高中物理必修2同步學(xué)案：第6章 萬有引力與航天 第5~6節(jié)

1、第5節(jié)宇宙航行第6節(jié)經(jīng)典力學(xué)的局限性【學(xué)習(xí)目標(biāo)】：知識(shí)與技能1、了解人造衛(wèi)星的有關(guān)知識(shí)，正確理解人造衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，各物理量之間的關(guān)系。2、知道三個(gè)宇宙速度的含義，會(huì)推導(dǎo)第一宇宙速度。過程與方法通過用萬有引力定律來推導(dǎo)第一宇宙速度，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解決問題的能力。情感態(tài)度與價(jià)值觀1、通過介紹我國(guó)在衛(wèi)星發(fā)射方面的情況，激發(fā)學(xué)生的愛國(guó)熱情。2、感知人類探索宇宙的夢(mèng)想，促使學(xué)生樹立獻(xiàn)身科學(xué)的人生價(jià)值觀?！绢A(yù)習(xí)要點(diǎn)】：要點(diǎn)一 人造地球衛(wèi)星1運(yùn)行規(guī)律(1)人造衛(wèi)星的運(yùn)行速率：由G得v ，即為人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)的線速度說明軌道半徑越大，衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的線速度就越??；當(dāng)rR時(shí)，衛(wèi)星繞地面運(yùn)行，

2、v 7.9 km/s，這是衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的最大環(huán)繞速度又GMgR2，所以v .要注意衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的線速度與將衛(wèi)星送入預(yù)定軌道運(yùn)行時(shí)所必須具有的發(fā)射速度不是一回事由于發(fā)射過程中要克服重力和空氣阻力做功，衛(wèi)星的動(dòng)能會(huì)越來越小，所以衛(wèi)星要借助多級(jí)火箭來獲得必要的速度發(fā)射速度越大，衛(wèi)星離地面越高，實(shí)際繞地球運(yùn)行的線速度反而越小(2)人造衛(wèi)星的運(yùn)行周期：由Gmr，得T2 .說明軌道半徑越大，衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的周期就越大；當(dāng)rR時(shí)，T2 ，這是衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)所需的最短時(shí)間又GMgR2，所以T2 .(3)人造衛(wèi)星的運(yùn)行角速度：由，得；當(dāng)rR， ，這是衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)的最大角速度因此，衛(wèi)星

3、運(yùn)行的線速度、周期、角速度與軌道半徑的關(guān)系是v ，T2 2 ， .2衛(wèi)星的軌道和種類(1)衛(wèi)星的軌道衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的軌道可以是橢圓軌道，也可以是圓軌道衛(wèi)星繞地球沿橢圓軌道運(yùn)行時(shí)，地心是橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)，其周期和半長(zhǎng)軸的關(guān)系遵循開普勒第三定律衛(wèi)星繞地球沿圓軌道運(yùn)行時(shí)，由于地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力提供了衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的向心力，而萬有引力指向地心，所以，地心必須是衛(wèi)星圓軌道的圓心衛(wèi)星的軌道平面可以在赤道平面內(nèi)(如同步衛(wèi)星)，也可以和赤道平面垂直，還可以和赤道平面成任一角度(2)衛(wèi)星的種類衛(wèi)星的種類主要是按衛(wèi)星有什么樣的功能來進(jìn)行命名的主要有偵察衛(wèi)星、通信衛(wèi)星、導(dǎo)航衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星、地球資源勘測(cè)衛(wèi)星、科學(xué)研究

4、衛(wèi)星、預(yù)警衛(wèi)星和測(cè)地衛(wèi)星等種類要點(diǎn)二 三個(gè)宇宙速度宇宙速度是在地球上滿足不同要求的發(fā)射速度，不能理解成衛(wèi)星的運(yùn)行速度1第一宇宙速度(環(huán)繞速度)：指人造衛(wèi)星近地環(huán)繞速度，它是人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所必須具有的速度，是人造地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，v7.9 km/s.設(shè)地球質(zhì)量為M，衛(wèi)星質(zhì)量為m，衛(wèi)星到地心的距離為r，衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度為v，根據(jù)萬有引力定律和牛頓第二定律得Gm，v .應(yīng)用近地條件rR(R為地球半徑)，取R6 400 km，M6×1024 kg，則v 7.9 km/s.第一宇宙速度的另一種推導(dǎo)：在地面附近，萬有引力近似等于重力，此力提供衛(wèi)星做勻速圓周

5、運(yùn)動(dòng)的向心力(地球半徑R、地面重力加速度g已知)由mgm得v m/s7.9 km/s.2第二宇宙速度(脫離速度)：在地面上發(fā)射物體，使之能夠脫離地球的引力作用，成為繞太陽運(yùn)動(dòng)的人造行星或飛到其他行星上去所必需的最小發(fā)射速度，其大小為v11.2 km/s.3第三宇宙速度(逃逸速度)：在地面上發(fā)射物體，使之最后能脫離太陽的引力范圍，飛到太陽系以外的宇宙空間所必需的最小速度，其大小為v16.7 km/s.說明(1)第一宇宙速度是最大運(yùn)行速度，也是最小發(fā)射速度(2)三個(gè)宇宙速度分別為在三種不同情況下在地面附近的最小發(fā)射速度要點(diǎn)三 近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星和赤道上隨地球自轉(zhuǎn)的物體三種勻速圓周運(yùn)動(dòng)的異同1軌道半

6、徑：近地衛(wèi)星與赤道上物體的軌道半徑相同，同步衛(wèi)星的軌道半徑較大r同r近r物2運(yùn)行周期：同步衛(wèi)星與赤道上物體的運(yùn)行周期相同由T2 可知，近地衛(wèi)星的周期要小于同步衛(wèi)星的周期T近T同T物3向心加速度：由Gma知，同步衛(wèi)星的加速度小于近地衛(wèi)星加速度由ar2r()2知，同步衛(wèi)星加速度大于赤道上物體的加速度，a近a同a物4動(dòng)力學(xué)規(guī)律：近地衛(wèi)星和同步衛(wèi)星都只受萬有引力作用，由萬有引力充當(dāng)向心力滿足萬有引力充當(dāng)向心力所決定的天體運(yùn)行規(guī)律赤道上的物體由萬有引力和地面支持力的合力充當(dāng)向心力(或說成萬有引力的分力充當(dāng)向心力)，它的運(yùn)動(dòng)規(guī)律不同于衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律要點(diǎn)四 經(jīng)典力學(xué)的局限性1宏觀物體與微觀粒子行為的差異宏觀

7、物體具有粒子性微觀粒子不僅具有粒子性，同時(shí)還具有波動(dòng)性，又稱波粒二象性2經(jīng)典力學(xué)理論的適用范圍弱相互作用下，低速運(yùn)動(dòng)的宏觀物體3速度對(duì)質(zhì)量的影響在經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量是不變的，但愛因斯坦的狹義相對(duì)論指出，物體的質(zhì)量隨速度的增大而增大，即m，其中m0為物體靜止時(shí)的質(zhì)量，m是物體速度為v時(shí)的質(zhì)量，c是真空中的光速在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)量的測(cè)量是與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)密切相關(guān)的4速度合成與兩個(gè)公設(shè)在經(jīng)典力學(xué)中，時(shí)間和空間互不相干，它們的存在和測(cè)量均與運(yùn)動(dòng)無關(guān)，故有v船岸v船水v水岸但在兩個(gè)不同參考系中，速度總與位移及時(shí)間間隔的測(cè)量相聯(lián)系，因而上式不成立.1905年，愛因斯坦提出了兩個(gè)公設(shè)(狹義相對(duì)論的基礎(chǔ))(1)相

8、對(duì)性原理：物理規(guī)律在一切慣性參考系中都具有相同的形式(2)光速不變?cè)恚涸谝磺袘T性參考系中，測(cè)量到的真空中的光速c都一樣.【答疑解惑】：1.人造衛(wèi)星的發(fā)射速度和繞行速度有何區(qū)別與聯(lián)系呢？(1)兩個(gè)概念：發(fā)射速度：當(dāng)發(fā)射速度等于第一宇宙速度時(shí)，衛(wèi)星只能“貼著”地面近地運(yùn)行如果要使人造衛(wèi)星在距地面較高的軌道上運(yùn)行，就必須使發(fā)射速度大于第一宇宙速度繞行速度：當(dāng)衛(wèi)星“貼著”地面運(yùn)行時(shí)，繞行速度等于第一宇宙速度根據(jù)v 可知，人造衛(wèi)星距地面越高(即軌道半徑r越大)，繞行速度越小實(shí)際上，由于人造衛(wèi)星的軌道半徑都大于地球半徑，所以衛(wèi)星的實(shí)際運(yùn)行速度一定小于發(fā)射速度(2)人造衛(wèi)星的發(fā)射速度與運(yùn)行速度之間的大小關(guān)

9、系：11.2 km/sv發(fā)射7.9 km/sv運(yùn)行(3)雖然距地面越高的衛(wèi)星繞行速度越小，但是向距地面越高的軌道發(fā)射衛(wèi)星越困難，因?yàn)橄蚋哕壍腊l(fā)射衛(wèi)星，火箭克服地球?qū)λ囊ψ龅墓Χ?，所以發(fā)射衛(wèi)星的速度越大2衛(wèi)星的向心加速度與物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度有何區(qū)別呢？項(xiàng)目?jī)?nèi)容加速度衛(wèi)星的向心加速度物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度產(chǎn)生原因和方向由萬有引力產(chǎn)生，方向指向地心萬有引力的一個(gè)分力(另一力為重力)產(chǎn)生，垂直且指向地軸大小ag(地面附近a近似等于g)ar，r為地面上某點(diǎn)到地軸距離，為地球自轉(zhuǎn)角速度特點(diǎn)隨物體到地心的距離增大而減小從赤道到兩極逐漸減小【典例剖析】：一、人造衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)分析例1 假如一做圓周

10、運(yùn)動(dòng)的人造地球衛(wèi)星的軌道半徑增加到原來的2倍，仍做圓周運(yùn)動(dòng)，則()A根據(jù)公式vr可知衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的線速度將增大到原來的2倍B根據(jù)公式F可知衛(wèi)星所需的向心力將減小到原來的1/2C根據(jù)公式FG可知地球提供的向心力將減小到原來的1/4D根據(jù)上述B和C中給出的公式可知，衛(wèi)星運(yùn)行的線速度將減小到原來的解析人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力提供，有Gm，得v ，所以當(dāng)軌道半徑加倍時(shí)，引力變?yōu)樵瓉淼模俣茸優(yōu)樵瓉淼谋?，故選項(xiàng)C、D正確答案CD方法總結(jié)1人造衛(wèi)星運(yùn)行時(shí)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)所遵循的規(guī)律是F萬F向，即Gmm2rmrma向注意規(guī)律和公式的靈活應(yīng)用，選擇恰當(dāng)?shù)囊绞墙忸}的關(guān)鍵

11、2“黃金代換式”：在地球表面或地面附近的物體所受的重力等于地球?qū)ξ矬w的引力，即mg，gR2GM.二、衛(wèi)星軌道問題例2 可以發(fā)射這樣的人造地球衛(wèi)星，使其圓軌道()A與地球表面上某一緯度線(非赤道)是共面同心圓B與地球表面上某一經(jīng)度線所決定的圓是共面同心圓C與地球表面上的赤道線是共面同心圓，且衛(wèi)星相對(duì)地球表面是靜止的D與地球表面上的赤道線是共面同心圓，但衛(wèi)星相對(duì)地球表面是運(yùn)動(dòng)的解析若衛(wèi)星某時(shí)刻是繞地球的某一緯線圈做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則由勻速圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)可知，衛(wèi)星的合外力應(yīng)全部提供衛(wèi)星的向心力，且合外力指向圓心(該緯線圈的圓心)，而此時(shí)衛(wèi)星所受的合外力即萬有引力是指向地心的，其中的一個(gè)分力提供做圓周運(yùn)

12、動(dòng)的向心力，另一個(gè)分力會(huì)使衛(wèi)星偏離這個(gè)緯線圈，即衛(wèi)星不可能始終圍繞該緯線圈做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由于地球的自轉(zhuǎn)，衛(wèi)星不可能始終與某一經(jīng)線圈共面做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；C項(xiàng)即為地球同步衛(wèi)星，所以C項(xiàng)正確；D正確答案CD方法總結(jié)對(duì)地球衛(wèi)星要抓住以下特點(diǎn)(1)萬有引力提供向心力(2)軌道中心必須和地心重合(3)衛(wèi)星的周期與地球自轉(zhuǎn)周期不同，僅同步衛(wèi)星有T衛(wèi)T自24 h.三、衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能分析例3 某人造地球衛(wèi)星因受高空稀薄空氣的阻力作用，繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道會(huì)慢慢改變，每次測(cè)量中衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)可近似看作圓周運(yùn)動(dòng)，某次測(cè)量衛(wèi)星的軌道半徑為r1，后來變?yōu)閞2，r2r1.以Ek1、Ek2表示衛(wèi)星在這兩

13、個(gè)軌道上的動(dòng)能，T1、T2表示衛(wèi)星在這兩個(gè)軌道上繞地球運(yùn)動(dòng)的周期則()AEk2Ek1，T2T1BEk2Ek1，T2T1CEk2Ek1，T2T1 DEk2Ek1，T2T1解析人造衛(wèi)星的向心力來源于地球?qū)πl(wèi)星的吸引力所以mmr，即Ekmv2，T .當(dāng)r減小時(shí)，Ek變大，T減小故正確選項(xiàng)為C.答案C【課堂練習(xí)】：1.人造衛(wèi)星環(huán)繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的速率v ，其中g(shù)為地面處的重力加速度，R為地球半徑，r為衛(wèi)星離地球中心的距離下列說法正確的是()A從公式可見，環(huán)繞速度與軌道半徑的平方根成反比B從公式可見，把人造衛(wèi)星發(fā)射到越遠(yuǎn)的地方越容易C上面環(huán)繞速度的表達(dá)式是錯(cuò)誤的D以上說法都錯(cuò)誤答案A解析m，所以v ，所以A正

14、確式中v是環(huán)繞速度并非發(fā)射速度，所以B錯(cuò)誤2第一宇宙速度是物體在地球表面附近環(huán)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度，則有()A被發(fā)射的物體質(zhì)量越大，第一宇宙速度越大B被發(fā)射的物體質(zhì)量越小，第一宇宙速度越大C第一宇宙速度與被發(fā)射物體的質(zhì)量無關(guān)D第一宇宙速度與地球的質(zhì)量有關(guān)答案CD解析第一宇宙速度v 與地球質(zhì)量M有關(guān)，與被發(fā)射物體的質(zhì)量無關(guān)3經(jīng)典力學(xué)只適用于“宏觀世界”，這里的“宏觀世界”是指()A行星、恒星、星系等巨大的物質(zhì)領(lǐng)域B地球表面上的物質(zhì)世界C人眼能看到的物質(zhì)世界D不涉及分子、原子、電子等微觀粒子的物質(zhì)世界答案D4關(guān)于人造地球衛(wèi)星，下列說法哪些是錯(cuò)誤的()A發(fā)射衛(wèi)星時(shí)，運(yùn)載火箭飛行的最大速度必須達(dá)

15、到或超過第一宇宙速度，發(fā)射才有可能成功B衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，其線速度一定不會(huì)小于第一宇宙速度C衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的周期只要等于24小時(shí)，這個(gè)衛(wèi)星一定相對(duì)于地面“定點(diǎn)”D發(fā)射一個(gè)地球同步衛(wèi)星，可以使其“定點(diǎn)”于西安市的正上方答案BCD5一顆人造地球衛(wèi)星，繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為r時(shí)，周期為T，線速度為v.則當(dāng)其繞地球運(yùn)行的軌道半徑為2r時(shí)()A周期為2T，線速度為vB周期為2T，線速度為vC周期為T，線速度為vD周期為T，線速度為v答案A6下列關(guān)于同步通信衛(wèi)星的說法中不正確的是()A同步通信衛(wèi)星和地球自轉(zhuǎn)同步衛(wèi)星的高度和速率都是確定的B同步通信衛(wèi)星的角速度雖已被確定，但高度和速率可

16、以選擇高度增加，速率增大；高度降低，速率減小，仍同步C我國(guó)發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星的周期是114 min，比同步通信衛(wèi)星的周期短，所以第一顆人造衛(wèi)星離地面的高度比同步衛(wèi)星低D同步通信衛(wèi)星的運(yùn)行速率比我國(guó)發(fā)射的第一顆人造衛(wèi)星的運(yùn)行速率小答案B解析同步通信衛(wèi)星的周期與角速度跟地球自轉(zhuǎn)的周期與角速度相同，為定值由 和hrR知，衛(wèi)星高度確定；由vr知，速率也確定，A正確，B錯(cuò)誤；由T2 知，第一顆人造衛(wèi)星離地高度比同步衛(wèi)星低，C正確；由v 知，同步衛(wèi)星比第一顆人造衛(wèi)星運(yùn)行速率小，D正確，故選B項(xiàng)7我國(guó)自行研制發(fā)射的“風(fēng)云一號(hào)”“風(fēng)云二號(hào)”氣象衛(wèi)星的飛行軌道是不同的，“風(fēng)云一號(hào)”是極地圓形軌道衛(wèi)星，其軌道

17、平面與赤道平面垂直，周期為T112 h；“風(fēng)云二號(hào)”是同步衛(wèi)星，其軌道平面就是赤道平面，周期為T224 h；兩顆衛(wèi)星相比()A“風(fēng)云一號(hào)”離地面較高B“風(fēng)云一號(hào)”每個(gè)時(shí)刻可觀察到的地球表面范圍較大C“風(fēng)云一號(hào)”線速度較大D若某時(shí)刻“風(fēng)云一號(hào)”和“風(fēng)云二號(hào)”正好同時(shí)在赤道上某個(gè)小島的上空，那么再過12小時(shí)，它們又將同時(shí)到達(dá)該小島的上空答案C解析因T1<T2由T 可得r1<r2，A錯(cuò)；由于“風(fēng)云一號(hào)”的軌道半徑小，所以每一時(shí)刻可觀察到地球表面的范圍較小，B錯(cuò)；由v 可得v1>v2，C正確；由于T112 h，T224 h，則需再經(jīng)過24 h才能再次同時(shí)到達(dá)該小島上空，D錯(cuò)8地球的兩

18、顆人造衛(wèi)星質(zhì)量之比m1m212，軌道半徑之比r1r212.求：(1)線速度之比(2)角速度之比(3)運(yùn)行周期之比(4)向心力之比答案(1)1(2)2 1(3)12 (4)21解析(1)a向m，v ，所以 (2)a向2rm2r 所以 (3)(4)同理·.【課內(nèi)探究】：題型 關(guān)于天體第一宇宙速度的計(jì)算 我國(guó)于2007年10月24日18時(shí)05分發(fā)射的“嫦娥一號(hào)”經(jīng)過近5天的長(zhǎng)途飛行進(jìn)入月球軌道，經(jīng)第二次制動(dòng)后進(jìn)入近月點(diǎn)212 km，遠(yuǎn)月點(diǎn)1 700 km的橢圓軌道，運(yùn)行周期為3.5 h，已知月球半徑為1.74×106m，求：(1)月球的第一宇宙速度(2)月球的質(zhì)量答案(1)1.6

19、8 km/s(2)7.36×1022 kg解析(1)設(shè)衛(wèi)星在月面附近運(yùn)行的周期和速度分別為T0、v0，由開普勒行星運(yùn)動(dòng)第三定律得，則T0 ，而T3.5 h1.26×104 s.rm2.7×106 m代入相關(guān)數(shù)值得T06 519 s.由v得v0 m/s1.68×103 m/s1.68 km/s(2)衛(wèi)星在月面附近飛行時(shí)，由于月球的萬有引力充當(dāng)向心力，則M月 kg7.36×1022 kg拓展探究 某人在一星球上以速率v豎直上拋一物體，經(jīng)時(shí)間t落回手中已知該星球的半徑為R，求該星球上的第一宇宙速度答案解析根據(jù)豎直上拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律可得，該星球表面的重力加

20、速度為g.該星球的第一宇宙速度，即為衛(wèi)星在其表面附近繞它做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度，該星球?qū)πl(wèi)星的引力(重力)提供衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力則mg該星球表面的第一宇宙速度為v1 歸納總結(jié)1在處理行星、衛(wèi)星繞中心天體做圓周運(yùn)動(dòng)的問題中，無論求解哪個(gè)物理量，萬有引力充當(dāng)向心力是解決問題的關(guān)鍵2第一宇宙速度v7.9 km/s是人造地球衛(wèi)星最小發(fā)射速度，當(dāng)v7.9 km/s時(shí)，物體將做向心運(yùn)動(dòng)而落回地面3第一宇宙速度v7.9km/s也是人造地球衛(wèi)星最大繞行速度,因?yàn)関=7.9 km/s，r越大，v越小，當(dāng)r=R地時(shí),v最大，即vm=7.9 km/s.4.每個(gè)星球都有自己的宇宙速度,并且不同星球上的宇宙速度并不

21、相同,v1=7.9km/s是地球上的第一宇宙速度.不論是在哪個(gè)星球上求第一宇宙速度,其求法都相同.即根據(jù)該星球表面上的物體所受重力約等于萬有引力提供向心力,，只要知道該星球表面的重力加速度g以及該星球半徑R,則可知該星球表面的第一宇宙速度.或者根據(jù)求該星球表面附近的衛(wèi)星的環(huán)繞速度來求第一宇宙速度,即:由萬有引力提供向心力可得得.繞星球表面運(yùn)行,即知道該星球質(zhì)量M和該星球半徑R,即可求得第一宇宙速度.題型 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)問題的分析 如圖1所示，圖1a、b、c是大氣層外圓形軌道上運(yùn)行的三顆人造地球衛(wèi)星，a、b質(zhì)量相同且小于c的質(zhì)量，下列說法中正確的是()Ab、c的線速度大小相等且大于a的線速度Bb、c的

22、向心加速度相等且大于a的向心加速度Cb、c的周期相等且大于a的周期Db、c的向心力相等且大于a的向心力答案C解析a、b、c三顆人造地球衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力都是由地球?qū)λ鼈兊娜f有引力提供由牛頓第二定律得Gmmrma.(M為地球的質(zhì)量，m為衛(wèi)星的質(zhì)量)所以v ，與衛(wèi)星質(zhì)量無關(guān)由圖知rbrcra，則vbvcva，A錯(cuò)誤a，與衛(wèi)星質(zhì)量無關(guān)由rbrcra，得abacaa，B錯(cuò)誤T ，與衛(wèi)星質(zhì)量無關(guān)由rbrcra得TbTcTa，C正確F向G，與質(zhì)量m和半徑r有關(guān)由mambmc，rbrcra知即F向aF向b，即F向bF向c，與無法比較，D錯(cuò)誤歸納總結(jié)在討論有關(guān)衛(wèi)星的題目時(shí)，關(guān)鍵要明確：向心力、軌道半徑

23、、線速度、角速度和周期彼此影響、互相聯(lián)系，只要其中的一個(gè)量確定了，其他的量也就不變了只要一個(gè)量發(fā)生了變化，其他的量也都隨之變化，不管是定性的分析還是定量的計(jì)算，都要依據(jù)下列關(guān)系式加以討論：Gmm2rmvmr.題型 同步衛(wèi)星問題 已知地球半徑R6 400 km，地球表面的重力加速度為g，取9.8 m/s2，若發(fā)射一顆地球同步衛(wèi)星，其高度和速度應(yīng)為多大？答案3.59×107 m3.08×103 m/s解析設(shè)地球同步衛(wèi)星的質(zhì)量為m，離地面的高度為h，周期T等于地球的自轉(zhuǎn)周期24 h，地球的質(zhì)量為M.同步衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由萬有引力提供，有Gm(Rh)又在地球表面上質(zhì)量為m

24、的物體所受的重力與地球?qū)λ囊ο嗟龋碐mg由式得h R m6 400×103 m3.59×107 m又m由式，得v m/s3.08×103 m/s拓展探究 同步衛(wèi)星離地心距離為r，運(yùn)行速率為v1，加速度為a1，地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度為a2，地球的第一宇宙速度為v2，半徑為R，則下列比例關(guān)系中正確的是()A.B.2C. D. 答案AD解析設(shè)地球質(zhì)量為M，同步衛(wèi)星的質(zhì)量為m1，地球赤道上的物體質(zhì)量為m2，在地球表面繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體的質(zhì)量為m2，根據(jù)向心加速度和角速度的關(guān)系有a1r，a2R，12故，選項(xiàng)A正確由萬有引力定律和牛頓第二定律得G

25、m1，Gm2由以上兩式解得 ，選項(xiàng)D正確所以，本題的正確答案是A、D.歸納總結(jié)1解決問題的關(guān)鍵是理解同步衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由萬有引力提供，以及地球表面上的物體所受的重力與地球?qū)λ娜f有引力不相等，且同步衛(wèi)星的隱含條件周期T24 h.2由于同步衛(wèi)星的運(yùn)行周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，決定了它的離地高度、線速度都為定值.題型 經(jīng)典力學(xué)的局限性的理解 下列說法中正確的是()A經(jīng)典力學(xué)適用于任何情況下的任何物體B狹義相對(duì)論否定了經(jīng)典力學(xué)C量子力學(xué)能夠描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律性D萬有引力定律也適用于強(qiáng)相互作用力答案C解析經(jīng)典力學(xué)只適用于宏觀、低速、弱引力的情況，A錯(cuò)誤狹義相對(duì)論沒有否定經(jīng)典力學(xué)，在宏觀低

26、速情況下，相對(duì)論的結(jié)論與經(jīng)典力學(xué)沒有區(qū)別，B錯(cuò)誤量子力學(xué)正確地描述了微觀粒子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，C正確萬有引力定律只適用于弱相互作用力，而對(duì)于強(qiáng)相互作用力是不適用的，D錯(cuò)誤.【課后練習(xí)】：1.設(shè)地面附近重力加速度為g0，地球半徑為R0，人造地球衛(wèi)星圓形軌道半徑為R，那么以下說法正確的是()A衛(wèi)星在軌道上向心加速度大小為B衛(wèi)星運(yùn)行的速度大小為 C衛(wèi)星運(yùn)行的角速度大小為 D衛(wèi)星運(yùn)行的周期為2 答案ABD解析Gma向，a向G，又g0，故a向，A正確又a向，v ，B正確，C錯(cuò)誤T2 ，D正確2牛頓定律不適用于下列哪些情況()A研究原子中電子的運(yùn)動(dòng)B研究“神舟五號(hào)”飛船的高速發(fā)射C研究地球繞太陽的運(yùn)動(dòng)D研究飛機(jī)

27、從北京飛往紐約的航線答案A解析牛頓力學(xué)屬于經(jīng)典力學(xué)的研究范疇，適用于宏觀、低速運(yùn)動(dòng)的物體，并注意到低速和高速的標(biāo)準(zhǔn)是相對(duì)于光速，可判定牛頓定律適用于B、C、D中描述的運(yùn)動(dòng)，而A不適用3下列說法正確的是()A經(jīng)典力學(xué)理論普遍適用，大到天體，小到微觀粒子均適用B經(jīng)典力學(xué)理論的成立具有一定的局限性C當(dāng)物體的速度接近光速時(shí)，相對(duì)論與經(jīng)典力學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)別D相對(duì)論與量子力學(xué)徹底否定了經(jīng)典力學(xué)理論答案B4如圖2所示的圓a、b、c，其圓心均在地球自轉(zhuǎn)軸線上，b、c的圓心與地心重合，對(duì)環(huán)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星而言()圖2A衛(wèi)星的軌道可能為aB衛(wèi)星的軌道可能為bC衛(wèi)星的軌道可能為cD同步衛(wèi)星的軌道一定為b軌道面上的軌道b的某一同心圓答案BCD5宇宙飛船要與環(huán)繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道空間站對(duì)接，飛船為了追上軌道空間站()A只能從較高軌道上加速B只能從較低軌道上加速C只能從與空間站同一軌道上加速D無論在什么軌道，只要加速即可答案B6已知地球半徑為R，質(zhì)量為M，自轉(zhuǎn)角速度為，地面重力加速度為g，萬有引力恒量為G，地球同步衛(wèi)星的運(yùn)行速度為v，則第一宇宙速