福建省屆高考物理二輪專題總復習課件專題曲線運動與萬有引力.ppt

1、a,1,第1課時 牛頓定律在曲線運動中的應用,專題三 曲線運動與萬有引力,a,2,曲線運動是物體在一定的動力學條件下的一種運動形式，即當物體的速度與合外力有不為零夾角時物體運動軌跡為曲線根據(jù)牛頓運動定律可知，做曲線運動的物體其軌跡向合外力所指的一側彎曲，反之若已知曲線運動的軌跡，則可判斷物體所受合外力的大致方向應指向“凹”側,一、曲線運動條件的綜合應用,a,3,例1：如圖311所示，一帶電粒子以某速度進入水平向右的勻強電場中，在電場力作用下形成圖中所示的運動軌跡M和N是軌跡上的兩點，其中M點在軌跡的最右點不計重力，下列表述正確的是() A粒子在M點的速率最大 B粒子所受電場力沿電場方向 C粒子

2、在電場中的加速度不變 D粒子在電場中的電勢能始終 在增加,圖311,a,4,解析】根據(jù)做曲線運動物體的受力特點合力指向軌跡的凹側，再結合電場力與電場方向平行的特點可知粒子帶負電，即受到的電場力方向與電場線方向相反，B錯從N到M電場力做負功，減速，電勢能在增加當達到M點后電場力做正功加速，電勢能在減小，則在M點的速度最小，A錯，D錯在整個過程中只受電場力，又是勻強電場，根據(jù)牛頓第二定律，加速度不變，所以，答案為C,a,5,本題雖是一個關于電場的問題，但是解決問題的關鍵其實是根據(jù)曲線運動的動力學特點以及電場力的特點確定電荷的屬性，從而能進一步判斷各種結論,a,6,2010新課標卷)靜電除塵器是目前

3、普遍采用的一種高效除塵器某除塵器模型的收塵板是很長的條形金屬板，圖中直線ab為該收塵板的橫截面工作時收塵板帶正電，其左側的電場線分布如圖312所示；粉塵帶負電，在電場力作用下向收塵板運動，最后落在收塵板上若用粗黑曲線表示原來靜止于P點的帶電粉塵顆粒的運動軌跡，下列4幅圖中可能正確的是(忽略重力和空氣阻力)(,圖312,a,7,解析】粉塵受力方向應該是電場線的切線方向，從靜止開始運動時，只能是A圖情況，不可能出現(xiàn)BCD圖的情況,a,8,平拋與類平拋都是一種勻變速曲線運動，對于這類曲線運動的處理通常采用運動的合成與分解的方法一般來說，通常是沿著加速度(合力)的方向和垂直加速度(合力)的方向進行正交

4、分解類平拋運動的命題通常會與電場相結合，因此題目有較大的綜合程度,二、平拋與類平拋運動,a,9,例2： (多選)網球是一項觀賞性很強的項目，李娜獲2011年澳網亞軍，成為亞洲史上最偉大的網球選手如圖313為李娜將球在邊界處正上方水平向右擊出，球剛好過網落在圖中位置(不計空氣阻力)，相關數(shù)據(jù)如圖，下列說法中正確的是(,圖313,a,10,A擊球點高度h1與球網高度h2之間的關系為h1=1.8h2B若保持擊球高度不變，球的初速度v0只要不大于 ，一定落在對方界內C任意降低擊球高度(仍大于h2)，只要擊球初速度合適，球一定能落在對方界內D任意增加擊球高度，只要擊球初速度合適，球一定能落在對方界內,a

5、,11,a,12,a,13,體育運動中有許多運動都可簡化為平拋運動的模型，在分析此類問題時一定要注意從實際出發(fā)尋找一些關鍵點，如本題中球剛好過網等,a,14,一場排球比賽中，某隊正組織起一次有效進攻，主攻手正準備扣球如果將扣球過程當作是將排球水平擊出，如圖314所示，已知網高H.半場長L，扣球點高h，扣球點離網水平距離s.問：水平扣球速度v是否可為任意值？請計算說明,圖314,a,15,解析】將扣球過程抽象為平拋運動研究，可知若扣球速度太大則可能出界，而速度太小又可能不過網，因此扣球速度不能為任意值,a,16,解： 令當球恰好能過網的速度為v1 有s=v1t1， 可得 令當球恰好壓線時的速度為

6、v2 有s+L=v2t2， 可得,a,17,1)若 ， 則水平扣球速度 可保證球落在界內 (2)若 ，則無論水平扣球速度多大，球都不可能落在界內,a,18,圓周運動重在考查向心力的分析以及相關物理量的計算，因此分析圓周運動首先是要找到向心力的來源由于牛頓第二定律具有瞬時性，其應用不局限在勻速圓周運動，常常在一些非勻速圓周運動的瞬時點做文章，如豎直面的“最高點”和“最低點”從命題背景上看，圓周運動可單獨命題，但更多與其他物理知識的應用相結合，處理此類綜合問題重在找到關鍵點,三、圓周運動與其他知識的結合,a,19,例3：如圖315所示，半徑為R的環(huán)形塑料管豎直放置，AB為該環(huán)的水平直徑，且管的內徑

7、遠小于環(huán)的半徑，環(huán)的AB及以下部分處于水平向左的勻強電場中，管的內壁光滑現(xiàn)將一質量為m，帶電量為+q的小球從管中A點由靜止釋放，已知qE=mg.求：(1)小球釋放后，第一次經過最低點D時的速度和對管壁的壓力；(2)小球釋放后，第一次經過最高點C時管壁對小球的作用力,圖 315,a,20,解析】小球在管內做變速圓周運動，小球經過C、D兩位置時，其向心力的大小和速度之間的關系可由牛頓第二定律確定，而速度可由動能定理求得,a,21,解：(1)A至D點，由動能定理 ， 在D點，由牛頓第二定律 ， 由牛頓第三定律FN=FN 對管壁的壓力為5mg，方向向下 (2)第一次經過C，從A到C點，有 設管壁對小球

8、的作用力向下 ， ， FC1的方向向下,a,22,本題屬于帶電粒子在重力場和電場中做圓周運動的問題，難度中等需要注意兩點：一是管對小球的作用力不做功，使用動能定理時可不考慮；二是所分析的兩個特殊位置，其向心力有瞬時性，但此時水平的電場力不參與提供向心力,a,23,在勻強磁場中，有一擺球帶正電的單擺，擺動平面與磁場方向垂直，如圖316所示球在擺動過程中(不計空氣阻力的作用)( ) A由于受到磁場力的作用，擺球機械能不守恒 B擺球每次通過最低點時，擺線上的拉力總是相等 C擺球每次通過最低點時，向心力 總是相等 D擺球每次通過最高點時，擺線上 的拉力大小總是不相等,圖316,a,24,解析】由于帶電

9、粒子所受磁場力和擺線的拉力始終與速度方向垂直都不做功，只有重力做功，該帶電球機械能守恒，A錯小球每次通過最低點時速度大小相等，根據(jù) ，向心力大小相等最低點的向心力由拉力、重力和洛倫茲力的合力提供，但是向左運動和向右運動通過最低點時，洛倫茲力的方向不同，因此擺線的拉力大小不相等當小球運動到最高點時速度為零，小球只受拉力和重力，根據(jù)受力分析可得此時拉力大小相等，故C正確，BD錯誤,a,25,臨界問題是圓周運動考查的重要模型，臨界可分為單臨界和雙臨界，雙臨界情形的出現(xiàn)通常與桿的作用力或靜摩擦力的不確定有關,四、圓周運動的臨界問題,a,26,例4：在用高級瀝青鋪設的高速公路上，汽車的最高限速是108k

10、m/h.汽車在這種路面上行駛時，它的輪胎與地面的最大靜摩擦力等于車重的0.6倍如果汽車在這種高速路的水平彎道上拐彎，假設彎道的路面是水平的，其彎道的最小半徑是多少？如果高速路上設計了圓弧拱橋做立交橋，要使汽車能夠安全通過圓弧拱橋，這個圓弧拱橋的半徑至少是多少？(取,a,27,解析】汽車在水平路面上拐彎，可視為汽車做勻速圓周運動，彎道半徑越小，所需要向心力就越大，其臨界點發(fā)生在轉彎所需要的向心力由最大靜摩擦力來提供,a,28,解：根據(jù)牛頓第二定律，在最小半徑時 由速度v=30m/s，k=0.6 得彎道半徑rmin=150m； 汽車過拱橋，看做在豎直平面內做勻速圓 周運動，到達最高點時有 ,為了

11、保證安全，車對路面的壓力N必須大于零， 有 ，則R90m,a,29,A8 rad/s B 2 rad/s C. rad/s D. rad/s,如圖317所示，傾斜放置的圓盤繞著中軸勻速轉動，圓盤的傾角為37，在距轉動中心0.1m處放一小木塊，小木塊跟隨圓盤一起轉動，小木塊與圓盤的動摩擦因數(shù)為0.8，木塊與圓盤的最大靜摩擦力與相同條件下的滑動摩擦力相同若要保持木塊不相對圓盤滑動，圓盤轉動的角速度最大值約為(取 )(,圖317,a,30,解析】木塊在轉到最低點時由于重力的分力背離圓心，此時木塊最易相對圓盤滑動，當圓盤轉動最快時，木塊靜摩擦力也達到最大，根據(jù)受力分析有 ，代入數(shù)據(jù)可得 .故選B,a,

12、31,第2課時 萬有引力定律的應用,a,32,一、天體運動模型的兩條思路 中學階段，天體運動的模型通常都簡化為勻速圓周運動模型，因此解決此類問題的方法與研究一般的勻速圓周運動是一樣的，就是找到向心力的來源，寫出動力學方程，從而分析其他各種相關的物理量如線速度、角速度、周期、天體質量等,a,33,例1：已知萬有引力常量G，地球半徑R，月球和地球間的距離r，同步衛(wèi)星距地面的高度h，月球繞地球的周期T1,地球的自轉周期T2，地球表面的重力加速度g.某同學根據(jù)以上條件，提出一種估算地球質量M的方法:同步衛(wèi)星繞地心做圓周運動,由 得 (1)請判斷上面的結果是否正確，并說明理由如不正確，請寫出正確的解法和

13、結果 (2)請根據(jù)已知條件，再提出兩種估算地球質量的方法并解得結果,a,34,解析】本題給出“地-月”和“地-衛(wèi)”體系中的諸多參數(shù)，要求得地球的質量必須讓地球成為天體運動模型中的“中心天體”，分析繞地球的天體圓周運動，可得到相應結果,解：(1)題中所給的結果是錯誤的，同步衛(wèi)星繞地心運動，其軌道半徑應為R+h.正確的解法 是： 得,a,35,方法二： 在地球表面，物體所受的重力近似等于 萬 有引力，有： 得,a,36,1) 本題屬于萬有引力定律在天文學上的應用類題 目具體表現(xiàn)為研究“中心天體-繞行天體”體系中各物理量間的關系 (2) 解決此類問題的關鍵是要正確選擇合適的研究對象，并簡化為圓周運動

14、模型同時還注意天體半徑與軌道半徑的區(qū)別 (3) 萬有引力、重力和向心力之間的關系與選擇的模型有關，要注意靈活掌握當研究對象是近地衛(wèi)星或地面上的物體不考慮地球自轉時，其重力才等于萬有引力,a,37,2010福建) 火星探測項目是我國繼神舟載人航天工程、嫦娥探月工程之后又一個重大太空探索項目假設火星探測器在火星表面附近圓形軌道運行周期為T1，神舟飛船在地球表面附近圓形軌道運行周期為T2，火星質量與地球質量之比為p，火星半徑與地球半徑之比為q，則T1與T2之比為(,A,B,C,D,a,38,解析】設中心天體的質量為M，半徑為R，當航天器 在星球表面飛行時由 得 所以,a,39,二、環(huán)繞速度與發(fā)射速度

15、 環(huán)繞速度是指繞行天體環(huán)繞中心天體時的運行速度，即天體圓周運動的線速度而宇宙速度是從地球上發(fā)射人造衛(wèi)星的發(fā)射速度，兩者是有本質區(qū)別的從能量守恒角度容易理解：要發(fā)射高軌道的衛(wèi)星，需要更大的發(fā)射速度但根據(jù)萬有引力提供向心力可得運行速度 ，衛(wèi)星軌道越大，運行速度則越小需要注意的是第一宇宙速度，它的大小具有雙重含義，因為是軌道最小所以是所有可能的衛(wèi)星中運行速度的最大值，同時在發(fā)射近地軌道衛(wèi)星時無需克服引力做功，因此它又是最小的發(fā)射速度,a,40,例2：發(fā)射地球同步衛(wèi)星時，先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓形軌道1運行(如圖321)，然后點火，使其沿橢圓軌道2運行，最后再次點火，將衛(wèi)星送入同步圓形軌道3運行設軌道1、

16、2相切于Q點，軌道2、3相切于P點，則衛(wèi)星分別在1、2、3軌道上正常運行時: (1)比較衛(wèi)星經過軌道1、2上的Q點的加速度的大小以及衛(wèi)星經過軌道2、3上的P點的加速度的大小 (2)設衛(wèi)星在軌道1、3上的速度大小為v1、v3，在橢圓軌道上Q、P點的速度大小分別是v2、v2，比較四個速度的大小,a,41,圖321,解析】同步衛(wèi)星的發(fā)射有兩種方法，本題提供了同步衛(wèi)星的一種發(fā)射方法，并考查了衛(wèi)星在不同軌道上運動的特點 (1)據(jù)牛頓第二定律，衛(wèi)星的加速度是由于地球吸引衛(wèi)星的引力產生的即： ，可見衛(wèi)星在軌道2、3上經過P點的加速度大小相等； 衛(wèi)星在軌道1、2上經過Q點的加速度大小也相等；但P點的加速度小于

17、Q點的加速度,a,42,2)1、3軌道為衛(wèi)星運行的圓軌道，衛(wèi)星只受地球引力做勻速圓周運動 由， 得： ，可見：v1v3由開普勒第二定律知，衛(wèi)星在橢圓軌道上的運動速度大小不同，近地點Q速度大，遠地點速度小，即：v2v2.在Q點衛(wèi)星由近地軌道向橢圓軌道運動，引力要小于向心力，衛(wèi)星做離心運動，此過程衛(wèi)星要加速，因此v2v1.同理在P點由橢圓軌道向同步軌道運動的過程中，仍要加速，所以有v3v2. 因此：v2v1v3v2,a,43,衛(wèi)星運動的加速度是由地球對衛(wèi)星的引力提供的研究加速度首先應考慮牛頓第二定律;衛(wèi)星向外軌道運行時，做離心運動，半徑增大，速度必須增大,只能做加速運動,a,44,如圖322，宇宙

18、飛船A在低 軌道上飛行，為了給更高軌道的宇宙空 間站B輸送物資，需要與B對接，它可以 采用噴氣的方法改變速度,從而達到改變 軌道的目的，則以下說法正確的是( ) A它應沿運行速度方向噴氣，與B對接后周期變小 B它應沿運行速度的反方向噴氣，與B對接后周期 變大 C它應沿運行速度方向噴氣，與B對接后周期變大 D它應沿運行速度的反方向噴氣，與B對接后周期變,圖322,a,45,解析】這是一個簡化后的空間站對接問題，低軌道的飛船要追上高軌道的空間站需要加速才有可能，因此首先是要讓飛船在A點加速使其做離心運動，故在A點時要沿運行速度的反方向噴氣成功對接后，飛船與空間站一起在高軌道做勻速圓周運動，萬有引力

19、提供向心力，有運行速度 ， 周期 ， 可見軌道變大后運動速度變小，周期變大故答案為B,a,46,三、航天器中的超失重問題 航天器在發(fā)射、運行和回收的過程中由于重力在不同的階段起著不同的作用，航天器或其內部的物體會發(fā)生不同程度的超失重現(xiàn)象以簡單模型來分析，火箭發(fā)射升空過程中向上加速，出現(xiàn)超重現(xiàn)象；進入軌道運行后，萬有引力(也可認為是重力)全部用于提供向心力，出現(xiàn)完全失重現(xiàn)象；航天器回收進入地面，減速下降，出現(xiàn)超重現(xiàn)象,a,47,例3 假定宇宙空間站繞地球做勻速圓周運動，則在空間站上，下列實驗能做成的是() A天平稱物體的質量 B用彈簧秤測物體的重量 C用測力計測力 D用水銀氣壓計測飛船上密閉倉內

20、的氣體壓強 E用單擺測定重力加速度 F用打點計時器驗證機械能守恒定律,a,48,解析】本題考查了宇宙空間站上的“完全失重現(xiàn)象宇宙飛船繞地球做勻速圓周運動時，地球對飛船的引力提供了向心加速度 ， 可見 對于飛船上的物體，設F為“視重”，根據(jù)牛頓第二定律得： 解得：F=0，這就是完全失重在完全失重狀態(tài)下，引力方向上物體受的彈力等于零，物體的重力等于引力用于提供向心力而不產生形變等效果，因此與之有關的物理現(xiàn)象不能發(fā)生，只有C實驗可以進行，其他的實驗都不能進行,a,49,當物體的加速度等于重力加速度時，引力方向上物體受的彈力等于零，但物體的重力并不等于零；在衛(wèi)星上或宇宙空間站上人可以做機械運動，但不能

21、測定物體的重力,a,50,關于“神舟七號”飛船的運動，下列說法中正確的是( ) A點火后飛船開始做直線運動時，如果認為火箭所 受的空氣阻力不隨速度變化，同時認為推力F(向后噴氣獲得)不變，則火箭做勻加速直線運動 B入軌后，飛船內的航天員處于平衡狀態(tài) C入軌后，飛船內的航天員仍受到地球的引力用，但該引力小于航天員在地面時受到的地球對他的引力 D返回地面將要著陸時，返回艙會開啟反推火箭，這個階段航天員處于失重狀態(tài),a,51,解析】火箭上升過程中，離地越來越高，萬有引力減小根據(jù)牛頓第二定律F- -f=ma，加速度將改變，因此不是勻加速入軌后，航天員與飛船一起繞地球做圓周運動，所以不是平衡狀態(tài)而是完全

22、失重狀態(tài)返回時，減速下降，超重所以正確答案為C,a,52,四、與萬有引力相關的綜合信息題 萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)是人類探索自然界奧秘的進程中最為偉大的成就之一，對物理學特別是天文物理方面產生了深遠影響在過去的命題中，常常用宇宙研究的新進展(如“黑洞”、“大爆炸”等)作為信息背景以提高命題立意此類問題強調考查信息處理的能力，要求考生能閱讀信息并從中找到有用信息，建立合理的物理模型,a,53,例4 在研究宇宙發(fā)展演變的理論中，有一種學說叫做“宇宙膨脹說”，這種學說認為萬有引力常量G在緩慢地減小，根據(jù)這一理論，在很久很久以前，太陽系中地球的公轉情況與現(xiàn)在相比較， (1)公轉半徑如何變化？ (2)公轉周期如何變化？ (3)公轉線速度如何變化？ 要求寫出必要的推理依據(jù)和推理過程,a,54,解析】這