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习目标：学习目标：1.会推导第一宇宙速度，知道第会推导第一宇宙速度，知道第二宇宙速度和第三宇宙速度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、了解人造卫星的有关知识，知道近地卫星、同步卫星的特点同步卫星的特点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、量子力学的关系道经典力学与相对论、量子力学的关系重点难点：宇宙速度及人造卫星的有关问重点难点：宇宙速度及人造卫星的有关问题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、优化训练第五节第六节第五节第六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)意义：卫星环绕地球表面运行的速度，意义：卫星环绕地球表面运行的速度，也是绕地球做也是绕地球做_运动的最大速度运动的最大速度使卫星绕地球做匀速圆周运动的最小地面使卫星绕地球做匀速圆周运动的最小地面发射速度发射速度7.9匀速圆周匀速圆周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/
3、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
4、互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宏观、低速运动宏观、低速运动微观、高速运动微观、高速运动量子量子狭义相对论狭义相对论广义相对论广义相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
5、星的最小发射速度，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
6、v16.7 km/s.特别提醒：特别提醒：(1)第一宇宙速度是人造卫星的第一宇宙速度是人造卫星的最大环绕速度，也是最小发射速度最大环绕速度，也是最小发射速度(2)三个宇宙速度分别为三种不同情况下在三个宇宙速度分别为三种不同情况下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
7、1时时)借助借助“宇宙神宇宙神5”重型火箭，从佛罗里达州重型火箭，从佛罗里达州卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心发射升空，开始卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心发射升空，开始长达长达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级发级发动机的动机的“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5.76万公里的惊人速度把万公里的惊人速度把“新地平线新地平线”号送离号送离地球，这个冥王星探测器将成为人类有史以来地球，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，这一速度发射的速度最高的飞行器，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
8、三宇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
9、动的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.特别提醒：特别提醒：(1)在处理卫星的在处理卫星的v、T与半与半径径r的关
10、系问题时，常用公式的关系问题时，常用公式“gR2GM”来替换出地球的质量来替换出地球的质量M，会使问题解决起来，会使问题解决起来更方便更方便(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
11、转轴垂直对环绕地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球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的某一的某一同心圆同心圆解析：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
12、项错误，选项错误，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
13、.3同步卫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
14、的大小均相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，地球同步卫星质，地球同步卫星质量为量为m，引力常量为，引力常量为G.有关同步卫星，下列有关同步卫星，下列表述正确的是表述正确的是()课堂互动讲练课堂互动讲练 某人在一星球上以速率某人在一星球上以速率v竖直上抛一物竖直上抛一物体，经时间体，经时间t物体以速率物体以速率v落回手中，已知该落回手中，已知该星球的半径为星球的半径为R，求该星球上的第一宇宙速，求该星球上的第一宇宙速度度第一宇宙速度的求解第一宇宙速
15、度的求解例例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
16、心加速度变大人造地球卫星的人造地球卫星的、v、T、a与与r的关系的关系例例2【答案答案】D变式训练变式训练2(2011年高考山东卷年高考山东卷)甲、乙为甲、乙为两颗地球卫星，其中甲为地球同步卫星，乙两颗地球卫星，其中甲为地球同步卫星，乙的运行高度低于甲的运行高度，两卫星轨道的运行高度低于甲的运行高度，两卫星轨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
17、球的半径为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？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【方法总结方法总结】(1)赤道上的物体随地球自赤道上的物体随地球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()知能优化训练知能优化训练本部分内容讲解结束本部分内容讲解结束点此进入课件目录点此进入课件目录按按ESC键退出全屏播放键退出全屏播放谢谢使用谢谢使用
