高中物理優(yōu)化指導(dǎo)-課件：6-5、6《經(jīng)典力學(xué)的局限性》（人教版必修2）

歡迎進入物理課堂 第五節(jié)宇宙航行第六節(jié)經(jīng)典力學(xué)的局限性 1 了解人造衛(wèi)星的相關(guān)知識 2 知道三個宇宙速度的含義 會推導(dǎo)第一宇宙速度 3 理解掌握人造衛(wèi)星的線速度 角速度 周期與軌道半徑的關(guān)系 4 了解以牛頓運動定律為基礎(chǔ)的經(jīng)典力學(xué)的適用范圍 一 人造地球衛(wèi)星1 概念如圖所示 當(dāng)物體的足夠大時 它將會圍繞旋轉(zhuǎn)而不再落回地面 成為一顆繞地球轉(zhuǎn)動的 速度 地球 衛(wèi)星 2 原理 人造衛(wèi)星繞地球轉(zhuǎn)動的向心力等于地球?qū)λ?萬有引力 二 三個宇宙速度的比較 7 9 11 2 16 7 最大 最小 地球 最小 太陽 最小 三 夢想成真1957年10月成功發(fā)射了第一顆人造衛(wèi)星 1969年7月美國 阿波羅11號 登上 2003年10月15日我國航天員踏入太空 蘇聯(lián) 月球 楊利偉 四 經(jīng)典力學(xué)的成就和局限性1 經(jīng)典力學(xué)的成就牛頓運動定律和萬有引力定律在宏觀 低速 弱引力的廣闊領(lǐng)域 包括天體力學(xué)的研究中 經(jīng)受了實踐的檢驗 取得了巨大的成就 2 經(jīng)典力學(xué)的局限性 1 牛頓力學(xué)即經(jīng)典力學(xué) 它只適用于 的物體 不適用于和的物體 宏觀 低速運動 微觀 高速運動 2 狹義相對論闡述了物體以接近光速運動時遵從的規(guī)律 得出了一些不同于經(jīng)典力學(xué)的結(jié)論 如質(zhì)量要隨物體運動速度的增大而 3 20世紀20年代 建立了量子力學(xué) 它正確描述了粒子的運動規(guī)律 并在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中發(fā)揮了重要作用 4 愛因斯坦的廣義相對論說明在的作用下 牛頓的引力理論將不再適用 增大 微觀 強引力 要使發(fā)射出去的人造衛(wèi)星能夠繞地球做圓周運動 則在地面發(fā)射時的速度需滿足什么要求 根據(jù)天體運動的規(guī)律 在地面發(fā)射速度越大的衛(wèi)星到達太空繞地球做圓周運動的速度越大還是越小 一 宇宙速度宇宙速度是在地球上滿足不同要求的發(fā)射速度 不能理解成衛(wèi)星的運行速度 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動所必須具有的速度 是人造地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度 v 7 9km 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的引力范圍 飛到太陽系以外的宇宙空間所必需的最小速度 其大小為v 16 7km s 特別提醒 1 第一宇宙速度是最大運行速度 也是最小發(fā)射速度 2 三個宇宙速度分別為在三種不同情況下在地面附近的最小發(fā)射速度 二 人造地球衛(wèi)星1 人造地球衛(wèi)星的軌道衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動時由地球?qū)λ娜f有引力充當(dāng)向心力 地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力指向地心 而做勻速圓周運動的物體的向心力時刻指向它做圓周運動的圓心 因此衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動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兩極點上空的極地軌道 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)星繞地球運行的圓軌道 如圖所示 特別提醒 1 發(fā)射人造衛(wèi)星的速度不能小于第一宇宙速度 要使衛(wèi)星離地越高 則需要的發(fā)射速度就越大 但發(fā)射速度不能大于第二宇宙速度 同時 發(fā)射速度越大 在越高軌道上衛(wèi)星的運行速度越小 2 人造衛(wèi)星在圓軌道上運行時 由于萬有引力提供向心力 所以處于完全失重狀態(tài) 凡是和重力有關(guān)的現(xiàn)象都會消失 3 地球同步衛(wèi)星相對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 其特點如下 1 同步衛(wèi)星的運行方向和地球自轉(zhuǎn)方向一致 2 同步衛(wèi)星的運轉(zhuǎn)周期和地球自轉(zhuǎn)周期相同 即T 24h 3 同步衛(wèi)星的運行角速度等于地球自轉(zhuǎn)的角速度 4 所有的同步衛(wèi)星都在赤道的正上方 因為要與地球同步 同步衛(wèi)星的軌道平面必須與赤道平面重合 特別提醒 1 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an的大小均相同 2 所有國家發(fā)射的同步衛(wèi)星的軌道都與赤道為同心圓 它們都在同一軌道上運動且都相對靜止 某人在一星球上以速率v豎直上拋一物體 經(jīng)時間t物體以速率v落回手中 已知該星球的半徑為R 求這星球上的第一宇宙速度 題后總結(jié) 1 處理行星 衛(wèi)星繞中心天體做圓周運動的問題中 萬有引力充當(dāng)向心力是解決問題的關(guān)鍵 2 第一宇宙速度是繞地球表面運行的衛(wèi)星的速度 是衛(wèi)星的最大繞行速度 針對訓(xùn)練 1 理論上來說人造地球衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動 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之間解析 因為第一宇宙速度7 9km s是圍繞地球運動的最大環(huán)繞速度 因此所有人造地球衛(wèi)星的速度都小于或等于第一宇宙速度 所以選項B正確 答案 B 如圖所示 a b c是大氣層外圓形軌道上運行的三顆人造地球衛(wèi)星 a b質(zhì)量相同且小于c的質(zhì)量 下面說法中正確的是 A b c的線速度大小相等且大于a的線速度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 針對訓(xùn)練 2 火星有兩顆衛(wèi)星 分別是火衛(wèi)一和火衛(wèi)二 它們的軌道近似為圓 已知火衛(wèi)一的周期為7小時39分 火衛(wèi)二的周期為30小時18分 則兩顆衛(wèi)星相比 A 火衛(wèi)一距火星表面較近B 火衛(wèi)二的角速度較大C 火衛(wèi)一的線速度較大D 火衛(wèi)二的向心加速度較大 因為T1 T2 所以r1 r2 v1 v2 1 2 an1 an2 則A C正確 B D錯誤 答案 AC 答案 BC 針對訓(xùn)練 3 同步衛(wèi)星是指相對于地面不動的人造地球衛(wèi)星 則下面說法中正確的是 A 它可以在地面上任一點的正上方 且離地心的距離可按需要選擇不同的數(shù)值B 它可以在地面上任一點的正上方 但離地心的距離是一定的C 它只能在赤道的正上方 但離地心的距離可按需要選擇不同的數(shù)值D 它只能在赤道的正上方 且離地心的距離是一定的 答案 D 誤區(qū) 對同步衛(wèi)星 近地衛(wèi)星 赤道上的物體運動規(guī)律認識不清導(dǎo)致錯誤 正確答案 AD 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全