第一宇宙速度的公式
1第一宇宙速度的推导
1.第一宇宙速度的推导人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动时，其轨道半径近似等于地球半径R ，其向心力为地球对卫星的万有引力，其向心加速度近似等于地面处的重力加速度，设地球质量为M .根据万有引力定律和匀速圆周运动的规律可得G 2RMm =m R v 2解得v =624111037.61089.51067.6⨯⨯⨯⨯=-R GM m/s=7.9 km/s 或mg =m Rv 2解得v =61037.68.9⨯⨯=gR m/s=7.9 km/s2.人造卫星的加速度、速度、角速度、周期跟轨道半径的关系人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动的向心力为地球对卫星的万有引力.根据万有引力定律和匀速圆周运动的规律可得 G 2R Mm =ma =m r v 2=m ω2r =m r T224π 所以a =rGM ，随着轨道半径的增大，卫星的向心加速度减小. v =rGM ，随着轨道半径的增大，卫星的线速度减小.第一宇宙速度是卫星绕地球做匀速圆周运动的最大速度，是发射卫星的最小速度.ω=3r GM，随着轨道半径的增大，卫星的角速度减小.T =2πGMr 3，随着轨道半径的增大，卫星绕地球运动的周期增大.近地卫星的轨道半径最小（近似看作等于地球半径），所以，近地卫星的周期最小.近地卫星的周期约为84.4min ，所有绕地球运行的卫星的周期都不会小于84.4min.3.卫星的轨道卫星绕地球运动的轨道可以是椭圆轨道，也可以是圆轨道.卫星绕地球沿椭圆轨道运动时，地心是椭圆的一个焦点，其周期和半长轴的关系遵循开普勒第三定律.这类问题在中学物理中很少讨论.卫星绕地球沿圆轨道运动时，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，而万有引力指向地心，所以，地心必然是卫星圆轨道的圆心.卫星的轨道平面可以在赤道平面内（如同步卫星），也可以和赤道平面垂直，还可以和赤道平面成任一角度.4.同步卫星同步卫星指在赤道平面内，以和地球自转角速度相同的角速度绕地球运动的卫星，同步卫星又叫通讯卫星.同步卫星有以下几个特点：（1）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 .（2）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.（3）轨道一定：由于同步卫星绕地球的运动与地球的自转同步，这就决定了同步卫星的轨道平面应与赤道平面平行.又由于同步卫星绕地球运动的向心力是地球对卫星的万有引力，这又决定了同步卫星圆周运动的圆心为地心.所以，所有同步卫星的轨道必在赤道平面内.由于所有同步卫星的周期都相同，由r =3224GMT 知，所有同步卫星的轨道半径都相同，即同步卫星都在同一轨道上绕地球做匀速圆周运动，其轨道离地面的高度约为3.５９×１０４ km.(4)环绕速度大小一定：所有同步卫星绕地球运动的线速度的大小是一定的，都是３.０８ km/s.（5）向心加速度大小一定：所有同步卫星由于到地心距离相同，所以，它们绕地球运动的向心加速度大小都相同，约为0.23 m/s 2.。
三大宇宙速度的推导公式
三大宇宙速度的推导公式首先来推导地球绕太阳公转的速度。
地球绕太阳公转的速度可以通过以下公式推导得到：F=G*(M*m)/r²其中，F表示太阳对地球的引力，G表示万有引力常量，M表示太阳的质量，m表示地球的质量，r表示地球距离太阳的距离。
太阳对地球的引力提供了地球沿着椭圆轨道绕太阳公转的向心力。
根据在圆周运动中的向心力和离心力平衡的条件，可以得到公式为：F=m*v²/r其中，v表示地球绕太阳公转的速度。
将上面两个公式联立，可以得到：G*(M*m)/r²=m*v²/r消去m，可以得到：v=√(G*M/r)这个公式表示地球绕太阳公转的速度与太阳的质量、地球与太阳的距离有关。
接下来推导地球自转的速度。
地球自转的速度可以通过以下公式推导得到：v=2πr/T其中，v表示地球自转的速度，r表示地球的半径，T表示地球自转一周所花费的时间。
地球的半径可以用平均半径r0来近似表示，T可以用地球的自转周期T0来近似表示。
因此，地球的自转速度可以近似表示为：v=2πr0/T0最后推导地球脱离太阳的逃逸速度。
地球脱离太阳的逃逸速度可以通过以下公式推导得到：E=K+U其中，E表示地球相对于太阳的总机械能，K表示地球的动能，U表示地球受到太阳引力的势能。
地球相对于太阳的总机械能为负值，因为地球处于太阳的引力场中，所以E小于0。
动能K可以用1/2mv²表示，其中m表示地球的质量，v表示地球脱离太阳的速度。
势能U可以用-GMm/r表示，其中G表示万有引力常量，M表示太阳的质量，r表示地球与太阳的距离。
将上面两个公式联立，可以得到：E = 1/2mv² - GMm/rE小于0，所以：1/2mv² < GMm/r消去m，可以得到：v²<2GM/r地球脱离太阳的逃逸速度v可以近似表示为：v=√(2GM/r)这个公式表示地球脱离太阳的逃逸速度与太阳的质量、地球与太阳的距离有关。
第一个宇宙速度的推导
1.第一宇宙速度的推导人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动时，其轨道半径近似等于地球半径R ，其向心力为地球对卫星的万有引力，其向心加速度近似等于地面处的重力加速度，设地球质量为M .根据万有引力定律和匀速圆周运动的规律可得G 2R Mm =m R v 2解得v =624111037.61089.51067.6⨯⨯⨯⨯=-R GM m/s=7.9 km/s 或mg =m R v 2解得v =61037.68.9⨯⨯=gR m/s=7.9 km/s2.人造卫星的加速度、速度、角速度、周期跟轨道半径的关系人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动的向心力为地球对卫星的万有引力.根据万有引力定律和匀速圆周运动的规律可得 G 2R Mm =ma =m r v 2=m ω2r =m r T224π 所以a =r GM ，随着轨道半径的增大，卫星的向心加速度减小. v =rGM ，随着轨道半径的增大，卫星的线速度减小.第一宇宙速度是卫星绕地球做匀速圆周运动的最大速度，是发射卫星的最小速度.ω=3r GM，随着轨道半径的增大，卫星的角速度减小.T =2πGMr 3，随着轨道半径的增大，卫星绕地球运动的周期增大.近地卫星的轨道半径最小（近似看作等于地球半径），所以，近地卫星的周期最小.近地卫星的周期约为84.4min ，所有绕地球运行的卫星的周期都不会小于84.4min.3.卫星的轨道卫星绕地球运动的轨道可以是椭圆轨道，也可以是圆轨道.卫星绕地球沿椭圆轨道运动时，地心是椭圆的一个焦点，其周期和半长轴的关系遵循开普勒第三定律.这类问题在中学物理中很少讨论.卫星绕地球沿圆轨道运动时，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，而万有引力指向地心，所以，地心必然是卫星圆轨道的圆心.卫星的轨道平面可以在赤道平面内（如同步卫星），也可以和赤道平面垂直，还可以和赤道平面成任一角度.4.同步卫星同步卫星指在赤道平面内，以和地球自转角速度相同的角速度绕地球运动的卫星，同步卫星又叫通讯卫星.同步卫星有以下几个特点：（1）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 .（2）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.（3）轨道一定：由于同步卫星绕地球的运动与地球的自转同步，这就决定了同步卫星的轨道平面应与赤道平面平行.又由于同步卫星绕地球运动的向心力是地球对卫星的万有引力，这又决定了同步卫星圆周运动的圆心为地心.所以，所有同步卫星的轨道必在赤道平面内.由于所有同步卫星的周期都相同，由r =3224 GMT 知，所有同步卫星的轨道半径都相同，即同步卫星都在同一轨道上绕地球做匀速圆周运动，其轨道离地面的高度约为3.５９×１０４ km.(4)环绕速度大小一定：所有同步卫星绕地球运动的线速度的大小是一定的，都是３.０８ km/s.（5）向心加速度大小一定：所有同步卫星由于到地心距离相同，所以，它们绕地球运动的向心加速度大小都相同，约为0.23 m/s 2.。
三种宇宙速度的计算方法
宇宙速度的计算方法第一宇宙速度的计算方法第一宇宙速度（V1）：航天器沿地球表面作圆周运动时必须具备的速度，也叫环绕速度。
按照力学理论可以计算出V1＝7．9km/s。
航天器在距离地面表面数百公里以上的高空运行，地面对航天器引力比在地面时要小，故其速度也略小于V1第二宇宙速度的计算方法1.第二宇宙速度（V2）：当航天器超过第一宇宙速度V1达到一定值时，它就会脱离地球的引力场而成为围绕太阳运行的人造行星，这个速度就叫做第二宇宙速度，亦称逃逸速度。
按照力学理论可以计算出第二宇宙速度V2＝11．2 km/s。
第三宇宙速度的计算方法第三宇宙速度（V3）从地球表面发射航天器，飞出太阳系，到浩瀚的银河系中漫游所需要的最小速度，就叫做第三宇宙速度。
按照力学理论可以计算出第三宇宙速度V3＝16．7公里／秒。
需要注意的是，这是选择航天器入轨速度与地球公转速度方向一致时计算出的V3值；如果方向不一致，所需速度就要大于16．7公里／秒了。
可以说，航天器的速度是挣脱地球乃至太阳引力的惟一要素，目前只有火箭才能突破宇宙速度设物体以第三宇宙速度抛出时具有的动能为1232E mVk=，这部分动能应该包括两部分：即脱离地球引力的动能E k1和脱离太阳引力的动能E k2。
即：E k＝E k1+E k2。
易知：12122E mVk=，V2为地球第二宇宙速度。
下面再求E k2：有两点说明：①因为地球绕太阳公转的椭圆轨道的离心率很小，可以当作圆来处理。
②发射时个行星对物体的引力很小，可以忽略不计。
基于这两点简化，发射过程可以应用机械能守恒定律解题。
物体随地球绕太阳的公转速率等于29.8km/s。
其'29.842.2/2V km s=（以太阳为参照物）。
如果准备飞出太阳系的物体在地球上的发射方向与地球绕太阳公转方向相同，便可以充分利用地球公转速度，这样物体在离开地球时只需要有相对地球的速度V’＝12.4km的速率便可以脱离太阳系。
与此相对应的动能为：12'22E mVk=既能摆脱地球引力也能摆脱太阳引力所需要的总动能为：222312222232111'222'k k kE mV E E mV mVV V V==＝＋＋＝＋可以得出第三宇宙速度：V3。
三种宇宙速度
1
3
【答案】C
，选项C正确。
1
6
×
2
1
＝
，其第二宇
3
6
小结
了解三种宇宙速度，重点是利用第一宇宙速度就是近地卫星
的线速度，并利用万有引力提供向心力的求解方法！
当卫星在地面附近做圆周运动时，其运行速度即为。
第一宇宙速度7.9 /；当卫星到达地面附近时，其速度
介于 7.9～11.2 / 之间，则卫星沿椭圆轨道绕地球运动；
当卫星到达地面附近时，其速度介于11.2～16.7 /之
间，则卫星沿椭圆轨道飞离地球，成为绕太阳运动的卫星；
当卫星到达地面附近时，其速度超过16.7 /，则卫星
与星球的半径相等；二是“匀速圆周运动”，卫星所受的向心力由万有引
力提供，即 2
力，即 2
=
12
，故1＝
，又由于星球表面万有引力约等于重
= ，故1＝ 。地球的第一宇宙速度约为1＝7.9 /，
月球的第一宇宙速度约为1.8 /。
三种宇宙速度的对比
以地球为例，三种宇宙速度和相应轨道间的关系如图所示
能飞出太阳系成为太阳系外的卫星。三种宇宙速度是指卫
星发射的速度，而不是在轨道上的运行速度。
【例1】我国成功发射了绕月运行的探月卫星“嫦娥二号”。设该卫星的
1
轨道是圆形的，且贴近月球表面。已知月球的质量约为地球质量的
81
月球的半径约为地球半径的
1
4
，
，地球上的第一宇宙速度约为7.9 km/s，
则该探月卫星绕月运行的速率约为 (
16.7 km/s
其大小为v3＝ ____________，也叫逃逸速度。
高中物理天体运动公式大全
高中物理天体运动公式大全1. 万有引力定律公式。
- F = G(Mm)/(r^2)- 其中F是两个物体间的万有引力，G = 6.67×10^-11N· m^2/kg^2（引力常量），M和m分别是两个物体的质量，r是两个物体质心之间的距离。
2. 天体做圆周运动的基本公式（以中心天体质量为M，环绕天体质量为m，轨道半径为r）- 向心力公式。
- 根据万有引力提供向心力F = F_向- G(Mm)/(r^2)=mfrac{v^2}{r}（可用于求线速度v=√(frac{GM){r}}）- G(Mm)/(r^2) = mω^2r（可用于求角速度ω=√(frac{GM){r^3}}）- G(Mm)/(r^2)=m((2π)/(T))^2r（可用于求周期T = 2π√((r^3))/(GM)）- G(Mm)/(r^2)=ma（a=(GM)/(r^2)，这里的a是向心加速度）3. 黄金代换公式。
- 在地球表面附近（r = R，R为地球半径），mg = G(Mm)/(R^2)，可得GM = gR^2。
这个公式可以将GM用gR^2替换，方便计算。
4. 第一宇宙速度公式（近地卫星速度）- 方法一：根据G(Mm)/(R^2) = mfrac{v^2}{R}，且mg = G(Mm)/(R^2)，可得v=√(frac{GM){R}}=√(gR)（R为地球半径，g为地球表面重力加速度），v≈7.9km/s。
- 第一宇宙速度是卫星绕地球做匀速圆周运动的最大环绕速度，也是卫星发射的最小速度。
5. 第二宇宙速度公式（脱离速度）- v_2=√(frac{2GM){R}}，v_2≈11.2km/s，当卫星的发射速度大于等于v_2时，卫星将脱离地球的引力束缚，成为绕太阳运动的人造行星。
6. 第三宇宙速度公式（逃逸速度）- v_3=√((2GM_日))/(r_{地日) + v_地^2}（其中M_日是太阳质量，r_地日是日地距离，v_地是地球绕太阳的公转速度），v_3≈16.7km/s，当卫星的发射速度大于等于v_3时，卫星将脱离太阳的引力束缚，飞出太阳系。
第一宇宙速度的求解方法
原创作品 严禁盗用第 1 页 共 1 页 第一宇宙速度的求解方法方法1．地球对近地卫星的引力提供近地卫星绕地球转动所需的向心力对质量为m 的近地卫星: 22GMm v m v r r =⇒= 由于近地卫星距地面的高度h < < R ,上式变为7.9v km s ==由v =,卫星的公转半径r 越小,其公转速度v 也就越大。
而地球卫星的最小公转半径即地球半径R , 所 以上面所得出的第一宇宙速度v = 7.9k m / s 是地球卫星的最大环绕速度。
方法2.重力提供近地卫星绕地球转动所需的力对于近地表面的物体:由于物体随地球一起转动所需的向心力远远小于物体所受的重力,所以在忽略地球自转影响的情况下可认为地球对近地表面物体的引力等于物体所受到的重力。
对质量为m 的近地卫星:2v m mg r=7.9v km s = 方法3. 能量守恒法仍假设地球质量为M ，半径为R ，发射质量为m 的卫星初速度为v ，卫星在距地面高度为h 处圆周轨道做匀速圆周运动的速度为v 1，不考虑空气阻力，把地球和卫星看成一个系统，则能量守恒。
2211122GMm GMm E mv mv R R h =-=-+ 则：2211122GMm GMm mv mv R R h=+-+ 根据F 万=F 向，有212()mv GMm R h R h=++ 所以，21122()GMm mv R h =+ 代入上式：2122()2()GMm GMm GMm GMm GMm mv R h R R h R R h =+-=-+++化简：v ==对于地球表面的人造卫星，R hR +≈，上式得：7.9v km s ==，同样能够得到的第一宇宙速度的表达式。
方法4. 相似三角形法如图，假设地球是一个半径为R 的理想球体，现将一物体从地球表面A 处以一定的初速度V 0水平抛出，该点距地心的距离为r ，若时间t 内物体水平飞行的距离CB=X ，自由下落的距离AC=y 。
第一宇宙速度是多少
第一宇宙速度是多少阅读精选（1）：对于第一宇宙速度很多人并不陌生，在高中物理课堂都有学习过一二，明白。
但是V1＝7．9公里／秒，这个数字是怎样来的呢，除了第一宇宙，还存在其它的宇宙速度吗？下面是奥秘世界为整理出最详细的第一宇宙速度推导过程及相关宇宙速度的信息。
第一宇宙速度，是指航天器沿地球表面作圆周运动时务必具备的速度，也叫环绕速度。
第一宇宙速度两个别称：航天器最小发射速度、航天器最大运行速度。
在一些问题中说，当某航天器以第一宇宙速度运行，则说明该航天器是沿着地球表面运行的。
按照力学理论能够计算出V1＝7．9公里／秒。
航天器在距离地面表面数百公里以上的高空运行，地应对航天器引力比在地面时要小，故其速度也略小于V1。
第一宇宙速度（V1）物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度叫做第一宇宙速度。
一、第一宇宙速度推导过程在做第一宇宙推导时理解人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动时，其轨道半径近似等于地球半径R，其向心力为地球对卫星的万有引力，其向心加速度近似等于地面处的重力加速度。
所以，物体所受重力=万有引力=航天器沿地球表面作圆周运动时向心力，在那里，正好能够利用地球的引力，在适宜的轨道半径和速度下，地球对物体的引力，正好等于物体作圆周运动的向心力。
1、万有引力定律F=Gm1m2/能够读成F等于G乘以m1m2与R的平方的商注：F:两个物体之间的引力G:万有引力常数m1:物体1的质量m2:物体2的质量r:两个物体之间的距离2、物体所受重力=万有引力=航天器沿地球表面作圆周运动时向心力的公式表达为：mg=Gmm/r2=mv2/rmg=mv2/r解得v2=gr将R地=6。
37×106m，g=9。
8m/s2代入，并开平方，得v=7。
9km/s注：①第一个R是卫星的轨道半径，第二个R是地球半径，g是重力加速度。
但是在计算第一宇宙速度时，假定卫星的轨道半径等于地球半径。
也就是卫星在地面的高度飞行。
关于三个宇宙速度的推导
三个宇宙速度的推导教材对第一宇宙速度做了具体推导，对第二、三宇宙速度没有进行推导，为使学生正确理解宇宙速度，认识它们的关系，拓宽知识，现对三个宇宙速度分析如下。
第一宇宙速度物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，叫第一宇宙速度，又叫环绕速度，第一宇宙速度是最小的发射速度，其数值是7.9km/s．方法1：若地球质量M约为6×10kg，地球平均半径为6400km，人造卫星的半径约为地球半径即近地卫星，则其运动速度是多少？（G=6.67×10N·m/kg）对人造卫星，由万有引力提供向心力得：解得：，代入数据得v=7.9km/s方法2：根据，由地球表面的重力加速度和地球的半径算出：=7.9km/s。
第二宇宙速度取无穷远处引力势能为零,物体距地心距离为r时的引力势能为，式中G是引力常量，M是地球的质量,m是物体的质量．不计空气阻力，物体和地球组成的系统机械能守恒，可得：，解得：代入数据得可见11.2km/s是物体脱离地球的最小发射速度。
当物体的速度等于或大于11.2km/s，它就会离开地球，我们把11.2km/s叫做第二宇宙速度，又叫脱离速度。
第三宇宙速度在地面附近发射一个物体，要使物体挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外，必须使它的速度等于或大于16.7km/s，这个速度叫做第三宇宙速度，又叫逃逸速度。
太阳质量为M0，太阳中心到地球中心的距离为R0，类似于第二宇宙速度计算可有：，将M0=2.0×10kg，R0=1.5×10m代入得v＝42.2km/s 由于地球绕太阳公转的速度为所以相对地球只要:＝42.2-29.8=12.4km/s发射，但考虑到地球引力存在，必须克服地球引力做功，所以：，而。
式中v是第二宇宙速度，将此代入上式，解得第三宇宙速度：v=16.7km/s 三个宇宙速度都是相对于地心的，且从（1）、（2）两式可知，第二宇宙速度等于第一宇宙速度的倍。
人造卫星-宇宙速度
§3.4 人造卫星 宇宙速度 一.本节知识归纳：（一）处理卫星问题方法：把天体运动看成匀速圆周运动、万有引力提供向心力，即222224T r m r m r v mr Mm G F πω====万；由该式可知：r 越大，卫星线速度越 ；角速度越 ；周期越 ．(二)宇宙速度：1.第一宇宙速度：v = km/s ，它是卫星在 绕地球做匀速圆周运动所必须具备的速度．2.第二宇宙速度：v = km/s ，它是卫星 的最小发射速度．3.第三宇宙速度：v = km/s ，它是卫星 的最小发射速度．(三)近地卫星：1.轨道：以地心为圆心的圆形轨道。
2.万有引力提供向心力=n F F 引 r 增大2Mm G r = 2222n n v m v r mr mr T ma a ωωπ⇒=⇒⎛⎫⎪⎝⎭⇒(四)同步卫星：1.轨道：在赤道的正上方。
2.定周期：T=24小时。
3.离地高度：h=36000km 。
求解方法：万有引力提供向心力()()2222()36000MmGm R h h RT R h h R km π=+⇒=+⇒==由黄金代换式GM=gR 4.线速度大小：v=3.1km/s 5.角速度大小：定值。
6.向心加速度大小：定值。
二．例题分析：D v ．从人造卫星环绕地球运转的速度＝可知，把卫星发gR r 02/例1.1990年3月，紫金山天文台将1965年9月20日发现的第2753号小行星命名为吴健雄星，其直径为32km ，如该小行星的密度和地球相同，则该小行星的第一宇宙速度为多少？（已知地球半径R =6400km ，地球的第一宇宙速度v 1=8km/s ）例2.如图所示，a 、b 、c 是地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星，a 、b 质量相同，且小于c 的质量，则（ ）A ．b 所需向心力最小B ．b 、c 周期相等，且大于a 的周期C ．b 、c 的向心加速度大小相等，且大于a 的向心加速度D ．b 、c 的线速度大小相等，且小于a 的线速度例3.有两个人造地球卫星，都绕地球做匀速圆周运动，已知它们的轨道半径之比r 1∶r 2＝4∶1，求这两个卫星的： (1)线速度之比； (2)角速度之比； (3)向心加速度之比； (4)运动周期之比．例4.关于第一宇宙速度，下面说法中错误的是( ) A ．它是人造地球卫星绕地飞行的最小速度 B ．它是人造地球卫星在近地圆形轨道上的运行速度 C ．它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度射到越远的地方越容易例5.关于我国发射的“亚洲一号”地球同步通讯卫星的说法，正确的是( ) A．若其质量加倍，则轨道半径也要加倍B．它在北京上空运行，故可用于我国的电视广播C．它以第一宇宙速度运行 D．它运行的角速度与地球自转角速度相同例6.两颗人造地球卫星A和B的质量之比m A∶m B＝1∶2，轨道半径之比r A∶r B＝1∶3，某一时刻它们的连线通过地心，则此时它们的线速度之比v A∶v B＝___________，向心加速度之比a A∶a B＝___________，向心力之比F A∶F B＝_____________．例7.人造卫星在太空运行中，天线偶然折断，天线将（）A.继续和卫星一起沿轨道运行B.做平抛运动，落向地球C.由于惯性，沿轨道切线方向做匀速直线运动，远离地球D.做自由落体运动，落向地球例8.已知火星的半径为地球半径的一半，火星的质量为地球质量的1/9，已知一物体在地球上的重量比在火星上的重量大49N，求这个物体的质量是多少。