人造卫星宇宙速度详解演示文稿

则卫星沿椭圆轨道飞离地球，成为绕太阳运动的卫星； 当卫星到达地面附近时，其速度超过16.7 km/s，则卫星 能飞出太阳系成为太阳系外的卫星。三种宇宙速度是指 卫星发射的速度，而不是在轨道上的运行速度。
1．卫星的发射
[自学教材]
地球对周围的物体有引力作用，因而抛出的物体要落
回地面。当物体速度足够大时，它将永远不会落回到地面
上来，而是围绕地球运动，成为一颗人造地球卫星。它的 向心力是由地球对它的 万有引力 来充当的。
2．卫星的运行规律
地球卫星绕地球运行的轨道可视为圆形，它受到的万有引
力提供向心力。设地球的质量为 M，卫星的轨道半径为 r，线
3．第三宇宙速度 使物体脱离太阳的束缚而飞离太阳系，从地球表面发 射所需的最小速度，其大小为v3＝ 16.7 km/s ，也叫逃逸 速度。
重点诠释
1．第一宇宙速度的两种推导方法 (1)由万有引力提供向心力得，GMr2m＝mvr2，所以卫星的线速
度 v＝ GrM，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，则当 r＝R 时得第一宇宙速度 v＝ GRM＝7.9 km/s(M 为地球质量，R 为地球半径)。
(2)对于近地卫星，重力近似等于万有引力，mg＝mRv2得 v＝ gR＝7.9 km/s，g 为地球表面的重力加速度。
2．对第一宇宙速度的理解 第一宇宙速度是卫星在星球表面附近做匀速圆周运动时必须 具有的线速度，是所有围绕星球做圆周运动的卫星所具有的最大的 线速度。理解第一宇宙速度，要抓住两个要点：一是“在星球表面 附近”，卫星的轨道半径为 r 与星球的半径 R 相等；二是“匀速圆 周运动”，卫星所受的向心力由万有引力提供，即 GMRm2 ＝mvR12，故 v1＝ GRM，又由于星球表面万有引力约等于重力，即 GMRm2 ＝mg， 故 v1＝ gR。地球的第一宇宙速度约为 v1＝7.9 km/s，月球的第一 宇宙速度约为 1.8 km/s。
速度大小为 v，角速度为 ω，周期为 T，向心加速度为 a。
(1)运行速度：由GMr2m＝mvr2，得：v＝
GM r。
GM
(2)角速度：由GMr2m＝mω2r，得：ω＝
r3 。
(3)周期：由GMr2m＝m4Tπ22r，得：T＝
4π2r3 GM 。
(4)向心加速度：由GMr2m＝ma，得：a＝
GM r2
相同，速度大小相等，故无相对运动，不会相撞，A 错误。由GMr2m ＝ma＝mrv2知：通讯卫星运行的线速度、向心加速度大小一定， 所以 D 正确。
答案：BD
1．第一宇宙速度 使卫星能环绕地球运行所需的 最小 发射速度，其大小 为v1＝ 7.9 km/s ，又称环绕速度。 2．第二宇宙速度 使人造卫星脱离 地球 的引力束缚，不再绕 地球 运行， 从 地表球面发射所需的最小速度，其大小为v2＝ 11.2 km/s ，又称脱离速度。
。
重点诠释
1．地球卫星的轨道 (1)卫星绕地球运动的轨道可以是椭圆轨道，也可以 是圆轨道。 (2)卫星绕地球沿椭圆轨道运行时，地心是椭圆的一 个焦点，其周期和半长轴的关系遵循开普勒第三定律。 (3)卫星绕地球沿圆轨道运行时，由于地球对卫星的 万有引力提供了卫星绕地球运动的向心力，而万有引力 指向地心，所以，地心必须是卫星圆轨道的圆心。
()
A．为避免通讯卫星在轨道上相撞，应使它们运行在不
同的轨道上
B．通讯卫星定点在地球赤道上空某处，所有通讯卫星
的周期都是24 h
C．不同国家发射通讯卫星的地点不同，这些卫星的轨
道不一定在同一平面上
D．不同通讯卫星运行的线速度大小是相同的，加速度
的大小也是相同的
解析：同步卫星运动的周期与地球自转周期相同，T＝24 h，角 速度 ω 一定；根据万有引力定律GMr2m＝m4Tπ22r得知，通讯卫星 的运行轨道是一定的，离地面的高度也是一定的。地球对卫星 的引力提供了卫星做圆周运动的向心力，因此同步卫星只能以 地心为圆心做圆周运动，它只能与赤道同平面且定点在赤道平 面的正上方。故 B 正确，C 错误。不同通讯卫星因轨道半径
2．三类人造地球卫星轨道
(1)赤道轨道，卫星轨道在赤道所在
平面上，卫星始终处于赤道上方。
(2)极地轨道，卫星轨道平面与赤道 平面垂直，卫星经过两极上空。
图3－4－1
(3)一般轨道，卫星轨道和赤道成一定角度。如图
3－4－1所示。
3．卫星的种类 卫星的种类主要是按卫星有什么样的功能来进行命 名的。主要有侦察卫星、通信卫星、导航卫星、气象卫 星、地球资源勘测卫星、科学研究卫星、预警卫星和测 地卫星等。 4．同步卫星 地球同步卫星是指在赤道平面内，以和地球自转角 速度相同的角速度绕地球运动的卫星，同步卫星又叫通 讯卫星。同步卫星有以下几个特点：
3．三种宇宙速度的对比
以地球为例，三种宇宙速度和相应轨
道间的关系如图3－4－2所示。当卫星在
地面附近做圆周运动时，其运行速度即为
图3－4－2
第一宇宙速度7.9 km/s；当卫星到达地面附近时，其速度介
于7.9～11.2 km/s之间，则卫星沿椭圆轨道绕地球运动；当
卫星到达地面附近时，其速度介于11.2～16.7 km/s之间，
特点
理解
周期 一定
同步卫星在赤道上空相对地球静止，它绕地球的运动与 地球自转同步，它的运动周期就等于地球自转的周期， 即 T＝24 h
角速度 同步卫星绕地球运动的角速度等于地球自转的角速度
一定
由于同步卫星绕地球的运动与地球的自转同步，决定了
轨道 一定
同步卫星的轨道平面应与赤道平面重合。由 GMrຫໍສະໝຸດ Baidum＝
4π2 m T2 r
得
r＝
3
G4MπT2 2，所有同步卫星的轨道半径相同
特点
理解
环绕速度 大小一定
由 v＝2Tπr知所有同步卫星绕地球运动 的线速度的大小是一定的(3.08 km/s)
向心加速度 由 GMr2m＝ma 得 a＝GrM2 ，所有同步卫
大小一定
星运动的向心加速度大小都相同
1．下列关于地球同步卫星的说法中正确的是
人造卫星宇宙速度详解演示文 稿
（优选）人造卫星宇宙速度
1.人造地球卫星绕地球做匀速圆 周运动的向心力是由地球对卫 星的万有引力提供，其轨道的 圆心与地心重合。 2．人造地球卫星在不同的轨道
上线速度不同，第一宇宙速度v＝7.9 km/s是卫星绕 地球做圆周运动的最大环绕速度。 3．同步卫星的线速度、角速度、周期、轨道、向心加 速度均是一定的。