人造卫星的发射、运行
高考物理人造卫星问题
人造卫星问题【本讲教育信息】一、教学内容：高考第一轮复习——人造卫星问题二、学习目标：1、知道地球（或天体）的卫星各物理量的关系，理解同步卫星的特点。
2、理解三种宇宙速度，会推导第一宇宙速度，能区分发射速度和绕行速度。
3、重点掌握与本部分内容相关的重要的习题类型及其解法。
三、考点地位：人造卫星问题是万有引力定律应用部分的难点问题，是近几年高考命题的热点，这部分内容综合性很强，从高考出题形式上分析，突出了对于卫星的发射、运转、回收等多方面的考查，人造卫星问题中涉及到的同步卫星的定位，人造卫星与地理知识与现代科技知识的综合问题，都是近几年高考考查的热点问题，2009年四川卷第15题、重庆卷第17题、广东卷第5题、安徽卷第15题、山东卷第18题，2008年山东卷第18题、广东卷第12题、2007年天津理综卷第17题、四川理综卷的第17题均以选择题的形式出现，08宁夏卷第23题、07年广东单科卷第16题这些题目则通过大型计算题形式出现。
（一）人造卫星的运行： 1. 人造卫星的动力学特征人造卫星绕地球运行而不逃离地球，地球对其的万有引力是唯一束缚力。
故此，任何卫星在正常运行时，其轨道平面必须经过地球质心（可粗略地认为质心与地心重合）。
否则，卫星便会在地球引力作用下，逐渐偏离既定的轨道而坠落。
如图所示三种轨道中，b 、c 轨道经过地心，可以存在，而a 轨道不存在。
例题：可以发射一颗这样的人造地球卫星，使其圆轨道（ ） A. 与地球表面上某一纬度线（非赤道）是共面同心圆 B. 与地球表面上某一经度线所决定的圆是共面同心圆C. 与地球表面上的赤道线是共面同心圆，且卫星相对地球表面是静止的D. 与地球表面上的赤道线是共面同心圆，但卫星相对地球表面是运动的 答案：CD2. 人造卫星的运动学特征（m 1为地球质量，r 为卫星轨道半径） （1）由rv m r m m G22221=得r Gm v 1=，∴r 越大，v 越小。
人造卫星的原理
人造卫星的原理人造卫星是一种由人类制造并送入地球轨道的人造天体，它可以用来进行通信、导航、气象监测等多种用途。
人造卫星的原理主要包括发射、轨道、通信和能源等方面。
首先，人造卫星的原理之一是发射。
发射是指将卫星送入地球轨道的过程，通常通过火箭将卫星送入太空。
在发射过程中，需要克服地球引力和大气阻力，以确保卫星能够进入预定的轨道。
因此，发射是人造卫星运行的第一步，也是至关重要的一步。
其次，人造卫星的原理还涉及轨道。
轨道是指卫星在地球周围运行的路径，通常有不同的轨道类型，如地球同步轨道、低地球轨道等。
不同的轨道类型适用于不同的应用场景，如通信卫星通常采用地球同步轨道，而气象卫星通常采用低地球轨道。
通过合理选择轨道类型，可以更好地满足卫星的使用需求。
另外，人造卫星的原理还包括通信。
通信是卫星的重要功能之一，它可以通过天线接收地面发来的信号，并将其转发到其他地区。
这样就实现了遥远地区之间的通信，为人类社会的发展提供了便利。
同时，卫星通信还可以覆盖地面范围广阔，无需铺设大量的通信线路，因此在一些偏远地区具有很大的优势。
最后，人造卫星的原理还涉及能源。
卫星通常需要能源来维持其正常运行，例如提供电力来驱动设备和维持通信等功能。
因此，卫星通常携带太阳能电池板，通过太阳能转换为电能来提供能源。
在没有太阳能的情况下，还需要携带储能设备，如电池组，以确保卫星能够持续运行。
综上所述，人造卫星的原理涉及发射、轨道、通信和能源等多个方面，这些原理相互作用，共同确保卫星能够正常运行并发挥其作用。
人造卫星的发展不仅促进了人类社会的进步，也为我们对宇宙和地球的认识提供了重要的数据支持。
随着科技的不断进步，相信人造卫星将发挥更加重要的作用，为人类社会的发展做出更大的贡献。
人 造 卫 星
人造卫星【学习目标】1．初步掌握人造卫星的发射、运行、回收知识。
2．定量描述同布卫星。
3．能辨析赤道上的物体、近地卫星、同步卫星。
【学习重点】卫星的运行、同步卫星【学习难点】辨析赤道上的物体、近地卫星、同步卫星预习案1. 人造卫星的运行速度、角速度、周期与半径的关系根据万有引力提供向心力，则有（1）由，得，即人造卫星的运行速度与轨道半径的平方根成反比，所以半径越大（即卫星离地面越高），线速度越小。
（2）由，得，即，故半径越大，角速度越小。
（3）由，得，即，所以半径越大，周期越长，发射人造地球卫星的最小周期约为85分钟。
2. 人造卫星的发射速度和运行速度（环绕速度）（1）发射速度是指被发射物在地面附近离开发射装置时的速度，并且一旦发射后就再也没有补充能量，被发射物仅依靠自身的初动能克服地球引力做功上升一定高度，进入运动轨道（注意：发射速度不是应用多级运载火箭发射时，被发射物离开地面发射装置的初速度）。
要发射一颗人造卫星，发射速度不能小于第一宇宙速度。
因此，第一宇宙速度又是最小的发射速度。
卫星离地面越高，卫星的发射速度越大，贴近地球表面的卫星（近地卫星）的发射速度最小，就是其运行速度即第一宇宙速度。
（2）运行速度是指卫星在进入轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度，根据可知，卫星越高，半径越大，卫星的运行速度（环绕速度）就越小。
3.地球同步卫星相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫地球同步卫星，又叫通讯卫星。
同步卫星有以下几个特点：（1）同步卫星的运行方向与地球自转方向一致。
（2）同步卫星的运转周期与地球自转周期相同，且（3）同步卫星的运行角速度等于地球自转的角速度。
（4）要与地球同步，卫星的轨道平面必须与赤道平面平行，又由于向心力是万有引力提供的，万有引力必须在轨道平面上，所以同步卫星的轨道平面均在赤道平面上，即所有的同步卫星都在赤道的正上方，不可能定点在我国某地上空。
（5）同步卫星高度固定不变。
人造卫星原理
人造卫星原理人造卫星是由人类制造并送入地球轨道的一种人造天体，它可以用来进行通讯、导航、气象观测等多种用途。
人造卫星的原理是基于牛顿力学和开普勒定律的基础上，通过发射器将卫星送入地球轨道，并通过推进器进行定位和调整轨道，从而实现其功能。
下面将详细介绍人造卫星的原理。
首先，人造卫星的发射器是将卫星送入地球轨道的关键设备。
发射器通常是由火箭组成，通过火箭的推进力将卫星送入预定轨道。
在发射过程中，需要考虑到地球的引力、大气层的阻力等因素，确保卫星能够顺利进入轨道。
一旦卫星进入轨道，它将按照开普勒定律绕地球运行，实现其预定的任务。
其次，人造卫星的推进器是用来调整卫星轨道和位置的重要装置。
推进器可以通过喷射推进剂来改变卫星的速度和轨道，从而实现对卫星位置的调整。
这种调整可以使卫星保持在所需的轨道上，或者改变轨道以适应不同的任务需求。
推进器的设计和使用需要考虑到推进剂的储备、喷射方向的控制等因素，以确保卫星能够按照预定计划运行。
最后，人造卫星的功能是基于其特定的载荷和设备来实现的。
不同类型的卫星具有不同的功能，比如通讯卫星可以实现地面通讯信号的传输，导航卫星可以提供精准的定位和导航服务，气象卫星可以进行大气层的观测和预测等。
这些功能需要通过卫星上的各种设备和载荷来实现，比如天线、摄像头、传感器等。
这些设备需要与卫星的能源系统、通讯系统等配合工作，以实现卫星的功能。
综上所述，人造卫星的原理是基于发射器将卫星送入地球轨道，通过推进器进行轨道调整，以及利用载荷和设备实现其功能。
这些原理是卫星能够在轨道上稳定运行，并实现各种任务的基础，也是人类利用卫星开展空间活动的重要基础。
希望通过本文的介绍，读者能够对人造卫星的原理有一个清晰的了解。
人造卫星 原理
人造卫星原理
人造卫星是指由人工制造并发射到地球轨道上的卫星。
它们被用于各种不同的用途，包括通信、天气观测、导航、科学研究等等。
人造卫星的工作原理可以简单地概括为以下几个步骤：
1. 发射：人造卫星通常由火箭发射入轨。
发射时，火箭提供足够的速度和高度将卫星送入轨道上。
2. 轨道：一旦卫星进入轨道，它会按照预定的轨道进行运动。
不同的卫星有不同的轨道类型，包括低地球轨道、中地球轨道和静止轨道等。
3. 通信：许多人造卫星用于通信目的。
这些卫星配备了天线和发射器，可以接收地面信号并转发到其他地区。
这种通信方式被广泛应用于电话、互联网和电视广播等领域。
4. 观测：人造卫星还用于观测地球和宇宙。
这些卫星搭载各种仪器，可以测量地球表面的温度、气候和植被等信息，或者观测宇宙中的星体、行星和黑洞等。
5. 导航：导航卫星是用于定位和导航的。
它们发射出无线电信号，接收器可以通过测量信号的时间差来计算自己的位置。
全球定位系统（GPS）就是一个应用广泛的导航卫星系统。
6. 科学研究：科学卫星主要用于进行各种科学研究。
例如，天
文学家可以使用卫星观察遥远的星系和宇宙现象，地球科学家可以利用卫星收集地球表面气候和环境的数据。
总之，人造卫星通过发射入轨、按照预定轨道运动，并搭载不同的仪器和设备来实现各种功能，从而能够为人类提供通信、观测、导航和科学研究等服务。
新课程同步鲁科版高中物理必修第二册新学案课件：第4章 第2节 第2课时 人造卫星上天
动的 最小 地面发射速度
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
射速度最小
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
2．判一判
(1)绕地球做圆周运动的人造卫星的速度可以是 10 km/s。
(×)
(2)第一宇宙速度跟地球的质量无关。
力，GMr2m＝mrv2，得 v＝
GrM，所以轨道半径 r 越大，卫星
的环绕速度越小；实际生活中，做圆周运动的卫星的轨道半径大
于地球的半径，所以环绕速度一定小于 7.9 km/s。宇宙速度：指人造卫星近地环绕速度，它是人造卫 星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度，是人造 地球卫星的最小发射速度，其大小为 v＝7.9 km/s。
(6)运行速度一定：设同步卫星的运行速度为 v， 由于 GRM＋mh2＝mR＋v2 h，
可得 v＝
RG＋Mh＝
gR2 R＋h
＝
9.8×6.4×1062 6.4×106＋3.6×107
m/s＝3.1×103 m/s。
[典例 3] 在地球的卫星中有两类卫 星的轨道比较特殊，一是极地卫星，二是 同步卫星。已知某极地卫星的运行周期为 12 h，则下列关于极地卫星和同步卫星的描述正确的是 ( )
(√ )
3．想一想 地球对周围的一切物体都有引力的作用，因此我 们抛出的物体会落回地面。在高山上水平抛出一个物 体，抛出的速度越大，落地点与抛出点的水平距离越 大。 (1)地球可以近似看成球体，如图所示，如果抛出的速度很 大，地面还能看成水平面吗？
提示：不能。
(2)如果不断增大抛出的速度，可能会出现什么现象？牛 顿说过“没有大胆的猜测就没有伟大的发现”，在已有事实 的基础上，合理外推，科学假设，是认知未知事物的一种科 学方法。那么由以上事实基础，你能作出怎样的猜想呢？
人造卫星是如何工作的
人造卫星是如何工作的人造卫星是指由人类制造的、运行在地球附近空间的小型新型航天器，它们能用于空中观测、航空物测、通信和其他科学实验，是当代航空技术的重要组成部分。
那么，人造卫星是如何工作的呢？一、组成结构人造卫星由三大部分组成：发射载体、航天器本体和传感器。
发射载体是将卫星送入空间的运载工具，是由多种发射架和发射助推器组成，可以将航天器送入太空。
航天器本体主要由电池、控制处理机、发射机和传感器组成，主要负责受到地球上的消息信号，然后进行定时、定量的消息处理和发射，以完成指定的任务，传感器是卫星的敏感组成部分，是用于收集环境信息的工作装置。
二、轨道参数人造卫星根据椭球力学原理运行在轨道空间，其轨道的参数有：卫星的轨道周期、卫星的轨道高度和卫星的轨道倾角。
其中，卫星的轨道周期就是卫星从地面经过一次全程所需要的时间，卫星轨道高度表示卫星距离地球表面的距离高度，卫星轨道倾角也称卫星运动平面与赤道平面的夹角，这三个参数来决定卫星的运行轨迹。
三、作业模式人造卫星的作业模式是指卫星完成自身任务所采用的方法，现有的作业模式有拉尔夫模式、分形模式和同步模式等，每种模式的作用都不一样，拉尔夫模式适合测控任务量较大的卫星，分形模式主要用于观测任务，同步模式适用于增添系统可靠性要求较高的大规模卫星系统。
四、发射方式发射方式是指将航天器从地球发射到指定高度的运载手段，提供合适的动量条件来满足卫星的轨道运行要求。
根据运载手段不同，可以细分为大号固定翼运载机发射、载人飞船发射和火箭发射三种方式。
其中，大号固定翼运载机发射是指将卫星发射件载入大号固定翼运载飞机的货舱中，较省资源，可以节省发射成本；载人飞船发射是指使用载人飞船为卫星提供一定的动量加速；火箭发射是指将卫星装在由火箭发射到空间，火箭发射是太空技术发展史上最Ꞙ达的发射手段。
五、航行方式卫星航行方式主要有两种，根据定点停泊和满轨正常行走，一般情况下卫星采取满轨正常行走的方式，即让卫星在指定的轨道上按照预定的由近到远的方式永久的巡回行走。
人造卫星中的几个问题解析
人造卫星中的几个问题解析发表时间：2011-02-18T17:17:55.297Z 来源：《学习方法报·教研周刊》2010年第26期供稿作者：王玉珍路雪芹[导读] 因人造卫星在绕地球飞行时靠万有引力提供向心力做匀速圆周运动，故其圆周运动轨道的圆心与地球球心重合山东省青州第二中学王玉珍路雪芹一、人造卫星的发射发射分三个阶段：发射升空阶段、飘移进入轨道阶段和进入预定轨道后绕地球运行阶段，在第一阶段有竖直向上的加速度，处于超重状态；第三阶段有竖直向下的加速度且为重力加速度，故处于完全失重状态。
二、轨道、能量因人造卫星在绕地球飞行时靠万有引力提供向心力做匀速圆周运动，故其圆周运动轨道的圆心与地球球心重合；人造卫星在运行中，离地面越高，速度越小，动能越小，而重力势能越大，所具有的机械能越大，发射卫星需要的能量越多，发射卫星越困难。
三、卫星的绕行速度、角速度、周期与半径的关系四、卫星运行中的几个疑难问题1．卫星绕地球运动的向心加速度和物体随地球自转的向心加速度卫星绕地球运动的向心力完全由地球对卫星的万有引力提供，而放在地面上的物体随着地球自转所需的向心力是由万有引力的一个分力提供的。
卫星绕地球运动的向心加速度a1＝GM/r2，其中M为地球的质量，r为卫星与地心间的距离，物体随地球自转的向心加速度，其中T为地球自转周期，R为物体所在纬度圈的半径。
2．环绕速度与发射速度（1）人造卫星的环绕速度，第一宇宙速度对于近地人造卫星，轨道半径近似等于地球半径R，卫星在轨道处所受的万有引力F引，近似等于卫星在地面上所受的重力mg，这样由重力mg提供向心力，即mg＝mv2/R，得v＝，代入g＝9.8 m/s2，R＝6400 km，得v＝7.9 km/s。
要注意v＝仅适用于近地卫星。
可见，7.9 km/s的速度是人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动具有的速度，我们称为第一宇宙速度，也是人造地球卫星的最小发射速度。
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r
将卫星的运动看成匀速圆周运动， v w T a 与卫星质量无关 其所需向心力由万有引力提供
“一定全定”
v1=7.9km/s
F引 F向
角速度、周期与半径 速度越小、角速度越小、周期越长。 v1是最小近地发射速度，也是最大运行速度（近地卫星） 的关系?
GM F引 a ma 2 设地球和卫星的质量 r 2 v GM 分别为M 卫星到 m和m, v 2 Mm r r G 2 地心的距离为 r , r mr 2 GM 推导：卫星运动的向 r3 2 3 2 r 心加速度、线速度、 mr T 2 不同轨道上运行的卫星，轨道半径越大，线 T GM
在地球上抛出的物体，当它的速度足够大时， 一、人造卫星： 物体就永远不会落到地面上，它将围绕地球旋 转，成为一颗人造地球卫星。简称人造卫星。
1.牛顿人造地球卫星设想图
v 增大
人造地球卫 星的最小发射 速度有多大呢？
平抛 洲际 导弹 人造 卫星
2、第一宇宙速度（环绕速度）
当物体以最小的近地发射速度发射 时 ，卫星刚好能在地球表面附近 作匀速圆周运动，此时轨道半径r 近似等于地球半径R 卫星做圆周运动的向心力由万有引 力提供，万有引力近似等于重力mg， 根据牛顿第二定律得:
竞相发展的全球卫星导航系统
美国GPS
俄罗斯GLONASS
中国北斗
欧盟伽利略
在中国航天业上 哪些是火箭？ 哪些是宇宙飞船？ 哪些是空间站？
• 火箭：长征一号、长征二号E、长征二号F • 宇宙飞船：神舟一号、神舟二号、神舟三号、 神舟五号、神舟六号、神舟七号、神舟八号 • 空间站：天宫一号与神舟九号、神舟十号对 接
讨论:
高轨道上 运行的卫星速 度小，是否越 容易发射呢？ 这取决于 卫星的发射 速度，而不 是运行速度。
三、人造地球卫星的变轨
卫星发射
卫星发射的轨迹
卫星的变轨
小组讨论，比较下列速度大小
v3
B
v4
v1
v1 ＞ v4 v1 ＜ v2
v3 ＜ v4
A
v2
嫦娥一号发射全过程
高考变形
（全国2011）我国“嫦娥一号”探月卫星发射后， 先在“24小时轨道”上绕地球运行（即绕地球一 圈需要24小时）；然后，经过两次变轨依次到达 “48小时轨道”和“72小时轨道”；最后奔向月 球。如果按圆形轨道计算，并忽略卫星质量的变 c 化，则在每次变轨完成后与变轨前相比（ ） A．卫星速度增大，角速度减小 B．卫星速度增大，角速度增大 C．卫星速度减小，角速度减小 D．卫星速度减小，角速度增大
山东科学技术出版社 高中 必修二 物理
人造卫星的发射、运行和变轨
（第五章 第二节 第一课时）
单位：章丘中学 主讲人：孙法永
你相信有千里眼，顺风耳吗？
这些实景都是通过哪一双 千里眼观察到的？
章 丘 中 学
“东方红一号”
技术试验卫星
科学卫星
气象卫星
导航卫星
空间站
测地卫星
军事卫星
资源卫星
通信卫星
想一想:卫星是怎样发射上去的呢？
本课小结
一、卫星的发射原理、三种宇宙速度
a GM r2
二、卫星的运行(圆周轨道)
v
原理： mg=GMm/r2=ma=mv2/r=mrω 2=mr4π 2/T2 结论:卫星运动与m无关；v、ω 、T由r唯一决定 三、卫星的变轨 四、同步卫星
GM r
GM r3
4 2 r 3 T GM
中国航天
四、同步通讯卫星
1、地球同步卫星相对于地面静 止，周期与地球相同。 2、同步卫星的轨道如何确定? 同步卫星必须位于赤道平面上空。 2 Mm 2 G 2 mr r T 2 GMT r3 Rh 2 4
2 GMT 7 h 3 R 3 . 6 10 m 2 4
R
h
r
F向
F引
F2
F 向= F 引
同步卫星离地面高度36000公里
任何卫星轨道平面 必过地心
同步卫星的特点
1. 周期 T = 24h 2. 轨道平面在赤道平面内 3. 离地高度h = 36000km 4. r、v、ω、T、an的大小“全部固定”
走进高考
（山东2011）甲、乙为两颗地球卫星，其中甲 为地球同步卫星，乙的运行高度低于甲的运 行高度，两卫星轨道均可视为圆轨道。以下 判断正确的是（ AC） A．甲的周期大于乙的周期 B．乙的速度大于第一宇宙速度 C．甲的加速度小于乙的加速度 D．甲在运行时能经过北极的正上方
结束语
• 浩瀚的宇宙就像一座丰富的宝藏，吸引 着人类的目光，激励人们去探索其博大 和神秘。目前，开发太空资源，开创空 间产业，实现太空居住筹造福人类之举， 已逐渐成为航天活动的主旋律。想了解 更多的航天知识吗？想在航天方面发挥 自己的能力吗？请阅读相关书目，上网 去找相关资料，广泛的收集航天科学知 识，努力学习将来你一定能实现梦想。
v2 是为什么？ R 6.4 10
6
R 6.37 v>7.9km/s 106 m
7.9km/s
神舟七号发射
3、第二宇宙速度 （脱离速度）
v2= 11.2km/s
4、第三宇宙速度 （逃逸速度）
11.2km/s<v<16.7km/s V3≥16.7km/s
太阳
太阳
太阳
二、卫星的运行(圆周轨道)
v1=7.9km/s F引
R
Mm v2 思考： mg G 2 m R R
讨论：
M 5.98 1024 kg
当卫星运行的速度 从牛顿提出设想到第一颗人造 v1 7.9km/s gR 6.37，卫星还能 106 9.8 7.9km/s 大于 卫星上天，历时近三百年，这 11 24 绕地球做圆周运动吗？ GM 6.67 10 5.98 10