宇宙航行、經(jīng)典力學(xué)的局限性課件(人教版必修2).ppt

1、第五節(jié)宇宙航行 第六節(jié)經(jīng)典力學(xué)的局限性,課標(biāo)定位 學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.會(huì)推導(dǎo)第一宇宙速度，知道第二宇宙速度和第三宇宙速度 2了解人造衛(wèi)星的有關(guān)知識(shí)，知道近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星的特點(diǎn) 3了解經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展歷程和偉大成就，知道經(jīng)典力學(xué)與相對(duì)論、量子力學(xué)的關(guān)系 重點(diǎn)難點(diǎn)：宇宙速度及人造衛(wèi)星的有關(guān)問(wèn)題,核心要點(diǎn)突破,課堂互動(dòng)講練,知能優(yōu)化訓(xùn)練,第五節(jié)第六節(jié),課前自主學(xué)案,課前自主學(xué)案,一、宇宙速度 1第一宇宙速度 (1)大?。篲 km/s (2)意義：衛(wèi)星環(huán)繞地球表面運(yùn)行的速度，也是繞地球做_運(yùn)動(dòng)的最大速度 使衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的最小地面發(fā)射速度,7.9,勻速圓周,2第二宇宙速度 (1)大小：_ km/s

2、 (2)意義：使衛(wèi)星掙脫_引力束縛的最小地面發(fā)射速度 3第三宇宙速度 (1)大小：_ km/s (2)意義：使衛(wèi)星掙脫_引力束縛的最小地面發(fā)射速度,11.2,地球,16.7,太陽(yáng),二、同步衛(wèi)星 同步衛(wèi)星就是相對(duì)于地球_的衛(wèi)星，它只能處于_上空，它的運(yùn)動(dòng)周期是_. 三、經(jīng)典力學(xué)的局限性 1牛頓力學(xué)即經(jīng)典力學(xué)只適用于_的物體，不適用于_的物體 2微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律遵守普朗克的_理論；高速運(yùn)動(dòng)的物體遵守愛(ài)因斯坦的_；強(qiáng)相互作用和弱相互作用都遵守愛(ài)因斯坦的_,靜止,赤道,24 h,宏觀、低速運(yùn)動(dòng),微觀、高速運(yùn)動(dòng),量子,狹義相對(duì)論,廣義相對(duì)論,核心要點(diǎn)突破,一、宇宙速度 宇宙速度是在地球上滿足不同要求的

3、衛(wèi)星發(fā)射速度，不能理解成衛(wèi)星的運(yùn)行速度 1第一宇宙速度(環(huán)繞速度) 指人造衛(wèi)星近地環(huán)繞速度，它是人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所具有的速度，是人造地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，v7.9 km/s.,2第二宇宙速度(脫離速度) 在地面上發(fā)射物體，使之能夠脫離地球的引力作用，成為繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的人造行星或繞其他行星運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星所必需的最小發(fā)射速度，其大小為v11.2 km/s. 3第三宇宙速度(逃逸速度) 在地面上發(fā)射物體，使之最后能脫離太陽(yáng)的引力范圍，飛到太陽(yáng)系以外的宇宙空間所必需的最小速度，其大小為v16.7 km/s.,特別提醒：(1)第一宇宙速度是人造衛(wèi)星的最大環(huán)繞速度，也是最小發(fā)射速度

4、(2)三個(gè)宇宙速度分別為三種不同情況下在地面附近的最小發(fā)射速度 (3)運(yùn)行速度為人造衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的環(huán)繞速度，其不同于發(fā)射速度,即時(shí)應(yīng)用 (即時(shí)突破，小試牛刀) 1美國(guó)“新地平線”號(hào)探測(cè)器，已于美國(guó)東部時(shí)間2006年1月17日13時(shí)(北京時(shí)間18日1時(shí))借助“宇宙神5”重型火箭，從佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角肯尼迪航天中心發(fā)射升空，開(kāi)始長(zhǎng)達(dá)9年的飛向冥王星的太空之旅擁有3級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)的“宇宙神5”重型火箭將以每小時(shí)5.76萬(wàn)公里的驚人速度把“新地平線”號(hào)送離地球，這個(gè)冥王星探測(cè)器將成為人類(lèi)有史以來(lái)發(fā)射的速度最高的飛行器，這一速度(),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

5、并接近于第三宇宙速度 解析：選ABD.此發(fā)射速度脫離了地球的束縛，但沒(méi)有脫離太陽(yáng)的束縛，故此速度介于第二宇宙速度和第三宇宙速度之間所以A、B、D正確,二、人造地球衛(wèi)星 1人造衛(wèi)星的軌道 圖651,衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)由地球?qū)λ娜f(wàn)有引力充當(dāng)向心力，地球?qū)πl(wèi)星的萬(wàn)有引力指向地心而做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體的向心力則時(shí)刻指向它做圓周運(yùn)動(dòng)的圓心因此衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的圓心必與地心重合，而這樣的軌道有多種，其中比較特殊的有與赤道共面的赤道軌道和通過(guò)兩極點(diǎn)上空的極地軌道當(dāng)然也應(yīng)存在著與赤道平面成某一角度的圓軌道，只要圓心在地心，就可能是衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的圓軌道如圖651.,特別提醒：(1)在處理衛(wèi)星

6、的v、T與半徑r的關(guān)系問(wèn)題時(shí)，常用公式“gR2GM”來(lái)替換出地球的質(zhì)量M，會(huì)使問(wèn)題解決起來(lái)更方便 (2)由于衛(wèi)星在軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，它受到的萬(wàn)有引力全部提供了向心力，產(chǎn)生了向心加速度，因此衛(wèi)星及衛(wèi)星上任何物體都處于完全失重狀態(tài),即時(shí)應(yīng)用 (即時(shí)突破，小試牛刀) 2.如圖652所示的圓a、b、c，其圓心均在地球自轉(zhuǎn)軸線上，b、c的圓心與地心重合，圓b的平面與地球自轉(zhuǎn)軸垂直對(duì)環(huán)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星而言() 圖652,A衛(wèi)星的軌道可能為a B衛(wèi)星的軌道可能為b C衛(wèi)星的軌道可能為c D同步衛(wèi)星的軌道一定為平行于b的某一同心圓 解析：選BCD.物體做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體所受的合外力方向一定要指向圓心對(duì)于

7、這些衛(wèi)星而言，就要求所受的萬(wàn)有引力指向圓心，而衛(wèi)星所受的萬(wàn)有引力都指向地心，所以A選項(xiàng)錯(cuò)誤，B、C選項(xiàng)正確；對(duì)于同步衛(wèi)星來(lái)說(shuō)，由于相對(duì)地球表面靜止，所以同步衛(wèi)星應(yīng)在赤道的正上空，因此D選項(xiàng)正確,三、地球同步衛(wèi)星 相對(duì)于地面靜止且與地球自轉(zhuǎn)具有相同周期的衛(wèi)星叫地球同步衛(wèi)星，又叫通信衛(wèi)星同步衛(wèi)星有以下幾個(gè)特點(diǎn)： 1同步衛(wèi)星的運(yùn)行方向與地球自轉(zhuǎn)方向一致 2同步衛(wèi)星的運(yùn)轉(zhuǎn)周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，且T24 h. 3同步衛(wèi)星的運(yùn)行角速度等于地球自轉(zhuǎn)的角速度,4要與地球同步，衛(wèi)星的軌道平面必須與赤道平面平行，又由于向心力是萬(wàn)有引力提供的，萬(wàn)有引力必須在軌道平面上，所以同步衛(wèi)星的軌道平面均在赤道平面上，即所有

8、的同步衛(wèi)星都在赤道的正上方 5同步衛(wèi)星高度固定不變 所有同步衛(wèi)星的周期T、軌道半徑r、環(huán)繞速度v、角速度及向心加速度a的大小均相同,即時(shí)應(yīng)用 (即時(shí)突破，小試牛刀) 3(2011年高考廣東卷)已知地球質(zhì)量為M，半徑為R，自轉(zhuǎn)周期為T(mén)，地球同步衛(wèi)星質(zhì)量為m，引力常量為G.有關(guān)同步衛(wèi)星，下列表述正確的是(),課堂互動(dòng)講練,某人在一星球上以速率v豎直上拋一物體，經(jīng)時(shí)間t物體以速率v落回手中，已知該星球的半徑為R，求該星球上的第一宇宙速度,【思路點(diǎn)撥】第一宇宙速度是環(huán)繞星球表面運(yùn)行的速度，即對(duì)應(yīng)的軌道半徑為該星球的半徑，且重力就等于星球?qū)ζ涞娜f(wàn)有引力,A0.4 km/sB1.8 km/s C11 km

9、/s D36 km/s,宇宙飛船在半徑為R1的軌道上運(yùn)行，變軌后的半徑為R2，R1R2，宇宙飛船繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則變軌后宇宙飛船的 () A線速度變小 B角速度變小 C周期變大 D向心加速度變大,【答案】D,變式訓(xùn)練2(2011年高考山東卷)甲、乙為兩顆地球衛(wèi)星，其中甲為地球同步衛(wèi)星，乙的運(yùn)行高度低于甲的運(yùn)行高度，兩衛(wèi)星軌道均可視為圓軌道以下判斷正確的是() A甲的周期大于乙的周期 B乙的速度大于第一宇宙速度 C甲的加速度小于乙的加速度 D甲在運(yùn)行時(shí)能經(jīng)過(guò)北極的正上方,已知地球的半徑為R6400 km，地球表面附近的重力加速度g取9.8 m/s2，若發(fā)射一顆地球的同步衛(wèi)星，使它在赤道上空運(yùn)轉(zhuǎn)，其高度和線速度應(yīng)為多大？,【答案】3.6107 m3.1103 m/s,【方法總結(jié)】(1)赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)所做的圓周運(yùn)動(dòng)和衛(wèi)星不同 (2)同步衛(wèi)星和赤道上隨地