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6．经典力学的局限性三维目标知识与技能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。
过程与方法通过阅读课文体会一切科学都有自己的局限性，新的理论会不断完善和补充旧的理论，人类对科学的认识是无止境的。
情感、态度与价值观通过对牛顿力学适用范围的讨论，使学生知道物理中的结论和规律一般都有其适用范围，认识知识的变化性和无穷性，培养献身于科学的时代精神。
教学重点牛顿运动定律的适用范围。
教学难点高速运动的物体，速度和质量之间的关系。
教学方法探究、讲授、讨论、练习教具准备多媒体课件教学过程［新课导入］经典力学的基础是牛顿运动定律，万有引力定律更是树立了人们对牛顿物理学的尊敬。
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。
著名物理学家杨振宁曾赞颂道：“如果一定要举出某个人、某一天作为近代科学诞生的标志，我选牛顿《自然哲学的数学原理》在1687年出版的那一天。
”是的，从地面上物体的运动到天体的运动；从大气的流动到地壳的变动；从拦河筑坝，修建桥梁到设计各种机械；从自行车到汽车、火车、飞机等现代交通工具的运动；从投出篮球到发射导弹、人造卫星、宇宙飞船……所有这些都服从经典力学的规律。
经典力学在如此广阔的领域里与实际相符合，显示了牛顿运动定律的正确性和经典力学的魅力。
但是，像一切科学一样，经典力学没有也不会穷尽一切真理，它也有自己的局限性，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？有怎样的局限性呢？这节课我们就来了解这方面的知识。
［新课教学］一、从低速到高速请同学们阅读教材“从低速到高速”部分，回答低速与高速的概念、质速关系、速度合成的两个公式。
1．低速与高速（1）低速运动经典力学中各种物体的运动，速度都远小于真空中的光速。
6 经典力学的局限性[学习目标] 1.了解经典力学的发展历程和伟大成就.2.认识经典力学的局限性和适用范围.3.初步了解微观和高速世界中的奇妙现象.4.了解相对论、量子力学和经典力学的关系.一、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，质量要随着物体运动速度的增大而增大，即m ＝m 01－v 2c2，两者在速度远小于光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，在不同的参考系中测量结果不同. 二、从宏观到微观1.电子、质子、中子等微观粒子不仅具有粒子性，同时还具有波动性，它们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. 三、从弱引力到强引力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.判断下列说法的正误.(1)洲际导弹的速度有时可达到6000m/s ，此速度在相对论中属于高速.( × ) (2)质量是物体的固有属性，任何时候都不会变.( × )(3)对于高速运动的物体，它的质量随着速度的增大而增大.( √ )(4)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.( √ ) (5)光线经过任何物体附近时都是沿直线传播的.( × )一、从低速到高速1.地球绕太阳公转的速度是3×104m/s ，设在美国伊利诺斯州费米实验室的圆形粒子加速器可以把电子加速到0.999999999987倍光速的速度，请思考：(1)地球的公转速度在狭义相对论中属于低速还是高速？被加速器加速后的电子的速度呢？ (2)加速后电子的质量比电子的静止质量增大了还是减小了？答案 (1)地球公转速度属于低速，被加速器加速后的电子的速度属于高速. (2)加速后电子的质量比电子的静止质量增大了.2.在经典力学和狭义相对论中，位移和时间的测量结果在不同的参考系中有何区别？答案 在经典力学中，同一过程的位移和时间的测量结果在不同参考系中是相同的；在狭义相对论中，同一过程的位移和时间的测量结果在不同参考系中是不同的.1.低速与高速(1)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皆为低速运动物体.(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，这样的速度称为高速. 2.速度对质量的影响(1)在经典力学中，物体的质量不随运动状态的改变而改变.(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 ＝m 01－v 2c2，其中m 0是物体静止时的质量，m 是物体速度为v 时的质量，c 是真空中的光速.在高速运动时，质量的测量结果是与运动状态密切相关的. 3.速度对物理规律的影响对于低速运动问题，一般用经典力学规律来处理.对于高速运动问题，经典力学已不再适用，需要用相对论知识来处理.4.位移、时间与参考系的关系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，在不同的参考系中测量结果不同.例1 微观粒子的速度很高，它高速运动时的质量明显大于静止时的质量.在研究制造回旋加速器时必须考虑相对论效应的影响.如图1所示，1988年中国第一座高能粒子加速器——北京正负电子对撞机首次对撞成功.在粒子对撞中，有一个电子经过高压加速，速度达到光速的12.试求此时电子的质量变为静止时的多少倍？图1答案 1.15倍解析 设电子静止时的质量为m 0，根据爱因斯坦狭义相对论中高速运动时的质量与静止质量的关系得m ＝m 01－v 2c2＝m 01－14≈1.15m 0.【考点】速度对质量的影响 【题点】速度对质量的影响低速运动的物体质量可以认为不发生变化，但当物体的速度接近光速时，此时物体的质量m 与静止质量m 0就会存在较大差别.针对训练 一个原来静止的电子，经电场加速后速度为v ＝6×106m/s.问电子的质量增大了还是减小了？改变了百分之几？答案 增大了 0.02%解析 根据爱因斯坦的狭义相对论有m ＝m 01－v 2c2，故加速后的质量增大了，且m ＝m 01－v 2c2＝m 01－(6×106)2(3×108)2≈1.0002m 0， 所以改变的百分比为m －m 0m 0×100%＝0.02%. 【考点】速度对质量的影响 【题点】速度对质量的影响 二、从宏观到微观1.粒子对撞机可以把质子加速到接近于光速，如图2，经典力学是否适用于质子的运动规律？如何研究质子的运动规律？图2答案 不适用.经典力学只适用于宏观低速运动，描述微观高速粒子的运动要用到量子力学.2.如图3所示，“黑洞”是爱因斯坦广义相对论中预言的一种特殊天体.它的密度极大，对周围的物质(包括光)有极强的吸引力，在研究“黑洞”时，经典力学还适用吗？如何研究“黑洞”问题？图3答案不适用.经典力学适用于弱引力问题，而“黑洞”问题属于强引力问题，经典力学不再适用，可以利用爱因斯坦的广义相对论研究“黑洞”问题.经典力学与相对论、量子力学的比较(1)区别①经典力学适用于低速运动的物体；狭义相对论阐述物体在以接近光速运动时所遵循的规律.②经典力学适用于宏观世界；量子力学能够正确描述微观粒子的运动规律.③经典力学在弱引力的情况下与实验结果符合得很好；爱因斯坦的广义相对论能够解释强引力情况下的作用规律.(2)联系①当物体的运动速度远小于光速时，相对论物理学与经典物理学的结论没有区别；②当另一个重要常量即“普朗克常量”可以忽略不计时，量子力学和经典力学的结论没有区别.③相对论和量子力学并没有否定经典力学，经典力学是二者在一定条件下的特殊情形.例2关于经典力学、狭义相对论和量子力学，下列说法中正确的是( )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.经典力学包含于相对论之中，经典力学是相对论的特例C.经典力学只适用于宏观物体的运动，量子力学只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答案 B解析相对论没有否定经典力学，经典力学是相对论在一定条件下的特殊情形，选项A错误，B正确.经典力学适用于宏观、低速、弱引力的领域，选项C、D错误.【考点】经典力学、狭义相对论和量子力学的认识【题点】经典力学、狭义相对论和量子力学的认识例3(多选)爱因斯坦的引力理论成就表现在( )A.预言和发现了冥王星和海王星B.水星近日点旋进存在每百年43″的附加值C.光线在经过大质量星体附近时会发生偏转现象D.天体间的引力与半径的平方成反比答案BC解析冥王星和海王星的轨道是根据万有引力定律和牛顿运动定律计算得出的，天体间的引力与半径的平方成反比是万有引力定律的内容，故A、D错误.【考点】弱引力与强引力【题点】对弱引力与强引力的理解理解相对论和量子力学的两点注意：(1)相对论和量子力学不是科学家的主观臆想，是经过实验证实的，相对论和量子力学所描述的现象是高速世界、微观世界确定存在的事实.(2)理解相对论和量子力学需要增强对高速世界、微观世界的感性认识，跳出已有的对低速、宏观领域的固有思维和认识.1.(经典力学的适用范围)以牛顿运动定律为基础的经典力学的适用范围是( )A.低速、宏观、弱引力下的运动问题B.高速、微观、弱引力下的运动问题C.低速、微观、强引力下的运动问题D.高速、宏观、强引力下的运动问题答案 A【考点】经典力学、狭义相对论和量子力学的认识【题点】经典力学的认识2.(经典力学、量子力学和狭义相对论)下列说法中正确的是( )A.经典力学适用于任何情况下的任何物体B.狭义相对论否定了经典力学C.量子力学能够描述微观粒子运动的规律性D.万有引力定律也适用于强相互作用力答案 C解析经典力学只适用于宏观、低速、弱引力的情况，故A项错误；狭义相对论没有否定经典力学，在宏观低速情况下，相对论的结论与经典力学没有区别，故B项错误；量子力学正确描述了微观粒子运动的规律，故C项正确；万有引力定律只适用于弱相互作用力，而对于强相互作用力是不适用的，故D项错误.【考点】经典力学、狭义相对论和量子力学的认识【题点】经典力学、狭义相对论和量子力学的认识3.(经典力学与狭义相对论)关于经典时空观和相对论时空观，下列说法错误的是( )A.经典时空观认为时间和空间是独立于物体及其运动而存在的B.相对论时空观认为时间和空间与物体及其运动有关系C.经典力学只适用于宏观、低速运动问题，不适用于微观、高速运动问题D.当物体的运动速度远小于光速时，相对论和经典力学的结论仍有很大的区别答案 D解析 经典时空观认为时间和空间是独立于物体及其运动而存在的，而相对论时空观认为时间和空间与物体及其运动有关系，A 、B 正确.经典力学只适用于宏观、低速运动问题，不适用于微观、高速运动问题，C 正确.当物体的运动速度远小于光速时，相对论和经典力学的结论没有区别，D 错误. 【考点】经典力学、狭义相对论和量子力学的认识 【题点】经典时空观与相对论时空观的区别 4.(相对论质速关系)(多选)对于公式m ＝m 01－v 2c2，下列说法中正确的是( )A.式中的m 0是物体以速度v 运动时的质量B.当物体的运动速度v >0时，物体的质量m >m 0，即物体的质量改变了，故经典力学不再适用C.当物体以较小速度运动时，质量变化十分微弱，经典力学理论仍然适用，只有当物体以接近光速运动时，质量变化才明显，故经典力学适用于低速运动，而不适用于高速运动D.由于宏观物体的运动速度很小，故我们感觉不到质量的变化，在分析地球上物体的运动时，不必考虑质量的变化 答案 CD【考点】速度对质量的影响 【题点】速度对质量的影响。
6．经典力学的限制性三目知与技术1．知道牛运定律的合用范；2．认识典力学在科学研究和生技中的宽泛用；3．知道量与速度的关系，知道高速运中必考速度随。
程与方法通文领会全部科学都有自己的限制性，新的理会不停完美和充旧的理，人科学的是无止境的。
感情、度与价通牛力学合用范的，使学生知道物理中的和律一般都有其合用范，知的化性和无性，培育献身于科学的代精神。
教课要点牛运定律的合用范。
教课点高速运的物体，速度和量之的关系。
教课方法研究、授、、教具准多媒体件教课程［新入］典力学的基是牛运定律，万有引力定律更是立了人牛物理学的敬爱。
牛运定律和万有引力定律在宏、低速、弱引力的广域，包含天体力学的研究中，受了践的，获得了巨大的成就。
有名物理学家振宁曾道：“假如必定要出某个人、某一天作近代科学生的志，我牛《自然哲学的数学原理》在 1687 年第一版的那天。
”是的，从地面上物体的运到天体的运；从大气的流到地壳的；从河筑，修筑梁到各样机械；从自行到汽、火、机等代交通工具的运；从投出球到射、人造星、宇宙船⋯⋯全部些都听从典力学的律。
典力学在这样广的域里与相切合，示了牛运定律的正确性和典力学的魅力。
可是，像全部科学一，典力学没有也不会尽全部真谛，它也有自己的限制性，它像全部科学理一，是一部“未达成的交响曲” 。
那么典力学在什么范内合用呢？有怎的限制性呢？我就来认识方面的知。
［新教课］一、从低速到高速同学教材“从低速到高速”部分，回答低速与高速的观点、速关系、速度合成的两个公式。
1．低速与高速（ 1）低速运典力学中各样物体的运，速度都小于真空中的光速。
理些运，典力学完整合用。
往常所的物体的运皆低速运，如行的汽，射的、人造星及宇宙船等。
物体运的速度小于光速的运，称低速运。
（ 2）高速运有些微观粒子在必定条件下其速度能够与光速相靠近，这样的速度称为高速。
2．质速关系20世纪初，有名物理学家爱因斯坦成立了狭义相对论。
狭义相对论论述物体在以靠近光的速度运动时所遵照的规律。
安徽省长丰县高中物理第六章万有引力与航天6.6 经典力学的局限性教案新人教版必修2
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6.6经典力学的局限性。
6.6 经典力学的局限性高考理综物理模拟试卷注意事项：1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。
2．选择题必须使用2B铅笔填涂；非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。
3．请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。
4．保持卡面清洁，不要折叠，不要弄破、弄皱，不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。
一、单项选择题1．甲、乙两车同时同地出发，在同—平直公路上行驶。
其中甲车做匀速直线运动，乙车由静止开始做匀加速直线运动，其运动的位移时间S-t图象如图所示。
则乙车追上甲车前两车间的最大距离是（）A．15m B．20m C．25m D．50m2．如图所示，某极地轨道卫星的运行轨道平面通过地球的南北两极，已知该卫星从北纬60°的正上方按图示方向第一次运行到南纬60°的正上方时所用时间为1h，则下列说法正确的是( )A．该卫星的运行速度一定大于7.9km/sB．该卫星与同步卫星的运行角速度之比为2:1C．该卫星与同步卫星的运行半径之比为l:4D．该卫星的机械能一定大于同步卫星的机械能3．如图，物体A套在竖直杆上，经细绳通过定滑轮拉动物体B在水平面上运动，开始时A、B间的细绳呈水平状态，现由计算机控制物体A的运动，使其恰好以速度v沿杆匀速下滑（B始终未与滑轮相碰），则A．绳与杆的夹角为a时，B的速率为vsin aB．绳与杆的夹角为a时，B的速率为vcosaC．物体B也做匀速直线运动D．物体B做匀加速直线运动4．如图所示，图甲为一台小型发电机构造示意图，线圈沿逆时针转动。
从某时刻开始计时，产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图乙所示。
发电机线圈内阻为1 Ω，外接灯泡的电阻为5 Ω，则下列说法正确的是A．电压表的示数为3VB．灯泡消耗的电功率是1.25 WC．线圈转动的角速度为l00πrad/sD．在t=l×10-2s时刻，穿过线圈的磁通量最大5．下列说法中错误的是A．若氢原子从n=6能级向n=1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n=6能级向n=2能级跃迁时辐射出的光也不能使该金属发生光电效应B．核泄漏事故污染物能够产生对人体有害的辐射，其核反应方程式为，可以判断x为电子C．原子核发生一次β衰变，该原子外层就一定失去一个电子D．质子、中子、α粒子的质量分别是m1、m2、m3，质子和中子结合成一个α粒子，释放的能量是（2m1+2m2-m3）c26．沿X轴负向传播的一列简谐横波在t=0时刻的波形如图所示，M为介质中的一个质点，该波的传播速度为40m/s，则t=s时A．质点M对平衡位置的位移一定为负值B．质点M的速度方向与对平衡位置的位移方向相反C．质点M的加速度方向与速度方向一定相同D．质点M的加速度方向与对平衡位置的位移方向相同二、多项选择题7．振源S在0点做沿竖直方向的简谐运动，频率为10Hz，t=0时刻向右传播的简谐横波如图所示(向左传播的简谐横波图中未画出)。
6．经典力学的局限性教学目标知识与技能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。
过程与方法通过阅读课文体会一切科学都有自己的局限性，新的理论会不断完善和补充旧的理论，人类对科学的认识是无止境的。
情感、态度与价值观通过对牛顿力学适用范围的讨论，使学生知道物理中的结论和规律一般都有其适用范围，认识知识的变化性和无穷性，培养献身于科学的时代精神。
教学重点牛顿运动定律的适用范围。
教学难点高速运动的物体，速度和质量之间的关系。
教学方法探究、讲授、讨论、练习教具准备多媒体课件教学过程［新课导入］经典力学的基础是牛顿运动定律，万有引力定律更是树立了人们对牛顿物理学的尊敬。
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。
著名物理学家杨振宁曾赞颂道：“如果一定要举出某个人、某一天作为近代科学诞生的标志，我选牛顿《自然哲学的数学原理》在1687年出版的那一天。
”是的，从地面上物体的运动到天体的运动；从大气的流动到地壳的变动；从拦河筑坝，修建桥梁到设计各种机械；从自行车到汽车、火车、飞机等现代交通工具的运动；从投出篮球到发射导弹、人造卫星、宇宙飞船……所有这些都服从经典力学的规律。
经典力学在如此广阔的领域里与实际相符合，显示了牛顿运动定律的正确性和经典力学的魅力。
但是，像一切科学一样，经典力学没有也不会穷尽一切真理，它也有自己的局限性，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？有怎样的局限性呢？这节课我们就来了解这方面的知识。
［新课教学］一、从低速到高速请同学们阅读教材“从低速到高速”部分，回答低速与高速的概念、质速关系、速度合成的两个公式。
1．低速与高速（1）低速运动经典力学中各种物体的运动，速度都远小于真空中的光速。
6. 5 宇宙航行6.6经典力学的局限性一、教学目标1、了解人造卫星的有关知识．2、知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度．3、知道牛顿运动定律的适用范围．二、重点难点重点：1、对第一宇宙速度的推导过程和方法，了解第一宇宙速度的应用领域。
2、人造地球卫星的发射速度与运行速度的区别。
3、识记第二宇宙速度及第三宇宙速度，了解一些卫星变轨知识。
难点：1、对第一宇宙速度的推导过程和方法2、一些卫星变轨知识三、巩固练习1、同步卫星是指相对于地面不动的人造卫星（ ）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的值B.它可以在地面上任一点的正下方，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的值D.它只能在赤道的正上方，切离地心的距离是一定的2、两颗人造卫星A 、B 绕地球做圆周运动，周期之比为 A T ∶B T =1∶8，则轨道把轨道半径之比和运行速度之比分别为( )A.A R ∶B R = 4∶1 A V ∶B V = 1∶2B.A R ∶B R = 4∶1 A V ∶B V = 2∶1C.A R ∶B R = 1∶4 A V ∶B V = 1∶2D.A R ∶B R = 1∶4 A V ∶B V = 2∶13、可发射一颗人造卫星，使其圆轨道满足下列条件（ ）A 、与地球表面上某一纬度线（非赤道）是共面的同心圆B 、与地球表面上某一经度线是共面的同心圆C 、与地球表面上的赤道线是共面同心圆,且卫星相对地面是运动的D 、与地球表面上的赤道线是共面同心圆,且卫星相对地面是静止的4、关于人造卫星，下列说法正确的是（ ）A.人造卫星环绕地球的运行的速度可能为5.0km/sB.人造卫星环绕地球的运行的速度可能为7.9km/sC.人造卫星环绕地球的运行的周期可能为80minD.人造卫星环绕地球的运行的周期可能为200min5、当人造地球卫星已进入预定轨道后，下列说法正确的是（ ）A.卫星及卫星内的任何物体均不受重力作用B.卫星及卫星内的任何物体仍受重力作用，可用弹簧秤直接称出物体所受的重力的大小C.如果卫星自然破裂成质量不等的两块，则这两块仍按原来的轨道和周期运行D.如果在卫星内有一个物体自由释放，则卫星内观察者将可以看到物体做自由落体运动6、同步卫星离地心的距离为r ，运行速度为1V ，加速度1a ，地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度2a 第一宇宙速度为2V ，地球的半径为R ，则（ ）A ．R r a a =21B ．r R a a =21 c ．r R V V =21 D ．2221rR V V = 7、关于第一宇宙速度，下列说法错误的是（ ）A.它是人造地球卫星绕地球运行的最小速度B.它是人造地球卫星在近地轨道运行的最大速度C.它是人造地球卫星进入近地轨道的最小发射速度D.从人造卫星环绕地球运行的速度rgR V 2=，把卫星发射到越远的地方越容易 8、人造卫星在环绕地球做圆周运动时，卫星中物体处于失重状态是指（ ）A.不受地球重力，而只受向心力的作用B.失重状态是指物体失去地球的重力作用C.对支持它的物体的压力或拉力为零D.受到地球引力和离心力的合力为零9、人造地球卫星围绕地球作匀速圆周运动，其速率（ ）A.一定等于7.9s km /B.一定大于7.9s km /C.等于或小于7.9s km /D.介于7.9～11.2s km /之间10、关于人造卫星下列说法正确的是（ ）A.如果人造卫星因受到空气阻力，所以其运转半径逐渐减小B.如果人造卫星的轨道半径是地球半径的n 倍的同步卫星的向心加速度是地面附近重力加速度的 n1 C.如果人造卫星的轨道半径是地球半径的n 倍的同步卫星的向心加速度是地面附近重力加速度的21nD.如果人造卫星的轨道半径是地球半径的n 倍的同步卫星的向心加速度是地面附近重力加速度的 n11、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“神州”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12、一颗人造地球卫星离地面高R h 3 （R 为地球的半径）。
教学资料参考范本【2019-2020】高中物理第六章万有引力与航天6经典力学的局限性教学案新人教版必修2撰写人：__________________部门：__________________时间：__________________[学习目标] 1.了解经典力学的发展历程和伟大成就.2.认识经典力学的局限性和适用范围.3.初步了解微观和高速世界中的奇妙现象.4.知道相对论、量子力学和经典力学的关系.一、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＝，两者在速度远小于光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，在不同的参考系中测量结果不同.二、从宏观到微观1.电子、质子、中子等微观粒子不仅具有粒子性，同时还具有波动性，它们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.三、从弱引力到强引力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.[即学即用] 判断下列说法的正误.(1)洲际导弹的速度有时可达到6 000 m/s，此速度在相对论中属于高速.(×)(2)质量是物体的固有属性，任何时候都不会变.(×)(3)对于高速运动的物体，它的质量随着速度的增大而增大.(√)(4)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.(√)(5)光线经过任何物体附近时都是沿直线传播的.(×)一、从低速到高速[导学探究]1.地球绕太阳公转的速度是3×104 m/s，设在美国伊利诺斯州费米实验室的圆形粒子加速器可以把电子加速到0.999 999 999 987倍光速的速度，请思考：(1)地球的公转速度在狭义相对论中属于低速还是高速？被加速器加速后的电子的速度呢？(2)加速后电子的质量比电子的静止质量增大了还是减小了？答案(1)地球公转速度属于低速，被加速器加速后的电子的速度属于高速.(2)加速后电子的质量比电子的静止质量增大了.2.在经典力学和狭义相对论中，位移和时间的测量结果在不同的参考系中有何区别？答案在经典力学中，同一过程的位移和时间的测量结果在不同参考系中是相同的；在狭义相对论中，同一过程的位移和时间的测量结果在不同参考系中是不同的.[知识深化]1.低速与高速(1)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皆为低速运动物体.(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，这样的速度称为高速.2.速度对质量的影响(1)在经典力学中，物体的质量不随运动状态的改变而改变.(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＝，其中m0是物体静止时的质量，m是物体速度为v时的质量，c是真空中的光速.在高速运动时，质量的测量结果是与运动状态密切相关的.3.速度对物理规律的影响对于低速运动问题，一般用经典力学规律来处理.对于高速运动问题，经典力学已不再适用，需要用相对论知识来处理.4.位移、时间与参考系的关系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，在不同的参考系中测量结果不同.例1 一个原来静止的电子，经电场加速后速度为v＝6×106 m/s.问电子的质量增大了还是减小了？改变了百分之几？答案增大了0.02%解析根据爱因斯坦的狭义相对论m＝，得加速后的质量增大了，且m＝＝≈1.000 2m0，所以改变的百分比为×100%＝0.02%.例2 根据爱因斯坦的狭义相对论，质量要随着物体运动速度的增大而增大，即m＝ .请讨论：(1)如果你使一个物体加速、加速、再加速，它的速度会增加到等于光速甚至大于光速吗？为什么？(2)光有静止质量吗？如果有，情况将会怎样？答案见解析解析(1)由m＝知：当v＝c时，m应是无穷大.物体加速时，随着速度的不断增大，物体质量不断增大，产生加速度所需要的力会随之不断增大，使加速越来越困难，因此一个物体不管怎样加速，它的速度不会等于甚至大于光速.(2)光没有静止质量.若光有静止质量，当光传播时速度为c，由m＝，它传播时的质量会无穷大，光照射到物体上，如同一个质量无穷大的物体以光速砸到被照射物体上，后果不堪设想.二、从宏观到微观[导学探究]1.粒子对撞机可以把质子加速到接近于光速.如图1，经典力学是否适用于质子束的运动规律？如何研究质子束的运动规律？图1答案不适用.经典力学只适用于宏观低速运动，描述微观高速粒子的运动要用到量子力学.2.如图2所示，“黑洞”是爱因斯坦广义相对论中预言的一种特殊天体.它的密度极大，对周围的物质(包括光)有极强的吸引力，在研究“黑洞”时，经典力学还适用吗？如何研究“黑洞”问题？图2答案不适用.经典力学适用于弱引力问题，而“黑洞”问题属于强引力问题，经典力学不再适用，可以利用爱因斯坦的广义相对论研究“黑洞”问题.[知识深化] 经典力学与相对论、量子理论的比较1.区别2.联系(1)当物体的运动速度远小于光速时，相对论物理学与经典物理学的结论没有区别.(2)当另一个重要常数即“普朗克常量”可以忽略不计时，量子力学和经典力学的结论没有区别.(3)相对论和量子力学并没有否定经典力学，经典力学是二者在一定条件下的特殊情形.例3 关于经典力学、狭义相对论和量子力学，下列说法中正确的是( )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.经典力学包含于相对论之中，经典力学是相对论的特例C.经典力学只适用于宏观物体的运动，量子力学只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答案B解析相对论没有否定经典力学，经典力学是相对论在一定条件下的特殊情形，选项A错误，B正确.经典力学适用于宏观、低速、弱引力的领域，选项C、D错误.例4 (多选)爱因斯坦的引力理论成就表现在( )A.预言和发现了冥王星和海王星B.水星近日点旋进存在每百年43″的附加值C.光线在经过大质量星体附近时会发生偏转现象D.天体间的引力与半径的平方成反比答案BC解析冥王星和海王星的轨道是根据万有引力定律和牛顿运动定律计算得出的，天体间的引力与半径的平方成反比是万有引力定律的内容，故应选B、C理解相对论和量子力学的两点注意：(1)相对论和量子力学不是科学家的主观臆想，是经过实验证实的，相对论和量子力学所描述的现象是高速世界、微观世界确定存在的事实. (2)理解相对论和量子力学需要增强对高速世界、微观世界的感性认识，跳出已有的对低速、宏观领域的固有思维和认识.1.(经典力学的适用范围)以牛顿运动定律为基础的经典力学的适用范围是( )A.低速宏观弱引力下的运动问题B.高速微观弱引力下的运动问题C.低速微观强引力下的运动问题D.高速宏观强引力下的运动问题答案A2.(经典力学、量子力学和狭义相对论)下列说法中正确的是( )A.经典力学适用于任何情况下的任何物体B.狭义相对论否定了经典力学C.量子力学能够描述微观粒子运动的规律性D.万有引力定律也适用于强相互作用力答案C解析经典力学只适用于宏观、低速、弱引力的情况，故A项是错误的；狭义相对论没有否定经典力学，在宏观低速情况下，相对论的结论与经典力学没有区别，故B项是错误的；量子力学正确描述了微观粒子运动的规律性，故C项是正确的；万有引力定律只适用于弱相互作用力，而对于强相互作用力是不适用的，故D项是错误的.3.(相对论质速关系)(多选)对于公式m＝，下列说法中正确的是( )A.式中的m0是物体以速度v运动时的质量B.当物体的运动速度v>0时，物体的质量m>m0，即物体的质量改变了，故经典力学不再适用C.当物体以较小速度运动时，质量变化十分微弱，经典力学理论仍然适用，只有当物体以接近光速运动时，质量变化才明显，故经典力学适用于低速运动，而不适用于高速运动D.通常由于物体的运动速度很小，故质量的变化让我们感觉不到，在分析地球上物体的运动时，不必考虑质量的变化答案CD解析公式中m0是物体静止时的质量，m是物体以速度v运动时的质量，A错.由公式可知，只有当v接近光速时，物体的质量变化才明显，一般情况下物体的质量变化十分微小，故经典力学仍然适用，故B错，C、D正确.4.(相对论质速关系)在粒子对撞机中，有一个电子经过高电压加速，速度达到0.5c，则此时电子的质量变为静止时的多少倍.答案 1.155解析由于电子的速度接近光速，所以质量变化明显，根据爱因斯坦狭义相对论中运动质量与静止质量的关系得m＝＝≈1.155m0.。
6.5 宇宙航行一、教材分析“宇宙航行”是人教版—普通高中《物理》教材·必修2—第六章“万有引力与航天”的第五小节。
主要介绍了万有引力定律的实践成就，及航天事业的发展及其巨大成果。
教材不但介绍了人造卫星中一些基本理论，更是在其中渗透了很多研究实际物理问题的物理方法。
因此，本节课是“万有引力与航天”中的重点内容，是学生进一步学习研究天体物理问题的理论基础。
人造卫星是万有引力定律在天文学上应用的一个实例，是学生学习、了解现代科技知识的一个极好素材。
通过对人造卫星原理、宇宙速度等宇宙航行知识的学习，学生不仅可以对万有引力定律有个更全面、更深入的认识，对人类进行宇宙航行有一个更为系统的了解，还有助于培养学生利用所学知识分析、解决实际问题的能力。
同时，也会让学生产生对航天科学的热爱，增强民族自豪感和自信心。
二、教学设计思路1.本节课是一节知识应用与扩展的课程，所以设计时注意加大知识含量，引起学生兴趣。
同时注意方法的培养，让学生养成用万有引力是天体运动的向心力这一基本方法研究问题的习惯，避免套公式的不良习惯。
围绕第一宇宙速度的讨论，让学生形成较正确的卫星运动图景。
2. 本课的教学设计中教师的主导作用表现为：积极创设问题情境、启发学生思维；学生的主体作用为：动脑、动口、动手。
而电教媒体则为这一切提供丰富的信息资源和交互平台。
3.运用现代教育技术能够扩展可视性，实现对现实的形象模拟。
本电教设计精心挑选了多媒体素材，对媒体的运用，力求体现引导认知性、体现逻辑性和现实模拟的真实性。
在每个环节，先用媒体让学生形成感性认知，以问题为中心，学生在观察与体验中思考，自觉地由浅入深，由感性到理性分层探索，再通过师生的讨论、分析、概括及应用，实现由感性认识上升为理性认识的飞跃。
将思维的发展贯穿于知识认知的全过程，是本课的一条主线。
多媒体素材的使用：图片（由嫦娥奔月、飞天壁画、神舟七号飞船等图片切入课题，增强学生对物理学科的亲切感，诱发学习动机）；Flash课件（1：牛顿关于人造卫星的猜想；2：在动态变化过程中认知三种宇速；3：卫星的运动特征）；视频录像（神七出仓、“嫦娥一号”发射全程：激发学生热情和兴趣，实现对现实的形象模拟，让学生体验科学的整体感）。
第五节宇宙航行第六节经典力学的局限性1．知道三个宇宙速度的含义,会推导第一宇宙速度。
2．认识同步卫星的特点。
3．了解人造卫星的相关知识和我国卫星发射的情况以及人类对太空的探索历程。
4．了解经典力学的发展历程和伟大成就，认识经典力学的局限性和适用范围。
5．初步了解微观和高速世界中的奇妙现象。
6．了解科学理论的相对性，体会科学理论是不断发展和完善的。
1.宇宙速度（1)牛顿设想：如图所示，当物体被抛出的速度足够大时,它将围绕地球旋转而不再落回地面,成为一颗错误!人造地球卫星。
（2)人造地球卫星运动规律一般情况下可认为人造卫星绕地球做错误!匀速圆周运动，向心力由地球对它的错误!万有引力提供.（3)近地卫星速度设地球质量为M,飞行器质量为m,绕地球做匀速圆周运动的线速度为v，轨道半径可以近似为地球半径R,飞行器运动所需的向心力由万有引力提供,即错误!G错误!＝m错误!，解得v＝错误!错误!，代入数值后v＝错误!7.9 km/s。
（4）三个宇宙速度2．梦想成真(1)1957年10月4日,世界上第一颗人造地球卫星在□，14苏联发射成功。
(2)1961年4月12日，苏联空军少校错误!加加林进入了东方一号载人飞船，铸就了人类进入太空的丰碑.(3)1969年7月，美国阿波罗11号飞船登上错误!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错误!杨利伟送入太空.3．经典力学的局限性（1）经典力学的成就牛顿运动定律和万有引力定律在□，18宏观、错误!低速、错误!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）经典力学的局限性①牛顿力学即经典力学，它只适用于错误!宏观、错误!低速运动的物体，不适用于错误!微观和错误!高速运动的物体.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错误!增大。
6．经典力学的局限性三维目标知识与技能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。
过程与方法通过阅读课文体会一切科学都有自己的局限性，新的理论会不断完善和补充旧的理论，人类对科学的认识是无止境的。
情感、态度与价值观通过对牛顿力学适用范围的讨论，使学生知道物理中的结论和规律一般都有其适用范围，认识知识的变化性和无穷性，培养献身于科学的时代精神。
教学重点牛顿运动定律的适用范围。
教学难点高速运动的物体，速度和质量之间的关系。
教学方法探究、讲授、讨论、练习教具准备多媒体课件教学过程［新课导入］经典力学的基础是牛顿运动定律，万有引力定律更是树立了人们对牛顿物理学的尊敬。
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。
著名物理学家杨振宁曾赞颂道：“如果一定要举出某个人、某一天作为近代科学诞生的标志，我选牛顿《自然哲学的数学原理》在1687年出版的那一天。
”是的，从地面上物体的运动到天体的运动；从大气的流动到地壳的变动；从拦河筑坝，修建桥梁到设计各种机械；从自行车到汽车、火车、飞机等现代交通工具的运动；从投出篮球到发射导弹、人造卫星、宇宙飞船……所有这些都服从经典力学的规律。
经典力学在如此广阔的领域里与实际相符合，显示了牛顿运动定律的正确性和经典力学的魅力。
但是，像一切科学一样，经典力学没有也不会穷尽一切真理，它也有自己的局限性，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？有怎样的局限性呢？这节课我们就来了解这方面的知识。
［新课教学］一、从低速到高速请同学们阅读教材“从低速到高速”部分，回答低速与高速的概念、质速关系、速度合成的两个公式。
1．低速与高速（1）低速运动经典力学中各种物体的运动，速度都远小于真空中的光速。
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编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（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）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。
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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 错误!＝G 错误!，解得：v ＝错误!.(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＝错误! m/s＝7.9 km/s。
3．宇宙速度数值意义第一宇宙速度7。
9 km/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（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。
6 经典力学的局限性[学习目标] 1.了解经典力学的发展历程和伟大成就.2.认识经典力学的局限性和适用范围.3.初步了解微观和高速世界中的奇妙现象.4.知道相对论、量子力学和经典力学的关系.一、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 ＝m 01－v 2c2，两者在速度远小于光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，在不同的参考系中测量结果不同. 二、从宏观到微观1.电子、质子、中子等微观粒子不仅具有粒子性，同时还具有波动性，它们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. 三、从弱引力到强引力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. [即学即用] 判断下列说法的正误.(1)洲际导弹的速度有时可达到6 000 m/s ，此速度在相对论中属于高速.(×)(2)质量是物体的固有属性，任何时候都不会变.(×)(3)对于高速运动的物体，它的质量随着速度的增大而增大.(√)(4)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.(√) (5)光线经过任何物体附近时都是沿直线传播的.(×)一、从低速到高速[导学探究]1.地球绕太阳公转的速度是3×104m/s ，设在美国伊利诺斯州费米实验室的圆形粒子加速器可以把电子加速到0.999 999 999 987倍光速的速度，请思考：(1)地球的公转速度在狭义相对论中属于低速还是高速？被加速器加速后的电子的速度呢？ (2)加速后电子的质量比电子的静止质量增大了还是减小了？答案 (1)地球公转速度属于低速，被加速器加速后的电子的速度属于高速. (2)加速后电子的质量比电子的静止质量增大了.2.在经典力学和狭义相对论中，位移和时间的测量结果在不同的参考系中有何区别？ 答案 在经典力学中，同一过程的位移和时间的测量结果在不同参考系中是相同的；在狭义相对论中，同一过程的位移和时间的测量结果在不同参考系中是不同的. [知识深化] 1.低速与高速(1)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皆为低速运动物体.(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，这样的速度称为高速. 2.速度对质量的影响(1)在经典力学中，物体的质量不随运动状态的改变而改变.(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 ＝m 01－v 2c 2，其中m 0是物体静止时的质量，m 是物体速度为v 时的质量，c 是真空中的光速.在高速运动时，质量的测量结果是与运动状态密切相关的. 3.速度对物理规律的影响对于低速运动问题，一般用经典力学规律来处理.对于高速运动问题，经典力学已不再适用，需要用相对论知识来处理. 4.位移、时间与参考系的关系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，在不同的参考系中测量结果不同.例1 一个原来静止的电子，经电场加速后速度为v ＝6×106m/s.问电子的质量增大了还是减小了？改变了百分之几？ 答案 增大了 0.02%解析 根据爱因斯坦的狭义相对论m ＝m 01－v 2c2，得加速后的质量增大了，且m ＝m 01－v 2c2＝m 01－(6×106)2(3×108)2≈1.000 2m 0，所以改变的百分比为m －m 0m 0×100%＝0.02%. 例2 根据爱因斯坦的狭义相对论，质量要随着物体运动速度的增大而增大，即m ＝m 01－v 2c2.请讨论：(1)如果你使一个物体加速、加速、再加速，它的速度会增加到等于光速甚至大于光速吗？为什么？(2)光有静止质量吗？如果有，情况将会怎样？ 答案 见解析 解析 (1)由m ＝m 01－v 2c2知：当v ＝c 时，m 应是无穷大.物体加速时，随着速度的不断增大，物体质量不断增大，产生加速度所需要的力会随之不断增大，使加速越来越困难，因此一个物体不管怎样加速，它的速度不会等于甚至大于光速.(2)光没有静止质量.若光有静止质量，当光传播时速度为c ，由m ＝m 01－v 2c2，它传播时的质量会无穷大，光照射到物体上，如同一个质量无穷大的物体以光速砸到被照射物体上，后果不堪设想. 二、从宏观到微观 [导学探究]1.粒子对撞机可以把质子加速到接近于光速.如图1，经典力学是否适用于质子束的运动规律？如何研究质子束的运动规律？图1答案 不适用.经典力学只适用于宏观低速运动，描述微观高速粒子的运动要用到量子力学. 2.如图2所示，“黑洞”是爱因斯坦广义相对论中预言的一种特殊天体.它的密度极大，对周围的物质(包括光)有极强的吸引力，在研究“黑洞”时，经典力学还适用吗？如何研究“黑洞”问题？图2答案不适用.经典力学适用于弱引力问题，而“黑洞”问题属于强引力问题，经典力学不再适用，可以利用爱因斯坦的广义相对论研究“黑洞”问题.[知识深化] 经典力学与相对论、量子理论的比较1.区别2.联系(1)当物体的运动速度远小于光速时，相对论物理学与经典物理学的结论没有区别.(2)当另一个重要常数即“普朗克常量”可以忽略不计时，量子力学和经典力学的结论没有区别.(3)相对论和量子力学并没有否定经典力学，经典力学是二者在一定条件下的特殊情形.例3关于经典力学、狭义相对论和量子力学，下列说法中正确的是( )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.经典力学包含于相对论之中，经典力学是相对论的特例C.经典力学只适用于宏观物体的运动，量子力学只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答案 B解析相对论没有否定经典力学，经典力学是相对论在一定条件下的特殊情形，选项A错误，B正确.经典力学适用于宏观、低速、弱引力的领域，选项C、D错误.例4(多选)爱因斯坦的引力理论成就表现在( )A.预言和发现了冥王星和海王星B.水星近日点旋进存在每百年43″的附加值C.光线在经过大质量星体附近时会发生偏转现象D.天体间的引力与半径的平方成反比答案BC解析冥王星和海王星的轨道是根据万有引力定律和牛顿运动定律计算得出的，天体间的引力与半径的平方成反比是万有引力定律的内容，故应选B、C理解相对论和量子力学的两点注意：(1)相对论和量子力学不是科学家的主观臆想，是经过实验证实的，相对论和量子力学所描述的现象是高速世界、微观世界确定存在的事实.(2)理解相对论和量子力学需要增强对高速世界、微观世界的感性认识，跳出已有的对低速、宏观领域的固有思维和认识.1.(经典力学的适用范围)以牛顿运动定律为基础的经典力学的适用范围是( ) A.低速宏观弱引力下的运动问题 B.高速微观弱引力下的运动问题 C.低速微观强引力下的运动问题 D.高速宏观强引力下的运动问题 答案 A2.(经典力学、量子力学和狭义相对论)下列说法中正确的是( ) A.经典力学适用于任何情况下的任何物体 B.狭义相对论否定了经典力学C.量子力学能够描述微观粒子运动的规律性D.万有引力定律也适用于强相互作用力 答案 C解析 经典力学只适用于宏观、低速、弱引力的情况，故A 项是错误的；狭义相对论没有否定经典力学，在宏观低速情况下，相对论的结论与经典力学没有区别，故B 项是错误的；量子力学正确描述了微观粒子运动的规律性，故C 项是正确的；万有引力定律只适用于弱相互作用力，而对于强相互作用力是不适用的，故D 项是错误的. 3.(相对论质速关系)(多选)对于公式m ＝m 01－v 2c2，下列说法中正确的是( )A.式中的m 0是物体以速度v 运动时的质量B.当物体的运动速度v >0时，物体的质量m >m 0，即物体的质量改变了，故经典力学不再适用C.当物体以较小速度运动时，质量变化十分微弱，经典力学理论仍然适用，只有当物体以接近光速运动时，质量变化才明显，故经典力学适用于低速运动，而不适用于高速运动D.通常由于物体的运动速度很小，故质量的变化让我们感觉不到，在分析地球上物体的运动时，不必考虑质量的变化 答案 CD解析 公式中m 0是物体静止时的质量，m 是物体以速度v 运动时的质量，A 错.由公式可知，只有当v 接近光速时，物体的质量变化才明显，一般情况下物体的质量变化十分微小，故经典力学仍然适用，故B 错，C 、D 正确.4.(相对论质速关系)在粒子对撞机中，有一个电子经过高电压加速，速度达到0.5c ，则此时电子的质量变为静止时的多少倍. 答案 1.155解析 由于电子的速度接近光速，所以质量变化明显，根据爱因斯坦狭义相对论中运动质量与静止质量的关系得m ＝m 01－v 2c2＝m 01－14≈1.155m 0.。
第五节 宇宙航行第六节 经典力学的局限性[学习目标] 1.会推导第一宇宙速度，知道第二宇宙速度和第三宇宙速度． 2.了解人造卫星的有关知识，知道近地卫星、同步卫星的特点． 3.了解经典力学的发展历程和伟大成就，知道经典力学与相对论、量子力学的关系．[学生用书P 50]一、宇宙速度(阅读教材P 44～P 45)1．人造地球卫星的发射原理(1)牛顿的设想：在高山上水平抛出一个物体，当初速度足够大时，它将会围绕地球旋转而不再落回地球表面，成为一颗绕地球转动的人造地球卫星．(2)的万有引力提供，即G Mm r 2＝m v 2r 2．宇宙速度(1)第一宇宙速度v Ⅰ：卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，v Ⅰ＝7.9 km/s. (2)第二宇宙速度v Ⅱ：使卫星挣脱地球引力束缚的最小地面发射速度，v Ⅱ＝11.2 km/s. (3)第三宇宙速度v Ⅲ：使卫星挣脱太阳引力束缚的最小地面发射速度，v Ⅲ＝16.7 km/s. 拓展延伸►———————————————————(解疑难)第一宇宙速度的两种推导方法方法1：根据GMm r 2＝mv 2r，应用近地条件r ＝R (R 为地球半径)，R ＝6 400 km ，地球质量M ＝6×1024 kg ，代入数据得v ＝GMR＝7.9 km/s.方法2：在地球表面附近，重力等于万有引力，此力提供卫星做匀速圆周运动的向心力．(已知地球半径为R 、地球表面处的重力加速度为g )由mg ＝m v 2R，得v ＝gR ＝9.8×6 400×103 m/s ＝7.9 km/s.1.(1)在地面上发射人造卫星的最小速度是7.9 km/s.( )(2)在地面上发射火星探测器的速度应为11.2 km/s<v <16.7 km/s.( )(3)要发射离开太阳系进入银河系的探测器，所需发射速度至少为16.7 km/s.( ) (4)要发射一颗月球卫星，在地面的发射速度应大于16.7 km/s.( ) 提示：(1)√ (2)√ (3)√ (4)×二、从低速到高速、从宏观到微观、从弱引力到 强引力(阅读教材P 48～P 51)1．经典力学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．从低速到高速(1)狭义相对论阐述了物体在以接近光速运动时所遵从的规律． (2)经典力学认为，物体的质量m 不随运动状态改变，长度和时间的测量与参考系无关． (3)狭义相对论指出，质量要随物体运动速度的增大而增大．位移和时间的测量在不同的参考系中是不同的．3．从宏观到微观电子、质子、中子等微观粒子不仅具有粒子性，同时还具有波动性，它们的运动规律在很多情况下不能用经典力学来说明，而量子力学能够很好地描述微观粒子的运动规律．4．从弱引力到强引力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．5．经典力学与近代物理学的关系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“普朗克常量h (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．2.(1)第三宇宙速度在相对论中属于高速．( )(2)质量是物体的固有属性，任何时候都不会变．( )(3)对于高速运动的物体，它的质量随速度的增大而变大．( ) (4)万有引力定律对强相互作用也适用．( ) 提示：(1)× (2)× (3)√ (4)×第一宇宙速度的计算[学生用书P 51]第一宇宙速度是在地面发射卫星的最小速度，也是近地圆轨道上卫星的运行速度．计算第一宇宙速度有两种方法：(1)由G Mm R 2＝m v 2R 得：v ＝GMR；(2)由mg ＝m v 2R得：v ＝gR .——————————(自选例题，启迪思维)(2015·衡水高一检测)某人在一星球上以速率v 竖直上抛一物体，经时间t 后，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．[思路探究] (1)物体做什么性质的运动？该星球表面的重力加速度为多少？ (2)计算第一宇宙速度用公式________较为简单．[解析] 根据匀变速运动的规律可得，该星球表面的重力加速度为g ＝2vt，该星球的第一宇宙速度，即为卫星在其表面附近绕星球做匀速圆周运动的线速度，该星球对卫星的引力(重力)提供卫星做圆周运动的向心力，则mg ＝m v 21R，该星球表面的第一宇宙速度为v 1＝gR ＝2vR t. [答案] 2vRt(2014·高考江苏卷)已知地球的质量约为火星质量的10倍，地球的半径约为火星半径的2倍，则航天器在火星表面附近绕火星做匀速圆周运动的速率约为( )A ．3.5 km/sB ．5.0 km/sC ．17.7 km/sD ．35.2 km/s[解析] 由G Mm r 2＝m v 2r 得，对于地球表面附近的航天器有：G Mm r 2＝mv 21r，对于火星表面附近的航天器有：GM ′m r ′2＝mv 22r ′，由题意知M ′＝110M 、r ′＝r2，且v 1＝7.9 km/s ，联立以上各式得v 2≈3.5 km/s，选项A 正确．[答案] A[规律总结] 推导地球上第一宇宙速度的方法也可以推广运用到其他星球上去．即知道了某个星球的质量M 和半径R ，或该星球的半径R 及星球表面的重力加速度g ，可以用同样的方法，求得该星球上的第一宇宙速度．人造地球卫星[学生用书P 52] 1．卫星轨道卫星绕地球运动的轨道可以是椭圆轨道，也可以是圆轨道． 卫星绕地球沿椭圆轨道运行时，地心位于椭圆的一个焦点上，其周期和半长轴的关系遵循开普勒第三定律．卫星绕地球沿圆轨道运行时，由于地球对卫星的万有引力提供卫星绕地球运动的向心力，而万有引力指向地心，所以，地心必须是卫星圆轨道的圆心．卫星的轨道平面可以在赤道平面内(如同步卫星)，也可以和赤道平面垂直，还可以和赤道平面成任意角度，如图所示．2．人造地球卫星的线速度v 、角速度ω、周期T 、加速度a 与轨道半径r 的关系如下： 项目 推导式 关系式 结论v 与r 的关系G Mm r 2＝m v 2r v ＝GM r r 越大，v 越小 ω与r 的关系G Mmr2＝mr ω2 ω＝GM r 3 r 越大，ω越小 T 与r 的关系 G Mm r 2＝mr ⎝ ⎛⎭⎪⎫2πT 2 T ＝2πr 3GMr 越大，T 越大 a 与r 的关系G Mmr2＝ma a ＝GM r2r 越大，a 越小加速度越小．——————————(自选例题，启迪思维)在圆轨道上质量为m 的人造地球卫星，它到地面的距离等于地球的半径R ，地球表面的重力加速度为g ，则( )A ．卫星运动的线速度为2RgB ．卫星运动的周期为4π2RgC ．卫星的向心加速度为12gD ．卫星的角速度为12 g2R[解析] 万有引力提供向心力，有G Mm R ＋R 2＝m v 22R. 又g ＝GM R2，故v ＝ GM 2R ＝gR2，选项A 错误．T ＝2π×2R v ＝4πR 2gR ＝4π2R g ，选项B 正确．a ＝v 2r ＝v 22R ＝g4，选项C 错误．ω＝2πT ＝12 g 2R，选项D 正确．[答案] BD如图所示是在同一轨道平面上的三颗不同的人造地球卫星，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 <vB <v CB ．根据万有引力定律，可知卫星所受地球引力F A >F B >FC C ．角速度ωA >ωB >ωCD ．向心加速度a A <a B <a C[解析] 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 Mm r 2＝m v 2r＝m ω2r＝ma 得v ∝1r，ω∝1r 3，a ∝1r2.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未知，故无法确定卫星所受地球引力的大小关系，B 错．[答案] C(2013·高考海南卷)“北斗”卫星导航定位系统由地球静止轨道卫星(同步卫星)、中轨道卫星和倾斜同步卫星组成．地球静止轨道卫星和中轨道卫星都在圆轨道上运行，它们距地面的高度分别约为地球半径的6倍和3.4倍．下列说法正确的是( )A ．静止轨道卫星的周期约为中轨道卫星的2倍B ．静止轨道卫星的线速度大小约为中轨道卫星的2倍C ．静止轨道卫星的角速度大小约为中轨道卫星的17D ．静止轨道卫星的向心加速度大小约为中轨道卫星的17[思路点拨] 对两卫星，结合万有引力定律和牛顿第二定律导出周期、线速度、角速度、向心加速度的决定式，进行比较．[解析] 根据G Mm r 2＝m 4π2T 2r ，可得T ＝2πr 3GM ，代入数据，A 正确；根据G Mm r 2＝m v 2r，可得v ＝GM r ，代入数据，B 错误；根据G Mm r 2＝m ω2r ，可得ω＝GMr 3，代入数据，C 错误；根据G Mm r 2＝ma ，可得a ＝GMr2，代入数据，D 错误．[答案] A[名师点评] (1)地球卫星的a 、v 、ω、T 由地球的质量M 和卫星的轨道半径r 决定，当r 确定后，卫星的a 、v 、ω、T 便确定了，与卫星的质量、形状等因素无关，俗称“一(r )定四(a 、v 、ω、T )定”．(2)在处理卫星的v 、ω、T 与半径r 的关系问题时，常用公式“gR 2＝GM ”来替换出地球的质量M 会使问题解决起来更方便．同步卫星[学生用书P 52]同步卫星是指相对于地面静止的卫星，又叫通讯卫星，其特点如下： (1)同步卫星的运行方向和地球自转方向一致；(2)同步卫星的运转周期和地球自转周期相同，即T ＝24 h ； (3)同步卫星的运行角速度等于地球自转的角速度；(4)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)同步卫星的高度固定不变，由G Mm R ＋h 2＝m 4π2T 2(R ＋h )，mg ＝G MmR 2，得离地高度h ＝3.6×104km.——————————(自选例题，启迪思维)据报道，我国数据中继卫星“天链一号01星”于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/sB ．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 [解析] 由题中描述知“天链一号01星”是地球同步卫星，所以它运行的速度小于7.9 km/s ，离地高度一定，相对地面静止，故选项A 错误，选项B 正确．由于“天链一号01星”的周期(T 同＝1天)小于月球公转的周期(T 月＝27.3天)，由GMm r 2＝m 4π2T 2r ，ω＝2πT，运行的半径比月球绕地球运行的半径小知，绕行的角速度比月球绕地球运行的角速度大，故选项C正确．由a ＝ω2r 知，其向心加速度大于静止在赤道上物体的向心加速度，故选项D 错误．[答案] BC我国发射的“中星2A”通信广播卫星是一颗地球同步卫星．在某次实验中，某飞船在空中飞行了36 h ，环绕地球24圈．那么，该同步卫星与飞船在轨道上正常运转时相比较( )A ．同步卫星运转周期比飞船大B ．同步卫星运转速率比飞船大C ．同步卫星运转加速度比飞船大D ．同步卫星离地高度比飞船大[解析] 由万有引力定律和牛顿第二定律得G MmR ＋h 2＝⎩⎪⎨⎪⎧m v 2R ＋h ①m 4π2T R ＋h ②ma ③飞船的运行周期T ′＝3624 h ＝1.5 h<T ＝24 h ，故A 正确；由②得 R ＋h 3T 2＝GM 4π2，为恒量，得同步卫星离地高度h 大，故D 正确；由①得v ＝GM R ＋h ，所以同步卫星运转的速率小，B 错误；由③得a ＝GMR ＋h2，所以同步卫星运转的加速度小，C 错误． [答案] AD(2014·高考天津卷)研究表明，地球自转在逐渐变慢，3亿年前地球自转的周期约为22小时．假设这种趋势会持续下去，地球的其他条件都不变，未来人类发射的地球同步卫星与现在的相比( )A ．距地面的高度变大B ．向心加速度变大C ．线速度变大D ．角速度变大[解析] 地球的自转周期变大，则地球同步卫星的公转周期变大．由GMm R ＋h ＝m 4π2T (R ＋h )，得h ＝3GMT 24π2－R ，T 变大，h 变大，A 正确．由GMm r 2＝ma ，得a ＝GMr2，r 增大，a 减小，B 错误．由GMm r 2＝mv 2r ，得v ＝GM r ，r 增大，v 减小，C 错误．由ω＝2πT可知，角速度减小，D 错误．[答案] A[方法总结] 比较卫星运行参数的方法，利用结论“一定四定，越高越慢”判断．两个典型问题[学生用书P 52]1．卫星中的超、失重现象 (1)在卫星发射和回收过程中，具有向上的加速度，因此卫星中的物体处于超重状态(注意不是与物体在地面时所受重力相比)．(2)卫星进入轨道后，不论是圆周运动还是椭圆运动，卫星中的物体对其他物体不再有挤压或牵拉作用，处于完全失重状态，卫星中的仪器，凡是使用原理与重力有关的均不能使用．2．卫星的发射速度与绕行速度(1)发射速度是指将人造卫星送入预定轨道运行所必须具有的速度．要发射一颗人造卫星，发射速度不能小于第一宇宙速度．因此，第一宇宙速度又是最小的发射速度．卫星离地面越高，卫星的发射速度越大，贴近地球表面的卫星(近地卫星)的发射速度最小，其运行速度即第一宇宙速度．(2)绕行速度是指卫星在进入轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度．根据v ＝GM r可知，卫星越高，半径越大，卫星的绕行速度(环绕速度)就越小．——————————(自选例题，启迪思维)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 ．进入轨道做匀速圆周运动时，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[解析] 超重、失重是从重力和弹力的大小关系而定义的，当向上加速时超重，向下减速时(加速度方向向上)也超重，故选项A 、B 正确；卫星做匀速圆周运动时，万有引力(或重力)完全提供向心力，使卫星及卫星内的物体产生向心加速度，并处于完全失重状态，故选项C 正确，选项D 错误．[答案] ABC(2015·莆田高一检测)航天员王亚平在“神舟十号”飞船中进行了首次太空授课．下列关于飞船发射和在圆轨道上运行时的说法中，正确的是( )A ．飞船的发射速度和运行速度都等于7.9 km/sB ．飞船的发射速度大于7.9 km/s ，运行速度小于7.9 km/sC ．飞船比同步卫星的发射速度和运行速度都大D ．王亚平空中授课中的水球实验是在发射过程进行的 [解析] 由于飞船的轨道半径r >R ，则发射速度大于7.9 km/s ，运行速度小于7.9 km/s ，故A 错B 对．飞船的轨道半径比同步卫星的小，故飞船的发射速度小，运行速度大，C 错．水球实验只能在完全失重状态下完成，D 错．[答案] B地球赤道上有一物体随地球的自转而做圆周运动，所受的向心力为F 1，向心加速度为a 1，线速度为v 1，角速度为ω1；绕地球表面附近做圆周运动的人造卫星(高度忽略)所受的向心力为F 2，向心加速度为a 2，线速度为v 2，角速度为ω2；地球同步卫星所受的向心力为F 3，向心加速度为a 3，线速度为v 3，角速度为ω3.地球表面重力加速度为g ，第一宇宙速度为v ，假设三者质量相等，则( )A ．F 1＝F 2>F 3B ．a 1＝a 2＝g >a 3C ．v 1＝v 2＝v >v 3D ．ω1＝ω3<ω2[解析] 赤道上物体随地球自转的向心力为万有引力与支持力的合力，近地卫星的向心力等于万有引力，同步卫星的向心力为同步卫星所在处的万有引力，故有F 1<F 2，F 2>F 3，加速度：a 1<a 2，a 2＝g ，a 3<a 2；线速度：v 1＝ω1R ，v 3＝ω3(R ＋h )，其中ω1＝ω3，因此v 1<v 3，而v 2>v 3；角速度ω＝v r，故有ω1＝ω3<ω2.[答案] D[规律总结] 同步卫星、近地卫星、赤道上的物体的比较 (1)相同点①都以地心为圆心做匀速圆周运动．②同步卫星与赤道上的物体具有相同的周期和角速度． (2)不同点 ①同步卫星、近地卫星均由万有引力提供向心力；而赤道上的物体是万有引力的一个分力提供向心力．②三者的向心加速度各不相同．近地卫星的向心加速度a ＝GM R2，同步卫星的向心加速度可用a ＝GM r2或a ＝r ω2求解，而赤道上物体的向心加速度只可用a ＝R ω2求解．③三者的线速度大小也各不相同．近地卫星v ＝GMR ＝gR ，同步卫星v ＝GM r＝r ·ω，而赤道上的物体v ＝R ·ω.[学生用书P 53]典型问题——卫星变轨问题卫星在运动中的“变轨”有两种情况：离心运动和向心运动．当万有引力恰好提供卫星所需的向心力，即G Mm r 2＝m v 2r时，卫星做匀速圆周运动；当某时刻速度发生突变，所需的向心力也会发生突变，而突变瞬间万有引力不变．1．制动变轨：卫星的速率变小时，使得万有引力大于所需向心力，即G Mm r 2>m v 2r，卫星做近心运动，轨道半径将变小．所以要使卫星的轨道半径变小，需开动反冲发动机使卫星做减速运动．2．加速变轨：卫星的速率变大时，使得万有引力小于所需向心力，即G Mm r 2<m v 2r，卫星做离心运动，轨道半径将变大．所以要使卫星的轨道半径变大，需开动反冲发动机使卫星做加速运动．[范例]2013年12月10日21时20分，“嫦娥三号”发动机成功点火，开始实施变轨控制，由距月面平均高度100 km 的环月轨道成功进入近月点高度15 km 、远月点高度100 km 的椭圆轨道．关于“嫦娥三号”，下列说法正确的是( )A ．“嫦娥三号”的发射速度大于7.9 km/sB ．“嫦娥三号”在环月轨道上的运行周期大于在椭圆轨道上的运行周期C ．“嫦娥三号”变轨前沿圆轨道运动的加速度大于变轨后通过椭圆轨道远月点时的加速度D ．“嫦娥三号”变轨前需要先点火加速[解析] 7.9 km/s 是人造卫星的最小发射速度，要想往月球发射人造卫星，发射速度必须大于7.9 km/s ，A 对；“嫦娥三号”距月面越近运行周期越小，B 对；飞船变轨前沿圆轨道运动时只有万有引力产生加速度，变轨后通过椭圆轨道远月点时也是只有万有引力产生加速度，所以两种情况下的加速度相等，C 错；“嫦娥三号”变轨前需要先点火减速，才能做近心运动，D 错．[答案] AB在发射同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后再次点火进入椭圆形的过渡轨道2，最后将卫星送入同步轨道3.轨道1、2相切于Q 点，2、3相切于P 点，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 ．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上的角速度大于在轨道1上的角速度C ．卫星在轨道2上经过P 点时的加速度等于它在轨道3上经过P 点时的加速度D ．卫星在轨道3上的加速度小于在轨道1上的加速度解析：选CD.由G Mm r ＝m v 2r ＝mr ω2得，v ＝ GM r ，ω＝ GM r 3，由于r 1＜r 3，所以v 1＞v 3，ω1＞ω3，A 、B 错误；轨道1上的Q 点与轨道2上的Q 点是同一点，到地心的距离相同，根据万有引力定律及牛顿第二定律知，卫星在轨道1上经过Q 点时的加速度等于它在轨道2上经过Q 点时的加速度，同理，卫星在轨道2上经过P 点时的加速度等于它在轨道3上经过P 点时的加速度，C 正确．由a ＝ GMr2知，D 正确．[学生用书P 54][随堂达标]1．下列说法中正确的是( )A ．经典力学适用于任何情况下的任何物体B ．狭义相对论否定了经典力学C ．量子力学能够描述微观粒子运动的规律性D ．万有引力定律也适用于强相互作用力解析：选C.经典力学只适用于宏观、低速、弱引力的情况，故A 项是错误的；狭义相对论没有否定经典力学，在宏观低速情况下，相对论的结论与经典力学没有区别，故B 项是错误的；量子力学正确描述了微观粒子运动的规律性，故C 项是正确的；万有引力定律只适用于弱相互作用力，而对于强相互作用力是不适用的，故D 项是错误的．2. 关于第一宇宙速度，下列说法中正确的是( ) A ．它是人造地球卫星绕地球运行的最小速度 B ．它是人造地球卫星在近地圆轨道上的绕行速度 C ．它是能使卫星进入近地圆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解析：选BC.第一宇宙速度是卫星的最小发射速度，也是卫星环绕地球做圆周运动的最大绕行速度，选项A 错误，选项B 、C 正确；卫星沿椭圆轨道运行时，在近地点做离心运动，说明近地点的速度大于第一宇宙速度，选项D 错误．3．我国发射的“天宫一号”和“神舟八号”在对接前，“天宫一号”的运行轨道高度为350 km ，“神舟八号”的运行轨道高度为343 km.它们的运行轨道均视为圆周，则( )A ．“天宫一号”比“神舟八号”速度大B ．“天宫一号”比“神舟八号”周期长C ．“天宫一号”比“神舟八号”角速度大D ．“天宫一号”比“神舟八号”加速度大解析：选B.由题知“天宫一号”运行的轨道半径r 1大于“神舟八号”运行的轨道半径r 2，天体运行时万有引力提供向心力．根据G Mm r 2＝m v 2r ，得v ＝GMr .因为r 1＞r 2，故“天宫一号”的运行速度较小，选项A 错误；根据G Mm r 2＝m ⎝ ⎛⎭⎪⎫2πT 2r ，得T ＝2π r 3GM ，故“天宫一号”的运行周期较长，选项B 正确；根据G Mm r2＝m ω2r ，得ω＝GMr 3，故“天宫一号”的角速度较小，选项C 错误；根据G Mm r 2＝ma ，得a ＝GM r2，故“天宫一号”的加速度较小，选项D 错误．4.(2015·高考山东卷)如图，拉格朗日点L 1位于地球和月球连线上，处在该点的物体在地球和月球引力的共同作用下，可与月球一起以相同的周期绕地球运动．据此，科学家设想在拉格朗日点L 1建立空间站，使其与月球同周期绕地球运动．以a 1、a 2分别表示该空间站和月球向心加速度的大小，a 3表示地球同步卫星向心加速度的大小．以下判断正确的是( )A ．a 2>a 3>a 1B ．a 2>a 1>a 3C ．a 3>a 1>a 2D ．a 3>a 2>a 1解析：选D.空间站和月球绕地球运动的周期相同，由a ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫2πT 2r 知，a 2>a 1；对地球同步卫星和月球，由万有引力定律和牛顿第二定律得GMmr 2＝ma ，可知a 3>a 2，故选项D 正确． 5．(选做题)已知地球质量为M ，半径为R ，自转周期为T ，地球同步卫星质量为m ，引力常量为G .有关同步卫星，下列表述正确的是( )A ．卫星距地面的高度为 3GMT 24π2B ．卫星的运行速度小于第一宇宙速度C ．卫星运行时受到的向心力大小为G Mm R2D ．卫星运行的向心加速度小于地球表面的重力加速度解析：选BD.天体运动的基本原理为万有引力提供向心力，地球的引力使卫星绕地球做匀速圆周运动，即F 引＝F 向＝m v 2r ＝4π2mr T 2.当卫星在地表运行时，F 引＝GMmR2＝mg (此时R 为地球半径)，设同步卫星离地面高度为h ，则F 引＝GMmR ＋h2＝F 向＝ma 向<mg ，所以C 错误，D正确．由GMm R ＋h 2＝mv 2R ＋h 得，v ＝GM R ＋h < GM R ，B 正确，由GMm R ＋h 2＝4π2m R ＋h T 2，得R ＋h ＝3GMT 24π2，即h ＝3GMT 24π2－R ，A 错误．[课时作业]一、选择题1．(多选)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解析：选CD.人造卫星运行时，由于地球对卫星的引力是它做圆周运动的向心力，而这个力的方向必定指向圆心，即指向地心．也就是说，人造卫星所在轨道圆的圆心一定要和地球的中心重合，不可能是地轴上(除地心外)的某一点，故选项A 错误．由于地球同时绕着地轴在自转，所以卫星的轨道平面也不可能和某一经度线所决定的平面共面，选项B 错误．相对地球表面静止的就是同步卫星，它必须在赤道线平面内，且距地面有确定的高度，这个高度约为3.6×104km ，而低于或高于这个轨道的卫星也可以在赤道平面内运动，不过由于它们绕地球运转的周期和地球自转的周期不同，就会相对于地面运动，选项C 、D 正确．2．(2015·哈尔滨高一检测)当人造卫星进入轨道做匀速圆周运动后，下列叙述正确的是( )A ．在任何轨道上运动时，地球球心都在卫星的轨道平面内B ．卫星运动速度一定等于7.9 km/sC ．卫星内的物体仍受重力作用，并可用弹簧测力计直接测出所受重力的大小D ．因卫星处于完全失重状态，所以在卫星轨道处的重力加速度等于零解析：选A.由于地球对卫星的万有引力提供向心力，所以球心必然是卫星轨道的圆心，A 正确．只有贴近地面做匀速圆周运动的卫星的速度才等于7.9 km/s ，其他卫星的线速度小于7.9 km/s ，B 错误．卫星绕地球做匀速圆周运动，其内部的物体处于完全失重状态，弹簧测力计无法测出其重力，地球在卫星轨道处产生的重力加速度等于其向心加速度，并不等于零，C 、D 错误．3．(多选)下列关于三种宇宙速度的说法中正确的是( ) A ．第一宇宙速度v 1＝7.9 km/s ，第二宇宙速度v 2＝11.2 km/s ，则人造卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度大于等于v 1，小于v 2B ．美国发射的“凤凰号”火星探测卫星，其发射速度大于第三宇宙速度C ．第二宇宙速度是在地面附近使物体可以挣脱地球引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度D ．第一宇宙速度7.9 km/s 是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度解析：选CD.根据v ＝GMr可知，卫星的轨道半径r 越大，即距离地面越远，卫星的环绕速度越小，v 1＝7.9 km/s 是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度，选项D 正确；实际上，由于人造卫星的轨道半径都大于地球半径，故卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度都小于第一宇宙速度，选项A 错误；美国发射的“凤凰号”火星探测卫星，仍在太阳系内，所以其发射速度小于第三宇宙速度，选项B 错误；第二宇宙速度是在地面附近使物体挣脱地球束缚而成为太阳的一颗人造行星的最小发射速度，选项C 正确．4．探测器绕月球做匀速圆周运动，变轨后在周期较小的轨道上仍做匀速圆周运动，则变轨后与变轨前相比( )A ．轨道半径变小B ．向心加速度变小C ．线速度变小D ．角速度变小解析：选A.由GMm r2＝mr ⎝ ⎛⎭⎪⎫2πT 2可知，变轨后探测器轨道半径变小，由a ＝GM r 2、v ＝GM r、ω＝GMr 3可知，探测器向心加速度、线速度、角速度均变大，只有选项A 正确． 5．若取地球的第一宇宙速度为8 km/s ，某行星的质量是地球质量的6倍，半径是地球半径的1.5倍，此行星的第一宇宙速度约为( )A ．16 km/sB ．32 km/sC ．4 km/sD ．2 km/s解析：选A.第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度，对于近地卫星，其轨道半径近似等于星球半径，所受万有引力提供其做匀速圆周运动的向心力，根据万有引力定律和牛顿第二定律得G Mm r 2＝m v 2r，解得v ＝GMr .因为行星的质量M ′是地球质量M 的6倍，半径R ′是地球半径R 的1.5倍，则v ′v ＝GM ′R ′GMR＝M ′RMR ′＝2，故v ′＝2v ＝2×8 km/s＝16 km/s ，A正确．6．星球上的物体脱离星球引力所需的最小速度称为第二宇宙速度．星球的第二宇宙速度v 2与第一宇宙速度v 1的关系是v 2＝2v 1.已知某星球的半径为r ，它表面的重力加速度为。
