2019屆物理二輪 曲線運動 萬有引力與航天 專題卷(全國通用)

2019屆物理二輪曲線運動萬有引力與航天專題卷(全國通用)―、選擇題(本題共8小題，每小題6分，共48分。1~6題為單項選擇題，7~8題為多項選擇題)野外騎行在近幾年越來越流行，越來越受到人們的青睞，對于自行車的要求也在不斷的提高，很多都是可變速的。不管如何變化，自行車裝置和運動原理都離不開圓周運動。下面結(jié)合自行車實際情況與物理學(xué)相關(guān)的說法正確的是()圖1圖乙中前輪邊緣處A、B、C、D四個點的線速度相同大齒輪與小齒輪的齒數(shù)如圖丙所示，則大齒輪轉(zhuǎn)1圈，小齒輪轉(zhuǎn)3圈圖乙中大齒輪邊緣處E點和小齒輪邊緣處F點角速度相同在大齒輪處的角速度不變的前提下，增加小齒輪的齒數(shù)，自行車的速度將變大解析本題考查圓周運動中的傳動裝置，A、B、C、D四點線速度大小相等，方向不同，選項A錯誤；齒數(shù)與周期成正比，選項B正確；E、F兩點線速度大小相同，半徑不同，故角速度不同，選項C錯誤；若大齒輪角速度不變，增加小齒輪齒數(shù)，則小齒輪周期變大，角速度變小，自行車速度變小，選項D錯誤。答案B組成星球的物質(zhì)靠萬有引力吸引在一起隨星球自轉(zhuǎn)。若某質(zhì)量分布均勻的星球的角速度為少，為使該星球不瓦解，該星球的密度至少為P。下列圖象可能正確的是()

解析由題意知，赤道處最易瓦解，對于赤道處質(zhì)量為m的物體，恰好瓦解時，Mm44nG有G~R2二mRE，而M-p§nR3，解得①2=-yp,B正確。答案B鐵路在彎道處的內(nèi)、外軌道高度是不同的，已知內(nèi)、外軌道平面與水平面的夾角為0,如圖2所示，彎道處的圓弧半徑為R,若質(zhì)量為m的火車轉(zhuǎn)彎時速度等外軌對外側(cè)車輪輪緣有擠壓這時鐵軌對火車的支持力等于黠v2這時鐵軌對火車的支持力大于舲v2解析由牛頓第二定律F合-mR，解得F合-mgtan0，此時火車只受重力和鐵路軌道的支持力作用，如圖所示，Ncos0-mg，則N-C^h，0內(nèi)、外軌道對火車均無側(cè)壓力，故選項C正確，A、B、D錯誤。答案C4?如圖3所示，用一根長桿和兩個定滑輪的組合裝置來提升重物M,長桿的一端放在地上通過鉸鏈連接形成轉(zhuǎn)軸，其端點恰好處于左側(cè)滑輪正下方O點處，在桿的中點C處拴一細繩，通過兩個滑輪后掛上重物M。C點與O點距離為L，現(xiàn)在桿的另一端用力使其逆時針勻速轉(zhuǎn)動，由豎直位置以角速度少緩慢轉(zhuǎn)至水平(轉(zhuǎn)過了90°角)，此過程中下列說法正確的是()圖3重物M做勻速直線運動B.重物M做勻變速直線運動C.重物M的最大速度是QID.重物M的速度先減小后增大解析與桿垂直的速度v是C點的實際速度，vT是細繩的速度，即重物M的速度。設(shè)vT與v的夾角是3，則vT二vcos3，開始時3減小，則vT增大；當桿與細繩垂直（3二0）時，重物M的速度最大，為vmax二譏，然后再減小，C正確，D錯誤。答案C5.（2019?衡水一中月考）2016年12月22日，我國成功發(fā)射了國內(nèi)首顆全球二氧化碳監(jiān)測科學(xué)實驗衛(wèi)星（以下簡稱“碳衛(wèi)星”）。如圖4所示，設(shè)“碳衛(wèi)星”在半徑為R的圓周軌道上運行，經(jīng)過時間t,通過的弧長為s,已知引力常數(shù)為G,下列說法正確的是（）/夕、R'碳衛(wèi)星O…9'、、地球/'圖4“碳衛(wèi)星”內(nèi)的物體處于平衡狀態(tài)“碳衛(wèi)星”的運行速度大于7.9km/s“碳衛(wèi)星”的發(fā)射速度大于11.2km/sd.可算出地球質(zhì)量為GR解析“碳衛(wèi)星”繞地球運行，做勻速圓周運動，萬有引力提供向心力，故不是平衡狀態(tài)，處于失重狀態(tài)，A錯誤；v-7.9km/s為第一宇宙速度，是最大的運行速度，“碳衛(wèi)星”軌道半徑比地球半徑大，因此其運行速度應(yīng)小于7.9km/s，B錯誤；v二7.9m/s為第一宇宙速度，是最小的地面發(fā)射速度，“碳衛(wèi)星”軌道

半徑比地球半徑大，因此其發(fā)射速度應(yīng)大于7.9km/s，C錯誤；“碳衛(wèi)星”的線sGMmv2v2Rs2R速度v=~t，根據(jù)萬有引力提供向心力R2-m-R，解得地球質(zhì)量M二~G二G2，D正確。答案D如圖5所示，斜面ABC放在水平面上，斜邊BC長為1,傾角為30°,在斜面的上端B點沿水平方向拋出一小球，結(jié)果小球剛好落在斜面下端C點，重力加速度為g,則小球初速度v0的值為（）圖5111cos30°解析根據(jù)1sin30°-2gt2得t-g，由1cos30°-v0t得初速度v0--2麗，所以選項C正確。答案C據(jù)報道，“卡西尼”號探測器4月26日首次到達土星和土星內(nèi)環(huán)（碎冰塊、巖石塊、塵埃等組成）之間，并在近圓軌道做圓周運動。在極其稀薄的大氣作用下，開啟探測之旅。最后階段——“大結(jié)局”階段，這一階段將持續(xù)到九月中旬，直至墜向土星的懷抱。若“卡西尼”只受土星引力和稀薄氣體阻力作用，則（）圖64月26日，“卡西尼”在近圓軌道上繞土星運動的角速度小于內(nèi)環(huán)的角速度4月28日，“卡西尼”在近圓軌道上繞土星運動的速率大于內(nèi)環(huán)的速率5月到6月間，“卡西尼”的動能越來越大6月到8月間，“卡西尼”的動能、以及它與土星的引力勢能之和保持不變

解析由題意可知，“卡西尼”在4月26日到達土星和土星內(nèi)環(huán)之間，然后逐漸靠近土星，直到九月中旬落在土星上。4月26日“卡西尼”在土星和土星內(nèi)環(huán)之間，由開普勒第三定律可知，其周期小于內(nèi)環(huán)的周期，即其角速度較大，選項A錯誤；由v二JGM可知，“卡西尼”在圓軌道上繞土星運動的速率v與其軌道半徑的平方根成反比，即軌道半徑越小，運動的速率越大，選項B正確；5月到6月間探測器逐漸靠近土星，速率越來越大，其動能也越來越大，選項C正確；6月到8月間“卡西尼”在運動過程中克服稀薄氣體的阻力做功，“卡西尼”的動能以及它與土星的引力勢能之和將減小，選項D錯誤。答案BC設(shè)計師設(shè)計了一個非常有創(chuàng)意的募捐箱，如圖7甲所示，把硬幣從投幣口放入，從出幣口滾出，接著在募捐箱上類似于漏斗形的部位(如圖丙所示，O點為漏斗形口的圓心)滾動很多圈之后從中間的小孔掉入募捐箱。如果把硬幣在不同位置的運動都可以看成勻速圓周運動，摩擦阻力忽略不計，則關(guān)于某一枚硬幣在a、b兩處的說法正確的是()圖7A.在a、b兩處做圓周運動的圓心都為O點向心力的大小F=Fhab角速度的大小切<叫abD.周期的大小T>Tbab解析在a、b兩處做圓周運動的圓心在中軸線上與a、b等咼的位置，故選項A錯誤；硬幣受力分析如圖所示，則硬幣的合力F二晉^，從a到b的過程中，0減小，故合力增大，硬幣的合力提供向心力，故F<Fb，選項B錯誤；F二肌孫，硬幣在滑下的過程中，做圓周運動的半徑r減ab2n小，故角速度選項C正確；根據(jù)e二#,故T>Tb，選項D正確。bTb答案CD二、非選擇題某新式可調(diào)火炮水平射出的炮彈所做的運動可視為平拋運動。如圖8所示，目標是一個剖面為90°的扇形山崖OAB,半徑為R。重力加速度為goAO圖8若炮彈以初速度P0射出，炮彈恰好垂直打在圓弧的中點C,求炮彈到達C點所用時間；若在同一高地P處先后以不同速度射出兩發(fā)炮彈，擊中A點的炮彈運動的時間是擊中B點的兩倍，已知0、A、B、P在同一豎直平面內(nèi)，求高地P離A點的高度。解析(1)炮彈做平拋運動，當炮彈恰好垂直打在圓弧的中點C時，由幾何關(guān)系可知，其水平分速度和豎直分速度大小相等，即p=p=poyx0又知v-gt，聯(lián)立解得t二牛yg⑵設(shè)高地P離A點的高度為h，擊中B點的炮彈運動的時間為0，則有h=|g(2t0)21h'R=2gt24聯(lián)立解得h—R答案⑴中(2)4R一組宇航員乘坐太空穿梭機S去修理位于離地球表面h=6.0X105m的圓形

軌道上的太空望遠鏡H。機組人員使穿梭機S進入與H相同的軌道并關(guān)閉助推火箭，望遠鏡在穿梭機前方數(shù)千米處，如圖9所示。已知地球半徑為R=6.4X106m,地球表面重力加速度為g=9.8m/s2，第一宇宙速度為v=7.9km/s。(結(jié)果保留一位小數(shù))HH圖9求穿梭機所在軌道上的向心加速度g';計算穿梭機在軌道上的速率V；穿梭機需先進入半徑較小的軌道，才有較大的角速度追上望遠鏡。試判斷穿梭機要進入較低軌道時應(yīng)增加還是減小其原有速率，并說明理由。解析(1)在地球表面處，由Mmmg-g~R2可得地球表面的重力加速度g=GM同理，穿梭機所在軌道上的向心加速度g'=GM,其中r=R+h聯(lián)立以上各式解得g'二8.2m/s2(2)在地球表面處，由牛頓第二定律得MmVMmV2=mR解得第一宇宙速度v二、j同理，穿梭機在軌道上的速率V=同理，穿梭機在軌道上的速率V=r解得V二7.6km/sMmv2(3)應(yīng)減速，由二my知穿梭機要進入較低軌道，必須有萬有引力大于穿梭v'2Mmv'2機做圓周運動所需的向心力，故當v減小時，m〒減小，則G~r廠＞m丁。答案(1)8.2m/s2(2)7.6km/s(3)見解析11.(2019?山東省實驗中學(xué)檢測)如圖10所示，高H=0.8m的桌面上固定一半徑R=0.45m的四分之一光滑圓弧軌道AB,軌道末端B與桌面邊緣水平相切，地面上的C點位于B點的正下方。將一質(zhì)量m=0.04kg的小球由軌道頂端A處靜止釋放，取g=10m/s2。圖10求小球運動到B點時對軌道的壓力大??；求小球落地點距C點的距離；若加上如圖所示的恒定水平風(fēng)力，將小球由A處靜止釋放，要使小球恰落在C點，作用在小球上的風(fēng)力應(yīng)為多大？解析(1)小球由A運