近地卫星和地球同步卫星.
高考物理学霸复习讲义万有引力-第六部分 特殊卫星及天体分析
一、极地卫星和近地卫星1．极地卫星运行时每圈都经过南北两极，由于地球自转，极地卫星可以实现全球覆盖。
2．近地卫星是在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动的卫星，其运行的轨道半径可近似认为等于地球的半径，其运行的线速度约为7.9 km/s 。
二、同步卫星同步卫星是指相对地球“静止不动”的卫星。
同步卫星的六个“一定”： 1．地球赤道上的物体，静止在地面上与地球相对静止，随地球的自转绕地轴做匀速圆周运动。
地球赤道上的物体受到的地球的万有引力，其中的一个分力提供物体随地球自转做圆周运动的向心力，产生向心加速度a ，另一个分力为重力，有G2MmR －mg =ma （其中R 为地球半径）。
2．近地卫星的轨道高度约等于地球的半径，其所受万有引力完全提供卫星做圆周运动的向心力，即G2MmR =ma 。
3．同步卫星与赤道上的物体具有与地球自转相同的运转周期和运转角速度，始终与地球保持相对静止状态，共同绕地轴做匀速圆周运动。
4．区别：（1）同步卫星与地球赤道上的物体的周期都等于地球自转的周期，而不等于近地卫星的周期。
（2近地卫星与地球赤道上的物体的运动半径都等于地球的半径，而不等于同步卫星运动的半径。
（3）三者的线速度各不相同。
四、求解此类试题的关键1．在求解“同步卫星”与“赤道上的物体”的向心加速度的比例关系时应依据二者角速度相同的特点，运用公式a =ω2r 而不能运用公式a =2GMr。
2．在求解“同步卫星”与“赤道上的物体”的线速度的比例关系时，仍要依据二者角速度相同的特点，运用公式v =ωr 而不能运用公式v =GMr。
3．在求解“同步卫星”运行速度与第一宇宙速度的比例关系时，因都是由万有引力提供的向心力，故要运用公式v =GMr，而不能运用公式v =ωr 或v =gr 。
【典例1】有a 、b 、c 、d 四颗地球卫星，a 在地球赤道上未发射，b 在地面附近近地轨道上正常运动，c 是地球同步卫星，d 是高空探测卫星，各卫星排列位置如图，则有A ．a 的向心加速度等于重力加速度gB ．c 在4 h 内转过的圆心角是π/6C ．b 在相同时间内转过的弧长最长D ．d 的运动周期有可能是20 h 【答案】C【解析】对于卫星a ，根据万有引力定律、牛顿第二定律可得2-GMm N ma r =向，而2GMmmg r =，故a 的向心加速度小于重力加速度g ，A 项错；由c 是地球同步卫星可知卫星c 在4 h 内转过的圆心角是π3，B 项错；由22GMm v m r r =得，GMv r=，故轨道半径越大，线速度越小，故卫星b 的线速度大于卫星c 的线速度，卫星c 的线速度大于卫星d 的线速度，而卫星a 与同步卫星c 的周期相同，故卫星c 的线速度大于卫星a 的线速度，C 项对；由22π()Mm G m r r T =得，32πr T GM=，轨道半径r 越大，周期越长，故卫星d 的周期大于同步卫星c 的周期，D 项错。
同步卫星,近地卫星,赤道物体的异同
只有掌握了这些基本规律才会做题同步卫星（同步定位卫星）是运行周期和地球自转周期相同的人造地球卫星，它与地球保持相对静止，总是位于赤道的正上方。
近地卫星是指轨道在地球表面附近的卫星，计算时轨道半径可近似取地球半径；不一定在赤道正上方，但圆心一定是地球球心。
赤道物体是静止在地球赤道的表面上，随地球自转而绕地轴做匀速圆周运动，与地球相对静止。
圆周运动的半径就是地球半径。
三者的相同点和不同点。
一、同步卫星、近地卫星与赤道物体的相同点1.三者都在绕地轴做匀速圆周运动，向心力都与地球的万有引力有关；2.同步卫星与赤道上物体的运行周期相同：T =24h;3.近地卫星与赤道上物体的运行轨道半径相同：r =R 0(R 0为地球半径)。
二、同步卫星、近地卫星与赤道物体的不同点1同r =R 0+h ，h36000千米，近地卫星与赤道物体的轨道半径近似相同，都是R 0，半径大小关系为：赤近同r r r =>；2、向心力不同：同步卫星和近地卫星绕地球运行的向心力完全由地球对它们的万有引力来提供，赤道物体的向心力由万有引力的一个分力来提供，力平衡掉了）。
3、向心加速度不同：由ma rMmG =2得：2r GM a =，又近同r r >，所以：近同a a <；由ma T mr =224π得：r Ta 224π=，又赤同r r >，所以：赤同a a >;向心加速度的大小关系为：赤同近a a a >>；4、周期不同：近地卫星的周期由2204TmR mg π=得：==gR T 02πm i n 84；同步卫星和赤道物体的周期都为24h ，周期的大小关系为：近赤同T T T >=；5、线速度不同：由r m rMm G 22υ=得：rGM=υ，又近同r r >，所以：近同υυ<；由Trπυ2=和赤同r r >得：赤同υυ>，故线速度的大小关系为：赤同近υυυ>>；6、角速度不同：由22ωmr rMm G=得：3rGM=ω，又近同r r >，所以：近同ωω<；由赤同T T =得：赤同ωω=，从而角速度的大小关系为：赤赤同ωωω<=；注意：比较三者的向心加速度、线速度、角速度的大小时一定要区分清楚赤道物体的，因为它的向心力不是万有引力的全部，所以不能由2r GM a =、rGM=υ、3rGM=ω比较赤道物体的向心加速度、线速度、角速度的大小。
近地卫星同步卫星及赤道上的物体
• 地球表面的物体
• 两极的物体： Mm
G R2
mg
（与地球具有相同的ω0）
• 赤道上的物体：G MR2m F支持力 m02R
即：
G
Mm R2
mg
m02
R
即：G
Mm R2
mg
m0 2 R
•
近地卫星： mg
G
Mm R2
m 2R
•
人造地球卫星：
G
Mm (R h)2
m2(R h)
引导探究一 地球赤道上的物体,近地卫星,同步卫星
GM、a＝ r
GM，可知 r2
v3<v2、a3<a2，对比各选项可知
B、D
正确．
答案 BD
2020/6/7
下午1时45分50秒
上的物体相对地心的线速度大小相等
下午1时45分50秒
解析 静止在地球赤道上的物体不仅受万有引力作用，还受地面的支持力作
用，A 错误；由GMm＝ma 可得 a＝GM，因月球绕地球运转的轨道半径大于
R2
R2
地球同步卫星的轨道半径，故月球的向心加速度小于地球同步卫星的向心加 速度，B 正确；地球同步卫星绕地球运转的周期与静止在地球赤道上物体的 周期相同，所以角速度相同，C 正确；由 v＝ωR 可知，D 错误． 答案 BC
a同/a近＝r近 2/r同2 =1/(6.6)2
近地卫星、同步卫星、地球赤道上物体三者比较
h≈0 R=6.4x106m T=24h
赤道上的物体
h=3.6×107m
同 步
r=4.2×107m
卫
v=3km/s
星
T=24h
近
地
卫
h≈0
同步卫星、近地卫星与赤道物体的异同
司步卫星、近地卫星与赤道物体的异同同步卫星是运行周期和地球自转周期相同的人造地球卫星，它与地球保持 相对静止，总是位于赤道的正上方；近地卫星是指轨道在地球表面附近的卫星，计算时轨道半径可近似取地球 半径；赤道物体是静止在地球赤道的表面上，随地球自转而绕地轴做匀速圆周运 动，与地球相对静止。
卫星运动知识是天体运动中的重点内容，在试题中经常出现一些相关知识 的考查，由于学生对这类问题掌握不彻底，导致在解决这类问题时往往出现混 淆知识概念的情况。
为此针对同步卫星、近地卫星与赤道物体运动知识的异同 做一探讨，对比三者的相同点和不同点。
一、 同步卫星、近地卫星与赤道物体的相同点1■三者都在绕地轴做匀速圆周运动，向心力都与地球的万有引力有关； 2.同步卫星与赤道上物体的运行周期相同：T=24h; 3■近地卫星与赤道上物体的运行轨道半径相同： r=R o （R o 为地球半径）。
二、 同步卫星、近地卫星与赤道物体的不同点 1、轨道半径不同：如图所示，同步卫星的轨道半径 r 同=R o +h , h 为同步卫星离地面的高度，大约为 36000 千米，近地卫星与赤道物体的轨道半径近似相同， 都是R o ,半径大小关系为：「同＞r近「赤；2、向心力不同：同步卫星和近地卫星绕地球运行 的向心力完全由地球对它们的万有引力来提供， 道物体的向心力由万有引力的一个分力来提供，万 有引力的另一个分力提供赤道物体的重力。
Mm __3、向心加速度不同：由G7^^ma 得：a-又「同＞「赤，所以：3同＞ a 赤；向心加速度的大小关系为:GM又「同＞ r 近，所以：a 同W a 近；由mr —=ma得:4兀2 a = — r T 2赤h4、周期不同：近地卫星的周期由mg二mR0 T厂得：T丁同=T 赤》T 近;赤 V⑷赤；注意：比较三者的向心加速度、线速度、角速度的大小时一定要区分清楚GM a = r r比较赤道物体的向心加速度、线速度、角速度的大小。
人教版高一物理必修2第六章微课课件—近地卫星、赤道上物体和同步卫星的运行问题 (共6张PPT)
A:F1=F2>F3
B:a1=a2>a3
C:v1=v2>v3
D:ϖ1=ϖ3＜ϖ2
谢谢!
近地卫星、同步卫星及赤道上物体的运行参量比较问题
近地卫星、同步卫星及赤道上物体的运行问题
近、同：Fn=F万；赤：Fn=F万-F支(Fn≠F万)； ①近地卫星与同步卫星： “高轨低速长周期”：
r同>r近； a、v、w：近>同； T：近<同；
② 同步卫星与赤道上物体： “同轴转动模型”： r同>r赤； T同＝T物=24h(w相同)； a、v：同>赤 ③ 三类卫星匀速圆周运动的比较: r同>r近＝r物; T近<T同＝T物=24h(w同＝w物<w近) V近>V同>V物； a近>a同>a物；(Fn近>Fn同>Fn物)(F万物=F万近>F万同)
二、பைடு நூலகம்动装置：
同轴传动
特点
规律
A、B两点在同轴的一 个圆盘上
装置
角速度、周期相同、 转动方向相同
由υ=rω得：r越大，υ越大； 由a=rω2得：r越大，a越大
例题、(多)地球赤道上有一物体a随地球的自转而做圆周运动，所
需的向心力为F1，向心加速度为a1，线速度为v1，角速度为ϖ1； 绕地球表面附近做圆周运动的人造卫星b所需的向心力为F2，向心 加速度为a2，线速度为v2，角速度为ϖ2； 地球同步卫星c所需的向心力F3，向心加速度为a3，线速度为v3， 角速度为ϖ3；假设三者质量相等,则错误的是（ ）ABC
同步 卫星
赤道上 的物体
近地 卫星
一、人造地球卫星的轨道基本物理量求解：
人造卫星做匀速圆周运动：万有引力提供向心力
2024高考物理一轮复习--天体运动专题--卫星运行参量的分析、近地、同步卫星与赤道上物体的比较
卫星运行参量的分析、近地、同步卫星与赤道上物体的比较一、卫星运行参量与轨道半径的关系1．天体(卫星)运行问题分析将天体或卫星的运动看成匀速圆周运动，其所需向心力由万有引力提供． 2．物理量随轨道半径变化的规律G Mmr 2＝ ⎩⎪⎨⎪⎧ma →a ＝GM r 2→a ∝1r2m v 2r →v ＝GM r →v ∝1r mω2r →ω＝GM r 3→ω∝1r3m 4π2T 2r →T ＝4π2r3GM→T ∝r 3即r 越大，v 、ω、a 越小，T 越大．(越高越慢)3．公式中r 指轨道半径，是卫星到中心天体球心的距离，R 通常指中心天体的半径，有r ＝R ＋h .4．同一中心天体，各行星v 、ω、a 、T 等物理量只与r 有关；不同中心天体，各行星v 、ω、a 、T 等物理量与中心天体质量M 和r 有关．5．所有轨道平面一定通过地球的球心。
如右上图6．同步卫星的六个“一定”二、宇宙速度1．第一宇宙速度的推导 方法一：由G Mm R 2＝m v 12R，得v 1＝GMR ＝ 6.67×10－11×5.98×10246.4×106m/s≈7.9×103 m/s.方法二：由mg ＝m v 12R得v 1＝gR ＝9.8×6.4×106 m/s≈7.9×103 m/s.第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度，也是人造卫星的最大环绕速度，此时它的运行周期最短，T min ＝2πRg＝2π 6.4×1069.8s≈5 075 s≈85 min. 2．宇宙速度与运动轨迹的关系(1)v 发＝7.9 km/s 时，卫星绕地球表面做匀速圆周运动． (2)7.9 km/s<v 发<11.2 km/s ，卫星绕地球运动的轨迹为椭圆． (3)11.2 km/s≤v 发＜16.7 km/s ，卫星绕太阳运动的轨迹为椭圆．(4)v 发≥16.7 km/s ，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间．三、近地卫星、同步卫星及赤道上物体的运行问题1.如图所示，a 为近地卫星，半径为r 1；b 为地球同步卫星，半径为r 2；c 为赤道上随地球自转的物体，半径为r 3。
浅谈同步卫星、近地卫星与赤道物体的异同
浅谈同步卫星、近地卫星与赤道物体的异同1000字同步卫星、近地卫星和赤道物体是三种不同类型的卫星，虽然它们都在太空中运行，但它们的功能、设计以及位置都存在着明显的差异。
本文将对同步卫星、近地卫星和赤道物体的异同进行浅谈。
一、同步卫星同步卫星是指绕地球运行周期与地球自转周期相等，且轨道平面与地球赤道平面平行的人造卫星。
这种卫星的最大特点就是其在轨道上保持相对静止，因此也称为地球同步轨道卫星。
同步卫星主要用于天气预报、远程通讯、导航、广播电视等领域。
其运行高度在3万公里左右，这种高度不仅可以绕过地球表面遮挡，而且还能够接收到来自地球各角落的信息。
二、近地卫星近地卫星是指轨道高度远低于同步轨道的人造卫星，轨道高度一般在几百公里至几千公里之间。
近地卫星的最大优势是可以对地球表面进行高分辨率的无死角观测和实时监测。
近地卫星主要用于地球观测、地形测绘、环境监测、军事侦察等领域。
除此之外，近地卫星也可以用于探测和研究太空环境中的各种现象，如太阳耀斑、行星射电辐射等。
三、赤道物体赤道物体是指在地球赤道面上或与赤道面角度较小的地方运行的人造卫星或天体。
赤道物体的轨道非常特殊，它们既不像近地卫星那样靠近地球表面，也不像同步卫星那样高悬天际。
相对于地球，赤道物体的轨道倾角为0度。
赤道物体可以用于地球环境观测、导航、科学探测等领域。
由于其特殊的轨道位置，赤道物体能够为人类提供独特的观测和实验条件，进而帮助更好地理解和研究地球和宇宙的各种现象。
总结来看，同步卫星、近地卫星和赤道物体各具特点，有不同的应用领域。
同步卫星主要用于通讯、天气预报等方面，近地卫星用于地球观测、环境监测等方面，而赤道物体则用于科学探测等领域。
虽然它们都是人造卫星，但其设计、轨道、功能的差异使它们都有着不同的任务和作用。
近地卫星和同步卫星的角速度
近地卫星和同步卫星的角速度卫星是人类在太空中工作和探索的重要工具，其中近地卫星和同步卫星是最常见的两种卫星。
这两种卫星的角速度是非常重要的参数，下面我们来详细了解一下。
近地卫星是指绕地球运行轨道高度在1000公里以下的卫星。
由于近地卫星距离地球较近，所以它们的角速度比较快。
具体来说，近地卫星的角速度约为每秒7.9公里。
这是因为近地卫星的运行轨道较短，需要更快的速度才能保持在轨道上运行。
近地卫星的角速度快，使得它们能够快速地覆盖地球表面的不同区域，从而实现通信、气象、地质勘探等多种应用。
同步卫星是指绕地球运行轨道高度在3.6万公里以上，且与地球自转周期相同的卫星。
同步卫星的角速度比较慢，具体来说，它们的角速度约为每秒3.07公里。
这是因为同步卫星的运行轨道较长，需要较慢的速度才能保持在轨道上运行。
同步卫星的角速度慢，使得它们能够保持与地球自转同步，始终在同一地点上方运行。
这种特殊的运行方式使得同步卫星成为了卫星通信、卫星导航等领域的重要工具。
除了角速度，近地卫星和同步卫星还有许多其他的不同之处。
例如，近地卫星的轨道高度较低，需要经常调整轨道以避免坠毁；而同步卫星的轨道高度较高，不需要经常调整轨道。
此外，近地卫星的应用范围较广，包括通信、气象、地质勘探等多个领域；而同步卫星主要用于卫星通信和卫星导航。
近地卫星和同步卫星是两种不同类型的卫星，它们的角速度也有所不同。
近地卫星的角速度快，适合于快速覆盖地球表面的不同区域；而同步卫星的角速度慢，适合于保持与地球自转同步，始终在同一地点上方运行。
对于不同的应用场景，我们可以选择不同类型的卫星来实现我们的目标。
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地球同步卫星特点
• 1、运行方向一定： 同步卫星的运行方向与地球自转方向一致。 • 2、周期一定： 同步卫星在赤道上空相对地球静止，它绕地 球的运动与地球自转同步，它的运动周期就等于 地球自转的周期，即T=24h. • 3、角速度一定： 同步卫星绕地球运动的角速度等于地球自转 的角速度。
提问：
我国北京的上空有没有地球同步 卫星？
问题： 同步卫 星的可 能轨道?
地心
F1 F2
F
o
地球同步卫星 的实际轨道
地 轴
地心o
F
地球同步卫星的实际轨道为赤道 平面上离地面高度一定的圆轨道
地球同步卫星特点
• 4、运行轨道一定： • 同步卫星的轨道平面在赤道平面上，即所 有的同步卫星都在赤道的正上方。 • 5、离地面的高度固定不变：
GMm 4 m 2 ( R h) 2 （R h） T
• 卫星在轨道上运行时，卫星的轨道可视为圆形， 这样卫星受到的万有引力提供卫星做匀速圆周运 动的向心力。 GM a （r越大，a越小）
ma
2
r2
v m GMm R 2
GM v r
（r越大，v越小） （r越大， 越小）
r
4 m 2 r T
2
m r
2
GM r3
r3 T 2 （r越大，T越大） GM
地球
v1=7.9km/s
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
7.9km/s<v<11.2km/s（绕地球做椭圆运动）
近地卫星
• 近地卫星的运行轨道半径等于地球半径， 卫星做匀速圆周运动的向心力是由地球 对卫星的万有引力提供的。
• 近地卫星的运行速度为第一宇宙速度。
GMm v m mg 2 R R
2
GM v R
v gR
人造卫星的运行规律
2
2 GMT h3 R 5.6R 2 4
地球同步卫星特点
• 6、环绕速度一定：
GMm v m 2 （R h） R h
• 7、向心加速度大小一定：
2
v
GM Rh
a r，一定，a一定。
2
思考：
多少颗同步卫星即可覆盖全球呢？
为了卫星之间不互相干扰，大约3° 左右才能放置1颗，这样地球的同步卫星 最多只能有120颗。可见，空间位置也是 一种资源。
近地卫星、同步卫星和赤道上物体运动的比较
3、角速度： 同步卫星与赤道上物体的运行角速度相 同 同 赤 ，由于r同>R近，所以 同 近
同 赤 近
• 4、向心加速度： 由r同>R近，r越大，a越小可知，a近>a同。 2 a r，r同>r赤可知，a同>a赤。 由 所以有a近>a同>a赤
近地卫星 和 地球同步卫星
复习：三大宇宙速度
1
• 第一宇宙速度：最小发射速度，最大环绕速度。 • （环绕速度） v =7.9km/s • 第二宇宙速度：脱离地球的引力束缚 • （脱离速度） v2=11.2km/s
• 第三宇宙速度：挣脱太阳引力的束缚 • （逃逸速度） v3=16.7km/s
v3=16.7km/s（逃到太阳系外） 11.2km/s<v<16.7km/s(脱离地球束缚， 成为太阳系的一颗“小行星”) v2=11.2km/s（脱离地球引力）
巩固与练习
（2011· 北京）由于通讯和广播等方面的需要， 许多国家发射了地球同步卫星，这些卫星的： A.质量可以不同 B.轨道半径可以不同 C.轨道平面可以不同 D.速率可以不同 答案：A
（08年山东卷）据报道，我国数据中继卫星“天链一 号01星”于2008年4月25日在西昌卫星发射中心发射 升空，经过4次变轨控制后，于5月1日成功定点在东 经77 赤道上空的同步轨道。关于成功定点后的“天链 一号01星”，下列说法正确的是： A.运行速度大于7.9 km/s B.离地面高度一定，相对地面静止
人造卫星的运行规律
• （1）人造卫星运行时的a、v、 、T由地球 质量和轨道半径决定。 • （2）同一轨道的不同卫星具有相同的a、 v、 、T。 • （3）人造卫星处于完全失重状态。
一、地球同步卫星
这种卫星绕地球运动的角 速度与地球自转的角速度相同， 具有与地球自转相同的周期， 相对于地面静止，所以从地面 上看，它总在某地的正上方， 因此叫地球同步卫星。
C.绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大
D.向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小
相等
答案：BC
近地卫星、同步卫星和赤道上物体运动的比较
• 1、轨道半径： • 近地卫星和赤道上物体的轨道半径相同，同步 卫星的轨道半径较大，r同>R近=r赤。 • 2、运行周期： • 同步卫星与赤道上物体的运行周期相同T同=T赤。 由于r同>R近（r越大，T越大），所以T同>T近。 所以有T同=T赤>T近。