2025届高考物理二轮总复习第一编专题1力与运动第4讲圆周运动天体的运动课件

第四讲圆周运动天体的运动通览知识明要点研学考点提能力目录索引0102突破热点聚素养03通览知识明要点研学考点提能力考点一圆周运动高考风向标考点考题明细考查频度圆周运动2024黑吉辽卷,2;2024广东卷,5;2024江苏卷,8、11;2024江西卷,14;2023全国甲卷,17全国卷:3年1考地方卷:3年5考命题角度1水平面内的圆周运动(1)水平面内圆周运动的分析思路(2)水平面内圆周运动的临界问题①绳的临界:拉力FT=0。

绳恰好伸直②接触面滑动临界:F=Ffmax。

达到最大静摩擦力③接触面分离临界:FN=0。例1

如图所示,餐桌中心是一个半径为r=1.5m的圆盘,圆盘可绕中心轴转动,餐桌其余部分不转动,近似认为圆盘与餐桌在同一水平面内且两者之间的间隙可忽略不计。已知放置在圆盘边缘的小物体与圆盘的动摩擦因数为μ1=0.6,与餐桌的动摩擦因数为μ2=0.225,餐桌离地高度为h=0.8m。设小物体与圆盘以及餐桌之间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度g取10m/s2。(1)为使物体不滑到餐桌上,圆盘的角速度ω的最大值为多少?(2)缓慢增大圆盘的角速度,物体从圆盘上甩出,为使物体不滑落到地面,餐桌半径R的最小值为多大?(3)若餐桌半径R'=r,则在圆盘角速度缓慢增大时,物体从圆盘上被甩出后做平抛运动的水平位移为多少?解题指导【审题】读取题干获取信息圆盘与餐桌在同一水平面内且两者之间的间隙可忽略不计物体从圆盘滑到餐桌时速度大小、方向均不变μ1=0.6、μ2=0.225、h=0.8

m可求物体在圆盘上不滑动时的最大向心加速度;可求物体在餐桌上做匀减速直线运动的加速度;物体离开餐桌做平抛运动的竖直位移为0.8

m为使物体不滑落到地面,餐桌半径R的最小值为多大餐桌半径最小时,物体滑到餐桌边缘的速度恰为零;圆盘半径、餐桌半径和物体在餐桌上的位移组成直角三角形【破题】1.明确运动过程:物体在圆盘上保持相对静止时做匀速圆周运动,滑到桌面上后做匀减速直线运动,离开桌面后做平抛运动。2.弄清临界条件:一是物体在圆盘上发生相对运动的临界条件是静摩擦力达到最大静摩擦力,即等于滑动摩擦力;二是物体不滑落到地面的临界条件是物体滑到餐桌边缘时速度恰好为零。答案

(1)2rad/s

(2)2.5m

(3)0.6m解析

(1)由题意可得,当小物体在圆盘上随圆盘一起转动时,圆盘对小物体的静摩擦力提供向心力,所以随着圆盘转速的增大,小物体受到的静摩擦力增大。当静摩擦力最大时,小物体即将滑动,此时圆盘的角速度达到最大,则有Ffm=μ1FN=mrω2FN=mg(2)由题意可得,当物体滑到餐桌边缘时速度恰好减为零,对应的餐桌半径取最小值。设物体在餐桌上滑动的位移为s,物块在餐桌上做匀减速运动的加速度大小为a,(3)当物体滑离餐桌时,开始做平抛运动,平抛的初速度为物体在餐桌上滑动的末速度v'。命题角度2竖直平面内圆周运动问题(1)(2)常见模型

模型主要位置临界情况带电小球在叠加场中的圆周运动

等效法关注六个位置的动力学方程,最高点、最低点、等效最高点、等效最低点、最左边和最右边位置恰好通过等效最高点;恰好做完整圆周运动倾斜转盘上的物体

最高点mgsinθ±Ff=mω2r最低点Ff-mgsinθ=mω2r恰好通过最低点例2(2024山东青岛一模)图甲是某种自行车气门嘴灯,气门嘴灯内部开关结构如图乙所示:弹簧一端固定,另一端与质量为m的小滑块(含触点a)连接,当触点a、b接触,电路接通使气门嘴灯发光,触点b位于车轮边缘。车轮静止且气门嘴灯在最低点时触点a、b距离为L,弹簧劲度系数为,重力加速度大小为g,自行车轮胎半径为R,不计开关中的一切摩擦,滑块和触点a、b均可视为质点。(1)若自行车匀速行驶过程中气门嘴灯可以一直亮,求自行车行驶的最小速度。(2)若自行车以

的速度匀速行驶,求车轮每转一圈,气门嘴灯的发光时间。拓展衍生1.(2024广东卷)如图所示,在细绳的拉动下,半径为r的卷轴可绕其固定的中心点O在水平面内转动。卷轴上沿半径方向固定着长度为l的细管,管底在O点,细管内有一根原长为

、劲度系数为k的轻质弹簧,弹簧底端固定在管底,顶端连接质量为m、可视为质点的插销,当以速度v匀速拉动细绳时,插销做匀速圆周运动。若v过大,插销会卡进固定的端盖,使卷轴转动停止,忽略摩擦力,弹簧在弹性限度内,要使卷轴转动不停止,v的最大值为(

)A考点二天体的运动高考风向标考点考题明细考查频度天体的运动2024全国甲卷,16;2024新课标卷,16;2024山东卷,5;2024湖南卷,7;2024广东卷,9;2024河北卷,8;2024福建卷,5;2024湖北卷,4;2024安徽卷,5;2024江西卷,4;2024广西卷,1;2023新课标卷,17;2023山东卷,3;2023湖南卷,4;2023辽宁卷,7;2023湖北卷,2;2022全国乙卷,14;2022山东卷,6;2022湖南卷,8;2022河北卷,2,2022广东卷,2;2022辽宁卷,9;2022湖北卷,2全国卷:3年4考地方卷:3年19考命题角度1开普勒行星运动定律和万有引力定律的应用1.开普勒行星运动定律2.不同位置的重力加速度

3.估算中心天体的质量和密度的两条思路

例3

我国火星探测器天问一号在成功实施三次近火制动后,进入运行周期约为1.8×105s的椭圆形停泊轨道,轨道与火星表面的最近距离约为2.8×105m。已知火星半径约为3.4×106m,火星表面处自由落体的加速度大小约为3.7m/s2,忽略火星自转,则天问一号的停泊轨道与火星表面的最远距离约为(

)A.6×105m B.6×106

mC.6×107m D.6×108

m答案

C例4(2024新课标卷)天文学家发现,在太阳系外的一颗红矮星有两颗行星绕其运行,其中行星GJ1002c的轨道近似为圆,轨道半径约为日地距离的,周期约为0.06年,则这颗红矮星的质量约为太阳质量的(

)答案

B命题角度2人造卫星和天体运动1.近地卫星和静止卫星2.卫星运行参量分析

要点归纳:高轨低速周期长,低轨高速周期短。

3.变轨问题

例5(2024广东广州一模)某校天文小组通过望远镜观察木星周围的两颗卫星a、b,记录了不同时刻t两卫星的位置变化如图甲所示。现以木星中心为原点,测量图甲中两卫星到木星中心的距离x,以木星的左侧为正方向,绘出x-t图像如图乙所示。已知两卫星绕木星近似做圆周运动,忽略在观测时间内观察者和木星的相对位置变化,由此可知(

)A.a公转周期为t0

B.b公转周期为2t0C.a公转的角速度比b的小

D.a公转的线速度比b的大D甲乙解析

由图像可知,a公转周期为2t0,故A错误;由于b的轨道半径大于a的轨道半径,则b的公转周期大于a的公转周期,则b的公转周期大于2t0,a公转的角速度比b的大,a公转的线速度比b的大,故B、C错误,D正确。例6

北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星导航系统。静止卫星是北斗卫星导航系统非常重要的组成部分,如图为地球某静止卫星的转换轨道示意图,其中Ⅰ为近地轨道,Ⅱ为转换轨道,Ⅲ为同步轨道,下列说法正确的是(

)A.赤道上静止物体的向心加速度为a0,Ⅰ轨道上卫星的加速度为a1,Ⅲ轨道上卫星的加速度为a3,则加速度的大小关系为a3>a1>a0B.在Ⅱ轨道上,卫星从P点运动到Q点的过程中机械能增加C.在P点,Ⅱ轨道的线速度大于Ⅰ轨道的线速度D.Ⅱ轨道对应的运行周期大于Ⅲ轨道对应的运行周期答案

C解析

赤道上静止物体与地球静止卫星角速度相等,由a=rω2可得a3>a0,在Ⅱ轨道上,卫星从P点运动到Q点的过程中只有万有引力做功,机械能守恒,选项B错误。卫星从Ⅰ轨道转移到Ⅱ轨道要在P点点火加速做离心运动,所以在P点,Ⅱ轨道的线速度大于Ⅰ轨道的线速度,选项C正确。拓展衍生2.(多选)(2024河北卷)2024年3月20日,鹊桥二号中继星成功发射升空,为嫦娥六号在月球背面的探月任务提供地月间中继通信。鹊桥二号采用周期为24h的环月椭圆冻结轨道(如图所示),近月点A距月心约为2.0×103km,远月点B距月心约为1.8×104km,CD为椭圆轨道的短轴,下列说法正确的是(

)A.鹊桥二号从C经B到D的运动时间为12hB.鹊桥二号在A、B两点的加速度大小之比约为81∶1C.鹊桥二号在C、D两点的速度方向垂直于其与月心的连线D.鹊桥二号在地球表面附近的发射速度大于7.9km/s且小于11.2km/sBD解析

根据开普勒第二定律可知,从A→C→B鹊桥二号做减速运动,从B→D→A鹊桥二号做加速运动,则从C→B→D的运动时间大于半个周期,即大于12

h,故A错误;解得aA∶aB=81∶1,故B正确;因为鹊桥二号做曲线运动,其速度方向应为轨迹的切线方向,则可知鹊桥二号在C、D两点的速度方向不可能垂直于其与月心的连线,故C错误;鹊桥二号未脱离地球的束缚,故鹊桥二号的发射速度应大于地球的第一宇宙速度7.9

km/s,小于地球的第二宇宙速度11.2

km/s,故D正确。3.(多选)(2024江西景德镇二模)地球恰好运行到火星和太阳之间,且三者几乎排成一条直线的现象被称为“火星冲日”。如图所示,火星和地球几乎在同一平面内沿同一方向绕太阳做圆周运动,火星与地球的公转轨道半径之比约为3∶2,地球与火星的质量之比约为10∶1,地球与火星的半径之比约为2∶1,已知半径为R的球的体积V==2.45,根据以上信息结合生活常识可知(

)A.火星与地球的平均密度之比约为4∶5B.火星与地球绕太阳运动的周期之比约为27∶8C.火星与地球表面的重力加速度大小之比约为2∶5D.相邻两次“火星冲日”的时间约为701天答案

AC突破热点聚素养模型建构经典物理模型:双星与多星模型考向分析万有引力与航天问题是高考中的高频考点,其中双星与多星模型也是常考问题,此类问题常涉及我们人类探索宇宙的新发现、新成果,随着我国航天技术的飞速发展,万有引力定律及其应用仍将是今后一个时期的命题热点。案例探究典例(多选)在宇宙中,当一颗恒星靠近黑洞时,黑洞和恒星可以相互绕行,从而组成双星系统。在相互绕行的过程中,质量较大的恒星上的物质会逐渐被吸入到质量较小的黑洞中,从而被吞噬掉,黑洞吞噬恒星的过程也被称之为“潮汐瓦解事件”。天鹅座X-1就是这样一个由黑洞和