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7.4宇宙航行
目 录
一、人造地球卫星
二、同步卫星、近地卫星、赤道物体
三、宇宙速度
四、卫星变轨
人造卫星
01
一人造卫星
一、人造卫星
1.人间：表面重力由万有引力提供
一般卫星怎么动
2.天上：天体做圆周运动的向心力由万有引力提供
匀速圆周运动
一、人造卫星
2.天上：天体做圆周运动的向心力由万有引力提供
知r,比较其他物理量
1.卫星都是在天上，并且围绕同一个中心天体运动
2.适用高轨低速大周期
题组一　卫星运行参量的分析与比较
常考题型
题1 [多选］有两颗质量相同的人造卫星A、B，其轨道半径分别为RA、RB，R=∶R==1∶4，那么下列判断中正确的有（　　）
A．它们的运行周期之比TA∶TB=1∶8
B．它们的运行线速度之比vA∶vB=4∶1
C．它们所受的向心力之比FA∶FB=4∶1
D．它们的运行角速度之比ωA∶ωB=8∶1
【解析】A对：据 =mR ，可得T= ；两卫星轨道半径之比RA∶RB=1∶4，则它们的运行周期之比TA∶TB= ： =1∶8。
B错：据 ，可得v= ；两卫星轨道半径之比RA∶RB=1∶4，则它们的运行线速度之比vA∶vB=2∶1。
C错：向心力Fn= ，质量相同的人造卫星A、B，轨道半径之比RA∶RB=1∶4，它们所受的向心力之比
FA∶FB=16∶1。D对：据 =mRω2，可得ω= ，两卫星轨道半径之比RA∶RB=1∶4，则它们的运行角速度之比ωA∶ωB=8∶1。【答案】AD
题2［多选］“土卫5”在距离土星表面高度为h的轨道上做匀速圆周运动。已知土星半径为R，土星表面的重力加速度为g，引力常量为G，则（　　）
A．“土卫5”绕土星运行的周期为
B．“土卫5”绕行的速度为
C．“土卫5”绕土星运行的角速度为
D．“土卫5”轨道处的重力加速度
CD
题3 两颗人造卫星A、B绕地球做圆周运动的周期之比TA∶TB=1∶8，则轨道半径之比和运行速率之比分别为（　　）
A．rA∶rB=4∶1　vA∶vB=1∶2
B．rA∶rB=4∶1　vA∶vB=2∶1
C．rA∶rB=1∶4　vA∶vB=2∶1
D．rA∶rB=1∶4　vA∶vB=1∶2
C
极地卫星、赤道物体、近地卫星、同步卫星
02
（3）近地卫星：
指卫星轨道半径近似等于地球半径，即贴近地表。
（1）极地卫星：
卫星的轨道平面过南北两极（由于地球的自转，可观测到地球任意位置）
（2）赤道物体：
在地球上（人间）
看见小g，想MG
二、极地卫星、赤道物体、近地卫星、同步卫星
二、极地卫星、赤道物体、近地卫星、同步卫星
（4）同步卫星：相对地面静止，和地球具有相同周期的卫星
特点：
1、定点在赤道的正上方
2、T同步=T地球=1天 W同步=W地球
3、7个一定：轨道平面、绕行方向、 T、 ω 、h、 v、 a
4、2个不定：F、m
题组二　同步卫星
题4 2015年12月29日，“高分四号”卫星升空。这是我国“高分”专项首颗高轨道、高分辨率的光学遥感卫星，也是世界上空间分辨率很高、幅宽很大的地球同步轨道遥感卫星。下列关于“高分四号”地球同步卫星的说法中正确的是（　　）
A．该卫星定点在北京上空
B．该卫星定点在赤道上空
C．它的高度和速度是一定的，但周期可以是地球自转周期的整数倍
D．它的周期和地球自转周期相同，但高度和速度可以选择，高度增大，速度减小
【解析】A错，B对：“高分四号”地球同步卫星相对地面静止不动，所以必须定点在赤道上空。
C、D错：因为地球同步卫星要和地球自转同步，即它们的周期T与角速度相同，根据 =mω2r= ，可知ω一定，则r一定，且v也是确定的。
【答案】B
二、极地卫星、赤道物体、近地卫星、同步卫星
A：赤道物体
B：近地卫星
C：同步卫星
比较：赤道物体、近地卫星、同步卫星、
①同步卫星和赤道上的物体
共同点：T和ω相同（T=24h）
（r同>R地）同步卫星的v、an较大，ω、T相同
高轨低速大周期
②近地卫星和同步卫星
共同点：
题5［多选］已知地球赤道上的物体随地球自转的线速度大小为v1、向心加速度大小为a1，近地卫星的线速度大小为v2、向心加速度大小为a2，地球同步卫星的线速度大小为v3、向心加速度大小为a3。设近地卫星距地面的高度不计，同步卫星距地面的高度约为地球半径的6倍，则以下结论正确的是（　　）
A． = 　　　B． = 　　　C． 　　　 D．
CD
题组三：比较赤道物体、近地卫星、同步卫星、
宇宙速度
03
三、宇宙速度
要让地球上的物体脱离地球到外太空
牛顿设想：把物体从高山上水平抛出，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次远；抛出速度足够大时，物体就不会落回地面，成为人造地球卫星。你知道这个速度究竟有多大吗？
三、宇宙速度
三、宇宙速度
会算第一宇宙速度
理解最大速度，最小速度
三、宇宙速度
1.第一宇宙速度的计算
①.人间：表面重力由万有引力提供
以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？
（已知Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2，地球质M=6×1024kg，地球半径R=6400km，地球表面重力加速度g=9.8m/s2）
物体在地球附近做匀速圆周运动的速度
三、宇宙速度
1.第一宇宙速度的计算
②.天上：天体做圆周运动的向心力由万有引力提供
物体在地球附近做匀速圆周运动的速度
r=R
三、宇宙速度
第一宇宙速度知识点整理
1.V1是最小的发射速度（速度更小发射不出去）
最大的环绕速度（速度更大会飞出去）
2.卫星发射速度要大于7.9km/s
3.同步卫星环绕速度小于7.9kn/s
三、宇宙速度
2.第二宇宙速度（逃逸速度）
V2=11.2 km/s叫作第二宇宙速度
V2>11.2 km/s 逃离地球
V↑,Fn↑,离心运动
三、宇宙速度
3.第三宇宙速度（脱离速度）
V2=16.7 km/s叫作第三宇宙速度
V2>16.7 km/s 脱离太阳系
V↑,Fn↑,离心运动
三、宇宙速度
4.认识三种宇宙速度
注意：
地面发射速度V发
V发=7.9km/s,卫星绕地球运动匀速圆周运动
7.9km/sV发>11.2km/s，卫星脱离地球的吸引
11.2km/sV发>16.7km/s，卫星脱离太阳的吸引
提到发射速度都要高于宇宙速度
题组二　宇宙速度
题5 已知火星的质量约为地球质量的 ，火星的半径约为地球半径的 。下列关于火星探测器的说法正确的是（　　）
A．发射速度只要高于第一宇宙速度即可
B．发射速度只有达到第三宇宙速度才可以
C．发射速度不能低于第二宇宙速度
D．火星探测器环绕火星运行的最大速度为地球第一宇宙速度的
【解析】A、B错，C对：火星探测器前往火星，脱离地球引力束缚，还在太阳系内，发射速度应大于第二宇宙速度，可以小于第三宇宙速度。
D错：由 = 得，v= ，已知火星的质量约为地球质量的 ，火星的半径约为地球半径的 ，可得火星的第一宇宙速度与地球第一宇宙速度之比
= = = 。
【答案】　C
四、卫星变轨
如图所示，四颗卫星均绕地球做匀速圆周运动，方向均为逆时针方向。如果卫星3想追上卫星1，应该如何操作？
不能直接加速或减速，如果加速，则卫星做离心运动，会进入外层轨道；如果减速，则卫星做向心运动，会进入内层轨道。
故可以先加速后减速或先减速后加速
卫星变轨
04
四、卫星变轨
1、线速度比较
1 2轨道相切点P： v2>v1（加速）
2 3轨道相切点Q：v4>v3（加速）
1 3轨道线速度：v1>v4（高轨低速）
v2>v1>v4>v3
四、卫星变轨
2、F万和加速度a比较
F2=F1 F3=F4 （同点半径相同）
a2=a1 a3=a4 （质量相同）
对于P、Q两个点
加速度不变，万有引力不变
四、卫星变轨
3、三轨道的运行周期T：
T1题12［多选］设卫星在近地圆轨道上运行的速率为v1，在P点经极短时间变速后的速率为v2，沿转移轨道刚到达远地点Q时的速率为v3，在Q点经极短时间变速后进入同步轨道后的速率为v4。下列关系正确的是（　　 ）
A．v1BCD
题13 ［多选］某人造地球卫星发射时，先进入椭圆轨道Ⅰ，在远地点A加速变轨进入圆轨道Ⅱ。已知轨道Ⅰ的近地点B到地心的距离近似等于地球半径R，远地点A到地心的距离为3R，则下列说法正确的是（　　）
A．卫星在B点的加速度是在A点加速度的3倍
B．在B点地球对卫星的万有引力是在A点地球对卫星万有引力的9倍
C．卫星在轨道Ⅱ上的运行周期是在轨道Ⅰ上运行周期的
倍
D．卫星在轨道I上B点的线速度小于第一
宇宙速度
BC
牛顿力学的局限性
05

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