《人教版物理必修第二册》19-20 第7章 4．宇宙航行

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4．宇宙航行

【学习素养·明目标】　物理观念：1.知道三个宇宙速度的含义，会推导第

一宇宙速度.2.认识同步卫星的特点．

科学思维：通过对比“同步卫星、近地卫星、地球赤道上物体”的运行规

律，提高推理及分析综合能力．

科学态度与责任：1.了解人造卫星的相关知识和我国卫星发射的情况以及

人类对太空的探索历程.2.了解我国火箭技术及人造卫星和飞船发射等的研究情

况，激发学生的爱国热情．

一、宇宙速度

1．近地卫星的速度

(1)原理：飞行器绕地球做匀速圆周运动，运动所需的向心力由万有引力提

供，所以 m＝G，解得：v＝.

(2)结果：用地球半径 R代表近地卫星到地心的距离 r，可算出：v＝ m/s＝

7.9 km/s.

2．宇宙速度

数值意义

第一宇宙速度 7.9 km/s 卫星在地球表面附近绕地球做匀速圆周

运动的速度

第二宇宙速度 11.2 km/s 使卫星挣脱地球引力束缚的最小地面发

射速度

第三宇宙速度 16.7 km/s 使卫星挣脱太阳引力束缚的最小地面发

射速度

二、人造地球卫星

1．动力学特点

一般情况下可认为人造卫星绕地球做匀速圆周运动，其向心力由地球对它

的万有引力提供．

2．卫星环绕地球运动的规律

由G＝m可得 v＝.

3．同步卫星：地球同步卫星位于赤道上方高度约 36 000 km 处，因相对地

面静止，也称静止卫星．地球同步卫星与地球以相同的角速度转动，周期与地

球自转周期相同．

三、载人航天与太空探索

1957 年10 月，苏联成功发射了第一颗人造地球卫星．

1969 年7月，美国“阿波罗 11 号”登上月球．

2003 年10 月15 日，我国航天员杨利伟踏入太空．

1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)发射人造地球卫星需要足够大的速度． (√)

(2)卫星绕地球运行不需要力的作用． (×)

(3)卫星的运行速度随轨道半径的增大而增大． (×)

(4)绕地球做圆周运动的人造卫星的速度可以是 10 km/s.(×)

(5)在地面上发射人造地球卫星的最小速度是 7.9 km/s. (√)

(6)同步卫星可以“静止”在北京的上空． (×)

2．中国计划于 2020 年发射火星探测器，探测器发射升空后首先绕太阳转

动一段时间再调整轨道飞向火星．火星探测器的发射速度(　　)

A．等于 7.9 m/s

B．大于 16.7 m/s

C．大于 7.9 m/s 且小于 11.2 m/s

D．大于 11.2 m/s 且小于 16.7 m/s

D　[第一宇宙速度为 7.9 km/s，第二宇宙速度为 11.2 km/s，第三宇宙速度

为16.7 km/s，由题意可知：火星探测器的发射速度大于 11.2 km/s 且小于 16.7

km/s.故D正确．]

3．关于地球同步卫星的说法正确的是(　　)

A．所有地球同步卫星一定在赤道上空

B．不同的地球同步卫星，离地高度不同

C．不同的地球同步卫星的向心加速度大小不相等

D．所有地球同步卫星受到的向心力大小一定相等

A　[地球同步卫星一定位于赤道上方，周期一定，离地面高度一定，向心

加速度大小一定，所以 A项正确，B、C项错误；由于 F＝G，所以不同的卫星

质量不同，其向心力也不同，D项错误．]

第一宇宙速度的理解与计算

[观察探究]

发射卫星，要有足够大的速度才行．

(1)怎样求地球的第一宇宙速度？不同星球的第一宇宙速度是否相同？

(2)把卫星发射到更高的轨道上需要的发射速度越大还是越小？

提示：(1)根据 G＝m，得 v＝；可见第一宇宙速度由地球的质量和半径决

定；不同星球的第一宇宙速度不同．

(2)轨道越高，需要的发射速度越大．

[探究归纳]

1．计算方法

对于近地人造卫星，轨道半径 r近似等于地球半径 R＝6 400 km，卫星在轨

道处所受的万有引力近似等于卫星在地面上所受的重力，取 g＝9.8 m/s2，则

2．决定因素

由第一宇宙速度的计算式 v＝可以看出，第一宇宙速度的值由中心天体决

定，第一宇宙速度的大小取决于中心天体的质量 M和半径 R，与卫星无关．

3．对发射速度和环绕速度的理解

(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

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