7、的三種臨界情況
(1)接觸與脫離的臨界條件：兩物體相接觸或脫離，臨界條件是：彈力FN＝0.
(2)相互接觸的兩物體相對(duì)滑動(dòng)的臨界條件：靜摩擦力達(dá)到最大值．
(3)繩子斷裂與松弛的臨界條件：繩子斷與不斷的臨界條件是繩中張力等于它所能承受的最大張力；繩子松弛的臨界條件是FT＝0.
例1 如圖7所示，細(xì)繩一端系著靜止在水平圓盤(pán)上、質(zhì)量M＝0.5 kg的物體A，另一端通過(guò)圓盤(pán)中心的光滑小孔吊著質(zhì)量m＝0.3 kg的物體B，物體A與小孔距離為0.4 m(物體A可看成質(zhì)點(diǎn))，已知A和水平圓盤(pán)間的最大靜摩擦力為2 N．現(xiàn)使圓盤(pán)繞中心軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度ω在什么范圍內(nèi)，B會(huì)處于靜止?fàn)顟B(tài)？(g取10 m/s
8、2)
圖7
答案 rad/s≤ω≤5 rad/s
解析 設(shè)物體A和圓盤(pán)保持相對(duì)靜止，當(dāng)ω具有最小值時(shí)，A有向圓心O運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，A受到的靜摩擦力方向沿半徑向外．
當(dāng)摩擦力等于最大靜摩擦力時(shí)，對(duì)A受力分析有
F－Ff＝Mω12r，
又F＝mg，
ω1＝＝ rad/s
當(dāng)ω具有最大值時(shí)，A有遠(yuǎn)離圓心O運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，A受到的最大靜摩擦力指向圓心．對(duì)A受力分析有
F＋Ff＝Mω22r，
又F＝mg，
解得ω2＝＝5 rad/s，
所以ω的范圍是 rad/s≤ω≤5 rad/s.
6.如圖8所示，小物塊A與水平圓盤(pán)保持相對(duì)靜止，隨著圓盤(pán)一起做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則A受到的力有(
9、 )
圖8
A．重力、支持力
B．重力、向心力
C．重力、支持力、指向圓心的摩擦力
D．重力、支持力、向心力、摩擦力
答案 C
7.如圖9所示，繩子的一端固定在O點(diǎn)，另一端拴一重物在光滑水平面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)( )
圖9
A．轉(zhuǎn)速相同時(shí)，繩短的容易斷
B．周期相同時(shí)，繩短的容易斷
C．線速度大小相等時(shí)，繩短的容易斷
D．線速度大小相等時(shí)，繩長(zhǎng)的容易斷
答案 C
解析 繩子的拉力提供向心力，設(shè)繩子的拉力為F，則F＝mω2r＝，此處，T＝＝，所以，當(dāng)轉(zhuǎn)速n相同，即是周期或角速度相同時(shí)，繩長(zhǎng)r越大，拉力F越大，繩子越容易斷，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；當(dāng)線速度v相等時(shí)，繩
10、長(zhǎng)r越小，拉力F越大，繩子越容易斷，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤．
8．(2018·溫州市六校期末)擺式列車(chē)是集電腦、自動(dòng)控制等高新技術(shù)于一體的新型高速列車(chē)，如圖10所示．當(dāng)列車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)，在電腦控制下，車(chē)廂會(huì)自動(dòng)傾斜；行駛在直線上時(shí)，車(chē)廂又恢復(fù)原狀，就像玩具“不倒翁”一樣．假設(shè)有一擺式列車(chē)在水平面內(nèi)行駛，以360 km/h的速度轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)彎所在處半徑為1 km，則質(zhì)量為50 kg的乘客，在轉(zhuǎn)彎過(guò)程中所受到的火車(chē)給他的作用力為(g取10 m/s2)( )
圖10
A．500 N B．1 000 N
C．500 N D．0
答案 C
解析 乘客所需向心力F＝m＝500 N，由勾股定理
11、，火車(chē)給他的作用力FN＝＝500 N.
考點(diǎn)三 豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題
1．定模型：首先判斷是輕繩模型還是輕桿模型，兩種模型過(guò)最高點(diǎn)的臨界條件不同．
2．確定臨界點(diǎn)：抓住輕繩模型中最高點(diǎn)v≥及輕桿模型中v≥0這兩個(gè)臨界條件．
3．研究狀態(tài)：通常情況下豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)只涉及最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況．
4．受力分析：對(duì)物體在最高點(diǎn)或最低點(diǎn)時(shí)進(jìn)行受力分析，根據(jù)牛頓第二定律列出方程．
5．過(guò)程分析：應(yīng)用動(dòng)能定理或機(jī)械能守恒定律將初、末兩個(gè)狀態(tài)聯(lián)系起來(lái)列方程．
模型1 輕繩模型
例2 如圖11所示，質(zhì)量為m的豎直光滑圓環(huán)A的半徑為r，豎直固定在質(zhì)量為m的木板B上，木板B的兩側(cè)各有一豎
12、直擋板固定在地面上，使木板不能左右運(yùn)動(dòng)．在環(huán)的最低點(diǎn)靜置一質(zhì)量為m的小球C.現(xiàn)給小球一水平向右的瞬時(shí)速度v0，小球會(huì)在環(huán)內(nèi)側(cè)做圓周運(yùn)動(dòng)．為保證小球能通過(guò)環(huán)的最高點(diǎn)，且不會(huì)使木板離開(kāi)地面，不計(jì)空氣阻力，則初速度v0必須滿(mǎn)足( )
圖11
A.≤v0≤ B.≤v0≤
C.≤v0≤3 D.≤v0≤
答案 D
解析 在最高點(diǎn)，速度最小時(shí)有：
mg＝m
解得：v1＝.
從最高點(diǎn)到最低點(diǎn)的過(guò)程中，機(jī)械能守恒，設(shè)最低點(diǎn)的速度為v1′，根據(jù)機(jī)械能守恒定律，有：
2mgr＋mv12＝mv1′2
解得v1′＝.
要使木板不會(huì)在豎直方向上跳起，在最高點(diǎn)，球?qū)Νh(huán)的壓力最大為：
F
13、＝mg＋mg＝2mg
在最高點(diǎn)，速度最大時(shí)有：
mg＋2mg＝m
解得：v2＝.
從最高點(diǎn)到最低點(diǎn)的過(guò)程中，機(jī)械能守恒，設(shè)此時(shí)最低點(diǎn)的速度為v2′，
根據(jù)機(jī)械能守恒定律有：
2mgr＋mv22＝mv2′2
解得：v2′＝.
所以保證小球能通過(guò)環(huán)的最高點(diǎn)，且不會(huì)使木板在豎直方向上跳起，在最低點(diǎn)的速度范圍為：
≤v0≤.
9.雜技演員表演“水流星”，在長(zhǎng)為1.6 m的細(xì)繩的一端，系一個(gè)與水的總質(zhì)量為m＝0.5 kg的盛水容器，以繩的另一端為圓心，在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，如圖12所示，若“水流星”通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)的速率為4 m/s，則下列說(shuō)法正確的是(不計(jì)空氣阻力，g＝10 m/
14、s2)( )
圖12
A．“水流星”通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)，有水從容器中流出
B．“水流星”通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)，繩的張力及容器底部受到的壓力均為零
C．“水流星”通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)，處于完全失重狀態(tài)，不受力的作用
D．“水流星”通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)，繩子的拉力大小為5 N
答案 B
解析 “水流星”在最高點(diǎn)的臨界速度v＝＝4 m/s，由此知繩的拉力恰為零，且水恰不流出，故選B.
模型2 輕桿模型
例3 如圖13所示，在豎直平面內(nèi)固定有兩個(gè)很靠近的同心圓軌道，外軌內(nèi)表面光滑，內(nèi)軌外表面粗糙．一質(zhì)量為m的小球從軌道的最低點(diǎn)以初速度v0向右運(yùn)動(dòng)，球的直徑略小于兩軌間距，球運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為R，不計(jì)空氣阻力．
15、下列說(shuō)法正確的是( )
圖13
A．當(dāng)v0＝時(shí)，小球最終停在最低點(diǎn)
B．當(dāng)v0＝2時(shí)，小球可以到達(dá)最高點(diǎn)
C．當(dāng)v0＝時(shí)，小球始終做完整的圓周運(yùn)動(dòng)
D．當(dāng)v0＝時(shí)，小球在最高點(diǎn)時(shí)對(duì)內(nèi)軌的外表面有擠壓
答案 C
解析 若v0＝，則由mv02＝mgh可知，h＝R，則小球能到達(dá)與圓軌道圓心等高的一點(diǎn)后反向返回，在最低點(diǎn)兩側(cè)往返運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；若v0＝2，且軌道的內(nèi)外壁均光滑時(shí)，小球到達(dá)最高點(diǎn)的速度恰好為零，但是因軌道內(nèi)軌外表面粗糙，則小球與內(nèi)軌接觸時(shí)要損失機(jī)械能，則小球不能到達(dá)最高點(diǎn)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；若小球運(yùn)動(dòng)時(shí)只與軌道的外軌接觸而恰能到達(dá)最高點(diǎn)，則到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)滿(mǎn)足mg＝m，從最低
16、點(diǎn)到最高點(diǎn)由機(jī)械能守恒可知，mv02＝mg·2R＋mv2，解得v0＝，由此可知當(dāng)v0＝時(shí)，小球始終做完整的圓周運(yùn)動(dòng)，且沿外軌道恰能運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤．
10．(2018·嘉興市期末)體操運(yùn)動(dòng)員做“單臂大回環(huán)”時(shí)，用一只手抓住單杠，伸展身體，以單杠為軸在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，如圖14所示．此過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)員到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)手臂受的拉力約為(不計(jì)空氣阻力)( )
圖14
A．50 N B．500 N
C．2 500 N D．5 000 N
答案 C
解析 從最高點(diǎn)到最低點(diǎn)，由2mgR＝mv2，又由F－mg＝m
得F＝5mg＝2 500 N，故C正確．
考點(diǎn)四
17、 萬(wàn)有引力定律的理解和應(yīng)用
1．解決天體(衛(wèi)星)運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的基本思路
(1)天體運(yùn)動(dòng)的向心力來(lái)源于天體之間的萬(wàn)有引力，即
G＝man＝m＝mω2r＝m.
(2)在中心天體表面或附近運(yùn)動(dòng)時(shí)，萬(wàn)有引力近似等于重力，即G＝mg(g表示天體表面的重力加速度)．
2．天體質(zhì)量和密度的估算
(1)利用天體表面的重力加速度g和天體半徑R(忽略自轉(zhuǎn)的影響)．
由于G＝mg，故天體質(zhì)量M＝，
天體的平均密度ρ＝＝＝.
(2)利用衛(wèi)星繞天體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期T和軌道半徑r.
①由萬(wàn)有引力提供向心力，即G＝mr，得出中心天體質(zhì)量M＝；
②若已知天體半徑R，則天體的平均密度
ρ＝＝＝.
3．
18、衛(wèi)星運(yùn)行參量的計(jì)算與比較
＝越高越慢
例4 (2018·杭州市期末)中國(guó)科學(xué)家利用“悟空”衛(wèi)星獲得了高能電子宇宙射線能譜，有可能為暗物質(zhì)的存在提供新證據(jù)．已知“悟空”在低于同步衛(wèi)星的圓軌道上運(yùn)行，經(jīng)過(guò)時(shí)間t(t小于其周期)，運(yùn)動(dòng)的弧長(zhǎng)為s，與地球中心連線掃過(guò)的弧度為β，引力常量為G.根據(jù)上述信息，下列說(shuō)法中正確的是( )
A．“悟空”的線速度大于第一宇宙速度
B．“悟空”的向心加速度比地球同步衛(wèi)星的小
C．“悟空”的環(huán)繞周期為
D．“悟空”的質(zhì)量為
答案 C
解析 衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由G＝m，解得：v＝，衛(wèi)星的軌道半徑越大，速率越小，第一宇宙速度是近地衛(wèi)星的環(huán)繞速度，
19、故“悟空”在軌道上運(yùn)行的速度小于地球的第一宇宙速度，故A錯(cuò)誤；萬(wàn)有引力提供向心力，由牛頓第二定律得：G＝ma，解得：a＝，則知“悟空”的向心加速度大于地球同步衛(wèi)星的向心加速度，故B錯(cuò)誤；由題意“悟空”運(yùn)行的線速度為：v＝，角速度為：ω＝，根據(jù)v＝ωr得軌道半徑為：r＝＝，“悟空”的環(huán)繞周期為T(mén)＝＝，故C正確；“悟空”繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，萬(wàn)有引力提供向心力，即：G＝mrω2，解得地球的質(zhì)量為：M＝，不能求出“悟空”的質(zhì)量，故D錯(cuò)誤．
11．2019年和2020年，中國(guó)將把6顆第三代北斗導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射升空，并送入繞地球的橢圓軌道．該衛(wèi)星發(fā)射速度v大小的范圍是( )
A．v＜7.9 km/
20、s
B．7.9 km/s＜v＜11.2 km/s
C．11.2 km/s＜v＜16.7 km/s
D．v＞16.7 km/s
答案 B
12.(2018·浙江4月選考·9)土星最大的衛(wèi)星叫“泰坦”(如圖15)，每16天繞土星一周，其公轉(zhuǎn)軌道半徑為1.2×106 km.已知引力常量G＝6.67×10－11 N·m2/kg2，則土星的質(zhì)量約為( )
圖15
A．5×1017 kg B．5×1026 kg
C．5×1033 kg D．5×1036 kg
答案 B
解析 根據(jù)“泰坦”的運(yùn)動(dòng)情況，由萬(wàn)有引力提供向心力，
則G＝m2r，化簡(jiǎn)得到M＝，代入數(shù)據(jù)得M≈5×1
21、026 kg，故選B.
13．NASA的新一代詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡將被放置在太陽(yáng)與地球的第二拉格朗日點(diǎn)L2處，飄蕩在地球背對(duì)太陽(yáng)后方150萬(wàn)公里處的太空．其面積超過(guò)哈勃望遠(yuǎn)鏡5倍，其觀測(cè)能量可能是后者70倍以上，如圖16所示，L2點(diǎn)處在太陽(yáng)與地球連線的外側(cè)，在太陽(yáng)和地球的引力共同作用下，衛(wèi)星在該點(diǎn)能與地球一起繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)(視為圓周運(yùn)動(dòng))，且時(shí)刻保持背對(duì)太陽(yáng)和地球，不受太陽(yáng)的干擾而進(jìn)行天文觀測(cè)．不考慮其他星球的影響，下列關(guān)于工作在L2點(diǎn)的天文衛(wèi)星的說(shuō)法中正確的是( )
圖16
A．它繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的向心力由太陽(yáng)對(duì)它的引力充當(dāng)
B．它繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的向心加速度比地球繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的向心加速度小
22、C．它繞太陽(yáng)運(yùn)行的線速度比地球繞太陽(yáng)運(yùn)行的線速度小
D．它繞太陽(yáng)運(yùn)行的周期與地球繞太陽(yáng)運(yùn)行的周期相等
答案 D
14.假設(shè)兩顆人造衛(wèi)星1和2的質(zhì)量之比m1∶m2＝1∶2，都繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如圖17所示，衛(wèi)星2的軌道半徑更大些．觀測(cè)中心對(duì)這兩個(gè)衛(wèi)星進(jìn)行了觀測(cè)，編號(hào)為甲、乙，測(cè)得甲、乙兩顆人造衛(wèi)星周期之比為T(mén)甲∶T乙＝8∶1.下列說(shuō)法中正確的是( )
圖17
A．甲是衛(wèi)星1
B．乙星動(dòng)能較小
C．甲的機(jī)械能較大
D．無(wú)法比較兩個(gè)衛(wèi)星受到的向心力
答案 C
解析 衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，萬(wàn)有引力充當(dāng)向心力，有G＝m，解得r＝，所以r甲∶r乙＝∶＝4∶1，所以甲是衛(wèi)星2，故
23、A錯(cuò)誤；由G＝m，得v＝，所以v甲∶v乙＝∶＝1∶2，由動(dòng)能表達(dá)式Ek＝mv2得甲、乙兩星的動(dòng)能之比＝＝，故B錯(cuò)誤；若衛(wèi)星2由外側(cè)軌道變軌到衛(wèi)星1的軌道，需要減速，既需要克服阻力做功才能變軌到衛(wèi)星1的軌道，所以衛(wèi)星2在外側(cè)軌道上的機(jī)械能大于它在衛(wèi)星1軌道上的機(jī)械能，而衛(wèi)星2的質(zhì)量比衛(wèi)星1的質(zhì)量大，在同一軌道上衛(wèi)星2的機(jī)械能大于衛(wèi)星1的機(jī)械能，所以衛(wèi)星2在外側(cè)軌道上的機(jī)械能大于衛(wèi)星1的機(jī)械能，故C正確；由萬(wàn)有引力公式F＝G，可知兩衛(wèi)星受到的向心力之比＝＝，故D錯(cuò)誤．
專(zhuān)題強(qiáng)化練
1.(2018·新高考聯(lián)盟聯(lián)考)如圖1所示是我國(guó)自己獨(dú)立研制的“直11”系列直升機(jī)，是一種小噸位直升機(jī)，用來(lái)當(dāng)
24、成輕型武裝直升機(jī)或運(yùn)輸機(jī)．在直升機(jī)螺旋槳上有A、B、C三點(diǎn)，其中A、C在葉片的端點(diǎn)，B在葉片的中點(diǎn)．當(dāng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，這三點(diǎn)( )
圖1
A．線速度大小都相等 B．線速度方向都相同
C．角速度大小都相等 D．向心加速度大小都相等
答案 C
解析 由題圖可知，A、B、C三點(diǎn)屬于同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，各點(diǎn)的角速度是相等的，A、C在葉片的端點(diǎn)，B在葉片的中點(diǎn)，它們轉(zhuǎn)動(dòng)的半徑不同，所以A、C的線速度大小相等，而與B點(diǎn)的線速度大小不相等，故A錯(cuò)誤，C正確；由題圖可知，A、B與C點(diǎn)的位置不同，線速度的方向不同，故B錯(cuò)誤；A、C與B的角速度相等而半徑不同，由a＝ω2r可知，A、C的向心加速度的大
25、小與B點(diǎn)不相等，故D錯(cuò)誤．
2．如圖2所示，A、B兩點(diǎn)分別位于大、小輪的邊緣上，C點(diǎn)位于大輪半徑的中點(diǎn)，大輪的半徑是小輪的2倍，它們之間靠摩擦傳動(dòng)，接觸面上沒(méi)有相對(duì)滑動(dòng)．則下列說(shuō)法正確的是( )
圖2
A．A點(diǎn)與B點(diǎn)角速度大小相等
B．A點(diǎn)與B點(diǎn)線速度大小相等
C．B點(diǎn)與C點(diǎn)線速度大小相等
D．A點(diǎn)的向心加速度等于C點(diǎn)的向心加速度
答案 B
3．(2018·寧波市期末)如圖3所示，山崖邊的公路常常稱(chēng)為最險(xiǎn)公路，一輛汽車(chē)欲安全通過(guò)此彎道公路(公路水平)，下列說(shuō)法不正確的是( )
圖3
A．若汽車(chē)以恒定的角速度轉(zhuǎn)彎，選擇內(nèi)圈較為安全
B．若汽車(chē)以恒定的線速度大小轉(zhuǎn)
26、彎，選擇外圈較為安全
C．汽車(chē)在轉(zhuǎn)彎時(shí)受到重力、支持力和摩擦力作用
D．汽車(chē)在轉(zhuǎn)彎時(shí)受到重力、支持力、摩擦力和向心力作用
答案 D
解析 汽車(chē)做的是勻速圓周運(yùn)動(dòng)，故是側(cè)向靜摩擦力提供向心力，重力和支持力平衡，向心力是合力提供，故C正確，D錯(cuò)誤；如果汽車(chē)以恒定的角速度轉(zhuǎn)彎，根據(jù)Fn＝mω2r，在內(nèi)圈時(shí)轉(zhuǎn)彎半徑小，故在內(nèi)圈時(shí)向心力小，故靜摩擦力小，不容易打滑，安全，故A正確；若汽車(chē)以恒定的線速度大小轉(zhuǎn)彎，根據(jù)Fn＝m，在外圈時(shí)轉(zhuǎn)彎半徑大，故在外圈時(shí)向心力小，故靜摩擦力小，不容易打滑，安全，故B正確．
4.(2018·金華市十校期末)A、B、C三個(gè)物體放在旋轉(zhuǎn)水平圓臺(tái)上，都沒(méi)有滑動(dòng)，如圖4
27、所示，它們與圓臺(tái)間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ，A的質(zhì)量為2m，B、C的質(zhì)量均為m，A、B離軸的距離均為R，C離軸的距離為2R.當(dāng)圓臺(tái)以較小的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)，下列說(shuō)法正確的是( )
圖4
A．物體B所受摩擦力方向與運(yùn)動(dòng)方向相反
B．物體B所受靜摩擦力最小
C．當(dāng)圓臺(tái)轉(zhuǎn)速增加時(shí)，B比C先滑動(dòng)
D．當(dāng)圓臺(tái)轉(zhuǎn)速增加時(shí)，B比A先滑動(dòng)
答案 B
5．(2018·七彩陽(yáng)光聯(lián)盟期中)如圖5所示，“天津之眼”是亞洲唯一建在橋上的摩天輪，是天津的地標(biāo)之一．摩天輪直徑110 m，輪外裝掛48個(gè)360度透明座艙．假定乘客坐在摩天輪的座艙中，摩天輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)一周所需時(shí)間為28分鐘，則( )
圖5
28、A．某時(shí)刻所有乘客運(yùn)動(dòng)的線速度都相同
B．某時(shí)刻所有乘客運(yùn)動(dòng)的加速度都相同
C．某乘客過(guò)最高、最低點(diǎn)時(shí)，受到座艙的力大小相等
D．某乘客過(guò)最高、最低點(diǎn)時(shí)，受到的合外力大小相等
答案 D
6．(2018·溫州市九校聯(lián)盟期末)如圖6所示，某拱形橋的頂部可視為一段圓弧，這段圓弧對(duì)應(yīng)的半徑為10 m，當(dāng)一輛小汽車(chē)(視作質(zhì)點(diǎn))以一定速度v經(jīng)過(guò)該橋頂時(shí)(g取10 m/s2)，以下說(shuō)法正確的是( )
圖6
A．當(dāng)v＝36 km/h時(shí)，車(chē)對(duì)橋面的壓力等于重力
B．當(dāng)v＝54 km/h時(shí)，車(chē)能貼著橋面，安全通過(guò)拱形橋
C．無(wú)論速度多大，車(chē)對(duì)橋面的壓力都不可能大于重力
D．當(dāng)v＝18 k
29、m/h時(shí)，車(chē)對(duì)橋面的壓力是重力的0.25倍
答案 C
解析 在橋頂，根據(jù)牛頓第二定律得：mg－FN＝，當(dāng)車(chē)對(duì)橋面的壓力等于重力時(shí)，F(xiàn)N＝mg，解得：v＝0，故A錯(cuò)誤；當(dāng)FN＝0時(shí)，有最大速度，解得v＝＝10 m/s,10 m/s＝36 km/h<54 km/h，所以車(chē)不能安全通過(guò)拱形橋，故B錯(cuò)誤；FN＝mg－m，因v2≥0，所以無(wú)論速度多大，車(chē)對(duì)橋面的壓力都不可能大于重力，故C正確；v＝18 km/h＝5 m/s，支持力FN＝mg－m＝0.75mg，由牛頓第三定律知車(chē)對(duì)橋面的壓力是重力的0.75倍，故D錯(cuò)誤．
7.(2018·金、麗、衢十二校聯(lián)考)蕩秋千是人們平時(shí)喜愛(ài)的一項(xiàng)休閑娛樂(lè)活動(dòng)，
30、如圖7所示，某同學(xué)正在蕩秋千，A和B分別為運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的最低點(diǎn)和最高點(diǎn)，若忽略空氣阻力，則下列說(shuō)法正確的是( )
圖7
A．在A位置時(shí)，該同學(xué)處于失重狀態(tài)
B．在B位置時(shí)，該同學(xué)受到的合力為零
C．在A位置時(shí)，該同學(xué)對(duì)秋千踏板的壓力大于秋千踏板對(duì)該同學(xué)的支持力，處于超重狀態(tài)
D．由A到B過(guò)程中，該同學(xué)向心加速度逐漸減小
答案 D
解析 在A位置時(shí)，該同學(xué)的加速度向上，處于超重狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；在B位置，該同學(xué)的速度為零，向心力為零，即沿繩子方向的合力為零，其合力等于重力沿圓弧切線方向的分力，不為零，故B錯(cuò)誤；根據(jù)牛頓第三定律知，在A位置時(shí)，該同學(xué)對(duì)秋千踏板的壓力等于秋千踏板對(duì)該
31、同學(xué)的支持力，故C錯(cuò)誤；由A到B過(guò)程中，該同學(xué)的速度逐漸減小，由a＝分析知向心加速度逐漸減小，故D正確．
8．(2018·杭州市期末)“嫦娥五號(hào)”將從月球采樣返回，為載人登月鋪路．若已知萬(wàn)有引力常量G，那么在下列給出的各種情景中，能根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)估算月球密度的是( )
A．“嫦娥五號(hào)”靠近月球表面做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，測(cè)出運(yùn)行周期T
B．觀察月球繞地球的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，測(cè)出月球的直徑D和運(yùn)行周期T
C．在月球表面釋放一個(gè)小球做自由落體運(yùn)動(dòng)，測(cè)出下落高度H和時(shí)間t
D．“嫦娥五號(hào)”在高空繞月球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，測(cè)出距月球表面的高度H和運(yùn)行周期T
答案 A
9.(2018·9＋1高中聯(lián)盟期中
32、)如圖8所示，中國(guó)自主研發(fā)的新型平流層飛艇“圓夢(mèng)號(hào)”首次試飛成功，它采用三個(gè)六維電機(jī)的螺旋槳，升空后依靠太陽(yáng)能提供持續(xù)動(dòng)力，能自主和遙控升空、降落、定點(diǎn)和巡航飛行，未來(lái)或替代亞軌道衛(wèi)星．假設(shè)某次實(shí)驗(yàn)中，“圓夢(mèng)號(hào)”在赤道上空指定20公里高度繞地球以恒定速率飛行一圈，下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是( )
圖8
A．飛艇繞地球飛行的過(guò)程中合力為零
B．飛艇繞地球飛行的過(guò)程中速度時(shí)刻在改變
C．飛艇繞地球一圈的平均速度為零
D．研究六維電機(jī)的螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，不可把螺旋槳看成質(zhì)點(diǎn)
答案 A
10．(2018·寧波市重點(diǎn)中學(xué)聯(lián)考)2017年11月5日，我國(guó)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用“長(zhǎng)征三號(hào)”乙運(yùn)載火
33、箭，以“一箭雙星”方式成功發(fā)射了第24、25顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，開(kāi)啟了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)全球組網(wǎng)的新時(shí)代．北斗導(dǎo)航系統(tǒng)由5顆靜止軌道衛(wèi)星(即衛(wèi)星相對(duì)地面的位置保持不變)和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成，其中“北斗－G5”為地球靜止軌道衛(wèi)星，軌道高度約為36 000 km；“北斗－M3”為中圓地球軌道衛(wèi)星，軌道高度約為21 500 km，已知地球半徑為6 400 km，則下列說(shuō)法中正確的是( )
A．“北斗－G5”繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)周期為24 h
B．“北斗－G5”繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的線速度大于7.9 km/s
C．“北斗－M3”繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的角速度小于“北斗－G5”的角速度
D．“北斗－M3”繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的向心加速
34、度小于“北斗－G5”的向心加速度
答案 A
解析 “北斗－G5”為地球靜止軌道衛(wèi)星，周期等于地球的自轉(zhuǎn)周期，為24 h，故A正確；根據(jù)v＝可知，軌道半徑r越大，則線速度越小，當(dāng)r最小，即等于地球半徑R時(shí)，線速度最大，等于第一宇宙速度7.9 km/s，故“北斗－G5”相對(duì)地面靜止不動(dòng)，而且線速度一定小于7.9 km/s，故B錯(cuò)誤；“北斗－M3”為中圓地球軌道衛(wèi)星，軌道高度約為21 500 km，而“北斗－G5”為地球靜止軌道衛(wèi)星，軌道高度約為36 000 km，根據(jù)G＝mω2r，有ω＝，軌道半徑越小，角速度越大，所以“北斗－M3”繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的角速度大于“北斗－G5”的角速度，故C錯(cuò)誤；根據(jù)G
35、＝ma，有a＝，因?yàn)檐壍腊霃皆酱?，向心加速度越小，所以“北斗－M3”繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的向心加速度大于“北斗－G5”的向心加速度，故D錯(cuò)誤．
11.無(wú)縫鋼管的制作原理如圖9所示，豎直平面內(nèi)，管狀模型置于兩個(gè)支撐輪上，支撐輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)通過(guò)摩擦力帶動(dòng)管狀模型轉(zhuǎn)動(dòng)，鐵水注入管狀模型后，由于離心作用，鐵水緊緊地覆蓋在模型的內(nèi)壁上，冷卻后就得到無(wú)縫鋼管．已知管狀模型內(nèi)壁半徑為R，則下列說(shuō)法正確的是( )
圖9
A．鐵水是由于受到離心力的作用才覆蓋在模型內(nèi)壁上的
B．模型各個(gè)方向上受到的鐵水的作用力相同
C．若最上部的鐵水恰好不離開(kāi)模型內(nèi)壁，此時(shí)僅重力提供向心力
D．管狀模型轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω最大為
36、答案 C
解析 鐵水做圓周運(yùn)動(dòng)，重力和彈力的合力提供向心力，沒(méi)有離心力，故A錯(cuò)誤；鐵水不是做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，故模型各個(gè)方向上受到的鐵水的作用力不一定相同，故B錯(cuò)誤；若最上部的鐵水恰好不離開(kāi)模型內(nèi)壁，則是重力恰好提供向心力，故C正確；為了使鐵水緊緊地覆蓋在模型的內(nèi)壁上，管狀模型轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度不能小于臨界角速度，故D錯(cuò)誤．
12．長(zhǎng)度為1 m的輕桿OA的A端有一質(zhì)量為2 kg的小球，以O(shè)點(diǎn)為圓心，在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，如圖10所示，小球通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)的速度為3 m/s，g取10 m/s2，則此時(shí)小球?qū)? )
圖10
A．受到18 N的拉力
B．受到38 N的支持力
C．受到2 N的拉
37、力
D．受到2 N的支持力
答案 D
解析 設(shè)此時(shí)小球受到桿的拉力為F，根據(jù)向心力公式有F＋mg＝m，代入數(shù)值可得F＝－2 N，表示小球受到2 N的支持力，選項(xiàng)D正確．
13.(2018·臺(tái)州市3月選考)如圖11所示，北斗衛(wèi)星系統(tǒng)由多顆靜止軌道衛(wèi)星(同步衛(wèi)星)和非靜止軌道衛(wèi)星組成，非靜止軌道衛(wèi)星有中圓軌道衛(wèi)星和傾斜同步軌道衛(wèi)星，中圓軌道衛(wèi)星軌道距地面的高度約為21 500 km，靜止軌道衛(wèi)星和傾斜同步軌道衛(wèi)星距地面的高度約為36 000 km，下列說(shuō)法正確的是( )
圖11
A．中圓軌道衛(wèi)星的線速度小于靜止軌道衛(wèi)星的線速度
B．中圓軌道衛(wèi)星的周期大于傾斜同步軌道衛(wèi)星的周期
38、
C．傾斜同步軌道衛(wèi)星的向心力一定大于靜止軌道衛(wèi)星的向心力
D．傾斜同步軌道衛(wèi)星從地球上看是移動(dòng)的，每天經(jīng)過(guò)特定地區(qū)上空的時(shí)刻卻是相同的
答案 D
14．長(zhǎng)期以來(lái)“卡戎星(Charon)”被認(rèn)為是冥王星唯一的衛(wèi)星，它的公轉(zhuǎn)軌道半徑r1＝19 600 km，公轉(zhuǎn)周期T1＝6.39天．后來(lái)天文學(xué)家又發(fā)現(xiàn)了兩顆冥王星的小衛(wèi)星，其中一顆的公轉(zhuǎn)軌道半徑r2＝48 000 km，則它的公轉(zhuǎn)周期T2最接近于( )
A．15天 B．25天 C．35天 D．45天
答案 B
15.北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)中有兩顆圓軌道半徑均為21 332 km的“北斗－M5”和“北斗－M6”衛(wèi)星，其軌道如圖12所示
39、，下列說(shuō)法正確的是( )
圖12
A．兩顆衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的向心加速度大小相等
B．兩顆衛(wèi)星繞地球的運(yùn)行速率均大于7.9 km/s
C．“北斗－M5”繞地球的運(yùn)行周期大于地球的自轉(zhuǎn)周期
D．“北斗－M6”繞地球的運(yùn)行速率大于“北斗－M5”的運(yùn)行速率
答案 A
解析 根據(jù)G＝ma知，軌道半徑相等，則向心加速度大小相等，故A正確；根據(jù)v＝知，軌道半徑越大，線速度越小，第一宇宙速度的軌道半徑等于地球的半徑，所以?xún)深w衛(wèi)星的速度均小于7.9 km/s，故B錯(cuò)誤；根據(jù)T＝2π?，“北斗－M5”的軌道半徑小于同步衛(wèi)星的軌道半徑，則“北斗－M5”繞地球的運(yùn)行周期小于地球的自轉(zhuǎn)周期，故C錯(cuò)誤；
40、根據(jù)v＝知“北斗－M6”繞地球的運(yùn)行速率等于“北斗－M5”的運(yùn)行速率，故D錯(cuò)誤．
16．2017年4月20日，“天舟一號(hào)”飛船成功發(fā)射，與“天宮二號(hào)”空間實(shí)驗(yàn)室對(duì)接后在離地約393 km的圓軌道上為“天宮二號(hào)”補(bǔ)加推進(jìn)劑，在完成各項(xiàng)試驗(yàn)后，“天舟一號(hào)”受控離開(kāi)圓軌道，最后進(jìn)入大氣層燒毀，下列說(shuō)法中正確的是( )
A．對(duì)接時(shí)，“天舟一號(hào)”的速度小于第一宇宙速度
B．補(bǔ)加推進(jìn)劑后，“天宮二號(hào)”受到地球的引力減小
C．補(bǔ)加推進(jìn)劑后，“天宮二號(hào)”運(yùn)行的周期減小
D．“天舟一號(hào)”在加速下降過(guò)程中處于超重狀態(tài)
答案 A
解析 7.9 km/s是地球的第一宇宙速度，是衛(wèi)星最小的發(fā)射速度，也是
41、衛(wèi)星或飛行器繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的最大速度，所以對(duì)接時(shí)，“天舟一號(hào)”的速度必定小于第一宇宙速度，故A正確；補(bǔ)加推進(jìn)劑后，“天宮二號(hào)”的質(zhì)量
增大，由萬(wàn)有引力定律可知，“天宮二號(hào)”受到地球的引力增大，故B錯(cuò)誤；補(bǔ)加推進(jìn)劑后，“天宮二號(hào)”的質(zhì)量增大，根據(jù)萬(wàn)有引力提供向心力可得G＝mr，解得：T＝2π?，公式中的M是地球的質(zhì)量，可見(jiàn)“天宮二號(hào)”的周期與其質(zhì)量無(wú)關(guān)，所以保持不變，故C錯(cuò)誤；“天舟一號(hào)”在加速下降過(guò)程中加速度的方向向下，所以處于失重狀態(tài)，故D錯(cuò)誤．
17．“水上樂(lè)園”中有一巨大的水平轉(zhuǎn)盤(pán)，人在其上隨盤(pán)子一起轉(zhuǎn)動(dòng)，給游客帶來(lái)無(wú)窮樂(lè)趣．如圖13所示，轉(zhuǎn)盤(pán)的半徑為R，離水平面的高度為H，可
42、視為質(zhì)點(diǎn)的游客的質(zhì)量為m，現(xiàn)轉(zhuǎn)盤(pán)以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，游客在轉(zhuǎn)盤(pán)邊緣保持相對(duì)靜止，不計(jì)空氣阻力，重力加速度為g.
圖13
(1)求轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的周期；
(2)求游客受到的摩擦力的大小和方向；
(3)若轉(zhuǎn)盤(pán)突然停止轉(zhuǎn)動(dòng)，求游客落水點(diǎn)到轉(zhuǎn)動(dòng)軸的水平距離．
答案 (1) (2)mω2R 沿半徑方向指向轉(zhuǎn)盤(pán)圓心O (3)R?
解析 (1)轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的周期：T＝
(2)游客受到的摩擦力的大?。篎f＝mω2R
游客受到的摩擦力的方向沿半徑方向指向轉(zhuǎn)盤(pán)圓心O.
(3)游客轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的線速度，即平拋運(yùn)動(dòng)的初速度：v＝ωR
游客落水的時(shí)間：t＝
游客做平拋運(yùn)動(dòng)的水平位移：x＝vt＝ωR
游客落水點(diǎn)到轉(zhuǎn)動(dòng)軸的水平距離：s＝＝R .
22
（浙江選考）2019高考物理二輪復(fù)習(xí) 專(zhuān)題一 力與運(yùn)動(dòng) 第5講 圓周運(yùn)動(dòng)和萬(wàn)有引力定律學(xué)案
