Question

为什么人造卫星在变轨时沿着椭圆轨道运动？（高中物理）

Answer 1

物体以每秒7．9千米的速度，以水平方向抛出去，就能够环绕地球运行
了。这叫环绕速度(即第一宇宙速度)。但是还没有挣脱地球的引力范围，不
能飞离地球。如果我们继续增加物体的速度，那么物体虽然还不能挣脱地球
的引力作用，但是运行轨道就不是圆形，而是被拉成较扁的椭圆了。速度越
快，椭圆轨道就更扁更长。由于发射人造卫星的速度一般总比环绕速度要大
(在每秒8～11．2千米之间)，因此卫星飞到地球的另一边，总要远一些，轨
道就变成椭圆形的了。当然，最大限度不能超过每秒11．2千米(也就是脱离
速度，即第二宇宙速度)，否则就会摆脱地球的引力而飞出去，像地球一样
围绕太阳运行，成为人造行星了。
人造卫星的轨道是要根据发射的目的来选择的。有的是比较接近圆形的
轨道，有的是椭圆形的轨道。例如，为了军事目的而发射的卫星和通讯卫星
，在卫星上装上照相机或电视，不能飞得太远，也不能使近点和远点相差太
大，所以往往选择高度为300～400千米的比较接近圆形的轨道。
如果是为了科学研究(研究地球不同高度上磁场的强度，大气压力、温
度、密度，宇宙空间辐射的强度分布……)，为了使探测范围更大些，那么
就要求选择扁的轨道。我国第一颗人造卫星就装了许多科学仪器，进行科学
研究，它的近地点是439千米，远地点是2
384千米，所以是一个扁的椭圆轨
道。我国1971年3月3日成功地发射的科学实验人造地球卫星，是一颗进行多
种科学研究的卫星，它的近地点是266千米，远地点是l
826千米，轨道又比
第一颗卫星更扁了些。

Answer 2

1.能量守恒，重力势能与动能相互转化
速率减小是动能转化成重力势能，反之
你知道
2.离心后由于力与速度不在垂直，实际
是成钝角，这样力可以分解出一个与速
度相反的力，这样物体减速，同时另一
个分力使得物体在原速度的垂直方向上
产生一速度，在物体运动的过程中，这
个钝角不断加大，物体的速度越来越
小，而此时的实际速度可以分解为一个
水平速度，一个竖直速度，虽然是受
变力但速度的变化趋势还是可以预见的
竖直速度在减小，水平速度在增大，合
速度在减小，当竖直速度为0时是椭圆
的最远点。地球是椭圆的一个焦点。
3.从圆变椭圆是由低轨变成变轨轨道时
用的就是离心运动的原理，所以要加速
从椭圆变圆是变轨轨道变成高轨时，由
于动能转化为重力势能，和之前分析的
此时椭圆的最高点的速度已很小，小到
比维持高轨的速度还小，所以只有加速
才能变成高轨。