必修2第六章万有引力与航天第5、6节宇宙速度与经典力学的局限性.doc

教育学科教师辅导讲义 课 题 专题 教学目的 Ⅰ.会解决人造地球卫星运动问题，知道三个宇宙速度的数值与含义； Ⅱ.认识经典力学的局限性与适用范围，初步了解相对论、量子力学； 教学内容 Ⅰ.课前检测 1．宇宙速度 （1）第一宇宙速度（环绕速度） v1=7.9km/s，是人造地球卫星的 最小发射速度 ； 可理解成：是发射卫星进入最低轨道所必须具有的 最小速度 ．是卫星进入轨道正常运转的 最大环绕速度，即所有卫星的环绕速度均 小于7.9km/s． （2）第二宇宙速度（脱离速度）， v2=11.2km/s是使物体挣脱地球引力束缚的 最小发射速度 ； （3）第三宇宙速度（逃逸速度）， v3=16.7km/s是使物体挣脱太阳引力束缚的 最小发射速度 2．环绕速度与发射速度的比较 3．卫星的超重与失重 4．近地卫星与同步卫星 (1)近地卫星其轨道半径r近似地等于地球半径R，其运动速度v＝(GM/R)1/2＝(gR)1/2＝7．9km/s，是所有卫星的最大绕行速度；运行周期T＝85min，是所有卫星的 最小周期 ；向心加速度a＝g是所有卫星的 最大加速度． (2)地球同步卫星的五个“一定” 、 、 、 、 ； 5．经典力学的局限性 （1）牛顿力学即经典力学只适用于 、 的物体，不适用于 、 的物体 （2）狭义相对论阐述了物体以接近光速运动时的规律，得出了一些不同于经典力学的结论，如质量m要随物体运动速度v的增大而 ，即（3）20世纪20年代，建立了量子力学，它正确描述了 的运动规律，并在现代科学技术中发挥了重要作用 （4）爱因斯坦的广义相对论说明在 的作用下，牛顿引力理论将不再适用Ⅱ.知识梳理 §1绕行天体（人造卫星）问题 1.1人造卫星的加速度、线速度、角速度、周期跟轨道半径的关系 1.2地球同步轨道卫星（通信卫星） a. 地球同步轨道卫星与地面相对静止，与地球自转同步，周期约为24h； b. 地球同步轨道卫星运行方向与地球自转方向相同； c. 地球同步轨道卫星定点在赤道正上方，离地高度、运行速率是确定的； 1.3人造卫星、飞行器的超重失重问题 a.发射： b.在轨运行（天平、水银气压计、单摆）： ?：完全失重的本质： 1.4卫星变轨问题 a.向心、离心运动：所需向心力F需，提供的向心力（合外力）F合F合F合c.追击：减速降低轨道，高速追击（短周期），加速返回高轨 §2宇宙速度 2.1第一宇宙速度（环绕速度）：是卫星环绕地球表面运行的速度，也是绕地球做匀速圆周运动的最大速度，也是卫星的最小发射速度V1=7.9Km/s； .2第二宇宙速度（脱离速度）：使物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度，V2=11.2km/s； .3第三宇宙速度（逃逸速度）：使物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，V3=16.7km/s； §3双星问题 3.1双星做匀速圆周运动所需的向心力由它们之间的万有引力互相提供, 它们运动的向心力总是相等的； 3.2双星做匀速圆周运动的圆心是它们连线上的一点,所以双星间距等于轨道半径之和； 轨道半径与质量成反比：m1r1=m2r2； 3.3双星运行的周期相等，即角速度相等； Ⅲ.重难点突破 题1．可以发射一颗这样的人造地球卫星，使其圆轨道( ) A．与地球表面上某一纬度线(非赤道)是共面同心圆 B．与地球表面上某一经度线所决定的圆是共面同心圆 C．与地球表面上的赤道线是共面同心圆，且卫星相对地球表面是静止的 D．与地球表面上的赤道线是共面同心圆，但卫星相对地球表面是运动的 〖析〗卫星绕地球运动的向心力由万有引力提供,且万有引力始终指向地心，因此卫星的轨道不可能与地球表面上某一纬度线（非赤道）是共面的同心圆，故A是错误的由于地球在不停的自转，即使是极地卫星的轨道也不可能与任一条经度线是共面的同心圆，故B是错误的赤道上的卫星除通信卫星采用地球静止轨道外，其它卫星相对地球表面都是运动的，故C、D正确的．?:从北极轴看，大部分卫星逆时针绕行，为什么？ 题2．一个宇航员在半径为R的星球上以初速度v0竖直上抛一物体，经ts后物体落回宇航员手中．为了使沿星球表面抛出的物体不再落回星球表面，抛出时的速度至少为多少？ 〖析〗设星球对物体产生的“重力加速度”为gx，则由竖直上抛运动的公式得物体抛出后不再落回星球表面，应使所受星球引力所需的向心力， 由两式得，物体抛出后，受恒定的星球引力作用，做匀减速运动，遵循着在地面上竖直上抛时的同样规律． 物体抛出后不再落回星球表面即成为卫星发射了出去这个速度即是这个星球上发射卫星的第一宇宙速度题3．地球赤道上有一物体