2025屆高考物理二輪總復(fù)習(xí)第一編專題1力與運動第4講圓周運動天體的運動課件

第四講圓周運動天體的運動通覽知識明要點研學(xué)考點提能力目錄索引0102突破熱點聚素養(yǎng)03通覽知識明要點研學(xué)考點提能力考點一圓周運動高考風(fēng)向標(biāo)考點考題明細考查頻度圓周運動2024黑吉遼卷,2;2024廣東卷,5;2024江蘇卷,8、11;2024江西卷,14;2023全國甲卷,17全國卷:3年1考地方卷:3年5考命題角度1水平面內(nèi)的圓周運動(1)水平面內(nèi)圓周運動的分析思路(2)水平面內(nèi)圓周運動的臨界問題①繩的臨界:拉力FT=0。

繩恰好伸直②接觸面滑動臨界:F=Ffmax。

達到最大靜摩擦力③接觸面分離臨界:FN=0。例1

如圖所示,餐桌中心是一個半徑為r=1.5m的圓盤,圓盤可繞中心軸轉(zhuǎn)動,餐桌其余部分不轉(zhuǎn)動,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。已知放置在圓盤邊緣的小物體與圓盤的動摩擦因數(shù)為μ1=0.6,與餐桌的動摩擦因數(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,物體從圓盤上被甩出后做平拋運動的水平位移為多少?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物體從圓盤滑到餐桌時速度大小、方向均不變μ1=0.6、μ2=0.225、h=0.8

m可求物體在圓盤上不滑動時的最大向心加速度;可求物體在餐桌上做勻減速直線運動的加速度;物體離開餐桌做平拋運動的豎直位移為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,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.明確運動過程:物體在圓盤上保持相對靜止時做勻速圓周運動,滑到桌面上后做勻減速直線運動,離開桌面后做平拋運動。2.弄清臨界條件:一是物體在圓盤上發(fā)生相對運動的臨界條件是靜摩擦力達到最大靜摩擦力,即等于滑動摩擦力;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)動時,圓盤對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,小物體即將滑動,此時圓盤的角速度達到最大,則有Ffm=μ1FN=mrω2FN=mg(2)由題意可得,當(dāng)物體滑到餐桌邊緣時速度恰好減為零,對應(yīng)的餐桌半徑取最小值。設(shè)物體在餐桌上滑動的位移為s,物塊在餐桌上做勻減速運動的加速度大小為a,(3)當(dāng)物體滑離餐桌時,開始做平拋運動,平拋的初速度為物體在餐桌上滑動的末速度v'。命題角度2豎直平面內(nèi)圓周運動問題(1)(2)常見模型

模型主要位置臨界情況帶電小球在疊加場中的圓周運動

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

最高點mgsinθ±Ff=mω2r最低點Ff-mgsinθ=mω2r恰好通過最低點例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a)連接,當(dāng)觸點a、b接觸,電路接通使氣門嘴燈發(fā)光,觸點b位于車輪邊緣。車輪靜止且氣門嘴燈在最低點時觸點a、b距離為L,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,不計開關(guān)中的一切摩擦,滑塊和觸點a、b均可視為質(zhì)點。(1)若自行車勻速行駛過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)光時間。拓展衍生1.(2024廣東卷)如圖所示,在細繩的拉動下,半徑為r的卷軸可繞其固定的中心點O在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動。卷軸上沿半徑方向固定著長度為l的細管,管底在O點,細管內(nèi)有一根原長為

、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)點的插銷,當(dāng)以速度v勻速拉動細繩時,插銷做勻速圓周運動。若v過大,插銷會卡進固定的端蓋,使卷軸轉(zhuǎn)動停止,忽略摩擦力,彈簧在彈性限度內(nèi),要使卷軸轉(zhuǎn)動不停止,v的最大值為(

)A考點二天體的運動高考風(fēng)向標(biāo)考點考題明細考查頻度天體的運動2024全國甲卷,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全國卷:3年4考地方卷:3年19考命題角度1開普勒行星運動定律和萬有引力定律的應(yīng)用1.開普勒行星運動定律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

我國火星探測器天問一號在成功實施三次近火制動后,進入運行周期約為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),則天問一號的停泊軌道與火星表面的最遠距離約為(

)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),在太陽系外的一顆紅矮星有兩顆行星繞其運行,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)量約為太陽質(zhì)量的(

)答案

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

要點歸納:高軌低速周期長,低軌高速周期短。

3.變軌問題

例5(2024廣東廣州一模)某校天文小組通過望遠鏡觀察木星周圍的兩顆衛(wèi)星a、b,記錄了不同時刻t兩衛(wèi)星的位置變化如圖甲所示。現(xiàn)以木星中心為原點,測量圖甲中兩衛(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動,忽略在觀測時間內(nèi)觀察者和木星的相對位置變化,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錯誤,D正確。例6

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國自行研制的全球衛(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為轉(zhuǎn)換軌道,Ⅲ為同步軌道,下列說法正確的是(

)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點運動到Q點的過程中機械能增加C.在P點,Ⅱ軌道的線速度大于Ⅰ軌道的線速度D.Ⅱ軌道對應(yīng)的運行周期大于Ⅲ軌道對應(yīng)的運行周期答案

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點運動到Q點的過程中只有萬有引力做功,機械能守恒,選項B錯誤。衛(wèi)星從Ⅰ軌道轉(zhuǎn)移到Ⅱ軌道要在P點點火加速做離心運動,所以在P點,Ⅱ軌道的線速度大于Ⅰ軌道的線速度,選項C正確。拓展衍生2.(多選)(2024河北卷)2024年3月20日,鵲橋二號中繼星成功發(fā)射升空,為嫦娥六號在月球背面的探月任務(wù)提供地月間中繼通信。鵲橋二號采用周期為24h的環(huán)月橢圓凍結(jié)軌道(如圖所示),近月點A距月心約為2.0×103km,遠月點B距月心約為1.8×104km,CD為橢圓軌道的短軸,下列說法正確的是(

)A.鵲橋二號從C經(jīng)B到D的運動時間為12hB.鵲橋二號在A、B兩點的加速度大小之比約為81∶1C.鵲橋二號在C、D兩點的速度方向垂直于其與月心的連線D.鵲橋二號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)開普勒第二定律可知,從A→C→B鵲橋二號做減速運動,從B→D→A鵲橋二號做加速運動,則從C→B→D的運動時間大于半個周期,即大于12

h,故A錯誤;解得aA∶aB=81∶1,故B正確;因為鵲橋二號做曲線運動,其速度方向應(yīng)為軌跡的切線方向,則可知鵲橋二號在C、D兩點的速度方向不可能垂直于其與月心的連線,故C錯誤;鵲橋二號未脫離地球的束縛,故鵲橋二號的發(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)地球恰好運行到火星和太陽之間,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)沿同一方向繞太陽做圓周運動,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.火星與地球繞太陽運動的周期之比約為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”的時間約為701天答案

AC突破熱點聚素養(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有引力與航天問題是高考中的高頻考點,其中雙星與多星模型也是?？紗栴},此類問題常涉及我們?nèi)祟愄剿饔钪娴男掳l(fā)現(xiàn)、新成果,隨著我國航天技術(shù)的飛速發(fā)展,萬有引力定律及其應(yīng)用仍將是今后一個時期的命題熱點。案例探究典例(多選)在宇宙中,當(dāng)一顆恒星靠近黑洞時,黑洞和恒星可以相互繞行,從而組成雙星系統(tǒng)。在相互繞行的過程中,質(zhì)量較大的恒星上的物質(zhì)會逐漸被吸入到質(zhì)量較小的黑洞中,從而被吞噬掉,黑洞吞噬恒星的過程也被稱之為“潮汐瓦解事件”。天鵝座X-1就是這樣一個由黑洞和