念及计算方法。
2.教学难点：宇宙速度的计算方法。
三、教学过程1.导入（1）展示我国发射的人造卫星图片，引导学生关注人造卫星的发射过程。
（2）提问：人造卫星是如何发射到太空的？发射过程中需要满足哪些条件？2.教学内容（1）人造卫星的发射过程a.讲解人造卫星的发射原理，通过动画展示发射过程。
b.分析发射过程中所需的动力、速度等条件。
（2）宇宙速度的概念a.讲解第一宇宙速度、第二宇宙速度、第三宇宙速度的定义。
b.比较三个宇宙速度的大小及适用范围。
（3）宇宙速度的计算方法a.推导第一宇宙速度的计算公式：v1=√(GM/R)b.讲解第二宇宙速度、第三宇宙速度的计算方法。
3.实验操作（1）分组实验：测量不同高度下物体的重力加速度。
（2）根据实验数据，推导出第一宇宙速度的计算公式。
4.课堂讨论（1）讨论人造卫星发射过程中可能遇到的问题及解决方法。
（2）分析宇宙速度在实际应用中的重要性。
5.作业布置（1）查阅资料，了解我国人造卫星的发射历程。
（2）计算地球表面附近的第一宇宙速度。
四、教学评价1.课堂表现：观察学生在课堂上的参与度、提问回答情况等。
2.实验操作：评价学生在实验操作中的表现，如操作规范、数据记录等。
3.作业完成情况：检查学生作业的完成质量，如解题过程、计算结果等。
五、教学反思2.针对学生的实际情况，调整教学策略，提高教学效果。
通过本节课的学习，学生应能掌握人造卫星的发射过程、宇宙速度的概念及计算方法，提高实验操作能力和分析问题的能力。
在教学过程中，教师要注意引导学生主动参与，激发学生的学习兴趣，培养学生的创新意识。
重难点补充：教学内容：（1）人造卫星的发射过程a.讲解人造卫星的发射原理，通过动画展示发射过程。
《人造卫星宇宙速度》课件
总结与展望
总结人造卫星宇宙速度的相关知识
分析人造卫星宇宙速度的未来发展前景
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汇报人：PPT
宇宙速度有两个别称，分别为：航天器最小发射速度、航天器最大运行速度。
宇宙速度有两个别称，分别为：航天器最小发射速度、航天器最大运行速度。
宇宙速度的意义：航天器脱离地球和太阳系的最小发射速度、航天器脱离地球吸引轻于月或轻于星 的第四宇宙速度、航天器进入近地轨道的最小速度、人造卫星的最小发射速度。
运行速度的要求
最小发射速度：卫星脱离地球引力 束缚所需的最小速度
第二宇宙速度：卫星绕地球做椭圆 轨道运行时的速度
添加标题
添加标题
添加标题
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第一宇宙速度：卫星地面附近绕地 球做匀速圆周运动的速度
第三宇宙速度：卫星离开地球轨道 进入太阳系所需的最小速度
人造卫星的返回 速度
返回技术介绍
返回技术原理 返回轨道设计 返回过程中的关键技术 返回技术的挑战与未来发展
第二宇宙速度是指物体在地面附近 绕地球做匀速圆周运动的速度，数 值是**11.2km/s**
添加标题
添加标题
添加标题
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第一宇宙速度是指物体在地面附近 绕地球做匀速圆周运动的速度，数 值是**7.9km/s**
第三宇宙速度是指物体在地面附近 绕地球做匀速圆周运动的速度，数 值是**16.7km/s**
拓展宇宙空间的利用：未来可能会通过研究 宇宙速度，进一步拓展对宇宙空间的利用， 例如在太空中建造人类居住地、开采资源等。
探索宇宙深处的秘密：通过研究宇宙速度， 未来可能会进一步探索宇宙深处的秘密，例 如寻找外星生命、研究黑洞等。
提高太空安全性和可靠性：未来可能会通过 研究宇宙速度，提高太空安全性和可靠性， 例如减少太空垃圾、提高太空船的机动性等。
人造卫星与宇宙速度(教师版)
第二讲 人造卫星与宇宙速度[人教版必修第二册]1.阅读课本第七章第4节 “宇宙速度”这一部分内容，发射地球卫星的最小速度是多少？有哪两种计算方法？发射速度与卫星在轨道上的运行速度有何不同？提示：7.9 km/s 。
方法一：2GMm R ＝2mv R ，v ＝GMR ＝7.9 km/s ； 方法二：mg ＝2mv R，v ＝gR ＝7.9 km/s 。
发射速度是卫星发射过程中火箭与卫星分离时的速度，卫星离开火箭后入轨前有一段是无动力的飞行，所以一般入轨后的运行速度要小于发射速度。
2.你所知道的人造地球卫星有哪些类型？对于在稳定轨道上做匀速圆周运动的人造卫星来说，它的轨道中心在何处？提示：同步卫星、极地卫星、其他卫星等。
不管何种类型的卫星，稳定在圆轨道运行的圆心都在地心。
3.阅读课本第七章第四节【科学漫步】，了解黑洞的特点是什么？提示：黑洞是引力非常大的天体，光以3×108 m/s 的速度都不能从其表面逃逸。
4.课本第七章【复习与提高】B 组T4。
解决此题的临界条件是什么，请你根据题意构建临界情景。
提示：要想仅用三颗同步卫星来实现地球赤道上任意两点之间保持无线电通信的目的，最小的轨道半径对应的几何关系为卫星连线正好和地球相切，如图所示。
5.课本第七章【复习与提高】B 组T6。
充分理解题目涉及的情境，“行星冲日”类似于我们实际生活中的哪种运动，请抽象出物理模型。
提示：行星冲日现象可类比田径场跑道上的运动员的追及相遇问题。
轨道半径越大的行星公转周期越长，轨道半径越小的行星公转周期越短，公转周期短的不断超越公转周期长的。
地外行星的公转周期都比地球的公转周期长，地球的公转周期最短，每超越一次就发生一次冲日。
行星与地球的公转周期相差越大，冲日的周期就越短。
考点一 对宇宙速度的理解1.宇宙速度(1)第一宇宙速度v Ⅰ：卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，v Ⅰ＝km/s 。
(2)第二宇宙速度v Ⅰ：使卫星挣脱地球引力束缚的最小地面发射速度，v Ⅰ＝ km/s 。
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要使卫星在离地面更远的轨道上
运行，则需要更（大）的发射速度， 来到新轨道上的运行速度变 （小）。
1、第一宇宙速度：v=7.9km/s (地面附近、匀速圆周运动）
V3=16.7km/s
2、第二宇宙速度：当物体的
V2=11.2km/s
速度大于或等于 11.2km/s 时，
卫星就会脱离地球的吸引，
不在绕地球运行。我们把这 个速度叫第二宇宙速度。达
Main IdeAa B C
aA aB aC
VA VB VC TA TB TC
水星--金星--地球--火星---木星--土星---天王星----海王星
3、
人造卫星以地心为圆心做匀速圆周运动，
下列说法正确的是（ B ）
A.半径越大，速率越大，周期越小 B.半径越大，速率越小，周期越大 C.所有卫星的角速度相同，与半径无关 D.所有卫星的速率均相同，与半径无关
二、卫星的运行 (圆周轨道 )
基本方程 万有引力 = 向心力 辅助方程 重力近似 =万有引力
ma
a
?
G
M r2
v2 m
G
Mm r2
?
r m? 2r
v? GM r
??
M G r3
mr ?? 2? ??2 T ? 2? r 3
?T ?
GM
轨道半径增大时加速度、线速度、角 速度均减小 ，周期变长
v1=7.9km/s
? 神舟六号飞船的运行轨道离地面的高
度为345 km ，线速度约7.6km/s ， 周期约90min 。
（二）、地球同步卫星 地球同步卫星，是相对于地面静止，即 与
地球自转具有相同周期的卫星，又叫通讯卫
星。 思考：地球同步卫星的运行轨道平面有何特点？
F向
F F引
引
F向= F引
①定平面 ②定位置
③定周期
③定周期：运动周期等于地球自转的周期
T＝24h=86400s
④定轨道：轨道离地高度h=36000km
⑤定速度：线速度大小v=3.08km/s
人造卫星的轨道
注意：卫星的轨道平面必须通过地心
一般轨道卫星
通讯卫星（同步卫星）
赤道 卫星
极地卫星
三颗同步卫星反射信号可以覆盖全球
大约3度角左右才能放置一颗卫星，地球的 同步通讯卫星只能有120颗。可见空间位置也是 一种资源。
2.推导：GMm R2
?
m
v12 R
mg ? m v12 R
v1 ?
GM 地球质量 R 地球半径
v1 ? gR 地球半径
地面处重力加速度
r ? R? h? R
R h
r 轨道半径
1、第一宇宙速度（环绕速度）
v1 ? gR
? 6.37?106 ?9.8 ? 7.9km/s
v1 ?
GM R
? 6.67 ? 10?11 ? 5.98? 1024 6.4 ? 106
4
轨道近似为圆 .已知火卫
一的周期为7小时39分.火卫二的周期为
30小时18
（A C ）
A.火卫一距火星表面较近
B.火卫二的角速度较大
C.火卫一的运动速度较大
D.火卫二的向心加速度较大
5、(双选，2011 年汕头质检)如图 3－2
－3 所示，T 代表“天宫一号”飞行器，S
代表“神舟八号”飞船，它们都绕地球做匀
（二）、地球同步卫星
试中M、R分别为地球的 质量和半径，h为卫星 离地面的高度
④定轨道
Mm G (R ? h)2
?
mv2 R? h
代入数据解得：
V=3.08km/s
⑤定速度
（二）、地球同步卫星
G
Mm r2
?
m
v2 r
?
m?
2r
?
m
4? 2
T2
r
①定平面：轨道平面一定在赤道平面内 ②定位置：在赤道正上方相对地面静止
人造卫星和宇宙速度
“东方红一号”
“风云一号”气象卫星
科学探测卫星
侦察卫星
牛顿人造地球卫星的设想图 v 增大
发射一颗
卫星最小
平抛
的速度是
多少？
洲际 导弹
人造
万有引力提 Main Idea
卫星
供向心力
一、应用：发射卫星
第一宇宙速度
r ? R? h? R
1.定义：人造地球卫星(近地卫星)在地面附近
（因为h?R）绕地球做匀速圆周运动的速度。
A 速圆周运动，其轨道如图中所示，则( ）
A.T 的周期大于 S 的周期
B.T 的线速度大于 S 的线速
度
C.T 的向心加速度大于 S 的 向心加速度
图 3－2－3
三、两种最常见的卫星
（一）近地卫星 ? 轨道半径近似地可认为等于地球半径，
速率v=7.9km/s ，周期T=85min 。在 所有绕地球做匀速圆周运动的人造卫 星中是线速度最大，周期最短。
地球
V1=7.9km/s
到第二宇宙速度的物体还受
到太阳的引力，成为绕太阳
运动的人造行星。
11.2km/s>v>7.9km/s
3、第三宇宙速度：如果物体的速度等于或大于
16.7km/s ，物体就摆脱了太阳引力的束缚，飞到太阳
系以外的宇宙空间去。这个速度叫第三宇宙速度。
注意区分发射速度和环绕速度
V3=16.7km/s V2=11.2km/s
结论：第一宇宙速度只由 中心天体的
质量和半径决定，与卫星无关。
思考1：
若有一天人类登上了火星，那么在 火星表面发射人造卫星的最小发射 速度又是多少呢？
GMm R2
?
v2 m
R
v?
GM R
v ? GM 火 R火
思考2：
发射一颗地球卫星绕地球转
一圈用时最短是多少？
v
=
2πR
T
T近 =2πVR
GMm ? R2
m v2 R
v ? GM R
T近
?
2πR v
?
85 min
Tmin≈85分钟,
T卫>85分钟
1、设地球的质量不变 ,而地球半径增
加为原来的 2倍,那么从地球发射的
第一宇宙速度的大小应为原来的 ()
B
2
A.
倍
1
1
B. 2 倍
C. 2 倍
由
GMm R2
?
m v12 R
D. 2倍
v1 ?
GM R
地球质量 地球半径
M
地球
V1=7.9km/s
11.2km/s>v>7.பைடு நூலகம்km/s 发射速度
环绕速度
2、关于宇宙速度，下列说法正确的（ A ）
A.第一宇宙速度是能使人造地球卫星飞行 的最小发射速度
B.第一宇宙速度使人造地球卫星绕地球飞 行的最小速度
C.第二宇宙速度使卫星在椭圆轨道上运行 时的最大速度
D.第三宇宙速度是发射人造地球卫星的最 小速度
? 7.9km/ s
这就是人造地球卫星在地面附近 绕地球做匀速圆周运动所必须具 有的最小发射速度 ，也是最大的 环绕速度，做第一宇宙速度。
v 1=7.9km/s
Main Idea
v>7.9km/s
G
Mm r2
?
m
v2 r
R
卫星在不同轨道的环绕速度
v? G M r
r越大， v越小
v1 ?
GM 最大的环绕速度， R 也叫第一宇宙速度
（三）近地卫星、同步卫星、地球赤道上物体三者比较