高考：高中物理120个必知问题第28问

简单学习网

简单学习网高考全科在线辅导，互动答疑，800讲免费课程！

免费试听

 

　　什么是三个宇宙速度，第一宇宙速度有哪两个表达式？卫星的轨道具有什么样的共性？什么是同步轨道，它和赤道轨道是一回事吗？近地卫星、同步卫星、赤道上的物体有什么区别与联系？它们的线速度、角速度、向心加速度各有什么大小关系？

 

 

　　答：

　　1、第一宇宙速度是每秒7.9千米/秒，物体假如达到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，我们也之称为环绕速度；

　　第二宇宙速度是每秒11.2千米/秒，物体假如达到这个速度，将会逃离地球的束缚飞向星际空间，我们也之为脱离速度；第三宇宙速度是每秒钟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。

　　第一宇宙速度：在以地球为半径的轨道上运行的速度，万有引力=向心力，第二宇宙速度：能脱离地球引力到达无穷远处的最小速度。此时在无穷远处总能量为零，根据机械能守恒1/2MV^2(动能)-GM/R(势能，是负的)=0

　　第三宇宙速度：能脱离太阳的引力到达无穷远处的最小速度。这么只需把第二宇宙速度方程中地球的质量换成太阳的质量，地球半径换成地球公转轨道半径就行了。但不同的是，解出速度后，还要再减去地球的公转速度才是最终的第三宇宙速度；因为地球的公转早已提供了肯定的动能了，况且发射速度都是相对于地球来讲的。

 

 

　　设地球半径为R，地球质量为M，卫星质量为m，第一宇宙速度的轨道半径等于地球半径，GMm/r2=mv2/r，所以v2=GM/r，另外mv2/r=mg，所以v2=gr

　　2、地球卫星的轨道面都要过地心。

 

 

　　赤道轨道的特点是轨道倾角为0度,卫星在赤道上空运行.这类轨道有无数条,但其中的一条地球静止轨道具有特殊的关键地位.由于卫星飞行速度随距地面的高度而变动,轨道越高,速度越小,环绕周期越长,故由测算可知,当其在赤道上空35786公里高的圆形轨道上由西向东运行1周的时间,恰好是23小时56分4秒,正与地球自转一周的时间同样,这条轨道就被称为地球静止轨道.因为卫星环绕周期等于地球自转周期,两者方向又一致,故相互之间维持相对静止。

　　3、近地卫星指距离地球表面轨道很近的卫星，一般能够将其所受的万有引力和地面同质量物体看做相等。

 

 

　　同步卫星和赤道上的物体角速度同样，都是地球自转时间，相比近地卫星的运行周期要长。

　　一般轨道越高的卫星角速度和线速度越小，加速度也越小，但周期越大。可是赤道物体不是卫星，所以不能用这个规则衡量，要抓住其运转周期为地球自转周期。