2020屆高三物理練習(xí) 曲線運動萬有引力與航天章末質(zhì)量檢測 新人教版

第四章 曲線運動 萬有引力與航天 (時間90分鐘，滿分100分)命 題 設(shè) 計 難度題號目標(biāo) 較易中等稍難平拋1、512、1315圓周運動2、3、81114萬有引力定律4、6、79、10綜合運用16一、選擇題(本大題共10個小題，每小題5分，共50分，每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的)1在2020年第十一屆全運會上一位運動員進行射擊比賽時，子彈水平射出后擊中目標(biāo)當(dāng)子彈在飛行過程中速度平行于拋出點與目標(biāo)的連線時，大小為v，不考慮空氣阻力，已知連線與水平面的夾角為，則子彈 ( )A初速度v0vsinB飛行時間tC飛行的水平距離xD飛行的豎直距離y解析：如圖所示，初速度v0vcos，A錯誤；tan，則t，所以B錯誤；飛行的水平距離x，C正確；飛行的豎直距離y，D錯誤答案：C2如圖1所示，兩輪用皮帶傳動，皮帶不打滑，圖中有A、B、C三點，這三點所在處半徑rA>rBrC，則這三點的向心加速度aA、aB、aC的關(guān)系是 ()圖1AaAaBaCBaC>aA>aBCaC<aA<aB DaCaB>aA解析：皮帶傳動且不打滑，A點與B點線速度相同，由a有a，所以aA<aB；A點與C點共軸轉(zhuǎn)動，角速度相同，由a2r知ar，所以有aA>aC，所以aCaAaB，可見選項C正確答案：C3.m為在水平傳送帶上被傳送的小物體(可視為質(zhì)點)，A為終端皮帶輪，如圖2所示，已知皮帶輪半徑為r，傳送帶與皮帶輪間不會打滑，當(dāng)m可被水平拋出時，A輪每秒的轉(zhuǎn)數(shù)最少是 ( )A. B. C. D. 圖2解析：當(dāng)m恰好能被水平拋出時只受重力的作用，支持力FN0.則在最高點，mgm，v.而v2n·r，則n .答案：A4(2020·重慶高考)據(jù)報道“嫦娥一號”和“嫦娥二號”繞月飛行器的圓形工作軌道距月球表面分別約為200 km和100 km，運行速率分別為v1和v2.那么，v1和v2的比值為(月球半徑取1700 km) ()A.B. C. D.解析：由Gm 知：v ，故 ，C正確答案：C5以初速度v0水平拋出一物體，當(dāng)它的豎直分位移大小與水平分位移大小相等時，則()A豎直分速度等于水平分速度B瞬時速度的大小等于v0C運動的時間為D位移大小是2v02/g解析：依題意有v0tgt2，則t，所以vygtg·2v0，所以vtv0，通過的位移：sv0t2v02/g，故選項A、B、D錯誤，C正確答案：C6(2020·江蘇高考)英國新科學(xué)家(New Scientist)雜志評選出了2020年度世界8項科學(xué)之最，在XTEJ1650500雙星系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的最小黑洞位列其中若某黑洞的半徑R約45 km，質(zhì)量M和半徑R的關(guān)系滿足(其中c為光速，G為引力常量)，則該黑洞表面重力加速度的數(shù)量級為 ()A108 m/s2 B1010 m/s2C1012 m/s2 D1014 m/s2解析：設(shè)黑洞表面重力加速度為g，由萬有引力定律可得g，又有，聯(lián)立得g1×1012 m/s2.C正確答案：C72020年5月27日上午在山西太原衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射的“風(fēng)云三號”氣象衛(wèi)星，是我國第二代極軌氣象衛(wèi)星，衛(wèi)星上裝有十多臺有效載荷，可實現(xiàn)全球、全天候、多光譜、三維、定量遙感功能氣象衛(wèi)星在通過地球兩極上空的圓軌道上運行，它的運行軌道距地面高度為h，衛(wèi)星能在一天內(nèi)將地面上赤道各處在日照條件下的情況全部拍下來，已知地球半徑為R，地球表面處的重力加速度為g，地球的自轉(zhuǎn)角速度為0.則以下說法正確的是 ()A氣象衛(wèi)星運行速度為vR B氣象衛(wèi)星的周期為2 C氣象衛(wèi)星在通過赤道上空時，衛(wèi)星上的攝像機應(yīng)拍攝地面上赤道圓周的弧長至少為s0D氣象衛(wèi)星到達赤道正上方時，應(yīng)在同步衛(wèi)星的上方解析：設(shè)地球質(zhì)量為m地，衛(wèi)星質(zhì)量為m，衛(wèi)星在運行時，由萬有引力提供向心力：Gm，設(shè)地球表面有一個質(zhì)量為m0的物體，則：m0gG，解得：vR，選項A正確；設(shè)衛(wèi)星的運動周期為T，則：Gm()2(Rh)，一天的時間：T0，一天內(nèi)氣象衛(wèi)星經(jīng)過有日照的赤道上空次數(shù)為：N，攝像機每次應(yīng)拍攝地面赤道上的弧長為：s，聯(lián)立解得s20，選項B錯誤，C錯誤；由于同步衛(wèi)星的周期大于氣象衛(wèi)星的周期，故氣象衛(wèi)星的軌道半徑較小，選項D錯誤答案：A8一圓盤可以繞其豎直軸在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，圓盤半徑為R，甲、乙物體質(zhì)量分別為M和m(Mm)，它們與圓盤之間的最大靜摩擦力均為正壓力的倍，兩物體用一根長為L(LR)的輕繩連在一起如圖3所示，若將甲物體放在轉(zhuǎn)軸的位置上，甲、乙之間連線剛好沿半徑方向被拉直，要使兩物體與圓盤不發(fā)生相對滑動，則轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)的角速度最大不得超過(兩物體均看做質(zhì)點) () 圖3A. B. C. D.解析：經(jīng)分析可知，繩的最大拉力FMg，對m，F(xiàn)mgm2L，所以(Mm)gm2L解得 .答案：D9.2020年10月，美國的“半人馬座”火箭以9000 km的時速撞向月球，原先設(shè)想應(yīng)當(dāng)產(chǎn)生高達10 km的塵埃，而實際撞擊揚起的塵埃高度只有1.6 km.若航天飛行控制中心測得火箭在離月球表面176 km的圓軌道上運行的周期為T1125 min.火箭變軌后，在近月(高度不計)圓軌道上運行的周期為T2107.8 min，且塵埃在空中只受月球的引力，則可以估算出 ()A.月球半徑R B.月球表面重力加速度gC.空中塵埃存在的時間 D.引力常量G解析：由萬有引力提供向心力可得：Gm(Rh)，GmR，綜合以上兩式可得：，故可求出月球半徑；而月球表面的重力加速度為：gR.上升的塵?？烧J為做豎直上拋運動，故：Hgt下2，所以空中塵埃存在的時間：t2t下.綜上所述只有D項引力常量無法求出.答案：ABC10.(2020·全國卷)已知太陽到地球與地球到月球的距離的比值約為390，月球繞地球旋轉(zhuǎn)的周期約為27天.利用上述數(shù)據(jù)以及日常的天文知識，可估算出太陽對月球與地球?qū)υ虑虻娜f有引力的比值約為 ()A.0.2 B.2C.20 D.200解析：設(shè)太陽到地球的距離為R，地球到月球的距離為r，太陽、地球和月球的質(zhì)量分別為ms、me和m.由萬有引力定律可知太陽對月球的萬有引力F1(太陽到月球的距離近似等于太陽到地球的距離).地球?qū)υ虑虻娜f有引力F2.兩式聯(lián)立得.若地球和月球的公轉(zhuǎn)均看做勻速圓周運動，由牛頓第二定律可得，對地球：，Te為地球公轉(zhuǎn)周期365天，對月球：，Tm為月球公轉(zhuǎn)周期27天.聯(lián)立得，故有2.答案：B11.(2020·天津模擬)如圖4所示，一根跨越光滑定滑輪的輕繩，兩端各有一雜技演員(可視為質(zhì)點)，a站于地面，b從圖示的位置由靜止開始向下擺動，運動過程中繩始終處于伸直狀態(tài)，當(dāng)演員b擺至最低點時，a剛好對地面無壓力，則演員a質(zhì)量與演員b質(zhì)量之比為 () 圖4A.11 B.21C.31 D.41解析：設(shè)b擺至最低點時的速度為v，由機械能守恒定律可得：mgl(1cos60°)mv2，解得v.設(shè)b擺至最低點時繩子的拉力為FT，由圓周運動知識得：FTmbgmb，解得FT2mbg，對演員a有FTmag，所以，演員a質(zhì)量與演員b質(zhì)量之比為21.答案：B12. 在一個豎直的支架上固定著兩個水平的彈簧槍A和B，彈簧槍A、B在同一豎直平面內(nèi)，如圖5所示，A比B高h，彈簧槍B的出口距水平面高，彈簧槍A、B射出的子彈的水平射程之比為xAxB12.設(shè)彈簧槍A、B的高度差h不變， 圖5且射出子彈的初速度不變，要使兩個彈簧槍射出的子彈落到水平面上的同一點，則()A.豎直支架向上移動，移動的距離為hB.豎直支架向下移動，移動的距離為hC.豎直支架向下移動，移動的距離為hD.豎直支架向上移動，移動的距離為h解析：xv0t，t ，故t，v0，×，v0B4v0A.若xAxB，那么，v0，tA4tB.又t，t2h，則()2()216.又因為hAhhB，所以，得hB，即豎直支架向下移動.向下移動的距離為h.答案：B二、計算題(本大題共4個小題，共40分，解答時應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和演算步驟，有數(shù)值計算的要注明單位)13.(8分)A、B兩小球同時從距地面高為h15 m處的同一點拋出，初速度大小均為v010 m/s.A豎直向下拋出，B球水平拋出，空氣阻力不計，重力加速度取g10 m/s2.求：(1)A球經(jīng)過多長時間落地？(2)A球落地時，A、B兩球間的距離是多少？解析：(1)A球做豎直下拋運動hv0tgt2將h15 m、v010 m/s代入，可得t1 s.(2)B球做平拋運動，xv0t，ygt2將v010 m/s、t1 s代入，可得x10 m，y5 m.此時A球與B球的距離為L將x、y、h數(shù)據(jù)代入，得L10 m.答案：(1)1 s(2)10 m14.(10分) 如圖6所示，水平轉(zhuǎn)盤上放有質(zhì)量為m的物塊，當(dāng)物塊到轉(zhuǎn)軸的距離為r時，連接物塊和轉(zhuǎn)軸的繩剛好被拉直(繩上張力為零)，物塊和轉(zhuǎn)盤間最大靜摩擦力是其正壓力的倍.求：(1)當(dāng)轉(zhuǎn)盤的角速度1 時，細繩的拉力F1； 圖6(2)當(dāng)轉(zhuǎn)盤的角速度2 時，細繩的拉力F2.解析：設(shè)角速度為0時，繩恰好拉直而無張力，有mgm·r得0 (1)由于1 0，故繩未拉緊，此時靜摩擦力未達到最大值，F(xiàn)10.(2)由于2 0，故繩被拉緊，由F2mgm·r得F2mg.答案：(1)0(2)mg15. (10分)我國射擊運動員曾多次在國際大賽中為國爭光，在2020年北京奧運會上又奪得射擊冠軍.我們以打靶游戲來了解射擊運動.某人在塔頂進行打靶游戲，如圖7所示，已知塔高H45 m，在與塔底部水平距離為x處有一電子拋靶裝置，圓形靶可被豎直向上拋出，初 圖7速度為v1，且大小可以調(diào)節(jié).當(dāng)該人看見靶被拋出時立即射擊，子彈以v2100 m/s的速度水平飛出.不計人的反應(yīng)時間及子彈在槍膛中的運動時間，且忽略空氣阻力及靶的大小(取g10 m/s2).(1)當(dāng)x的取值在什么范圍時，無論v1多大靶都不能被擊中？(2)若x200 m，v115 m/s時，試通過計算說明靶能否被擊中？解析：(1)欲使靶不被擊中，拋靶裝置應(yīng)在子彈射程范圍外.由Hgt2，xv2t代入數(shù)據(jù)得x300 m；故x的取值范圍應(yīng)為x300 m.(2)設(shè)經(jīng)過時間t1，子彈恰好在拋靶裝置正上方，此時靶離地面h1，子彈下降了h2，h1v1t1gt，h2gt，xv2t1，聯(lián)立以上各式解得h110 m，h220 m.所以h1h2H，靶不能被擊中.答案：(1)x300 m(2)見解析16.(12分)隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，廣寒宮中的嫦娥不再寂寞，古老的月球即將留下中華兒女的足跡.航天飛機將作為能往返于地球與太空、可以重復(fù)使用的太空飛行器，備受人們的喜愛.宇航員現(xiàn)欲乘航天飛機對在距月球表面高h處的圓軌道上運行的月球衛(wèi)星進行維修.試根據(jù)你所學(xué)的知識回答下列問題：(1)維修衛(wèi)星時航天飛機的速度應(yīng)為多大？(2)已知地球自轉(zhuǎn)周期為T0，則該衛(wèi)星每天可繞月球轉(zhuǎn)幾圈？(已知月球半徑為R，月球表面的重力加速度為gm，計算過程中可不計地球引力的影響，計算結(jié)果用h、R、gm、T0等表示)解析：(1)根據(jù)萬有引力定律，在月球上的物體mgm衛(wèi)星繞月球做圓周運動，設(shè)速度為v，則Gm聯(lián)立式解得：v 航天飛機與衛(wèi)星在同一軌道上，速度與衛(wèi)星速度相同.(2)設(shè)衛(wèi)星運動周期為T，則Gm()2(Rh)解得：T2 2 則衛(wèi)星每天繞月球運轉(zhuǎn)的圈數(shù)為 .答案：(1) (2)