宇宙三大速度详解
宇宙三⼤速度详解
1957年前苏联发射了第⼀颗⼈造地球卫星，开创了⼈类航天时代的新纪元。我国在70年代发射第⼀颗卫星以来，相继发射了多颗不同种类的卫星，掌握了卫星回收技术和“⼀箭多星”技术，99年发射了“神⾈”号试验飞船。
⽜顿的设想
（1）⽜顿对⼈造卫星原理的描绘
设想在⾼⼭上有⼀门⼤炮，⽔平发射炮弹，初速度越⼤，⽔平射程就越⼤，可以想象当初速度⾜够⼤时，这颗炮弹将不会落到地⾯，将和⽉球⼀样成为地球的⼀颗卫星。
（2）⼈造卫星绕地球运⾏的动⼒学原因
⼈造卫星在绕地球运⾏时，只受到地球对它的万有引⼒作⽤，⼈造卫星作圆周运动的向⼼⼒由万有引⼒提供。
（3）⼈造卫星的运⾏速度
设地球质量为M，卫星质量为m，轨道半径为r，由于万有引⼒提供向⼼⼒，则
∴
，
可见：⾼轨道上运⾏的卫星，线速度⼩。
⾓速度和周期与轨道半径的关系
可见：⾼轨道上运⾏的卫星，⾓速度⼩，周期长。
笑忘歌 歌词宇宙速度
第⼀宇宙速度
问题：
⽜顿实验中，炮弹⾄少要以多⼤的速度发射，才能在地⾯附近绕地球做匀速圆周运动？地球半径为6370km。
分析：
在地⾯附近绕地球运⾏，轨道半径即为地球半径。由万有引⼒提供向⼼⼒：
结论：
如果发射速度⼩于7.9km/s，炮弹将落到地⾯，⽽不能成为⼀颗卫星；王昌龄
发射速度等于7.9km/s，它将在地⾯附近作匀速圆周运动；
要发射⼀颗半径⼤于地球半径的⼈造卫星，发射速度必须⼤于7.9km/s。可见，向⾼轨道发射卫星⽐向低轨道发射卫星要困难。
意义：
第⼀宇宙速度是⼈造卫星在地⾯附近环绕地球作匀速圆周运动所必须具有的速度，所以也称为环绕速度。
第⼆宇宙速度
⼤⼩
V2=11.2 km/s
意义：
使卫星挣脱地球的束缚，成为绕太阳运⾏的⼈造⾏星的最⼩发射速度，也称为脱离速度。
工行分期付款注意：
发射速度⼤于7.9km/s，⽽⼩于11.2km/s，卫星绕地球运动的轨迹为椭圆；
等于或⼤于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引⼒，不再绕地球运⾏。
第三宇宙速度
⼤⼩：
V3=16.7km/s
意义：
两会结束的时间2022
使卫星挣脱太阳引⼒束缚的最⼩发射速度，也称为逃逸速度。
注意：
发射速度⼤于11.2km/s，⽽⼩于16.7km/s，卫星绕太阳作椭圆运动，成为⼀颗⼈造⾏星。
如果发射速度⼤于等于16.7km/s，卫星将挣脱太阳引⼒的束缚，飞到太阳系以外的空间。
⼈造卫星的发射速度与运⾏速度
发射速度
发射速度是指卫星在地⾯附近离开发射装置的初速度，⼀旦发射后再⽆能量补充，要发射⼀颗⼈造地球卫星，发射速度不能⼩于第⼀宇宙速度。
运⾏速度
运⾏速度指卫星在进⼊运⾏轨道后绕地球做圆周运动的线速度。当卫星“贴着”地⾯飞⾏时，运⾏速度等于第⼀宇宙速度，当卫星的轨道半径⼤于地球半径时，运⾏速度⼩于第⼀宇宙速度。
同步卫星
所谓同步卫星，是相对于地⾯静⽌的，和地球具有相同周期的卫星，T=24h，同步卫星必须位于⾚道上⽅距地⾯⾼h 处，并且h是⼀定的。同步卫星也叫通讯卫星。
（T为地球⾃转周期，M、R分别为地球的质量，半径）。
代⼊数值得h=3.6*107m
代⼊数值得h=3.6*107m
总结
地球的卫星（太阳系的⾏星）的轨道半径与线速度、⾓速度、周期、加速度的关系
基本思路
地球对卫星的万有引⼒提供向⼼⼒
线速度：
轨道半径越⼤，线速度（运⾏速度）越⼩
注意：
发射卫星的时候，发射到轨道半径越⼤的地⽅，需要的发射速度越⼤。
轨道半径越⼤，⾓速度、加速度越⼩，周期越⼤。
注意：
地球卫星的线速度、⾓速度、周期、加速度与卫星的质量⽆关。
太空旅⾏的超重与失重
发射阶段
发射阶段处于向上加速的过程，处于超重状态。
返回过程国五和国六有什么区别
返回过程在地⾯附近处于向下减速的过程，处于超重状态。
在运⾏轨道上绕地球做匀速圆周运动的过程
地球对物体（宇航员）的引⼒（重⼒）提供了圆周运动的向⼼⼒，处于完全失重的状态。⼀切与重⼒有关的现象会消失，与利⽤重⼒有关的仪器不能使⽤。
1. 我们在推导第⼀宇宙速度的公式v＝时，需要做⼀些假设和选择⼀些理论依据，下列必要的假设和理论依据 (  )．A．卫星做半径等于2倍地球半径的匀速圆周运动
B．卫星所受的重⼒全部作为其所需的向⼼⼒
C．卫星所受的万有引⼒仅有⼀部分作为其所需的向⼼⼒
D．卫星的运转周期必须等于地球的⾃转周期
B
第⼀宇宙速度是卫星的最⼤环绕速度，只有其运⾏轨道半径最⼩时，它的运⾏速度才最⼤，⽽卫星的最⼩轨道半径等于地球半径，故A错误；
赣语在地球表⾯附近我们认为万有引⼒近似等于重⼒，故B正确、C错误；
同步卫星的运转周期等于地球的⾃转周期，⽽同步卫星的运⾏轨道半径⼤于地球半径，即⼤于近地轨道卫星半径，故同步卫星的周期⼤于近地轨道卫星，D错误．
2.说出三个宇宙速度的值及其意义．
第⼀宇宙速度是⼈造地球卫星环绕地球做匀速圆周运动时的最⼤速度．地球同步卫星的发射速度⼤于第⼀宇宙速度．⼈造地球卫星运⾏时速度⼤于第⼆宇宙速度时，就脱离地球束缚．第三宇宙速度是物体逃离太阳的最⼩速度．
解析
第⼀宇宙速度是7.9千⽶/秒，物体如果达到7.9千⽶/秒的速度，它就会永远地绕地球运⾏⽽不会从天上掉下来，第⼀宇宙速度是⼈造地球卫星环绕地球做匀速圆周运动时的最⼤速，第⼀宇宙速度也是近地卫星环绕地球做匀速圆周运动的速度．
第⼆宇宙速度是11.2千⽶/秒，物体如果达到这个速度，将会逃离地球的束缚飞向星际空间，我们也之为脱离速度；
第三宇宙速度是16.7千⽶/秒，若是要到太阳系外去旅⾏那就要达到这个速度，即是物体逃离太阳系的最⼩速度．
3. “神⾈⼗号”飞船绕地球的运⾏可视为匀速圆周运动，其轨道⾼度距离地⾯约340km，则关于飞船的运⾏，下列说法中正确的是( )
A．飞船处于平衡状态
B．地球对飞船的万有引⼒提供飞船运⾏的向⼼⼒
C．飞船运⾏的速度⼤于第⼀宇宙速度
D．飞船运⾏的加速度⼤于地球表⾯的重⼒加速度
B
解析
A中飞船绕地球做匀速圆周运动时并不处于平衡状态，因为其⽅向在改变，故A不对；
B中地球对飞船的万有引⼒提供飞船运⾏的向⼼⼒是正确的；C中由于飞船的半径⽐地球的半径⼤，故飞船运⾏的速度⼩于第⼀宇宙速度，C不对；
D中飞船运⾏的加速度⼩于地球表⾯的重⼒加速度，故D是不对的。
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