高一物理辅导讲义专题07 天体环绕规律及应用——学生版

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专题 7 天体环绕规律及应用（教师版）

一、目标要求

目标要求重、难点

万有引力作用下圆周运动的一般结论重难点

同步卫星与近地卫星重难点

卫星变轨问题难点

二、知识点解析

1．分析天体运动的主要思路

(1)一个模型

无论是自然天体(行星，月球等)，还是人造航天器(人造卫星，空间站等)，只要研究对象的轨迹是圆形，

就可将其简化为质点的匀速圆周运动．

(2)两条规律

① 中心天体表面附近重力近似等于万有引力，即，则 (g表示中心天体表面附近的

重力加速度．

② 绕中心天体的行星或卫星的运动近似看作匀速圆周运动，所受的万有引力等于其向心力，即：

2．人造卫星

(1)人造卫星的分类

在地球上水平抛出的物体，当它的速度足够大时，物体就永远不会落到地面上，它将围绕地球旋转，

变为一颗人造地球卫星，简称人造卫星．

①人造卫星按运行轨道可分为低轨道卫星、中轨道卫星、高轨道卫星，以及地球同步轨道卫星、极地

轨道卫星等．

②人造卫星按用途可分为科学卫星、技术试验卫星和应用卫星．

(2)人造卫星的运动规律

卫星运行的轨道一般为椭圆形，中学阶段我们只考虑卫星的轨道为圆形的情况，这样卫星受到的万有

引力提供了卫星做圆周运动的向心力．

设卫星的轨道半径为 r，线速度大小为 v，角速度大小为，周期为 T，向心加速度为 a．

线速度或

轨道半径越大，环绕

天体的线速度、角速

度和向心加速度越

小，周期越大

角速度或

环绕周期或

向心加速度或. .

轨道平面规律高轨低速大周期

3．近地卫星

近地卫星的轨道半径近似等于地球的 R，其运行的速度 km/s，是所有卫星的最大绕行速度，运

行周期 T=85 min，是所有卫星的最小周期；向心加速度 m/s2，是所有卫星的最大加速度．

4．同步卫星

相对地面静止，跟地球自转同步的卫星叫做地球同步卫星，也称为静止轨道卫星．

① 周期一定：T=24h

② 角速度一定：其绕地运行的角速度等于地球自转的角速度．

③ 轨道一定

a．所有同步卫星的轨道必在赤道平面内

b．所有同步卫星的轨道半径都相同，即在同一轨道运动，

据，得 km，卫星离地面高度 = km，确定的高

度为 km

④ 环绕线速度一定：在轨道半径一定的条件下，同步卫星的环绕速率也一定，且为：

km/s 且环绕方向为地球自转方向

⑤ 向心加速度大小一定：

在轨道半径一定的条件下，同步卫星的向心加速度的大小一定，由牛顿第二定律和万有引力定律得：

，其向心加速度大小都约为 0.23m/s2

5．同步卫星、近地卫星和赤道上物体的比较

如图所示，用 A代表同步卫星，B代表近地卫星，C代表赤道上的物体.

同步卫星 A和近地卫星 B都是卫星，绕地球运行的向心力由地球对它们的万有引力提供，所以卫星的

运动规律都适用；赤道上的物体 C随地球自转的向心力由万有引力的一个分力提供，所以卫星的运动规律

对赤道上的物体不适用

比较内容赤道表面的物体近地卫星同步卫星

向心力来源万有引力的分力万有引力

向心力方向指向地心

线速度

(为第一宇宙速度)

角速度

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