高中物理课件-6.5宇宙航行
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最后又变轨在圆周轨道3上运动。a点是轨道1、2的切点，
b点是轨道2、3的切点．人造卫星在轨道1上的速度为v1， 在轨道2上a点的速度为v2a，在轨道2上b点的速度为v2b， 在轨道3上的速度为v3，则以上各速度的大小关系是 （ C）
A．v1＞v2a＞v2b＞v3 B．v1 < v2a < v2b < v3 C．v2a＞v1＞v3 ＞v2b D．v2a＞v1＞v2b＞v3
2、运行速度：是指卫星进入轨道后绕地球做
匀速圆周运动的速度。
v1
GM r
r↗ v↘
一、宇宙速度
2、第二宇宙速度： (脱离速度)
v2 11.2km / s
→人造行星
3、第三宇宙速度： （逃逸速度）
v3 16.7km / s →人造恒星
二、运行速度
(a、v 、ω 、T )
运行速度： 是指卫星进 入轨道后绕 地球做匀速
m
4 2
T2
(R h)
R 6.37106 m M地 5.981024 kg
G 6.67 10 11 Nm2 / kg2
h3
GMT 2
4 2
R
h 36000 km 5.6R r R h 42000 km
地球同步卫星能否位于北京正上方某一确定高度h ？
h
2021年3月12日星期五
三、地球同步卫星
,ω __越_小__，an __越_小____
地球
练习1：求近地卫星的周期
地球对卫星的万有引力提供卫星做圆周运动的向
心力： G Mm m 4 2 R
R2
T2
T 2 R3
GM
r R 6.37106 m
代入数据得：
M 5.981024 kg
T 5.06103 s
G 6.67 10 1我期1 N们为m能820否m/ k发ing的射2 卫一星颗8？周4.33min
2021年3月12日星期五
地球是人类的摇篮，但人类不可能永远被束缚在摇篮里
航天科学的三位先驱
齐奥尔科夫斯基 罗伯特•戈达德 韦纳·冯·布劳恩
中国航天事业
1992年载人航天工程正式启动
2003年10月15日9时，神州5号宇宙 飞船在酒泉卫星中心成功发射，将 第一位航天员杨利伟送入太空绕行 14圈，10月16日6时23分降落在内蒙 古主着陆场
地点时再次自动点火加速，
进入同步轨道。
v3 v1
v2
第一次变轨：
点火加速： v2>v1
v4
在椭圆轨 道上运行:
v2>v3
v3 v1
第二次变轨：
点火加速： v4>v3
在圆轨道上 稳定运行：
v1>v4
v2
结果：v2>v1>v4>v3
如图所示，是某次发射人造卫星的示意图。人造卫星先在
近地的圆周轨道1上运动，然后变轨在椭圆轨道2上运动，
四、地球同步卫星
1）.定义：相对于地面静止且与地球自转具有
相同周期的卫星，又叫做通信卫星。
2）特点：
①轨道平面一定_与__赤__道__平__面__共_面_______
②周期T一定： T＝24h
③离地面的高度的特点：
练习2：求同步卫星离地面的高度
地球对卫星的万有引力提供卫星做圆周运动的向
心力：
G
Mm (R h)2
中国成为世界上第三个独立开展载 人航天活动的国家
牛顿的设想
牛顿 (1643—1727) 英国著名的物理学家
在1687年出版的《自然哲学的 数学原理》中，牛顿设想抛出 速度很大时，物体就不会落回 地面。
一、人造卫星的发射原理
牛顿设想：抛出速度很大时，物体不会落回地面
垂直起飞
船箭分离 之后，卫星以 一定的速度进 入预定轨道。
T1<T2=T3<T4
半径与线速度、角速度、周期 、 向心加速度的关系
人造卫星的轨道
这些卫星的轨道有什么共同点?
F1
F2
F
北
F2
西
赤道平面
F1
F3
东
南
极地轨道
人 造 卫 星 的 轨 道
同步 轨道
倾斜 轨道
赤道轨道 自转轴
三、人造卫星
1. 轨道中心
地心
2. 万__有_引_力____ 提供向心力 3. R越大，T _越__大__，V_越_小
环绕天体的运动规律
G
Mm r2
m v2 r
m 2r
m
4 2
T2
r
ma
Mm v2
G
r2
m r
v GM r
v 1 r
G
Mm r2
m 2 r
G
Mm r2
m( 2
T
)2
r
G
Mm r2
ma
GM
r3 T 2 r3
GM
a GM r2
1
r3
T r3
a
1 r2
人造地球卫星的运动规律
1
3 2
4
a1>a2=a3>a4 v1>v2=v3>v4 ω1>ω2=ω3>ω4
1）.定义：相对于地面静止且与地球自转具有
相同周期的卫星，又叫做通信卫星。
2）特点：
①轨道平面一定_与__赤__道__平__面__共_面_______
②周期T一定： T＝24h
思考：同步卫星的哪些 物理量是不变的呢？
③离地面的高度一定， h=36000km
④ R、v、ω、T、an _“__全___部__固___定__”__
注意事项：区别赤道上随地球自转的物体、近地卫星与同步卫星：
半径R 周期T 向心力F
关系式
备注
赤道 上物 体
近地 卫星
即为地 球半径
即为地 球半径
与地球自 转周期相
同，即24h
可求得 T=85min
此处的 万有引 力与重 力之差
m(2π)2R G Mm m g
T
R2
在赤道上与 地球保持相
对静止
此处的 万有引
(1)
由
G
M地m r2
v2 m
r
得:v GM地 r
(2)
由
G
M地m r2
m
2r
得:
GM地 r3
圆周运动的 速度。
(3)
由
G
M地m r2
m
4 2
T2
r
得:T 2
r3
GM 地
r
（4）由G
Mm r2
man
得：an
G
M r2
可见：卫星运动情况(a、v 、
ω 、T )是由 r 惟 一决定
一个天体绕另一个天体做匀速圆周运动
同步卫星又叫静止轨道卫星，通常用作通讯卫星
三颗同步卫星作为通讯卫星，则可覆盖全球。
为了卫星之间不互相干扰，大约3° 左右才能放置1颗，这样地球的同步卫 星只能有120颗。可见，空间位置也是 一种资源。
2021年3月12日星期五
卫星的变轨问题
v3 Q
21 3
P v1p
第一次，卫星从小圆轨道1上 P点点火加速，让卫星做离心运 动，卫星进入椭圆轨道，随着 离地球越来越远，速度越来越 小，到达最远点Q，速度最小。
第二次，在椭圆轨道的最远点Q，
这时卫星速度最小，此时，它将做
向心运动，若想在此点上做大圆运
动。此时需要再次点火加速，才能
从当前的椭圆轨道进入大圆道。
以发射同步卫星为例，先进
入一个近地的圆轨道，然后
在v2点火加速，进入椭圆形 转移轨道（该椭圆轨道的近
v4
地点在近地圆轨道上，远地
点在同步轨道上），到达远
第一宇宙速度（环绕速度）：v =7.9千米/秒
（地球卫星的最小发射速度）
G
Mm R2
v2 m
R
mg
v GM R
v gR
概念辨析 发射速度和运行速度
1、发射速度：是指被发射物在地面附近离开
发射装置时的速度。
①宇宙速度均指发射速度 ②第一宇宙速度是在地面发射卫星的最 小速度，也是环绕地球运行的最大速度
mg
G
Mm R2
g
GM R2
由H
1 gt 2 , X 2
V0t
X
V0
2H g
V0R
2H GM
X星 : X地 2:3
第5节 宇宙航行
2021年3月12日星期五
1957年10月4日，前苏联发射了 世界上第一颗人造地球卫星 我国在1970年4月20日发 射了第一颗人造地球卫星
2003年10月15日，神州五号 载人宇宙飞船发射升空
发射 速度
思考：以多大的速度将物体抛出，它才会绕地球 表面运动，不会落下来呢？
由F引=F向得到
Mm v2
G m
r2
r
v GM r
当r=R时即近地ຫໍສະໝຸດ Baidu星 , 可得v=7.9km/s
一、宇宙速度
发射速度：是指被发射物在地面附近离开发射装
置时的速度。
最小发射速度
1、第一宇宙速度是在地面发射卫星的最小速度， 也是在地面附近（近地面）环绕地球运行的速度
学以致用
已知某星球质量与地球质量之比M星:M地=9:1,半径之比 R星:R地=2:1 。若某人在两星球表面高H处以相同的初速 度v0 平抛一物体，试求在星球和地球上的水平位移之 比是多少？（不考虑星球自转和空气阻力的影响）
解：设星球表面的重力加速度为g 不考虑星球自转，质量为m的物体放在星球表面， 其所受重力和万有引力相等
力
m
( 2π)2 T
R
G
M R
m 2
离地高度近 似为0，与 地面有相对
运动
同步 卫星
可求得距 与地球自
地面高度 转周期相
h≈36000 km，约为
同，
地球半径 即24h
的5.6倍
此处的 万有引
力
轨道面与赤
m
(
2π) 2 T
R
G
Mm R2
道面重合， 在赤道上空， 与地面保持
相对静止
b点是轨道2、3的切点．人造卫星在轨道1上的速度为v1， 在轨道2上a点的速度为v2a，在轨道2上b点的速度为v2b， 在轨道3上的速度为v3，则以上各速度的大小关系是 （ C）
A．v1＞v2a＞v2b＞v3 B．v1 < v2a < v2b < v3 C．v2a＞v1＞v3 ＞v2b D．v2a＞v1＞v2b＞v3
2、运行速度：是指卫星进入轨道后绕地球做
匀速圆周运动的速度。
v1
GM r
r↗ v↘
一、宇宙速度
2、第二宇宙速度： (脱离速度)
v2 11.2km / s
→人造行星
3、第三宇宙速度： （逃逸速度）
v3 16.7km / s →人造恒星
二、运行速度
(a、v 、ω 、T )
运行速度： 是指卫星进 入轨道后绕 地球做匀速
m
4 2
T2
(R h)
R 6.37106 m M地 5.981024 kg
G 6.67 10 11 Nm2 / kg2
h3
GMT 2
4 2
R
h 36000 km 5.6R r R h 42000 km
地球同步卫星能否位于北京正上方某一确定高度h ？
h
2021年3月12日星期五
三、地球同步卫星
,ω __越_小__，an __越_小____
地球
练习1：求近地卫星的周期
地球对卫星的万有引力提供卫星做圆周运动的向
心力： G Mm m 4 2 R
R2
T2
T 2 R3
GM
r R 6.37106 m
代入数据得：
M 5.981024 kg
T 5.06103 s
G 6.67 10 1我期1 N们为m能820否m/ k发ing的射2 卫一星颗8？周4.33min
2021年3月12日星期五
地球是人类的摇篮，但人类不可能永远被束缚在摇篮里
航天科学的三位先驱
齐奥尔科夫斯基 罗伯特•戈达德 韦纳·冯·布劳恩
中国航天事业
1992年载人航天工程正式启动
2003年10月15日9时，神州5号宇宙 飞船在酒泉卫星中心成功发射，将 第一位航天员杨利伟送入太空绕行 14圈，10月16日6时23分降落在内蒙 古主着陆场
地点时再次自动点火加速，
进入同步轨道。
v3 v1
v2
第一次变轨：
点火加速： v2>v1
v4
在椭圆轨 道上运行:
v2>v3
v3 v1
第二次变轨：
点火加速： v4>v3
在圆轨道上 稳定运行：
v1>v4
v2
结果：v2>v1>v4>v3
如图所示，是某次发射人造卫星的示意图。人造卫星先在
近地的圆周轨道1上运动，然后变轨在椭圆轨道2上运动，
四、地球同步卫星
1）.定义：相对于地面静止且与地球自转具有
相同周期的卫星，又叫做通信卫星。
2）特点：
①轨道平面一定_与__赤__道__平__面__共_面_______
②周期T一定： T＝24h
③离地面的高度的特点：
练习2：求同步卫星离地面的高度
地球对卫星的万有引力提供卫星做圆周运动的向
心力：
G
Mm (R h)2
中国成为世界上第三个独立开展载 人航天活动的国家
牛顿的设想
牛顿 (1643—1727) 英国著名的物理学家
在1687年出版的《自然哲学的 数学原理》中，牛顿设想抛出 速度很大时，物体就不会落回 地面。
一、人造卫星的发射原理
牛顿设想：抛出速度很大时，物体不会落回地面
垂直起飞
船箭分离 之后，卫星以 一定的速度进 入预定轨道。
T1<T2=T3<T4
半径与线速度、角速度、周期 、 向心加速度的关系
人造卫星的轨道
这些卫星的轨道有什么共同点?
F1
F2
F
北
F2
西
赤道平面
F1
F3
东
南
极地轨道
人 造 卫 星 的 轨 道
同步 轨道
倾斜 轨道
赤道轨道 自转轴
三、人造卫星
1. 轨道中心
地心
2. 万__有_引_力____ 提供向心力 3. R越大，T _越__大__，V_越_小
环绕天体的运动规律
G
Mm r2
m v2 r
m 2r
m
4 2
T2
r
ma
Mm v2
G
r2
m r
v GM r
v 1 r
G
Mm r2
m 2 r
G
Mm r2
m( 2
T
)2
r
G
Mm r2
ma
GM
r3 T 2 r3
GM
a GM r2
1
r3
T r3
a
1 r2
人造地球卫星的运动规律
1
3 2
4
a1>a2=a3>a4 v1>v2=v3>v4 ω1>ω2=ω3>ω4
1）.定义：相对于地面静止且与地球自转具有
相同周期的卫星，又叫做通信卫星。
2）特点：
①轨道平面一定_与__赤__道__平__面__共_面_______
②周期T一定： T＝24h
思考：同步卫星的哪些 物理量是不变的呢？
③离地面的高度一定， h=36000km
④ R、v、ω、T、an _“__全___部__固___定__”__
注意事项：区别赤道上随地球自转的物体、近地卫星与同步卫星：
半径R 周期T 向心力F
关系式
备注
赤道 上物 体
近地 卫星
即为地 球半径
即为地 球半径
与地球自 转周期相
同，即24h
可求得 T=85min
此处的 万有引 力与重 力之差
m(2π)2R G Mm m g
T
R2
在赤道上与 地球保持相
对静止
此处的 万有引
(1)
由
G
M地m r2
v2 m
r
得:v GM地 r
(2)
由
G
M地m r2
m
2r
得:
GM地 r3
圆周运动的 速度。
(3)
由
G
M地m r2
m
4 2
T2
r
得:T 2
r3
GM 地
r
（4）由G
Mm r2
man
得：an
G
M r2
可见：卫星运动情况(a、v 、
ω 、T )是由 r 惟 一决定
一个天体绕另一个天体做匀速圆周运动
同步卫星又叫静止轨道卫星，通常用作通讯卫星
三颗同步卫星作为通讯卫星，则可覆盖全球。
为了卫星之间不互相干扰，大约3° 左右才能放置1颗，这样地球的同步卫 星只能有120颗。可见，空间位置也是 一种资源。
2021年3月12日星期五
卫星的变轨问题
v3 Q
21 3
P v1p
第一次，卫星从小圆轨道1上 P点点火加速，让卫星做离心运 动，卫星进入椭圆轨道，随着 离地球越来越远，速度越来越 小，到达最远点Q，速度最小。
第二次，在椭圆轨道的最远点Q，
这时卫星速度最小，此时，它将做
向心运动，若想在此点上做大圆运
动。此时需要再次点火加速，才能
从当前的椭圆轨道进入大圆道。
以发射同步卫星为例，先进
入一个近地的圆轨道，然后
在v2点火加速，进入椭圆形 转移轨道（该椭圆轨道的近
v4
地点在近地圆轨道上，远地
点在同步轨道上），到达远
第一宇宙速度（环绕速度）：v =7.9千米/秒
（地球卫星的最小发射速度）
G
Mm R2
v2 m
R
mg
v GM R
v gR
概念辨析 发射速度和运行速度
1、发射速度：是指被发射物在地面附近离开
发射装置时的速度。
①宇宙速度均指发射速度 ②第一宇宙速度是在地面发射卫星的最 小速度，也是环绕地球运行的最大速度
mg
G
Mm R2
g
GM R2
由H
1 gt 2 , X 2
V0t
X
V0
2H g
V0R
2H GM
X星 : X地 2:3
第5节 宇宙航行
2021年3月12日星期五
1957年10月4日，前苏联发射了 世界上第一颗人造地球卫星 我国在1970年4月20日发 射了第一颗人造地球卫星
2003年10月15日，神州五号 载人宇宙飞船发射升空
发射 速度
思考：以多大的速度将物体抛出，它才会绕地球 表面运动，不会落下来呢？
由F引=F向得到
Mm v2
G m
r2
r
v GM r
当r=R时即近地ຫໍສະໝຸດ Baidu星 , 可得v=7.9km/s
一、宇宙速度
发射速度：是指被发射物在地面附近离开发射装
置时的速度。
最小发射速度
1、第一宇宙速度是在地面发射卫星的最小速度， 也是在地面附近（近地面）环绕地球运行的速度
学以致用
已知某星球质量与地球质量之比M星:M地=9:1,半径之比 R星:R地=2:1 。若某人在两星球表面高H处以相同的初速 度v0 平抛一物体，试求在星球和地球上的水平位移之 比是多少？（不考虑星球自转和空气阻力的影响）
解：设星球表面的重力加速度为g 不考虑星球自转，质量为m的物体放在星球表面， 其所受重力和万有引力相等
力
m
( 2π)2 T
R
G
M R
m 2
离地高度近 似为0，与 地面有相对
运动
同步 卫星
可求得距 与地球自
地面高度 转周期相
h≈36000 km，约为
同，
地球半径 即24h
的5.6倍
此处的 万有引
力
轨道面与赤
m
(
2π) 2 T
R
G
Mm R2
道面重合， 在赤道上空， 与地面保持
相对静止