高中物理6.5-6.6.宇宙航行、经典力学的局限性课件新人教版必修.ppt

第五节 宇宙航行 第六节 经典力学的局限性 课标定位 学习习目标标：1.会推导导第一宇宙速度，知道第 二宇宙速度和第三宇宙速度 2了解人造卫卫星的有关知识识，知道近地卫卫 星、同步卫卫星的特点 3了解经经典力学的发发展历历程和伟伟大成就， 知道经经典力学与相对论对论 、量子力学的关系 重点难难点：宇宙速度及人造卫卫星的有关问题问题 课前自主学案 一、宇宙速度 1第一宇宙速度 (1)大小：_ km/s (2)意义义：卫卫星环绕环绕 地球表面运行的速度， 也是绕绕地球做_运动动的最大速度 使卫卫星绕绕地球做匀速圆圆周运动动的最小地面 发发射速度 7.9 匀速圆圆周 2第二宇宙速度 (1)大小：_ km/s (2)意义：使卫星挣脱_引力束缚的最小地 面发射速度 3第三宇宙速度 (1)大小：_ km/s (2)意义：使卫星挣脱_引力束缚的最小地 面发射速度 11.2 地球 16.7 太阳 二、同步卫星 同步卫星就是相对于地球_的卫星，它只能 处于_上空，它的运动周期是_. 三、经典力学的局限性 1牛顿力学即经典力学只适用于_ 的物体，不适用于_的物体 2微观粒子的运动规律遵守普朗克的_理论； 高速运动的物体遵守爱因斯坦的_；强 相互作用和弱相互作用都遵守爱因斯坦的 _ 静止 赤道24 h 宏观观、低速运动动 微观观、高速运动动 量子 狭义义相对论对论 广义义相对论对论 核心要点突破 一、宇宙速度 宇宙速度是在地球上满足不同要求的卫星发 射速度，不能理解成卫星的运行速度 1第一宇宙速度(环绕速度) 指人造卫星近地环绕速度，它是人造卫星在 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，v 7.9 km/s. 2第二宇宙速度(脱离速度) 在地面上发射物体，使之能够脱离地球的引 力作用，成为绕太阳运动的人造行星或绕其 他行星运动的人造卫星所必需的最小发射速 度，其大小为v11.2 km/s. 3第三宇宙速度(逃逸速度) 在地面上发射物体，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 需的最小速度，其大小为v16.7 km/s. 特别提醒：(1)第一宇宙速度是人造卫星的 最大环绕速度，也是最小发射速度 (2)三个宇宙速度分别为三种不同情况下在 地面附近的最小发射速度 (3)运行速度为人造卫星做匀速圆周运动的 环绕速度，其不同于发射速度 即时应用 (即时突破，小试牛刀) 1美国“新地平线”号探测器，已于美国东 部时间2006年1月17日13时(北京时间18日1时) 借助“宇宙神5”重型火箭，从佛罗里达州 卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心发射升空，开始 长达9年的飞向冥王星的太空之旅拥有3级发 动机的“宇宙神5”重型火箭将以每小时5.76 万公里的惊人速度把“新地平线”号送离地球 ，这个冥王星探测器将成为人类有史以来发射 的速度最高的飞行器，这一速度( ) A大于第一宇宙速度 B大于第二宇宙速度 C大于第三宇宙速度 D小于并接近于第三宇宙速度 解析：选ABD.此发射速度脱离了地球的束 缚，但没有脱离太阳的束缚，故此速度介于 第二宇宙速度和第三宇宙速度之间所以A 、B、D正确 二、人造地球卫星 1人造卫星的轨道 图651 卫星绕地球做匀速圆周运动时由地球对它的万 有引力充当向心力，地球对卫星的万有引力指 向地心而做匀速圆周运动的物体的向心力则 时刻指向它做圆周运动的圆心因此卫星绕地 球做匀速圆周运动的圆心必与地心重合，而这 样的轨道有多种，其中比较特殊的有与赤道共 面的赤道轨道和通过两极点上空的极地轨道 当然也应存在着与赤道平面成某一角度的圆轨 道，只要圆心在地心，就可能是卫星绕地球运 行的圆轨道如图651. 特别提醒：(1)在处理卫星的v、T与半 径r的关系问题时，常用公式“gR2GM” 来替换出地球的质量M，会使问题解决起来 更方便 (2)由于卫星在轨道上运动时，它受到的万 有引力全部提供了向心力，产生了向心加速 度，因此卫星及卫星上任何物体都处于完全 失重状态 即时应用 (即时突破，小试牛刀) 2.如图652所示的圆a、b、c，其圆心均 在地球自转轴线上，b、c的圆心与地心重合 ，圆b的平面与地球自转轴垂直对环绕地 球做匀速圆周运动的卫星而言( ) 图652 A卫星的轨道可能为a B卫星的轨道可能为b C卫星的轨道可能为c D同步卫星的轨道一定为平行于b的某一同 心圆 解析：选BCD.物体做圆周运动时，物体所 受的合外力方向一定要指向圆心对于这些 卫星而言，就要求所受的万有引力指向圆心 ，而卫星所受的万有引力都指向地心，所以 A选项错误，B、C选项正确；对于同步卫星 来说，由于相对地球表面静止，所以同步卫 星应在赤道的正上空，因此D选项正确 三、地球同步卫星 相对于地面静止且与地球自转具有相同周期 的卫星叫地球同步卫星，又叫通信卫星同 步卫星有以下几个特点： 1同步卫星的运行方向与地球自转方向一 致 2同步卫星的运转周期与地球自转周期相 同，且T24 h. 3同步卫星的运行角速度等于地球自转的 角速度 4要与地球同步，卫星的轨道平面必须与 赤道平面平行，又由于向心力是万有引力提 供的，万有引力必须在轨道平面上，所以同 步卫星的轨道平面均在赤道平面上，即所有 的同步卫星都在赤道的正上方 5同步卫星高度固定不变 所有同步卫星的周期T、轨道半径r、环绕速 度v、角速度及向心加速度a的大小均相同 即时应用 (即时突破，小试牛刀) 3(2011年高考广东卷)已知地球质量为M ，半径为R，自转周期为T，地球同步卫星 质量为m，引力常量为G.有关同步卫星，下 列表述正确的是( ) 课堂互动讲练 某人在一星球上以速率v竖直上抛一物 体，经时间t物体以速率v落回手中，已知该 星球的半径为R，求该星球上的第一宇宙速 度 第一宇宙速度的求解 例1 【思路点拨】 第一宇宙速度是环绕星球表 面运行的速度，即对应的轨道半径为该星球 的半径，且重