2017-2018学年高中物理 第6章 万有引力与航天 第5节 宇宙航行 第6节 经典力学的局限性学案 新人教版必修2

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1、第5节宇宙航行第6节经典力学的局限性学习目标核心提炼1.了解人造卫星的有关知识。3个速度——第一、二、三宇宙速度几个关系——线速度、角速度、周期与轨道半径的关系2.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。3.正确理解人造卫星做圆周运动时，各物理量之间的关系。4.了解经典力学的局限性。一、宇宙速度阅读教材第44页“宇宙速度”部分，知道人造地球卫星的概念，初步了解人造地球卫星的动力学原理。1．牛顿的设想：如图1所示，把物体水平抛出，如果速度足够大，物体就不再落回地面，它将绕地球运动，成为人造地球卫星。图

2、12．近地卫星的速度(1)原理：飞行器绕地球做匀速圆周运动，运动所需的向心力由万有引力提供，所以m＝G，解得：v＝。(2)结果：用地球半径R代表近地卫星到地心的距离r，可算出：v＝m/s＝7.9km/s。3．宇宙速度数值意义第一宇宙速度7.9km/s卫星在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动的速度第二宇宙速度11.2km/s使卫星挣脱地球引力束缚的最小地面发射速度第三宇宙速度16.7km/s使卫星挣脱太阳引力束缚的最小地面发射速度思维拓展1．在地球的周围，有许多的卫星在不同的轨道上绕地球转动，请思考：图2(

3、1)这些卫星的轨道平面有什么特点？(2)这些卫星的线速度、角速度、周期跟什么因素有关呢？2．不同天体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？3．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？答案　1.(1)轨道平面过地心(2)与轨道半径有关2．不同。由第一宇宙速度的计算式v＝可以看出，第一宇宙速度的值取决于中心天体的质量M和半径R，与卫星无关。3．越大。向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星困难，因为发射卫星要克服地球对它的引力。二、梦想成真阅读教材第44～45页“梦想成真”部分，了解人

4、类迈向太空的重大历史事件。(1)1957年10月4日苏联成功发射了第一颗人造地球卫星。(2)1961年4月12日，苏联空军少校加加林进入东方一号载人飞船，铸就了人类进入太空的丰碑。(3)1969年7月，美国阿波罗11号飞船登上月球。(4)2003年10月15日，我国神舟五号宇宙飞船发射成功，把中国第一位航天员杨利伟送入太空。思维拓展宇航员在太空中离开飞船后而不落回地面，是否是由于宇航员不再受到地球的引力作用？答案　不是。宇航员在太空中离开飞船后，依然绕地球运动，受到地球的引力提供向心力。三、经典力学的局

5、限性阅读教材第48～52页内容，知道经典力学的适用范围，初步了解微观、高速领域的理论。1．从低速到高速速度远小于光速接近光速运动物理理论经典力学相对论质量与速度的关系物体的质量是不随运动状态改变的物体的质量随着物体运动速度的增大而增大，m＝位移、时间与参考系的关系位移的测量、时间的测量都与参考系无关同一过程的位移和时间的测量在不同参考系中是不同的2.从宏观到微观(1)微观世界：电子、质子、中子等微观粒子的运动规律在很多情况下不能用经典力学来说明，而量子力学能够正确地描述微观粒子的运动规律。(2)经典力学

6、的适用范围：只适用于低速运动，不适用于高速运动；只适用于宏观世界，不适用于微观世界。3．从弱引力到强引力(1)1915年，爱因斯坦创立了广义相对论，这是一种新的时空与引力的理论。在强引力的情况下，牛顿的引力理论不再适用。(2)当物体的运动速度远小于光速c(3×108m/s)时，相对论物理学与经典物理学的结论没有区别。当另一个重要常数即“普朗克常量”(6.63×10－34J·s)可以忽略不计时，量子力学和经典力学的结论没有区别。思考判断(1)洲际导弹的速度有时可达到6000m/s，这一速度属于相对论中的高

7、速。(×)(2)质量是物体的固有属性，任何时候都不会变。(×)(3)对于高速物体，它的质量随着速度的增加而变大。(√)(4)经典力学不适用于高速运动的物体，但适用于微观世界。(×)(5)对于宏观物体的低速运动问题，相对论、量子力学与经典力学是一致的。(√)预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中问题1问题2问题3　宇宙速度及其理解[要点归纳]1．认识第一宇宙速度：第一宇宙速度是人造卫星近地环绕地球做匀速圆周运动必须具备的速度，即近地卫星的环绕速度。2．推导：对于近地人造卫星，轨道半径r近似等于地球

8、半径R＝6400km，卫星在轨道处所受的万有引力近似等于卫星在地面上所受的重力，取g＝9.8m/s2，则3．决定因素：由第一宇宙速度的计算式v＝可以看出，第一宇宙速度的值由中心天体决定，第一宇宙速度的大小取决于中心天体的质量M和半径R，与卫星无关。4．对发射速度和环绕速度的理解(1)“最小发射速度”：向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星困难，因为发射卫星要克服地球对它的引力。近地轨道是人造卫星的最低运行轨道，而近地轨道的发射速度就是第一宇宙速