第3章 第4节 人造卫星　宇宙速度（Word教参）-【优化指导】2026-2027学年高中物理必修第二册（教科版2019）

第4节　人造卫星　宇宙速度

[对应学生用书P59]

一、人造卫星

1．卫星是一些自然的或人工的在太空中绕行星运动的物体。

2．1895年，俄国宇航先驱齐奥尔科夫斯基在《天地幻想和天球引力效应》论文中，率先提出制造人造地球卫星的设想。

3．1957年10月4日苏联成功发射了第一颗人造地球卫星。

二、宇宙速度

三个宇宙速度比较

1．判断下列说法的正误。(对的画“√”，错的画“×”)

(1)发射人造地球卫星需要足够大的速度。 (　　√　　)

(2)卫星绕地球运行不需要力的作用。 (　　×　　)

(3)卫星的运行速度随轨道半径的增大而增大。 (　　×　　)

(4)第一宇宙速度是能使卫星绕地球运行的最小发射速度。 (　　√　　)

(5)绕地球做圆周运动的人造卫星的速度可以是10 km/s。 (　　×　　)

(6)第二宇宙速度是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度。 (　　×　　)

2．人造卫星能够绕地球转动而不落回地面，是否是由于卫星不再受到地球引力的作用？

提示：卫星仍然受到地球引力的作用，但地球引力全部用来提供向心力。

3．我们要想往月球上发射一颗人造卫星，则发射速度必须要大于等于11.2 km/s吗？

提示：不需要。11.2 km/s是使卫星挣脱地球引力束缚的最小地面发射速度，而月球在地球引力的控制范围内。

[对应学生用书P60]

探究点一___人造卫星

地球上空分布着许多的卫星，其中有些卫星在地面上的人看来是运动的，有些卫星在地面上的人看来则始终静止不动，被称为静止轨道卫星。

[问题设计]

这些静止轨道卫星是否就真的静止不动呢？为什么在地面上的人看来会静止不动？

提示：这些静止轨道卫星都在绕地心做匀速圆周运动，地球的万有引力提供向心力。卫星相对于地面静止，因此卫星绕地球运动的周期一定等于地球自转的周期。

1．牛顿的设想

当物体的运动速度足够大时，它将会围绕地球旋转而不再落回地球表面，成为一颗绕地球转动的人造地球卫星。

2．人造地球卫星原理

一般情况下可认为人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，向心力由地球对它的万有引力提供，即G＝m，则卫星在轨道上运行的线速度v＝。

3．几个常用的关系式

设质量为m2的天体绕另一质量为m1的中心天体做半径为r的匀速圆周运动，则：

(1)由G＝m2得v＝，可知r越大，天体的v越小。

(2)由G＝m2ω2r得ω＝，可知r越大，天体的ω越小。

(3)由G＝m2()2r得T＝2π，可知r越大，天体的T越大。

(4)由G＝m2a得a＝，可知r越大，天体a越小。

4．地球静止轨道卫星

(1)地球静止轨道卫星概念：相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星，叫作地球静止轨道卫星。

(2)地球静止轨道卫星特点：

①和地球自转方向一致；和地球自转周期相同，即T＝24 h；线速度大小一定(3.1×103 m/s)；离地面高度固定不变(3.6×104 km)。

②所有的静止轨道卫星都在赤道的正上方，其轨道平面必须与赤道平面重合。

5．人造地球卫星轨道

(1)赤道轨道，卫星轨道在赤道所在平面上，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，卫星经过两极上空；

(3)一般轨道，卫星轨道和赤道成一定角度。

【例1】 (多选)可以发射一颗这样的人造地球卫星，使其圆轨道 (　　)

A．与地球表面上某一纬度线(非赤道)是共面同心圆

B．与地球表面上某一经度线所决定的圆是共面同心圆

C．与地球表面上的赤道线是共面同心圆，且卫星相对地球表面是静止的

D．与地球表面上的赤道线是共面同心圆，且卫星相对地球表面是运动的

CD　解析：万有引力完全用于提供人造地球卫星绕地球做圆周运动的向心力，故卫星做圆周运动的轨道的圆心必是地心，A错；B的情景，万有引力全部提供了卫星做圆周运动的向心力，使其轨道平面相对地心、两极固定下来，但由于地球不停地自转，轨道平面不会固定于某一经线决定的平面，B错；在赤道上的卫星除静止轨道卫星外，其他卫星都是相对地面运动的，C、D正确。

[练1] 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，并可用弹簧测力计直接称出物体所受重力的大小

C．如果卫星自然破裂成质量不相等的两块，则这两块仍按原来的轨道和周期运行

D．如果在卫星内将一个物体自由释放，则卫星内观察者将可以看到物体做自由落体运动

C　解析：卫星在预定轨道上运行时，卫星及卫星内的物体仍然受到地球对它的引力作