高中物理 6-5、6《宇宙航行 经典力学的局限性课件 （新人教版）必修2

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 1 了解人造卫星的相关知识 2 知道三个宇宙速度的含义 会推导第一宇宙速度 3 理解掌握人造卫星的线速度 角速度 周期与轨道半径的关系 4 了解以牛顿运动定律为基础的经典力学的适用范围 一 人造地球卫星1 概念如图所示 当物体的足够大时 它将会围绕旋转而不再落回地面 成为一颗绕地球转动的 速度 地球 卫星 2 原理 人造卫星绕地球转动的向心力等于地球对它的 万有引力 二 三个宇宙速度的比较 7 9 11 2 16 7 最大 最小 地球 最小 太阳 最小 三 梦想成真1957年10月成功发射了第一颗人造卫星 1969年7月美国 阿波罗11号 登上 2003年10月15日我国航天员踏入太空 苏联 月球 杨利伟 四 经典力学的成就和局限性1 经典力学的成就牛顿运动定律和万有引力定律在宏观 低速 弱引力的广阔领域 包括天体力学的研究中 经受了实践的检验 取得了巨大的成就 2 经典力学的局限性 1 牛顿力学即经典力学 它只适用于 的物体 不适用于和的物体 宏观 低速运动 微观 高速运动 2 狭义相对论阐述了物体以接近光速运动时遵从的规律 得出了一些不同于经典力学的结论 如质量要随物体运动速度的增大而 3 20世纪20年代 建立了量子力学 它正确描述了粒子的运动规律 并在现代科学技术中发挥了重要作用 4 爱因斯坦的广义相对论说明在的作用下 牛顿的引力理论将不再适用 增大 微观 强引力 要使发射出去的人造卫星能够绕地球做圆周运动 则在地面发射时的速度需满足什么要求 根据天体运动的规律 在地面发射速度越大的卫星到达太空绕地球做圆周运动的速度越大还是越小 一 宇宙速度宇宙速度是在地球上满足不同要求的发射速度 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必须具有的速度 是人造地球卫星的最小发射速度 v 7 9km 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v 16 7km s 特别提醒 1 第一宇宙速度是最大运行速度 也是最小发射速度 2 三个宇宙速度分别为在三种不同情况下在地面附近的最小发射速度 二 人造地球卫星1 人造地球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 如图所示 特别提醒 1 发射人造卫星的速度不能小于第一宇宙速度 要使卫星离地越高 则需要的发射速度就越大 但发射速度不能大于第二宇宙速度 同时 发射速度越大 在越高轨道上卫星的运行速度越小 2 人造卫星在圆轨道上运行时 由于万有引力提供向心力 所以处于完全失重状态 凡是和重力有关的现象都会消失 3 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 其特点如下 1 同步卫星的运行方向和地球自转方向一致 2 同步卫星的运转周期和地球自转周期相同 即T 24h 3 同步卫星的运行角速度等于地球自转的角速度 4 所有的同步卫星都在赤道的正上方 因为要与地球同步 同步卫星的轨道平面必须与赤道平面重合 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an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 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 求这星球上的第一宇宙速度 题后总结 1 处理行星 卫星绕中心天体做圆周运动的问题中 万有引力充当向心力是解决问题的关键 2 第一宇宙速度是绕地球表面运行的卫星的速度 是卫星的最大绕行速度 针对训练 1 理论上来说人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动 其速率 A 一定等于7 9km sB 等于或小于7 9km sC 一定大于7 9km sD 介于7 9km s和11 2km s之间解析 因为第一宇宙速度7 9km s是围绕地球运动的最大环绕速度 因此所有人造地球卫星的速度都小于或等于第一宇宙速度 所以选项B正确 答案 B 如图所示 a b c是大气层外圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星 a b质量相同且小于c的质量 下面说法中正确的是 A b c的线速度大小相等且大于a的线速度B b c的向心加速度相等且大于a的向心加速度C b c的周期相等且大于a的周期D b c的向心力相等且大于a的向心力 答案 C 针对训练 2 火星有两颗卫星 分别是火卫一和火卫二 它们的轨道近似为圆 已知火卫一的周期为7小时39分 火卫二的周期为30小时18分 则两颗卫星相比 A 火卫一距火星表面较近B 火卫二的角速度较大C 火卫一的线速度较大D 火卫二的向心加速度较大 因为T1 T2 所以r1 r2 v1 v2 1 2 an1 an2 则A C正确 B D错误 答案 AC 答案 BC 针对训练 3 同步卫星是指相对于地面不动的人造地球卫星 则下面说法中正确的是 A 它可以在地面上任一点的正上方 且离地心的距离可按需要选择不同的数值B 它可以在地面上任一点的正上方 但离地心的距离是一定的C 它只能在赤道的正上方 但离地心的距离可按需要选择不同的数值D 它只能在赤道的正上方 且离地心的距离是一定的 答案 D 误区 对同步卫星 近地卫星 赤道上的物体运动规律认识不清导致错误 正确答案 AD 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