2023屆高中物理高考一輪復(fù)習(xí) 第四章　曲線運(yùn)動(dòng)　萬有引力與航天 課后習(xí)題 （Word版含解析 ）

1、單元質(zhì)檢四曲線運(yùn)動(dòng)萬有引力與航天(時(shí)間:45分鐘滿分:100分)一、單項(xiàng)選擇題(本題共5小題,每小題6分,共30分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中,只有一項(xiàng)符合題目要求)1.野外騎行在近幾年越來越流行,越來越受到人們的青睞,對(duì)于自行車的要求也在不斷地提高,很多都是可變速的。不管如何變化,自行車裝置和運(yùn)動(dòng)原理都離不開圓周運(yùn)動(dòng)。下面結(jié)合自行車實(shí)際情況與物理學(xué)相關(guān)的說法正確的是()A.圖乙中前輪邊緣處A、B、C、D四個(gè)點(diǎn)的線速度相同B.大齒輪與小齒輪的齒數(shù)如圖丙所示,則大齒輪轉(zhuǎn)1圈,小齒輪轉(zhuǎn)3圈C.圖乙中大齒輪邊緣處E點(diǎn)和小齒輪邊緣處F點(diǎn)角速度相同D.在大齒輪處的角速度不變的前提下,增加小齒輪的齒數(shù),自行

2、車的速度將變大2.(2021四川南充三模)右圖為某公園水輪機(jī)的示意圖,水平管中流出的水流直接沖擊到水輪機(jī)圓盤邊緣上的某小擋板時(shí),其速度方向剛好沿圓盤邊緣切線方向,水輪機(jī)穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度為,圓盤的半徑為R,沖擊擋板時(shí)水流的速度是該擋板線速度的2倍,該擋板和圓盤圓心連線與水平方向夾角為30,不計(jì)空氣阻力,則水從管口流出速度的大小為()A.B.RC.2RD.4R3.2021年央視春節(jié)晚會(huì)采用了無人機(jī)表演?，F(xiàn)通過傳感器獲得無人機(jī)水平方向速度vx、豎vy(取豎直向上為正方向)與飛行時(shí)間的關(guān)系如圖所示,則下列說法正確的是()A.無人機(jī)在t1時(shí)刻上升至最高點(diǎn)B.無人機(jī)在t2時(shí)刻處于超重狀態(tài)C.無人機(jī)在0t

3、1時(shí)間內(nèi)沿直線飛行D.無人機(jī)在t1t3時(shí)間內(nèi)做勻變速運(yùn)動(dòng)4.(2021安徽定遠(yuǎn)中學(xué)高三模擬)如圖,一個(gè)人拿著一個(gè)小球想把它扔進(jìn)前方一堵豎直墻的洞里,洞比較小,球的速度必須垂直于墻的方向才能進(jìn)入,洞離地面的高度H=3.3 m,人拋球出手時(shí),球離地面高度h0=1.5 m,人和墻之間有一張豎直網(wǎng),網(wǎng)高度h=2.5 m,網(wǎng)離墻距離L=2 m,不計(jì)空氣阻力,g取10 m/s2,下列說法正確的是()A.只要人調(diào)整好拋球速度大小以及拋射角度,不管人站在離網(wǎng)多遠(yuǎn)的地方,都可以把球扔進(jìn)洞B.要使球扔進(jìn)洞,人必須站在離網(wǎng)距離至少1 m處C.要使球扔進(jìn)洞,人必須站在離網(wǎng)距離至少1.5 m處D.要使球扔進(jìn)洞,人必須站

4、在離網(wǎng)距離至少2 m處5.圖甲所示為球形鐵籠中進(jìn)行的摩托車表演,已知同一輛摩托車在最高點(diǎn)A時(shí)的速度大小為8 m/s,在最低點(diǎn)B時(shí)的速度大小為16 m/s,鐵籠的直徑為8 m,取重力加速度g取10 m/s2,摩托車運(yùn)動(dòng)時(shí)可看作質(zhì)點(diǎn)。則摩托車在A、B點(diǎn)對(duì)鐵籠的壓力之比為()A.121B.14C.1327D.337二、多項(xiàng)選擇題(本題共3小題,每小題6分,共18分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中,有多項(xiàng)符合題目要求。全部選對(duì)的得6分,選對(duì)但不全的得3分,有選錯(cuò)的得0分)6.2021年5月15日,天問一號(hào)火星探測(cè)器所攜帶的祝融號(hào)火星車及其著陸組合體成功著陸于火星,這標(biāo)志著我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)火星車著陸火星取

5、得圓滿成功。假設(shè)火星為質(zhì)量分布均勻的球體,已知火星質(zhì)量是地球質(zhì)量的a倍,火星半徑是地球半徑的b倍,地球表面的重力加速度為g,質(zhì)量均勻的球殼對(duì)其內(nèi)部物體的引力為零,則()A.火星表面重力加速度為B.火星表面重力加速度為C.火星表面正下方距表面距離為火星半徑處的重力加速度為D.火星表面正下方距表面距離為火星半徑處的重力加速度為7.一種餐桌的構(gòu)造如圖甲所示,已知圓形玻璃轉(zhuǎn)盤的半徑r=0.6 m,圓形桌面的半徑R=1 m,不計(jì)轉(zhuǎn)盤的厚度,桌面到地面的高度h=1 m。輕繩一端固定在轉(zhuǎn)盤邊緣,另一端連著小球,小球被輕繩帶動(dòng)沿桌面邊緣一起旋轉(zhuǎn),達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后,二者角速度相同,俯視圖如圖乙所示。某時(shí)刻繩子突然

6、斷裂,小球沿桌面邊緣飛出后的落地點(diǎn)到桌面和轉(zhuǎn)盤共同圓心的距離s= m,重力加速度g取10 m/s2。則()甲乙A.小球飛出桌面邊緣的速度大小為 m/sB.小球飛出桌面邊緣的速度大小為 m/sC.小球與桌面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.75D.小球與桌面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.3758.(2021湖南卷)2021年4月29日,中國(guó)空間站天和核心艙發(fā)射升空,準(zhǔn)確進(jìn)入預(yù)定軌道。根據(jù)任務(wù)安排,后續(xù)將發(fā)射問天實(shí)驗(yàn)艙和夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙,計(jì)劃2022年完成空間站在軌建造。核心艙繞地球飛行的軌道可視為圓軌道,軌道離地面的高度約為地球半徑的。下列說法正確的是()A.核心艙進(jìn)入軌道后所受地球的萬有引力大小約為它在地面時(shí)的()2B

7、.核心艙在軌道上飛行的速度大于7.9 km/sC.核心艙在軌道上飛行的周期小于24 hD.后續(xù)加掛實(shí)驗(yàn)艙后,空間站由于質(zhì)量增大,軌道半徑將變小三、實(shí)驗(yàn)題(本題共2小題,共14分)9.(8分)(2021四川成都三模)某實(shí)驗(yàn)小組用圖甲所示裝置研究平拋運(yùn)動(dòng)。裝置中,豎直硬板上依次固定著白紙和復(fù)寫紙,MN是一個(gè)水平放置、稍微向紙面內(nèi)傾斜且可上下調(diào)節(jié)的擋板。小鋼球從斜槽中某高度由靜止釋放,從斜槽末端Q飛出的鋼球落到擋板上會(huì)擠壓復(fù)寫紙,在白紙上留下印記;上下調(diào)節(jié)擋板,通過多次實(shí)驗(yàn),白紙上會(huì)留下鋼球經(jīng)過的多個(gè)位置,最終用平滑曲線將其連接,得到鋼球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。甲乙(1)下列說法正確的是和(填選項(xiàng)序號(hào)字母

8、);A.安裝斜槽時(shí),應(yīng)保證斜槽末端Q的切線水平B.鋼球與斜槽間的摩擦是造成實(shí)驗(yàn)誤差的主要原因C.移動(dòng)擋板MN時(shí),其高度必須等距變化D.鋼球每次都應(yīng)從斜槽中同一高度由靜止釋放(2)圖乙所示為實(shí)驗(yàn)中得到的一張平拋運(yùn)動(dòng)軌跡圖,在軌跡上取水平間距均為x=0.15 m的a、b、c三點(diǎn),測(cè)得豎直間距y1=0.15 m,y2=0.25 m,重力加速度g取10 m/s2。則鋼球從a運(yùn)動(dòng)到b的時(shí)間為 s,鋼球在斜槽末端Q的速度大小為 m/s。10.(6分)(2021福建寧德三模)利用圓盤探究圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律,裝置如圖甲所示。水平放置的圓盤繞豎直固定軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),在圓盤上沿半徑方向開有一條狹縫。將激光器與傳感器上下對(duì)

9、準(zhǔn),使二者的連線與轉(zhuǎn)軸平行,分別置于圓盤的上下兩側(cè),固定在圓盤的邊緣處,激光器連續(xù)向下發(fā)射激光束。在圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)過程中,當(dāng)狹縫經(jīng)過激光器與傳感器之間時(shí),傳感器接收到一個(gè)激光信號(hào),計(jì)算機(jī)得到圖象如圖乙所示,其中橫坐標(biāo)表示時(shí)間,縱坐標(biāo)表示傳感器電壓。(1)使用游標(biāo)卡尺測(cè)量狹縫寬度,如圖丙所示,讀數(shù)為 mm;(2)測(cè)得傳感器每次接收到激光信號(hào)的時(shí)間t=510-3 s,則圓盤邊緣處的線速度大小為 m/s,圓盤的角速度為 rad/s,取=3.14。(計(jì)算結(jié)果保留2位有效數(shù)字)四、計(jì)算題(本題共3小題,共38分)11.(10分)(2021河北承德二模)如圖所示,運(yùn)動(dòng)員甲、乙在練習(xí)傳球技術(shù),某次運(yùn)動(dòng)員甲以與水平

10、方向夾角為1的速度v1拋出籃球,運(yùn)動(dòng)員乙在甲正對(duì)面同時(shí)以與水平方向夾角為2的速度v2拋出籃球,兩球恰好能在空中各自的最高點(diǎn)相遇,若甲、乙僅將球被拋出時(shí)的速度大小變?yōu)樵瓉淼?倍,但球被拋出時(shí)的速度方向及位置均不變,已知籃球在運(yùn)動(dòng)過程中所受空氣阻力忽略不計(jì),重力加速度為g,請(qǐng)通過計(jì)算推導(dǎo)證明兩球會(huì)在第一次相遇點(diǎn)的正上方相遇。12.(12分) 一轉(zhuǎn)動(dòng)裝置如圖所示,兩根輕桿OA和AB與一小球以及一小環(huán)通過鉸鏈連接,兩輕桿長(zhǎng)度相同,球和環(huán)的質(zhì)量均為m,O端通過鉸鏈固定在豎直的輕質(zhì)轉(zhuǎn)軸上,套在轉(zhuǎn)軸上的輕質(zhì)彈簧連接在O與小環(huán)之間,原長(zhǎng)為L(zhǎng),裝置靜止時(shí),彈簧長(zhǎng)為L(zhǎng),轉(zhuǎn)動(dòng)該裝置并緩慢增大轉(zhuǎn)速,小環(huán)緩慢上升。彈簧

11、始終在彈性限度內(nèi),忽略一切摩擦和空氣阻力,重力加速度為g,求:(1)彈簧的勁度系數(shù)k;(2)AB桿中彈力為零時(shí),裝置轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度0。13.(16分)2021年2月24日,我國(guó)火星探測(cè)器“天問一號(hào)”成功實(shí)施近火制動(dòng)進(jìn)入火星停泊軌道。要從地球表面向火星發(fā)射火星探測(cè)器,簡(jiǎn)單而又比較節(jié)省能量的發(fā)射過程可分為兩步進(jìn)行。第一步,用火箭對(duì)探測(cè)器進(jìn)行加速,使探測(cè)器脫離地球引力作用,成為一個(gè)沿地球公轉(zhuǎn)軌道繞太陽運(yùn)動(dòng)的人造行星。第二步,如圖,在P點(diǎn)短時(shí)間內(nèi)對(duì)探測(cè)器進(jìn)行加速,使探測(cè)器進(jìn)入霍曼轉(zhuǎn)移軌道,然后探測(cè)器在太陽引力作用下沿霍曼轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)與火星相遇。探測(cè)器從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)的軌跡為半個(gè)橢圓,橢圓的長(zhǎng)軸兩端

12、分別與地球公轉(zhuǎn)軌道、火星公轉(zhuǎn)軌道相切于P、Q兩點(diǎn)。已知地球繞太陽的公轉(zhuǎn)周期是1年,地球、火星繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道可視為圓軌道,火星的軌道半徑是地球的1.5倍,1.2,1.1。求:(1)探測(cè)器從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)所用的時(shí)間;(結(jié)果以年為單位,保留1位有效數(shù)字)(2)探測(cè)器剛進(jìn)入霍曼轉(zhuǎn)移軌道時(shí),探測(cè)器與太陽連線、火星與太陽連線之間的夾角。單元質(zhì)檢四曲線運(yùn)動(dòng)萬有引力與航天1.B解析:A、B、C、D四點(diǎn)線速度大小相等,方向不同,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;齒數(shù)與周期成正比,則大齒輪轉(zhuǎn)1圈,小齒輪轉(zhuǎn)3圈,選項(xiàng)B正確;E、F兩點(diǎn)線速度大小相同,半徑不同,故角速度不同,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;若大齒輪角速度不變,增加小齒輪齒數(shù),則小齒輪周期變

13、大,角速度變小,自行車速度變小,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。2.B解析:沖擊擋板時(shí)水流速度為v=2R,水從管口流出速度的大小為v0=vsin 30,解得v0=R,故選B。3.D解析:無人機(jī)在t3時(shí)刻上升至最高點(diǎn),因?yàn)樽罡唿c(diǎn)是豎直方向速度為0時(shí),所以A錯(cuò)誤;無人機(jī)在t2時(shí)刻處于減速上升過程,加速度向下,處于失重狀態(tài),所以B錯(cuò)誤;無人機(jī)在0t1時(shí)間內(nèi)沿曲線飛行,因?yàn)槠浜霞铀俣扰c合速度方向不在同一直線,所以C錯(cuò)誤;無人機(jī)在t1t3時(shí)間內(nèi),水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng),合力為0,豎直方向做勻減速直線運(yùn)動(dòng),其合外力不變,所以無人機(jī)做勻變速運(yùn)動(dòng),所以D正確。4.B解析:球的運(yùn)動(dòng)是斜上拋運(yùn)動(dòng),最后垂直墻進(jìn)入洞里,則可以把它看成是

14、從洞開始的平拋運(yùn)動(dòng),從洞到高h(yuǎn)的網(wǎng)過程中H-h=gt2,得出t= s=0.4 s,水平方向上若恰好擦網(wǎng),L=v0t,得出v0=m/s=5 m/s,從墻洞的位置,到人拋出球的位置處,豎直方向上H-h0=gt2,得出t=0.6 s,故人距離墻的水平距離至少為x=v0t=50.6 m=3 m,故要使球扔進(jìn)洞,人必須站在離網(wǎng)距離至少為x=x-L=3 m-2 m=1 m,故選B。5.D解析:摩托車在鐵籠中做圓周運(yùn)動(dòng),則在A點(diǎn)有FNA+mg=m,解得FNA=6m,最低點(diǎn)B,FNB-mg=m,解得FNB=74m,則FNAFNB=337,由牛頓第三定律可知,摩托車在A、B點(diǎn)對(duì)鐵籠的壓力之比同樣為337,D正確

15、。6.AC解析:在地球表面有G=mg,在火星表面有G=mg,聯(lián)立解得火星表面重力加速度為,g=,則A正確,B錯(cuò)誤;設(shè)火星的密度為,火星的半徑為R0,由于質(zhì)量均勻的球殼對(duì)其內(nèi)部物體的引力為零,則在火星表面正下方距表面距離為火星半徑處的重力加速度相當(dāng)火星內(nèi)部那部分產(chǎn)生的引力產(chǎn)生的,則火星內(nèi)部那部分質(zhì)量為M=3=M火=aM,火星表面正下方距表面距離為火星半徑處的重力加速度為g,則有G=mg,聯(lián)立解得g=,則C正確,D錯(cuò)誤。7.AD解析:小球沿桌面邊緣飛出后做平拋運(yùn)動(dòng),豎直方向有h=gt2,水平方向有x=v0t,由幾何關(guān)系知,落地點(diǎn)到桌面和轉(zhuǎn)盤共同圓心的距離s=,聯(lián)立解得小球飛出桌面邊緣的速度v0=

16、m/s,B錯(cuò)誤,A正確;對(duì)小球進(jìn)行受力分析,設(shè)繩子拉力大小為F,方向與過小球和圓心的直線的夾角為,則sin =,小球受到的向心力由繩子的拉力、摩擦力共同提供,故Fcos =m,又Fsin =Ff,Ff=mg,聯(lián)立解得小球與桌面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)=0.375,C錯(cuò)誤,D正確。8.AC解析本題考查萬有引力定律的應(yīng)用。根據(jù)F=G,在地面上時(shí)F1=,進(jìn)入軌道后,F2=G,則,即F2=F1,選項(xiàng)A正確。根據(jù)得,v=,因此核心艙在軌道上飛行的速度小于7.9 km/s,選項(xiàng)B錯(cuò)誤。根據(jù)=mr可得T=2,核心艙的高度小于地球同步衛(wèi)星的高度,所以其飛行周期小于24 h,選項(xiàng)C正確。同速加掛,軌道半徑不變,選項(xiàng)D錯(cuò)

17、誤。9.答案:(1)AD(2)0.11.5解析:(1)安裝斜槽時(shí),應(yīng)保證斜槽末端Q的切線水平,以保證小球做平拋運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)A正確;鋼球與斜槽間的摩擦對(duì)實(shí)驗(yàn)無影響,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;移動(dòng)擋板MN時(shí),其高度不一定要必須等距變化,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;鋼球每次都應(yīng)從斜槽中同一高度由靜止釋放,以保證小球到達(dá)斜槽底端時(shí)的速度相同,選項(xiàng)D正確。(2)根據(jù)y=gT2可知,鋼球從a運(yùn)動(dòng)到b的時(shí)間為T= s=0.1 s,鋼球在斜槽末端Q的速度大小為v= m/s=1.5 m/s。10.答案:(1)2.00(2)0.4040解析:(1)游標(biāo)尺的零刻度線正好與主尺的2 mm刻度線對(duì)齊,所以游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為d=2 mm+00.05 mm

18、=2.00 mm(2)由題可知,圓盤邊緣的線速度為v=m/s=0.40 m/s,角速度為= rad/s=40 rad/s。11.答案:見解析解析:籃球在豎直方向上為豎直上拋運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t=豎直方向運(yùn)動(dòng)的高度h=拋出角度不變,速度大小增大為原來的2倍,設(shè)甲、乙的水平距離為x,相遇的時(shí)間為t,x=(v1cos 1+v2cos 2)t=(2v1cos 1+2v2cos 2)tt=1球在豎直方向上的運(yùn)動(dòng)位移為h1=(2v1sin 1)t-gt22球在豎直方向上的運(yùn)動(dòng)位移為h2=(2v2sin 2)t-gt2可知h1=h2=得h1=h2h則兩球會(huì)在第一次相遇點(diǎn)的正上方相遇。12.答案:(1)(2)解析:(1)如圖所示,裝置靜止時(shí),設(shè)OA、AB桿中的彈力分別為F1、FT1,OA桿與轉(zhuǎn)軸的夾角為1,小環(huán)受到彈簧的彈力F彈1=k此時(shí)小環(huán)受力平衡,有F彈1=mg+FT1cos 1小球受力平衡,有F1cos 1+FT1cos 1=mgF1sin 1=FT1sin 1聯(lián)立解得彈簧的勁度系數(shù)k=(2)設(shè)AB桿中彈力為零時(shí),OA桿中的彈力為F2,OA桿與轉(zhuǎn)軸的夾角為2,彈簧長(zhǎng)度為x,輕桿長(zhǎng)度為l,小環(huán)受到彈簧的彈力F彈2=k(x-L)小環(huán)受力平衡,有F彈2=mg解得AB桿中彈力為零時(shí),彈簧的長(zhǎng)度x=L則cos 2=對(duì)小球豎直方向有F2cos 2