专题（04）圆周运动 万有引力与航天---2021年高考物理二轮重点专题整合突破

2021年高考物理二轮重点专题整合突破 专题（04）圆周运动 万有引力与航天（原卷版） 高考题型1　圆周运动 三种临界情况 (1)接触面滑动临界：F＝F静m. (2)接触面分离临界：FN＝0. (3)绳恰好绷紧：FT＝0；绳恰好断，FT达到绳子最大承受拉力． 【例1】(多选)(2019·江苏卷·6)如图1所示，摩天轮悬挂的座舱在竖直平面内做匀速圆周运动．座舱的质量为m，运动半径为R，角速度大小为ω，重力加速度为g，则座舱(　　) 图1 A．运动周期为 B．线速度的大小为ωR C．受摩天轮作用力的大小始终为mg D．所受合力的大小始终为mω2R 【例2】(2018·浙江11月选考·9)如图2所示，一质量为2.0×103 kg的汽车在水平公路上行驶，路面对轮胎的径向最大静摩擦力为1.4×104 N，当汽车经过半径为80 m的弯道时，下列判断正确的是(　　) 图2 A．汽车转弯时所受的力有重力、弹力、摩擦力和向心力 B．汽车转弯的速度为20 m/s时所需的向心力为1.4×104 N C．汽车转弯的速度为20 m/s时汽车会发生侧滑 D．汽车能安全转弯的向心加速度不超过7.0 m/s2 【例3】(2018·全国卷Ⅲ·25)如图3，在竖直平面内，一半径为R的光滑圆弧轨道ABC和水平轨道PA在A点相切，BC为圆弧轨道的直径，O为圆心，OA和OB之间的夹角为α，sin α＝.一质量为m的小球沿水平轨道向右运动，经A点沿圆弧轨道通过C点，落至水平轨道；在整个过程中，除受到重力及轨道作用力外，小球还一直受到一水平恒力的作用．已知小球在C点所受合力的方向指向圆心，且此时小球对轨道的压力恰好为零．重力加速度大小为g.求： 图3 (1)水平恒力的大小和小球到达C点时速度的大小； (2)小球到达A点时动量的大小； (3)小球从C点落至水平轨道所用的时间． 【变式训练】 1．如图4甲所示，轻杆一端固定在O点，另一端固定一小球，现让小球在竖直平面内做半径为R的圆周运动．小球运动到最高点时，杆与小球间弹力大小为FN，小球在最高点的速度大小为v，其FN－v2图象如图乙所示．则(　　) 图4 A．小球的质量为 B．当地的重力加速度大小为 C．v2＝c时，在最高点杆对小球的弹力方向向上 D．v2＝2b时，在最高点杆对小球的弹力大小为2a 2．(2020·山东实验中学高三零模)如图5所示，水平面上固定着一条内壁光滑的竖直圆弧轨道，BD为圆弧的竖直直径，C点与圆心O等高．轨道半径为R＝0.6 m，轨道左端A点与圆心O的连线与竖直方向的夹角为θ＝53°，自轨道左侧空中某一点P水平抛出一质量为m的小球(可视为质点)，初速度大小v0＝3 m/s，恰好从轨道A点沿切线方向进入圆弧轨道，已知sin 53°＝0.8，cos 53°＝0.6，g取10 m/s2，不计空气阻力，求： 图5 (1)抛出点P到A点的水平距离； (2)判断小球在圆弧轨道内侧运动时，是否会脱离轨道，若会脱离，将在轨道的哪一部分脱离． 高考题型2　万有引力定律　天体运动 1．在天体表面，忽略自转的情况下有G＝mg. 2．处理天体的运动问题时，通常把天体的运动看成是匀速圆周运动，其加速度、线速度、角速度、周期与轨道半径的关系如下： G＝F向＝ 越高越慢只有T与r变化一致 3．求中心天体的质量和密度 (1)利用天体表面重力加速度g和天体半径R. (2)利用卫星环绕中心天体的周期T、轨道半径r和天体半径R. 特例：对近地卫星，r＝R，则ρ＝. 4．(1)卫星变轨：由低轨变高轨，瞬时点火加速，稳定在高轨道上时速度较小、动能较小、机械能较大；由高轨变低轨，反之． (2)卫星经过两个轨道的相切点，加速度相等，外轨道的速度大于内轨道的速度． (3)无论圆轨道还是椭圆轨道，外轨道的周期较大． 5．双星问题 (1)两星都绕它们连线上的某一点做匀速圆周运动，角速度(周期)相等． (2)各自所需的向心力由彼此间的万有引力提供 ＝m1ω2r1＝m2ω2r2 (3)两星的轨道半径之和等于两星之间的距离，且m1r1＝m2r2，m1＋m2＝. ... ...