第4节 人造卫星 宇宙速度

第4节人造卫星宇宙速度核心素养导学

物理观念(1)知道三个宇宙速度的含义。(2)知道同步卫星和其他卫星的区别。(3)了解发射速度与环绕速度的区别和联系。科学思维(1)会推导第一宇宙速度。(2)会分析人造地球卫星的受力和运动情况，并能解决涉及人造地球卫星运动的问题。科学态度与责任了解宇宙航行的历程和进展，感受人类对客观世界不断探究的精神和情感。一、从幻想到现实——人造卫星1．1895年，俄国宇航先驱

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

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

速度，等于卫星围绕

做匀速圆周运动的速度。齐奥尔科夫斯基人造卫星最小地球表面7.911.216.71.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＝7.9km/s时，物体将绕地球做匀速圆周运动。

()(2)若物体的初速度v＞11.2km/s，物体将绕地球做椭圆轨道运动。

()(3)若物体的初速度v＞16.7km/s，物体将挣脱地球的束缚。

()(4)若物体的初速度满足7.9km/s＜v＜11.2km/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7.9km/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24h。

()(5)该卫星与同轨道上的其他卫星具有相同的质量。

()×√√√×(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。[针对训练]1．若取地球的第一宇宙速度为8km/s，某行星质量是地球的6倍，半径是地球的1.5倍，此行星的第一宇宙速度为 (

)A．16km/s

B．32km/sC．4km/sD．2km/s3．我国首次火星探测任务被命名为“天问一号”。已知火星质量约为地球质量的10%，半径约为地球半径的50%，下列说法正确的是

(

)A．火星探测器的发射速度应大于地球的第二宇宙速度B．火星探测器的发射速度应介于地球的第一和第二宇宙速度之间C．火星的第一宇宙速度大于地球的第一宇宙速度D．火星表面的重力加速度大于地球表面的重力加速度新知学习(二)|人造地球卫星的运动分析[重点释解]1．人造地球卫星的轨道

由于卫星绕地球做匀速圆周运动的向心力由地球对卫星的万有

引力提供，故卫星绕地球做匀速圆周运动的圆心必与地心重合，

其运行轨道可分为如下三类(如图所示)：(1)赤道轨道：卫星的轨道与赤道共面，卫星始终处于赤道正上方。(2)极地轨道：卫星的轨道与赤道平面垂直，卫星经过两极上空。(3)任意轨道：卫星的轨道与赤道平面成某一角度θ(0＜θ＜90°)。[典例体验][典例1]

(多选)如图所示的三颗人造地球卫星，则下列说法正确的是(

)A．卫星可能的轨道为a、b、cB．卫星可能的轨道为a、cC．静止轨道卫星可能的轨道为a、cD．静止轨道卫星可能的轨道为a[解析]

卫星的轨道平面可以在赤道平面内，也可以和赤道平面垂直，还可以和赤道平面成任一角度。但是由于地球对卫星的万有引力提供了卫星绕地球运动的向心力，所以，地心必须是卫星圆轨道的圆心，因此卫星可能的轨道一定不会是b。静止轨道卫星只能位于赤道的正上方，所以静止轨道卫星可能的轨道为a。[答案]

BD/方法技巧/地球静止轨道卫星的六个“一定”[针对训练]1．(多选)如图中的四种虚线轨迹，可能是人造地球卫星轨道的是

(

)解析：人造地球卫星靠地球对卫星的万有引力提供向心力而绕地球做匀速圆周运动，地球对卫星的万有引力方向指向地心，所以人造地球卫星做圆周运动的圆心是地心，否则不能做稳定的圆周运动，故A、C、D正确，B错误。答案：ACD

2．北斗问天，国之夙愿。我国北斗三号系统的收官之星是地球静止轨道卫星，其轨道半径约为地球半径的7倍。与近地轨道卫星相比，地球静止轨道卫星

(

)A．周期大 B．线速度大C．角速度大 D．加速度大新知学习(三)|卫星变轨问题[典例体验][典例]

(2023·海南高考)(多选)如图所示，1、2轨道分别是天宫二号飞船在变轨前、后的轨道，下列说法正确的是(

)A．飞船从1轨道变到2轨道要点火加速B．飞船在1轨道的周期大于2轨道的C．飞船在1轨道的速度大于2轨道的D．飞船在1轨道的加速度大于2轨道的[答案]

ACD[针对训练]1. 新型“长征”运载火箭，将重达8.4t的“神舟”号飞船向

上送至近地轨道1(如图所示)。飞船与火箭分离后，在轨

道1上以速度7.2km/s绕地球做匀速圆周运动，则

(

)A．飞船在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率B．飞船在轨道3上的角速度大于在轨道1上的角速度C．飞船在轨道1上经过Q点的加速度大于它在轨道2上经过Q点的加速度D．飞船从轨道1进入轨道2必须要加速2.(多选)继“天宫一号”空间实验室之后，我国又发射“神舟八号”

无人飞船，它们的运动轨迹如图所示。假设“天宫一号”绕地球

做圆周运动的轨道半径为r，周期为T，万有引力常量为G。则下

列说法正确的是

(

)A．在远地点P处，“神舟八号”的加速度与“天宫一号”的加速度大小相等B．根据题中条件可以计算出地球的质量C．根据题中条件可以计算出地球对“天宫一号”的引力大小D．要实现“神舟八号”与“天宫一号”在远地点P处对接，“神舟八号”需

在靠近P处点火减速一、好素材分享

——看其他教材如何落实核心素养

物理观念——人造卫星1．(选自鲁科版新教材“科学书屋”)人造卫星是人类的“千里眼”和“顺风耳”。人造卫星种类很多、用途各异，有科学卫星、气象卫星(右图)、地球资源卫星、环境检测卫星和照相侦察卫星等，卫星上的照相机和雷达等设备可以帮助人们看得更远、更深入。卫星上的接收器和转发器可以帮助人们接收和转发信息。例如，通信卫星可以把相距遥远的两地连接起来，即使是边远地区也可以进入通信网络。尤其是静止通信卫星(也叫地球同步卫星)，为人类通信带来了极大方便。静止通信卫星绕地球运行一周的时间和地球自转一周的时间相同，在地球上观察，赤道上方与地球同步运行的通信卫星总是静止不动的。从理论上来说，发射三颗等距分布在地球同步轨道上的静止通信卫星就几乎可以实现全球通信了。

根据上述数据，运用物理学知识，写出该同学可能会质疑的内容与推导判断过程。二、新题目精选——品立意深处所蕴含的核心价值1．(2022·湖北高考)2022年5月，我国成功完成了天舟四号货运飞船与空间站的对接，形成的组合体在地球引力作用下绕地球做圆周运动，周期约90分钟。下列说法正确的是

(

)A．组合体中的货物处于超重状态B．组合体的速度大小略大于第一宇宙速度C．组合体的角速度大小比地球同步卫星的大D．组合体的加速度大小比地球同步卫星的小答案：C2. 我国发射的“天宫二号”空间实验室绕地球运行轨道比“天宫一号”空间实验室绕地球运行轨道高约50km，假设“天宫二号”和“天宫一号”均绕地球做匀速圆周运动。则

(

)A．“天宫二号”绕地球运行的线速度比“天宫一号”绕地球运行