《2019高考物理系列模型之过程模型 专题09 圆周运动模型（4）学案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2019高考物理系列模型之过程模型 专题09 圆周运动模型（4）学案（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、专题09 圆周运动模型(4)模型演练11.“六十甲子”是古人发明用来计时的方法，也是一种表示自然界五行之气循环流转的直观表示法。某学校物理兴趣小组用空心透明粗糙塑料管制作了如图所示的竖直“60”造型。两个“O”字型圆的半径均为R。让一质量为m、直径略小于管径的小球从入口A处无初速度放入，B、C、D是轨道上的三点，E为出口，其高度低于入口A。已知BC是“O”字型的一条竖直方向的直径，D点是左侧“O”字型上的一点，与圆心等高，A比C高R，当地的重力加速度为g，不计一切阻力，则小球在整个运动过程中A.如果是光滑小球，在D点处，塑料管的左侧对小球的压力为4mgB.如果是光滑小球，小球一定能从E点射出C
2、.如果是不光滑小球，且能到达C点，此处塑料管对小球的作用力小于mgD.如果是不光滑小球，小球不可能停在B点【答案】支持力恰好等于小球的重力，C错误；若小球运动过程中机械能损失较快，小球不能上升到C点时，则小球在B点两侧经过多次往复运动，将相对于B的机械能全部克服摩擦力做功消耗完时，将停于B点，D错误。12.某兴趣小组设计了如图所示的玩具轨道，其中“2008”，四个等高数字用内壁光滑的薄壁细圆管弯成，固定在竖直平面内（所有数字均由圆或半圆组成，圆半径比细管的内径大得多），底端与水平地面相切。弹射装置将一个小物体（可视为质点）以v=5m/s的水平初速度由a点弹出，从b 点进入轨道，依次经过“800
3、2 ”后从p 点水平抛出。小物体与地面ab段间的动摩擦因数=0.3 ，不计其它机械能损失。已知ab段长L=1 . 5m，数字“0”的半径R=0.2m，小物体质量m=0 .0lkg ，g=10m/s2 。求：( l )小物体从p 点抛出后的水平射程。( 2 )小物体经过数字“0”的最高点时管道对小物体作用力的大小和方向。 【答案】（）0.8m（）0.3N ，方向竖直向下【解析】( l ）设小物体运动到p 点时的速度大小为v，对小物体由a 运动到p 过程应用动能定理得-mgL-2Rmg=2(1)mv2-2(1)mv02 小物体自p 点做平抛运动，设运动时间为：t，水平射程为：s则2R=2(1)gt
4、2 s=vt 联立式，代人数据解得s=0.8m F=0.3N 方向竖直向下(III)半球面模型如图5所示,小球从光滑半球面顶端E开始运动.a小球只在重力和球面弹力作用下运动时,不可能沿球面从顶端运动底端.b小球从顶端由静止开始下滑,离开球面时的位置H满足.c小球在顶端E时的速度V越大,离球面时的位置H越靠近顶端,角越小即小球能沿球下滑的距离越短.d当小球在球面顶端的速度时,小球直接从E点离开球面做平抛运动.例8.如图所示，从光滑的1/4圆弧槽的最高点滑下的小滑块，滑出槽口时速度方向为水平方向，槽口与一个半球顶点相切，半球底面为水平，若要使小物块滑出槽口后不沿半球面下滑，已知圆弧轨道的半径为R1
5、，半球的半径为R2，则R1和R2应满足的关系是（ ）【答案】【解析】为使小物块不沿半球面下滑，则它在球顶端的速度，由机械能守恒定律可得：，联立解得D为正确选项 模型演练13.半径为R的光滑半圆球固定在水平面上如图1所示，顶部有一个物体A，今给A一个水平初速度v0，则A将 ( )A沿球面下滑至M点B沿球面下滑至某一点N，便离开球面做斜下抛运动 C按半径大于R的新圆弧轨道做圆周运动D立即离开半圆球做平抛运动【答案】【解析】由于的初速度，物体在点时与半球面之间的压力满足，即，故物体在点时立即离开半球面，物体离开半球面后只在重力作用下做平抛运动，正确14.皮带传送机传送矿石的速度v大小恒定,在轮缘A处
6、矿石和皮带恰好分离,如图所示,则通过A点的半径OA和竖直方向OB的夹角为 ( )A. B.C. D.【答案】 (iii)天体的圆周运动天体在圆形轨道上的运行(I)向心力中心天体对运行天体的万有引力全部提供向心力(II)各物理量与轨道半径的关系a线速度:b角速度:c周期:d向心加速度:e动能:f势能:与高度有关,质量相同情况下高度越高势能越大.g总能量:与高度有关,质量相同情况下高度越高总能量越大.注:天体的运行速度是相对于中心天体中心的速度,而非相对中心天体表面的速度.(III)运动时间的计算式中是运行天体在圆形轨道上从一位置到另一位置转过的圆心角度.(IV)地球万有引力作用下的三种典型的圆周
7、运动的对比分析同步卫星近地卫星赤道上的物体向心力的来源万有引力万有引力（近似等于重力）万有引力与支持力的合力轨道半径r(km)由得r=h+R=36000+6.436006.4km向心力F(N)由运转周期T24小时（是地球卫星最小的环绕周期）24小时线速度大小(km/s)由由可得(此速度是地球卫星最大的环绕速度)角速度加速度特点轨道平面一定、运行方向一定、轨道半径一定、运行速度一定、运转周期(角速度)一定、向心加速度一定运动速度最快周期最短是一个周期为24h半径为R的圆周运动的物体应用气象卫星神州系列飞船物体本身重要参数（地球自转参数T=24h243600s, 地球半径R6.4103km, g=
8、9.8m/s2）例9.为了探测X星球，载着登陆舱的探测飞船在以该星球中心为圆心，半径为r1圆轨道上运动，周期为T1,总质量为m1。随后登陆舱脱离飞船，变轨到离星球更近的半径为r2的圆轨道上运动，此时登陆舱的质量为m2，则AX星球的质量为BX星球表面的重力加速度为C登陆舱在r1与r2的轨道上运动时的速度大小之比是D登陆舱在半径为r2的轨道上做圆周运动的周期为【答案】【解析】:由可得X星的质量,再由可得X星表面的重力加速度,A正确B错误.由知、,故、,C错误D正确.例10.宇宙飞船以周期为T绕地球作圆周运动时，由于地球遮挡阳光，会经历“日全食”过程，如图所示。已知地球的半径为R，地球质量为M，引力
9、常量为G，地球自转周期为。太阳光可看作平行光，宇航员在A点测出的张角为，则A. 飞船绕地球运动的线速度为B. 一天内飞船经历“日全食”的次数为T/T0C. 飞船每次“日全食”过程的时间为D. 飞船周期为【答案】【解析】飞船绕地球运动的线速度为 由几何关系知 飞船每次“日全食”过程的时间为飞船转过角所需的时间，即一天内飞船经历“日全食”的次数为T0/T例11.如图所示，极地卫星的运行轨道平面通过地球的南北两极(轨道可视为圆轨道)。若已知个极地卫星从北纬30的正上方，按图示方向第一次运行至南纬60正上方时所用时间为，地球半径为(地球可看做球体)，地球表面的重力加速度为，引力常量为。由以上条件可以求
10、出A卫星运行的周期B卫星距地面的高度C卫星的质量D地球的质量【答案】【解析】此过程中卫星绕地心转过，经历时间为四分之一周期，即t，正确由有，D正确再由可得，正确卫星的质量在方程中被约去而不能得到，错误例12.同步卫星离地心距离为r,运行速率为V1,加速度为a1,地球赤道上物体随地球自转的向心加速度为a2,第一宇宙速度为V2,地球的半径为R,则下列比值正确的是Aa1/a2=r/RBa1/a2=(r/R)2CDV1/V2=r/R【答案】【解析】:设地球质量为M,同步卫星的质量为m1,地球赤道上物体的质量为m2,近地卫星的质量为m3.根据向心加速度与角速度的关系有:、,因,故a1/a2=r/R,A正
11、确.由万有引力定律有,故V1/V2=(R/r)1/2,C正确.模型演练15.计划发射一颗距离地面高度为地球半径R0的圆形轨道地球卫星,卫星轨道平面与赤道片面重合，已知地球表面重力加速度为g.（1）求出卫星绕地心运动周期T（2）设地球自转周期T0,该卫星绕地旋转方向与地球自转方向相同，则在赤道上一点的人能连续看到该卫星的时间是多少？【答案】（）（）【解析】（1） 从B1到B2时间为t则有 16.据报道，天文学家近日发现了一颗距地球40光年的“超级地球”，名为“55Cancri e”该行星绕母星（中心天体）运行的周期约为地球绕太阳运行周期的，母星的体积约为太阳的60倍。假设母星与太阳密度相同，“5
12、5 Cancri e”与地球做匀速圆周运动，则“55 Cancri e”与地球的A.轨道半径之比约为 B. 轨道半径之比约为2C向心加速度之比约为 D.向心加速度之比约为【答案】【解析】:母星与太阳密度相等,而体积约为60倍,说明母星的质量是太阳质量的60倍.由有代入数据可知A错误B正确.由可得加速度之比为,CD均错误.17.甲、乙为两颗地球卫星，其中甲为地球同步卫星，乙的运行高度低于甲的运行高度，两卫星轨道均视为圆轨道，以下判断正确的是（ ）A甲在运行时能经过地球北极的正上方B甲的周期大于乙的周期C甲的向心加速度小于乙的向心加速度D乙的速度大于第一宇宙速度【答案】的高度大，轨道半径大，故甲卫
13、星的线速度小、周期大，加速度小；根据知，第一宇宙速度是近地圆轨道的环绕速度，也是圆轨道运行的最大速度，故B C正确，D错误18.卫星电话信号需要通地球同步卫星传送。如果你与同学在地面上用卫星电话通话，则从你发出信号至对方接收到信号所需最短时间最接近于（可能用到的数据：月球绕地球运动的轨道半径约为3.8105m/s，运行周期约为27天，地球半径约为6400km，无线电信号的传播速度为）A0.1s B0.25s C0.5s D1s【答案】【解析】根据有开普勒第三定律，已知月球和同步卫星的周期比为27：1，则月球和同步卫星的轨道半径比为9：1同步卫星的轨道半径r3.81054.2104km所以接收到信号的最短时间正确19.a是地球赤道上一栋建筑，b是在赤道平面内作匀速圆周运动、距地面9.6m的卫星，c是地球同步卫星，某一时刻b、c刚好位于a的正上方（如图甲所示），经48h，a、b、c的大致位置是图乙中的（取地球半径R=6.4m，地球表面重力加速度g=10m/，=） 【答案】【解析】:b、c都是地球的卫星，共同遵循地球对它们的万有引力提供向心力，是可以比较的。a、c是在同一平面内有相同角速度转动的，也是可以比较的。在某时刻c在a的正上方， 则以后永远在正上方。对b有，化简得s在48小时内b转动的圈数为所以B
