第5节宇宙航行第6节经典力学的局限性

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6-5、6第五节宇宙航行

人教版物理必修 2
v2 Mm (2)由 G 2 ＝m r 得 v＝ r
GM r ，则 r 越大，v 越小．
第六章
万有引力与航天
对于近地卫星(r＝R 地)的线速度 v＝
GM ＝ R地
gR地＝
7.9 km/s，即第一宇宙速度，是卫星绕地球做圆周运动的最大速度，也是发射卫星的最小速度． Mm (3)由 G 2 ＝mω2r 得 ω＝ r
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 (1)牛顿力学即经典力学，它只适用于宏观、低速运动的
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物体，不适用于微观和高速运动的物体．
第六章
万有引力与航天
(2) 狭义相对论阐述了物体以接近光速运动时遵从的规律，得出了一些不同于经典力学的结论，如质量要随物体运动速度的增大而增大．
地面发射时的速度需满足什么要求？根据天体运动的规律，
在地面发射速度越大的卫星到达太空绕地球做圆周运动的速度越大还是越小？
提示：卫星在地面的发射速度须满足 7.9 km/s＜v＜11.2 km/s 才能最终绕地球运行，在地面发射速度越大的卫星能
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上升的高度也就越大，根据 v＝度就越小．
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所以 v＝
GM r ∝
1 r ，与卫星质量无关．
第六章
万有引力与航天
由图知 rb＝rc＞ra，则 vb＝vc＜va，选项 A 错误． GM 1 a＝ 2 ∝ 2，与卫星质量无关． r r 由 rb＝rc＞ra 得 ab＝ac＜aa，选项 B 错误． T＝ 4π2r3 3 ∝ r ，与卫星质量无关． GM

必修2 6.5 宇宙航行课件

解析: 设卫星绕地球做匀速圆周运动的周期为 T , 根据万有引力定律和牛顿第二定律得 G
Mm (4R) 2
=m
v2 Mm , G 4 R (4R) 2
2 =m ( T
) ·4R
2
质量为 m ' 的物体在地球表面所受的重力等于万有引力大小, 即
G
Mm ' R2
=m ' g
R 1 联立以上三式解得 v= gR ,T=16π g 2
②确定的周期: 同步卫星的运转周期和地球自转周期相同, 即 T=24 h; ③确定的角速度: 同步卫星的运行角速度等于地球自转的角速度; ④确定的轨道平面: 所有的同步卫星都在赤道的正上方, 因为要与地球同步, 同步卫星的轨道平面必须与赤道平面重合; ⑤确定的高度: 同步卫星的高度固定不变.
GMm 2 由 =m r( 2 T r
三、梦想成真
1957 年 10 月苏联成功发射了第一颗人造地球卫星; 1969 年 7 月美国阿波罗 11 号登上月球; 2003 年 10 月 15 日我国航天员杨利伟踏入太空.
四、经典力学的局限性
1. 从低速到高速 ( 1) 经典力学的基础是牛顿运动定律, 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) 狭义相对论阐述物体以接近光的速度运动时所遵从的规律. ( 3) 在经典力学中, 物体的质量是不随运动状态改变的, 而狭义相对论指出, 质量要随物体运动速度的增大而增大,
GM 答案: v= . Rh
(1) 第一宇宙速度是人造地球卫星的最大环绕速度, 也是最小发射速度. (2) 宇宙速度是地球上满足不同要求的卫星发射速度, 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. (3) 运行速度为人造卫星绕地球做圆周运动的环绕速度, 并不同于发射速度.

5宇宙航行

经典力学的适用范围
⑴经典力学只适用于处理物体的低速运动（v <<c）
⑵经典力学不适用于微观领域
经典力学规律只能用于宏观、低速（与光速相比）的情形
1.牛顿定律能适用于下列哪些情况？
A.研究原子中电子的运动 B.研究“神舟”五号的高速发射 C.研究地球绕太阳的运动 D.研究飞机从深圳飞往北京的航线【提示】经典力学只适用于处理宏观物体的低速运动。【答案】BCD
嫦娥三号探测器
问题：
地面上的物体，怎样才能离开地球
300多年前，牛顿提出设想
一、人造卫星的发射原理
牛顿设想：抛出速度很大时，物体就不会落回地面。
二、宇宙速度
1、第一宇宙速度： (环绕速度）
GM v1 7.9km / s R
人造卫星
V3=16.7km/s V2=11.2km/s
法二：v1 gR 7.9km / s
2、第二宇宙速度： (脱离速度)
地球
V1=7.9km/s
v2 11.2km / s
3、第三宇宙速度：（逃逸速度）
11.2km/s>v>7.9km/s
v3 16.7km / s
二、地球同步卫星
24小时 1. 周期 T = _______
赤道平面 2. 轨道平面___________
相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫做地球的同步卫星
飞船在酒泉卫星中心成功发射，将第一位航天员杨利伟送入太空绕行 14圈，10月16日6时23分降落在内蒙
古主着陆场
中国成为世界上第三个独立开展载人航天活动的国家
神舟六号发射升空
费俊龙聂海胜
神舟七号出舱
神七英雄
一个人最完美和最强烈的情感来自面对不解之迷！

6.6 经典力学的局限性

前排左起：I.朗缪尔 M.普朗克 M.居里夫人 H.A.洛伦兹 A.爱因斯坦 P.朗之万 Ch.E.古伊 C.T.R.威尔逊 O.W.里查逊
三、从弱引力到强引力
阅读教材P50-P51，思考： 1. 经典力学与行星轨道的矛盾是什么？
2
m0为物体静止时的质量 m是物体速度为v时的质量 c是真空中的光速
光在真空中的 c 3.0 108m / s
【例1】如果真空中的光速为c=3.0×108 m/s,当一个物体的运动速度为v1=2.4×108 m/s时，质量m1= 3 kg。当它的速度为v2=1.8×108 m/s时，质量m2为多少？
从低速到高速---速度变换公式
例：一列火车正以v＝50 m/s的速度高速行驶，列车内一乘客以相对列车u′＝ 5 m/s的速度向前跑，站台上的观察者测得该乘客的速度是u＝v＋u′＝55 m/s. 若列车的速度是0.9c，乘客的速度是0.5c，那么站台上的观察者测得该乘客的速度是0.9c＋0.5c＝1.4c吗？
答案不是，光速c是极限速度.
相对论认为：同一过程的位移和时间测量在不同参考系中是不同的，因此上式不能成立，经典力学也就不适用了。
从低速到高速---相对论速度变换公式
v
u
车对地的速度为v，人对车的速度为u/
地面上的人看到车上人相对地面的速度为：
u
u v
1
uv c2
注：如果车上人运动方向与火车运动方向相反，则u/ 取负值
普朗克常数 h 6.631034 J s
旧量子论：普朗克，爱因斯坦，玻尔；
新量子论：海森堡，狄拉克，薛定谔，泡利，德布罗意，玻恩，费米，狄拉克，康普顿
物理学的“全明星”合影
1927年索尔维会议照片（彩色为后期技术处理）

通用版高中物理必修二第七章万有引力与宇宙航行知识点归纳总结(精华版)

(名师选题)通用版高中物理必修二第七章万有引力与宇宙航行知识点归纳总结(精华版)单选题1、经典力学有一定的局限性。

当物体以下列速度运动时，经典力学不再适用的是（）A．2.9×10−3m/s B．2.9×100m/sC．2.9×104m/s D．2.9×108m/s答案：D经典力学只适用于宏观、低速运动的物体，对微观、高速（接近光速）运动的物体不再适用，故ABC错误，D正确。

故选D。

2、嫦娥四号携带的机器人探测器玉兔二号，在月球表面上做了一系列实验，其中一个实验是将一质量为20g 的小球水平抛出的同时，在同一位置将质量为2g的羽毛由静止释放，下列判断正确的是（）A．小球先落到月球表面B．羽毛先落到月球表面C．两者同时落到月球表面D．条件不足，无法确定答案：C由于月球表面没有空气，小球及羽毛运动时都只受月球的引力作用，根据牛顿第二定律知G MmR2=ma a=GMR2其中M为月球质量，R为月球半径，所以，二者的加速度相同，羽毛初速度为零，小球竖直方向的初速度也为零，根据ℎ=12at2可知，二者同时落到月球表面，故C正确，ABD错误。

故选C。

3、2020年我国“北斗”系统实现在全球范围内提供服务．现北斗系统中有一颗地球同步卫星A，离地面的高度为5.6R，某时刻与离地面高度为2.3R的地球空间站B相隔最近。

已知地球半径为R，地球自转周期为24 h，卫星A和空间站B的运行轨道在同一平面内且运行方向相同。

则下列说法正确的是（）A ．卫星A 和空间站B 所在处的加速度大小之比aA ∶aB ＝1∶2 B ．卫星A 和空间站B 运行的线速度大小之比vA ∶vB ＝1∶√2C ．再经过24小时，卫星A 和空间站B 又相隔最近D ．卫星A 想实现和空间站B 对接，只需对卫星A 向后喷气加速即可答案：B根据万有引力提供向心力G Mm r 2=m v 2r =ma =m 4π2T2r 可得a =GMr 2v =√GM rT =2π√r 3GM由题可知r A =5.6R +R =6.6R r B =2.3R +R =3.3RA ．根据a =GM r 2可知，卫星A 和空间站B 所在处的加速度大小之比a A a B =r B 2r A2=(3.3R)2(6.6R)2=14 故A 错误； B ．根据v =√GM r可知，卫星A 与空间站B 运行的线速度大小之比v A v B =√r B r A =√3.3R 6.6R =√2故B 正确；C ．根据T =2π√r 3GM 可知，卫星A 与空间站B 运行的周期大小之比T A T B =√r A3r B3=√(6.6R)3(3.3R)3=2√2地球自转周期为24 h，地球同步卫星A的周期T A=24h所以空间站B的周期T A=6√2h所以再经过24 h，卫星A和空间站B不会相隔最近，故C错误；D．同步卫星A在高轨道，空间站B在低轨道，卫星A想实现和空间站B对接，只需卫星A制动减速，从高轨道变到低轨道，故D错误。

人教版必修二第六章第六节《经典力学的局限性》学案+答案

6.6 《经典力学的局限性》学案【学习目标】（1）知道牛顿运动定律的适用范围；（2）了解经典力学在科学研究和生产技术中的广泛应用；（3）知道质量与速度的关系，知道高速运动中必须考虑速度随时。

【重点难点】1.牛顿运动定律的适用范围。

2.高速运动的物体，速度和质量之间的关系。

【课前预习】1．经典力学认为，物体的质量与物体的运动状态；而狭义相对沦认为，物体的质量随着它的速度的增大而，若一个物体静止时的质量为，则当它以速度运动时，共质量m= 。

2.每一个天体都有一个引力半径，半径的大小由决定；只要天体实际半径它们的引力半径，那么由爱因斯坦和牛顿引力理论计算出的力的差异。

但当天体的实际半径接近引力半径时，这种差异。

3.19世纪末和20世纪以来，物理学的研究深入到，发现、、等微观粒子不仅有、，而且有，它们的运动规律不能用经典力学来说明。

[堂中互动][问题探究1]经典力学发展和伟大成就[教师点拨]经典力学发展经历了三个阶段：第一阶段是在伽利略、牛顿时代之前，人们对力学现象的研究大多直接反映在技术之中或完全融合在哲学之内，物理学就整体而言还没有成为独立的科学；第二阶段是从伽利略到牛顿，是经典力学从基本要领、基本定律到建成理论体系的阶段，在这一阶段有一系列的科学家为经典力学打下重要基础。

如伽利略、笛卡儿对惯性的研究发现了惯性定律和重力作用下的匀加速运动，奠定了牛顿第一定律和第二定律的基本思想，开普勒对天体运动的研究发现了行星运动三定律，为万有引力定律奠定基础，惠更斯对碰撞问题的研究等。

第三阶段是牛顿之后经典力学的新发展，后人对经典力学的表述形式和应用对象进行了拓展和完善。

经过几百年的发展和完善，经典力学取得了伟大成就：1.1687年，牛顿在前人的基础上发表了《自然哲学的数学原理》，这是一部奠定了经典力学基础的划时代的著作。

在这本书中，牛顿用数学方法证明了万有引力定律和三大运动定律，被认为是“人类智慧史上最伟大的一个成就”。

《经典力学的巨大成就和局限性》说课稿

《经典力学的巨大成就和局限性》说课稿尊敬的各位评委、老师：大家好！今天我说课的题目是《经典力学的巨大成就和局限性》。

下面我将从教材分析、学情分析、教学目标、教学重难点、教法与学法、教学过程以及教学反思这几个方面来展开我的说课。

一、教材分析本节课是高中物理必修 2 中非常重要的一节内容，它在整个物理学的发展历程中具有承上启下的作用。

经典力学作为物理学的重要基础，不仅对过去的科学发展产生了深远影响，也为现代物理学的发展奠定了坚实的基础。

通过对经典力学成就的学习，学生能够体会到物理学的魅力和科学方法的重要性；而对其局限性的探讨，则有助于培养学生的批判性思维和科学态度，为后续学习相对论和量子力学等内容做好铺垫。

二、学情分析学生在之前的学习中已经掌握了牛顿运动定律、万有引力定律等经典力学的基本内容，具备了一定的分析和解决物理问题的能力。

然而，对于经典力学的发展历程、成就以及局限性，学生可能缺乏系统的认识和深入的思考。

在这个阶段，学生的思维正处于从形象思维向抽象思维过渡的时期，对于一些较为抽象的概念和理论，可能需要更多的实例和引导才能理解。

三、教学目标1、知识与技能目标（1）学生能够了解经典力学的发展历程和主要成就，包括牛顿运动定律、万有引力定律等。

（2）理解经典力学在宏观、低速领域的适用范围和局限性。

2、过程与方法目标（1）通过对经典力学发展历程的回顾，培养学生的历史思维和科学探究能力。

（2）通过对经典力学局限性的讨论，提高学生的批判性思维和创新能力。

3、情感态度与价值观目标（1）让学生感受物理学的发展是一个不断完善和创新的过程，培养学生的科学精神和探索精神。

（2）激发学生对物理学的兴趣，增强学生的学习动力。

四、教学重难点1、教学重点（1）经典力学的主要成就，如牛顿运动定律和万有引力定律的应用。

（2）经典力学的适用范围。

2、教学难点（1）理解经典力学的局限性。

（2）引导学生正确看待经典力学在物理学发展中的地位和作用。

人教版高中物理必修二课件：第六章 6.经典力学的局限性

2.狭义相对论阐述的是物体以接近光的速度运动时所遵从的规
律。
3.在经典力学中,物体的质量是不变的,而狭义相对论指出,质量

要随物体运动速度的增大而增大,即 m= 0 ,两者在速度远小于光
2
1- 2

速的条件下是统一的。
4.经典力学认为位移和时间的测量与参考系无关,相对论认为,
同一过程的位移和时间的测量与参考系有关,在不同的参考系中
•5、数学教学要“淡化形式，注重实质.
6、“教学的艺术不在于传授本领，而在于激励、唤醒、鼓舞”。2021年11月2021/11/212021/11/212021/11/2111/21/2021
•7、不能把小孩子的精神世界变成单纯学习知识。如果我们力求使儿童的全部精神力量都专注到功课上去，他的生活就会变得不堪忍
界,有局限性。
相对论并没有否定牛顿建立的经典力学理论。经典力学理论是
相对论当 v≪c 时的结果。
一、
从低速到高速
知识精要
1.低速与高速的概念
(1)低速:远小于光速的速度为低速,通常所见物体的运动,如行
驶的汽车、发射的导弹、人造地球卫星及宇宙飞船等物体的运动皆
为低速运动。
(2)高速:有些微观粒子在一定条件下其速度可以与光速相接近,
动问题,经典力学已不再适用,需要用相对论知识来处理。
3.物体运动的速度对质量有影响吗?有何影响?
答案:(1)在经典力学中,物体的质量不随速度而变。
(2)爱因斯坦的狭义相对论指出,物体的质量随速度的增大而增

大,即 m= 0 ,其中 m0 为物体静止时的质量,m 是物体速度为 v 时的
2
1- 2

1.试举例说明何为低速,何为高速。

高一物理下学期末复习分层达标训练 6.5&6.6《宇宙航行经典力学的局限性》新人教版

物理高一下学期末复习分层达标训练：6.5&6.6《宇宙航行经典力学的局限性》新人教版【基础达标】1.关于地球同步卫星,下列说法中不正确的是( )A.它运行的线速度介于第一和第二宇宙速度之间B.它一定在赤道上空运行C.它运行的线速度一定小于第一宇宙速度D.各国发射这种卫星的轨道半径都是一样的2.如图所示的圆a、b、c，其圆心均在地球自转轴线上，b、c的圆心与地心重合，圆b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( )A．卫星的轨道可能为aB．卫星的轨道可能为bC．卫星的轨道可能为cD．同步卫星的轨道一定为与b在同一平面内的b的同心圆【能力提升】3.(2012·海南高考)地球同步卫星到地心的距离r可用地球质量M、地球自转周期T与引力常量G表示为r=__________。

4.某人在一星球上以速率v竖直上抛一物体，经时间t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。

答案解析1.【解析】选A。

同步卫星的轨道半径远大于地球半径,它运行的速度小于第一宇宙速度,A错,C 正确。

同步卫星由于与地球自转同步，且地球的万有引力提供它转动的向心力,据此可推出同步卫星一定在赤道的正上方,且距地面高度一定,即所有同步卫星的轨道半径都相同,B、D正确。

2.【解析】选B、C、D。

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A 选项错误，B、C选项正确；对于同步卫星来说，由于相对地球表面静止，所以同步卫星应在赤道的正上空，因此D选项正确。

3.【解析】设同步卫星的质量为m ，由万有引力等于卫星需要的向心力，得222Mm 4G m r r r T π==，解得答案： 4.【解题指南】解答本题应把握以下三点：(1)由竖直上抛运动求星球表面的重力加速度。

(2)在星球表面万有引力近似等于重力。

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【巩固教材—稳扎稳打】1．关于第一宇宙速度，下面说法正确的是 ( )A ．它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度B ．它是近地圆形轨道上人造地球卫星的运行速度C ．它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度D ．它是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度2．关于环绕地球运转的人造地球卫星，有如下几种说法，其中正确的是( )A. 轨道半径越大，速度越小，周期越长B. 轨道半径越大，速度越大，周期越短C. 轨道半径越大，速度越大，周期越长D. 轨道半径越小，速度越小，周期越长3．启动卫星的发动机使其速度加大，待它运动到距离地面的高度比原来大的位置，再定位使它绕地球做匀速圆周运动成为另一轨道的卫星，该卫星后一轨道与前一轨道相比( )A . 速率增大B ．周期增大C ．向心力增大D . 加速度增大4. 人造地球卫星绕地球作匀速圆周运动，其速率是下列的 ( )A ．一定等于7.9 km/sB . 等于或小于7.9 km/sC . 一定大于7.9 km/sD . 介于7.9 km/s~11.2 km/s【重难突破—重拳出击】1. 下列说法正确的是( )A ．经典力学能够说明微观粒子的规律性B ．经典力学适用于宏观物体的低速运动问题，不适用于高速运动问题C ．相对论和量子力学的出现，表示经典力学已失去意义D ．对于宏观物体的高速运动问题，经典力学仍能适用2．同步卫星是指相对于地面不动的人造地球卫星 ( )A ．它可以在地面上任一点的正上方，且离地心的距离可按需要选择不同值B ．它可以在地面上任一点的正上方，但离地心的距离是一定的C ．它只能在赤道的正上方，但离地心的距离可按需要选择不同值D ．它只能在赤道的正上方，且离地心的距离是一定的3．两颗人造卫星A 、B 绕地球做圆周运动，周期之比为8:1:=B A T T ，则轨道半径之比和运动速率之比分别为( )A ．1:4:=B A R R ，2:1:=B A v vB ．1:4:=B A R R ，1:2:=B A v vC ．4:1:=B A R R ，2:1:=B A v vD ．4:1:=B A R R ，1:2:=B A v v4. 人造卫星绕地球做匀速圆周运动，设地球的半径为R ，地面处的重力加速度为g ，则人造卫星：( )A ．绕行的最大线速度为RgB ．绕行的最小周期为g R π2 C ．在距地面高为R 处的绕行速度为2Rg D ．在距地面高为R 处的周期为g R 2π2 5．宇宙飞船要与环绕地球运转的轨道空间站对接，飞船为了追上轨道空间站 ( )A ．可以从较低轨道上加速B ．可以从较高轨道上加速．C ．只能从与空间站同一高度轨道上加速D ．无论在什么轨道上，只要加速都行 6．发射地球同步卫星时，先将卫星发射到近地圆轨道1，然后在圆轨道1的Q 点经点火使卫星沿椭圆轨道2运行，待卫星到椭圆轨道2上距地球最远点P 处，再次点火，将卫星送入同步圆轨道3，如图7-2所示．则卫星在轨道1、2和3上正常运行时，有： ( )A ．卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率B ．卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度C ．卫星在轨道1上经Q 点的加速度等于它在轨道2上经Q 点的加速度D ．卫星在轨道2上运行时经过P 点的加速度跟经过Q 点的加速度相等7．1998年8月20日，中国太原卫星发射中心为美国“铱”星公司成功发射了两颗“铱”星系统的补网星。

6.6经典力学的局限性(含答案) 课时同步检测(人教版必修2)

第六章曲线运动第6节经典力学的局限性(时间：45分钟满分：100分)一、选择题(本题共20小题，每小题4分，共80分．有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确，把正确选项前的字母填在题后的括号内)1．关于经典力学的局限性，下列说法正确的是（）A．经典力学没有局限性B．经典力学的应用受到物体运动速度的限制，当物体运动的速度接近于真空中的光速时，经典力学就不适用了C．经典力学不适用于微观领域中物质结构和能量不连续的现象D．经典力学认为时间和空间是分离的，没有关系2．下列说法正确的是A．不论是对宏观物体，还是微观粒子，经典力学和量子力学都是适用的B．当物体运动速度很大(接近光速)时，经典力学理论所得的结果与实际结果之间出现了较大的偏差C．在经典力学中，物体的质量是不变的，在狹义相对论中，物体的质量随物体速度增大而减小D．牛顿的引力理论不能用于中子星表面3．20世纪以来，人们发现了一些新的事实，而经典力学却无法解释．经典力学只适用于解决物体的低速运动问题，不能用来处理高速运动问题，只适用于宏观物体，一般不适用于微观粒子．这说明( ) A．随着认识的发展，经典力学已成了过时的理论B．人们对客观事物的具体认识在广度上是有局限性的C．不同领域的事物各有其本质与规律D．人们应当不断扩展认识，在更广阔的领域内掌握不同事物的本质与规律4．关于经典力学、狭义相对论和量子力学，下面说法中正确的是()A．狭义相对论和经典力学是相互对立，互不相容的两种理论B．在物体高速运动时，物体的运动规律服从狭义相对论理论，在低速运动时，物体的运动服从牛顿定律C．经典力学适用于宏观物体的运动，量子力学适用于微观粒子的运动D．不论是宏观物体，还是微观粒子，经典力学和量子力学都是适用的5．爱因斯坦相对论的提出是物理学领域的一场重大革命，主要是因为()A．否定了经典力学的绝对时空观B．揭示了时间、空间并非绝对不变的本质属性C．打破了经典力学体系的局限性D．使人类对客观世界的认识开始从宏观世界深入到微观世界6．下列现象中能用牛顿的经典力学解释的是()A．高速公路上行驶的汽车B．空气中下落的雨滴C．原子核外电子绕核的转动D．空气中漂浮的肥皂泡7．关于质量和长度下列说法中正确的是()A．物体的质量与位置、运动状态无任何关系，是物质本身的属性B．物体的质量与位置、运动状态有关，只是在速度较低的情况下，变化忽略不计C．物体的长度与运动状态无关，是物质本身的属性D．物体的长度与运动状态有关，只是在速度较低的情况下，变化忽略不计8．下列情境中，经典力学不适用的是A．小朋友坐滑梯下滑B．轮船在大海上航行C．宇宙粒子接近光速运动D．子弹在空中飞行9．经典力学不能适用下列哪些运动()A．火箭的发射B．微观粒子的波动性C．“勇气号”宇宙探测器在太空的运动D．宇宙飞船绕地球的运动10．美国科学家2016年2月11日宣布，他们探测到引力波的存在。

宇宙航行导学案

第五节宇宙航行（二）第六节经典力学的局限性编制人：杨振林审核人：钱建清板块一创设问题引领目标问题呈现经典力学在科学研究和生产技术中有着广泛的应用。

但是，经典力学也不是万能的，像其他科学一样，它没有也不会穷尽一切真理，它有自己的局限性。

它像一切科学理论一样，是一部“未完成的交响曲”。

那么，经典力学在什么范围内适用呢？它又有怎样的局限性？在微观和高速世界中有哪些奇妙的现象呢？板块二自学思疑初探问题问题一对于近地卫星，同步卫星以及极地卫星这三种人造卫星，你有多少了解？同学们可以参考资料回答以下问题。

1.什么是近地卫星，它有什么特点？2.什么是同步卫星，它有什么特点？同步卫星的轨道半径是一定的吗？3.什么是极地卫星，它有什么特点，它的主要作用是什么？自主测评1.对于绕地球运行的卫星来说，不管卫星沿什么样的轨道运行，______一定处于卫星轨道所在的平面上。

2.狭义相对论给出了物体在______状态下所遵循的规律，量子力学给出了______世界所遵循的规律，广义相对论解决了______作用下的问题，这三种理论共同说明经典力学只适用于_______,_______,_______，而不适用于_______,_______,_______。

板块三合作互助共析问题问题二同步卫星是高轨道卫星，直接发射到那么高的探讨下。

发射同步卫星时，先将卫星从地球发射到近地圆轨道1，然后在圆轨道1的Q点经点火使卫星沿椭圆轨道2运行，待卫星到椭圆轨道2上距地球最远点P处，再次点火，将卫星送入同步卫星运行轨道3. 关于同步卫星的发射，试着回答以下几个问题。

1.试比较在1轨道和2轨道的周期及在Q点速率，角速度和向心加速度的大小2.试比较在2轨道和3轨道的周期及在P点速率，角速度和向心加速度的大小3.试思考如何在地球上发射绕月卫星，至少需要几次变轨呢？板块四展示交流探究问题问题三黑洞是一种密度极大的星球。

从黑洞发出的光子，在黑洞引力作用下，都将被黑洞吸引回去，使光子不能到达地球，地球上观察不到这种星球，因此把这种星球成为黑洞。

(人教版)物理必修二课件：6-5-宇宙航行、经典力学的局限性教学设计优质课件

第六章
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4．关于人造地球卫星(认为所有人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动)的叙述下面正确的是( )
A．所有人造地球卫星的轨道的圆心和地球的球心重合 B．可以成功发射一个在北京所处的纬度圈上方运行的人造地球卫星 C．地球同步卫星必定位于赤道的上方 D．绕地球最快的人造地球卫星可以在典力学具有丰富的理论成果，也建立了验证科学的方法体系 D．当物体运动速度很大、引力很强、活动空间很小(微观) 时，经典力学理论所得的结果与实验结果之间出现了较大的偏差
第六章
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m0 6．对于公式 m＝ 2 2，下列说法正确的是( 1－ v / c A．式中的 m0 是物体以速度 v 运动时的质量
第六章
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二合一
A．“风云”一号离地面较高 B．“风云”一号每个时刻可观察到的地球表面范围较大 C．“风云”一号线速度较大 D．若某时刻“风云”一号和“风云”二号正好同时在赤道上某个小岛的上空，那么再过 12 小时，它们又将同时到达该小岛的上空
第六章
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二、非选择题
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7．德国科学家用口径为 3.5 m 的天文望远镜，对猎户座中位于银河系中心附近的星体进行了近 6 年的观察，发现了与银河系中心距离 r＝6.0×109 km 的星体，正以 v＝2.0×103 km/s 的速度围绕银河系中心旋转，据此提出银河系中心可能存在一个大黑洞．黑洞是一种密度极大的天体，其表面的引力是如此之强，以至包括光在内的所有物质都逃脱不了其引力的作用．当黑洞表面的物体速度达到光速 c 时才能恰好围绕其表面做匀速圆周运动．

6.5宇宙航行

人造卫星运行轨道
. .
：结论：
.
地球
人造卫星的运动

结论

１、近地卫星的情况？２、同步卫星的情况？３、两颗卫星绕地球转，半径r不同， v,ω,T,a谁的大一些？
万有引力与航天

本章主要结论

１、计算某球体的质量Ｍ２、计算某球体表面的重力加速度g' ３、计算某球的第一宇宙速度v 4、了解同步卫星的特征，并计算它的高度h 5、不同r半径的卫星,它们v,ω,a,T的比较
AD
５.三颗人造地球卫星A、B、C 绕地球作匀速圆周运动，已知MA=MB< MC，则三个卫星（ A．线速度关系为 vA > vB = vC
B．周期关系为 TA< TB = TC
地球
） B
A
C
C．向心力大小关系为FA=FB< FC
D．半径与周期关系为
3 3 3 RC RA RB 2 2 2 TA TB TC
V、、an变大
小结

１、第一宇宙速度７.9km/s 最大？最小？大小计算方法
GM v R

v gR

２、三大宇宙速度大小和作用３、同步卫星的特征: Ｔ,ω,h ４、卫星绕地球转的 r,T V,ω, a Ｆ
6.6 经典力学的局限性

１、经典力学是以牛顿运动定律为基础２、局限性：经典力学有它的适用范围，只适用于低速、宏观的运动，不适用于高速、微观的运动。３、爱因斯担发现了狭义相对论４、与经典力学对应的是量子力学
B
地球
r=R+h
A C
T变大３推论：
r变大

6.5-6.6.宇宙航行、经典力学的局限性每课一练

6.5 宇宙航行6.6 经典力学的局限性A．研究原子中电子的运动B．研究“神舟五号”飞船的高速发射C．研究地球绕太阳的运动D．研究飞机从北京飞往纽约的航线2．2008年9月25日，我国成功发射了搭载3名宇航员的“神舟”七号飞船，在飞船进入圆形轨道环绕地球飞行时，它的线速度大小()A．等于7.9 km/sB．介于7.9 km/s和11.2 km/s之间C．小于7.9 km/sD．介于7.9 km/s和16.7 km/s之间3．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．进入轨道后做匀速圆周运动，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关于各物理量的关系，下列说法正确的是()A．根据v＝gr，可知v A<v B<v CB．根据万有引力定律，可知卫星所受地球引力F A>F B>F CC．角速度ωA>ωB>ωCD．向心加速度a A<a B<a C5．已知地球半径为R，地球表面重力加速度为g，不考虑地球自转的影响．(1)推导第一宇宙速度v1的表达式；(2)若卫星绕地球做匀速圆周运动，运行轨道距离地面高度为h，求卫星的运行周期T.一、选择题1．对于时空观的认识，下列说法正确的是()A．相对论给出了物体在低速运动时所遵循的规律B．相对论具有普遍性，经典物理学为它在低速运动时的特例C．相对论的出现使经典物理学在自己的适用范围内不再继续发挥作用D．经典物理学建立在实验的基础上，它的结论又受到无数次实验的检验，因此在任何情况下都适用2．关于地球的第一宇宙速度，下列表述正确的是()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3．关于绕地球做匀速圆周运动的人造地球卫星，以下判断正确的是()A．同一轨道上，质量大的卫星线速度大B．同一轨道上，质量大的卫星向心加速度大C．离地面越近的卫星线速度越大D．离地面越远的卫星线速度越大4．我国自行研制发射的“风云一号”、“风云二号”气象卫星的飞行轨道是不同的，“风云一号”是极地圆形轨道卫星，其轨道平面与赤道平面垂直，周期为T1＝12 h；“风云二号”是同步卫星，其轨道平面就是赤道平面，周期为T2＝24 h；两颗卫星相比() A．“风云一号”离地面较高B．“风云一号”每个时刻可观察到的地球表面范围较大C．“风云一号”线速度较大D．若某时刻“风云一号”和“风云二号”正好同时在赤道上某个小岛的上空，那么再过12小时，它们又将同时到达该小岛的上空5．同步卫星的加速度为a1，运行速度为v1，地面附近卫星的加速度为a2，运行速度为v2，地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a3，速度为v3，则() A．v2＞v1＞v3B．v3＞v1＞v2C．a2＞a3＞a1D．a2＞a1＞a36．(2011年高考大纲全国卷)我国“嫦娥一号”探月卫星发射后，先在“24小时轨道”上绕地球运行(即绕地球一圈需要24小时)；然后，经过两次变轨依次到达“48小时轨道”和“72小时轨道”；最后奔向月球．如果按圆形轨道计算，并忽略卫星质量的变化，则在每次变轨完成后与变轨前相比()A．卫星动能增大，引力势能减小B．卫星动能增大，引力势能增大C．卫星动能减小，引力势能减小D．卫星动能减小，引力势能增大7．地球同步卫星的质量为m，离地面高度为h.若地球的半径为R，地球表面处的重力加速度为g，地球自转的角速度为ω，则同步卫星所受地球对它的万有引力的大小为()A．0 B.mR2g(R＋h)2C．m 3R2gω4D．以上结果都不正确8．(2010年高考海南卷)火星直径约为地球的一半，质量约为地球的十分之一，它绕太阳公转的轨道半径约为地球公转半径的1.5倍．根据以上数据，以下说法正确的是() A．火星表面重力加速度的数值比地球表面小B．火星公转的周期比地球的长C．火星公转的线速度比地球的大D．火星公转的向心加速度比地球的大9．宇宙飞船在轨道上运行，由于地面指挥人员发现某一火箭残体的轨道与飞船轨道有一交点，通知宇航员某一时间飞船有可能与火箭残体相遇，宇航员随即开动飞船上的发动机使飞船加速，脱离原轨道，关于飞船的运动，下列说法正确的是() A．飞船高度降低B．飞船高度升高C．飞船周期变小D．飞船的向心加速度变大二、非选择题10．恒星演化发展到一定阶段，可能成为恒星世界的“侏儒”——中子星．中子星的半径较小，一般在7～20 km，但它的密度大得惊人．若某中子星的半径为10 km，密度为1.2×1017 kg/m3，那么该中子星上的第一宇宙速度约为多少？11．(2011年黄冈模拟)据报道，美国航空航天管理局计划在2008年10月发射“月球勘测轨道器”(LRO)，LRO每天在50 km的高度穿越月球两极上空10次．若以T表示LRO 在离月球表面高h处的轨道上做匀速圆周运动的周期，以R表示月球的半径．求：(1)LRO运行时的向心加速度a；(2)月球表面的重力加速度g.12．继神秘的火星之后，土星也成了全世界关注的焦点！经过近7年35.2亿公里在太空中风尘仆仆的穿行后，美国航天局和欧洲航天局合作研究的“卡西尼”号土星探测器于美国东部时间2006年6月30日(北京时间7月1日)抵达预定轨道，开始“拜访”土星及其卫星家族．这是人类首次针对土星及其31颗已知卫星最详尽的探测．若“卡西尼”号探测器进入绕土星飞行的轨道，在半径为R的土星上空离土星表面高h的圆形轨道上绕土星飞行，环绕n周飞行时间为t.求：土星的质量和平均密度．参考答案1．解析：选A.牛顿力学属于经典力学的研究范畴，适用于宏观、低速运动的物体，并注意到低速和高速的标准是相对于光速，可判定B 、C 、D 适用而A 不适用，所以选A.2．解析：选C.卫星在圆形轨道上运动的速度v ＝ GM r .由于r >R ，所以v < GMR＝7.9 km/s ，C 正确．3．解析：选ABC.当向上加速时超重，向下减速时(a 方向向上)也超重，故A 、B 两项正确；卫星做匀速圆周运动时，万有引力完全提供向心力，卫星及卫星内的物体皆处于完全失重状态，故C 项正确，D 说法错误，故正确答案为A 、B 、C.4．解析：选C.设地球质量为M ，卫星质量为m ，卫星做圆周运动的半径为r ，由G Mmr2＝m v 2r ＝mω2r ＝ma 得，v ∝1r ，ω∝1r3，a ∝1r 2.因为r A <r B <r C 所以v A >v B >v C ，A 错．ωA >ωB >ωC ，C 对．a A >a B >a C ，D 错．而F ∝mr2，由于三个卫星的质量关系不知，故无法确定卫星所受地球引力的大小关系，B 错．5．解析：(1)设卫星的质量为m ，地球的质量为M在地球表面附近满足G MmR2＝mg得GM ＝R 2g ①卫星做圆周运动的向心力等于它受到的万有引力 m v 21R ＝G Mm R2② ①式代入②式，得v 1＝Rg .(2)考虑①式，卫星受到的万有引力为：F ＝G Mm (R ＋h )2＝mgR 2(R ＋h )2③由牛顿第二定律F ＝m 4π2T2(R ＋h )④③④式联立解得T ＝2πR (R ＋h )3g.答案：见解析1．答案：B2．解析：选A.第一宇宙速度又叫环绕速度，A 对，B 错．根据G Mm R 2＝m v 2R 得v ＝GMR，故环绕速度与地球的质量和半径有关，C 、D 错．3．解析：选C.由GMm r 2＝m v 2r ＝ma 可得v ＝GM r ，A 错，C 正确，D 错；由a ＝GMr2，得卫星质量m 的大小对向心加速度没有影响，B 错．4．解析：选C.因T 1<T 2，由T ＝4π2r 3GM可得r 1<r 2，A 错；由于“风云一号”的轨道半径小，所以每一时刻可观察到地球表面的范围较小，B 错；由v ＝GMr可得r 1<r 2，则v 1>v 2，C 正确；由于T 1＝12 h ，T 2＝24 h ，则需再经过24 h 才能再次同时到达该小岛的上空，D 错．5．解析：选AD.同步卫星与近地卫星在运行时向心力都完全由万有引力来提供，GMmr2＝ma ＝m v 2r ，则由v ＝ GM r 知v 2＞v 1，由a ＝GMr2知a 2＞a 1；地面上的物体随地球转动时GMmr 2－F N ＝ma ＝m v 2r，不能从这个角度与其他两个比较，但同步卫星与地球自转的角速度相同，由v ＝ω·r 及a ＝ω2·r 可知v 1＞v 3、a 1＞a 3，故本题答案为A 、D.6．解析：选D.由F ＝GMm r 2＝m v 2r 知，E k ＝12m v 2＝GMm2r，r 越大，E k 越小．r 增大，卫星在升高过程中要克服万有引力做功，引力势能增大．综上所述D 对，A 、B 、C 错．7．解析：选BC.同步卫星受到的万有引力等于其向心力，即F ＝mω2(R ＋h )①，F ＝G Mm (R ＋h )2＝mR 2g (R ＋h )2②，B 正确．由①、②得R ＋h ＝3R 2g ω2代入①得F ＝m 3R 2gω4，C 正确． 8．解析：选AB.由G Mm R 2＝mg 得g ＝G MR2，计算得火星表面的重力加速度约为地球表面的25，A 对；由G Mm r 2＝m (2πT )2R 得T ＝2πr 3GM，公转轨道半径大的周期长，B 对；周期长的线速度小，(或由v ＝GMr判断轨道半径大的线速度小)，C 错；公转向心加速度a ＝G Mr2，D 错． 9．解析：选B.当宇宙飞船加速时，它所需向心力增大，而万有引力不能相应增大，万有引力不能将飞船拉回原轨道，因此飞船做离心运动，轨道半径增大，由此知A 错误，B 正确；由式子T ＝2π r 3GM 可知，r 增大，T 增大，故C 错误；由于r 增大，则a ＝GMr2，变小，D 错误．10．解析：中子星上的第一宇宙速度即为它表面的环绕速度，由G Mmr 2＝m v 2r得v ＝GMr，又由M ＝ρV ＝43ρπr 3代入上式得v ＝2r πGρ3＝5.8×104 km/s.答案：5.8×104 km/s11．解析：(1)由a ＝ω2r 得a ＝(R ＋h )4π2T2.①(2)设月球质量为M ，万有引力常量为G ，LRO 的质量为m ，根据牛顿第二定律，有G Mm (R ＋h )2＝ma ②由万有引力定律得G Mm ′R2＝m ′g ③由①②③式解得g ＝4π2(R ＋h )3T 2R 2.答案：(1)(R ＋h )4π2T 2 (2)4π2(R ＋h )3T 2R 212．解析：设“卡西尼”号的质量为m ，土星的质量为M .“卡西尼”号环绕土星的中心做匀速圆周运动，其向心力由万有引力提供，根据牛顿第二定律可得G Mm (R ＋h )2＝m (R ＋h )(2πT )2，其中T ＝t n 解得土星的质量为M ＝4π2n 2(R ＋h )3Gt 2又土星的体积V ＝43πR 3所以土星的平均密度ρ＝M V ＝3πn 2(R ＋h )3Gt 2R 3.答案：4π2n 2(R ＋h )3Gt 2 3πn 2(R ＋h )3Gt 2R 3。

经典力学的局限性

经典力学的局限性［要点导学］1．以牛顿运动定律为基础的经典力学，在万有引力定律建立后，更趋完美。

几乎能解释当时所能看到的从天体到地面上的物体的运动现象，而且是那么地与实际相符合。

于是经典力学就被人们广泛接受，并被用到实际中去，带来了许多新技术革命，对人们的生产和生活带来了重大的影响。

2．经典力学的局限和任何理论一样，经典力学也有它的局限性，有它的适用范围。

（1）从低速到高速——狭义相对论：当物体运动的速度比真空中的光速小得多时，质量、时间和长度的变化很小，可以忽略，经典力学完全适用。

但如果物体运动速度可以和光速相比较时，质量、时间和长度的变化就很大，经典力学就不再适用，狭义相对论阐述了物体在以接近光速运动时所遵循的规律。

（2）从宏观到微观——量子力学：物理学研究深入到微观世界，发现微观粒子不但具有粒子的性质，还能产生干涉、衍射现象。

干涉和衍射是波所特有的性质。

也就是说微观粒子具有波动性。

这是牛顿经典力学无法解释的。

正是在这种情形下，量子力学应运而生，量子力学能够很好地解释微观粒子的运动规律。

（3）从弱引力到强引力——广义相对论：天文观测发现行星的轨道并不严格闭合，它们的近日点在不断地旋进。

这种现象称为行星的轨道旋进。

这是用牛顿万有引力定律无法得到满意解释的。

爱因斯坦创立了广义相对论，根据广义相对论计算出的水星近日点的旋进与天文观测能很好地吻合,爱因斯坦创立的广义相对论是一种新的时空引力理论，爱因斯坦还根据广义相对论预言了光线在经过大质量星体附近时会发生偏转，这也是被天文观测所证实的。

根据牛顿万有引力定律，假定一个球形天体总质量不变，并通过压缩减小它的半径，天体表面上的引力将会增加。

半径减小到原来的二分之一，引力增大到原来的四倍。

爱因斯坦引力理论表明，这个力实际上增大得更快些。

天体半径越小，这种差别越大。

根据牛顿的理论，当天体被压缩成半径几乎为零的一个点时，引力趋于无穷大。

爱因斯坦的理论则不然，引力趋于无穷大发生在半径接近一个“引力半径”的时候。

第5节 宇宙航行 第6节 经典力学的局限性

6-5、6第五节 宇宙航行

必修2 6.5 宇宙航行 课件