重难点04 圆周运动与万有引力-2023年高考物理【热点·重点·难点】专练（上海专用）

重难点04 圆周运动与万有引力 一、描述圆周运动的物理量 描述圆周运动的基本参量有：半径、线速度、角速度、周期、转速（频率）、向心加速度等。 物理量 物理意义 定义公式与相互关系 方向和单位 线速度 描述物体做圆周 运动的快慢 物体沿圆周通过的弧长与所用 时间的比值， 方向：沿圆弧切线方向。 单位：m/s 角速度 描述物体与圆心连线 扫过角度的快慢 运动物体与圆心连线扫过的角的弧度数与所用时间的比值， 单位：rad/s 周期和转速 描述物体做圆周 运动的快慢 周期T：物体沿圆周运动一周所用的时间。 转速n：物体单位时间内转过的圈数 周期单位：s 转速单位：r/s或r/min 向心加速度 描述线速度 方向变化的快慢 方向：总是沿半径指向圆心，与线速度方向垂直。 单位：m/s2 v、ω、T、n、f、an间的关系 二、向心力 （1）作用效果：产生向心加速度，只改变速度的方向，不改变速度的大小。 （2）大小： （3）方向：总是沿半径方向指向圆心，时刻在改变，即向心力是一个变力。 （4）来源：向心力可以由一个力提供，也可以由几个力的合力提供，甚至可以由一个力的分力提供，因此向心力的来源要根据物体受力的实际情况判定。 向心力是一种效果力，受力分析时，切不可在物体的相互作用力以外再添加一个向心力。 三、匀速圆周运动和非匀速圆周运动的比较 项目 匀速圆周运动 非匀速圆周运动 运动 性质 是速度大小不变，方向时刻变化的变速曲线运动，是加速度大小不变而方向时刻变化的变加速曲线运动。 是速度大小和方向都变化的变速曲线运动，是加速度大小和方向都变化的变加速曲线运动。 加速度 加速度方向与线速度方向垂直。 即只存在向心加速度，没有切向加速度。 由于速度的大小、方向均变，所以不仅存在向心加速度且存在切向加速度，合加速度的方向不断改变。 向心力 四、圆周运动中的动力学问题分析 （1）向心力的确定 ①确定圆周运动的轨道所在的平面及圆心的位置。 ②分析物体的受力情况，找出所有的力沿半径方向指向圆心的合力，该合力就提供了向心力。 （2）向心力的来源 向心力是按力的作用效果命名的，可以是重力、弹力、摩擦力等各种力，也可以是几个力的合力或某个力的分力，因此在受力分析中要避免再另外添加向心力。 （3）解决圆周运动问题步骤 ①审清题意，确定研究对象； ②分析物体的运动情况，即物体的线速度、角速度、周期、轨道平面、圆心、半径等； ③分析物体的受力情况，画出受力示意图，确定向心力的来源； ④根据牛顿运动定律及向心力公式列方程。 五、万有引力定律的应用 （1）三种宇宙速度比较 宇宙速度 数值（km/s） 意义 第一宇宙速度 7.9 这是卫星绕地球做圆周运动的最小发射速度 第二宇宙速度 11.2 这是物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度 第三宇宙速度 16.7 这是物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度 （2）卫星的各物理量随轨道半径的变化而变化的规律 （注意：上述讨论都是卫星做匀速圆周运动的情况，而非变轨时的情况。） 圆周运动与万有引力这部分内容在上海的等级考中，难度一般较低，多是直接用公式即可解决的问题。偶有出现在解答题中，可能会结合机械能守恒定律，属于全程运动中的某一个运动阶段。 （建议用时：40分钟） 一、单选题 1．小行星绕恒星运动，恒星均匀地向四周辐射能量，质量缓慢减小，可认为小行星在绕恒星运动一周的过程中近似做圆周运动．则经过足够长的时间后，小行星运动的（ ） A．半径变大 B．速率变大 C．角速度变大 D．加速度变大 2．我国航天员在“天宫课堂”中演示了多种有趣的实验，提高了青少年科学探索的兴趣。某同学设计了如下实验：细绳一端固定，另一端系一小球，给小球一初速度使其在竖直平面内做圆周运动。无论在“天宫”还是在地面做此实验（　　） A．小球的速度大小均发生变化 B．小球的向心加速度大小均发生变化 C．细绳的拉力对小球均不做功 D．细绳的拉力大小均发生变化 3．如图，在竖直平面内，滑道ABC关于B点对称，且A、B、C三点在同一水平线上．若小滑块第一次由A滑到C，所用的时间为t1，第二次由C滑到A，所用时间为t2，小滑块两次的初速度大小相同且运动过程始终沿着滑道滑行，小滑块与滑道的动摩擦因数恒定，则（ ） A．t1＜t2 B．t1=t2 C．t1＞t2 D．无法比较t1、t2的大小 4．质量为m的小明坐在秋千上摆动到最高点时的照片如图所示，对该时刻，下列说法正确的是（　　） A．秋千对小明的作用力小于 B．秋千对小明的作用力大于 C．小明的速度为零，所受合力为零 D．小明的加速度为零，所受合力为零 5．北京2022年冬奥