宇宙航行第六节经典力学的局限性.ppt

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1、第五节宇宙航行第五节宇宙航行第六节经典力学的局限性第六节经典力学的局限性课标定位课标定位学学习习目目标标：1.会推会推导导第一宇宙速度，知道第二第一宇宙速度，知道第二宇宙速度和第三宇宙速度宇宙速度和第三宇宙速度2了解人造了解人造卫卫星的有关知星的有关知识识，知道近地，知道近地卫卫星、星、同步同步卫卫星的特点星的特点3了解了解经经典力学的典力学的发发展展历历程和程和伟伟大成就，知大成就，知道道经经典力学与相典力学与相对论对论、量子力学的关系、量子力学的关系重点重点难难点：宇宙速度及人造点：宇宙速度及人造卫卫星的有关星的有关问题问题 核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练知能优化训练知能

2、优化训练第第五五节节第第六六节节课前自主学案课前自主学案课前自主学案课前自主学案一、宇宙速度一、宇宙速度1第一宇宙速度第一宇宙速度(1)大小：大小：_ km/s(2)意意义义：卫卫星星环绕环绕地球表面运行的速度，地球表面运行的速度，也是也是绕绕地球做地球做_运运动动的最大速度的最大速度使使卫卫星星绕绕地球做匀速地球做匀速圆圆周运周运动动的最小地面的最小地面发发射速度射速度7.9匀速匀速圆圆周周2第二宇宙速度第二宇宙速度(1)大小：大小：_ km/s(2)意义：使卫星挣脱意义：使卫星挣脱_引力束缚的最小地引力束缚的最小地面发射速度面发射速度3第三宇宙速度第三宇宙速度(1)大小：大小：_ km/s

3、(2)意义：使卫星挣脱意义：使卫星挣脱_引力束缚的最小地引力束缚的最小地面发射速度面发射速度11.2地球地球16.7太阳太阳二、同步卫星二、同步卫星同步卫星就是相对于地球同步卫星就是相对于地球_的卫星，它只能的卫星，它只能处于处于_上空，它的运动周期是上空，它的运动周期是_.三、经典力学的局限性三、经典力学的局限性1牛顿力学即经典力学只适用于牛顿力学即经典力学只适用于_的物体，不适用于的物体，不适用于_的物体的物体2微观粒子的运动规律遵守普朗克的微观粒子的运动规律遵守普朗克的_理论；理论；高速运动的物体遵守爱因斯坦的高速运动的物体遵守爱因斯坦的_；强；强相互作用和弱相互作用都遵守爱因斯坦的相互

4、作用和弱相互作用都遵守爱因斯坦的_静止静止赤道赤道24 h宏宏观观、低速运、低速运动动微微观观、高速运、高速运动动量子量子狭狭义义相相对论对论广广义义相相对论对论核心要点突破核心要点突破一、宇宙速度一、宇宙速度宇宙速度是在地球上满足不同要求的卫星发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射速度，不能理解成卫星的运行速度1第一宇宙速度第一宇宙速度(环绕速度环绕速度)指人造卫星近地环绕速度，它是人造卫星在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具有的速地面附近绕地球做匀速圆周运动所具有的速度，是人造地球卫星的最小发射速度，度，是人造地球卫星

5、的最小发射速度，v7.9 km/s.2第二宇宙速度第二宇宙速度(脱离速度脱离速度)在地面上发射物体，使之能够脱离地球的引在地面上发射物体，使之能够脱离地球的引力作用，成为绕太阳运动的人造行星或绕其力作用，成为绕太阳运动的人造行星或绕其他行星运动的人造卫星所必需的最小发射速他行星运动的人造卫星所必需的最小发射速度，其大小为度，其大小为v11.2 km/s.3第三宇宙速度第三宇宙速度(逃逸速度逃逸速度)在地面上发射物体，使之最后能脱离太阳的在地面上发射物体，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，其大小为需的最小速度，其大小为v

6、16.7 km/s.特特别别提提醒醒：(1)第第一一宇宇宙宙速速度度是是人人造造卫卫星星的的最大环绕速度，也是最小发射速度最大环绕速度，也是最小发射速度(2)三三个个宇宇宙宙速速度度分分别别为为三三种种不不同同情情况况下下在在地面附近的最小发射速度地面附近的最小发射速度(3)运行速度为人造卫星做匀速圆周运动的运行速度为人造卫星做匀速圆周运动的环绕速度，其不同于发射速度环绕速度，其不同于发射速度即时应用即时应用 (即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)1美国美国“新地平线新地平线”号探测器，已于美国东号探测器，已于美国东部时间部时间2006年年1月月17日日13时时(北京时间北京时间18日日1时

7、时)借助借助“宇宙神宇宙神5”重型火箭，从佛罗里达州卡重型火箭，从佛罗里达州卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心发射升空，开始长纳维拉尔角肯尼迪航天中心发射升空，开始长达达9年的飞向冥王星的太空之旅拥有年的飞向冥王星的太空之旅拥有3级发动级发动机的机的“宇宙神宇宙神5”重型火箭将以每小时重型火箭将以每小时5.76万万公里的惊人速度把公里的惊人速度把“新地平线新地平线”号送离地球，号送离地球，这个冥王星探测器将成为人类有史以来发射的这个冥王星探测器将成为人类有史以来发射的速度最高的飞行器，这一速度速度最高的飞行器，这一速度()A大于第一宇宙速度大于第一宇宙速度B大于第二宇宙速度大于第二宇宙速度C大于第三宇

8、宙速度大于第三宇宙速度D小于并接近于第三宇宙速度小于并接近于第三宇宙速度解析：解析：选选ABD.此发射速度脱离了地球的束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第二宇宙速度和第三宇宙速度之间所以A、B、D正确正确二、人造地球卫星二、人造地球卫星1人造卫星的轨道人造卫星的轨道图图651卫星绕地球做匀速圆周运动时由地球对它的万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向地心而做匀速圆周运动的

9、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行的圆轨道如图651.特特别别提提醒醒：(1)在在处处理理卫卫星星的的v、T与与半半径径r的的关关系

10、系问问题题时时，常常用用公公式式“gR2GM”来来替替换换出出地地球球的的质质量量M，会会使使问问题题解解决决起起来来更更方便方便(2)由于卫星在轨道上运动时，它受到的万由于卫星在轨道上运动时，它受到的万有引力全部提供了向心力，产生了向心加速有引力全部提供了向心力，产生了向心加速度，因此卫星及卫星上任何物体都处于完全度，因此卫星及卫星上任何物体都处于完全失重状态失重状态即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)2.如图如图652所示的圆所示的圆a、b、c，其圆心均，其圆心均在地球自转轴线上，在地球自转轴线上，b、c的圆心与地心重合，的圆心与地心重合，圆圆b的平面与地球自转轴垂直对

11、环绕地球的平面与地球自转轴垂直对环绕地球做匀速圆周运动的卫星而言做匀速圆周运动的卫星而言()图图652A卫星的轨道可能为卫星的轨道可能为aB卫星的轨道可能为卫星的轨道可能为bC卫星的轨道可能为卫星的轨道可能为cD同步卫星的轨道一定为平行于同步卫星的轨道一定为平行于b的某一同的某一同心圆心圆解析：解析：选选BCD.物体做圆周运动时，物体所物体做圆周运动时，物体所受的合外力方向一定要指向圆心对于这些受的合外力方向一定要指向圆心对于这些卫星而言，就要求所受的万有引力指向圆心，卫星而言，就要求所受的万有引力指向圆心，而卫星所受的万有引力都指向地心，所以而卫星所受的万有引力都指向地心，所以A选项错误，选

12、项错误，B、C选项正确；对于同步卫星选项正确；对于同步卫星来说，由于相对地球表面静止，所以同步卫来说，由于相对地球表面静止，所以同步卫星应在赤道的正上空，因此星应在赤道的正上空，因此D选项正确选项正确三、地球同步卫星三、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，又叫通信卫星同的卫星叫地球同步卫星，又叫通信卫星同步卫星有以下几个特点：步卫星有以下几个特点：1同步卫星的运行方向与地球自转方向一同步卫星的运行方向与地球自转方向一致致2同步卫星的运转周期与地球自转周期相同步卫星的运转周期与地球自转周期相同，且同，且T24 h.3同步卫

13、星的运行角速度等于地球自转的同步卫星的运行角速度等于地球自转的角速度角速度4要与地球同步，卫星的轨道平面必须与要与地球同步，卫星的轨道平面必须与赤道平面平行，又由于向心力是万有引力提赤道平面平行，又由于向心力是万有引力提供的，万有引力必须在轨道平面上，所以同供的，万有引力必须在轨道平面上，所以同步卫星的轨道平面均在赤道平面上，即所有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的同步卫星都在赤道的正上方5同步卫星高度固定不变同步卫星高度固定不变所有同步卫星的周期所有同步卫星的周期T、轨道半径、轨道半径r、环绕速、环绕速度度v、角速度、角速度及向心加速度及向心加速度a的大小均相

14、同的大小均相同即时应用即时应用 (即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)3(2011年高考广东卷年高考广东卷)已知地球质量为已知地球质量为M，半径为，半径为R，自转周期为，自转周期为T，地球同步卫星，地球同步卫星质量为质量为m，引力常量为，引力常量为G.有关同步卫星，下有关同步卫星，下列表述正确的是列表述正确的是()课堂互动讲练课堂互动讲练 某某人人在在一一星星球球上上以以速速率率v竖竖直直上上抛抛一一物物体体，经经时时间间t物物体体以以速速率率v落落回回手手中中，已已知知该该星星球球的的半半径径为为R，求求该该星星球球上上的的第第一一宇宇宙宙速速度度类型一第一宇宙速度的求解第一宇宙速度的求解

15、例例1【思路点拨思路点拨】第一宇宙速度是环绕星球表第一宇宙速度是环绕星球表面运行的速度，即对应的轨道半径为该星球面运行的速度，即对应的轨道半径为该星球的半径，且重力就等于星球对其的万有引力的半径，且重力就等于星球对其的万有引力A0.4 km/sB1.8 km/sC11 km/s D36 km/s 宇宙飞船在半径为宇宙飞船在半径为R1的轨道上运行，的轨道上运行，变轨后的半径为变轨后的半径为R2，R1R2，宇宙飞船绕地，宇宙飞船绕地球做匀速圆周运动，则变轨后宇宙飞船的球做匀速圆周运动，则变轨后宇宙飞船的()A线速度变小线速度变小 B角速度变小角速度变小C周期变大周期变大 D向心加速度变大向心加速度

16、变大类型二人造地球人造地球卫卫星的星的、v、T、a与与r的关系的关系例例2【答案答案】D变变式式训训练练2(2011年年高高考考山山东东卷卷)甲甲、乙乙为为两两颗颗地地球球卫卫星星，其其中中甲甲为为地地球球同同步步卫卫星星，乙乙的的运运行行高高度度低低于于甲甲的的运运行行高高度度，两两卫卫星星轨轨道道均可视为圆轨道以下判断正确的是均可视为圆轨道以下判断正确的是()A甲的周期大于乙的周期甲的周期大于乙的周期B乙的速度大于第一宇宙速度乙的速度大于第一宇宙速度C甲的加速度小于乙的加速度甲的加速度小于乙的加速度D甲在运行时能经过北极的正上方甲在运行时能经过北极的正上方 已知地球的半径为已知地球的半径为

17、R6400 km，地球，地球表面附近的重力加速度表面附近的重力加速度g取取9.8 m/s2，若发射，若发射一颗地球的同步卫星，使它在赤道上空运转，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？其高度和线速度应为多大？类型三地球同步卫星地球同步卫星例例3【答案答案】3.6107 m3.1103 m/s【方方法法总总结结】(1)赤赤道道上上的的物物体体随随地地球球自自转所做的圆周运动和卫星不同转所做的圆周运动和卫星不同(2)同步卫星和赤道上随地球自转的物体具同步卫星和赤道上随地球自转的物体具有相同的角速度和周期有相同的角速度和周期变式训练变式训练3同步卫星离地心距离为同步卫星离地心距离为r，运行，运行速率为速率为v1，加速度为，加速度为a1，地球赤道上的物体，地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为随地球自转的向心加速度为a2，第一宇宙速，第一宇宙速度为度为v2，地球的半径为，地球的半径为R，则下列比值正确，则下列比值正确的是的是()