2020版高考物理總復習 沖A方案 專題摸底四 曲線運動 萬有引力與航天（含解析）新人教版

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1、專題摸底卷(四)曲線運動　萬有引力與航天 [時間:60分鐘　分值:70分] 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 一、單項選擇題(本題共15小題,每小題2分,共30分) 1.如圖D4-1所示,小鐵球在光滑水平桌面上沿直線AB做勻速直線運動.當它運動到B點時,在桌面上某一位置放置一條形磁鐵,使鐵球運動方向發(fā)生偏轉,沿虛線BC運動.若在圖中標出的甲、乙、丙、丁四個位置中選擇,條形磁鐵所在的位置是 (　　) 圖D4-1 A.甲位置 B.乙位置　　 C.丙位置　　 D.丁位置 2.關于物體的運動狀態(tài)與受力關系,下列說法中正確的是 (　　) A.物體的運動狀態(tài)發(fā)生變

2、化,物體的受力情況一定變化 B.物體的運動狀態(tài)保持不變,說明物體所受的合外力為零 C.物體在恒力作用下,一定做勻變速直線運動 D.物體做曲線運動時,受到的合外力不可能是恒力 圖D4-2 3.紅蠟塊能在玻璃管的水中勻速上升,若紅蠟塊從A點勻速上升的同時,使玻璃管水平向右做勻加速直線運動,則紅蠟塊實際運動的軌跡可能是圖D4-2中的 (　　) A.直線P 　　B.曲線Q C.曲線R 　　D.無法確定 圖D4-3 4.如圖D4-3所示,用小錘打擊彈性金屬片后,A球沿水平方向飛出的同時,B球自由下落.不計空氣阻力,下列說法正確的是 (　　) A.A球先落地 　　　　

3、B.B球先落地 C.兩球同時落地 　　　　 D.A球的落地時間與打擊力度有關 圖D4-4 5.如圖D4-4所示,水平轉臺上有一枚硬幣,當轉臺繞中心軸勻速轉動時,硬幣與轉臺保持相對靜止.下列關于這枚硬幣的說法正確的是 (　　) A.受到重力和支持力 B.受到重力、支持力和向心力 C.受到的靜摩擦力方向指向轉臺中心 D.受到的靜摩擦力方向與其線速度方向相反 圖D4-5 6.如圖D4-5所示,噴出的水柱顯示了平拋運動的軌跡.若運動時間為2 s,水平位移為0.6 m,則平拋的初速度為 (　　) A.103 m/s 　　B.0.3 m/s　 C.0.6 m/s　　 　　

4、D.0.9 m/s 7.如圖D4-6所示,一籃球從離地H高處的籃板上A點以初速度v0水平彈出,剛好在離地h高處被跳起的同學接住.不計空氣阻力,重力加速度為g,則籃球在空中飛行的 (　　) 圖D4-6 A.時間為2hg B.時間為2Hg C.水平位移為v02(H+h)g D.水平位移為v02(H-h)g 圖D4-7 8.如圖D4-7所示為飛行特技表演時飛機在豎直面內俯沖后又拉起的情景,這一過程可看作半徑為R的勻速圓周運動.設飛機通過最低點時速度大小為v,飛行員的質量為m,則飛機在最低點時座椅對飛行員的支持力大小為 (　　) A. mg B. mv2R C. mv2R+

5、mg D.mv2R-mg 9.如圖D4-8所示,摩天輪是日常生活中典型的勻速圓周運動實例.若將箱體內的乘客視作質點,則下列說法正確的是 (　　) 圖D4-8 A.某時刻所有乘客運動的線速度都相同 B.某時刻所有乘客運動的加速度都相同 C.某乘客經(jīng)過最高點和最低點時所受的合外力大小相等 D.某乘客經(jīng)過最高點和最低點時對箱體的作用力大小相等 10.設同步衛(wèi)星到地心的距離為r,運行速率為v1,加速度為a1;地球赤道上的物體隨地球自轉的向心加速度為a2,第一宇宙速度為v2,地球的半徑為R,則下列判斷正確的是 (　　 ) A.a1a2=R2r2 B.a1a2=rR C.v1v2=r

6、R D.v1v2=rR 11.2018年7月10日,我國成功發(fā)射了第三十二顆北斗導航衛(wèi)星.該衛(wèi)星是傾斜地球同步軌道衛(wèi)星,它的運轉軌道面與地球赤道面有夾角,離地面的高度和地球靜止軌道衛(wèi)星的高度相同.僅考慮衛(wèi)星與地球間的作用,關于該衛(wèi)星,下列說法正確的是 (　　) A.該衛(wèi)星的向心力與地球靜止軌道衛(wèi)星的向心力一樣大 B.該衛(wèi)星的角速度與地球靜止軌道衛(wèi)星的角速度大小相等 C.該衛(wèi)星的加速度大于地球靜止軌道衛(wèi)星的加速度 D.該衛(wèi)星的環(huán)繞速度大于7.9 km/s 12.北京時間2017年4月22日“天舟一號”與“天宮二號”順利完成自動交會對接,這是我國自主研制的貨運飛船與空間實驗室的首次交會

7、對接.如圖D4-9所示,若“天舟一號”飛船與“天宮二號”均繞地球的中心O做半徑為r、逆時針方向的勻速圓周運動,已知地球的半徑為R,地球表面的重力加速度為g,則 (　　) 圖D4-9 A.“天舟一號”飛船的線速度大小為rgR B.“天舟一號”飛船從圖示位置運動到“天宮二號”所在位置所需的時間為θrRrg C.“天舟一號”飛船要想追上“天宮二號”,只需向后噴氣 D.“天舟一號”飛船追上“天宮二號”時與“天宮二號”的機械能相同 13.2018年7月22日在美國卡納維拉爾角發(fā)射場成功發(fā)射了地球同步軌道衛(wèi)星Telstar 19 Vantage,定點在西經(jīng)63度赤道上空.2018年7月

8、25日歐洲航天局在圭亞那太空中心成功發(fā)射了4顆伽利略導航衛(wèi)星(FOCFM-23、24、25、26),這4顆伽利略導航衛(wèi)星質量大小不等,都運行在離地面高度為23 616 km的中地球軌道.設所有衛(wèi)星均繞地球做勻速圓周運動,下列說法正確的是(　　) A.這4顆伽利略導航衛(wèi)星運行時所需的向心力大小相等 B.FOCFM-23運行的周期小于Telstar 19 Vantage運行的周期 C.Telstar 19 Vantage運行的線速度可能大于地球第一宇宙速度 D.FOCFM-23運行的向心加速度小于Telstar 19 Vantage運行的向心加速度 14.消防車利用云梯進行高層滅火,消防

9、水炮出水口離地的高度為40 m,出水口始終保持水平且出水方向可以水平調節(jié),水平射出水的初速度v0在5~15 m/s之間可以調節(jié).著火點在離地高為20 m的樓層,出水口與著火點不能靠得太近,不計空氣阻力,重力加速度g取10 m/s2.下列說法正確的是 (　　) A.如果要有效滅火,出水口與著火點的水平距離最大為40 m B.如果要有效滅火,出水口與著火點的水平距離最小為10 m C.如果出水口與著火點的水平距離不能小于15 m,則水平射出水的初速度最小為6 m/s D.若該著火點離地高為40 m,則該消防車仍能有效滅火 15.如圖D4-10所示,某一運動員從弧形雪坡上沿水平方向飛出后,

10、又落到斜面雪坡上.若斜面雪坡的傾角為θ,運動員飛出時的速度大小為v0,不計空氣阻力,運動員飛出后在空中的姿勢保持不變,重力加速度為g,則 (　　) 圖D4-10 A.如果v0不同,則該運動員落到雪坡時的速度方向也就不同 B.不論v0有多大,該運動員落到雪坡時的速度方向都是相同的 C.運動員落到雪坡時的速度大小是v0cosθ D.運動員在空中經(jīng)歷的時間是v0tanθg 二、實驗題(本題共2小題,16題5分,17題5分,共10分) 16.在“研究平拋運動”的實驗中,某同學讓小球A由斜槽上滾下,從桌邊水平飛出,當它恰好離開桌邊緣時,小球B從同樣高度處自由下落,頻閃照相儀拍到了B

11、球下落過程的四個位置和A球的第3、4個位置,如圖D4-11所示,背景的方格紙每小格的邊長為2.5 cm.(g取10 m/s2) 圖D4-11 (1)頻閃照相儀的閃光頻率為　　　　　.? (2)A球離開桌邊時的速度大小為　　　　　m/s.? 17.在“研究小球做平拋運動”的實驗中: 圖D4-12 (1)某同學先觀察了如圖D4-12甲所示的演示實驗,A、B兩球同時落地,說明　　　　　　　　　　　　　　　;該同學設計了如圖乙所示的實驗:將兩個斜滑道固定在同一豎直面內,最下端水平,把兩個質量相等的小鋼球從斜面上距離底端同一高度由靜止同時釋放,滑道2與光滑水平板銜接,則他將觀察到

12、的現(xiàn)象是　　　　　　　　　　　　　　　　　,這說明　　　　　　　　　　　　　　　.? (2)該同學采用頻閃照相機拍攝到小球做平拋運動的照片如圖丙所示,圖中背景方格的邊長為L=5 cm,A、B、C是攝下的小球的三個位置,如果g取10 m/s2,則照相機拍攝時每　　　　　s 曝光一次;小球在B點的速率為　　　　　m/s.? 三、計算題(本題共3小題,18題10分,19題10分,20題10分,共30分) 18.質量m=2 kg的物體在光滑水平面上運動,其分速度vx和vy隨時間變化的圖線如圖D4-13所示,求: (1)物體所受的合力; (2)物體的初速度; (3)t=8 s時物體的速度;

13、 (4)0~4 s內物體的位移. 圖D4-13 19.如圖D4-14所示,水平臺面AB距地面的高度h=0.80 m.有一滑塊從A點以v0=6 m/s的初速度在臺面上做勻變速直線運動,滑塊與臺面間的動摩擦因數(shù)μ=0.25.滑塊運動到臺面邊緣的B點后水平飛出.已知AB長為2.2 m,不計空氣阻力, g取10 m/s2.求: (1)滑塊從B點飛出時的速度大小; (2)滑塊落地點到臺面邊緣的水平距離. 圖D4-14 20.如圖D4-15所示,一根長0.1 m的細線一端系著一個質量為0.18 kg的小球,拉住線的另一端,使球在光滑的水平桌面

14、上做勻速圓周運動.當小球的轉速增大到原來的3倍時,測得線的拉力比原來大40 N,此時線突然斷裂.(g取10 m/s2) (1)線斷裂的瞬間,求線的拉力大小; (2)求線斷裂時小球運動的線速度大小; (3)如果桌面高出地面0.8 m,線斷后小球飛出去落地處到桌面邊緣的水平距離s為多少? 圖D4-15 專題摸底卷(四) 1.D　[解析] 鐵球在做曲線運動,速度沿切線方向,合力指向曲線的凹側,條形磁鐵對鐵球是吸引力,所以條形磁鐵所在的位置是丁位置,故D正確,A、B、C錯誤. 2.B　 3.B　 4.C　[解析] 用小錘打擊彈性金屬片后,A球沿水平方向飛出的同時,B球

15、自由下落,實驗可以發(fā)現(xiàn)兩小球同時落地,選項C正確. 5.C　[解析] 硬幣做勻速圓周運動,合力指向圓心,硬幣受到重力、支持力和靜摩擦力,重力和支持力平衡,靜摩擦力提供向心力,方向指向圓心,故C正確. 6.B　[解析] 平拋運動中,水平方向上為勻速直線運動,有v0=xt=0.62 m/s=0.3 m/s,故B正確. 7.D　[解析] 根據(jù)自由落體規(guī)律得H-h=12gt2,所以籃球在空中飛行的時間為t=2(H-h)g,故A、B錯誤;籃球的水平位移為x=v0t=v02(H-h)g,故D正確,C錯誤. 8.C　[解析] 飛機在豎直平面內做勻速圓周運動,經(jīng)過最低點時,飛行員受到豎直向下的重力G和

16、座椅的豎直向上的支持力F',它們的合力提供向心力,加速度方向豎直向上,合力方向豎直向上,根據(jù)牛頓第二定律得F'=mg+mv2R,故C正確. 9.C　[解析] 線速度是矢量,摩天輪做勻速圓周運動,同一時刻不同箱體內乘客的線速度方向不同,故A錯誤;同理,B錯誤;摩天輪做勻速圓周運動,合外力提供向心力,R不變,線速度大小不變,由F向=mv2R知,合外力大小不變,故C正確;箱體所受乘客的作用力與箱體對乘客的彈力大小相等,在最高點時,乘客所受彈力F=mv2R-mg,在最低點時,乘客所受彈力F'=mv2R+mg,所以乘客經(jīng)過最高點和最低點時對箱體的作用力大小不相等,故D錯誤. 10.B　[解析] 地球

17、同步衛(wèi)星的角速度和地球赤道上的物體隨地球自轉的角速度相同,由a1=ω2r,a2=ω2R,可得a1a2=rR,故B正確,A錯誤;對于地球同步衛(wèi)星和以第一宇宙速度運動的近地衛(wèi)星,由萬有引力提供做勻速圓周運動所需向心力,有GMmr2=mv2r,可得v=GMr,則v1v2=Rr,故C、D錯誤. 11.B　[解析] 傾斜地球同步軌道衛(wèi)星與地球靜止軌道衛(wèi)星周期相同,都等于地球的自轉周期,所以兩衛(wèi)星的角速度大小相等,但由于不知道兩衛(wèi)星的質量,所以不能判斷兩衛(wèi)星的向心力大小,故A錯誤,B正確;由公式GMmr2=ma,得a=GMr2,所以兩衛(wèi)星的加速度大小相等,故C錯誤;7.9 km/s為衛(wèi)星繞地球做圓周運動

18、的最大線速度,所以該衛(wèi)星的線速度小于7.9 km/s,故D錯誤. 12.B　[解析] 根據(jù)萬有引力提供向心力,有GMmr2=mv2r,又知GM=gR2,可得v=Rgr,選項A錯誤.ω=gR2r3,t=θω,可得t=θrRrg,選項B正確.“天舟一號”飛船無法僅通過向后噴氣去追上“天宮二號”,因為會發(fā)生離心運動,選項C錯誤.“天舟一號”飛船與“天宮二號”的質量關系不確定,所以不能確定其機械能是否相同,選項D錯誤. 13.B　[解析] 根據(jù)萬有引力提供向心力得F=GMmr2,這4顆伽利略導航衛(wèi)星的軌道半徑相等,但質量大小不等,故這4顆伽利略導航衛(wèi)星的向心力大小不相等,A錯誤;根據(jù)萬有引力提供向

19、心力得GMmr2=m4π2T2r,解得T=2πr3GM,因FOCFM-23運行時軌道半徑小于地球同步軌道衛(wèi)星Telstar 19 Vantage的軌道半徑,故FOCFM-23運行時周期小于Telstar 19 Vantage 的運行周期,B正確;根據(jù)萬有引力提供向心力得GMmr2=mv2r,解得v=GMr,因地球同步軌道衛(wèi)星Telstar 19 Vantage的軌道半徑大于地球半徑,故Telstar 19 Vantage運行時線速度一定小于地球第一宇宙速度,C錯誤;根據(jù)萬有引力提供向心力得GMmr2=ma,解得a=GMr2,因FOCFM-23運行時軌道半徑小于地球同步軌道衛(wèi)星Telstar 1

20、9 Vantage的軌道半徑,故FOCFM-23的向心加速度大于Telstar 19 Vantage的向心加速度,D錯誤. 14.B　[解析] 水在空中做平拋運動,在豎直方向上做自由落體運動,當下落高度為20 m時,運動時間為t=2hg=2 s,水平方向上做勻速運動,有s=v0t,而水平射出的速度v0在5~15 m/s之間,則運動的水平位移在10~30 m之間,所以如果要有效滅火,出水口與著火點的水平距離最小為10 m,最大為30 m,故A錯誤,B正確;如果出水口與著火點的水平距離不能小于15 m,則s=v0t≥15 m,解得v0≥7.5 m/s,故C錯誤;由于出水口與著火點不能靠得太近,所

21、以該著火點離地高為40 m時,該消防車不能有效滅火,故D錯誤. 15.B　[解析] 設在空中飛行時間為t,運動員在豎直方向上做自由落體運動,在水平方向上做勻速直線運動,運動員的豎直位移與水平位移之比yx=12gt2v0t=tan θ,則飛行的時間t=2v0tanθg,故D錯誤;豎直方向的速度大小為vy=gt=2v0tan θ,運動員落到雪坡時的速度大小為v=v02+vy2=v01+4tan2θ,故C錯誤;設運動員落到雪坡時的速度方向與水平方向夾角為α,則tan α=vyv0=2tan θ,由此可知,運動員落到雪坡時的速度方向與初速度大小無關,無論v0有多大,運動員落到雪坡時的速度方向相同,故

22、A錯誤,B正確. 16.(1)10 Hz　(2)0.75 [解析] (1) 平拋運動在水平方向上為勻速直線運動,在豎直方向上為自由落體運動,由圖可知,在豎直方向上,有Δy=4L=gT2,解得T=4Lg=4×2.5×10-210 s=0.1 s,則閃光的頻率為f=1T=10 Hz. (2)A球離開桌邊的速度為v0=3LT=3×2.5×10-20.1 m/s=0.75 m/s. 17.(1)平拋運動在豎直方向上是自由落體運動　球1落到光滑水平板上并擊中球2　平拋運動在水平方向上是勻速直線運動　(2)0.1　2.5 [解析] (1)甲圖中A球做自由落體運動,B球做平拋運動,兩球同時落地,說

23、明平拋運動在豎直方向上是自由落體運動;乙圖中球1做平拋運動,球2做勻速直線運動,兩球相撞,說明平拋運動在水平方向上是勻速直線運動. (2)根據(jù)Δy=gT2,可得T=Δyg=2×0.0510 s=0.1 s,則平拋運動的初速度為v0=3LT=3×0.050.1 m/s=1.5 m/s,小球在B點的豎直分速度為vyB=8L2T=0.40.2 m/s=2 m/s,則小球在B點的速度為vB=v02+vyB2=1.52+22 m/s=2.5 m/s. 18.(1)1 N,沿y軸正方向　(2)3 m/s,沿x軸正方向　(3)5 m/s,與x軸正方向的夾角為53°　(4)12.6 m,與x軸正方向的夾角

24、為arctan13 [解析] (1)在x方向,有ax=0;在y方向,有ay=ΔvyΔt=0.5 m/s2 根據(jù)牛頓第二定律得F合=may=1 N,方向沿y軸正方向. (2)由題圖可知vx0=3 m/s,vy0=0,則物體的初速度為v0=3 m/s,方向沿x軸正方向. (3)由題圖知,t=8 s時,vx=3 m/s,vy=4 m/s,物體的合速度為v=vx2+vy2=5 m/s,設速度方向與x軸正方向的夾角為θ,則tan θ=43,θ=53°,即速度方向與x軸正方向的夾角為53°. (4)0~4 s內,x=vxt=12 m,y=12ayt2=4 m 物體的位移l=x2+y2≈12.6

25、 m 設位移方向與x軸正方向的夾角為α,則tan α=yx=13 所以α=arctan 13 即與x軸正方向的夾角為arctan13. 19.(1)5 m/s　(2)2 m [解析] (1)由牛頓第二定律得-μmg=ma 由運動學公式有vB2-v02=2axAB 解得滑塊從B點飛出時的速度大小為vB=5 m/s (2)由平拋運動規(guī)律得 h=12gt2 x'=vBt 解得滑塊落地點到臺面邊緣的水平距離為x'=2 m 20.(1)45 N　(2)5 m/s　(3)2 m [解析] (1)小球在光滑桌面上做勻速圓周運動時受三個力作用:重力mg、桌面彈力FN和線的拉力FT.重力mg和彈力FN平衡,線的拉力提供向心力,即F向=FT=mω2R 設原來的角速度為ω0,線的拉力是F0,加快后的角速度為ω,線斷時的拉力是F,則 F∶F0=ω2∶ω02=9∶1. 由題意知F=F0+40 N,解得F0=5 N,F=45 N. (2)設線斷時小球的線速度大小為v,由F=mv2R 可得v=FRm=45×0.10.18 m/s=5 m/s. (3)由平拋運動規(guī)律得小球在空中運動的時間 t=2hg=2×0.810 s=0.4 s 小球落地處到桌面邊緣的水平距離s=vt=5×0.4 m=2 m. - 10 -