第五节人造卫星宇宙速度

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1、第六章万有引力定律第五节人造卫星宇宙速度知识要点：一、人造地球卫星地球对周围的物体有引力的作用，因而抛出的物体要落回地面，但是抛出的水平初速度越大，物体就会飞得越远，当物体的速度足够大时，以至物体受到的地球对它的引力全部提供它绕地球做圆周运动的向心力时，物体就不会下落而成为人造地球卫星，简人造卫星。二、宇宙速度1、第一宇宙速度：要想发射人造卫星，必须具有足够的速度，发射人造卫星最小的了射速度称为第一宇宙速度。若卫星的发射速度恰好为第一宇宙速度，则卫星会在靠近地球表面处绕地球以此速度做圆周运动，这样的卫星常称为近地卫星。对于近地卫星常忽略其轨道半径与地球半径的区别，认为其轨道半径等于地球的半径R

2、，第一宇宙速度可看作是近地卫星的环绕速度，因此第一宇宙速度又称为环绕速度，并由此可推导出第一宇宙速度的表达式和数值。近地卫星轨道半径为地球半径R，其速率（第一宇宙速度）为v，则由万有引力充当向心力，有：GMm/R2＝mv2/R，可得：v＝√GM/R＝√6.67×10-11×5.89×1024÷(6.37×106)＝7.9km/s式中G为万有引力常量,M为地球质量.若不知地球质量，要估算其值，可借助于地球表面的重力加速度g。当忽略重力与万有引力的区别后，则有：GMm/R2＝mg，即GM＝gR2（黄金代换式），代入上式后可得：v＝√gR＝√9.8×6.37×106＝7.9km/s第一宇宙速度v＝7

3、.9km/s，是地球卫星的最小的地面发射速度，同时又是人造地球卫星的最大环绕速度。2、第二宇宙速度：又叫脱离速度，它的速度值为11.2km/s，它是卫星挣脱地球束缚的最小的地面发射速度。当人造卫星进入地面附近的轨道速度大于7.9km/s时，它绕地球运行的轨道就不再地圆形，而是椭圆。当人造地球卫星进入地面附近的轨道速度等于或大于第二宇宙速度时，它就可以挣脱地球引力的束缚，成为绕太阳运动的人造行星，或飞到其他行星上去。3、第三宇宙速度：又叫逃逸速度，它是指卫星挣脱太阳的束缚的最小的地面发射速度，它个速度值为16.7km/s。即当物体的速度等于或大于16.7km/s时，物体便将挣脱太阳引力的缚，飞到

4、太阳系以外的宇宙空间中去。4、卫星的发射速度和运行速度卫星的发射速度：是指在地面（发射站）提供给它的速度。如上面所说的第一宇宙速度，第二宇宙速度和第三宇宙速度都指的是发射速度。运行速度：当卫星在预定轨道上绕地球做匀速圆周运动时的速度称运行速度。只有以第一宇宙速度发射的人造卫星绕地球表面运行时，运行速度与发射速率相等，而对于在离地较高的轨道上运行的卫星，其运行时的速度与地面发射速度并不相等。这是由于卫星发射后在达到预定轨道的过程中要不断地克服地球的引力作用，因而到达预定轨道后其运行速度要比地面发射速度小。三、赤道上随地球做圆周运动的物体与地球表面做圆周运动的卫星的区别16高一物理讲义：赵春光第六

5、章万有引力定律1、赤道上物体受的万有引力只有一小部分充当向心力，另一部分作为重力使得物体紧压地面，而近地卫星的引力全部充当向心力，卫星已脱离地球。2、赤道上（地球上）的物体与地球保持相对静止，而近地卫星相对于地球而言处于高速旋转状态。（其运行周期约为84min）二、卫星运行过程中的离心运动和向心运动卫星在某一圆轨道上做匀速圆周运动时，其速率为一确定值（由GMm/R2＝mv2/R得）。若卫星突然加速时，GMm/R2＜mv2/R，即卫星所受万有引力小于卫星做圆周运动所需要的向心力，卫星将离开原来的轨道做离心运动。若卫星突然减速时，GMm/R2＞mv2/R，即卫星所受万有引力大于卫星做圆周运动所需要

6、的向心力，卫星将离开原来的轨道做向心运动。三、地球同步卫星1、地球同步卫星：就是相对于地球静止的卫星，也就是该卫星始终处在地球表面某一点的正上方。其轨道通常称为地球静止轨道。人造地球同步卫星在无线电通讯中起着无可替代的重发作用。2、地球同步卫星的四个一定：位置一定：一定在地球赤道上空；周期一定：为地球的自转周期，即一天：T＝24h＝86400s；（角速度一定）高度一定：卫星离地面高度这h＝3.6×104km＝3.6×107m速率一定：即卫星的环绕速度一定：v＝3.1km/s四、人造地球卫星中的超重和失重1、超重：指物体给支持物的压力或给悬挂物体的拉力大于物体的重力时叫超重。超重的条件是物体有向

7、上的加速度。在卫星发射过程及卫星回收过程中，卫星以加速度a向上加速运动或向下减速运动，这时卫星中的物体都有处于超重状态。2、失重：指物体给支持物的压力或给悬挂物体的拉力小于物体的重力时叫失重。失重的条件是物体有向下的加速度。在卫星进入轨道以后，围绕地球做匀速圆周运动，这时卫星中物体均以本身受的重力作为向心力，显然他们不再给支持物有压力或悬挂物体有拉力，即处于完全失重状态。因此，在卫星上的仪器，几是