最新人造卫星 宇宙速度
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。
人造天体的运动(内容分析)
人造天体的运动（内容分析）基础知识一、卫星的绕行角速度、周期与高度的关系（1）由()()22mMv G m r h r h =++，得()GM v r h =+，∴当h ↑，v ↓ （2）由G ()2h r mM +=m ω2（r+h ），得ω=()3h r GM +，∴当h ↑，ω↓ （3）由G ()2h r mM +()224m r h T π=+，得T=()GM h r 324+π ∴当h ↑，T ↑ 二、三种宇宙速度：① 第一宇宙速度（环绕速度）：v 1=7.9km/s ，人造地球卫星的最小发射速度。
也是人造卫星绕地球做匀速圆周运动的最大速度。
② 第二宇宙速度（脱离速度）：v 2=11.2km/s ，使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）：v 3=16.7km/s ，使卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度。
三、第一宇宙速度的计算．方法一：地球对卫星的万有引力就是卫星做圆周运动的向心力．G ()2h r mM+=m ()h r v +2，v=hr GM +。
当h ↑，v ↓，所以在地球表面附近卫星的速度是它运行的最大速度。
其大小为r ＞＞h （地面附近）时，1GM V r==7．9×103m/s 方法二：在地面附近物体的重力近似地等于地球对物体的万有引力，重力就是卫星做圆周运动的向心力．()21v mg m r h =+．当r ＞＞h 时．g h ≈g 所以v 1＝gr =7．9×103m/s 第一宇宙速度是在地面附近h ＜＜r ，卫星绕地球做匀速圆周运动的最大速度．四、两种最常见的卫星⑴近地卫星。
近地卫星的轨道半径r 可以近似地认为等于地球半径R ，由式②可得其线速度大小为v 1=7.9×103m/s ；由式③可得其周期为T =5.06×103s=84min 。
由②、③式可知，它们分别是绕地球做匀速圆周运动的人造卫星的最大线速度和最小周期。
十大宇宙速度排名
十大宇宙速度排名第一到八宇宙速度分别是：1、第一宇宙速度（又称环绕速度）：大小为7.9km/s 。
是指物体紧贴地球表面作圆周运动的速度(也是人造地球卫星的最小发射速度)。
2、第二宇宙速度（又称脱离速度）：大小为11.2km/s。
是指物体完全摆脱地球引力束缚，飞离地球的所需要的最小初始速度。
3、第三宇宙速度（又称逃逸速度）：大小为16.7千米/秒。
是指在地球上发射的物体摆脱太阳引力束缚，飞出太阳系所需的最小初始速度。
4、第四宇宙速度（fourth cosmic velocity），525公里/秒以上。
是指在地球上发射的物体摆脱银河系引力束缚，飞出银河系所需的最小初始速度。
5、第五宇宙速度：500--2250km/s。
航天器从地球发射，飞出本星系群的最小速度，本星系群中的全部星系覆盖一块直径大约1000万光年的区域，照这样算，需要1500--2250km/s的速度才能飞离。
6、第六宇宙速度：接近光速。
指航天器从地球发射，飞出该本超星系团的最小速度，本超星系团的直径约在1～2亿光年之间，照这样算，在不需要考虑能源消耗等一系列条件的影响下，理论上需要接近光速才有可能飞离。
7、第七宇宙速度：目前对于第七宇宙速度还没有明确的定义。
8、第八宇宙速度：目前对于第七宇宙速度还没有明确的定义。
物体达到11.2千米/秒的运动速度时能摆脱地球引力的束缚。
在摆脱地球束缚的过程中，在地球引力的作用下它并不是直线飞离地球，而是按抛物线飞行。
脱离地球引力后在太阳引力作用下绕太阳运行。
若要摆脱太阳引力的束缚飞出太阳系，物体的运动速度必须达到16.7千/秒。
那时将按双曲线轨迹飞离地球，而相对太阳来说它将沿抛物线飞离太阳。
人类的航天活动，并不是一味地要逃离地球。
特别是当前的应用航天器，需要绕地球飞行，即让航天器作圆周运动。
我们知道，必须始终有一个与离心力大小相等，方向相反的力作用在航天器上。
在这里，我们正好可以利用地球的引力。
因为地球对物体的引力，正好与物体作曲线运动的离心力方向相反。
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。
高一物理必修二第三章(人造卫星宇宙速度)完整版
【练习1】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
【练习2】 如图所示，a、b、c是大气层外圆形轨 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，下面说法正确的是( C ) A．b、c的线速度大小相等且大于a的线速度
gma)( g
) a由(ga)=(GgMr2)知：
G
M r2
注意：近地卫星、同步卫星和赤道上随地球 自转的物体向心力来源不一样，切不可把它 们看成同类型的圆周运动来比较。
二、同步卫星变轨问题的分析与处理。
①若供＝需，供求平衡—物体做匀速圆周运动．
②若供＜需，供不应求—物体做离心运动．
③若供＞需，供过于求—物体做向心运动．
5、向心加速度一定。
GGg )MMrr2mG2ma( gMa)rm=2m(mGvgrM2rv2rm)2=mvr2rm=rG 2mr2m=M r2r (m22Tmr ()r22(T2Tm)2)r2(2mmrfr()(222
【说明】 1、为了同步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。
v2
r2
m v r
GM r
知r越大，v越小，r越小，v越大。
则7.9km/s是卫星最大的运行速度。
v
GM R
6.67 1021 6 1024 6.4 106
7.9km/ s
二、什么是宇宙速度?
1、第一宇宙速度（环绕速度）：v=7.9千米/秒； （能够使卫星环绕地球运行所需的最小发射速度）
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:
宇宙速度课件—【新教材】人教版高中物理必修第二册
C 她的线速度大小 ( 4 km/s
B.
D．地球的第一宇宙速度将略变小
)
(1)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。
A．等于 7.9 km/s C．“天宫”一号比“神舟”八号角速度大
在地面附近发射飞行器，使之能够脱离太阳的引力作用飞到太阳系以外所需的最小发射速度，称为第三宇宙速度，其大小为16.
2．第二宇宙速度(脱离速度)
92．km第/s二<v宇D<宙11．速. 度所(脱离有速度地) 球同步卫星受到的向心力大小一定相等
练习1：我国发射了一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥一号”.
7 km/s的速度抛出的物体可能沿C轨道运动
(3)人造地球卫星的三种轨道：
3．近年来，自然灾害在世界各地频频发生，给人类带来巨大损失。
例2：(多选)下列关于同步卫星的说法正确的是（AD ）
A.一定位于赤道正上空 B.为了避免相撞，应该与其他国家的同步卫星在不同的轨道 上运行 C.发射速度小于7.9 km/s D.运行速度小于7.9 km/s
练习2：如图3所示，中国北斗卫星导航系统是中国自行研制 的全球卫星导航系统.其中有静止轨道同步卫星和中轨道地 球卫星.已知中轨道地球卫星的轨道高度为5 000～15 000 km， 则下列说法正确的是（ C ） A.中轨道地球卫星的线速度小于静止轨道同步卫星的线速度 B.上述两种卫星的运行速度可能大于7.9 km/s C.中轨道地球卫星绕地球一圈的时间小于24小时 D.静止轨道同步卫星可以定位于北京的上空
D．“天宫”一号比“神舟”八号加速度大
B．介于 7.9 km/s 9 km/s的速度抛出的物体可能落在A点
A．所有地球同步卫星一定在赤道上空
天体第一宇宙速度计算公式
天体第一宇宙速度计算公式在咱们的科学世界里，天体第一宇宙速度的计算公式那可是相当重要的“宝贝”。
先来给您说说啥是第一宇宙速度。
想象一下，一个物体要是想绕着地球做圆周运动，就像人造卫星那样，得有个起码的速度，这个速度就是第一宇宙速度。
那这第一宇宙速度咋算出来的呢？公式是：v = √(GM/r) 。
这里的 v 就是第一宇宙速度，G 是万有引力常量，数值大约是 6.67×10⁻¹¹N·m²/kg²；M 呢，代表的是地球的质量，大约是 5.97×10²⁴ kg；r 则是物体到地心的距离。
您可能会想，这公式看着有点复杂呀，别急，让我给您慢慢解释。
比如说，咱就假设一颗卫星在离地面几百公里的高度上绕着地球转。
这个时候，地球的质量和万有引力常量都是固定的，那影响第一宇宙速度的主要就是卫星到地心的距离了。
我给您讲个我自己的事儿。
有一次，我带着一群小朋友去科技馆参观。
当我们走到关于天体运动的展示区时，一个小朋友特别好奇地问我：“老师，这卫星到底要跑多快才能不掉下来呀？”我就指着展示板上的第一宇宙速度计算公式，开始给他们解释。
我尽量用简单的话，说就像你们骑自行车，速度太慢就容易摔倒，卫星速度不够也会掉下来。
小朋友们似懂非懂地点点头，那模样特别可爱。
再回到这个公式。
要算出准确的第一宇宙速度，得把这些数值都搞清楚。
而且，这个速度不是随便定的，是根据地球的特性和万有引力的规律得出来的。
从这个公式咱们能发现，要让物体能稳定地绕着地球转，速度得刚刚好。
太快了，它就可能飞出去；太慢了，就会被地球拉回来。
在实际的航天工程里，科学家和工程师们可都是靠着这个公式来设计卫星的轨道和速度的。
比如说，要发射一颗通信卫星，就得先算好第一宇宙速度，确保卫星能在预定的轨道上正常工作。
总之，天体第一宇宙速度的计算公式虽然看起来有点复杂，但它可是打开宇宙探索大门的一把重要钥匙。
高中物理第一册人造卫星 宇宙速度ppt(通用)
地球
V1=7.9km/s
宇宙探 秘
阅读材 料
“黑洞”
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9、静夜四无邻，荒居旧业贫。。2021/5/212021/5/21Friday, May 21, 2021
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10、雨中黄叶树，灯下白头人。。2021/5/212021/5/212021/5/215/21/2021 4:17:47 AM
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11、以我独沈久，愧君相见频。。2021/5/212021/5/212021/5/21May-2121-May-21
等于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的吸
V2=11.2km/s
引，不在绕地球运行。我们把这个速度叫
第二宇宙速度。达到第二宇宙速度的还受 到太阳的引力。
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。我们 把这个速度叫第三宇宙速度。
金星的第一宇宙速度：
v G r m G R m 0 0 . .8 9 2 5 7 .9 0 0 . .8 9 m 2 5 /s 7 .3 m /s
§6-5 人造卫星 宇宙速度
五、课堂练习：下列说法是否正确？为什么？
1、人造地球卫星由于大气阻力的作用，轨道半径逐渐减小，它 的线速度将逐渐减小，而周期逐渐增大。
§6-5 人造卫星 宇宙速度
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，成为一颗人造地球卫星。简称人造卫星。
V0 O
地球
A
B
C
D
以平抛运动为模型的推理过程
牛顿人造卫星原理图
放映结束后，击回车键继续
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天体运动与人造卫星
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高考调研 ·高三总复习 ·物理
【特别注意Leabharlann 卫星的环绕速度随轨道半径增大而减小， 但卫星的发射速度随轨道半径增大而增大．
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高考调研 ·高三总复习 ·物理
如图所示，在同一轨道平面上的几个人造地球卫星 A、 B、 C绕地球做匀速圆周运动，某一时刻它们恰好在同一直 线上，下列说法中正确的是( )
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C. gR
高考调研 ·高三总复习 ·物理
【答案】
C
【解析】 设在地球表面飞行的卫星质量为 m，由万有引力 Mm mv 2 Mm 提供向心力得 G 2 ＝ ， 又有 G 2 ＝ mg，解得地球的第一宇宙 R R R 速度为 v1＝ GM ＝ gR ；设该星球的第一宇宙速度为 v′1，根据 R 2M R 1 ＝ ； 结合 GM＝ gR2 知地球的第一宇 M 4R 2
2
km， 卫星离地面高度 h＝ 3.6×104 km，约为地球半径的 6 倍．
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高考调研 ·高三总复习 ·物理
考 点 讲 练
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高考调研 ·高三总复习 ·物理
考点一
第一宇宙速度的计算
计算第一宇宙速度的思路： Mm v2 1．根据 G 2 ＝ m ， v＝ R R v2 2．根据 mg＝ m ， v＝ gR R 3．利用比例关系：在计算其它星球的第一宇宙速度时，通 常利用地球的第一宇宙速度值 7.9 km/s，通过比例关系求解． GM R
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高考调研 ·高三总复习 ·物理
2．卫星运行参量 (a、ω、v、 T)与 r 的关系 GM ma → a ＝ 2 r 2 mv →v＝ GM r GMm r 越高越慢 ＝ r2 mω2r→ ω＝ GM 3 r 4π2 4π2r3 m 2 r→ T＝ T GM
人造卫星--宇宙速度
； 岩棉厂家 小苏拉请太医诊治壹下。”“怎么又病咯？前些日子不是才请过太医吗？”“回大总管，兴许是夜里受咯凉……”“你们这些奴才都是怎么伺候 的主子？全都不好好当差，让主子三天两头地生病，你们壹各各的，是不是都皮痒咯？”“回大总管，吟雪知错咯，以后壹定改正，还请大总管 尽快请太医吧，怕是我家主子快要熬不住呢。”“这会儿知道着急咯？早干啥啊去咯？”“求求大总管咯，吟雪该怎么处罚全听您的处置，只是 我家主子烧得都有些说胡话咯。”“知道咯，你先回去等着信儿吧。”吟雪壹听大总管的话，明摆着是托辞，这要是回咯怡然居，还得等到啥啊 时候啊！丫鬟眼瞧着都不太认人咯，这么重的病若是给延误咯诊治可是该如何是好？况且刚刚大总管那些话，分明是在找她的茬儿。不知道以前 方公公怎么对付的苏培盛，反正吟雪可是第壹次与他打交道，还是小心谨慎为上。于是吟雪赶快追咯壹句：“多谢大总管咯。”吟雪壹边说着感 谢的话，壹边递上壹锭摸二两重的银子。苏培盛见着银子，脸色总算是缓过来咯壹些，但这心里还是不痛快，当然，看在银子份上，语气总算是 好咯壹些：“赶快回去伺候你家主子去吧，搭各凉手巾。就是请太医也得需要功夫啊，太医也不是从天上就能掉下来的。”“有劳大总管咯，吟 雪知道是这各理，这就先替我家主子谢谢您咯。”反正已经被吵醒，又看在敲诈来的二两银子的面子上，苏培盛总算是没有故意耽搁时间，待吟 雪走后，就差咯壹各小苏拉去请太医。第壹卷 第155章 炎凉吟雪得到苏培盛的保证，心里总算是踏实咯壹些，于是马不停蹄地赶回怡然居，只 见月影正手脚不停地换着凉手巾。只是壹各凉手巾才敷咯壹会儿，就被滚烫的额头给捂热咯，现在只有月影壹各人，忙得团团转。吟雪见状，赶 快又去绞咯壹各凉手巾递给月影，她再将被捂热的手巾放到冷水盆里。两各人轮番上阵，总算是不至于手忙脚乱。可是她们左等不到右等不到， 太医怎么还不来呢？两各人心急如焚，也没有办法，只能是干着急。开始冰凝还只是发热，慢慢地，她开始有些神志不清地说起胡话来，无非是 “鸳鸯”、“画眉”之类的胡言乱语，月影吓得都哭出咯声来，吟雪急得没法子，于是决定再去苏总管那里走壹趟，怕不是他收咯银子不给办事 吧？结果吟雪才刚壹出房门，就见方公公头前带路，领着壹各约摸四十来岁的男子进咯院子。今天来应诊的是太医院的张太医。张太医是王府的 座上客，经常出入王府为各院主子诊治，但是为年侧福晋出诊，这还是第壹次。他也听闻咯王爷这位新娶侧福晋的壹些传闻，开始还以为只是请 各平安脉之类的小事情，进咯房里才知道，情况远比他想象的要复杂得多。虽然隔着屏风，可是侧
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。
人造卫星的发展现状与未来趋势
人造卫星的发展现状与未来趋势人造卫星，是指由人类制造并发射至地球轨道或其他天体轨道的卫星。
它们可以用于通信、气象、导航、科学研究等多种领域。
随着科技的不断进步，人造卫星的发展也在不断提速。
本文将就人造卫星的发展现状及未来趋势做一个简要的分析。
一、发展现状自苏联于1957年发射人类历史上第一颗人造卫星Sputnik 1以来，人造卫星的发展一直在不断加速。
目前，世界上存在着成千上万个人造卫星，它们涉及到通信、遥感、导航、气象、科学研究等各个领域。
其中，通信卫星、导航卫星、气象卫星及科学研究卫星最为常见。
通信卫星是人造卫星中最重要的一类。
它们可以在地球上的两个点之间建立起通讯链路，用于电话、电报、数据传输等多种通讯方式。
GPS卫星是导航卫星的代表，它可以提供全球定位服务，被广泛应用于汽车导航、航空、航海等方面。
气象卫星则主要用于对地球上的气候、灾害等信息进行遥感监测。
科学研究卫星则可以用于天文学、地理学、生命科学等多个领域的实验研究。
二、未来趋势未来，人造卫星的发展将会面临多重挑战和机遇。
这里我们将从技术、商业、法律等角度来探讨。
技术角度：未来的人造卫星技术将更加先进。
一方面，卫星的体积将会更小、功率将会更大，能够更快地传输数据。
大量使用表面贴附技术（Solar Array Tile，简称SAT）也将会推动未来卫星的发展。
这种技术可以打破传统卫星布局的限制，从而更好地利用底部面积，提高卫星的能源利用率。
另一方面，由于太空辐射和金属腐蚀等原因，卫星寿命平均只有5-10年。
但是，一旦卫星出现故障，修复的成本将会十分高昂。
为此，未来的卫星将会采用可持续性设计，使其具有更长的寿命和自修复、自保护能力。
商业角度：未来的卫星技术将更多地服务于商业领域。
例如，大型互联网公司会更多地投资于卫星通信技术，以便更好地实现全球网路覆盖。
此外，高清卫星拍摄、遥感控制中心等产业链也将逐渐形成。
法律角度：大国之间的卫星竞赛将更加激烈。
物理教案-人造卫星 宇宙速度
物理教案－人造卫星宇宙速度一、教学目标1. 让学生了解人造卫星的定义和分类。
2. 掌握第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度的概念。
3. 理解宇宙速度在发射卫星和载人航天中的重要性。
4. 培养学生运用物理知识解决实际问题的能力。
二、教学内容1. 人造卫星的定义和分类2. 第一宇宙速度3. 第二宇宙速度4. 第三宇宙速度5. 宇宙速度在实际应用中的意义三、教学重点与难点1. 教学重点：人造卫星的定义和分类，第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度的概念及应用。
2. 教学难点：第一宇宙速度的计算和理解，宇宙速度在实际应用中的意义。
四、教学方法1. 采用讲授法，讲解人造卫星的定义、分类和宇宙速度的概念。
2. 利用多媒体演示，让学生直观地了解卫星轨道和宇宙速度。
3. 结合实际案例，分析宇宙速度在发射卫星和载人航天中的重要性。
4. 开展小组讨论，培养学生合作学习和思考问题的能力。
五、教学过程1. 引入新课：通过讲解卫星发射的实例，引导学生了解人造卫星及其重要性。
2. 讲解人造卫星的定义和分类：介绍地球卫星、月球卫星、行星卫星等不同类型的卫星。
3. 讲解第一宇宙速度：解释第一宇宙速度的概念，并通过公式进行计算。
4. 讲解第二宇宙速度和第三宇宙速度：介绍第二宇宙速度和第三宇宙速度的概念。
5. 结合实际案例，讲解宇宙速度在发射卫星和载人航天中的重要性。
6. 开展小组讨论：让学生探讨宇宙速度在实际应用中的其他可能性。
7. 总结本节课的主要内容，布置课后作业。
课后作业：1. 复习人造卫星的定义和分类。
2. 复习第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度的概念及计算公式。
3. 结合实际情况，思考宇宙速度在发射卫星和载人航天中的应用。
六、教学评价1. 评价学生对人造卫星定义和分类的理解。
2. 评价学生对第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度的掌握程度。
3. 评价学生对宇宙速度在实际应用中的认识。
4. 评价学生在小组讨论中的表现，包括合作学习和思考问题的能力。
人造卫星飞行速度计算方法
人造卫星飞行速度计算方法
人造卫星飞行速度计算方法：
人造卫星的飞行速度是在轨道上的运行速度，该速度取决于多个因素，包括轨道类型以及绕行的天体引力。
以下是计算人造卫星飞行速度的一般方法：
1. 确定轨道类型：首先，需要确定卫星所处的轨道类型。
常见的轨
道类型包括地球同步轨道（Geostationary Orbit）、低地球轨道
（Low-Earth Orbit）、中地球轨道（Medium-Earth Orbit）等。
不同轨
道类型的卫星飞行速度不同。
2. 计算轨道半径：根据轨道类型，计算轨道的半径。
地球同步轨道
的半径约为35,786公里，低地球轨道一般在160至2,000公里之间，中地球轨道的半径在2,000至35,786公里之间。
3. 应用开普勒定律：根据开普勒定律，计算出卫星在轨道上的速度。
根据开普勒第二定律，卫星在椭圆轨道上的运行速度是不断变化的。
然而，在近地点和远地点处，卫星速度相对稳定，因此常常使用这两
个点的速度来近似表示整个轨道的速度。
4. 速度计算公式：卫星在近地点和远地点处的速度可以通过以下的公式进行计算：
v = √(GM(2/r - 1/a))
其中，v表示速度，G是引力常数，M是天体的质量（如地球的质量），r是卫星与天体的距离，a是轨道的半长轴。
5. 转换单位：最后，根据需要，将计算得到的速度转换为适当的单位，如公里/小时或米/秒。
通过以上方法，可以计算人造卫星在特定轨道上的飞行速度。
需要注意的是，由于卫星轨道的复杂性和天体引力的影响，计算的结果可能只是一个近似值，实际速度可能会有一定的波动。
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人造卫星 宇宙速度
教学重点：万有引力定律的应用
教学难点：人造地球卫星的发射
教学方法：讨论法
教学用具：多媒体和计算机
教学过程：
一、人造卫星的运动
问题：
1、地球绕太阳作什么运动？
回答：近似看成匀速圆周运动．
2、谁提供了向心力？
回答：地球与太阳间的万有引力．
3、人造卫星绕地球作什么运动？
回答：近似看成匀速圆周运动．
4、谁提供了向心力？
回答：卫星与地球间的万有引力．
请学生思考讨论下列问题：
例题1、根据观测，在土星外围有一个模糊不清的光环，试用力学方法判定土星的光环究竟是与土星相连的连续物，还是绕土星运转的小卫星群？
分别请学生提出自己的方案并加以解释：
1、如果是连续物则：这些物体作匀速圆周运动的线速度与半径成正比，r v ω=
2、如果是卫星则：这些物体作匀速圆周运动的线速度与半径的平方根成反比，r
GM
v =这个题可以让学生充分讨论．
二、人造卫星的发射
问题：1、卫星是用什么发射升空的？
回答：三级火箭
2、卫星是怎样用火箭发射升空的？
学生可以讨论并发表自己的观点．
下面我们来看一道题目：
例题2、1999年11月21日，我国“神州”号宇宙飞船成功发射并收回，这是我国航天史上重要的里程碑．新型“长征”运载火箭，将重达8.4t 的飞船向上送至近地轨道1，飞船与火箭分离后，在轨道1上以速度7.2km/s 绕地球作匀速圆周运动．试回答下列问题：
（1）根据课文内容结合例题（2）（3）（4）问画出图示．
（2）轨道1离地的高度约为：
A 、8000km
B 、1600km
C 、6400km
D 、42000km
解：由万有引力定律得：r v m r
Mm G 2
2= 解得：r =1600km
故选（B ）
（3）飞船在轨道1上运行几周后，在Q 点开启发动机短时间向外喷射高速气体使飞船加速，关闭发动机后飞船沿椭圆轨道2运行，到达P 点开启发动机再次使飞船加速，使飞船速率符合圆轨道3的要求，进入轨道3后绕地球作圆周运动，利用同样的方法使飞船离地球越来越远，飞船在轨道2上从Q 点到P 点过程中，速率将如何变化？ 解：由万有引力定律得：r v m r
Mm G 2
2= 解得：r
GM v = 所以飞船在轨道2上从Q 点到P 点过程中，速率将减小．
（4）飞船在轨道1、2、3上正常运行时：
①飞船在轨道1上的速率与轨道3上的速率哪个大？为什么？
回答：轨道1上的速率大．
②飞船在轨道1上经过Q 点的加速度与飞船在轨道2上经过Q 点的加速度哪个大？为什么？
回答：一样大
③飞船在轨道1上经过Q 点的加速度与飞船在轨道3上经过P 点的加速度哪个大？为什么？
回答：轨道1上的加速度大．。