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

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
人 教 版 物 理 必 修 2
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
人 教 版 物 理 必 修 2
上升的高度也就越大,根据 v= 度就越小.
人 教 版 物 理 必 修 2
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

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

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。
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3.知道以牛顿运动定律为基础的经典力学的 适用范围.
4.了解相对论、量子力学和经典力学的关系.
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主干知识
1.宇宙速度 (1)第一宇宙速度:物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度叫第一宇宙速度,其表达
式是 v= GRM和 v= gR,其大小是 7.9 km/s; (2)第二宇宙速度:其大小为 11.2 km/s,如果物体的速度等于或大于第二宇宙速度,它就会
解析:两颗卫星做圆周运动的向心力均由其所受火星的万有引力来提供,所以有 GMr2m=mvr2=mrω2=m(2Tπ)2r=man 可得 T= 4GπM2r3,v= GrM,ω= GrM3 ,an=GrM2 因为 T1<T2,所以 r1<r2,v1>v2,ω1>ω2,an1>an2, 则 A、C 正确,B、D 错误.
解析:第一宇宙速度是卫星绕地球飞行的最大速度,即近地圆形轨道上的卫星运行速度, 故 A 项错误,B 项正确.同时第一宇宙速度还是发射卫星的最小发射速度,C 项正确.
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2.可以发射一颗这样的人造地球卫星,使其圆轨道( CD ) 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,且卫星相对于地球表面是静止的 D.与地球表面上的赤道线是共面同心圆,但卫星相对于地球表面是运动的
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1.美国“新地平线”号探测器,已于美国东部时间 2006 年 1 月 17 日 13 时(北京时间 18 日 1 时)借助“宇宙神-5”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,开始长达 9 年的飞向冥王星的太空之旅.拥有 3 级发动机的“宇宙神-5”重型火箭 将以每小时 5.76 万公里的惊人速度把“新地平线”号送离地球,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( ABD )
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针对训练 21:火星有两颗卫星,分别是火卫一和火卫二,它们的轨道近似为圆.已知 火卫一的周期为 7 小时 39 分,火卫二的周期为 30 小时 18 分,则两颗卫星相比( )
A.火卫一距火星表面较近 B.火卫二的角速度较大 C.火卫一的线速度较大 D.火卫二的向心加速度较大
答案:BD.
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针对训练 31:据报道,我国数据中继卫星“天链一号 01 星”于 2008 年 4 月 25 日在西 昌卫星发射中心发射升空,经过 4 次变轨控制后,于 5 月 1 日成功定点在东经 77°赤道上空 的同步轨道.关于成功定点后的“天链一号 01 星”,下列说法正确的是( )
A.运行速度大于 7.9 km/s B.离地面高度一定,相对地面静止 C.绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大 D.向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等
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解析:由题意知定点后的“天链一号 01 星”是地球同步卫星,即有 T=24 h 由 GMr2m=mvr2=mω2r=m4Tπ22r=man 可得
解析:同步通信卫星的周期与角速度跟地球自转的周期与角速度相同,由 ω= GrM3 和 h=r-R 知卫星高度确定
由 v=ωr 知速率也确定,A 正确,B 错误;由 T=2π GrM3 知第一颗人造地球卫星高度
比同步通信卫星的低,C 正确;由 v= D 正确.故选 B.
GrM知同步通信卫星比第一颗人造地球卫星速率小,
答案:AC.
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自主学习 航天器的发射和变轨
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【例 3】 发射地球同步卫星,先将卫星发射至近地圆轨道 1,然后点火,使其沿椭圆轨 道 2 运行,最后再次点火,将卫星送入同步圆轨道 3.轨道 1、2 相切于 Q 点,轨道 2、3 相 切于 P 点,如图所示.则当卫星分别在 1、2、3 轨道上正常运行时,以下说法正确的是( )
A.大于第一宇宙速度 B.大于第二宇宙速度 C.大于第三宇宙速度 D.小于并接近于第三宇宙速度
解析:此发射速度脱离了地球的束缚,但没有脱离太阳的束缚,故此速度介于第二宇宙 速度和第三宇宙速度之间,所以 A、B、D 正确.
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Байду номын сангаас
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典例剖析
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2.牛顿运动定律不适用于下列哪些情况( A ) A.研究原子中电子的运动 B.研究“神舟七号”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
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第 5 节 宇宙航行 第 6 节 经典力学的局限性
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典例剖析
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学习目标 1.了解人造卫星的有关知识,掌握 v、ω、T
与 r 的关系.
2.会推导第一宇宙速度,知道第二宇宙速度 和第三宇宙速度的含义.
对,式中
v
是环绕速度并非发射速度所
以 B 错,C、D 错.
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4.下面关于同步通信卫星的说法中不正确的是( B ) A.同步通信卫星和地球自转同步卫星的高度和速率都是确定的 B.同步通信卫星的角速度虽已被确定,但高度和速率可以选择,高度增加,速率增大; 高度降低,速率减小,仍同步 C.我国发射第一颗人造地球卫星的周期是 114 min,比同步通信卫星的周期短,所以 第一颗人造卫星离地面的高度比同步通信卫星的低 D.同步通信卫星的速率比我国发射的第一颗人造地球卫星的速率小
(4)相对论和量子力学都没有否定过去的科学,而只认为过去的科学是自己在一定条件下的 特殊情形.
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课时训练
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对宇宙速度的理解 【例 1】 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,求这星球上的第一宇宙速度.
v= GrM,应小于第一宇宙速度,A 错误
3 r=
G4MπT2 2,由于 T 一定,r 一定,离地高度一定,B 正确
由 ω=2Tπ,T 同<T 月
∴ω 同>ω 月,C 正确,
由 an=ω2r 知赤道上物体的轨道半径小于同步卫星的,所以赤道上物体的向心加速度小
于同步卫星的,D 错误.
答案:BC.
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思路点拨: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的半 径,且重力就等于星球对其的万有引力.
解析:由匀变速运动的规律可得,该星球表面的重力加速度为 g=2tv 第一宇宙速度即为卫星在星球表面附近绕它做匀速圆周运动的线速度,该星球对卫星的 万有引力提供向心力,而万有引力又可近似认为和物体重力相等 所以有 mg=mRv12 第一宇宙速度
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典例剖析
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思路点拨:卫星的加速度 an=GMr2 ,只与卫星到地心的距离 r 有关,与卫星的轨道无关, 卫星在不同轨道上的角速度、线速度则可根据 F 万=Fn 得出.
解析:由 GMr2m=mvr2得,v= GrM.因为 r3>r1,所以 v3<v1.由 GMr2m=mω2r 得,ω= GrM3 .因为 r3>r1,所以 ω3<ω1.卫星在轨道 1 上经 Q 点时的加速度为地球引力产生的加速 度,在轨道 2 上经过 Q 点时,也只有地球引力产生加速度,故应相等.同理,卫星在轨道 2 上经 P 点时的加速度等于它在轨道 3 上经过 P 点时的加速度.
解析:因为第一宇宙速度 7.9 km/s 是围绕地球运动的最大环绕速度,因此所有人造地球 卫星的速度都小于或等于第一宇宙速度,所以选项 B 正确.
答案:B.
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典例剖析
人造地球卫星运动问题分析
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【例 2】 如图所示,a、b、c 是地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星,a、 b 质量相同且小于 c 的质量,下面说法中正确的是( )
v1= gR=
2vR t.
答案:
2vR t.
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典例剖析
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处理行星、卫星绕中心天体做圆周运动的问题中,万有引力充当向心力是 解决问题的关键.
针对训练 11:人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,其速率( ) A.一定等于 7.9 km/s B.等于或小于 7.9 km/s C.一定大于 7.9 km/s D.介于 7.9 km/s 和 11.2 km/s 之间
(2)牛顿引力理论只适用于弱引力而不适用于强引力. 3.(1)爱因斯坦的狭义相对论阐述物体在以接近光的速度运动时所遵从的规律; (2)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