卫星运动规律
1．1999年5月10日，我国成功地发射了“一箭双星”，将“风云一号”气象卫星和“实验五号”科学实验卫星送入离地面高870 km的轨道．这颗卫星的运行速度为(地球表面半径为6 400 km)
( )．
A．7.9 km /s B．11.2 km /s
C．7.4 km /s D．3.1 km /s
解析 由于地球的万有引力提供了人造地球卫星的向心力，故得＝m1，则有v1＝ ，对近地卫星有＝m2，则有v2＝ ＝7.9 km/s，故＝，解得v＝7.4 km/s，即此卫星的运行速度为7.4 km/s.故C选项正确．
答案 C
2．假如一做圆周运动的人造地球卫星的轨道半径增加到原来的2倍，仍做圆周运动，则
( )．
A．根据公式v＝ωr可知卫星运动的线速度将增大到原来的2倍
B．根据公式F＝可知卫星所需的向心力将减小到原来的
C．根据公式F＝G可知地球提供的向心力将减小到原来的
D．根据上述B和C中给出的公式可知，卫星运行的线速度将减小到原来的
解析 人造卫星绕地球做匀速圆周运动的向心力由地球对卫星的万有引力提供，有G＝m，得v＝ ，所以当轨道半径加倍时，引力变为原来的，速度变为原来的倍，故选项C、D正确．
答案 CD
3．金星的半径是地球的0.95倍，质量为地球的0.82倍．那么(g取10 m/s2)：
(1)金星表面的自由落体加速度是多大？
(2)金星的第一宇宙速度是多大？
解析 (1)星球表面的物体所受重力近似等于万有引力，即mg＝，g＝.因此＝·＝0.82×2，g金＝9.09 m/s2.
(2)绕行星做匀速圆周运动的物体，万有引力提供向心力.＝m.v＝ .当r为星球半径时，v为第一宇宙速度．因此＝ ·＝ ，v金＝7.34 km/s.
答案 (1)9.09 m/s2 (2)7.34 km/s
地球同步卫星
4．据报道，我国数据中继卫星“天链一号01星”于2008年4月25日在西昌卫星发射中心发射升空，经过4次变轨控制后，于5月1日成功定点在东经77°赤道上空的同步轨道．关于成功定点后的“天链一号01星”，下列说法正确的是
( )．
A．运行速度大于7.9 km/s
B．离地面高度一定，相对地面静止
C．绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大
D．向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等
解析 由题意知，定点后的“天链一号01星”是同步卫星，即T＝24 h．由＝m＝mω2r＝mr＝ma，得：v＝ ，运行速度应小于第一宇宙速度，A错误；r＝ ，由于T一定，r一定，离地高度一定，B正确；由ω＝，T同＜T月，ω同＞ω月，C正确；a＝rω2＝r2，赤道上物体的轨道半径小于同步卫星的轨道半径，赤道上物体的向心加速度小于同步卫星的向心加速度，D错误．
答案 BC
5．同步卫星离地心距离为r，运行速率为v1，加速度为a1，地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a2，第一宇宙速度为v2，地球的半径为R，则下列比值正确的是
( )．
A.＝ B.＝ C.＝ D.＝
解析 先研究a1与a2的关系，由于地球同步卫星运动周期与地球自转周期相同，因此，二者角速度相等，由 a＝rω2得＝，A项正确；再研究v1与v2的关系，由于二者均由万有引力提供向心力，即＝，因此根据线速度公式v＝可得＝ ，D项正确．
答案 AD
§6.5宇宙航行
课 题
6.5宇宙航行
备课时间
上课时间
总课时数
课程目标
知识与
技能
1、了解人造卫星的有关知识，正确理解人造卫星做圆周运动时，各物理量之间的关系。
2、知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。
过程与
方法
通过用万有引力定律来推导第一宇宙速度，培养学生运用知识解决问题的能力。
情感态度与价值观
1、通过介绍我国在卫星发射方面的情况，激发学生的爱国热情。
2、感知人类探索宇宙的梦想，促使学生树立献身科学的人生价值观。
教学重点
对第一宇宙速度的推导过程和方法，了解第一宇宙速度的应用领域。
教学难点
1、人造地球卫星的发射速度与运行速度的区别。
2、掌握有关人造卫星计算及计算过程中的一些代换。
教学过程
二次备课
引入新课
1、1957年前苏联发射了第一颗人造地球卫星，开创了人类航天时代的新纪元。我国在70年代发射第一颗卫星以来，相继发射了多颗不同种类的卫星，掌握了卫星回收技术和“一箭多星”技术， 99年发射了“神舟”号试验飞船。这节课，我们要学习有关人造地球卫星的知识。
放映一段录像资料，简单了解卫星的一些资料。（提高学生的学习兴趣）
2、在上几节的学习中，大家已经了解了人造卫星在绕地球运行的规律，请大家回忆一下卫星运行的动力学方程。（课件投影）
（1）人造卫星绕地球运行的动力学原因：
人造卫星在绕地球运行时，只受到地球对它的万有引力作用，人造卫星作圆周运动的向心力由万有引力提供。
（2）人造卫星的运行速度：
设地球质量为M，卫星质量为m，轨道半径为r，由于万有引力提供向心力，则 ， ∴，
可见：高轨道上运行的卫星，线速度小。
提出问题：角速度和周期与轨道半径的关系呢？
，
可见：高轨道上运行的卫星，角速度小，周期长
提问：卫星在地球上空绕行时遵循这样的规律，那卫星是如何发射到地球上空的呢？
新课讲解
1、牛顿对人造卫星原理的描绘：
设想在高山上有一门大炮，水平发射炮弹，初速度越大，水平射程就越大，可以想象当初速度足够大时，这颗炮弹将不会落到地面，将和月球一样成为地球的一颗卫星。 课件投影。
引入：高轨道上运行的卫星速度小，是否发射也容易呢？这就需要看卫星的发射速度，而不是运行速度
2、宇宙速度
（1）第一宇宙速度
问题：牛顿实验中，炮弹至少要以多大的速度发射，才能在地面附近绕地球做匀速圆周运动？地球半径为6370km。
分析：在地面附近绕地球运行，轨道半径即为地球半径。由万有引力提供向心力：， 得：
结论：如果发射速度小于7.9km/s，炮弹将落到地面，而不能成为一颗卫星；发射速度等于7.9km/s，它将在地面附近作匀速圆周运动；要发射一颗半径大于地球半径的人造卫星，发射速度必须大于7.9km/s。可见，向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星要困难。
⑵意义：第一宇宙速度是人造卫星在地面附近环绕地球作匀速圆周运动所必须具有的速度，所以也称为环绕速度。
师生共同讨论：
在地面附近，物体的万有引力等于重力，此力天空卫星做圆周运动的向心力，能否从这一角度来推导第一宇宙速度呢？
mg= mv2/r v= ≈7.9km/s
提出问题：我们能否发射一颗周期为70min的人造地球卫星呢？（提示：算一算近地卫星其周期是多少？近地卫星由于半径最小，其运行周期最小。）
（2）第二宇宙速度：大小。
意义：使卫星挣脱地球的束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度，也称为脱离速度。
注意：发射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星绕地球运动的轨迹为椭圆；等于或大于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行。
（3）第三宇宙速度：大小。
意义：使卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，也称为逃逸速度。
注意：发射速度大于11.2km/s，而小于16.7km/s，卫星绕太阳作椭圆运动，成为一颗人造行星。如果发射速度大于等于16.7km/s，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间。
3、人造卫星的发射速度与运行速度
（1）发射速度：
发射速度是指卫星在地面附近离开发射装置的初速度，一旦发射后再无能量补充，要发射一颗人造地球卫星，发射速度不能小于第一宇宙速度。
（2）运行速度：
运行速度指卫星在进入运行轨道后绕地球做圆周运动的线速度。当卫星“贴着”地面飞行时，运行速度等于第一宇宙速度，当卫星的轨道半径大于地球半径时，运行速度小于第一宇宙速度。
3．同步卫星
所谓同步卫星，是相对于地面静止的，和地球具有相同周期的卫星，T=24h，同步卫星必须位于赤道上方距地面高h处，并且h是一定的。同步卫星也叫通讯卫星。
由得：h=
（T为地球自转周期，M、R分别为地球的质量，半径）。
代入数值得h=。
四、课堂小结
让学生概括总结本节的内容。
五、作业：
【板书设计】
一、卫星运行的动力学方程：Fn＝F引
GMm/r2 =ma=mv2/r =mω2r
二、宇宙速度：
1.第一宇宙速度 V1=7.9km/s (环绕速度)
推导过程
此速度是卫星发射的最小速度,也是卫星运行的最大环绕速度
2. 第二宇宙速度 V2=11.2km/s (脱离速度)
3. 第三宇宙速度 V3=16.7km/s (逃逸速度)
三、梦想成真 中国探索太空的成就
教学后记：
训练5 宇宙航行
[基础题]
1．在现实生活中，下列关于绕地球运行的卫星的运动速度的说法中正确的是 ( )
A．一定等于7.9 km/s
B．一定小于7.9 km/s
C．大于或等于7.9 km/s，而小于11.2 km/s
D．只需大于7.9 km/s
2．假设地球的质量不变，而地球的半径增大到原来半径的2倍，那么从地球发射人造卫星的第一宇宙速度的大小应为原来的 ( )
A. 倍 B．1/ 倍 C．1/2倍 D．2倍
3．下列关于通讯卫星的说法中正确的是 ( )
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
4．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
5．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 ( )
A．火卫一距离火星表面较近
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
6. 如图1所示，卫星A、B、C在相隔不远的不同轨道上，以地心为中心
做匀速圆周运动，且运动方向相同，若某时刻三颗卫星恰好在同一直
线上，则当卫星B经过一个周期时，下列关于三颗卫星的位置说法中正确的是 图1
( )
A．三颗卫星的位置仍然在同一条直线上
B．卫星A位置超前于B，卫星C位置滞后于B
C．卫星A位置滞后于B，卫星C位置超前于B
D．由于缺少条件，无法确定它们的位置关系
7．关于近地卫星、同步卫星、赤道上的物体，以下说法正确的是 ( )
A．都是万有引力提供向心力
B．赤道上的物体和同步卫星的周期、线速度、角速度都相等
C．赤道上的物体和近地卫星的轨道半径相同但线速度、周期不同
D．同步卫星的周期大于近地卫星的周期
8．人造地球卫星运行时，其轨道半径是月球轨道半径的1/3，则此卫星的周期大约是 ( )
A．1天到4天之间
B．4天到8天之间
C．8天到16天之间
D．大约16天
9．人造卫星环绕地球运行的速率v＝ ，其中g为地面处的重力加速度，R为地球半径，r为卫星离地球中心的距离．下列说法正确的是 ( )
A．从公式可见，环绕速度与轨道半径的平方根成反比
B．从公式可见，把人造卫星发射到越远的地方越容易
C．由第一宇宙速度公式v＝知卫星轨道半径越大，其运行速度越大
D．以上答案都不对
10．已知地球同步卫星的轨道半径是地球半径的k倍，则 ( )
A．第一宇宙速度是同步卫星运行线速度的k倍
B．第一宇宙速度是同步卫星运行线速度的倍
C．地球表面附近的重力加速度是同步卫星向心加速度的k倍
D．地球表面附近的重力加速度是同步卫星向心加速度的倍
[探究与拓展题]
11．金星的半径是地球半径的0.95倍，质量为地球质量的0.82倍．g取10 m/s2，问：
(1)金星表面的自由落体加速度是多大？
(2)金星的第一宇宙速度是多大？
12．宇航员在一星球表面上的某高处，沿水平方向抛出一小球．经过时间t，小球落到星球表面，测得抛出点与落地点之间的距离为L.若抛出时初速度增大到2倍，则抛出点与落地点之间的距离为L.已知两落地点在同一水平面上，该星球的半径为R，万有引力常量为G.求该星球的质量M.
答案 1．B 2.B 3.BD 4．A 5．AC 6．B 7．CD 8．B 9．A 10．B 11．(1)9.09 m/s2 (2)7.34 km/s 12.
5 宇宙航行
(时间：60分钟)
知识点
基础
中档
稍难
宇宙速度
1、2
3
卫星运动规律
4、5
6
同步卫星
7、8
9
综合提升
12
10、11
13
知识点一 宇宙速度
1．关于第一宇宙速度，下列说法中正确的是
( )．
A．它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度
B．它是人造地球卫星在近地圆形轨道上的最大运行速度
C．它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度
D．它是地球卫星在椭圆轨道上运行时在近地点的速度
解析 第一宇宙速度是人造地球卫星最小发射速度，也是人造地球卫星最大环绕速度．故选B、C.
答案 BC
2．人造卫星绕地球做匀速圆周运动，其运行速率
( )．
A．一定等于7.9 km/s B．等于或小于7.9 km/s
C．一定大于7.9 km/s D．介于7.9～11.2 km/s
解析 由于G＝m，v＝，r越大，v越小，vmax＝ ＝7.9 km/s，故人造卫星速率v≤7.9 km/s，B对．
答案 B
3．若取地球的第一宇宙速度为8 km/s，某行星的质量是地球的6倍，半径是地球的1.5倍，这颗行星的第一宇宙速度约为
( )．
A．16 km/s B．32 km/s C．4 km/s D．2 km/s
解析 第一宇宙速度v＝ ，该星球表面的第一宇宙速度与地球表面的第一宇宙速度之比＝ ＝ ＝2，v1＝2v2＝2×8 km/s＝16 km/s.故A项正确．
答案 A
知识点二 卫星运动规律
4．绕地球运行的人造地球卫星的质量、速率、卫星与地面间距离三者之间的关系是
( )．
A．质量越大，离地面越远，速率越小
B．质量越大，离地面越远，速率越大
C．与质量无关，离地面越近，速率越大
D．与质量无关，离地面越近，速率越小
解析 对人造地球卫星，由万有引力提供向心力，得G＝m，离地面越近，轨道半径r越小，v＝，线速度越大，与质量无关，故选C.
答案 C
5．2009年2月11日，俄罗斯的“宇宙-2251”卫星和美国的“铱-33”卫星在西伯利亚上空约805 km处发生碰撞．这是历史上首次发生的完整在轨卫星碰撞事件．碰撞过程中产生的大量碎片可能会影响太空环境．假定有甲、乙两块碎片，绕地球运动的轨道都是圆，甲的运行速率比乙的大，则下列说法中正确的是
( )．
A．甲的运行周期一定比乙的长
B．甲距地面的高度一定比乙的高
C．甲的向心力一定比乙的小
D．甲的加速度一定比乙的大
解析 根据公式v＝ 和T＝2π可知：A选项不对；再根据公式v＝ 可知：B不对；由于甲离地球较近，碎片质量不确定，故向心力大小不确定，所以C不对，由a＝知，D对．
答案 D
6．2009年2月10日，美国一颗通信卫星与一颗俄罗斯已报废的卫星在太空中相撞．其原因是人造地球卫星在运行中，由于受到稀薄大气的阻力作用，其运动轨道半径会逐渐减小，在此过程中，以下说法错误的是
( )
A．卫星的速率将增大
B．卫星的周期将增大
C．卫星的向心加速度将增大
D．卫星的角速度将增大
解析 对于卫星万有引力提供向心力．
G＝ma＝m＝mω2r＝mr
故a＝，v＝ ，ω＝ ，T＝2π，可见轨道半径减小时，速率v增大，周期T减小，向心加速度a增大，角速度ω增大，故A、C、D正确，B错误．
答案 B
知识点三 同步卫星
7．甲、乙为两颗地球卫星，其中甲为地球同步卫星，乙的运行高度低于甲的运行高度，两卫星轨道均可视为圆轨道．以下判断正确的是
( )．
A．甲的周期大于乙的周期
B．乙的速度大于第一宇宙速度
C．甲的加速度小于乙的加速度
D．甲在运行时能经过北极的正上方
解析 地球卫星绕地球做圆周运动时，万有引力提供向心力，由牛顿第二定律知G＝mr，得T＝2π .r甲>r乙，故T甲>T乙，选项A正确；贴近地表运行的卫星的速度称为第一宇宙速度，由G＝知v＝ ，r乙>R地，故v乙比第一宇宙速度小，选项B错误；由G＝ma，知a＝，r甲>r乙，故a甲
答案 AC
8．我国自行研制发射的“风云一号”“风云二号”气象卫星的飞行轨道是不同的，“风云一号”是极地圆形轨道卫星，其轨道平面与赤道平面垂直，周期为T1＝12 h；“风云二号”是同步卫星，其轨道平面与赤道平面重合，周期为T2＝24 h；两颗卫星相比
( )．
A．“风云一号”离地面较高
B．“风云一号”每个时刻可观察到的地球表面范围较大
C．“风云一号”线速度较大
D．若某时刻“风云一号”和“风云二号”正好同时在赤道上某个小岛的上空，那么再过12小时，它们又将同时到达该小岛的上空
解析 因T1＜T2由T＝ 可得r1＜r2，A错；由于“风云一号”的轨道半径小，所以每一时刻可观察到地球表面的范围较小，B错；由v＝ 可得v1＞v2，C正确；由于T1＝12 h，T2＝24 h，则需再经过24 h才能再次同时到达该小岛上空，D错．
答案 C
9．用m表示地球同步卫星的质量，h表示它离地面的高度，R表示地球的半径，g表示地球表面处的重力加速度，ω表示地球自转的角速度，则同步卫星受到地球对它的万有引力的大小
( )．
A．等于0 B．等于m
C．等于m D．以上结果都不对
解析 求同步卫星受到的万有引力，可以从两个角度考虑：一是万有引力定律，二是向心力公式．F万＝，由于GM＝gR2，故C选项正确，即排除A、D.F万＝F向＝mω2(R＋h)＝，则R＋h＝，所以F万＝mω2＝mω2＝m，故B选项也正确．
答案 BC
10．宇航员在月球上做自由落体实验，将某物体由距月球表面高h处释放，经时间t后落到月球表面(设月球半径为R)．据上述信息推断，飞船在月球表面附近绕月球做匀速圆周运动所必须具有的速率为
( )．
A. B.
C. D.
解析 物体在月球表面做自由落体运动，有h＝gt2，又飞船在月球表面做匀速圆周运动，故有v＝，联立两式得v＝，B正确．
答案 B
11．如图6-5-3所示是“嫦娥一号”奔月示意图，卫星发射后通过自带的小型火箭多次变轨，进入地月转移轨道，最终被月球引力捕获，成为绕月卫星，并开展对月球的探测．下列说法正确的是
( )．
图6-5-3
A．发射“嫦娥一号”的速度必须达到第三宇宙速度
B．在绕月圆轨道上，卫星周期与卫星质量有关
C．卫星受月球的引力与它到月球中心距离的平方成反比
D．在绕月圆轨道上，卫星受地球的引力大于受月球的引力
解析 第三宇宙速度是卫星脱离太阳系的最小发射速度，所以“嫦娥一号”卫星的发射速度一定小于第三宇宙速度，A项错误；设卫星轨道半径为r，由万有引力定律知卫星受到的引力F＝G，C项正确；设卫星的周期为T，由G＝mr得T2＝ r3，所以卫星的周期与月球质量有关，与卫星质量无关，B项错误；卫星在绕月轨道上运行时，由于离地球很远，受到地球引力很小，卫星做圆周运动的向心力主要是月球引力提供，D项错误．
答案 C
12．在圆轨道上运动的质量为m的人造地球卫星，它到地面的距离等于地球半径R，地面上的重力加速度为g，求：
(1)卫星运动的线速度；
(2)卫星运动的周期．
解析 (1)人造地球卫星受地球的引力提供向心力，则＝
在地面，物体所受重力等于万有引力，＝mg
两式联立解得v＝ .
(2)T＝＝＝4π .
答案 (1) (2)4π
13．地球同步卫星绕地球运动的周期T1＝1天，月球是地球的一颗卫星，它绕地球运行的周期T2＝27.3天，已知地球半径R＝6 400 km，同步卫星的高度h＝3.6×104 km，则月球到地心的距离多大？(保留三位有效数字)
解析 设地球质量为M，同步卫星质量为m1，月球的质量为m2，月球到地心的距离为r，则
G＝m1(R＋h) ①
G＝m2r ②
①式除以②式得＝，所以r＝·(R＋h)
＝×(3.6＋0.64)×104 km≈3.84×105 km
答案 3.84×105 km
课件31张PPT。5 宇宙航行1．知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度．
2．理解掌握人造卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系．
3．了解人造卫星的相关知识及我国卫星发射的情况，激发学生的爱国热情．一、人造地球卫星
?牛顿的设想：如图6-5-1所示，当 足够大时，物体将会围绕地球旋转而不再落回地面，成为一颗绕地球转动的 ．图6-5-1速度人造地球卫星万有引力 mω2r 二、宇宙速度7.911.216.7匀速圆周运动地球太阳最小温馨提示 第一宇宙速度7.9km/s，是发射人造卫星的最小速度，也是卫星绕地球做匀速圆周运动的最大速度．三、梦想成真
1957年10月 成功发射了第一颗人造卫星；
1969年7月美国“阿波罗11号”登上 ；
2003年10月15日我国航天员 踏入太空；
2007年10月24日我国“嫦娥一号”发射升空；
2008年9月27日“神舟七号”宇航员翟志刚顺利完成出舱活动任务．
2010年10月1日18时59分57秒“嫦娥二号”卫星在西昌卫星发射中心发射成功．
2011年11月3日和14日，“神舟八号”飞船与“天宫一号”目标飞行器两次成功对接．苏联月球杨利伟一、对三种宇宙速度的理解
?第一宇宙速度(环绕速度)
指人造卫星近地环绕速度，它是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所具有的速度，是人造地球卫星的最小发射速度，v＝7.9 km/s.?第二宇宙速度(脱离速度)
在地面上发射物体，使之能够脱离地球的引力作用，成为绕太阳运动的人造行星或绕其他行星运动的人造卫星所必需的最小发射速度，其大小为v＝11.2 km/s.
?第三宇宙速度(逃逸速度)
在地面上发射物体，使之最后能脱离太阳的引力范围，飞到太阳系以外的宇宙空间所必需的最小速度，其大小为v＝16.7 km/s.特别提醒 (1)第一宇宙速度是人造卫星的最大环绕速度，也是最小发射速度．
(2)三个宇宙速度分别为三种不同情况下在地面附近的最小发射速度．地球同步卫星
(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着地球同步卫星，又叫通信卫星．
(2)特点
①同步卫星的运行方向与地球自转方向一致．
②同步卫星的运转周期与地球自转周期相同，T＝24 h.
③同步卫星的运行角速度等于地球自转的角速度．
④同步卫星的轨道平面均在赤道平面上，即所有的同步卫星都在赤道的正上方．【典例1】 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．角速度变小卫星运动规律 借题发挥 在讨论卫星做圆周运动的v、ω、T、an和r关系时，只要一个量发生变化，其他的量也一定发生变化．分析思路是：v变化→离(近)心运动→r变化→F引变化→Fn变化→v、ω、T、an变化．【变式1】
人造卫星在太空绕地球运行的过程中，若天线偶然折断，天线将
( )．
A．继续和卫星一起沿轨道运动
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
解析 折断的天线同卫星的速度相同，即它不会做离心或近心运动，仍沿原轨道运动，A对．
答案 A【典例2】 如图6-5-2所示，发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送入同步圆轨道3.轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点，则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是
( )．地球同步卫星 图6-5-2A．卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率
B．卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度
C．卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点 时的加速度
D．卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点 时的加速度【变式2】
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单击此处进入 课堂对点演练单击此处进入 活页规范训练五、宇宙航行
［要点导学］
1．第一宇宙速度的推导
方法一：设地球质量为M，半径为R，绕地球做匀速圆周运动的飞行器的质量为m，飞行器的速度（第一宇宙速度）为v。
飞行器运动所需的向心力是由万有引力提供的，近地卫星在“地面附近”飞行，可以用地球半径R代表卫星到地心的距离，所以，由此解出v=_____。
方法二：物体在地球表面受到的引力可以近似认为等于重力，所以，解得v=_____。
关于第一宇宙速度有三种说法：第一宇宙速度是发射人造地球卫星所必须达到的最小速度，是近地卫星的环绕速度，是地球卫星的最大运行速度。
另外第一宇宙速度是卫星相对于地心的线速度。地面上发射卫星时的发射速度，是卫星获得的相对地面的速度与地球自转速度的合速度。所以赤道上自西向东发射卫星可以节省一定的能量。
2．第二宇宙速度，是飞行器克服地球的引力，离开地球束缚的速度，是在地球上发射绕太阳运行或飞到其他行星上去的飞行器的最小发射速度。其值为：________。第三宇宙速度，是在地面附近发射一个物体，使它挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外，必须达到的速度。其值是_________。
3．人造地球卫星
（1）人造地球卫星的轨道和运行速度
卫星地球做匀速圆周运动时，是地球的引力提供向心力，卫星受到地球的引力方向指向地心，而做圆周运动的向心力方向始终指向圆心，所以卫星圆周运动的圆心和地球的地心重合。这样就存在三类人造地球卫星轨道：①赤道轨道，卫星轨道在赤道平面，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，卫星通过两极上空；③一般轨道，卫星轨道和赤道成一定角度。
对于卫星的速度要区分发射速度和运行速度，发射速度是指将卫星发射到空中的过程中，在地面上卫星必需获得的速度，等于第一宇宙速度，卫星能在地面附近绕地球做匀速圆周运动，大于第一宇宙速度而小于第二宇宙速度时，卫星做以地球为焦点的椭圆轨道运动。运行速度是指卫星在正常轨道上运动时的速度，如果卫星做圆周运动，根据万有引力提供向心力，得，可见，轨道半径越大，卫星的运行速度越小。实际上卫星从发射到正常运行中间经历了一个调整、变轨的复杂过程。
4．同步卫星，是指相对于地面静止的卫星。同步卫星必定位于赤道轨道，周期等于地球自转周期。知道了同步卫星的周期，就可以根据万有引力定律、牛顿第二定律和圆周运动向心加速度知识，计算同步卫星的高度、速度等有关数据。
5．人造地球卫星内的物体也受到地球的引力，卫星内物体受到地球的引力正好提供物体做圆周运动的向心力，物体处于完全失重状态。
6．人造地球卫星的应用主要有：返回式遥感卫星、通信卫星、气象卫星
7．如果星球的密度很大，它的质量很大而半径又很小，它表面的逃逸速度很大，连光都不能逃逸，那么即使它确实在发光，光也不能进入太空，我们就看不到它。这种天体称为黑洞。
［范例精析］
例1：无人飞船“神舟二号”曾在离地面高度H=3.4×105m的圆轨道上运行了47h，求这段时间里它绕地球多少周？（地球半径R=6.37×106m，重力加速度g=9.8m/s2）
解析：47h内“神舟二号”绕地球运行多少周，也就是说47h有几个周期，本题关键是求“神舟二号”的运行周期。可以根据万有引力提供向心力这个思路来求周期T。
设“神舟二号”的质量为m，它在地面上的重力近似等于它受地球的万有引力，有
在空中运行时有
解得：=5474s=1.52h
47h内绕地球运行的圈数周
答：47h内“神舟二号”绕地球运行的圈数为31周。
拓展：本题主要综合应用万有引力定律，牛顿第二定律，和向心力公式，求圆周运动周期。其中又将物体在地球表面的重力近似看作物体受到的万有引力，由得到代换式：。向心加速度的表达式可根据具体问题选用。
例2：已知地球半径R=6.4×106m，地球质量M=6.0×1024kg，地面附近的重力加速度g=9.8m/s2，第一宇宙速度v1=7.9×103m/s。若发射一颗地球同步卫星，使它在赤道上空运转，其高度和速度应为多大？
解析：所谓同步，就是卫星相对于地面静止即卫星运转周期等于地球自转周期。由于是万有引力提供向心力，卫星的轨道圆心应该在地球的地心，所以同步卫星的轨道只能在地球赤道上方。该题的计算思路仍然是万有引力提供向心力
设同步卫星的质量m，离地高度h，速度为v，周期为T（等于地球自转周期）
方法一：
解得：=3.56×107m
3.1×103m/s
方法二：若认为同步卫星在地面上的重力等于地球的万有引力，有
解联立方程得：=3.56×107m
方法三：根据第一宇宙速度v1，有
解得：=3.56×107m
答：同步卫星的高度为3.56×107m，速度是3.1×103m/s。
拓展：根据万有引力提供向心力列式求解，是解决此类问题的基本思路。在本题中又可以用地面重力加速度、第一宇宙速度这些已知量做相应代换。
本题计算得到的同步卫星运行速度为3.1×103m/s，比第一宇宙速度v1=7.9×103m/s小得多。第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度，同步卫星是在高空中做匀速圆周运动，它的速度小于第一宇宙速度。同步卫星发射时的速度大于第一宇宙速度，一开始做大椭圆轨道运动，随后在高空中进行调整最后进入同步轨道做匀速圆周运动，速度比第一宇宙速度小。
［能力训练］
1．航天飞机绕地球做匀速圆周运动时，机上的物体处于失重状态，是指这个物体（CD）
A.不受地球的吸引力
B.受到地球吸引力和向心力平衡
C.受到地球的引力提供了物体做圆周运动的向心力
D.对支持它的物体的压力为零
2．关于宇宙速度，下列说法正确的是（A）
A．第一宇宙速度是能使人造地球卫星绕地球飞行的最小发射速度
B．第一宇宙速度是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度
C．第二宇宙速度是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度
D．第三宇宙速度是发射人造地球卫星的最小速度
3．地球半径为R，地面重力加速度为g，地球自转周期为T，地球同步卫星离地面的高度为h，则地球同步卫星的线速度大小为（AC）
4．当人造卫星绕地球做匀速圆周运动时，其绕行速度（B）
A.一定等于7.9千米/秒 B.一定小于7.9千米/秒
C.一定大于7.9千米/秒 D.介于7.9～11.2千米/秒
5．关于地球同步卫星，下列说法中正确的是（ACD）
A．它的速度小于7.9km/s
B．它的速度大于7.9km/s
C．它的周期是24h,且轨道平面与赤道平面重合
D．每一个地球同步卫星离开地面的高度是一样的
6．人造地球卫星由于受大气阻力，其轨道半径逐渐减小，其相应的线速度和周期的变化情况是（D）
A.速度减小，周期增大 B.速度减小，周期减小
C.速度增大，周期增大 D.速度增大，周期减小
7．宇航员在一个半径为R的星球上，以速度v0竖直上抛一个物体，经过t秒后物体落回原抛物点，如果宇航员想把这个物体沿星球表面水平抛，而使它不再落回星球，则抛出速度至少应是（B）
8．已知近地卫星的速度为7.9km/s，月球质量是地球质量的1/81，地球半径是月球半径的3.8倍。则在月球上发射“近月卫星”的环绕速度是多少？1.7km/s
9．1970年4月25日18点，新华社授权向全世界宣布：1970年4月24日，中国成功地发射了第一颗人造卫星，卫星向全世界播送“东方红”乐曲。已知卫星绕地球一圈所用时间T=114分钟，地球半径R=6400km，地球质量M=6×1024kg。试估算这颗卫星的离地平均高度。1.4×106m
10．某物体在地面上受到的重力为160N，将它放置在卫星中，在卫星以加速度a=g/2随火箭向上加速上升的过程中，物体与卫星中的支持物间的压力为90N，地球半径为R0=6.4×106m，取g=10m/s2。求此时卫星离地球表面的距离。
1.92×107m
11．组成星球的物质是靠引力吸引在一起的，这样的星球有一个最大的自转速率，如果超过了该速率，星球的万有引力将不足以维持赤道附近的物体做圆周运动。已知一个星球的质量为M，半径为R，假设该星球是均匀分布的，求它的最小自转周期。
12．1997年8月26日在日本举行的国际学术大会上，德国Max Plank学会的一个研究组宣布了他们的研究结果：银河系的中心可能存在一个大“黑洞”。所谓“黑洞”，它是某些天体的最后演变结果。
(1)根据长期观测发现，距离某“黑洞”6.0×1012m的另一个星体（设其质量为m2）以２×１０6m/s的速度绕“黑洞”旋转，求该“黑洞”的质量m1;（结果要求二位有效数字）
（2）根据天体物理学知识，物体从某天体上的逃逸速度公式为v= ,其中引力常量Ｇ＝6.67×10-11Ｎm2/kg-2,M为天体质量，Ｒ为天体半径。且已知逃逸的速度大于真空中光速的天体叫“黑洞”。请估算（１）中“黑洞”的可能最大半径。（结果要求一位有效数字）
3.6×1035kg 5×108m
6.5 宇宙航行 同步测试
1、关于环绕地球运转的人造地球卫星，有如下几种说法，其中正确的是 （ )
A. 轨道半径越大，速度越小，周期越长
B. 轨道半径越大，速度越大，周期越短
C. 轨道半径越大，速度越大，周期越长
D. 轨道半径越小，速度越小，周期越长
2、关于第一宇宙速度，下面说法正确的是 ( )
A．它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度
B．它是近地圆形轨道上人造地球卫星的运行速度
C．它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度
D．它是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度
3、关于人造卫星，下列说法正确的是（ ）
A.人造卫星环绕地球的运行的速度可能为5.0km/s
B.人造卫星环绕地球的运行的速度可能为7.9km/s
C.人造卫星环绕地球的运行的周期可能为80min
D.人造卫星环绕地球的运行的周期可能为200min
4、当人造地球卫星已进入预定轨道后，下列说法正确的是（ ）
A.卫星及卫星内的任何物体均不受重力作用
B.卫星及卫星内的任何物体仍受重力作用，并可用弹簧秤直接称出物体所受的重力的大小
C.如果卫星自然破裂成质量不等的两块，则这两块仍按原来的轨道和周期运行
D.如果在卫星内有一个物体自由释放，则卫星内观察者将可以看到物体做自由落体运动
5、在地球（看作质量均匀分布的球体）上空有许多同步卫星，下面说法中正确的是（ ）
A．它们的质量可能不同
B．它们的速度可能不同
C．它们的向心加速度可能不同
D．它们离地心的距离可能不同
6、同步卫星离地心的距离为，运行速度为，加速度，地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度第一宇宙速度为，地球的半径为，则（ ）
A． B． C． D．
7、 人造卫星绕地球做匀速圆周运动，设地球的半径为R，地面处的重力加速度为g，则人造卫星： ( )
A．绕行的最大线速度为
B．绕行的最小周期为
C．在距地面高为R处的绕行速度为
D．在距地面高为R处的周期为
8、宇宙飞船要与环绕地球运转的轨道空间站对接，飞船为了追上轨道空间站 ( )
A．可以从较低轨道上加速
B．可以从较高轨道上加速．
C．只能从与空间站同一高度轨道上加速
D．无论在什么轨道上，只要加速都行
9、发射地球同步卫星时，先将卫星发射到近地圆轨道1，然后在圆轨道1的Q点经点火使卫星沿椭圆轨道2运行，待卫星到椭圆轨道2上距地球最远点P处，再次点火，将卫星送入同步圆轨道3，如图所示．则卫星在轨道1、2和3上正常运行时，有 ( )
A．卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率
B．卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度
C．卫星在轨道1上经Q点的加速度等于它在轨道2上经Q点的加速度
D．卫星在轨道2上运行时经过P点的加速度跟经过Q点的加速度相等
10、1998年8月20日，中国太原卫星发射中心为美国“铱”星公司成功发射了两颗“铱”星系统的补网星。1998年9月23日，“铱”卫星通讯系统正式投入商业运行，标志着一场通讯技术革命开始了。原计划的“铱”卫星通讯系统是在距地球表面780 km的太空轨道上建立一个由77颗小卫星组成的星座。这些小卫星均匀分布在覆盖全球的7条轨道上，每条轨道上有11颗卫星，由于这一方案的卫星排布像化学元素“铱”原子的核外77个电子围绕原子核运动一样，所以称为“铱”星系统。后来改为由66颗卫星，分布在6条轨道上，每条轨道上由11颗卫星组成，仍称它为“铱”星系统。“铱”星系统的66颗卫星，其运行轨道的共同特点是 (
A．以地轴为中心的圆形轨道
B．以地心为中心的圆形轨道
C．轨道平面必须处于赤道平面内
D．铱星运行轨道远低于同步卫星轨道
11、在地球大气层外有很多太空垃圾绕地球做匀速圆周运动，每到太阳活动期，由于受太阳的影响，地球大气层的厚度开始增加，而使得部分垃圾进入大气层，开始做靠近地球的向心运动，产生这一结果的原因是 (
A．由于太空垃圾受到地球引力减小而导致的向心运动
B．由于太空垃圾受到地球引力增大而导致的向心运动
C．由于太空垃圾受到空气阻力而导致的向心运动
D．地球的引力提供了太空垃圾做匀速圆周运动所需的向心力，故产生向心运动的结果，与空气阻力无关
12、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，只要它们的运行速度相等，不管它们的质量、形状差别有多大，它们的轨道相同，周期也相等
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，故飞行速度减小
13、在某星球上，宇航员用弹簧称称得质量为的砝码的重为，乘宇宙飞船在靠近该星球表面空间飞行，测得其环绕周期是。根据上述数据，试求该星球的质量
14、一宇航员在某一行星的极地着陆时，发现自己在当地的重力是在地球上重力的0.01倍，进一步研究还发现，该行星一昼夜的时间与地球相同，而且物体在赤道上完全失去了重力，试计算这一行星的半径。
15、如图所示，火星和地球绕太阳的运动可以近似看作在同一平面内同方向的匀速圆周运动，已知火星的轨道=2.3×1011m，地球的轨道半径=1.5×1011m，从图示的火星与地球相距最近的时刻开始计时，试估算火星再次与地球相距最近需经多长时间。（以年为单位计算)
参考答案
1、【答案】:A
2、【答案】:BC
3、【答案】:ABD
4、【答案】:C
5、【答案】:A
【解析】：地球同步卫星的有关知识必须引起高度重视，因为在高考试题中多次出现。所谓地球同步卫星，是相对地面静止的且和地球有相同周期、角速度的卫星。其运行轨道与赤道平面重合。
6、【答案】:AC
7、【答案】:AB
8、【答案】:A
9、【答案】:BC
10、【答案】:BD
11、【答案】:C
12、【答案】:AB
13、
【解析】：由① ② ①②两式联立即可
14、【答案】: m
【解析】：① ② ①②联立
15、【答案】: 2.1年
课件26张PPT。§6.5 宇宙航行嫦娥奔月外国人的飞天梦古人的梦想第5节 宇 宙 航 行牛顿的设想英国科学家牛顿(1643-1727)自主探究：计算第一宇宙速度已知：地球的质量M=5.98×1024kg ,半径R=6400km,引力常量G=6.67×1011N·m2/kg-2,如何求第一宇宙速度？第5节 宇 宙 航 行1、第一宇宙速度一、宇宙速度 物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速
度，叫做第一宇宙速度。环绕速度思考： 若地球质量未知，而知道地球表面的重力加速度 g=9.8m/s2， 地球半径R=6400km,能否求出第一宇宙速度？？脱离速度 当物体的速度等于或大16.7km/s时，物体可以挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间。我们把16.7km/s叫做第三宇宙速度。逃逸速度2、第二宇宙速度 当物体的速度等于或大于11.2km/s时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。我们把11.2km/s叫做第二宇宙速度。 3、第三宇宙速度第5节 宇 宙 航 行3、第三宇宙速度（逃逸速度）：v =16.7千米/秒
（卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度）1、第一宇宙速度（环绕速度）：v =7.9千米/秒
（地球卫星最大的绕行速度，地球卫星的最小发射速度）2、第二宇宙速度（脱离速度）：v =11.2千米/秒
（卫星挣脱地球束缚变成小行星的最小发射速度）或小结第5节 宇 宙 航 行人造卫星的发射V=7.9km/s11.2km/s>V>7.9km/s人造卫星发射动画演示探究：
已知：地球质量M，半径R，卫星距地
面高度h，引力常量G .探究卫星的v 、T与
高度h的关系.第5节 宇 宙 航 行二、人造地球卫星地球动画演示第5节 宇 宙 航 行“高轨低速长周期”同步卫星近地卫星月球近地卫星、同步卫星、月球三者比较第5节 宇 宙 航 行拓展: 人造卫星的应用资源卫星技术实验卫星科学探测卫星通信卫星快速侦测卫星人类航天始祖 美国火箭学家赫伯特·基姆在1945年出版的《火箭和喷气发动机》一书中提到，“约当14世纪之末，有一位名叫“万户”的中国官员，他在一把座椅的背后，装上47枚当时能买到的最大火箭。他把自己捆绑在椅子的前边，两只手各拿一个大风筝。然后叫他的仆人同时点燃47枚大火箭，其目的是想借火箭向前推进的力量，加上风筝上升的力量飞向前方。他的目标是月亮……” 。英国、德国和前苏联的一些火箭专家，在他们的著作中也提到或引用了这件事。可见，万户被世界公认为人类的航天始祖。为了纪念这位“人类第一个试图利用火箭飞行的人” ，国际天文联合会将月球上的一座环形山命名为“万户山”。
第5节 宇 宙 航 行航天科学的三位先驱 俄国和苏联科学家，现
代航天学和火箭理论的奠
基人. 1903年发表了《利
用喷气工具研究宇宙空间》
一文和以他的名字命名的
公式，奠定了火箭和液体
发动机的理论基础,还证明
了脱离地球引力必须使用
多级火箭。
“火箭之父”－齐奥尔科夫斯基 第5节 宇 宙 航 行航天科学的三位先驱 美国教授、工程师和发明
家，液体火箭的发明者。他于
1926年3月16日发射了世界第
一枚液体火箭。戈达德共获得
了214项专利，其中83项专利
在他生前获得。设立于1959
年的美国国家航空航天局戈达、
德太空飞行中心就是以他的名
字命名。月球上的戈达德环形
山（Goddard Crater）也以
他的名字命名。 罗伯特?戈达德 航天科学的三位先驱 德国工程师，在火箭技术
和太空探测等方面都有光辉
成就。他先后为著名的V-1、
V-2火箭的诞生，美国第一颗
卫星的发射成功，以及第一
艘载人登月飞船“阿波罗11号”
登上月球作出突出贡献，而
美国航天飞机的研制也是自
他手中发端。因此，被誉为
“现代航天之父”。 韦纳·冯·布劳恩1957年10月4日，苏联发射
第一颗人造地球卫星。1961年4月12日苏联空军少校
加加林乘坐东方一号载人飞
船进入太空，实现了人类进
入太空的梦想。1969年7月20日，阿波罗11
号将人类送上了月球。三、梦想成真第5节 宇 宙 航 行1970年4月24日我国
第一颗人造卫星升空 我国的航天成就2007年10月24日嫦娥
一号月球探测器发射成功第5节 宇 宙 航 行2003年10月15日
神舟五号杨利伟2005年10月12日
神舟六号
费俊龙聂海胜
2008年9月25日
神舟七号
翟志刚刘伯明
景海鹏
本课小结:⒈宇宙速度
第一宇宙速度：v＝7.9km／s 是卫星发射的最小速度，是卫星绕地球运行的最大速度。
第二宇宙速度：v＝11.2km／s，是卫星挣脱地球束缚的最小发射速度
第三宇宙速度: v＝16.7km／s，是挣脱太阳束缚的最小发射速度。
⒉航天发展史第5节 宇 宙 航 行http://book.sina.com.cn/2003-10-11/3/20013.shtml航天知识简介网址作业：1.问题与练习2、3
2.课外探究活动 收集资料编写相关论文。 我国的航天事业发展的历程及取得的重大成果。
第5节 宇 宙 航 行感 谢 各 位
莅 临 指 导！课件30张PPT。5．宇宙航行 1．第一宇宙速度：表达式为____________或____________，
大小为____________，它是卫星最大的环绕速度，也是卫星最小
的发射速度. (环绕速度：指卫星进入轨道后绕地球做匀速圆周运动
的速度)
2．第二宇宙速度：也叫脱离速度，大小为_________，它表
示当发射速度等于或大于此速度时，物体就会克服地球的引力，永远离开地球．16.7 km/s 3．第三宇宙速度：也叫逃逸速度，大小为__________，它表
示当发射速度等于或大于此速度时，物体就会挣脱太阳引力的束
缚，飞到太阳系外．7.9 km/s11.2 km/s 4．通信卫星绕地球赤道运转，其周期与地球周期相同，这种
卫星称为同步卫星．从地面上看，此卫星像是悬在高空中静止不动．有关同步卫星的叙述，正确的是()D A．它的位置太高，不会受地球引力的作用，所以能悬在高空
静止
B．它受到太阳的引力恰好等于地球对它的引力
C．它受到月亮的引力恰好等于地球对它的引力
D．它受到地球的引力恰好等于它绕地球做匀速圆周运动的向
心力
解析：同步卫星在轨道内只受地球对它的万有引力作用，且
用以提供它做圆周运动的向心力，D 对．知识点1宇宙速度 美国有部电影叫《光速侠》，是说一个叫 Daniel Light 的家
伙在一次事故后，发现自己拥有了能以光速奔跑的能力．
根据所学物理知识分析，如果光速
侠要以光速从纽约跑到洛杉矶救人，可
能实现吗？
图 6－5－1 提示：不可能实现．当人或物体以大于第一宇宙速度的速
度在地表运动时，会脱离地表，到达外太空，即在地表运动的
速度不能超过 7.9 km/s.1．第一宇宙速度：
物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度叫做第一宇宙速度．设地球的质量为 M、半径为 r，则其大小为 v＝＝7.9 km/s，它是地球人造卫星的最小发射速度和最大环绕速
度．2．第二宇宙速度： 当发射物体的速度等于或大于 11.2 km/s 时，物体会挣脱地
球的引力，不再绕地球运行，我们把这个速度叫做第二宇宙速
度．3．第三宇宙速度： 发射速度达到第二宇宙速度的物体虽然挣脱了地球引力的
束缚，但还受到太阳引力的作用，要使物体挣脱太阳引力的束
缚，飞到太阳系外，必须使发射速度等于或大于 16.7 km/s，这
个速度叫做第三宇宙速度． 【例1】若取地球的第一宇宙速度为 8 km/s，某行星的质
量是地球的 6 倍，半径是地球的 1.5 倍，这行星的第一宇宙速度约为()A. 16 km/s
B．32 km/s
C. 4 km/s
D．2 km/s答案：A【触类旁通】1.关于地球的第一宇宙速度，下列表述正确的是()AA.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知识点2人造地球卫星 探索宇宙的奥秘，奔向广阔的太空，是人类自古以来的梦
想，人类是借助于火箭完成飞向太空的壮举的．
我国首个空间实验室“天宫一号”于 2011 年9 月29 日发
射升空．按计划与“神舟”八号、“神舟”九号和“神舟”十
号进行无人和人工对接，实现我国航天器空间对接技术．“神
舟”八号于 2011 年 11 月 1 日凌晨发射，这次发射的主要任务
是与“天宫一号”对接……图 6－5－2图 6－5－3讨论：苏联“神舟”五号杨利伟 (1)1957 年 10 月 4 日，_______发射了第一颗人造地球卫星．
(2)2003 年 10 月 15 日，我国的_____________宇宙飞船在酒
泉卫星发射中心成功发射，把我国第一位航天员_______送入太
空，成为继苏联、美国后，第三个依靠自己的力量将宇航员送上
太空的国家．1．人造地球卫星的轨道： 卫星绕地球做匀速圆周运动时，由地球对它的万有引力提
供向心力，地球对卫星的万有引力指向地心．而做匀速圆周运
动的物体的向心力时刻指向它所做圆周运动的圆心．因此卫星
绕地球做匀速圆周运动的圆心必与地心重合．这样就存在三类
人造地球卫星轨道(如图 6－5－4 所示)：(1)赤道轨道：卫星的轨道在赤道平面上，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，卫星通过两极上空．(3)一般轨道：卫星轨道和赤道成一定的角度．图 6－5－42．人造地球卫星的最小周期：人造地球卫星的周期与轨道半径的关系为T＝2π.由此可知，卫星的轨道半径 r 越大，周期 T 越大．显然，卫星以
第一宇宙速度在地球表面附近绕地球运动时的周期最小，最小
周期约为 84.8 min.3．人造地球卫星的运行速度和发射速度的区别：度指的是人造地球卫星在轨道上运行时的速度，其大小随轨道
半径的增大而减小，所以卫星的运行速度 v≤7.9 km/s.但由于人
造地球卫星在发射过程中要克服地球引力做功，势能增大，所
以将卫星发射到离地球越远的轨道上，在地面所需要的发射速
度越大，卫星的最小发射速度为 7.9 km/s.4．人造地球卫星的超重与失重： (1)发射和回收阶段：卫星发射加速上升的过程和卫星回收
进入大气层减速下降的过程中，都具有向上的加速度，这时发
生超重现象． (2)沿圆轨道正常运行：卫星进入圆轨道正常运行以后，只
受重力，向心加速度为 g，卫星及卫星上的任何物体都处于完
全失重状态．凡是应用重力原理制成的仪器(天平、水银气压计
等)在卫星中都不能正常使用，凡是与重力有关的实验在卫星中
都无法进行．5．地球同步卫星：(1)同步卫星：与地球同步转动，又称静止卫星(相对于地球表面静止不动)或通信卫星．(2)同步卫星的特点：①周期 T、角速度ω与地球自转的周期和角速度相同，T＝24 h. ②轨道确定：因为ω、T 与地球自转的ω、T 相同，又在做
匀速圆周运动，所以只能在赤道面上同地球自转同步．(R＋h)＝m 2 (R＋h)，式中的 如图 6－5－5 所示，假设卫星在轨道 B 跟着地球的自转同
步地做匀速圆周运动，卫星运动的向心力由地球对它的引力 F引的一个分力 F1 提供，由于另一个分力 F2 的作用将使卫星靠向赤道；故只有在赤道上空，同步卫星才可能在稳定的轨道上运
行，因此，所有的同步卫星只能在赤道
的正上方，且在一定高度处．因为GMm24π2
TR 为地球半径，h 为卫星离地面的高度，经计算得 h＝3.6×104 km.图 6－5－5【例2】(双选)下列关于地球同步卫星的说法，正确的是() A．为避免通信卫星在轨道上相撞，应使它们运行在不同
的轨道上
B．通信卫星定点在地球赤道上空某处，所有通信卫星的
周期都等于地球的自转周期
C．不同国家发射通信卫星的地点不同，这些卫星的轨道
不一定在同一平面上
D．不同通信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：通信卫星为同步卫星，地球同步卫星都在同一轨道
上，且相对静止，A 错误，D 正确；同步卫星的运行周期与地
球的自转周期一致，B 正确，C 错误．答案：BD 【例3】在天体演变的过程中，红巨星发生“超新星爆炸”
后，可以形成中子星(电子被迫同原子核中的质子相结合而形成
中子)，中子星具有极高的密度．若已知某中子星的密度为 1017
kg/m3，该中子星的卫星绕它做圆轨道运动，试求该中子星的卫星运行的最小周期．(引力常量 G＝6.67×10－11N·m2/kg2)【触类旁通】2．人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其速率()A．一定等于 7.9 km/sB B．等于或小于 7.9 km/s
C．一定大于 7.9 km/s
D．介于 7.9 km/s 和 11.2 km/s 之间
解析：第一宇宙速度为 7.9 km/s，是卫星绕地球做匀速圆
周运动的最大运行速度． 3．地球的半径为 R0，地球表面的重力加速度为 g，一个质
量为 m 的人造卫星，在离地面高度为 h＝R0 的圆形轨道上绕地球运行，则()答案：A卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系 【例4】人造地球卫星在运行中，由于受到稀薄大气的阻
力作用，其运动轨道半径会逐渐减小，在此过程中，以下说法错误的是()A．卫星的速率将增大
B．卫星的周期将增大
C．卫星的向心加速度将增大
D．卫星的角速度将增大
答案：B【触类旁通】
4．(双选)如图 6－5－6 所示，T 代表“天宫一号”飞行器，
S 代表“神舟”八号飞船，它们都绕地球做匀速圆周运动，则()图 6－5－6ADA.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
D.S 和 T 的速度都小于环绕速度 7.9 km/s 