高中物理：三大宇宙速度含义解释

宇宙速度及其意义

(1)三个宇宙速度的值分别为

第一宇宙速度（又叫最小发射速度、最大环绕速度、近地环绕速度）：

物体围绕地球做匀速圆周运动所需要的最小发射速度，又称环绕速度，其值为：

第一宇宙速度的计算：

方法一：地球对卫星的万有引力就是卫星做圆周运动的向心力．

G=m，v=。当h↑，v↓，所以在地球表面附近卫星的速度是它运行的最大速度。其大小为r＞＞h（地面附近）时，

=7．9×10³m/s

方法二：在地面附近物体的重力近似地等于地球对物体的万有引力，重力就是卫星做圆周运动的向心力．

．当r＞＞h时．g_h≈g

所以v₁＝

=7．9×10³m/s

第二宇宙速度（脱离速度）：

如果卫生的速大于

而小于

，卫星将做椭圆运动。当卫星的速度等于或大于

的时候，物体就可以挣脱地球引力的束缚，成为绕太阳运动的人造行星，或飞到其它行星上去，把

叫做第二宇宙速度，第二宇宙速度是挣脱地球引力束缚的最小发射速度。

第三宇宙速度：物体挣脱太阳系而飞向太阳系以外的宇宙空间所需要的最小发射速度，又称逃逸速度，其值为：

(2)当发射速度v与宇宙速度分别有如下关系时，被发射物体的运动情况将有所不同

①当v＜v₁时，被发射物体最终仍将落回地面；

②当v₁≤v＜v₂时，被发射物体将环绕地球运动，成为地球卫星；

③当v₂≤v＜v₃时，被发射物体将脱离地球束缚，成为环绕太阳运动的“人造行星”；

④当v≥v₃时，被发射物体将从太阳系中逃逸。

5．同步卫星（所有的通迅卫星都为同步卫星）

⑴同步卫星。“同步”的含义就是和地球保持相对静止（又叫静止轨道卫星），所以其周期等于地球自转周期，既T=24h，

⑵特点

（1）地球同步卫星的轨道平面，非同步人造地球卫星其轨道平面可与地轴有任意夹角，而同步卫星一定位于赤道的正上方，不可能在与赤道平行的其他平面上。

这是因为：不是赤道上方的某一轨道上跟着地球的自转同步地作匀速圆运动，卫星的向心力为地球对它引力的一个分力F₁，而另一个分力F₂的作用将使其运行轨道靠赤道，故此，只有在赤道上空，同步卫星才可能在稳定的轨道上运行。

（2）地球同步卫星的周期：地球同步卫星的运转周期与地球自转周期相同。

（3）同步卫星必位于赤道上方h处，且h是一定的．

得

故　

（4）地球同步卫星的线速度：环绕速度

由

得

（5）运行方向一定自西向东运行

人造天体在运动过程中的能量关系

当人造天体具有较大的动能时，它将上升到较高的轨道运动，而在较高轨道上运动的人造天体却具有较小的动能。反之，如果人造天体在运动中动能减小，它的轨道半径将减小，在这一过程中，因引力对其做正功，故导致其动能将增大。

同样质量的卫星在不同高度轨道上的机械能不同。其中卫星的动能为

，由于重力加速度g随高度增大而减小，所以重力势能不能再用E_k=mgh计算，而要用到公式

（以无穷远处引力势能为零，M为地球质量，m为卫星质量，r为卫星轨道半径。由于从无穷远向地球移动过程中万有引力做正功，所以系统势能减小，为负。）因此机械能为

。同样质量的卫星，轨道半径越大，即离地面越高，卫星具有的机械能越大，发射越困难。