卫星变轨（低轨到高轨）

实验目的

理解卫星由低轨变到高轨的过程，会比较各轨道和各位置的速度、加速度、周期及机械能。

实验原理

在低圆轨道上点火加速，速度增大，所需向心力大于引力，卫星做离心运动，进入椭圆轨道；到远地点再次加速，进入高圆轨道。同一点加速度 a=GM/r² 相同；周期由开普勒第三定律判断：轨道半长轴越大，周期越长。变轨时发动机做正功，机械能增大。

实验器材

• 中心天体（地球）
• 低圆轨道
• 椭圆转移轨道
• 高圆轨道
• 卫星
• 近地点与远地点（点火位置）

实验步骤

1. 观察卫星在低圆轨道上的匀速圆周运动。
2. 在近地点处加速，观察卫星进入椭圆转移轨道。
3. 观察卫星沿椭圆轨道向远地点运动时速度的变化。
4. 在远地点处再次加速，观察卫星进入高圆轨道。
5. 比较三条轨道及变轨点处的速度、周期和机械能。

实验现象与结论

卫星在变轨点加速后轨道变大。速度关系：低圆轨道速度小于椭圆轨道近地点速度；椭圆轨道远地点速度小于高圆轨道速度；高圆轨道速度小于低圆轨道速度。周期：低圆轨道最短，高圆轨道最长。机械能：低轨最小，高轨最大。

注意事项

• 比较速度时要分清“变轨点速度”和“圆轨道速度”。
• 同一位置不论在哪条轨道，加速度大小相同。

常见问题

卫星变轨到高轨后，速度不是增大了吗？

点火处速度增大，但上升过程引力做负功，速度减小。最终高圆轨道的速度小于原低圆轨道。

为什么在同一点，变轨前后的加速度相等？

加速度只由万有引力决定，a=GM/r²，只与到中心天体的距离有关，与所在轨道无关。