第3章 第4节 人造卫星 宇宙速度-【新课程学案】2026-2027学年高中物理必修第二册教师用书word（教科版）

第4节　人造卫星　宇宙速度

核心素养导学

 

 

一、从幻想到现实——人造卫星

1.1895年，俄国宇航先驱齐奥尔科夫斯基率先提出了制造并发射人造地球卫星的设想。

2.1957年10月4日，苏联将第一颗人造卫星送入环绕地球的轨道。

二、宇宙速度

1.对第一宇宙速度的理解

第一宇宙速度是在地面上发射卫星的最小速度，等于卫星围绕地球表面做匀速圆周运动的速度。

2.第一宇宙速度数值推导

物体绕地球运动可视为匀速圆周运动，万有引力充当物体做匀速圆周运动所需的向心力，即=m(mE是地球的质量，r是物体做圆周运动的半径)。r近似等于地球半径，代入数据得v=≈7.9 km/s。

3.第二宇宙速度：v=11.2 km/s时，使人造卫星脱离地球的引力束缚的最小地面发射速度，这个速度叫作第二宇宙速度。

4.第三宇宙速度：v=16.7 km/s时，使物体挣脱太阳束缚的最小地面发射速度。这个速度叫作第三宇宙速度。

1.牛顿设想，如图所示把物体从高山上水平抛出，当速度足够大时物体不再落回地面，成为人造地球卫星。

请对以下结论作出判断：

(1)若物体的初速度v=7.9 km/s时，物体将绕地球做匀速圆周运动。 (√)

(2)若物体的初速度v>11.2 km/s，物体将绕地球做椭圆轨道运动。 (×)

(3)若物体的初速度v>16.7 km/s，物体将挣脱地球的束缚。 (×)

(4)若物体的初速度满足7.9 km/s<v<11.2 km/s，物体将绕地球做椭圆轨道运动。 (√)

(5)发射同步卫星的最小发射速度为7.9 km/s。 (×)

2.我国在西昌卫星发射中心发射的第45颗北斗导航卫星属地球静止轨道卫星。

请对以下结论作出判断：

(1)该卫星可以定点在北京市的正上方。 (×)

(2)该卫星运行的速度小于第一宇宙速度。 (√)

(3)该卫星只能定点在赤道平面内。 (√)

(4)该卫星的运行周期为24 h。 (√)

(5)该卫星与同轨道上的其他卫星具有相同的质量。 (×)

新知学习(一)|宇宙速度

[重点释解]

1.第一宇宙速度

(1)公式：v1==

推导：

①由G=m

 

得v1== m/s≈7.9×103 m/s。

②由于物体受到的万有引力近似等于在地球表面的重力，即mg=m得v1== m/s≈7.9×103 m/s。

(2)意义：①第一宇宙速度是人造卫星的最小发射速度。

②第一宇宙速度也是人造卫星做匀速圆周运动的最大环绕速度。

(3)对“最小发射速度”与“最大环绕速度”的理解

①“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，因为发射卫星要克服地球对它的引力。近地轨道是人造卫星的最低运行轨道，而近地轨道的发射速度就是第一宇宙速度，所以第一宇宙速度是人造卫星的最小发射速度。

②“最大环绕速度”：由G=m可得v= ，轨道半径越小，线速度越大。在所有环绕地球做匀速圆周运动的卫星中，近地卫星的轨道半径最小，线速度最大，所以近地人造卫星的线速度(即第一宇宙速度)是最大环绕速度。所以，第一宇宙速度既是人造卫星的最小发射速度，又是人造卫星做匀速圆周运动的最大环绕速度。

2.第二宇宙速度

(1)大小：v2=11.2 km/s。

(2)意义：在地面附近发射飞行器，使之能够挣脱地球引力的束缚，永远离开地球，飞到太阳系成为“人造小行星”所需的最小发射速度。

(3)第二宇宙速度与第一宇宙速度的关系：v2=v1。

3.第三宇宙速度

(1)大小：v3=16.7 km/s。

(2)意义：在地面附近发射飞行器，使之能够挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外的最小发射速度(又称逃逸速度)。