2019年高考物理 名校模擬試題分項(xiàng)解析40熱點(diǎn) 專題07 萬有引力與天體運(yùn)動(dòng).doc
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專題07 萬有引力與天體運(yùn)動(dòng) 一.選擇題 1.(2019山東菏澤期中)1916年愛因斯坦建立廣義相對論后預(yù)言了引力波的存在,2017年引力波的直接測量獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)??茖W(xué)家們其實(shí)是通過觀測雙星軌道參數(shù)的變化來間接驗(yàn)證引力波的存在。如圖所示為某雙星系統(tǒng)A、B繞其連線上的O點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),A星的軌道半徑大于B星的軌道半徑,雙星系統(tǒng)的總質(zhì)量為M,雙星之間的距離為L,其運(yùn)動(dòng)周期為T,則下列說法中正確的是 A.A的質(zhì)量一定大于B的質(zhì)量 B.A的線速度一定大于B的線速度 C.L一定,M越小,T越小 D.M一定,L越小,T越小 【參考答案】BD 2. (2019廣東惠州第一次調(diào)研)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一顆距離地球14光年的“另一個(gè)地球”沃爾夫,它是迄今為止在太陽系外發(fā)現(xiàn)的距離最近的宜居星球。沃爾夫的質(zhì)量為地球的4倍,它圍繞紅矮星運(yùn)行的周期為18天。設(shè)想從地球發(fā)射一顆科學(xué)探測衛(wèi)星圍繞沃爾夫表面運(yùn)行。已知萬有引力常量為G,天體的環(huán)繞運(yùn)動(dòng)可看作勻速圓周運(yùn)動(dòng)。則下列說法正確的是 A.從地球發(fā)射該探測衛(wèi)星的速度應(yīng)該小于第三宇宙速度 B.根據(jù)沃爾夫圍繞紅矮星運(yùn)行的運(yùn)動(dòng)周期可求出紅矮星的密度 C.若已知圍繞沃爾夫表面運(yùn)行的探測衛(wèi)星的周期和地球的質(zhì)量,可近似求沃爾夫半徑 D.沃爾夫繞紅矮星公轉(zhuǎn)和地球繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道半徑的三次方之比等于 【參考答案】 C 【命題意圖】本題考查萬有引力定律、宇宙速度及其相關(guān)知識點(diǎn)。 【知識辨析】第一宇宙速度7.9km/s,是從地面發(fā)射衛(wèi)星所需要的最小速度,由于衛(wèi)星圍繞地球運(yùn)動(dòng)的線速度與軌道半徑有關(guān),軌道半徑越大,其線速度越小,所以7.9km/s也是衛(wèi)星環(huán)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的最大速度;第二宇宙速度11.2km/s是人造天體脫離地球引力束縛所需的最小速度;第三宇宙速度16.7km/s是從地球起飛脫離太陽系的最低的飛行速度衛(wèi)星。凡是在地面上發(fā)射圍繞地球運(yùn)動(dòng)的航天器,其發(fā)射速度一定大于7.9km/s,小于11.2km/s;發(fā)射脫離地球引力范圍,但是還在太陽系里運(yùn)行的航天器其發(fā)射速度必須大于11.2km/s,小于16.7km/s;凡是發(fā)射脫離太陽引力范圍的航天器,其發(fā)射速度一定大于16.7km/s。 3(2018高考全國理綜I).2017年,人類第一次直接探測到來自雙中子星合并的引力波。根據(jù)科學(xué)家們復(fù)原的過程,在兩顆中子星合并前約100 s時(shí),它們相距約400 km,繞二者連線上的某點(diǎn)每秒轉(zhuǎn)動(dòng)12圈,將兩顆中子星都看作是質(zhì)量均勻分布的球體,由這些數(shù)據(jù)、萬有引力常量并利用牛頓力學(xué)知識,可以估算出這一時(shí)刻兩顆中子星 A.質(zhì)量之積 B.質(zhì)量之和 C.速率之和 D.各自的自轉(zhuǎn)角速度 【參考答案】BC 【命題意圖】 本題考查天體運(yùn)動(dòng)、萬有引力定律、牛頓運(yùn)動(dòng)定律及其相關(guān)的知識點(diǎn)。 4. (2018海南高考物理)土星與太陽的距離是火星與太陽距離的6倍多。由此信息可知 A.土星的質(zhì)量比火星的小 B.土星運(yùn)行的速率比火星的小 C.土星運(yùn)行的周期比火星的小 D.土星運(yùn)行的角速度大小比火星的大 【參考答案】B 【命題意圖】此題考查萬有引力定律、天體的運(yùn)動(dòng)及其相關(guān)的知識點(diǎn)。 【解題思路】根據(jù)題述,土星與太陽的距離是火星與太陽距離的6倍多,即土星圍繞太陽做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑是火星圍繞太陽做勻速圓周運(yùn)動(dòng)軌道半徑的6倍多,根據(jù)萬有引力等于向心力,G=m可知,軌道半徑越大,運(yùn)行速率越小,即土星運(yùn)行的速率比火星的小,選項(xiàng)B正確;根據(jù)萬有引力等于向心力,G=mr2可知,軌道半徑越大,周期越大,即土星運(yùn)行的周期比火星的大,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;根據(jù)萬有引力等于向心力,G=mrω2可知,軌道半徑越大,角速度越小,即土星運(yùn)行的角速度大小比火星的小,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。根據(jù)題述信息,不能得出土星的質(zhì)量比火星質(zhì)量的關(guān)系,選項(xiàng)A錯(cuò)誤。 5.(2018高考理綜II卷)2018年2月,我國500 m口徑射電望遠(yuǎn)鏡(天眼)發(fā)現(xiàn)毫秒脈沖星“J0318+0253”,其自轉(zhuǎn)周期T=5.19 ms,假設(shè)星體為質(zhì)量均勻分布的球體,已知萬有引力常量為。以周期T穩(wěn)定自轉(zhuǎn)的星體的密度最小值約為 A. B. C. D. 【參考答案】.C 【命題意圖】本題考查萬有引力定律、牛頓運(yùn)動(dòng)定律、密度及其相關(guān)的知識點(diǎn)。 【解題思路】設(shè)脈沖星質(zhì)量為M,半徑為R。選取脈沖星赤道上一質(zhì)元,設(shè)質(zhì)量為m,由萬有引力定律和牛頓第二定律可得G=mR()2,星體最小密度ρ=M/V,星球體積V=πR3,聯(lián)立解得:ρ=,代入數(shù)據(jù)得ρ=51015kg/m,選項(xiàng)C正確。 6.(2018高考全國理綜III)為了探測引力波,“天琴計(jì)劃”預(yù)計(jì)發(fā)射地球衛(wèi)星P,其軌道半徑約為地球半徑的16倍;另一地球衛(wèi)星Q的軌道半徑約為地球半徑的4倍。P與Q的周期之比約為 A.2:1 B.4:1 C.8:1 D.16:1 【參考答案】C 【命題意圖】 本題考查衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)、開普勒定律及其相關(guān)的知識點(diǎn)。 【易錯(cuò)警示】解答此題常見錯(cuò)誤是:把題述的衛(wèi)星軌道半徑誤認(rèn)為是衛(wèi)星距離地面的高度,陷入誤區(qū)。 7.(2019山東菏澤期中)1916年愛因斯坦建立廣義相對論后預(yù)言了引力波的存在,2017年引力波的直接測量獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)??茖W(xué)家們其實(shí)是通過觀測雙星軌道參數(shù)的變化來間接驗(yàn)證引力波的存在。如圖所示為某雙星系統(tǒng)A、B繞其連線上的O點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),A星的軌道半徑大于B星的軌道半徑,雙星系統(tǒng)的總質(zhì)量為M,雙星之間的距離為L,其運(yùn)動(dòng)周期為T,則下列說法中正確的是 A.A的質(zhì)量一定大于B的質(zhì)量 B.A的線速度一定大于B的線速度 C.L一定,M越小,T越小 D.M一定,L越小,T越小 【參考答案】.BD 【名師解析】根據(jù)題述,A星的軌道半徑大于B星的軌道半徑,可知A的質(zhì)量一定大于B的質(zhì)量,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;雙星系統(tǒng)A、B繞其連線上的O點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),角速度大小相等,由v=ωr可知A的線速度一定大于B的線速度,選項(xiàng)B正確;對A星,由牛頓第二定律和萬有引力定律,G=mAω2rA,對B星,由牛頓第二定律和萬有引力定律,G=mBω2rB,而L= rA + rB,M=mA+mB,聯(lián)立解得:T=2π.由此可知,L一定,M越小,T越大;M一定,L越小,T越小,選項(xiàng)C錯(cuò)誤D正確。 二.計(jì)算題 1.(9分)(2019北京期中)月球繞地球近似做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。已知地球半徑為R,地球表面的重力加速度為g,月球距離地球表面的高度為H,不考慮自轉(zhuǎn)。 (1)求月球繞地球運(yùn)動(dòng)的速度v的大小和周期T; (2)月球距離地球表面的高度H約為地球半徑R的59倍。 a.求月球繞地球運(yùn)動(dòng)的向心加速度a的大??; b.我們知道,月球表面的重力加速度約為地球表面重力加速度g的1/6,即,分析說明月球表面的重力加速度與月球繞地球運(yùn)動(dòng)的向心加速度a之間的不一致是否矛盾。 【名師解析】. (9分)解: (2)a.根據(jù) (1分) 又 將v和H代入得, (1分) b.月球表面的重力加速度是月球?qū)υ虑虮砻嫖矬w的引力產(chǎn)生的,月球繞地球運(yùn)動(dòng)的向心加速度a是地球?qū)υ虑虻囊Ξa(chǎn)生的。所以月球表面的重力加速度與月球繞地球運(yùn)動(dòng)的向心加速度a之間不一致并不矛盾。(2分) 2.(2019太原期中)2020年,我國將一次實(shí)現(xiàn)火星的“環(huán)繞、著陸、巡視”三個(gè)目標(biāo)。假設(shè)探測器到達(dá)火星附近時(shí),先在高度為h的軌道上環(huán)統(tǒng)半徑為R的火星做勻速圓周運(yùn)動(dòng);之后通過變軌、減速落向火星。探測器與火星表面碰撞后,以速度v豎直向上反彈。經(jīng)過時(shí)間t再次落回火星表面。不考慮大星的自轉(zhuǎn)及火星表面大氣的影響,求: (1)火星表面重力加速度的大小; (2)探測器環(huán)繞火星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期。 【名師解析】(1)由v=gt/2,解得g=2v/t。 3.(15分) 如圖是高層建筑配備的救生緩降器,由調(diào)速器、安全帶、安全鉤、鋼絲繩等組成,是供普通家庭和個(gè)人使用的自救器材。發(fā)生火災(zāi)時(shí),使用者先將安全鉤掛在室內(nèi)窗戶、管道等可以承重的物體上,然后將安全帶系在人體腰部,從窗戶緩緩降到地面。 在一次消防演練中,演習(xí)者被困在公寓的第24層樓的房間內(nèi),通過救生緩降器進(jìn)行自救,開始下滑的位置離地面72m,要求他離地面高6.lm后,要以1m/s的速度勻速著地。演習(xí)者調(diào)節(jié)調(diào)速器先加速下滑一段時(shí)間后再減速下滑,剛好按要求到達(dá)地面。已知演習(xí)者的質(zhì)量為60kg,.加速時(shí)加速度最大可達(dá)到6m/s2,減速時(shí)加速度最大允許值為5m/s2,g=l0m/s2。要求演習(xí)者以最短時(shí)間滑到地面。忽略空氣阻力。求: (1)演習(xí)者加速下滑通過的距離; (2)整個(gè)過程中,演習(xí)者克服鋼絲繩拉力所做的功。 【名師解析】 (2)設(shè)加速下滑時(shí)鋼絲繩拉力為f1,減速下滑時(shí)鋼絲繩拉力為f2,勻速下滑時(shí)所鋼絲繩拉力為f3,整個(gè)過程中克服鋼絲繩拉力所做的功為W,則 (1分) (1分) (1分) (3分) 解得 W=43170J (2分) 4.(15分)(2019江蘇啟東期中)如圖甲所示,某公司員工在水平地面上由靜止開始推動(dòng)A、B兩個(gè)箱子,推力F隨位移x變化的圖象如圖乙所示.已知mA=30kg ,mB=10kg, A、B兩個(gè)箱子與地面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ=0.225,取g=10 m/s2.求: (1)運(yùn)動(dòng)過程中箱子A對B的最大推力; (2)箱子A、B的速度達(dá)到最大時(shí)距出發(fā)點(diǎn)的距離; (3)運(yùn)動(dòng)過程中箱子A、B的最大速度. 【名師解析】.(15分) (2)由圖乙求出,推力F隨位移x變化的數(shù)值關(guān)系為: F=180-9x (1分) 速度最大時(shí),箱體加速度為零,則 F=μ(mA+mB)g (2分) 解得 x=10m (1分) (3)對A、B整體,由動(dòng)能定理有 (2分) (1分) 解得 m/s (1分) 5.(15分)(2019江蘇啟東市期中)如圖所示,長L=5m的傳送帶與水平方向的夾角θ=30,傳送帶在電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下以v=2m/s的速率順時(shí)針方向運(yùn)行,在傳送帶的底端B有一離傳送帶很近的擋板P可將傳送帶上的物塊擋?。趥魉蛶У捻敹薃無初速釋放一質(zhì)量m=1kg的小物塊,它與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=,不計(jì)物塊與擋板碰撞的能量損失及碰撞時(shí)間,g取10 m/s2.求: (1)物塊被釋放到與擋板P第一次碰撞所用的時(shí)間; (2)從物塊被釋放到與擋板P第一次碰撞過程中,物塊與傳送帶間因摩擦產(chǎn)生的熱量; (3)物塊與擋板P第一次碰撞后沿傳送帶上滑的最大距離. 【名師解析】.(15分) (2)此過程中,物塊相對傳送帶滑過的距離為 m (2分) 系統(tǒng)因摩擦產(chǎn)生熱量 22.5J (2分) (3)物塊與P碰前的速度 v1= a1t1=5 m/s (1分) 物塊與擋板碰撞后,以v1的速度反彈,因v1>v,物塊相對傳送帶向上滑,物塊向上做減速運(yùn)動(dòng),由牛頓第二定律有 mgsin θ+mμgcos θ=ma2 (1分) 物塊速度減小到與傳送帶速度相等用時(shí)t2==0.4s 在t2時(shí)間內(nèi)物塊向上的位移x1==1.4m (1分) 物塊速度與傳送帶速度相等后,由于mgsin30>μmgcos 30,物塊繼續(xù)做減速運(yùn)動(dòng)。其加速度 a3= a1= 2.5 m/s2 (1分) 物塊速度減小到零用時(shí)t3==0.8 s 在t3時(shí)間內(nèi)物塊向上的位移 x2==0.8 m (1分) 故物塊與擋板P第一次碰撞后沿傳送帶上滑的最大距離 x= x1 +x2=2.2 m (1分)- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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