2021版高考物理一輪復(fù)習(xí)第四章拋體運(yùn)動與圓周運(yùn)動萬有引力與航天階段素養(yǎng)提升課練習(xí)含解析

PAGE7-拋體運(yùn)動與圓周運(yùn)動萬有引力與航天階段素養(yǎng)提升課命題熱點(diǎn)考點(diǎn)與題型(1)物體做曲線運(yùn)動的條件及運(yùn)動的合成與分解。(2)平拋運(yùn)動規(guī)律及應(yīng)用。(3)圓周運(yùn)動基本概念的理解、向心力分析。(4)水平面內(nèi)、豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動和圓周運(yùn)動臨界問題。(5)萬有引力定律的應(yīng)用,人造衛(wèi)星的運(yùn)行規(guī)律,航天器變軌等問題。(1)選擇題。①曲線運(yùn)動的判斷,小船過河等問題。②用運(yùn)動分解的方法分析平拋運(yùn)動問題。③受力分析,圓周運(yùn)動的實際應(yīng)用問題。④應(yīng)用萬有引力定律分析天體運(yùn)動、人造衛(wèi)星問題。(2)計算題:一般將平拋運(yùn)動、圓周運(yùn)動和牛頓定律、功能關(guān)系等綜合考查。角度一注重對易錯、易混的基本概念、基本規(guī)律的考查

【典例1】(多選)(2018·全國卷Ⅰ)2017年,人類第一次直接探測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100s時,它們相距約400km,繞二者連線上的某點(diǎn)每秒轉(zhuǎn)動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,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【素養(yǎng)解讀】核心素養(yǎng)素養(yǎng)角度具體表現(xiàn)科學(xué)探究問題來自雙中子星合并的引力波,在兩顆中子星合并前約100s時,它們相距約400km,繞二者連線上的某點(diǎn)每秒轉(zhuǎn)動科學(xué)思維模型建構(gòu)將兩顆中子星都看作是質(zhì)量均勻分布的球體科學(xué)推理雙中子星做勻速圓周運(yùn)動科學(xué)論證萬有引力提供向心力【解析】選B、C。由題可知雙中子星相距約L=400km、萬有引力常量G、雙中子星做勻速圓周運(yùn)動的頻率f=12Hz。由萬有引力提供向心力可得Gm1m2L2=m1(2πf)2r1、Gm1m2L2=m2(2πf)2r2,r1+r2=L,聯(lián)立解得:m1+m2=4π2f2L3G,故選項A錯誤,選項B正確;v1=2πfr1、【素養(yǎng)特訓(xùn)】2018年2月,我國500m口徑射電望遠(yuǎn)鏡(天眼)發(fā)現(xiàn)毫秒脈沖星“J0318+0253”,其自轉(zhuǎn)周期T=5.19ms。假設(shè)星體為質(zhì)量均勻分布的球體,已知萬有引力常量為6.67×10-11N·m2/kg2。以周期A.5×109kg/m3 B.5×C.5×1015kg/m3 D.5×【解析】選C。星體自轉(zhuǎn)的最小周期發(fā)生在其赤道上的物質(zhì)所受向心力正好全部由引力提供時,根據(jù)牛頓第二定律:GMmR2=m4π2T2R;又因為V=43πR3、ρ=MV;聯(lián)立可得ρ=3πGT2≈5×10角度二注重物理知識的綜合應(yīng)用、培養(yǎng)學(xué)生靈活地解決物理問題的能力

【典例2】(多選)(2017·全國卷Ⅰ)如圖,海王星繞太陽沿橢圓軌道運(yùn)動,P為近日點(diǎn),Q為遠(yuǎn)日點(diǎn),M、N為軌道短軸的兩個端點(diǎn),運(yùn)行的周期為T0,若只考慮海王星和太陽之間的相互作用,則海王星在從P經(jīng)M、Q到N的運(yùn)動過程中 ()A.從P到M所用的時間等于TB.從Q到N階段,機(jī)械能逐漸變大C.從P到Q階段,速率逐漸變小D.從M到N階段,萬有引力對它先做負(fù)功后做正功【素養(yǎng)解讀】核心素養(yǎng)素養(yǎng)角度具體表現(xiàn)科學(xué)探究問題海王星在從P經(jīng)M、Q到N的運(yùn)動過程中做什么運(yùn)動?速度、機(jī)械能怎樣變化科學(xué)思維模型建構(gòu)海王星繞太陽沿橢圓軌道運(yùn)動,只考慮海王星和太陽之間的相互作用科學(xué)推理考慮海王星和太陽之間的相互作用,從Q到N階段,機(jī)械能守恒【解析】選C、D。從P到Q階段,速率逐漸變小,所以從P到M運(yùn)動過程平均速率大,所用的時間小于T04,A項錯,C項正確;若只考慮海王星和太陽之間的相互作用,從Q到N階段,機(jī)械能守恒,B項錯;從M到N階段,萬有引力對它先做負(fù)功后做正功【素養(yǎng)特訓(xùn)1】我國于2018年12月成功發(fā)射的“嫦娥四號”月球探測器經(jīng)過多次變軌,最終降落到月球表面上。如圖所示,軌道Ⅰ為圓形軌道,其半徑為R;軌道Ⅱ為橢圓軌道,半長軸為a,半短軸為b。如果把探測器與月球球心連線掃過的面積與其所用時間的比值定義為面積速率,則探測器繞月球運(yùn)動過程中在軌道Ⅰ和軌道Ⅱ上的面積速率之比為(已知橢圓的面積S=πab) ()A.aRbB.bRa【解析】選A。由開普勒第三定律R3T12=a3T22解得T2T1=a3R3。根據(jù)探測器與月球球心的連線掃過的面積與其所用時間的比值定義為面積速率,得:【素養(yǎng)特訓(xùn)2】如圖所示,一顆人造衛(wèi)星原來在橢圓軌道1繞地球E運(yùn)行,在P點(diǎn)變軌后進(jìn)入軌道2做勻速圓周運(yùn)動。下列說法正確的是 ()A.不論在軌道1還是軌道2運(yùn)行,衛(wèi)星在P點(diǎn)的速度都相同B.不論在軌道1還是軌道2運(yùn)行,衛(wèi)星在P點(diǎn)的加速度都相同C.衛(wèi)星在軌道1的任何位置都具有相同加速度D.衛(wèi)星在軌道2的任何位置都具有相同速度【解析】選B。在P點(diǎn),沿軌道1運(yùn)行時,地球?qū)θ嗽煨l(wèi)星的引力大于人造衛(wèi)星做圓周運(yùn)動需要的向心力,即F引>mv12r,沿軌道2運(yùn)行時,地球?qū)θ嗽煨l(wèi)星的引力剛好能提供人造衛(wèi)星做圓周運(yùn)動的向心力,即F引=mv22r,故v1<v2,選項A錯誤;在P點(diǎn),人造衛(wèi)星在軌道1和軌道2運(yùn)行時,地球?qū)θ嗽煨l(wèi)星的引力相同,由牛頓第二定律可知,人造衛(wèi)星在P點(diǎn)的加速度相同,選項B正確;在軌道1的不同位置,地球?qū)θ嗽煨l(wèi)星引力大小不同,故加速度也不同,選項C錯誤角度三注重以物理知識和生活實際、科學(xué)技術(shù)相結(jié)合的考查

【典例3】(2016·全國卷Ⅰ)利用三顆位置適當(dāng)?shù)牡厍蛲叫l(wèi)星,可使地球赤道上任意兩點(diǎn)之間保持無線電通訊。目前,地球同步衛(wèi)星的軌道半徑約為地球半徑的6.6倍,假設(shè)地球的自轉(zhuǎn)周期變小,若仍僅用三顆同步衛(wèi)星來實現(xiàn)上述目的,則地球自轉(zhuǎn)周期的最小值約為 ()A.1h B.4hC.8h D.16h【素養(yǎng)解讀】核心素養(yǎng)素養(yǎng)角度具體表現(xiàn)科學(xué)探究問題利用三顆位置適當(dāng)?shù)牡厍蛲叫l(wèi)星,可使地球赤道上任意兩點(diǎn)之間保持無線電通訊科學(xué)思維模型建構(gòu)同步衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動科學(xué)論證用三顆同步衛(wèi)星來實現(xiàn)無線電通訊直線傳播,臨界幾何關(guān)系是直線與圓相切【解析】選B。由于地球同步衛(wèi)星的運(yùn)轉(zhuǎn)周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同,假設(shè)地球的自轉(zhuǎn)周期變小,則同步衛(wèi)星的運(yùn)轉(zhuǎn)周期變小,軌道半徑變小,由幾何關(guān)系可知軌道半徑最小值為2R,據(jù)GMmr2=m4π2T2r可得T最小=(2R6【素養(yǎng)特訓(xùn)】為探測引力波,中山大學(xué)領(lǐng)銜的“天琴計劃”將向太空發(fā)射三顆完全相同的衛(wèi)星(SC1、SC2、SC3)構(gòu)成一個等邊三角形陣列,地球恰處于三角形的中心,衛(wèi)星將在以地球為中心、高度約10萬公里的軌道上運(yùn)行,針對確定的引力波源進(jìn)行引力波探測。如圖所示,這三顆衛(wèi)星在太空中的分列圖類似樂器豎琴,故命名為“天琴計劃”。已知地球同步衛(wèi)星距離地面的高度約為3.6萬公里,以下說法錯誤的是A.若知道引力常量G及三顆衛(wèi)星繞地球的運(yùn)動周期T,則可估算出地球的密度B.三顆衛(wèi)星具有相同大小的加速度C.三顆衛(wèi)星繞地球運(yùn)動的周期一定大于地球的自轉(zhuǎn)周期D.從每顆衛(wèi)星可以觀察到地球上大于13【解析】選A。若知道引力常量G及三顆衛(wèi)星繞地球的運(yùn)動周期T,根據(jù)萬有引力提供向心力:GMmr2=m4π2T2r得到:M=4π2r3GT2,因地球的半徑未知,不能計算出軌道