2018物理(人教必修2)课件：第6章 第5、6节 宇宙航行 经典力的局限性

• 1．关于地球的第一宇宙速度，下列说法正确 的是( ) • A．第一宇宙速度又叫环绕速度 • B．第一宇宙速度又叫脱离速度 • C．第一宇宙速度跟地球的质量无关 • D．第一宇宙速度跟地球的半径无关
• 四、经典力学的成就和局限性 • 1．经典力学的成就 • 牛顿运动定律和万有引力定律在宏观、低速 、弱引力的广阔领域，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 ．
• 2．经典力学的局限性 宏观 低速运动 • (1)牛顿力学即经典力学，它只适用于 ______ 微观 高速运动 、__________ 的物体，不适用于 _______和 __________的物体． • (2)狭义相对论阐述了物体以接近光速运动时 增大 遵从的规律，得出了一些不同于经典力学的 微观 结论，如质量要随物体运动速度的增大而 ________． 强引力 • (3)20世纪20年代，建立了量子力学，它正确 描述了______粒子的运动规律，并在现代科 学技术中发挥了重要作用．
• 一、宇宙速度 • 阅读教材“宇宙速度”部分，回答下列问题 ． • 1．我们知道，地球对周围的一切物体都有引 力的作用，因此我们抛出的物体会落回地面 (1) 地球可以近似看成球体，如图所示，如果抛出的 ．在高山上水平抛出一个物体，抛出的速度 速度很大，地面还能看成水平面吗？ 越大，落地点与抛出点的水平距离越大． 提示：不能
km/s≈1.8 km/s.故选项 B 正确．
• 答案：B
【题后总结】
(1)其他行星的第一宇宙速度与地球上的第
一宇宙速度的求解方法相同，关键是利用好万有引力提供向心 力、环绕半径等于中心天体半径这两个条件． (2)第一宇宙速度 v＝ GM r ＝ gr也可应用于其他天体，只
不过公式中的 M、r、g 应为相应天体的质量、半径和其表面的 重力加速度．
• 2．人造卫星的发射速度和运行速度 地面附近 • (1)发射速度：指卫星在__________离开发射 匀速圆周 装置的速度． • (2)运行速度：指卫星进入运行轨道绕地球做 __________运动的速度．
• 3．宇宙速度
数值 第一宇 宙速度 第二宇 宙速度 意义
7.9 ____km/s
(1)卫星环绕地球表面运行的速度，也是 最大 速度 绕地球做匀速圆周运动的______ (2)使卫星绕地球做匀速圆周运动的 最小 ______ 地面发射速度
一探月卫星的轨道是圆形的， 且贴近月球表面， 已 1 1 知月球的质量约为地球质量的 ，月球半径约为地球半径的 ， 81 4 地球上的第一宇宙速度约为 7.9 km/s， 则该探月卫星绕月运行的 速率约为( ) B．1.8 km/s D．36 km/s A．0.4 km/s C．11 km/s
解析：对于环绕地球或月球的人造卫星，其所受万有引力 v2 Mm 即为它们做圆周运动所需的向心力，即 G 2 ＝m r ，所以 v＝ r GM r ，第一宇宙速度指的是最小发射速度，同时也是近地卫 星的环绕速度，对于近地卫星来说，其轨道半径近似等于地球 v月 半径，所以 ＝ v地 M 月 r地 ·＝ M 地 r月 4 2 ＝ .所以 v 81 9 2 月＝ v 9 2 地＝ ×7.9 9
• (2)把卫星发射到更高的轨道上需要的发射速 度越大还是越小？ • 提示：卫星发射得越高，它离开地球时克服 引力消耗的能量越多，需要的发射速度就越 大．
• 二、人造卫星 • 在地球的周围，有许多的卫星在不同的轨道 上绕地球转动，若轨迹为圆，请思考：
• (1)这些卫星的轨道平面有什么特点？ • 提示：因卫星绕地球运行时万有引力提供向 心力，万有引力指向地心，所以地心是卫星 圆轨道的圆心． 2 3 2π • (2)这些卫星的线速度、角速度、周期跟什么 v Mm r 提示：根据 G 2 ＝m r ＝mω2r＝m T 2r 得 T＝2π GM， r 因素有关呢？
v＝ GM r ，ω＝ GM .由此可知 v、ω、T 仅跟地球的质量和轨 r3 道半径有关．
• 三、梦想成真 苏联 • 1957年10月________成功发射了第一颗人造 月球 卫星； 杨利伟 • 1969年7月美国“阿波罗11号”登上_______ ； • 2003年10月15日我国航天员__________踏入 太空．
• 探究一 宇宙速度 • 1．如何推导第一宇宙速度？
v2 Mm 提示： G 2 ＝m R 得 v＝ R GM 2 ， 又 GM ＝ gR ， 故 v＝ gR. R
代入数据可得地球的第一宇宙速度 v＝7.9 km/s．
• 2．怎样理解第一宇宙速度的意义？ • 提示：第一宇宙速度是最大环绕速度，也是 发射卫星的，可能会出现什 么现象？牛顿说过“没有大胆的猜测就没有 伟大的发现”，在已有事实的基础上，合理 外推，科学假设，是认知未知事物的一种科 学方法．那么由以上事实基础，你能作出怎 样的猜想呢？ • 提示：从地球上的山峰上将物体水平抛出， 速度越大，落地点就越远．如果没有空气阻 力，抛出的速度足够大，物体就不再落向地 面，它将绕地球运动成为一颗人造卫星．
第六章
万有引力与航天
第 5节 第 6节
宇宙航行
经典力学的局限性
学习目标
1.了解人造卫星的相关知识．
重点难点
1.人造卫星的线速
2．知道三个宇宙速度的含义，会推导 度、角速度、周期与
第一宇宙速度．
度、周期与轨道半径的关系． 力学的适用范围.
半径的关系是本节的
2．第一宇宙速度的 点.
3．理解掌握人造卫星的线速度、角速 重点和难点． 4．了解以牛顿运动定律为基础的经典 理解是本节的又一难
地球 最小 使卫星挣脱 _______ 引力束缚的 ______ 地 11.2 _____km/s 面发射速度
第三宇 宙速度
最小 使卫星挣脱 _______ 引力束缚的 _______ 16.7 _____km/s 地面发射速度
太阳
• 4.思考：发射卫星，要有足够大的速度才行．
• (1)不同星球的第一宇宙速度是否相同？第一 宇宙速度的决定因素是什么？ • 提示：不同．由星球的质量和半径决定．