高一物理宇宙速度与航天-讲义（教师版）.pdf

宇宙速度与航天

一、三种宇宙速度

牛顿的思考：在高处以不同的初速度水平抛出一物体，越大，物体的落地点越远，如果初速度不

断增大，那么将发生什么现象呢？

1.第一宇宙速度（环绕速度）

定义

第一宇宙速度又叫环绕速度，是人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所具有的速度，是人造

地球卫星的最小发射速度，.

推导

求第一宇宙速度有两种方法：

①由，得；

②由，得

其他星球的第一宇宙速度计算方法同上，为该星球的质量，为该星球的半径，为该星球表面

的重力加速度．依据已知条件，灵活选用计算公式．

理解

(1)“最小发射速度”：向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星困难，因为发射卫星要克服地球对它的引

力．近地轨道是人造卫星的最低运行轨道，而近地轨道的发射速度就是第一宇宙速度，所以第一宇宙速

度是发射人造卫星的最小速度．

(2)“最大环绕速度”：在所有环绕地球做匀速圆周运动的卫星中，近地卫星的轨道半径最小，由

可得，轨道半径越小，线速度越大，所以在这些卫星中，近地卫星的

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线速度即第一宇宙速度是最大环绕速度．

2.第二宇宙速度（脱离速度）

卫星或飞船要想脱离地球的引力束缚，成为绕太阳运动的人造行星或飞到其他行星上去所必需的最

小发射速度，称为第二宇宙速度，其大小为．

3.第三宇宙速度（逃逸速度）

地面上的物体发射出去，使之最后能脱离太阳的引力范围，飞到太阳系以外的宇宙空间所必需的

最小发射速度，称为第三宇宙速度，其大小为．

小试牛刀

1.关于第一宇宙速度，下面说法中正确的是（）

A.它是能使人造地球卫星环绕地球运行的最小发射速度

B.它是人造地球卫星沿近地圆形轨道上运行时的运行速度

C.从人造卫星环绕地球运行速度公式知，把卫星发射到越远的地方越容易

D.把卫星发射到离地面较远的圆轨道上运行，要使卫星的发射速度大于第一宇宙速度

【答案】ABD

【解析】A．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，在地面附近发射飞

行器，如果速度等于，飞行器恰好做匀速圆周运动，如果速度小于，就出现万

有引力大于飞行器做圆周运动所需的向心力，做近心运动而落地，所以发射速度不能小于

，故A正确；

B．由A选项分析可知，当轨道半径是地球的半径时，则第一宇宙速度即为近地圆轨道上人造地球

卫星的运行速度，故B正确；

C．人造卫星在圆轨道上运行时，运行速度为：，轨道半径越大，速度越小，故第一

宇宙速度是卫星在圆轨道上运行的最大速度，但把卫星发射到越远的地方，要克服引力做功越

多，因此越不容易，故C错误；

D．如果速度大于，而小于，它绕地球飞行的轨迹就不是圆，而是椭圆，所以

要使卫星的发射速度大于第一宇宙速度，故D正确．

故选ABD．

【标注】【素养】运动与相互作用观念

【知识点】宇宙速度的计算

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2.关于第一宇宙速度，下面说法正确的是（）

A.它是近地圆形轨道上人造地球卫星的运行速度

B.它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度

C.它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度

D.它是能使卫星进入轨道的最大发射速度

【答案】AC

【解析】ACD．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，在地面附近发

射飞行器，如果速度大于，而小于，它绕地球飞行的轨迹就不是圆，而是椭

圆．故它是人造地球卫星在近地圆轨道