第6.3节 万有引力定律的应用(2)-【帮课堂】2023-2024学年高一物理同步学与练（沪科版2020上海必修第二册）

第六章 万有引力定律 6.3 万有引力定律的应用(2) 🧭目标导航 知识要点 难易度 1. 发射速度和环绕速度的区别 2. 第一宇宙速度7.9km/s 绕地球最小发射速度，最大环绕速度 3. 卫星分类：近地卫星和同步卫星（5定） 4. 卫星变轨：点火加速，从低轨到高轨 5. 速记口诀：“越远越慢”或“高轨低速长周期” 6. 近地卫星、同步卫星、赤道上物体的运动特征比较 ★★ ★★★ ★★★ ★★★ ★★★ ★★★ 📚知识精讲 一、两种速度：发射速度和环绕速度 1. 牛顿的设想： 如图所示，把物体从高山上水平抛出，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。 2. 两种速度 (1)发射速度：在地球上发射卫星的发射速度，也叫宇宙速度。 ①第一宇宙速度：发生卫星绕地球飞行的最小速度。 ➁第二宇宙速度：发生卫星离开地球、绕太阳飞行的最小速度。 ➂第三宇宙速度：发生卫星离开太阳、飞向太阳系之外的外太空的最小速度。 (2)环绕速度：卫星发射在轨道上的运行速度。 3.第一宇宙速度的推导 (1)两个表达式 方法1：重力提供向心力（重力加速度法），由mg＝m得v＝ 方法2：万有引力提供向心力（环绕法），由G＝m得v＝ (2)含义 ①人造卫星的最小发射速度，向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星困难，需要更多能量。 ②近地卫星的圆轨道运行速度，大小为7.9 km/s，也是卫星圆轨道的最大运行速度。 ➂不同天体的第一宇宙速度不同。第一宇宙速度的取决于中心天体的质量M和半径R，与卫星无关。 4. 三种宇宙速度及含义 数值 意义 第一宇宙速度 7.9 km/s 物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度 最小发射速度，最大圆形轨道环绕速度。 第二宇宙速度 11.2 km/s 在地面附近发射飞行器使物体克服地球引力，永远离开地球的最小地面发射速度 第三宇宙速度 16.7 km/s 在地面附近发射飞行器使物体挣脱太阳引力束缚，飞到太阳系外的最小地面发射速度 (1).发射速度7.9 km/s<v0<11.2 km/s时，物体绕地球运行的轨迹是椭圆，且在轨道不同点速度大小一般不同。 (2).发射速度11.2 km/s<v0<16.7 km/s时，飞行器能够克服地球的引力，绕太阳运行。 (3).发射速度16.7km/s<v0时，飞行器能够挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外。 例1. 判断下列说法的正误。 (1)在地面上发射人造地球卫星的最小速度是7.9 km/s。(　　) (2)人造地球卫星的最小绕行速度是7.9 km/s。(　　) (3)我国向月球发射的“嫦娥二号”宇宙飞船在地面附近的发射速度要大于11.2 km/s。(　　) (4)在地面附近发射火星探测器的速度应为11.2 km/s<v<16.7 km/s。(　　) (5)由v＝，高轨道卫星运行速度小，故发射高轨道卫星比发射低轨道卫星更容易。(　　) 例2. 某人在一星球上以速率v竖直上抛一物体，经时间t后，物体以速率v落回手中.已知该星球的半径为R，求该星球的第一宇宙速度。(物体只受星球的引力，忽略星球自转的影响) 例3. 我国发射了一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥一号”.设该卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面.已知月球的质量约为地球质量的，月球的半径约为地球半径的，地球的第一宇宙速度约为7.9 km/s，则该探月卫星绕月运行的最大速率约为(　　) A.0.4 km/s B.1.8 km/s C.11 km/s D.36 km/s 二、人造地球卫星 1.人造地球卫星 (1)卫星按轨道角度可分为： ①赤道轨道：卫星围绕地球旋转时在地球赤道正上方，通常是圆轨道，倾斜角度0° ➁极地轨道：卫星的路径从南极和北极正上方通过，而且与赤道面的垂直的轨道，轨道倾角90° ➂倾斜轨道：除了在赤道卫星和极低卫星之外的轨道，轨道倾斜角度在0到90°之间。 注意：因为地球对卫星的万有引力提供了卫星圆周运动的向心力，所以地心必定是卫星圆轨道的圆心。即轨道中心一定和地球中心重合，不存在不重合的卫星轨道。 (2)卫星按高度可分为： ①近地卫星：距离地面300—2000公里范围内的近地轨道，近似计算时可认为r=R。 ➁同步卫星：特指在赤道上空和地球自转周期相同，即保持同步的高轨道卫星。 2.近地卫星 (1)v1＝7.9 km/s；T＝≈85 min. (2)7.9 km/s是最小发射速度，也是最大环绕速度。 (3)85 min分别是最小周期。 因为卫星高度比地球半径R大，实际周期为87~93分钟，即地球转一周，卫星转约16周。 3.同步卫星 (1)“同步”的含义就是和地面保持相对静止，所以其周期等于地球自转周期。 (2)特点：5个定