2019屆高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題3 牛頓運(yùn)動(dòng)定律與曲線運(yùn)動(dòng)（含天體運(yùn)動(dòng)）學(xué)案.docx
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3 牛頓運(yùn)動(dòng)定律與曲線運(yùn)動(dòng) 考向預(yù)測(cè) 從考查方式上來說，在高考的考查中，本專題內(nèi)容可能單獨(dú)考查，特別是萬有引力與航天部分，常以選擇題形式出現(xiàn)；也可能與其他專題相結(jié)合，與能量知識(shí)綜合考查，以計(jì)算題形式出現(xiàn)。 從近幾年考試命題趨勢(shì)看，本章內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用和生產(chǎn)、生活、科技相聯(lián)系命題，或與其他專題綜合考查，曲線運(yùn)動(dòng)問題由原來的選擇題轉(zhuǎn)變?yōu)樵谟?jì)算題中考查，萬有引力與航天仍然以選擇題出現(xiàn)，單獨(dú)考查的可能性更大。 1．豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng) 豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的速度關(guān)系通常利用動(dòng)能定理來建立聯(lián)系，然后結(jié)合牛頓第二定律進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。 2．平拋運(yùn)動(dòng) 對(duì)于平拋或類平拋運(yùn)動(dòng)與圓周運(yùn)動(dòng)組合的問題，應(yīng)用“合成與分解的思想”，分析這兩種運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)折點(diǎn)的速度是解題的關(guān)鍵。 3．天體運(yùn)動(dòng) (1)分析天體運(yùn)動(dòng)類問題的一條主線就是F萬＝F向，抓住黃金代換公式GM＝gR2。 (2)確定天體表面重力加速度的方法有：測(cè)重力法、單擺法、平拋(或豎直上拋)物體法、近地衛(wèi)星環(huán)繞法。 1．(多選)如圖所示，小球用不可伸長(zhǎng)的輕繩連接后繞固定點(diǎn)O在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，小球經(jīng)過最高點(diǎn)時(shí)的速度大小為v，此時(shí)繩子的拉力大小為FT，拉力FT與速度的平方v2的關(guān)系如圖乙所示，圖象中的數(shù)據(jù)a和b包括重力加速度g都為已知量，以下說法正確的是( ) A．?dāng)?shù)據(jù)a與小球的質(zhì)量有關(guān) B．?dāng)?shù)據(jù)b與小球的質(zhì)量有關(guān) C．比值不但與小球的質(zhì)量有關(guān)，還與圓周軌道半徑有關(guān) D．利用數(shù)據(jù)a、b和g能夠求出小球的質(zhì)量和圓周軌道半徑 2．(多選)2018年4月2日早8時(shí)15分左右，在太空中飛行了六年半的天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器已再入大氣層，絕大部分器件在再入大氣層過程中燒蝕銷毀，部分殘骸墜落于南太平洋中部區(qū)域，結(jié)束它的歷史使命。在燒蝕銷毀前，由于稀薄空氣阻力的影響，“天宮一號(hào)”的運(yùn)行半徑逐漸減小。在“天宮一號(hào)”運(yùn)行半徑逐漸減小過程，下列說法正確的是( ) A．運(yùn)行周期逐漸減小B．機(jī)械能逐漸減小 C．受到地球的萬有引力逐漸減小D．運(yùn)行速率逐漸減小 3．(2018全國卷Ⅰ20)2017年，人類第一次直接探測(cè)到來自雙中子星合并的引力波。根據(jù)科學(xué)家們復(fù)原的過程，在兩顆中子星合并前約100 s時(shí)，它們相距約400 km，繞二者連線上的某點(diǎn)每秒轉(zhuǎn)動(dòng)12圈。將兩顆中子星都看作是質(zhì)量均勻分布的球體，由這些數(shù)據(jù)、萬有引力常量并利用牛頓力學(xué)知識(shí)，可以估算出這一時(shí)刻兩顆中子星( ) A．質(zhì)量之積 B．質(zhì)量之和 C．速率之和 D．各自的自轉(zhuǎn)角速度 1．(多選)如圖所示，質(zhì)量為m′的半圓形軌道槽放置在水平地面上，槽內(nèi)壁光滑。質(zhì)量為m的小物體從槽的左側(cè)頂端由靜止開始下滑到右側(cè)最高點(diǎn)的過程中，軌道槽始終靜止，則該過程中( ) A．軌道槽對(duì)地面的最小壓力為m′g B．軌道槽對(duì)地面的最大壓力為(m′＋3m)g C．軌道槽對(duì)地面的摩擦力先增大后減小 D．軌道槽對(duì)地面的摩擦力方向先向左后向右 2．(多選)如圖所示，在豎直平面內(nèi)固定兩個(gè)很靠近的同心圓軌道，外圓內(nèi)表面光滑，內(nèi)圓外表面粗糙，一質(zhì)量為m的小球從軌道的最低點(diǎn)以初速度v0向右運(yùn)動(dòng)，球的直徑略小于兩圓間距，球運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為R，不計(jì)空氣阻力，下列說法正確的是( ) A．若v0＝2，則小球在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中克服摩擦力做功等于mgR B．若使小球在最低點(diǎn)的速度v0大于，則小球在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)械能守恒 C．若小球要做一個(gè)完整的圓周運(yùn)動(dòng)，小球在最低點(diǎn)的速度v0必須大于等于 D．若小球第一次運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)，內(nèi)環(huán)對(duì)小球的支持力為0.5mg，則小球在最低點(diǎn)對(duì)外圓環(huán)的壓力為5.5mg 1．(多選)如圖所示，一帶電小球自固定斜面頂端A點(diǎn)以某速度水平拋出，落在斜面上B點(diǎn)。現(xiàn)加上豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)，仍將小球自A點(diǎn)以相同速度水平拋出，落在斜面上C點(diǎn)。不計(jì)空氣阻力，下列說法正確的是( ) A．小球帶正電 B．小球所受電場(chǎng)力可能大于重力 C．小球兩次落在斜面上所用的時(shí)間不相等 D．小球兩次落在斜面上的速度大小相等 2．如圖所示，長(zhǎng)為L(zhǎng)的輕質(zhì)硬桿，一端固定一個(gè)質(zhì)量為m的小球，另一端固定在水平轉(zhuǎn)軸上，現(xiàn)讓桿繞轉(zhuǎn)軸O在豎直平面內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω，重力加速度為g，某時(shí)刻桿對(duì)球的作用力水平向左，則此時(shí)桿與水平面的夾角θ為( ) A．sin θ＝ B．sin θ＝ C．tan θ＝ D．tan θ＝ 3．(多選)如圖所示，質(zhì)量為m的人造地球衛(wèi)星與地心的距離為r時(shí)，引力勢(shì)能可表示為Ep＝－，其中G為引力常量，M為地球質(zhì)量，該衛(wèi)星原來在半徑為R1的軌道Ⅰ上繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過橢圓軌道Ⅱ的變軌過程進(jìn)入半徑R3圓形軌道Ⅲ繼續(xù)繞地球運(yùn)動(dòng)，其中P為Ⅰ軌道與Ⅱ軌道的切點(diǎn)，Q點(diǎn)為Ⅱ軌道與Ⅲ軌道的切點(diǎn)，下列判斷正確的是( ) A．衛(wèi)星在軌道Ⅰ上的動(dòng)能為 B．衛(wèi)星在軌道Ⅲ上的機(jī)械能等于－ C．衛(wèi)星在Ⅱ軌道經(jīng)過Q點(diǎn)時(shí)的加速度小于在Ⅲ軌道上經(jīng)過Q點(diǎn)時(shí)的加速度 D．衛(wèi)星在Ⅰ軌道上經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)的速率大于在Ⅱ軌道上經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)的速率 4．(多選)我國的“天鏈一號(hào)”衛(wèi)星是地球同步衛(wèi)星，可為中低軌道衛(wèi)星提供數(shù)據(jù)通訊，如圖為“天鏈一號(hào)”衛(wèi)星a、赤道平面內(nèi)的低軌道衛(wèi)星b、地球的位置關(guān)系示意圖，O為地心，地球相對(duì)衛(wèi)星a、b的張角分別為θ1和θ2(θ2圖中未標(biāo)出)，衛(wèi)星a的軌道半徑是b的4倍。己知衛(wèi)星a、b繞地球同向運(yùn)行，衛(wèi)星a的周期為T，在運(yùn)行過程中由于地球的遮擋，衛(wèi)星b會(huì)進(jìn)入衛(wèi)星a通訊的盲區(qū)，衛(wèi)星間的通訊信號(hào)視為沿直線傳播，信號(hào)傳輸時(shí)間可忽略。下列分析正確的是( ) A．衛(wèi)星a，b的速度之比為2 : 1 B．衛(wèi)星b的周期為 C．衛(wèi)星b每次在盲區(qū)運(yùn)行的時(shí)間為 D．衛(wèi)星b每次在盲區(qū)運(yùn)行的時(shí)間為 5．如圖所示，一顆極地衛(wèi)星從北緯30的A點(diǎn)正上方的B點(diǎn)按圖示方向第一次運(yùn)行至南極C點(diǎn)正上方的D點(diǎn)時(shí)所用時(shí)間為t，地球半徑為R，地球表面的重力加速度為g，引力常量為G，忽略地球自轉(zhuǎn)的影響。以下說法錯(cuò)誤的是( ) A．衛(wèi)星運(yùn)行的周期3t B．衛(wèi)星距地面的高度 C．衛(wèi)星的角速度 D．衛(wèi)星的加速度 6．如圖，水平光滑桿CP上套有一個(gè)質(zhì)量m＝1 kg的小物塊A(可視作質(zhì)點(diǎn))，細(xì)線跨過O點(diǎn)的輕質(zhì)小定滑輪一端連接物塊A，另一端懸掛質(zhì)量mB＝2 kg的小物塊B，C點(diǎn)為O點(diǎn)正下方桿的右端點(diǎn)，定滑輪到桿的距離OC＝h＝0.4 m。開始時(shí)AO與水平方向的夾角為30，A和B靜止。桿的右下方水平地面上有一傾角為θ＝37固定斜面，斜面上有一質(zhì)量M＝1 kg的極薄木板DE(厚度忽略)，開始時(shí)木板鎖定，木板下表面及物塊A與斜面間動(dòng)摩擦因數(shù)均μ1＝0.5，木板上表面的DF部分光滑(DF長(zhǎng)L1＝0.53 m)，F(xiàn)E部分與物塊A間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ2＝3/8。木板端點(diǎn)E距斜面底端G長(zhǎng)LEG＝0.26 m?，F(xiàn)將A、B同時(shí)由靜止釋放(PO與水平方向的夾角為60)，物塊A運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)時(shí)細(xì)線突然斷開，物塊從C水平滑離桿，一段時(shí)間后，恰好以平行于薄木板的方向滑上木板，與此同時(shí)解除木板的鎖定?；瑝K在木板上DF段運(yùn)動(dòng)時(shí)間恰是在FE段的一半，重力加速度g取10 m/s2，求： (1)物塊A運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)時(shí)滑塊A、B的速度之比； (2)木板表面FE部分的長(zhǎng)度L2； (3)從解除鎖定開始計(jì)時(shí)，木板端點(diǎn)E經(jīng)多長(zhǎng)時(shí)間到達(dá)斜面底端G？ 參考答案 1．【解題思路】當(dāng)v2＝a時(shí)，此時(shí)繩子的拉力為零，物體的重力提供向心力，則，解得v2＝gr，與物體的質(zhì)量無關(guān)，故A錯(cuò)誤；當(dāng)v2＝2a時(shí)，對(duì)物體受力分析，則，解得b＝mg，與小球的質(zhì)量有關(guān)，故B正確；根據(jù)A、B可知與小球的質(zhì)量有關(guān)，與圓周軌道半徑有關(guān)，故C正確；若F＝0，由圖知：v2＝a，則有，解得，若v2＝2a，，解得，故D正確。 【答案】BCD 2．【解題思路】根據(jù)可知，則半徑減小，周期減小，選項(xiàng)A正確；由于空氣阻力做功，則機(jī)械能減小，選項(xiàng)B正確；由可知，半徑減小，萬有引力增加，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由可知，半徑減小，速率變大，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 【答案】AB 3．【解題思路】?jī)深w中子星運(yùn)動(dòng)到某位置的示意圖如圖所示。每秒轉(zhuǎn)動(dòng)12圈，角速度已知，中子星運(yùn)動(dòng)時(shí)，由萬有引力提供向心力得： ＝m1ω2r1①，＝m2ω2r2②，l＝r1＋r2③ 由①②③式得＝ω2l，所以m1＋m2＝，質(zhì)量之和可以估算。 由線速度與角速度的關(guān)系v＝ωr得： v1＝ωr1④，v2＝ωr2⑤ 由③④⑤式得v1＋v2＝ω(r1＋r2)＝ωl，速率之和可以估算。 質(zhì)量之積和各自自轉(zhuǎn)的角速度無法求解。 【答案】BC 1．【解題思路】當(dāng)m在最高點(diǎn)時(shí)，物體只受重力對(duì)半圓軌道沒有壓力，故此時(shí)軌道槽對(duì)地面的壓力最小為m′g，故A正確；當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)，由機(jī)械能守恒可知，，由向心力公式可得，解得F＝3mg，故軌首槽對(duì)地面的壓力為3mg＋m′g，此時(shí)壓力最大，故B正確；當(dāng)m對(duì)軌道的壓力有沿水平方向的分量時(shí)，軌道槽受到水平方向的摩擦力，而在最低點(diǎn)時(shí)，水平分量為零，故此時(shí)摩擦力為零，故C錯(cuò)誤；m在軌道左側(cè)時(shí)，對(duì)槽的彈力有水平向左的分量，故此時(shí)地面對(duì)槽有向右的摩擦力；當(dāng)物體到達(dá)右側(cè)時(shí)，彈力向右，故摩擦力向左，由牛頓第三定律可知，D正確。 【答案】ABD 2．【解題思路】若v0＝2，則若圓環(huán)內(nèi)圓外表面也光滑，則上升的最大高度h＝＝2R，即恰好能上升到軌道最高點(diǎn)；因內(nèi)圓外表面粗糙，外圓內(nèi)表面光滑，則小球在上半個(gè)圓內(nèi)要克服內(nèi)圓的摩擦力做功，往復(fù)運(yùn)動(dòng)的高度逐漸降低，最后小球?qū)⒃谙掳雸A軌道內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，故克服摩擦力做功為Wf＝mv02－mgR＝mgR，選項(xiàng)A正確；小球沿外圓運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過程中不受摩擦力，機(jī)械能守恒，小球恰好運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)對(duì)外圓恰無壓力時(shí)速度設(shè)為v，則有mg＝m，由機(jī)械能守恒定律得：mv02＝mg2R＋mv2，小球在最低點(diǎn)時(shí)的最小速度v0＝，所以若小球在最低點(diǎn)的速度大于，則小球始終做完整的圓周運(yùn)動(dòng)，機(jī)械能守恒，故C錯(cuò)誤，B正確．若小球第一次運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)，內(nèi)圓對(duì)小球的支持力為0.5mg，則mg－0.5mg＝m，解得v＝，若圓環(huán)內(nèi)圓外表面光滑，則到達(dá)最低點(diǎn)的速度滿足：mv′2＝mv2＋mg2R，在最低點(diǎn)：FN－mg＝m，解得FN＝5.5mg；但是由于內(nèi)圓外表面不光滑，且小球與內(nèi)圓有摩擦力，故小球在最低點(diǎn)的速度比無摩擦?xí)r的速度小，故對(duì)外圓環(huán)的壓力小于5.5mg，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 【答案】AB 1．【解題思路】不加電場(chǎng)時(shí)，小球做平拋運(yùn)動(dòng)，加電場(chǎng)時(shí)，小球做類平拋運(yùn)動(dòng)，根據(jù)，則t＝，因?yàn)樗椒较蛏闲∏蜃鰟蛩僦本€運(yùn)動(dòng)，可知t2>t1，則加上電場(chǎng)后的加速度a下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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