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7.4 宇宙航行
高中物理必修二
一、三种宇宙速度的理解
物理观念 情 境 数值
第一宇宙速度 人造卫星的最小发射速度
第二宇宙速度 挣脱地球引力束缚的最小发射速度
第三宇宙速度 挣脱太阳引力束缚的最小发射速度
复习回顾
7.9 km/s
11.2 km/s
16.7 km/s
(1)由G=m得：v=
(2)由G=mω2r得：ω=
(3)由G=man得：an=
(4)由G=mr得：T=2π
二、人造卫星的参量变化
高轨低速大周期
R为地球的半径，h为卫星距地面的高度
近地卫星
h≈0
r=6.4×106m
v=7.9km/s
T=84分钟
7.4宇宙航行
【例1】　(多选)甲、乙两颗人造卫星质量相等，均绕地球做圆周运动，甲的轨道半径是乙的2倍。下列应用公式进行的推论正确的有 (　　)
A．由v＝可知，甲的速度是乙的倍
B．由a＝ω2r可知，甲的向心加速度是乙的2倍
C．由F＝G可知，甲的向心力是乙的
D．由＝k可知，甲的周期是乙的2倍
　C D
7.4宇宙航行
【例2】　登上火星是人类的梦想，“嫦娥之父”欧阳自远透露：中国计划于2030年登陆火星。地球和火星公转视为匀速圆周运动，忽略行星自转影响。根据下表，火星和地球相比 (　　)
A. 火星的公转周期较小
B．火星做圆周运动的加速度较小
C．火星表面的重力加速度较大
D．火星的第一宇宙速度较大
行星 半径/m 质量/kg 轨道半径/m
地球 6.4×106 6.0×1024 1.5×1011
火星 3.4×106 6.4×1023 2.3×1011
B
7.4宇宙航行
1.定义：指相对于地面静止的和地球具有相同周期的卫星，也叫“静止卫星”。
所有的同步卫星只能分布在赤道正上方的一个确定轨道，即同步卫星轨道平面与赤道平面重合。
7.4宇宙航行
三、地球同步卫星
2、地球同步卫星的运行特征
①定轨道平面,其运行轨道平面在赤道平面内；
②定周期,即运行周期等于地球自转周期（24 h）；
③定高度，即离地面高度一定（h=36000 km）；
④定速率，即运行速度一定（v≈3.1km/s）；
⑤绕行方向一定，与地球自转方向相同。
7.4宇宙航行
≈ 3.6×107m
≈ 5.6R
≈ 3.1×103m/s
T固定，则：r v ω a “全部固定”。
三、地球同步卫星
3、同步卫星的应用：主要用于通信（通信卫星）
3颗同步卫星可实现全球覆盖
7.4宇宙航行
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。截止2012年，已发射100多颗。
三、地球同步卫星
（一）几组易混淆的概念
1 ．两个半径——天体半径和卫星轨道半径
①天体半径R：在中学物理中通常把天体看成一个球体，天体半径就是球的半径，反映了天体的大小．
②卫星轨道半径r：卫星绕中心天体做圆周运动的轨道圆的半径．
[特别提醒]　当卫星贴近天体表面运动时，可近似认为r＝R.
7.4宇宙航行
小结
2 ．两种速度——运行速度、发射速度
比较项目 概念 大小 影响因素
运行速度 卫星绕中心天体做匀速圆周运动的速度 v＝ 轨道半径r越大，v越小
发射速度 在地面上发射卫星的速度 大于或等于7.9 km/s 卫星的运行高度越高，发射速度越大
7.4宇宙航行
小结
3．两种周期——自转周期和公转周期
①自转周期：天体绕自身某轴线转动一周所用的时间，取决于天体自身转动的快慢．
②公转周期：天体绕中心天体做圆周运动一周的时间，由＝mr得T＝2π，取决于中心天体的质量和运行天体到中心天体的距离，与运行天体自身质量无关．
③关系：没有直接联系.
7.4宇宙航行
小结
4 ．万有引力与重力不同
①宇宙间一切物体都是相互吸引的，物体间的这种吸引叫万有引力．地面附近的物体，由于地球的吸引而产生的力叫作重力。重力实际上是地球对物体的万有引力的一个分力，所以物体的重力并不等于地球对物体的万有引力，只是由于两者差距不大，在通常情况下可认为两者近似相等。
7.4宇宙航行
②地球表面附近，重力近似等于万有引力，mg＝，所以g＝(其中g为地表附近的重力加速度，M为地球的质量，R为地球的半径，G为引力常量)．
③离地面高为h处的物体，重力近似等于万有引力，mg′＝，则g′＝
④绕地球运动的物体的重力等于万有引力，且提供向心力mg′＝＝F向
小结
比较同步卫星A、近地卫星B、赤道上物体C的（v、a、T）
赤道
同步卫星
近地卫星
赤道上的物体
r
R
A
B
C
7.4宇宙航行
思考讨论
a物V物三者V的关系:
三者a的关系:
三者T的关系:
T物=T同>T近
三者r的关系: r同 >r物= r近
7.4宇宙航行
赤道上物体（C） 同步卫星 （A） 近地卫星
（B）
相同点
向心力来源
周期
转动半径
都在绕地心做匀速圆周运动
F引-F重=F向
F引=F向
F引=F向
T物=24h
T同=24h
T近=84min
r物=R地
r同=R地+3.6X104km
r近=R地
比较同步卫星A、近地卫星B、赤道上物体C的（v、a、T）
思考讨论
例题:设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，地球半径为R，则( )
A． B．
C． D．
AD
7.4宇宙航行
【例1】　2019年5月17日，我国成功发射第45颗北斗导航卫星，该卫星属于地球静止轨道卫星(同步卫星)．该卫星 (　　)
A．入轨后可以位于北京正上方
B．入轨后的速度大于第一宇宙速度
C．发射速度大于第二宇宙速度
D．若发射到近地圆轨道所需能量较少
　D
7.4宇宙航行
1.(多选）关于第一宇宙速度，下列的说法中正确的是( )
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
BC
随堂练习
7.4宇宙航行
2．“嫦娥五号”探测器自动完成月面样品采集，并从月球起飞，返回地球．若已知月球半径为R，“嫦娥五号”在距月球表面为R的圆轨道上飞行，周期为T，万有引力常量为G，下列说法正确的是(　　)
A．月球的质量为
B．月球表面的重力加速度为
C．月球的密度为
D．月球第一宇宙速度为
B
7.4宇宙航行
3．2021年2月24日，我国首次火星探测任务“天问一号”火星探测器成功实施第三次近火制动，进入距火星最近280 km、最远5.9×104 km、环绕一周需2个火星日的火星停泊轨道上，将在该轨道上运行约3个月后择机实施火星着陆．假设探测器着陆火星后，测得火星赤道上一质量为m的物块受到的重力为F，已知火星的半径为R，自转周期为T，引力常量为G，则(　　)
A．火星赤道表面处的重力加速度为g火＝
B．火星的质量为
C．火星的第一宇宙速度为
D．火星的密度为
A
7.4宇宙航行

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