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神舟十八号飞船飞向太空绕地球运动所需速度为多少？
宇宙速度与航天
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宇宙速度
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牛顿“平抛石头”实验
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
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宇宙速度
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以多大的速度将物体抛出，它才会成为绕地球表面运动的卫星
（1）环绕法：万有引力提供物体作圆周运动的向心力
（2）代换法：地球表面附近，重力近似等于万有引力
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宇宙速度
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1、第一宇宙速度：把航天器在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动的速度v=7.9km/s ，称为第一宇宙速度（环绕速度）
牛顿设想，发射速度达到一定值时，才不落回地面
最小的发射速度
绕地做圆周运动时，由
得，轨道半径越大，速度越小
绕地做圆周运动时的最大环绕速度
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宇宙速度
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2、第二宇宙速度：v=11.2km/s时，卫星就会脱离地球的束缚，进入太阳系绕太阳转（逃逸速度）是卫星挣脱地球引力的最小发射速度
7.9km/sv=11.2km/s
第二宇宙速度
第一宇宙速度
v=7.9km/s
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宇宙速度
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3、第三宇宙速度：v=16.7km/s时，卫星既脱离地球束缚，还摆脱了太阳的引力，飞出太阳系
v=16.7km/s
v=11.2km/s
7.9km/sv=7.9km/s
第一宇宙速度
第二宇宙速度
第三宇宙速度
1、（多选）如图所示，牛顿在思考万有引力定律时就曾设想，把物体从高山上O点以不同的速度v水平抛出，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次远。如果速度足够大，物体就不再落回地面，它将绕地球运动，成为人造地球卫星，则下列说法正确的是(　　)
A、以v<7.9 km/s的速度抛出的物体可能落在A点
B、以v<7.9 km/s的速度抛出的物体将沿B轨道运动
C、以7.9 km/sD、以11.2 km/s【答案】AC　
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人造地球卫星
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(1)卫星的轨道平面可以在赤道平面内(如同步轨道)，可以通过两极上空(极地轨道)，也可以和赤道平面成任意角度，如图所示
(2)因为地球对卫星的万有引力提供了卫星绕地球做圆周运动的向心力，所以地心必定是卫星圆轨道的圆心
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人造地球卫星
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同步卫星(静止轨道卫星）：与地球相对静止的卫星
（1）轨道平面与赤道平面重合，位于赤道上空的一定高度上
（2）同步卫星的角速度w与地球自转的角速度相同，或周期T与地球自转周期相同
（3）同步卫星运动的线速度一定小于第一宇宙速度
（4）运行周期与地球自转周期相同，T=24h
2、如图，A、B两颗卫星围绕地球做匀速圆周运动，则(　　)
A、A的周期大于B的周期
B、A的角速度大于B的角速度
C、A的运行速率大于B的运行速率
D、A的向心加速度大于B的向心加速度
【答案】A　
3、如图是北斗导航系统中部分卫星轨道示意图．已知a、b、c三颗卫星均做圆周运动，a是地球同步卫星，则 (　　)
A、卫星a的角速度小于c的角速度
B、卫星a的加速度大于b的加速度
C、卫星a的运行速度大于第一宇宙速度
D、卫星b的周期大于24 h
【答案】A　
4、已知地球的质量M=5.97×1024kg,半径R=6.37×106m,自转周期T=24h,G=6.67×10-11N·m2/kg2。估算同步卫星离地面的高度
设同步卫星离地面的高度为h,地球对同步卫
星的引力就是同步卫星运动所需向心力,则有
解得
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卫星变轨
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当卫星由于某种原因，速度突然改变时(开启或关闭发动机或空气阻力作用)，万有引力就不再等于向心力大小，卫星将做变轨运动
1、当v增大时，卫星所需向心力增大，即万有引力不足以提供向心力，卫星将做离心运动向外变轨(从低轨到高轨要点火加速）
2、当卫星的速度突然减小时，所需向心力减小，即万有引力大于卫星所需的向心力，因此卫星将做向心运动向内变轨
（从高轨到低轨要点火减速）
A
B
“提供的”=“需要的”


“提供的”<“需要的”
离心现象
点火
加速


<
点火
加速
点火
改变v大小
打破“供需”平衡
从低轨到高轨要点火加速
从高轨到低轨要点火减速
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卫星变轨
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3
3
卫星变轨
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(1)速度：设卫星在圆轨道Ⅰ和Ⅱ上过A点运行时的速率分别为、，在轨道Ⅱ和Ⅲ上过B点速率分别为、。试分析速度关系？
在A点从轨道Ⅰ变轨到Ⅱ时，卫星做离心运动，在A点加速，则在B点从轨道Ⅱ变轨到Ⅲ时，卫星做离心运动，在B点加速，则，又因，故有
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卫星变轨
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(2)加速度：从轨道Ⅰ上经过A点时加速度，从轨道Ⅱ上经过A点的加速度从轨道Ⅱ上经过B点时加速度，从轨道Ⅲ上经过B点的加速度试分析加速度的关系？
根据
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卫星变轨
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(3)周期：设卫星在轨道Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ上的运行周期分别为、、，比较它们的大小？
轨道半径分别为r1、r2(半长轴)、r3，由开普勒第三定律，可知
5、（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、该卫星的发射速度必定大于11.2 km/s
B、卫星在轨道Ⅱ上的运行速度大于7.9 km/s
C、在椭圆轨道上，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
【答案】CD　
5、(多选)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A点，轨道2、3相切于B点，则卫星分别在轨道1、2、3上正常运行时，下列说法正确的是（ ）
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1上经过A点时的速率小于在轨道2上经过A点时的速率
C、卫星在轨道1上经过A点时的加速度等于它在轨道2上经过A点时的加速度
D、卫星在轨道2上经过B点时的加速度小于它在轨道3上经过B点时的加速度
2
1
3
B
A
BC

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