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(共33张PPT)
第2讲　宇宙航行　相对论时空观
课标要求 1.会计算人造地球卫星的环绕速度．知道第二宇宙速度和第三宇宙速度．
2．知道牛顿力学的局限性，体会人类对自然界的探索是不断深入的．
3．初步了解相对论时空观．
4．关注宇宙起源和演化的研究进展．
考点一　宇宙速度
PART
01
第一部分
1．三个宇宙速度的比较
第一宇宙速度 (环绕速度) v1＝________km/s，是人造卫星在地面附近绕地球做___________运动的速度
第二宇宙速度 (脱离速度) v2＝________ km/s，是物体挣脱________引力束缚的最小发射速度
第三宇宙速度 (逃逸速度) v3＝________ km/s，是物体挣脱________引力束缚的最小发射速度
7.9
匀速圆周
11.2
地球
16.7
太阳
2.第一宇宙速度的含义
(1)又叫环绕速度，是人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所具有的速度，是所有卫星运行的速度的最大值．
(2)是人造地球卫星的最小发射速度．
√
北斗导航系统中的地球同步卫星绕地球近似做匀速圆周运动，其运行的线速度(　　)
A．大于第一宇宙速度
B．等于第一宇宙速度
C.小于第一宇宙速度
D．等于第二宇宙速度
√
【跟踪训练1】　(2025·江苏扬州合格考模拟)牛顿在《自然哲学的数学原理》一书中曾设想，在高山上水平抛出物体，若速度一次比一次大，落点就一次比一次远．当速度足够大时，物体就不会落回地面而成为人造卫星．若不计空气阻力，这个足够大的速度至少为(　　)
A．7.9 m/s B．7.9 km/s
C．11.2 km/s D．16.7 km/s
解析：当物体的速度大到向心力恰好等于地球的万有引力时，物体就能成为地球的卫星而不落到地球上，这个足够大的速度是地球的第一宇宙速度，大小是7.9 km/s，故选B.
【跟踪训练2】　地面上发射人造卫星，不同发射速度会产生不同的结果，下列说法正确的是(　　)
A．要使卫星绕地球运动，发射速度至少要达到 7.9 km/s　
B．要使卫星飞出太阳系，发射速度至少要达到 11.2 km/s　
C．发射速度介于7.9 km/s和11.2 km/s之间，卫星能绕太阳运动
D．发射速度小于7.9 km/s，卫星能在地面附近绕地球做匀速圆周运动
√
考点二　卫星的运行规律
PART
02
第二部分
结论：r越大，向心加速度a、线速度v、动能Ek、角速度ω均________，而周期T和引力势能Ep均________．
越小
越大
√
(2025·广东茂名合格考)中国空间站运行轨道近似为圆形．为补充物资，货运飞船需定期与空间站交会对接，对接后形成的组合体仍在原轨道运行．与对接前的空间站相比，组合体运行(　　)
A．周期变大
B．线速度变大
C．向心加速度变大
D．所需的向心力变大
√
【跟踪训练3】　(多选)环绕地球做匀速圆周运动的人造卫星，距离地面越高，环绕的(　　)
A．速度越小 B．周期越大
C．向心加速度越大 D．角速度越大
√
√
【跟踪训练4】　(2025·浙江学考)北京时间2024年11月9日11时39分，我国在酒泉卫星发射中心使用长征二号丙运载火箭，成功将航天宏图PIESAT 2 01～04星发射升空，卫星顺利送入预定轨道，发射任务获得圆满成功．据了解，这四颗卫星均为X频段合成孔径雷达(SAR)卫星，轨道高度均为528 km.下列说法正确的是(　　)
A．本次发射航天宏图四颗卫星的发射速度大于11.2 km/s
B．四颗卫星轨道上所受地球的万有引力大小一定相等
C．四颗卫星在同一轨道上的线速度大小相等
D．四颗卫星绕地的公转周期超过24 h
考点三　同步卫星和经典力学的局限性
PART
03
第三部分
赤道平面
2．经典时空观
(1)在经典力学中，物体的质量是不随________改变而改变的．
(2)在经典力学中，同一物理过程发生的位移和对应时间的测量结果在不同的参考系中是________的．
3．相对论时空观
(1)在狭义相对论中，同一物理过程发生的位移和对应时间的测量结果在不同的参考系中是________的．
(2)光速不变原理：不管在哪个惯性系中，测得的真空中的光速都是________的．
运动状态
相同
不同
不变
√
如图所示的圆a、b、c，其圆心均在地球的自转轴线上，其中圆a又恰好位于赤道平面．对环绕地球做匀速圆周运动的卫星而言，以下说法正确的是　(　　)
A．a、b、c都可能是卫星轨道
B．只有a、b可能是卫星轨道
C．a、c均可能是同步卫星轨道
解析：所有卫星的轨道必经地心，同步卫星的轨道必经赤道，但在赤道平面内的轨道不一定是同步轨道，所以B正确．
√
【跟踪训练5】　北斗卫星导航系统由5颗地球静止卫星和30颗其他卫星组成，则地球静止卫星(　　)
A．绕地球运行的轨道为椭圆
B．运行周期与地球自转周期相同
C．可静止在深圳上空
D．运行方向与地球自转方向相反
解析：地球静止卫星运行轨道为位于地球赤道平面上圆形轨道，故A错误；
地球静止卫星运行周期与地球自转一周的时间相等，即24小时，故B正确；地球静止卫星静止在赤道上空某处，深圳不在赤道上，所以不可静止在深圳上空，故C错误；地球静止卫星的运行方向与地球自转方向相同，故D错误．
√
(2023·广东学考)地面上的观察者测得真空中的光速为v1，在匀速直线运动的列车内，观察者测得真空中的光速为v2，根据狭义相对论，下列判断正确的是(　　)
A．v1>v2
B．v1C．v1＝v2
解析：根据狭义相对论光速不变原理可知，光在真空中总是以确定的速度传播，速度的大小同光源的运动状态无关，在真空中的各个方向上，光信号传播速度的大小均相同，光速同光源的运动状态和观察者所处的惯性系无关，可知v1＝v2，故选C.
√
【跟踪训练6】　下列描述不属于经典力学范围的是(　　)
A. 开普勒对行星运动规律的描述
B．伽利略对落体运动规律的描述
C．牛顿对物体低速运动规律的描述
D．爱因斯坦对粒子接近光速运动规律的描述
√
【跟踪训练7】　关于经典力学，下列说法正确的是(　　)
A．适用于宏观物体的低速运动
B．仅适用于微观粒子的运动
C．经典力学中，物体的质量与其运动速度有关
解析：经典力学适用条件为：宏观、低速，对微观、高速度运动不再适用，故A正确，B错误；经典力学中，物体的质量、长度与其运动速度无关，故C错误．
合格演练测评（五）
PART
04
第四部分(共29张PPT)
专题五 万有引力与宇宙航行　
[备考导航]
万有引力与宇宙航行
第1讲　行星的运动、万有引力定律
课标要求 1.通过史实，了解万有引力定律的发现过程．
2．知道万有引力定律．认识发现万有引力定律的重要意义．
3．认识科学定律对人类探索未知世界的作用．
考点一　开普勒行星运动定律
PART
01
第一部分
1．开普勒定律的发现：德国天文学家开普勒经过多年对丹麦天文学家第谷的行星观测记录的研究，发现了开普勒行星运动三大定律
定律 内容 图示或公式
开普勒第一定律(轨道定律) 所有行星绕太阳运动的轨道都是________，太阳处在____________________
椭圆
椭圆的一个焦点上
扫过的面积相等
都相等
√
(2025·江苏省合格考)关于太阳系各行星的运动，下列说法正确的是
(　　)
A．所有行星的公转周期与行星的轨道半径成正比
B．行星的运动方向总是与它和太阳的连线垂直
C．行星在近日点的速率比远日点的速率大
D．所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳位于行星轨道的中心处
解析：根据开普勒第三定律，所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方跟公转周期的平方的比值都相等，故A错误；所有行星分别沿不同大小的椭圆轨道绕太阳运动，运动方向为轨迹上某一点切线方向，不一定与它和太阳的连线垂直，故B错误；根据开普勒第二定律可知，行星绕太阳有近日点和远日点之分，近日点快，远日点慢，故C正确；根据开普勒第一定律，可知所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上，故D错误．
√
【跟踪训练1】　如图所示，小行星绕太阳沿椭圆轨道运动．a、b、c、d为小行星轨道上的四个位置，其中a为近日点，c为远日点，则小行星在(　　)
A．a位置受到太阳的引力最大
B．b位置受到太阳的引力最大
C．c位置的线速度最大
D．d位置的线速度最大
解析：行星绕太阳做椭圆运动，a为近日点，此处距离太阳最近，受到太阳的引力最大，A正确，B错误；根据开普勒第二定律可知，行星距离太阳越近，速度越大，所以a位置的线速度最大，C、D错误．
√
考点二　万有引力定律及其应用
PART
02
第二部分
1．内容：自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的方向在它们的连线上，引力的大小与物体的质量m1和m2的乘积成________，与它们之间距离r的二次方成________．
2．表达式：F＝__________，G为引力常量，G＝6.67×10-11N·m2/kg2.
正比
反比
3．适用条件
(1)公式适用于质点间的相互作用，当两个物体间的距离远大于物体本身的大小时，物体可视为质点．
(2)质量分布均匀的球体，r是两球心间的距离．
(3)一个质量分布均匀的球体与球外一个质点间，r为_____________的距离．
球心到质点
4．与万有引力定律的发现有关的物理史实
(1)德国天文学家开普勒提出天体运动的开普勒三大定律．
(2)牛顿总结了前人的科研成果，在此基础上，经过研究得出了万有引力定律．
(3)英国物理学家卡文迪许利用扭秤实验装置比较准确地测出了引力常量的数值．
√
√
解析：引力常量G的值是由英国物理学家卡文迪许运用构思巧妙的扭秤实验测定出来的，A错误；当两物体间的距离r趋近于零时，物体就不能再视为质点，万有引力定律就不再适用，所以不能得出此时万有引力趋于无穷大的结论，B错误；两个物体之间的万有引力是一对作用力与反作用力，它们总是大小相等、方向相反，分别作用在两个物体上，C正确，D错误．
√
√
√
【跟踪训练5】　(多选)(2025·广东学考)如图所示，质量相同的两颗人造地球卫星P、Q做匀速圆周运动，它们的轨道半径分别为r、2r，则卫星P、Q
(　　)
A．向心加速度之比为2∶1
B．向心加速度之比为4∶1
C．受到地球的万有引力之比为1∶1
D．受到地球的万有引力之比为4∶1
√
考点三　万有引力与重力的关系
PART
03
第三部分
地球对物体的万有引力F表现为两个效果：一是重力mg，二是提供物体随地球自转的向心力F向，如图所示．
√
假设某星球和地球都是球体，该星球的质量是地球质量的2倍，该星球的半径是地球半径的3倍，那么该星球表面的重力加速度与地球表面处的重力加速度之比为(　　)
A．2∶9 B．18∶1
C．2∶3 D．6∶1
√
【跟踪训练6】　在星球表面物体受到的重力大小可以用公式G＝mg表示，地球和火星的g值如图所示．同一个物体从地球表面移至火星表面时(　　)
A．质量变大
B．质量变小
C．重力变小
解析：质量与物体所处的位置无关，故物体移到火星表面后质量不变，故A、B错误；由题图可知火星表面的重力加速度小于地球表面，根据G＝mg，同一个物体从地球表面移至火星表面时质量不变，得火星表面物体受到的重力变小，故C正确．

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