近地卫星与同步卫星比较

实验目的

比较近地卫星与同步卫星的轨道和运行参量，理解同步卫星的特点。

实验原理

近地卫星的轨道半径约等于地球半径，万有引力提供向心力，速度约为 7.9 km/s，周期约 85 min。同步卫星周期等于地球自转周期 24 h，轨道在赤道平面内，高度约 3.6×10⁴ km，速度约 3.1 km/s，转动方向与地球自转方向相同。

实验器材

• 地球
• 近地卫星及其轨道
• 同步卫星及其轨道
• 赤道平面
• 地面上的参考点
• 绕行周期与速度（观察量）

实验步骤

1. 观察两颗卫星的轨道高度，近地卫星贴近地球表面。
2. 启动演示，比较两颗卫星绕地球一圈所需时间。
3. 观察同步卫星与地面参考点的相对位置变化。
4. 确认同步卫星轨道平面与赤道平面重合。
5. 比较两颗卫星的线速度、角速度和向心加速度。

实验现象与结论

近地卫星绕行速度大，周期短；同步卫星轨道高，速度小，周期等于地球自转周期，相对地面上的点基本保持静止。同步卫星的轨道平面、周期、高度、速率和转动方向都是确定的。

注意事项

• 近地卫星的速度 7.9 km/s 是最大环绕速度。
• 同步卫星只能位于赤道上空。

常见问题

同步卫星为什么只能在赤道上空？

同步卫星轨道平面必须过地心，只有赤道平面才能使卫星与地面上的点保持相对静止。

第一宇宙速度就是近地卫星的速度吗？

是。第一宇宙速度 7.9 km/s 是卫星绕地球表面附近做圆周运动的速度，也是最大环绕速度。