高一物理05三种宇宙速度-讲义（教师版）.pdf

05三种宇宙速度

知识结构

学习目标

知道三个宇宙速度的含义和数值，会推导第一宇宙速度

一、【必备知识】三种宇宙速度

1.知识讲解

1.三种宇宙速度梳理

（1）第一宇宙速度（环绕速度）：；第一宇宙速度是使卫星能环绕地球运行所需的最小发

射速度．

（2）第二宇宙速度（脱离速度）：；在地面附近发射人造卫星，如果发射速度大于

，而小于，那么它绕地球运行的轨迹将是椭圆（未脱离地球的束缚）．当发射速度等于

或大于时，卫星会克服地球的引力而永远离开地球．

（3）第三宇宙速度（逃逸速度）：．当卫星的发射速度等于或大于时，卫星将挣

脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外．

1

2.第一宇宙速度强化理解

（1）第一宇宙速度的推导

当物体以第一宇宙速度发射时，它将绕地球表面做匀速圆周运动，设地球质量为，绕地球做匀速圆

周运动的卫星质量为，它到地心的距离为．卫星做圆周运动所需的向心力由万有引力提供，则有

，解得．此时约等于地球半径，带入数据可解得：．

（2）发射速度与运行速度

①在地面附近以某一速度发射一个物体，发射后不再对物体提供动力，被发射物体仅靠自己的初动能克

服地球引力，进入运行轨道，这个在地面时的初速度称为发射速度，三个宇宙速度都是指发射速度．以

第一宇宙速度发射的卫星，只能“贴着”地面运行，要使卫星进入离地面较高的轨道运行，就需要提供

更大的发射速度．

②运行速度是指卫星在进入运行轨道稳定飞行时，做匀速圆周运动的线速度，根据前面的推导，我们知

道，可见轨道半径越大，运行速度越小．

③请大家注意区分发射速度与运行速度．运行速度越大的卫星，对应的轨道半径越小，发射时的发射速

度越小．第一宇宙速度既是人造卫星的最小地面发射速度，又是人造卫星的最大环绕速度．

2.随堂巩固

类型一：三种宇宙速度的物理意义

1.年月日时分，“神舟十号”飞船在酒泉卫星发射中心发射升空，航天员王亚平进行了

首次太空授课．在飞船进入离地面的圆形轨道环绕地球飞行时，它的线速度大小（）

A.等于B.介于和之间

C.小于D.介于和之间

【答案】C

【标注】【知识点】宇宙速度

【素养】科学推理

2.如图所示，图中、和分别为第一、第二和第三宇宙速度三个飞行器、、分别以第一、第二

和第三宇宙速度从地面上发射，三个飞行器中能够克服地球的引力，永远离开地球的是（）

2

A.只有B.只有C.只有D.和

【答案】D

【解析】当发射的速度大于等于第二宇宙速度，卫星会挣脱地球的引力，不再绕地球飞行，当发

射的速度大于等于第三宇宙速度，卫星会挣脱太阳的引力，飞出太阳系，故D正确，ABC错误．

故选D．

【标注】【素养】运动与相互作用观念

【知识点】宇宙速度

类型二：第一宇宙速度的计算

3.某宇航员在一星球表面附近高度为处以速度水平抛出一物体，经过一段时间后物体落回星球表

面，测得该物体的水平位移为，已知星球半为，万有引力常量为．不计空气阻力，求：

（1）该星球的质量．

（2）该星球的第一宇宙速度大小．

【答案】（1）

该星球的质量为

（2）该星球的第一宇宙速度大小为

【解析】（1）抛出的物体在星球表面做平抛运动，水平方向上做匀速直线运