高中物理 第六章 万有引力与航天 第五、六节 宇宙航行课件 新人教版必修2.ppt

1、第五节宇宙航行 第六节经典力学的局限性,第六章万有引力与航天,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,第六章万有引力与航天,匀速圆周,万有引力,2宇宙速度 (1)第一宇宙速度v：卫星在_绕地球做匀速圆周运动的速度，v_ km/s. (2)第二宇宙速度v：使卫星挣脱_引力束缚的最小地面_速度，v11.2 km/s. (3)第三宇宙速度v：使卫星挣脱_引力束缚的最小地面_速度，v16.7 km/s.,地面附近,7.9,地球,发射,太阳,发射,拓

2、展延伸(解疑难),1.(1)在地面上发射人造卫星的最小速度是7.9 km/s.() (2)在地面上发射火星探测器的速度应为11.2 km/sv16.7 km/s.() (3)要发射离开太阳系进入银河系的探测器，所需发射速度至少为16.7 km/s.() (4)要发射一颗月球卫星，在地面的发射速度应大于16.7 km/s.(),二、从低速到高速、从宏观到微观、从弱引力到强引力(阅读教材P48P51) 1经典力学 经典力学的基础是_牛顿运动定律和万有引力定律在_、_、_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,牛顿运动定律,宏观,低速,弱引力,2从低速到高速 (1)狭义

3、相对论阐述了物体在以_运动时所遵从的规律 (2)经典力学认为，物体的质量m不随_改变，长度和时间的测量与参考系_ (3)狭义相对论指出,质量要随物体运动速度的增大而_位移和时间的测量在不同的参考系中是_的 3从宏观到微观 电子、质子、中子等微观粒子不仅具有_，同时还具有_，它们的运动规律在很多情况下不能用经典力学来说明，而_能够很好地描述微观粒子的运动规律,接近光速,运动状态,无关,增大,不同,粒子性,波动性,量子力学,4从弱引力到强引力 1915年，爱因斯坦创立了广义相对论，这是一种新的时空与引力的理论在强引力的情况下，牛顿的引力理论_ 5经典力学与近代物理学的关系 当物体的运动速度远小于光

4、速c(3108 m/s)时，相对论物理学与经典物理学的结论_当“普朗克常量h(6.63 1034 Js)”可以忽略不计时，量子力学和经典力学的结论_,不再适用,没有区别,没有区别,2.(1)第三宇宙速度在相对论中属于高速() (2)质量是物体的固有属性，任何时候都不会变() (3)对于高速运动的物体,它的质量随速度的增大而变大.() (4)万有引力定律对强相互作用也适用(),第一宇宙速度的计算,(自选例题，启迪思维) 1. (2015衡水高一检测)某人在一星球上以速率v竖直上抛一物体，经时间t后，物体以速率v落回手中已知该星球的半径为R，求该星球上的第一宇宙速度 思路探究(1)物体做什么性质的

5、运动？该星球表面的重力加速度为多少？ (2)计算第一宇宙速度用公式_较为简单,2. (2014高考江苏卷)已知地球的质量约为火星质量的10倍，地球的半径约为火星半径的2倍，则航天器在火星表面附近绕火星做匀速圆周运动的速率约为() A3.5 km/sB5.0 km/s C17.7 km/s D35.2 km/s,A,规律总结推导地球上第一宇宙速度的方法也可以推广运用到其他星球上去即知道了某个星球的质量M和半径R，或该星球的半径R及星球表面的重力加速度g,可以用同样的方法，求得该星球上的第一宇宙速度,1卫星轨道 卫星绕地球运动的轨道可以是椭圆轨道，也可以是圆轨道 卫星绕地球沿椭圆轨道运行时，地心位

6、于椭圆的一个焦点 上，其周期和半长轴的关系遵循开普勒第三定律 卫星绕地球沿圆轨道运行时，由于地球对卫星的万有引力提供卫星绕地球运动的向心力，而万有引力指向地心，所以，地心必须是卫星圆轨道的圆心卫星的轨道平面可以在赤道平面内(如同步卫星)，也可以和赤道平面垂直，还可以和赤道平面成任意角度，如图所示,人造地球卫星,2人造地球卫星的线速度v、角速度、周期T、加速度a与轨道半径r的关系如下： 由上表可以看出：卫星离地面高度越高，其线速度越小，角速度越小，周期越大，向心加速度越小,r越大，v越小,r越大，越小,r越大，T越大,r越大，a越小,(自选例题，启迪思维),BD,C,A,思路点拨对两卫星，结合万

7、有引力定律和牛顿第二定律导出周期、线速度、角速度、向心加速度的决定式,进行比较,名师点评(1)地球卫星的a、v、T由地球的质量M和卫星的轨道半径r决定，当r确定后，卫星的a、v、T便确定了，与卫星的质量、形状等因素无关，俗称“一(r)定四(a、 v、T)定” (2)在处理卫星的v、T与半径r的关系问题时，常用公式“gR2GM”来替换出地球的质量M会使问题解决起来更方便,同步卫,1.据报道，我国数据中继卫星“天链一号01星”于4月25日在西昌卫星发射中心发射升空，经过4次变轨控制后，于5月1日成功定点在东经77赤道上空的同步轨道关于成功定点后的“天链一号01星”，下列说法正确的是() A运行速度

8、大于7.9 km/s B离地面高度一定，相对地面静止 C绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大 D向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等,(自选例题，启迪思维),BC,2.我国发射的“中星2A”通信广播卫星是一颗地球同步卫星在某次实验中，某飞船在空中飞行了36 h，环绕地球24圈那么，该同步卫星与飞船在轨道上正常运转时相比较() A同步卫星运转周期比飞船大 B同步卫星运转速率比飞船大 C同步卫星运转加速度比飞船大 D同步卫星离地高度比飞船大,AD,3. (2014高考天津卷)研究表明，地球自转在逐渐变慢，3亿年前地球自转的周期约为22小时假设这种趋势会持续下去，地球的其他条件都

9、不变，未来人类发射的地球同步卫星与现在的相比() A距地面的高度变大 B向心加速度变大 C线速度变大 D角速度变大,A,方法总结比较卫星运行参数的方法,利用结论“一定四定，越高越慢”判断,1卫星中的超、失重现象 (1)在卫星发射和回收过程中，具有向上的加速度，因此卫星中的物体处于超重状态(注意不是与物体在地面时所受重力相比) (2)卫星进入轨道后，不论是圆周运动还是椭圆运动，卫星中的物体对其他物体不再有挤压或牵拉作用，处于完全失重状态，卫星中的仪器,凡是使用原理与重力有关的均不能使用,两个典型问题,1.关于人造地球卫星及其中物体的超重、失重问题，下列说法中正确的是() A在发射过程中向上加速时

10、，产生超重现象 B在降落过程中向下减速时，产生超重现象 C进入轨道做匀速圆周运动时，产生失重现象 D失重是由于地球对卫星内物体的作用力减小而引起的,(自选例题，启迪思维),ABC,解析超重、失重是从重力和弹力的大小关系而定义的，当向上加速时超重，向下减速时(加速度方向向上)也超重，故选项A、B正确；卫星做匀速圆周运动时，万有引力(或重力)完全提供向心力，使卫星及卫星内的物体产生向心加速 度，并处于完全失重状态，故选项C正确，选项D错误,2.(2015莆田高一检测)航天员王亚平在“神舟十号”飞船中进行了首次太空授课下列关于飞船发射和在圆轨道上运行时的说法中，正确的是() A飞船的发射速度和运行速

11、度都等于7.9 km/s B飞船的发射速度大于7.9 km/s，运行速度小于7.9 km/s C飞船比同步卫星的发射速度和运行速度都大 D王亚平空中授课中的水球实验是在发射过程进行的 解析由于飞船的轨道半径rR,则发射速度大于7.9 km/s，运行速度小于7.9 km/s，故A错B对飞船的轨道半径比同步卫星的小，故飞船的发射速度小，运行速度大，C错水球实验只能在完全失重状态下完成，D错,B,3.地球赤道上有一物体随地球的自转而做圆周运动，所受的向心力为F1，向心加速度为a1，线速度为v1，角速度为1；绕地球表面附近做圆周运动的人造卫星(高度忽略)所受的向心力为F2，向心加速度为a2，线速度为v

12、2，角速度为2；地球同步卫星所受的向心力为F3，向心加速度为a3，线速度为v3，角速度为3.地球表面重力加速度为g，第一宇宙速度为 v，假设三者质量相等，则() AF1F2F3 Ba1a2ga3 Cv1v2vv3 D132,D,范例 2013年12月10日21时20分，“嫦娥三号”发动机成功点火，开始实施变轨控制，由距月面平均高度100 km的环月轨道成功进入近月点高度15 km、远月点高度100 km的椭圆轨道关于“嫦娥三号”，下列说法正确的是() A“嫦娥三号”的发射速度大于7.9 km/s B“嫦娥三号”在环月轨道上的运行周期大于在椭圆轨道上的运行周期 C“嫦娥三号”变轨前沿圆轨道运动的加速度大于变轨后通过椭圆轨道远月点时的加速度 D“嫦娥三号”变轨前需要先点火加速,AB,解析7.9 km/s是人造卫星的最小发射速度，要想往月球发射人造卫星，发射速度必须大于7.9 km/s，A对；“嫦娥三号”距月面越近运行周期越小，B对；飞船变轨前 沿圆轨道运动时只有万有引力产生加速度，变轨后通过椭圆轨道远月点时也是只有万有引力产生加速度，所以两种情况下的加速度相等，C错；“嫦娥三号”变轨前需要先点火减 速，才能做近心运动，D错,在发射同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后再次点火进入椭圆形的过