6.5 宇宙航行
牛顿在思考万有引力时就曾想过，从高山上水平抛出一个物体，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。
R
问题一：以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？(已知Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2 , 地球质量M=5.89×1024kg, 地球半径R=6400km)
法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力
（若已知地球表面 g=9.8m/s2 ）
法二：在地面附近，重力提供
物体作圆周运动的向心力
思考:向高轨道发射卫星与发射近地卫星相比哪个难度大？哪个需要的发射速度大？为什么？
高轨道卫星与近地卫星相比哪个运行速度大？为什么？
注意：人造卫星的发射速度与运行速度是两个不同的概念
运行速度 指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度
发射速度 指被发射物体离开地面时的速度
V1=7.9km/s （第一宇宙速度）
最小发射速度
最大运行速度
人造卫星的r大, 需要的v发射大；而v运行却小
——因为向高轨道发射卫星，火箭要克服地球引力对它的引力做的功多。所以向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星难。
发射速度v﹤7.9km/s, 物体会落回地面
发射速度v=7.9km/s , 物体会在地面附近绕地球做匀速圆周运动
发射速度7.9km/s ﹤ v ﹤11.2km/s, 物体绕地球运转，但轨迹是椭圆
当物体的发射速度等于或大于11.2km/s时，物体就会挣脱地球引力的束缚，不再绕地球运行，而是绕太阳运行。
第二宇宙速度——11.2km/s
（脱离速度）
第三宇宙速度
——16.7 km/s
（逃逸速度）
如果物体的发射速度等于或大于16.7km/s时，物体就能摆脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去。
总结：
第二宇宙速度
第一宇宙速度
第三宇宙速度
物体落回地面
物体在地面附近绕地
球做匀速圆周运动
物体绕地球运转，运
动轨迹是椭圆。
物体绕太阳运动
物体飞出太阳系
地球
2. 轨道中心
地心
1. ________ 提供向心力
万有引力
人造地球卫星
赤道轨道
极地轨道
其它轨道
思考与讨论、如图所示，A、B、C、D四条轨道中不能作为卫星轨道的是哪一条？
提示：卫星作圆周运动的向心力必须指向地心
思考：对于绕地球运动的人造卫星：
（1）离地面越高，向心力越
（2）离地面越高，线速度越
（3）离地面越高，角速度越
（4）离地面越高，周期越
（5）离地面越高，向心加速度越
小
大
小
小
小
1
2
3
4
思考:
观察以下人造卫星的线速度、周期、角速度的大小关系?
v1>v2=v3>v4
T1ω1>ω2=ω3>ω4
思考：
1、赤道上空的两个运行的同步卫星在同一高度
会相撞吗？
2、人造卫星的剥落一小块物体，这一小块物体
如何运动？
3、神舟飞船进入预定轨道后无动力飞行，宇航
员处于什么状态？
4、神舟七号发射阶段，宇航员处于什么状态？

A．b、c的线速度大小相等，且大于a的线速度
B．b、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度
C．c加速可追上同一轨道上的b，b减速可等候同一轨道上的c
D．a卫星由于某原因，轨道半径缓慢减小，其线速度将增大
D
例7　如图4所示，a、b、c是在地球大气层外圆形
轨道上运动的3颗卫星，下列说法正确的是（　　）
练习：求近地卫星的周期
我们能否发射一颗周期为80min的卫星吗？
地球同步卫星
所谓地球同步卫星，是相对于地面静止的和地球具有相同周期的卫星，同步卫星必须位于赤道平面内，且到地面的高度一定。
r v w T a
“全部固定”
T=1天=86400秒
h=36000Km
V=3.07Km/s
三颗同步卫星作为通讯卫星，则可覆盖全球。
练习：同步卫星是指相对于地面不动的人造地球卫星，关于同步卫星的说法中正确的是（ ）
A．它可以在地面上任一点的正上方，且离地心的距离可按需要选择不同值
B．它可以在地面上任一点的正上方，但离地距离是一定的
C．它只能在赤道的正上方，但离地心的距离可按需要选择不同值
D．它只能在赤道的正上方，且离地心的距离是一定的
D
各种各样的卫星……
例1：
关于宇宙速度，下列说法正确的是：（ ）
A.第一宇宙速度是能使人造地球卫星飞行的
最小发射速度
B.第一宇宙速度是人造地球卫星绕地球飞行
的最小速度
C.第二宇宙速度是卫星在椭圆轨道上运行时
的最大速度
D.第三宇宙速度是发射人造地球卫星的最小
速度
A
例2：
关于地球同步卫星，下列说法正确的是（ ）
A.它的运行速度小于7.9km/s
B.它的运行速度大于7.9km/s
C.它的周期是24h，且轨道平面于赤道平面重
D.每一个地球同步卫星离地面的高度是一样的
ACD
1、若某一人造地球卫星运行时，它的天线断开，断开的天线将如何运动？
2．在绕地球做匀速圆周运动的太空实验室内，下列仪器中不能正常使用的是
A．弹簧秤
B．天平
C．酒精温度计
D．秒表
小试牛刀：
思考：人造卫星在低轨道上运行，要想让其
在高轨道上运行，应采取什么措施？
在低轨道上加速，使其沿椭圆轨道运行，当行至椭圆轨道的远点处时再次加速，即可使其沿
高轨道运行。………..
卫星变轨问题
1
2
L
使卫星进入更高轨道做圆周运动
非远地点变轨
向高轨卫星的发射
卫星的回收
1、如图所示，发射同步卫星时，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；最后再次点火将其送入同步圆轨道3。轨道1、2相切于P点，2、3相切于Q点。当卫星分别在1、2、3上正常运行时，以下说法正确的是（ ）
A、在轨道3上的速率大
于1上的速率
B、在轨道3上的角速度
小于1上的角速度
C、在轨道2上经过Q点时
的速率等于在轨道3上经过Q点时的速率
D、在轨道1上经过P点时的加速度等于在轨道2上
经过P点时的加速度
BD
1970年4月24日我国
第一颗人造卫星升空
二 梦想成真
中国的航天成就
2007年10月24日嫦娥
一号月球探测器发射成功
2003年10月15日
神舟五号
杨利伟
2005年10月12日
神舟六号
费俊龙聂海胜
2008年9月25日
神舟七号
翟志刚刘伯明
景海鹏
1、人造卫星
2、宇宙速度
第一宇宙速度：V1=7.9km/s，卫星刚好能在地表附近作圆周动（1、近地卫星的环绕速度；2、卫星的最小发射速度；3、圆轨道的最大环绕速度）
第二宇宙速度： V2=11.2km/s,卫星挣脱地球引力束缚
第三宇宙速度： V3=16.7km/s,卫星挣脱太阳引力束缚
3、地球同步卫星
小结