資源簡介

課時(shí)17　萬有引力理論的成就
相對論時(shí)空觀與牛頓力學(xué)的局限性
1.人造地球衛(wèi)星
牛頓在思考萬有引力定律時(shí)就曾想過，從高山上水平拋出物體，速度一次比一次大，落地點(diǎn)就一次比一次遠(yuǎn).如果速度足夠大，物體就不再落回地面，它將繞地球運(yùn)動(dòng)，成為　　　　.所有人造地球衛(wèi)星環(huán)繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道平面都通過　　　　.地球靜止衛(wèi)星的周期等于地球的　　　　周期，其軌道一定在地球的　　　　上空.
2.宇宙速度
（1）第一宇宙速度：大小為　　　　km/s.
（2）第二宇宙速度：大小為　　　　km/s.
（3）第三宇宙速度：大小為　　　　km/s.
3.牛頓力學(xué)的局限性
牛頓力學(xué)只適用于　　　　運(yùn)動(dòng)，不適用于高速運(yùn)動(dòng)；只適用于宏觀世界，不適用于　　　　世界.牛頓力學(xué)經(jīng)歷了實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，不會(huì)被新的科學(xué)所否定，它以某種特殊情形被包含在新的理論之中.
1.繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星的速度可以是10 km/s.（　?。?br/>2.在地面上發(fā)射火星探測器的速度應(yīng)為11.2 km/s＜v＜16.7 km/s.（　?。?br/>3.由v＝，高軌道衛(wèi)星運(yùn)行速度小，故發(fā)射高軌道衛(wèi)星比發(fā)射低軌道衛(wèi)星更容易.（　?。?br/>4.對于宏觀物體的低速運(yùn)動(dòng)問題，相對論、量子力學(xué)與牛頓力學(xué)是一致的.（　?。?br/>1.天體運(yùn)動(dòng)的物理量與軌道半徑的關(guān)系
（1）由G＝m得v＝.
（2）由G＝mω2r得ω＝.
（3）由G＝mr得T＝2π.
（4）由G＝ma得a＝.
【例1】（2024屆鎮(zhèn)江合格性考試模擬）把太陽系中各行星的運(yùn)動(dòng)近似看作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則離太陽越遠(yuǎn)的行星（　?。?br/>A.周期越大　　B.線速度越大　　
C.角速度越大　　D.加速度越大
2.宇宙速度
思路一：萬有引力提供向心力，由G＝m得v＝.
思路二：重力提供向心力，由mg＝m得v＝.
【例2】（2023屆徐州合格性考試模擬）在地面上發(fā)射飛行器，如果發(fā)射速度大于7.9 km/s而小于11.2 km/s，則它將（　?。?br/>A.繞地球做橢圓運(yùn)動(dòng)　　　　　
B.繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)
C.掙脫地球的束縛繞太陽運(yùn)動(dòng)　　
D.掙脫太陽的束縛飛離太陽系
【例3】（2024屆南京合格性考試模擬）假設(shè)地球質(zhì)量不變，而地球的半徑增大到原來的2倍，那么從地球發(fā)射人造衛(wèi)星的第一宇宙速度的大小應(yīng)為原來的（　?。?br/>A.　　B.2倍　　C.倍　　D.
3.人造地球衛(wèi)星
（1）衛(wèi)星的軌道平面可以在赤道平面內(nèi)（如同步軌道），可以通過兩極上空（極地軌道），也可以和赤道平面成任意角度.
（2）因?yàn)榈厍驅(qū)πl(wèi)星的萬有引力提供了衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，所以地心必定是衛(wèi)星圓軌道的圓心.
（3）地球靜止衛(wèi)星：
①定周期：所有靜止衛(wèi)星的周期均為T＝24 h.
②定軌道：靜止衛(wèi)星軌道必須在地球赤道的正上方，運(yùn)轉(zhuǎn)方向必須跟地球自轉(zhuǎn)方向一致，即由西向東.
③定高度：由G＝m（R＋h）可得，靜止衛(wèi)星離地面高度為h＝－R≈3.58×104 km≈6R.
④定速度：由于靜止衛(wèi)星的高度確定，則其軌道半徑確定，因此線速度、角速度大小均不變.
⑤定加速度：由于靜止衛(wèi)星的高度確定，則其軌道半徑確定，因此向心加速度大小也不變.
【例4】（2024屆江蘇合格性考試模擬）靜止衛(wèi)星相對于地面靜止不動(dòng)，猶如懸掛在天空中.下列說法正確的是（　　）
A.靜止衛(wèi)星處于平衡狀態(tài)　　B.靜止衛(wèi)星的速度是不變的
C.靜止衛(wèi)星的高度是一定的　　D.線速度應(yīng)大于第一宇宙速度
4.牛頓力學(xué)的局限性與相對論時(shí)空觀
（1）牛頓力學(xué)適用于低速運(yùn)動(dòng)的物體，相對論闡述了物體在以接近光速運(yùn)動(dòng)時(shí)所遵循的規(guī)律.
（2）牛頓力學(xué)適用于宏觀世界；量子力學(xué)能夠正確描述微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律.
【例5】（2024屆江蘇合格性考試模擬）下列運(yùn)動(dòng)不能用牛頓力學(xué)解釋的是（　?。?br/>A.火箭攜帶衛(wèi)星飛向太空　　
B.電子以接近光速運(yùn)動(dòng)
C.戰(zhàn)斗機(jī)從遼寧號航母上起飛　　
D.高鐵列車從鹽城向北京飛馳
1.（2024屆江蘇合格性模擬）下列關(guān)于物理學(xué)家及其貢獻(xiàn)的說法正確的是（　?。?br/>A.開普勒在牛頓的觀測記錄的基礎(chǔ)上，研究總結(jié)出了行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的定律
B.牛頓在前人的研究基礎(chǔ)上，總結(jié)出萬有引力定律，并測出了引力常量
C.牛頓運(yùn)動(dòng)定律有其局限性，僅適用于解決宏觀低速問題
D.愛因斯坦提出的相對論否定了牛頓的萬有引力定律
2.（2024屆鹽城合格性考試模擬）如圖所示，在地面附近要發(fā)射一顆繞地球運(yùn)行的衛(wèi)星，發(fā)射速度（　?。?br/>A.v＜7.9 km/s　　B.v＝11.2 km/s
C.7.9 km/s≤v＜11.2 km/s　　D.11.2 km/s≤v＜16.7 km/s
3.（2024屆江蘇合格性考試模擬）下列說法正確的是（　　）
A.牛頓力學(xué)適用于任何情況下的任何物體
B.相對論只適用于高速運(yùn)動(dòng)的物體
C.量子力學(xué)能夠很好地描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律
D.牛頓力學(xué)也適用于微觀粒子的運(yùn)動(dòng)
4.（2024屆江蘇合格性考試模擬）如圖所示的三顆人造地球衛(wèi)星，下列說法正確的是（　?。?br/>A.衛(wèi)星可能的軌道為a、b、c
B.衛(wèi)星可能的軌道為a、b
C.靜止衛(wèi)星可能的軌道為a
D.靜止衛(wèi)星可能的軌道為a、c
5.（2024屆江蘇合格性考試模擬）2020年12月1日，“嫦娥五號”月球探測器成功在月球正面預(yù)選著陸區(qū)著陸，在著陸前“嫦娥五號”繞月球的運(yùn)動(dòng)可視為勻速圓周運(yùn)動(dòng).若“嫦娥五號”距月球表面的高度為h，月球的質(zhì)量為m月，半徑為R，引力常量為G，則“嫦娥五號”繞月球運(yùn)動(dòng)的線速度大小是（　?。?br/>A.　　B.　　C.　　D.
6.（2023屆泗陽合格性考試模擬）2021年10月16日“神舟十三號”載人飛船與空間站組合體完成了自主快速交會(huì)對接，執(zhí)行此次航天任務(wù)的三名航天員在軌駐留六個(gè)月.空間站和靜止衛(wèi)星軌道的示意圖如圖所示，已知靜止衛(wèi)星的周期為T，地球表面的重力加速度為g，第一宇宙速度為v，下列對空間站的運(yùn)動(dòng)描述正確的是（　?。?br/>A.周期大于T　　B.速度大于v
C.角速度小于　　D.加速度小于g
課時(shí)17　萬有引力理論的成就
相對論時(shí)空觀與牛頓力學(xué)的局限性
【一過考點(diǎn)】
1.人造衛(wèi)星　地球的球心　自轉(zhuǎn)　赤道
2.（1）7.9?。?）11.2　（3）16.7
3.低速　微觀
【二過易錯(cuò)】
1.×　2.√　3.×　4.√
【三過典題】
【例1】A　【解析】由萬有引力定律及牛頓第二定律得G＝mr，解得T＝2π，離太陽越遠(yuǎn)的行星軌道半徑r越大，周期T越大，A正確；由牛頓第二定律得G＝m，解得v＝，離太陽越遠(yuǎn)的行星軌道半徑r越大，線速度v越小，B錯(cuò)誤；由牛頓第二定律得G＝mω2r，解得ω＝，離太陽越遠(yuǎn)的行星軌道半徑r越大，角速度ω越小，C錯(cuò)誤；由牛頓第二定律得G＝ma，解得a＝，離太陽越遠(yuǎn)的行星軌道半徑r越大，加速度a越小，D錯(cuò)誤.
【例2】A　【解析】根據(jù)萬有引力提供向心力，有＝，在半徑一定的情況下，速度越大，所需要的向心力越大.如果向心力不足，物體將做離心運(yùn)動(dòng).物體在地球表面軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，受到的向心力剛好對應(yīng)的速度就是7.9 km/s.超過這個(gè)速度就要做離心運(yùn)動(dòng).而要完全脫離地球引力，需要的速度為11.2 km/s.所以，當(dāng)速度在7.9～11.2 km/s之間時(shí)，人造衛(wèi)星既不能保持在地球附近做圓周運(yùn)動(dòng)，又無法完全逃離地球，最終軌跡就是一個(gè)橢圓，A正確，B、C、D錯(cuò)誤.
【例3】D　【解析】由G＝m可得v＝，地球的質(zhì)量不變，半徑增大到原來的2倍，那么從地球發(fā)射人造衛(wèi)星的第一宇宙速度的大小應(yīng)為原來的，D正確.
【例4】C　【解析】靜止衛(wèi)星受到地球的萬有引力提供向心力做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，加速度不為零，不是處于平衡狀態(tài)，A錯(cuò)誤；靜止衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，速度方向必然改變，B錯(cuò)誤；因?yàn)殪o止衛(wèi)星要和地球自轉(zhuǎn)同步，即ω相同，根據(jù)F＝G＝mω2r，ω是一定值，則r也是一定值，所以它運(yùn)行的軌道半徑是確定的值，故靜止衛(wèi)星的高度是不變的，C正確；第一宇宙速度是發(fā)射衛(wèi)星的最小速度，是圓軌道衛(wèi)星環(huán)繞地球運(yùn)動(dòng)的最大速度，所以靜止衛(wèi)星的速度小于第一宇宙速度，D錯(cuò)誤.
【例5】B　【解析】牛頓力學(xué)的適用范圍是宏觀、低速、弱引力，故A、C、D選項(xiàng)內(nèi)容可以用牛頓力學(xué)解釋，A、C、D錯(cuò)誤；電子速度接近光速，屬于高速運(yùn)動(dòng)，不能用牛頓力學(xué)解釋，B正確.
【四過集訓(xùn)】
1.C　2.C　3.C　
4.C　【解析】衛(wèi)星圍繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)，萬有引力提供圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，由于萬有引力指向地心，故衛(wèi)星軌道的圓心為地心.由題圖可知，軌道b的平面與地心不共面，故b不可能是地球衛(wèi)星的軌道，A、B錯(cuò)誤；靜止衛(wèi)星與地球自轉(zhuǎn)同步，故其軌道平面與赤道平面重合，軌道c不與赤道共面，不可能是靜止衛(wèi)星軌道.靜止衛(wèi)星可能的軌道為a，C正確，D錯(cuò)誤.
5.C　
6.D　【解析】由題圖可知，空間站的軌道半徑小于靜止衛(wèi)星的軌道半徑，所以空間站的周期小于靜止衛(wèi)星的周期T，A錯(cuò)誤；空間站的運(yùn)行速度小于地球的第一宇宙速度v，B錯(cuò)誤；空間站的角速度大于靜止衛(wèi)星的角速度，C錯(cuò)誤；空間站的加速度小于地球表面的重力加速度g，D正確.

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