宇宙第一速度 宇宙三大速度详解

1957年，苏联发射了第一颗人造地球卫星，开启了人类航天的新时代。自20世纪70年代中国发射第一颗卫星以来，已经发射了多种不同类型的卫星，掌握了卫星回收和“一箭多星”技术，并于1999年发射了“神舟”号实验飞船。

牛顿假设

①牛顿对人造卫星原理的描述

想象一下，高山上有一门大炮，水平发射炮弹。初始速度越大，水平范围越大。可以想象，当速度足够大的时候，炮弹不会落到地面，会像月球一样成为地球的卫星。

(2)卫星绕地球运行的动力学原因

人造卫星绕地球轨道运行时，只受地球引力的影响，做圆周运动的人造卫星的向心力由引力提供。

(3)人造卫星的运行速度

假设地球质量为m，卫星质量为m，轨道半径为r，由于重力提供向心力，那么

∴

,

可以看出，在高轨道运行的卫星线速度较低。

角速度与周期和轨道半径的关系

可见，在高轨道运行的卫星角速度低，周期长。

宇宙速度

女孩禁令

问题:

在牛顿的实验中，炮弹应该以什么速度发射，才能在地面附近绕地球作匀速圆周运动？地球半径6370km。

分析:

在地面附近绕地球轨道运行，轨道半径就是地球的半径。重力提供的向心力；

结论:

如果发射速度小于7.9km/s，炮弹会落到地面而不是变成卫星；

发射速度等于7.9km/s，会在地面附近做匀速圆周运动；

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7.9 km/s，可见高轨道比低轨道发射卫星更困难。

意思是:

第一宇宙速度是人造卫星在地面附近绕地球作匀速圆周运动必须具备的速度，所以也叫环绕速度。

第二宇宙速度

大小

V2=11.2公里/秒

意思是:

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，也叫脱离速度。

注意:

发射速度大于7.9km/s小于11.2km/s，卫星绕地球轨道为椭圆形；

当它等于或大于11.2公里/秒时，卫星将脱离地球引力，不再绕地球运行。

第三宇宙速度

尺寸:

V3 = 16.7km公里/秒

意思是:

使卫星脱离太阳引力的最小发射速度也被称为逃逸速度。

注意:

发射速度大于11.2km/s小于16.7km/s，卫星绕太阳做椭圆运动，成为人造行星。

如果发射速度大于等于16.7km/s，卫星将脱离太阳引力，飞向太阳系外空。

人造卫星的发射速度和运行速度

发射速度

发射速度是指卫星离开地面附近发射装置的初始速度。一旦发射后没有能量补充，要发射人造地球卫星，发射速度不应小于第一宇宙速度。

行驶速度

运行速度是指卫星进入轨道后绕地球做圆周运动的线速度。卫星“靠近”地面飞行时，运行速度等于第一宇宙速度，卫星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，就是相对于地面静止，与地球周期相同的卫星，T=24h，同步卫星必须位于赤道上方，离地面高度h，h是一定的。同步卫星也叫通信卫星。

(t是地球的自转周期，m和r分别是地球的质量和半径)。

替代值h=3.6*107m

摘要

轨道半径越大，线速度(运行速度)越小

注意:

发射卫星时，轨道半径越大，发射速度越高。

轨道半径越大，角速度和加速度越小，周期越大。

注意:

地球卫星的线速度、角速度、周期、加速度与卫星质量无关。

旅行中的超重和失重也空

启动阶段

发射阶段处于向上加速过程中，处于超重状态。

返回过程

回程过程是在地面附近向下减速的过程，处于超重状态。

在轨道上围绕地球作匀速圆周运动的过程

地球对物体(宇航员)的引力(引力)提供了圆周运动的向心力，处于完全失重状态。一切与引力有关的现象都会消失，与利用引力有关的仪器就无法使用。

1.当我们推导第一宇宙速度v =的公式时，我们需要做出一些假设并选择一些理论基础，以下是必要的假设和理论基础()。

A.卫星作匀速圆周运动，半径等于地球半径的两倍

B.卫星的重力是它所需要的向心力

C.卫星上只有一部分重力作为它需要的向心力

D.卫星的运行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轨道速度，它的最大轨道速度只有当它的轨道半径最小时，而卫星的最小轨道半径等于地球的半径，所以a是错的；

在地球表面附近，我们认为万有引力近似等于万有引力，所以b是正确的，c是错误的；

同步卫星的运行周期等于地球自转周期，而同步卫星的轨道半径大于地球半径，即近地轨道卫星的半径，所以同步卫星的周期大于近地轨道卫星的周期，D错了。

2.说出三种宇宙速度的值及其含义。

第一宇宙速度是人造地球卫星绕地球作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。当人造地球卫星运行速度超过第二宇宙速度时，就会脱离地球。第三宇宙速度是物体逃离太阳的最小速度。

分析

第一个宇宙速度是7.9公里/秒，如果物体达到7.9公里/秒，它将永远围绕地球运行，不会从天而降。第一宇宙速度是人造地球卫星绕地球匀速圆周运动时的最大速度，第一宇宙速度也是近地卫星绕地球匀速圆周运动的速度。

第二宇宙的速度是11.2 km/s，如果物体达到这个速度，就会脱离地球的束缚，飞向星际空间空，也叫逃逸速度。

第三宇宙速度是16.7 km/s，如果要在太阳系外旅行，必须达到这个速度，也就是物体逃离太阳系的最小速度。

3.神舟十号飞船绕地球运行可视为匀速圆周运动，轨道高度距地面约340km。以下关于宇宙飞船运行的陈述是正确的()

A.宇宙飞船处于平衡状态

B.地球对航天器的引力为航天器的运行提供向心力

C.宇宙飞船的速度大于第一宇宙速度

D.宇宙飞船的加速度大于地球表面的重力加速度

B

分析

在A中，航天器绕地球作匀速圆周运动时并不处于平衡状态，因为它的方向是变化的，所以A是错的；

地球对航天器的引力提供了b中航天器运行的向心力是正确的；在C中，因为宇宙飞船的半径大于地球的半径，所以宇宙飞船的速度小于第一宇宙速度，C错了；

在d中，飞船的加速度小于地球表面的重力加速度，所以d是错的。

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