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）

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歡迎進(jìn)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(gè)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(yùn)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(shí) 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(gè)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(yùn)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(shí)踐的檢驗(yàn) 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(yùn)動 微觀 高速運(yùn)動 2 狹義相對論闡述了物體以接近光速運(yùn)動時(shí)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(yùn)動速度的增大而 3 20世紀(jì)20年代 建立了量子力學(xué) 它正確描述了粒子的運(yùn)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(qiáng)引力 要使發(fā)射出去的人造衛(wèi)星能夠繞地球做圓周運(yùn)動 則在地面發(fā)射時(shí)的速度需滿足什么要求 根據(jù)天體運(yùn)動的規(guī)律 在地面發(fā)射速度越大的衛(wèi)星到達(dá)太空繞地球做圓周運(yùn)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(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(yùn)行速度 也是最小發(fā)射速度 2 三個(gè)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(yùn)動時(shí)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(yùn)動的物體的向心力時(shí)刻指向它做圓周運(yùn)動的圓心 因此衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)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(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(shí) 發(fā)射速度越大 在越高軌道上衛(wèi)星的運(yùn)行速度越小 2 人造衛(wèi)星在圓軌道上運(yùn)行時(shí) 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(diǎn)如下 1 同步衛(wèi)星的運(yùn)行方向和地球自轉(zhuǎn)方向一致 2 同步衛(wèi)星的運(yùn)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(yùn)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?yàn)橐c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(yùn)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(shí)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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?yàn)榈谝挥钪嫠俣? 9km s是圍繞地球運(yùn)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(xiàng)B正確 答案 B 如圖所示 a b c是大氣層外圓形軌道上運(yùn)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(shí)39分 火衛(wèi)二的周期為30小時(shí)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?yàn)門1 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(diǎn)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(diǎn)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(yùn)動規(guī)律認(rèn)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