物理人教版必修二 第六章第六节《经典力的局限性》课件

欢迎进入物理课堂 第五节宇宙航行第六节经典力学的局限性 学习目标 1 会推导第一宇宙速度 知道第二宇宙速度和第三宇宙速度 2 了解人造卫星的有关知识 知道近地卫星 同步卫星的特点 3 了解经典力学的发展历程和伟大成就 知道经典力学与相对论 量子力学的关系 重点难点 宇宙速度及人造卫星的有关问题 成功发现1 第一宇宙速度 1 大小 km s 2 意义 卫星环绕地球表面运行的速度 也是绕地球做 运动的最大速度 使卫星绕地球做匀速圆周运动的最小地面发射速度 7 9 匀速圆周 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 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 宏观 低速运动 微观 高速运动 量子 狭义相对论 广义相对论 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 即人造卫星做匀速圆周运动的环绕速度 A 0 4km sB 1 8km sC 11km sD 36km s 思路点拨 探月卫星的轨道贴近月球表面 所求该卫星绕月运行的速度即为在月球表面发射卫星的 第一宇宙速度 答案 B 规律总结 不同星球的第一宇宙速度不同 计算方法与地球第一宇宙速度的方法相同 变式训练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 1 人造卫星的轨道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 图6 5 1 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6 5 1所示 2 描述人造卫星运动的几个重要物理量设人造卫星的运行速度为v 角速度为 周期为T 向心加速度为an 轨道半径为r 人造卫星做匀速圆周运动所需要的向心力由万有引力提供 即 2012 山东省实验中学高一月考 已知地球半径为R 地球表面的重力加速度为g 某人造地球卫星在距地球表面高度等于地球半径3倍处做匀速圆周运动 求 1 卫星的线速度 2 卫星绕地球做匀速圆周运动的周期 思路点拨 人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动所需的向心力由万有引力提供 物体在地球表面所受的重力等于万有引力 思维总结 在处理卫星的v T与半径r的关系问题时 常用公式 gR2 GM 来替换出地球的质量M会使问题解决起来更方便 变式训练2 2012 高考广东卷 如图6 5 2所示 飞船从轨道1变轨至轨道2 若船在两轨道上都做匀速圆周运动 不考虑质量变化 相对于在轨道1上 飞船在轨道2上的 A 动能大B 向心加速度大C 运行周期长D 角速度小 图6 5 2 1 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 2 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 T 24h 3 同步卫星的运行角速度等于地球自转的角速度 4 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 6 同步卫星的环绕速度大小一定 特别提醒 1 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 2 所有国家发射的同步卫星的轨道都与赤道为同心圆 它们都在同一轨道上运动且都相对静止 已知地球的半径为R 6400km 地球表面附近的重力加速度g取9 8m s2 若发射一颗地球的同步卫星 使它在赤道上空运转 其高度和线速度应为多大 精讲精析 设同步卫星的质量为m 离地面的高度为h 线速度为v 周期为T 地球的质量为M 同步卫星的周期等于地球自转的周期 答案 3 6 107m3 1 103m s 变式训练3 2012 高考北京卷 关于环绕地球运行的卫星 下列说法正确的是 A 分别沿圆轨道和椭圆轨道运行的两颗卫星 不可能具有相同的周期B 沿椭圆轨道运行的一颗卫星 在轨道不同位置可能具有相同的速率C 在赤道上空运行的两颗地球同步卫星 它们的轨道半径有可能不同D 沿不同轨道经过北京上空的两颗卫星 它们的轨道平面一定会重合 小时 故其轨道半径一定 C选项错误 经过北京上空的卫星轨道有无数条 轨道平面与赤道平面的夹角可以不同 故轨道平面可以不重合 D选项错误 同步卫星的发射 变轨 问题发射人造卫星要克服地球的引力做功 发射得越高 克服地球的引力做功越多 发射越困难 所以在发射同步卫星时先让它进入一个较低的近地轨道 停泊轨道 然后通过点火加速 使之做离心运动 进入一个椭圆轨道 转移转道 当卫星到达椭圆轨道的远地点时 再次通过点火加速使其做离心运动 进入同步轨道 经典案例 如图6 5 3所示 轨道A与轨道B相切于P点 轨道B与轨道C相切于Q点 以下说法不正确的是 图6 5 3 A 卫星在轨道B上由P向Q运动的过程中速率越来越小B 卫星在轨道C上经过Q点的速率大于在轨道A上经过P点的速率C 卫星在轨道B上经过P时的加速度与在轨道A上经过P点的加速度是相等的D 卫星在轨道B上经过Q点时受到地球的引力小于经过P点时受到地球的引力 思路点拨 从动力学的角度思考 卫星受到的引力使卫星产生运动的加速度 Fn man 所以卫星在轨道A上经过P点时的加速度等于它在轨道B上经过P点时的加速度 答案 B 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全