高考一轮复习 第四章抛体运动圆周运动

第四章 抛体运动 圆周运动 万有引力定律及其应用第一单元 抛体运动第1课时 运动的合成与分解要点一 曲线运动 即学即用1.下列哪幅图能正确描述质点运动到P点时的速度v和加速度a的方向关系 （ ）答案 AC要点二 运动的合成与分解即学即用2.关于互成角度的两个初速度不为零的匀变速直线运动的合运动,下列说法正确的是 （ ）A.一定是直线运动B.一定是抛物线运动C.可能是直线运动,也可能是抛物线运动D.以上说法都不对答案 C题型1 小船渡河问题例1小船在s=200 m宽的河中横渡,水流速度是2 m/s,船在静水中的航行速度为4 m/s.求:（1）小船渡河的最短时间.（2）要使小船航程最短,应该如何航行?答案 （1）50 s（2）船速与上游河岸成60题型2 绳通过定滑轮拉物体问题例2如图所示,站在岸上的人通过跨过定滑轮的不可伸长的绳子拉动停在平静湖面上的小船,若人拉着自由端Q以水平速度v0匀速向左前进,试分析图示位置时船水平向左的运动速度v.答案 题型3 相对运动中速度合成问题例3如图所示,一辆邮车以速度u沿平直公路匀速行驶,在离此公路距离s处有一个邮递员,当他和邮车的连线与公路的夹角为时开始沿直线匀速奔跑,已知他奔跑的最大速度为v,试问:（1）他应向什么方向跑才能尽快与邮车相遇?（2）他至少以多大的速度奔跑,才能与邮车相遇?答案 （1）与公路夹角为arcsin（）+的方向 （2）utan 题型4 划曲为直思想例4设“歼10”质量为m,以水平速度v0飞离跑道后逐渐上升,若飞机在此过程中水平速度保持不变,同时受到重力和竖直向上的恒定升力（该升力由其他力的合力提供,不含重力）.求: （1）用x表示水平位移,y表示竖直位移,试画出“歼10”的运动轨迹简图,并简述作图理由.（2）若测得当飞机在水平方向的位移为x0时,它的上升高度为y0.求“歼10”受到的升力大小.（3）当飞机上升到y0高度时飞机的速度大小和方向.答案 （1）“歼10”的运动轨迹简图如下图所示.“歼10”战机在水平方向做匀速直线运动,在竖直方向受重力和竖直向上的恒定升力,做匀加速直线运动,则运动轨迹为类平抛运动.（2）水平方向x0=v0t竖直方向得由牛顿第二定律F-mg=ma所以F=mg（1+）（3）水平方向速度vx=v0竖直方向速度vy=由于两速度垂直,合速度v=v0=合速度与水平方向夹角,tan =1.图为一空间探测器的示意图,P1、P2、P3、P4是四个喷气式发动机,P1、P3的连线与空间一固定坐标系的x轴平行,P2、P4的连线与y轴平行.每台发动机开动时,都能向探测器提供推力,但不会使探测器转动.开始时,探测器以恒定的速率v0向正x方向平动.要使探测器改为向正x偏负y60的方向以原来的速率v0平动,则可 （ ）A.先开动P1适当时间,再开动P4适当时间B.先开动P3适当时间,再开动P2适当时间C.开动P4适当时间D.先开动P3适当时间,再开动P4适当时间答案 A2.质量为m的物体,在F1、F2、F3三个共点力的作用下做匀速直线运动,保持F1、F2不变,仅将F3的方向改变90（大小不变）后,物体可能做 （ ）A.加速度大小为的匀变速直线运动B.加速度大小为的匀变速直线运动C.加速度大小为的匀变速曲线运动D.匀速直线运动答案 BC3.（2009重庆模拟）如图所示,（a）图表示某物体在x轴方向上分速度的vt图象,（b）图表示该物体在y轴上分速度的vt图象.求:（1）物体在t=0时的速度.（2）t=8 s时物体的速度.（3）t=4 s时物体的位移. 答案 （1）3 m/s （2）5 m/s （3） m4.在光滑水平面上放一滑块,其质量m=1 kg,从t=0时刻开始,滑块受到水平力F的作用,F的大小保持0.1 N不变.此力先向东作用1 s,然后改为向北作用1 s,接着又改为向西作用1 s,最后改为向南作用1 s.以出发点为原点,向东为x轴正方向,向北为y轴正方向,建立直角坐标系.求滑块运动4 s后的位置及速度,并在上图中画出其运动轨迹.答案 （0.20 m,0.20 m） 0 见下图第2课时 平抛运动要点一 平抛运动 即学即用1.在平坦的垒球运动场上,击球手挥动球棒将垒球水平击出,垒球飞行一段时间后落地.若不计空气阻力,则（ ）A.垒球落地时瞬时速度的大小仅由初速度决定B.垒球落地时瞬时速度的方向仅由击球点离地面的高度决定C.垒球在空中运动的水平位移仅由初速度决定D.垒球在空中运动的时间仅由击球点离地面的高度决定答案 D要点二 类平抛运动 即学即用2.如图所示,光滑斜面长为a,宽为b,倾角为,一物块A沿斜面左上方顶点P水平射入,恰好从右下方顶点Q离开斜面,求入射初速度.答案 a题型1 平抛运动规律的应用【例1】如图所示,从倾角为的斜面上某点先后将同一小球以不同的初速度水平抛出,小球均落在斜面上.当抛出的速度为v1时,小球到达斜面时速度方向与斜面的夹角为1;当抛出速度为v2时,小球到达斜面时速度方向与斜面的夹角为2,则（ ）A.当v1v2时,12B.当v1v2时,1200 m （2）恰好击中1.如图所示,汽车在一段弯曲水平路面上匀速率行驶,关于它受到的水平方向的作用力方向的示意图（如右图）,可能正确的是（图中F为地面对它的静摩擦力,F1为它行驶时所受阻力）（ ）答案 C2.如图所示,一玻璃筒中注满清水,水中放一软木做成的小圆柱体R（圆柱体的直径略小于玻璃管的直径,轻重大小适宜,使它在水中能匀速上浮）.将玻璃管的开口端用胶塞塞紧（图甲）.现将玻璃筒倒置（图乙）,在软木塞上升的同时,将玻璃管水平向右加速移动,观察木塞的运动.将会看到它斜向右上方运动.经过一段时间,玻璃管移至图丙中虚线所示位置,软木塞恰好运动到玻璃管的顶端.在下面四个图中,能正确反映软木塞运动轨迹的是（ ）答案 C3.如图所示,一条小船位于200 m宽的河正中A点处,从这里向下游100 m处有一危险区,当时水流速度为4 m/s,为了使小船避开危险区沿直线到达对岸,小船在静水中的速度至少是（ ）A. m/s B. m/s C.2 m/s D.4 m/s答案 C4.（2009贵阳模拟）如图所示,两小球a、b从直角三角形斜面的顶端以相同大小的水平速率v0向左、向右水平抛出,分别落在两个斜面上,三角形的两底角分别为30和60,则两小球a、b运动时间之比为（ ）A.1B.13C.1D.31答案 B5.如图所示,从一根内壁光滑的空心竖直钢管A的上端边缘,沿直径方向向管内水平抛入一钢球.球与管壁多次相碰后落地（球与管壁相碰时间不计）,若换一根等高但较粗的内壁光滑的钢管B,用同样的方法抛入此钢球,则运动时间 （ ）A.在A管中的球运动时间长B.在B管中的球运动时间长C.在两管中的球运动时间一样长D.无法确定答案 C6.执行救灾任务的飞机,逆风做水平匀速直线飞行,相隔0.5 s先后释放形状和质量完全相同的两箱救灾物资1号箱和2号箱.假设风力保持不变,这两箱物资在空中下落时,地上的人沿着飞机飞行的方向看（ ）A.1号箱在2号箱的正下方B.两箱间的水平距离保持不变C.两箱间的水平距离越来越大D.两箱间的水平距离越来越小答案 C7.如图所示的塔吊臂上有一可以沿水平方向运动的小车A,小车下装有吊着物体B的吊钩,在小车A与物体B以相同的水平速度沿吊臂方向匀速运动的同时,吊钩将物体B向上吊起,A、B之间的距离以d=H-2t2（SI）（SI表示国际单位制,式中H为吊臂离地面的高度）规律变化,则物体做（ ）A.速度大小不变的曲线运动B.速度大小增加的曲线运动C.加速度大小方向均不变的曲线运动D.加速度大小方向均变化的曲线运动答案 BC8.（2009海淀区模拟）民族运动会上有一个骑射项目,运动员骑在奔驰的马背上,弯弓放箭射击侧向的固定目标.假设运动员骑马奔驰的速度为v1,运动员静止时射出的弓箭速度为v2.直跑道离固定目标的最近距离为d.要想在最短的时间内射中目标,则运动员放箭处离目标的距离应该为（ ）A. B. C. D.答案 B9.如图所示,A、B为两个挨得很近的小球,并列放于光滑斜面上,斜面足够长,在释放B球的同时,将A球以某一速度v0水平抛出,当A球落于斜面上的P点时,B球的位置位于（ ）A.P点以下B.P点以上C.P点D.由于v0未知,故无法确定答案 B10.一阶梯如图所示,其中每级台阶的高度和宽度都是0.4 cm,一小球以水平速度v飞出,欲打在第四台阶上,则v的取值范围是（ ）A. m/sv2 m/s B. m/sv3.5 m/sC. m/sv m/s D. m/sv m/s答案 A11.如图甲所示,在一端封闭、长约1 m的玻璃管内注满清水,水中放一个蜡烛做的蜡块,将玻璃管的开口端用胶塞塞 紧.然后将这个玻璃管倒置,在蜡块沿玻璃管上升的同时,将玻璃管水平向右移动.假设从某时刻开始计时,蜡块在 玻璃管内每1 s上升的距离都是10 cm,玻璃管向右匀加速平移,每1 s通过的水平位移依次是2.5 cm、7.5 cm、 12.5 cm、17.5 cm.图乙中,y表示蜡块竖直方向的位移,x表示蜡块随玻璃管通过的水平位移,t=0时蜡块位于坐标原点.（1）请在图乙中描绘出蜡块4 s内的轨迹.（2）求出玻璃管向右平移的加速度a.（3）求t=2 s时蜡块的速度v2.答案 （1）略 （2）510-2 m/s2 （3）0.1m/s12.如图所示,M和N是两块相互平行的光滑竖直弹性板.两板之间的距离为L,高度为H.现从M板的顶端O以垂直板面的水平速度v0抛出一个小球.小球在飞行中与M板和N板分别在A点和B点相碰（假设碰撞时无能量损失）,并最终在两板间的中点C处落地.求:（1）小球抛出的速度v0与L和H之间满足的关系.（2）OA、AB、BC在竖直方向上的距离之比.答案 (1)v0= （2）412913.如图所示为车站使用的水平传送带的模型,它的水平传送带的长度为L=8 m,传送带的皮带轮的半径均为R=0.2 m,传送带的上部距地面的高度为h=0.45 m,现有一个旅行包（视为质点）以v0=10 m/s的初速度水平地滑上水平传送带.已知旅行包与皮带之间的动摩擦因数为=0.6.g取10 m/s2.试讨论下列问题:（1）若传送带静止,旅行包滑到B端时,人若没有及时取下,旅行包将从B端滑落.则包的落地点距B端的水平距离为多少?（2）设皮带轮顺时针匀速转动,并设水平传送带长度仍为8 m,旅行包滑上传送带的初速度恒为10 m/s.当皮带轮的角速度值在什么范围内,旅行包落地点距B端的水平距离始终为（1）中所求的水平距离?若皮带轮的角速度1=40 rad/s,旅行包落地点距B端的水平距离又是多少?（3）设皮带轮以不同的角速度顺时针匀速转动,在右图所示的坐标系中画出旅行包落地点距B端的水平距离s随皮带轮的角速度变化的图象.答案 （1）0.6 m （2）10 rad/s 2.4 m （3）见下图第二单元 圆周运动第3课时 圆周运动的基本概念与规律要点一 描述圆周运动的几个物理量 即学即用1.对于做匀速圆周运动的物体,下面说法正确的是（ ）A.相等的时间里通过的路程相等B.相等的时间里速度变化量相等C.相等的时间里发生的位移相同D.相等的时间里转过的角度相等答案 AD要点二 向心力的特点及其计算 即学即用2.小球质量为m,用长为L的悬线固定在O点,在O点正下方L/2处有一光滑圆钉C（如图所示）.今把小球拉到悬线呈水平后无初速地释放,当悬线呈竖直状态且与钉相碰时（ ）A.小球的速度突然增大B.小球的向心加速度突然增大C.小球的向心加速度不变D.悬线的拉力突然增大 答案 BD要点三 离心现象及其应用 即学即用3.如图所示,一物体沿光滑球面下滑,在最高点时速度为2 m/s,球面半径为1 m,求当物体下滑到什么位置时开始脱离球面?（g=10 m/s2）答案 当物体下滑到圆上某点时的半径与竖直半径成37角时题型1 传动问题中圆周运动各量的关系问题【例1】如图所示皮带传动装置,主动轮O1的半径为R,从动轮O2的半径为r,R=r.其中A、B两点分别是两轮缘上的点,C点到主动轮轴心的距离R=R,设皮带不打滑,则有AB= ;AC= ;BC= ;vAvB= ; vAvC= ; vBvC= ;向心加速度aAaB= ;aAaC= ;aBaC= .答案 23 11 32 11 21 21 23 21 31题型2 圆周运动的一般动力学问题【例2】某游乐场中有一种叫“空中飞椅”的游乐设施,其基本装置是将绳子上端固定在转盘的边缘上,绳子下端连接座椅,人坐在座椅上随转盘旋转而在空中飞旋.若将人和座椅看成是一个质点,则可简化为如右图所示的物理模型.其中P为处于水平面内的转盘,可绕竖直转轴OO转动,设绳长l=10 m,质点的质量m=60 kg,转盘静止时质点与转轴之间的距离d=4 m.转盘逐渐加速转动,经过一段时间后质点与转盘一起做匀速圆周运动,此时绳与竖直方向的夹角=37.（不计空气阻力及绳重,绳子不可伸长,sin 37=0.6,cos 37=0.8,g=10 m/s2）求:质点与转盘一起做匀速圆周运动时转盘的角速度及绳子的拉力.答案 rad/s 750 N题型3 运动建模【例3】如图所示,质量均为m的两个小球A、B套在光滑水平直杆P上,整个直杆被固定在竖直转轴上,并保持水平,两球间用劲度系数为k,自然长度为L的轻质弹簧连接在一起,A球被轻质细绳拴在竖直转轴上,细绳长度也为L,现欲使横杆AB随竖直转轴一起在水平面内匀速转动,其角速度为,求当弹簧长度稳定后,细绳的拉力和弹簧的总长度各为多大?答案 m2L () 1.如图所示,a、b是地球表面上不同纬度上的两个点,如果把地球看作是一个球体,a、b两点随地球自转做匀速圆周运动,这两个点具有大小相同的（ ）A.线速度B.角速度C.加速度D.轨道半径答案 B2.图所示是上海锦江乐园新建的“摩天转轮”,它的直径达98 m,世界排名第五,游人乘坐时,转轮始终不停地匀速转动,每转一周用时25 min,每个厢轿共有6个座位.判断下列说法中正确的是（ ）A.每时每刻每个人受到的合力都不等于零B.每个乘客都在做加速度为零的匀速运动C.乘客在乘坐过程中对座位的压力始终不变D.乘客在乘坐过程中的机械能始终保持不变答案 A3.如图所示,一个水平放置的圆桶绕轴OO匀速转动,转动角速度=2.5rad/s,桶壁上P处有一圆孔,桶壁很薄,桶的半径R=2 m.当圆孔运动到桶的上方时,在圆孔的正上方h=3.2 m处有一个小球由静止开始下落,已知圆孔的半径略大于小球的半径.试通过计算判断小球是否和圆桶碰撞.（不考虑空气阻力,g=10 m/s2）答案 不会4.飞机俯冲拉起时,飞行员处于超重状态,即飞行员对座位的压力大于他所受的重力,这种现象也叫过荷.过荷会造成飞行员大脑缺血,四肢沉重.过荷过大时,飞行员还会暂时失明,甚至晕厥.飞行员可以通过加强训练来提高自己的抗荷能力.如图所示是训练飞行员用的一种离心试验器.当试验器转动时,被训练人员根据测试要求,在试验舱内可取坐、卧等不同姿势,以测试离心作用对飞行员产生的影响.离心试验器转动时,被测验者做匀速圆周运动.现观察到图中的直线AB（即垂直于座位的直线）与水平杆成30角.被测验者对座位的压力是他所受重力的多少倍?向心加速度多大?答案 2mg 第4课时 专题:圆周运动向心力公式的应用要点一 火车转弯问题的力学分析即学即用1.质量为100 t的火车在轨道上行驶,火车内、外轨连线与水平面的夹角为=37,如图所示,弯道半径R=30 m,重力加速度取10 m/s2.求:（1）当火车的速度为v1=10 m/s时,轨道受到的侧压力多大?方向如何?（2）当火车的速度为v2=20 m/s时,轨道受到的侧压力多大?方向如何?答案 （1） 106 N 沿斜面向上（2）4.7105 N 沿斜面向下要点二 竖直平面内的圆周运动 即学即用2.如图所示,轻杆长1 m,其两端各连接质量为1 kg的小球,杆可绕距B端0.2 m的轴O在竖直平面内自由转动,轻杆从静止由水平转至竖直方向,A球在最低点时的速度为4 m/s.（g取10 m/s2）求:（1）A球此时对杆的作用力大小及方向.（2）B球此时对杆的作用力大小及方向.答案 （1）30 N,向下 （2）5 N,向下题型1 有关摩擦力的临界问题【例1】如图所示的装置中,在水平转台上开有一光滑小孔O,一根轻绳穿过小孔,一端拴质量为M的物体,另一端连接质量为m的物体.已知O与物体M间的距离为r,物体M与转台一起做匀速圆周运动,设最大静摩擦力为fm（fm (2)小球从C端出来瞬间,对管壁压力可以有三种典型情况:刚好对管壁无压力,此时重力恰好充当向心力,由圆周运动知识mg=m.由机械能守恒定律,=mg2R+,联立解得v0=.对下管壁有压力,此时应有mgm,此时相应的入射速度v0应满足v0.对上管壁有压力,此时应有mg.4.如图所示,在匀速转动的水平圆盘上,沿半径方向放置两个用细线相连的质量均为m的小物体A、B,它们到转轴的距离分别为rA=20 cm,rB=30 cm,A、B与盘面间最大静摩擦力均为重力的0.4倍,试求:（1）当细线上开始出现张力时,圆盘的角速度0.（2）当A开始滑动时,圆盘的角速度.（3）当A即将滑动时,烧断细线,A、B运动状态如何?（g取10 m/s2）答案 （1）3.65 rad/s （2）4 rad/s（3）A随圆盘做圆周运动,B做离心运动1.质量为60 kg的体操运动员,做“单臂大回环”,用一只手抓住单杠,伸展身体,以单杠为轴做圆周运动.如图所示,此过程中,运动员到达最低点时手臂受的拉力至少约为（忽略空气阻力,g=10 m/s2） （ ）A.600 NB.2 400 NC.3 000 ND.3 600 N答案 C2.如图所示为A、B两质点做匀速圆周运动的向心加速度随半径变化的图象,其中A为双曲线的一个分支,由图可知（ ）A.A物体运动的线速度大小不变B.A物体运动的角速度大小不变C.B物体运动的线速度大小不变D.B物体运动的角速度与半径成正比答案 A3.如图所示,M、N是两个共轴圆筒的横截面,外筒半径为R,内筒半径比R小很多,可以忽略不计,筒的两端是封闭的,两筒之间抽成真空.两筒以相同的角速度绕其中心轴线（图中垂直于纸面）做匀速转动.设从M筒内部可以通过窄缝S（与M筒的轴线平行）不断地向外射出两种不同速率v1和v2的微粒,从S处射出时的初速度的方向都是沿筒的半径方向,微粒到达N筒后就附着在N筒上.如果R、v1和v2都不变,而取某一合适的值,则（ ）A.有可能使微粒落在N筒上的位置都在a处一条与S缝平行的窄条上B.有可能使微粒落在N筒上的位置都在某一处如b处一条与S缝平行的窄条上C.有可能使微粒落在N筒上的位置分别在某两处如b处和c处与S缝平行的窄条上D.只要时间足够长,N筒上将到处都落有微粒答案 ABC4.如图所示,将完全相同的两小球A、B用长为L=0.8 m的细绳悬于以v=4 m/s向右运动的小车顶部,两小球与小车前后竖直壁接触,由于某种原因,小车突然停止,此时悬线中张力之比TBTA为（g=10 m/s2）（ ）A.11B.12C.13D.14答案 C5.（2009西宁模拟）如图所示,放置在水平地面上的支架质量为M,支架顶端用细绳拴着的摆球质量为m,现将摆球拉至水平位置,然后释放,摆球运动过程中,支架始终不动,以下说法中正确的是（ ）A.在释放瞬间,支架对地面压力为（m+M）gB.在释放瞬间,支架对地面压力为MgC.摆球到达最低点时,支架对地面压力为（m+M）gD.摆球到达最低点时,支架对地面压力为（3m+M）g答案 BD6.在光滑的圆锥漏斗的内壁,两个质量相同的小球A和B,分别紧贴着漏斗在水平面内做匀速圆周运动,其中小球A的位置在小球B的上方,如图所示.下列判断正确的是（ ）A.A球的速率大于B球的速率B.A球的角速度大于B球的角速度C.A球对漏斗壁的压力大于B球对漏斗壁的压力D.A球的转动周期大于B球的转动周期答案 AD7.如图所示,一轻杆一端固定质量为m的小球,以另一端O为圆心,使小球做半径为R的圆周运动,以下说法正确的是（ ）A.小球过最高点时,杆所受的弹力可以等于零B.小球过最高点时的最小速度为C.小球过最高点时,杆对球的作用力可以与球所受重力方向相反D.小球过最高点时,杆对球作用力一定与小球所受重力方向相反答案 AC8.质量为m的小球由轻绳a和b分别系于一轻质木架上的A点和C点,如图所示,当轻杆绕轴BC以角速度匀速转动时,小球在水平面内做匀速圆周运动,绳a在竖直方向,绳b在水平方向,当小球运动到图示位置时,绳b被烧断的同时杆子停止转动,则（ ）A.小球仍在水平面内做匀速圆周运动B.在绳b被烧断瞬间,a绳中张力突然增大C.若角速度较小,小球在垂直于平面ABC的竖直平面内摆动D.若角速度较大,小球可能在垂直于平面ABC的竖直平面内做圆周运动答案 BCD9.如图所示,两个内壁光滑、半径不同的半球形碗,放在不同高度的水平面上,使两碗口处于同一水平面,现将质量相同的两个小球（小球半径远小于碗的半径）,分别从两个碗的边缘由静止释放,当两球分别通过碗的最低点时（ ）A.两球的速度大小相等B.两球的速度大小不相等C.两球对碗底的压力大小相等D.两球对碗底的压力大小不相等答案 BC10.（2009成都模拟）一圆盘可以绕其竖直轴在水平面内转动,圆盘半径为R,甲、乙两物体的质量分别为M与m（Mm）,它们与圆盘之间的最大静摩擦力均为正压力的倍,两物体用一根长为l（lR）的轻绳连在一起,如图所示,若将甲物体放在转轴的位置上,甲、乙之间轻绳刚好沿半径方向拉直,要使两物体与转盘之间不发生相对滑动,则转盘旋转的角速度最大值不得超过（ ）A. B.C.D.答案 D11.如图所示,细绳长l,吊一个质量为m的铁球,绳受到大小为2mg的拉力就会断裂,绳的上端系一质量不计的环,环套在光滑水平杆上.起初环带着球一起以速度v=向右运动,在A处环被挡住而停下的瞬间,绳子所受拉力为多少?在以后的运动过程中,球是先碰墙还是先碰地?第一次的碰撞点离B点的距离是多少?（已知A处离墙的水平距离为l,球离地的高度h=2l）答案 2mg 球先碰墙 12.如图所示,小球从光滑的圆弧轨道下滑至水平轨道末端时,光电装置被触动,控制电路会使转筒立刻以某一角速度匀速连续转动起来.转筒的底面半径为R,已知轨道末端与转筒上部相平,与转筒的转轴距离为L,且与转筒侧壁上的小孔的高度差为h;开始时转筒静止,且小孔正对着轨道方向.现让一小球从圆弧轨道上的某处无初速滑下,若正好能钻入转筒的小孔（小孔比小球略大,小球视为质点,不计空气阻力,重力加速度为g）,求:（1）小球从圆弧轨道上释放时的高度H.（2）转筒转动的角速度.答案 (1) (2)(n=1,2,3)13.（2009海淀区模拟）如图所示,左图是游乐场中过山车的实物图片,右图是过山车的原理图.在原理图中半径分别为R1=2.0 m和R2=8.0 m的两个光滑圆形轨道,固定在倾角为=37斜轨道面上的Q、Z两点,且两圆形轨道的最高点A、B均与P点平齐,圆形轨道与斜轨道之间圆滑连接.现使小车（视作质点）从P点以一定的初速度沿斜面向下运动.已知斜轨道面与小车间的动摩擦因数为=,g=10 m/s2,sin37=0.6,cos37=0.8.问:（1）若小车恰好能通过第一个圆形轨道的最高点A处,则其在P点的初速度应为多大?（2）若小车在P点的初速度为10 m/s,则小车能否安全通过两个圆形轨道?答案 （1）2m/s（2）能第三单元 万有引力定律及其应用第5课时 万有引力与天体运动要点一 开普勒三定律 即学即用1.某行星绕太阳运行的椭圆轨道如图所示,F1、F2是椭圆轨道的两个焦点,太阳在焦点F1上,A、B两点是F1、F2连线与椭圆的交点.已知A点到F1的距离为a,B点到F1的距离为b,则行星在A、B两点处的速率之比多大?答案 要点二 万有引力定律 即学即用2.两个质量均为M的星体,其连线的垂直平分线为HN,O为其连线的中点,如图所示,一个质量为m的物体从O沿OH方向运动,则它受到的万有引力大小变化情况是（ ）A.一直增大B.一直减小C.先减小,后增大D.先增大,后减小答案 D题型1 用万有引力定律计算天体的质量和密度【例1】继神秘的火星之后,土星也成了全世界关注的焦点.经过近7年35.2亿公里在太空中风尘仆仆的穿行后,美航空航天局和欧航空航天局合作研究的“卡西尼”号土星探测器于美国东部时间2004年6月30日（北京时间7月1日）抵达预定轨道,开始“拜访”土星及其卫星家族.这是人类首次针对土星及其31颗已知卫星最详尽的探测.若“卡西尼”号探测器进入绕土星飞行的轨道,在半径为R的土星上空离土星表面高h的圆形轨道上绕土星飞行,环绕n周飞行时间为t.试计算土星的质量和平均密度.答案 题型2 多星问题【例2】宇宙中存在一些离其它恒星较远的、由质量相等的三颗星组成的三星系统,通常可忽略其它星体对它们的引力作用.已观测到稳定的三星系统存在两种基本的构成形式:一种是三颗星位于同一直线上,两颗星围绕中央星在同一半径为R的圆轨道上运行;另一种形式是三颗星位于等边三角形的三个顶点上,并沿外接于等边三角形的圆形轨道运行.设每个星体的质量均为m.（1）试求第一种形式下,星体运动的线速度和周期.（2）假设两种形式星体的运动周期相同,第二种形式下星体之间的距离应为多少?答案 (1) (2) 题型3 科技物理【例3】宇宙飞船点火竖直升空时,航天员感觉“超重感比较强”,仪器显示他们对座舱的最大压力等于他们体重的5倍.飞船进入轨道后,航天员还多次在舱内“飘浮起来”.（地球半径R取6.4103 km,地面重力加速度g取10 m/s2,计算结果取两位有效数字）（1）试分析航天员在舱内“飘浮起来”的现象产生的原因.（2）求火箭点火发射时,火箭的最大推力.（3）估算飞船运行轨道距离地面的高度.答案 （1）航天员随舱做圆周运动,万有引力用来充当圆周运动的向心力,航天员对支撑物的压力为零,故航天员“飘浮起来”是一种完全失重现象.（2）2.4107 N （3）3.1102 km1.早在19世纪,匈牙利物理学家厄缶就明确指出:“沿水平地面向东运动的物体、其重量（即:列车的视重或列车对水平轨道的压力）一定要减轻”.后来,人们常把这类物理现象称之为“厄缶效应”.如右图所示:我们设想,在地球赤道附近的地平线上,有一列质量是M的列车,正在以速率v沿水平轨道匀速向东行驶.已知地球的半径R;地球的自转周期T.今天我们像厄缶一样,如果仅仅考虑地球的自转影响（火车随地球做线速度为的圆周运动）时,火车对轨道的压力为N;在此基础上,又考虑到这列火车相对地面又附加了一个线速度v做更快的匀速圆周运动,并设此时火车对轨道的压力为N,那么,单纯地由于该火车向东行驶而引起火车对轨道的压力减轻的数量（N-N）为（ ）A. B.MC.M D.M答案 B2.银河系的恒星中大约四分之一是双星.某双星由质量不等的星体S1和S2构成,两星在相互之间的万有引力作用下绕两者连线上某一定点C做匀速圆周运动. 由天文观测得其周期为T,S1到C点的距离为r1,S1和S2的距离为r,已知万有引力常量为G.由此可求出S2的质量为（ ）A. B.C.D.答案 D3.假定Z星和地球都是球体.Z星质量MZ和地球质量M地之比为p,Z星的半径RZ和地球半径R地之比为q.那么离Z星表面h1=RZ高处的重力加速度gZ和离地球表面h2=R地高处的重力加速度g地之比等于多少?答案 4.宇航员在一星球表面的某高处,沿水平方向抛出一个小球,经过时间t,小球落到星球表面,测出抛出点与落地点之间的距离为l.若抛出时的初速度增大到2倍,则抛出点与落地点的距离为,已知两落地点在同一水平面上,该星球的半径为R,万有引力常数为G,求星球的质量.答案 第6课时 人造卫星 宇宙速度要点一 人造卫星 即学即用1.在圆轨道上运动的质量为m的人造地球卫星,它到地面的距离等于地球半径R,地面上的重力加速度为g,则（ ）A.卫星运动的速度为B.卫星运动的周期为C.卫星运动的加速度为D.卫星的动能为答案 BD要点二 宇宙速度 即学即用2.1990年5月,中国紫金山天文台将1965年9月20日发现的第2 752号小行星命名为吴健雄星,其直径2R=32 km.如该小行星的密度和地球的密度相同,则对该小行星而言,第一宇宙速度为多少?（已知地球半径R0=6 400 km,地球的第一宇宙速度v18 km/s）答案 20 m/s要点三 同步卫星 即学即用3.设同步卫星离地心的距离为r,运行速率为v1,加速度为a1;地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a2,第一宇宙速度为v2,地球的半径为R,则下列比值正确的是（ ）A.B.C.D.答案 B题型一 人造卫星的运行规律【例1】如图所示A、B、C是在地球大气层外,圆形轨道上运行的三颗人造卫星,B、C离地面的高度小于A离地面的高度,A、B的质量相等且大于C的质量.下列说法中正确的是（ ）A.B、C的线速度大小相等,且大于A的线速度B.B、C的向心加速度大小相等,且小于A的向心加速度C.B、C运行周期相同,且小于A的运行周期D.B的向心力大于A和C的向心力答案 ACD题型二 卫星变轨问题【例2】发射地球同步卫星时,先将卫星发射到近地圆轨道1,然后经点火使其沿椭圆轨道2运行,最后再次点火,将卫星送入同步圆轨道3.轨道1与2相切于Q点,轨道2与3相切于P点,如图所示,则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时,以下说法正确的是（ ）A.卫星在轨道3上的速率大于它在轨道1上的速率B.卫星在轨道3上的角速度小于它在轨道1上的角速度C.卫星在轨道1上经过Q点时的速率小于它在轨道2上经过Q点时的速率D.卫星在轨道2上经过P点时的速率小于它在轨道3上经过P点时的速率答案 BCD题型3 科技物理【例3】“嫦娥一号”探月卫星的路线简化后示意图如图所示.卫星由地面发射后经过发射轨道进入停泊轨道,然后在停泊轨道经过调速后进入地月转移轨道,再次调速后进入工作轨道,卫星开始对月球进行探测.若地球与月球的质量之比为,卫星的停泊轨道与工作轨道的半径之比为=b,卫星在停泊轨道和工作轨道上均可视为做匀速圆周运动,求:（1）卫星在停泊轨道和工作轨道运行的线速度大小之比.（2）卫星在停泊轨道和工作轨道运行的周期大小之比.答案 （1）（2）1.我国“神舟”七号载人飞船发射升空,进入预定轨道后绕地球自西向东做匀速圆周运动,每90 min转一圈.航天员在轨道舱做了许多科学实验,着地前1.5 m返回舱底座发动机开始向下喷气,使返回舱减速下降,实现软着陆,“神舟”七号航天实验圆满完成.下列关于“神舟”七号的说法正确的是（ ）A.航天员在24 h内可以见到日出的次数应为16次B.“神舟”七号的轨道高度小于地球同步卫星的轨道高度C.“神舟”七号绕地球做匀速圆周运动的速度略大于第一宇宙速度D.在着地前1.5 m内宇航员处于失重状态答案 AB2.地球同步卫星质量为m,离地高度为h,若地球半径为R0,地球表面处重力加速度为g0,地球自转角速度为0,则同步卫星所受的地球对它的万有引力的大小为（ ）A.0 B.C. D.以上结果都不正确答案 BC3.某课外小组经长期观测,发现靠近某行星周围有众多卫星,且相对均匀地分布于行星周围,假设所有卫星绕该行星的运动都是匀速圆周运动,通过天文观测,测得离行星最近的一颗卫星的运动半径为R1,周期为T1,已知万有引力常量为G.（1）求行星的质量.（2）若行星的半径为R,求行星的第一宇宙速度.（3）通过天文观测,发现离行星很远处还有一颗卫星,其运动半径为R2,周期为T2,试估算靠近行星周围众多卫星的总质量.答案 （1）（2）（3）4.（2009南京质检）中国首个月球探测计划“嫦娥工程”预计在2017年送机器人上月球,实地采样送回地球,为载人登月及月球基地选址做准备.设想我国宇航员随“嫦娥”号登月飞船绕月球飞行,飞船上备有以下实验仪器: A.计时表一只,B.弹簧秤一把,C.已知质量为m的物体一个,D.天平一只（附砝码一盒）.在飞船贴近月球表面时可近似看成绕月球做匀速圆周运动,宇航员测量出飞船在靠近月球表面的圆形轨道绕行N圈所用的时间为t.飞船的登月舱在月球上着陆后,遥控机器人利用所携带的仪器又进行了第二次测量,利用上述两次测量的物理量可以推导出月球的半径和质量.（已知万有引力常量为G）（1）说明机器人是如何进行第二次测量的?（2）试推导用上述测量的物理量表示的月球半径和质量的表达式.答案 （1）机器人在月球上用弹簧秤竖直悬挂物体,静止时读出弹簧秤的读数F,即为物体在月球上所受重力的大小.（2）1.科学研究表明地球的自转在变慢,四亿年前,地球每年是400天,那时,地球每自转一周的时间是21.5小时,比现在要快2.5小时.据科学家分析,地球自转变慢的原因主要有两个:一个是潮汐时海水与海岸碰撞、与海底摩擦而使能量变成内能;另一个是由于潮汐的作用,地球把部分自转能量传给了月球,使月球的机械能增加了（不考虑对月球自转的影响）.由此可以判断,与四亿年前相比月球绕地球公转的（ ）A.半径增大B.速度增大C.周期增大D.角速度增大答案 AC2.假设“神舟”六号宇宙飞船绕地球做匀速圆周运动时,它到地球球心的距离是地球半径的2倍,其中一位宇航员的质量为m,已知地面上的重力加速度为g,地球的半径为R,则（ ）A.宇宙飞船的速度为B.宇宙飞船的周期为C.地球对宇航员的引力为D.宇航员对飞船的压力为答案 BC3.“探路者”号宇宙飞船在宇宙深处飞行过程中,发现A、B两颗均匀球形天体,两天体各有一颗靠近其表面飞行的卫星,测得两颗卫星的周期相等,以下判断正确的是（ ）A.天体A、B的质量一定不相等B.两颗卫星的线速度一定相等C.天体A、B表面的重力加速度之比等于它们的半径之比D.天体A、B的密度一定相等答案 CD4.某星球的质量约为地球的9倍,半径约为地球半径的一半,若从地球表面高h处平抛一物体,射程为60 m,则在该星球上,从同样的高度以同样的初速度平抛同一物体,射程应为（ ） A.10 mB.15 mC.90 mD.360 m答案 A5.宇航员在月球表面完成下面实验:在一固定的竖直光滑圆弧轨道内部的最低点,静止一质量为m的小球（可视为质点）,如图所示,当给小球水平初速度v0时,刚好能使小球在竖直平面内做完整的圆周运动.已知圆弧轨道半径为r,月球的半径为R,万有引力常量为G.若在月球表面上发射一颗环月卫星,所需最小发射速度为（ ）A.B.C.D.答案 A6.（2009济宁统考）设想“嫦娥号”登月飞船贴近月球表面做匀速圆周运动,测得其周期为T,飞船在月球上着陆后,自动机器人用测力计测得质量为m的仪器重力为P.已知引力常量为G,由以上数据可以求出的量有（ ）A.月球的半径B.月球的质量C.仪器随月球自转的加速度D.月球绕地球做匀速圆周运动的向心加速度 答案 AB7.地球质量M可由表达式M=求出,式中G为引力常量,a的单位是m/s,b是a的幂次,c的单位是m/s2,以下判断正确的是（ ）A.a是同步卫星绕地球运动的速度,b=4,c是地球表面重力加速度B.a是第一宇宙速度,b=4,c是地球表面重力加速度C.a是赤道上物体的自转速度,b=2,c是地球表面重力加速度D.a是月球绕地球运动的速度,b=4,c是月球表面的自由落体加速度答案 B8.宇宙飞船运动中需要多次“轨道维持”.所谓“轨道维持”就是通过控制飞船上发动机的点火时间和推力的大小和方向,使飞船能保持在预定轨道上稳定运行.如果不进行“轨道维持”,由于飞船受轨道上稀薄空气的影响,轨道高度会逐渐降低,在这种情况下飞船的动能、引