2025屆高考物理二輪總復(fù)習(xí)第一編專題1力與運(yùn)動(dòng)第4講圓周運(yùn)動(dòng)天體的運(yùn)動(dòng)課件

第四講圓周運(yùn)動(dòng)天體的運(yùn)動(dòng)通覽知識(shí)明要點(diǎn)研學(xué)考點(diǎn)提能力目錄索引0102突破熱點(diǎn)聚素養(yǎng)03通覽知識(shí)明要點(diǎn)研學(xué)考點(diǎn)提能力考點(diǎn)一圓周運(yùn)動(dòng)高考風(fēng)向標(biāo)考點(diǎn)考題明細(xì)考查頻度圓周運(yùn)動(dòng)2024黑吉遼卷,2;2024廣東卷,5;2024江蘇卷,8、11;2024江西卷,14;2023全國(guó)甲卷,17全國(guó)卷:3年1考地方卷:3年5考命題角度1水平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)(1)水平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的分析思路(2)水平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的臨界問(wèn)題①繩的臨界:拉力FT=0。

繩恰好伸直②接觸面滑動(dòng)臨界:F=Ffmax。

達(dá)到最大靜摩擦力③接觸面分離臨界:FN=0。例1

如圖所示,餐桌中心是一個(gè)半徑為r=1.5m的圓盤,圓盤可繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng),餐桌其余部分不轉(zhuǎn)動(dòng),近似認(rèn)為圓盤與餐桌在同一水平面內(nèi)且兩者之間的間隙可忽略不計(jì)。已知放置在圓盤邊緣的小物體與圓盤的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ1=0.6,與餐桌的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ2=0.225,餐桌離地高度為h=0.8m。設(shè)小物體與圓盤以及餐桌之間的最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力,重力加速度g取10m/s2。(1)為使物體不滑到餐桌上,圓盤的角速度ω的最大值為多少?(2)緩慢增大圓盤的角速度,物體從圓盤上甩出,為使物體不滑落到地面,餐桌半徑R的最小值為多大?(3)若餐桌半徑R'=r,則在圓盤角速度緩慢增大時(shí),物體從圓盤上被甩出后做平拋運(yùn)動(dòng)的水平位移為多少?解題指導(dǎo)【審題】讀取題干獲取信息圓盤與餐桌在同一水平面內(nèi)且兩者之間的間隙可忽略不計(jì)物體從圓盤滑到餐桌時(shí)速度大小、方向均不變?chǔ)?=0.6、μ2=0.225、h=0.8

m可求物體在圓盤上不滑動(dòng)時(shí)的最大向心加速度;可求物體在餐桌上做勻減速直線運(yùn)動(dòng)的加速度;物體離開(kāi)餐桌做平拋運(yùn)動(dòng)的豎直位移為0.8

m為使物體不滑落到地面,餐桌半徑R的最小值為多大餐桌半徑最小時(shí),物體滑到餐桌邊緣的速度恰為零;圓盤半徑、餐桌半徑和物體在餐桌上的位移組成直角三角形【破題】1.明確運(yùn)動(dòng)過(guò)程:物體在圓盤上保持相對(duì)靜止時(shí)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),滑到桌面上后做勻減速直線運(yùn)動(dòng),離開(kāi)桌面后做平拋運(yùn)動(dòng)。2.弄清臨界條件:一是物體在圓盤上發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的臨界條件是靜摩擦力達(dá)到最大靜摩擦力,即等于滑動(dòng)摩擦力;二是物體不滑落到地面的臨界條件是物體滑到餐桌邊緣時(shí)速度恰好為零。答案

(1)2rad/s

(2)2.5m

(3)0.6m解析

(1)由題意可得,當(dāng)小物體在圓盤上隨圓盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),圓盤對(duì)小物體的靜摩擦力提供向心力,所以隨著圓盤轉(zhuǎn)速的增大,小物體受到的靜摩擦力增大。當(dāng)靜摩擦力最大時(shí),小物體即將滑動(dòng),此時(shí)圓盤的角速度達(dá)到最大,則有Ffm=μ1FN=mrω2FN=mg(2)由題意可得,當(dāng)物體滑到餐桌邊緣時(shí)速度恰好減為零,對(duì)應(yīng)的餐桌半徑取最小值。設(shè)物體在餐桌上滑動(dòng)的位移為s,物塊在餐桌上做勻減速運(yùn)動(dòng)的加速度大小為a,(3)當(dāng)物體滑離餐桌時(shí),開(kāi)始做平拋運(yùn)動(dòng),平拋的初速度為物體在餐桌上滑動(dòng)的末速度v'。命題角度2豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題(1)(2)常見(jiàn)模型

模型主要位置臨界情況帶電小球在疊加場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng)

等效法關(guān)注六個(gè)位置的動(dòng)力學(xué)方程,最高點(diǎn)、最低點(diǎn)、等效最高點(diǎn)、等效最低點(diǎn)、最左邊和最右邊位置恰好通過(guò)等效最高點(diǎn);恰好做完整圓周運(yùn)動(dòng)傾斜轉(zhuǎn)盤上的物體

最高點(diǎn)mgsinθ±Ff=mω2r最低點(diǎn)Ff-mgsinθ=mω2r恰好通過(guò)最低點(diǎn)例2(2024山東青島一模)圖甲是某種自行車氣門嘴燈,氣門嘴燈內(nèi)部開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)如圖乙所示:彈簧一端固定,另一端與質(zhì)量為m的小滑塊(含觸點(diǎn)a)連接,當(dāng)觸點(diǎn)a、b接觸,電路接通使氣門嘴燈發(fā)光,觸點(diǎn)b位于車輪邊緣。車輪靜止且氣門嘴燈在最低點(diǎn)時(shí)觸點(diǎn)a、b距離為L(zhǎng),彈簧勁度系數(shù)為,重力加速度大小為g,自行車輪胎半徑為R,不計(jì)開(kāi)關(guān)中的一切摩擦,滑塊和觸點(diǎn)a、b均可視為質(zhì)點(diǎn)。(1)若自行車勻速行駛過(guò)程中氣門嘴燈可以一直亮,求自行車行駛的最小速度。(2)若自行車以

的速度勻速行駛,求車輪每轉(zhuǎn)一圈,氣門嘴燈的發(fā)光時(shí)間。拓展衍生1.(2024廣東卷)如圖所示,在細(xì)繩的拉動(dòng)下,半徑為r的卷軸可繞其固定的中心點(diǎn)O在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。卷軸上沿半徑方向固定著長(zhǎng)度為l的細(xì)管,管底在O點(diǎn),細(xì)管內(nèi)有一根原長(zhǎng)為

、勁度系數(shù)為k的輕質(zhì)彈簧,彈簧底端固定在管底,頂端連接質(zhì)量為m、可視為質(zhì)點(diǎn)的插銷,當(dāng)以速度v勻速拉動(dòng)細(xì)繩時(shí),插銷做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。若v過(guò)大,插銷會(huì)卡進(jìn)固定的端蓋,使卷軸轉(zhuǎn)動(dòng)停止,忽略摩擦力,彈簧在彈性限度內(nèi),要使卷軸轉(zhuǎn)動(dòng)不停止,v的最大值為(

)A考點(diǎn)二天體的運(yùn)動(dòng)高考風(fēng)向標(biāo)考點(diǎn)考題明細(xì)考查頻度天體的運(yùn)動(dòng)2024全國(guó)甲卷,16;2024新課標(biāo)卷,16;2024山東卷,5;2024湖南卷,7;2024廣東卷,9;2024河北卷,8;2024福建卷,5;2024湖北卷,4;2024安徽卷,5;2024江西卷,4;2024廣西卷,1;2023新課標(biāo)卷,17;2023山東卷,3;2023湖南卷,4;2023遼寧卷,7;2023湖北卷,2;2022全國(guó)乙卷,14;2022山東卷,6;2022湖南卷,8;2022河北卷,2,2022廣東卷,2;2022遼寧卷,9;2022湖北卷,2全國(guó)卷:3年4考地方卷:3年19考命題角度1開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律和萬(wàn)有引力定律的應(yīng)用1.開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律2.不同位置的重力加速度

3.估算中心天體的質(zhì)量和密度的兩條思路

例3

我國(guó)火星探測(cè)器天問(wèn)一號(hào)在成功實(shí)施三次近火制動(dòng)后,進(jìn)入運(yùn)行周期約為1.8×105s的橢圓形停泊軌道,軌道與火星表面的最近距離約為2.8×105m。已知火星半徑約為3.4×106m,火星表面處自由落體的加速度大小約為3.7m/s2,忽略火星自轉(zhuǎn),則天問(wèn)一號(hào)的停泊軌道與火星表面的最遠(yuǎn)距離約為(

)A.6×105m B.6×106

mC.6×107m D.6×108

m答案

C例4(2024新課標(biāo)卷)天文學(xué)家發(fā)現(xiàn),在太陽(yáng)系外的一顆紅矮星有兩顆行星繞其運(yùn)行,其中行星GJ1002c的軌道近似為圓,軌道半徑約為日地距離的,周期約為0.06年,則這顆紅矮星的質(zhì)量約為太陽(yáng)質(zhì)量的(

)答案

B命題角度2人造衛(wèi)星和天體運(yùn)動(dòng)1.近地衛(wèi)星和靜止衛(wèi)星2.衛(wèi)星運(yùn)行參量分析

要點(diǎn)歸納:高軌低速周期長(zhǎng),低軌高速周期短。

3.變軌問(wèn)題

例5(2024廣東廣州一模)某校天文小組通過(guò)望遠(yuǎn)鏡觀察木星周圍的兩顆衛(wèi)星a、b,記錄了不同時(shí)刻t兩衛(wèi)星的位置變化如圖甲所示?，F(xiàn)以木星中心為原點(diǎn),測(cè)量圖甲中兩衛(wèi)星到木星中心的距離x,以木星的左側(cè)為正方向,繪出x-t圖像如圖乙所示。已知兩衛(wèi)星繞木星近似做圓周運(yùn)動(dòng),忽略在觀測(cè)時(shí)間內(nèi)觀察者和木星的相對(duì)位置變化,由此可知(

)A.a公轉(zhuǎn)周期為t0

B.b公轉(zhuǎn)周期為2t0C.a公轉(zhuǎn)的角速度比b的小

D.a公轉(zhuǎn)的線速度比b的大D甲乙解析

由圖像可知,a公轉(zhuǎn)周期為2t0,故A錯(cuò)誤;由于b的軌道半徑大于a的軌道半徑,則b的公轉(zhuǎn)周期大于a的公轉(zhuǎn)周期,則b的公轉(zhuǎn)周期大于2t0,a公轉(zhuǎn)的角速度比b的大,a公轉(zhuǎn)的線速度比b的大,故B、C錯(cuò)誤,D正確。例6

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國(guó)自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。靜止衛(wèi)星是北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)非常重要的組成部分,如圖為地球某靜止衛(wèi)星的轉(zhuǎn)換軌道示意圖,其中Ⅰ為近地軌道,Ⅱ?yàn)檗D(zhuǎn)換軌道,Ⅲ為同步軌道,下列說(shuō)法正確的是(

)A.赤道上靜止物體的向心加速度為a0,Ⅰ軌道上衛(wèi)星的加速度為a1,Ⅲ軌道上衛(wèi)星的加速度為a3,則加速度的大小關(guān)系為a3>a1>a0B.在Ⅱ軌道上,衛(wèi)星從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)的過(guò)程中機(jī)械能增加C.在P點(diǎn),Ⅱ軌道的線速度大于Ⅰ軌道的線速度D.Ⅱ軌道對(duì)應(yīng)的運(yùn)行周期大于Ⅲ軌道對(duì)應(yīng)的運(yùn)行周期答案

C解析

赤道上靜止物體與地球靜止衛(wèi)星角速度相等,由a=rω2可得a3>a0,在Ⅱ軌道上,衛(wèi)星從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)的過(guò)程中只有萬(wàn)有引力做功,機(jī)械能守恒,選項(xiàng)B錯(cuò)誤。衛(wèi)星從Ⅰ軌道轉(zhuǎn)移到Ⅱ軌道要在P點(diǎn)點(diǎn)火加速做離心運(yùn)動(dòng),所以在P點(diǎn),Ⅱ軌道的線速度大于Ⅰ軌道的線速度,選項(xiàng)C正確。拓展衍生2.(多選)(2024河北卷)2024年3月20日,鵲橋二號(hào)中繼星成功發(fā)射升空,為嫦娥六號(hào)在月球背面的探月任務(wù)提供地月間中繼通信。鵲橋二號(hào)采用周期為24h的環(huán)月橢圓凍結(jié)軌道(如圖所示),近月點(diǎn)A距月心約為2.0×103km,遠(yuǎn)月點(diǎn)B距月心約為1.8×104km,CD為橢圓軌道的短軸,下列說(shuō)法正確的是(

)A.鵲橋二號(hào)從C經(jīng)B到D的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為12hB.鵲橋二號(hào)在A、B兩點(diǎn)的加速度大小之比約為81∶1C.鵲橋二號(hào)在C、D兩點(diǎn)的速度方向垂直于其與月心的連線D.鵲橋二號(hào)在地球表面附近的發(fā)射速度大于7.9km/s且小于11.2km/sBD解析

根據(jù)開(kāi)普勒第二定律可知,從A→C→B鵲橋二號(hào)做減速運(yùn)動(dòng),從B→D→A鵲橋二號(hào)做加速運(yùn)動(dòng),則從C→B→D的運(yùn)動(dòng)時(shí)間大于半個(gè)周期,即大于12

h,故A錯(cuò)誤;解得aA∶aB=81∶1,故B正確;因?yàn)轾o橋二號(hào)做曲線運(yùn)動(dòng),其速度方向應(yīng)為軌跡的切線方向,則可知鵲橋二號(hào)在C、D兩點(diǎn)的速度方向不可能垂直于其與月心的連線,故C錯(cuò)誤;鵲橋二號(hào)未脫離地球的束縛,故鵲橋二號(hào)的發(fā)射速度應(yīng)大于地球的第一宇宙速度7.9

km/s,小于地球的第二宇宙速度11.2

km/s,故D正確。3.(多選)(2024江西景德鎮(zhèn)二模)地球恰好運(yùn)行到火星和太陽(yáng)之間,且三者幾乎排成一條直線的現(xiàn)象被稱為“火星沖日”。如圖所示,火星和地球幾乎在同一平面內(nèi)沿同一方向繞太陽(yáng)做圓周運(yùn)動(dòng),火星與地球的公轉(zhuǎn)軌道半徑之比約為3∶2,地球與火星的質(zhì)量之比約為10∶1,地球與火星的半徑之比約為2∶1,已知半徑為R的球的體積V==2.45,根據(jù)以上信息結(jié)合生活常識(shí)可知(

)A.火星與地球的平均密度之比約為4∶5B.火星與地球繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的周期之比約為27∶8C.火星與地球表面的重力加速度大小之比約為2∶5D.相鄰兩次“火星沖日”的時(shí)間約為701天答案

AC突破熱點(diǎn)聚素養(yǎng)模型建構(gòu)經(jīng)典物理模型:雙星與多星模型考向分析萬(wàn)有引力與航天問(wèn)題是高考中的高頻考點(diǎn),其中雙星與多星模型也是?？紗?wèn)題,此類問(wèn)題常涉及我們?nèi)祟愄剿饔钪娴男掳l(fā)現(xiàn)、新成果,隨著我國(guó)航天技術(shù)的飛速發(fā)展,萬(wàn)有引力定律及其應(yīng)用仍將是今后一個(gè)時(shí)期的命題熱點(diǎn)。案例探究典例(多選)在宇宙中,當(dāng)一顆恒星靠近黑洞時(shí),黑洞和恒星可以相互繞行,從而組成雙星系統(tǒng)。在相互繞行的過(guò)程中,質(zhì)量較大的恒星上的物質(zhì)會(huì)逐漸被吸入到質(zhì)量較小的黑洞中,從而被吞噬掉,黑洞吞噬恒星的過(guò)程也被稱之為“潮汐瓦解事件”。天鵝座X-1就是這樣一個(gè)由黑洞和