2017-2021年（5年）北京高考物理真题分类汇编：牛顿运动定律与万有引力定律.docx

2017-2021年北京高考物理真题分类汇编之牛顿运动定律与万有引力定律一选择题（共9小题）1（2021北京）某同学使用轻弹簧、直尺、钢球等制作了一个“竖直加速度测量仪”。如图所示，弹簧上端固定，在弹簧旁沿弹簧长度方向固定一直尺。不挂钢球时，弹簧下端指针位于直尺20cm刻度处；下端悬挂钢球，静止时指针位于直尺40cm刻度处。将直尺不同刻度对应的加速度标在直尺上，就可用此装置直接测量竖直方向的加速度。取竖直向上为正方向，重力加速度大小为g。下列说法正确的是（）A30cm刻度对应的加速度为0.5gB40cm刻度对应的加速度为gC50cm刻度对应的加速度为2gD各刻度对应加速度的值是不均匀的2（2020北京）在无风的环境里，某人在高处释放静止的篮球，篮球竖直下落：如果先让篮球以一定的角速度绕过球心的水平轴转动（如图）再释放，则篮球在向下掉落过程中偏离竖直方向做曲线运动。其原因是，转动的篮球在运动过程中除受重力外，还受到空气施加的阻力f1和偏转力f2这两个力与篮球速度v的关系大致为：f1k1v2，方向与篮球运动方向相反；f2k2v，方向与篮球运动方向垂直。下列说法正确的是（）Ak1、k2是与篮球转动角速度无关的常量B篮球可回到原高度且角速度与释放时的角速度相同C人站得足够高，落地前篮球有可能向上运动D释放条件合适，篮球有可能在空中持续一段水平直线运动3（2019北京）国际单位制（缩写SI）定义了米（m）、秒（s）等7个基本单位，其他单位均可由物理关系导出。例如，由m和s可以导出速度单位ms1历史上，曾用“米原器”定义米，用平均太阳日定义秒。但是，以实物或其运动来定义基本单位会受到环境和测量方式等因素的影响，而采用物理常量来定义则可避免这种困扰。1967年用铯133原子基态的两个超精细能级间跃迁辐射的频率v9192631770Hz定义s；1983年用真空中的光速c299792458ms1定义m。2018年第26届国际计量大会决定，7个基本单位全部用基本物理常量来定义（对应关系如图，例如，s对应v，m对应c）。新SI自2019年5月20日（国际计量日）正式实施，这将对科学和技术发展产生深远影响。下列选项不正确的是（）A7个基本单位全部用物理常量定义，保证了基本单位的稳定性B用真空中的光速c（ms1）定义m，因为长度l与速度v存在lvt，而s已定义C用基本电荷e（C）定义安培（A），因为电荷量q与电流I存在Iq/t，而s已定义D因为普朗克常量h（Js）的单位中没有kg，所以无法用它来定义质量单位4（2021北京）2021年5月，“天问一号”探测器成功在火星软着陆，我国成为世界上第一个首次探测火星就实现“绕、落、巡”三项任务的国家。“天问一号”在火星停泊轨道运行时，近火点距离火星表面2.8×102km、远火点距离火星表面5.9×105km，则“天问一号”（）A在近火点的加速度比远火点的小B在近火点的运行速度比远火点的小C在近火点的机械能比远火点的小D在近火点通过减速可实现绕火星做圆周运动5（2020北京）我国首次火星探测任务被命名为“天问一号”。已知火星质量约为地球质量的10%，半径约为地球半径的50%，下列说法正确的是（）A火星探测器的发射速度应大于地球的第二宇宙速度B火星探测器的发射速度应介于地球的第一和第二宇宙速度之间C火星的第一宇宙速度大于地球的第一宇宙速度D火星表面的重力加速度大于地球表面的重力加速度6（2018北京）若想检验“使月球绕地球运动的力”与“使苹果落地的力”遵循同样的规律，在已知月地距离约为地球半径60倍的情况下，需要验证（）A地球吸引月球的力约为地球吸引苹果的力的B月球公转的加速度约为苹果落向地面加速度的C自由落体在月球表面的加速度约为地球表面的D苹果在月球表面受到的引力约为在地球表面的7（2017北京）利用引力常量G和下列某一组数据，不能计算出地球质量的是（）A地球的半径及地球表面附近的重力加速度（不考虑地球自转的影响）B人造卫星在地面附近绕地球做圆周运动的速度及周期C月球绕地球做圆周运动的周期及月球与地球间的距离D地球绕太阳做圆周运动的周期及地球与太阳间的距离8（2020北京）某同学利用图甲所示装置研究摩擦力的变化情况。实验台上固定一个力传感器，传感器用棉线拉住物块，物块放置在粗糙的长木板上。水平向左拉木板，传感器记录的Ft图象如图乙所示。下列说法正确的是（）A实验中必须让木板保持匀速运动B图乙中曲线就是摩擦力随时间的变化曲线C最大静摩擦力与滑动摩擦力之比约为10：7D只用图乙中数据可得出物块与木板间的动摩擦因数9（2019北京）2019年5月17日，我国成功发射第45颗北斗导航卫星，该卫星属于地球静止轨道卫星（同步卫星）。该卫星（）A入轨后可以位于北京正上方B入轨后的速度大于第一宇宙速度C发射速度大于第二宇宙速度D若发射到近地圆轨道所需能量较少2017-2021年北京高考物理真题分类汇编之牛顿运动定律与万有引力定律参考答案与试题解析一选择题（共9小题）1（2021北京）某同学使用轻弹簧、直尺、钢球等制作了一个“竖直加速度测量仪”。如图所示，弹簧上端固定，在弹簧旁沿弹簧长度方向固定一直尺。不挂钢球时，弹簧下端指针位于直尺20cm刻度处；下端悬挂钢球，静止时指针位于直尺40cm刻度处。将直尺不同刻度对应的加速度标在直尺上，就可用此装置直接测量竖直方向的加速度。取竖直向上为正方向，重力加速度大小为g。下列说法正确的是（）A30cm刻度对应的加速度为0.5gB40cm刻度对应的加速度为gC50cm刻度对应的加速度为2gD各刻度对应加速度的值是不均匀的【考点】牛顿第二定律；共点力的平衡【专题】定量思想；推理法；牛顿运动定律综合专题；推理能力【分析】重物在40cm刻度，处于平衡状态，根据共点力平衡求得弹簧的弹力和重力的关系，当重物在不同刻度时，根据受力分析，利用牛顿第二定律即可求得加速度。【解答】解：设弹簧的劲度系数为k，钢球质量为m，下端悬挂钢球，静止时指针位于直尺40cm刻度处，则mgk（4020）×1020.2kA、30cm刻度时根据牛顿第二定律有：k（3020）×102mgma，解得a0.5g，故A正确；B、40cm刻度时钢球处于平衡状态，故a0，故B错误；C、50cm刻度时根据牛顿第二定律有：k（5020）×102mgma，解得a0.5g，故C错误；D、根据牛顿第二定律有k（l20）×102mgma，可得a，则各刻度对应加速度的值是均匀的，故D错误；故选：A。【点评】本题主要考查了牛顿第二定律，关键是抓住重物在不同刻度时受到的弹簧的弹力大小即可，熟练应用胡克定律。2（2020北京）在无风的环境里，某人在高处释放静止的篮球，篮球竖直下落：如果先让篮球以一定的角速度绕过球心的水平轴转动（如图）再释放，则篮球在向下掉落过程中偏离竖直方向做曲线运动。其原因是，转动的篮球在运动过程中除受重力外，还受到空气施加的阻力f1和偏转力f2这两个力与篮球速度v的关系大致为：f1k1v2，方向与篮球运动方向相反；f2k2v，方向与篮球运动方向垂直。下列说法正确的是（）Ak1、k2是与篮球转动角速度无关的常量B篮球可回到原高度且角速度与释放时的角速度相同C人站得足够高，落地前篮球有可能向上运动D释放条件合适，篮球有可能在空中持续一段水平直线运动【考点】牛顿第二定律；匀速圆周运动；力的合成与分解的运用【专题】定性思想；推理法；牛顿运动定律综合专题；分析综合能力【分析】根据篮球未转动时和转动时的受力情况，确定k1、k2是否与篮球转动角速度有关；根据质量关系分析篮球的角速度变化情况、判断篮球是否能够回到原高度，故B错误；根据篮球下落过程中的受力情况分析篮球是否可能向上运动；如果篮球的速度变成水平方向，则空气阻力的作用会使篮球速度减小，则篮球受到的偏转力f2将变小，由此分析篮球是否可能在空中持续一段水平直线运动。【解答】解：A、篮球未转动时，篮球竖直下落，没有受到偏转力f2的作用，而篮球转动时，将受到偏转力f2的作用，所以偏转力f2k2v中的k2与篮球转动角速度有关，故A错误；B、空气阻力一直对篮球做负功，篮球的机械能将减小，篮球的角速度也将减小，所以篮球没有足够的能量回到原高度，故B错误；C、篮球下落过程中，其受力情况如下图所示：篮球下落过程中，由受力分析可知，随着速度不断增大，篮球受到f1和f2的合力沿竖直方向的分力可能比重力大，可使篮球竖直方向的分速度减小为零或变成竖直向上，所以篮球可能向上运动，故C正确；D、如果篮球的速度变成水平方向，则空气阻力的作用会使篮球速度减小，则篮球受到的偏转力f2将变小，不能保持f2与重力持续等大反向，所以不可能在空中持续一段水平直线运动，故D错误。故选：C。【点评】本题主要是考查篮球旋转时的运动情况，关键是弄清楚篮球在运动过程中的受力情况和能量转化情况，然后再分析其运动情况。3（2019北京）国际单位制（缩写SI）定义了米（m）、秒（s）等7个基本单位，其他单位均可由物理关系导出。例如，由m和s可以导出速度单位ms1历史上，曾用“米原器”定义米，用平均太阳日定义秒。但是，以实物或其运动来定义基本单位会受到环境和测量方式等因素的影响，而采用物理常量来定义则可避免这种困扰。1967年用铯133原子基态的两个超精细能级间跃迁辐射的频率v9192631770Hz定义s；1983年用真空中的光速c299792458ms1定义m。2018年第26届国际计量大会决定，7个基本单位全部用基本物理常量来定义（对应关系如图，例如，s对应v，m对应c）。新SI自2019年5月20日（国际计量日）正式实施，这将对科学和技术发展产生深远影响。下列选项不正确的是（）A7个基本单位全部用物理常量定义，保证了基本单位的稳定性B用真空中的光速c（ms1）定义m，因为长度l与速度v存在lvt，而s已定义C用基本电荷e（C）定义安培（A），因为电荷量q与电流I存在Iq/t，而s已定义D因为普朗克常量h（Js）的单位中没有kg，所以无法用它来定义质量单位【考点】单位制【专题】定性思想；推理法；牛顿运动定律综合专题；推理能力【分析】明确单位制的确定，知道基本单位采用基本物理常量可以保证单位的稳定性，同时能根据公式推导常见单位。【解答】解：A、为了保证了基本单位的稳定性，基本单位全部采用物理常量定义，故A正确；B、真空中光速恒定，而时间单位已确定，因此可以利用速度公式确定长度，故B正确；C、根据I，电量单位为C，而时间单位s已确定，故可以确定电流的单位，故C正确；D、根据Emc2以及Ehv即可确定出质量的单位，故D错误。本题选错误的，故选：D。【点评】本题考查单位制的性质以及常见单位的推导，要注意明确常见基本物理量，同时明确物理单位与物理公式间的对应关系。4（2021北京）2021年5月，“天问一号”探测器成功在火星软着陆，我国成为世界上第一个首次探测火星就实现“绕、落、巡”三项任务的国家。“天问一号”在火星停泊轨道运行时，近火点距离火星表面2.8×102km、远火点距离火星表面5.9×105km，则“天问一号”（）A在近火点的加速度比远火点的小B在近火点的运行速度比远火点的小C在近火点的机械能比远火点的小D在近火点通过减速可实现绕火星做圆周运动【考点】万有引力定律及其应用【专题】比较思想；模型法；人造卫星问题；分析综合能力【分析】根据牛顿第二定律和万有引力定律列式分析加速度大小；根据开普勒第二定律分析分析近火点与远火点的速度大小；“天问一号”在火星停泊轨道运行时机械能守恒；“天问一号”减速时将做近心运动。【解答】解：A、设火星的质量为M，“天问一号”的质量为m，到火星中心的距离为r，根据牛顿第二定律得：Gma，得a，所以“天问一号”在近火点的加速度比远火点的大，故A错误；B、根据开普勒第二定律知“天问一号”在近火点的运行速度比远火点的大，故B错误；C、“天问一号”在火星停泊轨道运行时，只有万有引力做功，其机械能守恒，故C错误；D、“天问一号”在近火点时其所需向心力大于万有引力，在此处减速使所需要的向心力减小，而火星对它的万有引力不变，当万有引力大于向心力，则“天问一号”做近心运动，当万有引力恰好等于绕火星做圆周运动所需向心力时，就实现了绕火星做圆周运动，故D正确。故选：D。【点评】解答本题时，要掌握万有引力定律、开普勒第二定律，要知道“天问一号”减速时将做近心运动。5（2020北京）我国首次火星探测任务被命名为“天问一号”。已知火星质量约为地球质量的10%，半径约为地球半径的50%，下列说法正确的是（）A火星探测器的发射速度应大于地球的第二宇宙速度B火星探测器的发射速度应介于地球的第一和第二宇宙速度之间C火星的第一宇宙速度大于地球的第一宇宙速度D火星表面的重力加速度大于地球表面的重力加速度【考点】万有引力定律及其应用【专题】定量思想；方程法；人造卫星问题；推理能力【分析】根据第一宇宙速度是卫星发射的最小速度；第二宇宙速度是人造天体脱离地球引力束缚所需的最小速度；第三宇宙速度是人造天体脱离太阳束缚所需的最小速度；结合匀速圆周运动中万有引力提供向心力，及万有引力近似等于重力，一一列式，即可求解。【解答】解：A、当发射速度大于第二宇宙速度时，探测器将脱离地球的引力在太阳系的范围内运动，火星在太阳系内，所以火星探测器的发射速度应大于第二宇宙速度，故A正确；B、第二宇宙速度是探测器脱离地球的引力到太阳系中的临界条件，当发射速度介于地球的第一和第二宇宙速度之间时，探测器将围绕地球运动，故B错误；C、万有引力提供向心力，则有：解得第一宇宙速度为：v1所以火星的第一宇宙速度为：v火v地v地，因此火星的第一宇宙速度小于地球的第一宇宙速度，故C错误；D、万有引力近似等于重力，则有：解得：火星表面的重力加速度，g火，所以火星表面的重力加速度小于地球表面的重力加速度，故D错误。故选：A。【点评】了解三个宇宙速度的基本含义，掌握万有引力定律的内容，理解引力近似等于重力的条件，同时能通过物理规律把进行比较的物理量表示出来，再通过已知的物理量关系求出问题是选择题中常见的方法。6（2018北京）若想检验“使月球绕地球运动的力”与“使苹果落地的力”遵循同样的规律，在已知月地距离约为地球半径60倍的情况下，需要验证（）A地球吸引月球的力约为地球吸引苹果的力的B月球公转的加速度约为苹果落向地面加速度的C自由落体在月球表面的加速度约为地球表面的D苹果在月球表面受到的引力约为在地球表面的【考点】万有引力定律及其应用【专题】定性思想；推理法；万有引力定律的应用专题【分析】万有引力提供月球做圆周运动的向心力，在地球表面的物体受到的万有引力等于重力，据此求出月球公转的加速度，从而即可求解。【解答】解：设物体质量为m，地球质量为M，地球半径为R，月球轨道半径r60R，物体在月球轨道上运动时的加速度为a，由牛顿第二定律：Gma；地球表面物体重力等于万有引力：Gmg；联立得：，故B正确；ACD错误；故选：B。【点评】解决本题的关键掌握月地检验的原理，掌握万有引力等于重力和万有引力提供向心力这两个理论，并能灵活运用。7（2017北京）利用引力常量G和下列某一组数据，不能计算出地球质量的是（）A地球的半径及地球表面附近的重力加速度（不考虑地球自转的影响）B人造卫星在地面附近绕地球做圆周运动的速度及周期C月球绕地球做圆周运动的周期及月球与地球间的距离D地球绕太阳做圆周运动的周期及地球与太阳间的距离【考点】万有引力定律及其应用【专题】定量思想；推理法；万有引力定律的应用专题【分析】A由地球表面物体重力等于万有引力求解，BCD根据万有引力做向心力判断。【解答】解：A、根据地球表面物体重力等于万有引力可得：mg，所以，地球质量M，故A可计算；B、由万有引力做向心力可得：mm（）2R，故可根据v，T求得R，进而求得地球质量，故B可计算；CD、根据万有引力做向心力可得：m（）2R，故可根据T，r求得中心天体的质量M，运动天体的质量m的质量无法求解，故C可求解，D无法求解；本题选不能计算出的，故选：D。【点评】万有引力的应用问题一般由重力加速度求得中心天体质量，或由中心天体质量、轨道半径、线速度、角速度、周期中两个已知量，根据万有引力做向心力求得其他物理量。8（2020北京）某同学利用图甲所示装置研究摩擦力的变化情况。实验台上固定一个力传感器，传感器用棉线拉住物块，物块放置在粗糙的长木板上。水平向左拉木板，传感器记录的Ft图象如图乙所示。下列说法正确的是（）A实验中必须让木板保持匀速运动B图乙中曲线就是摩擦力随时间的变化曲线C最大静摩擦力与滑动摩擦力之比约为10：7D只用图乙中数据可得出物块与木板间的动摩擦因数【考点】摩擦力的判断与计算；共点力的平衡【专题】定性思想；控制变量法；图析法；摩擦力专题；分析综合能力【分析】以物块为研究对象，物块一直受力平衡。由图乙可知，开始棉线拉力F从0增大，一直与长木板给的静摩擦力平衡，一直到峰值10N左右；之后物块与长木板相对滑动，物块受动摩擦力和棉线拉力平衡，由图乙知动摩擦力大小7N左右；最大静摩擦力大于动摩擦力；动摩擦力fFN。【解答】解：A、动摩擦力大小与是否匀速直线运动无关，故A错误；B、图乙曲线是拉力F随时间的变化曲线，故B错误；C、由图乙可知，开始物块受到棉线拉力和长木板给的静摩擦力平衡，一直到拉力峰值10N左右，此时最大静摩擦力约为10N；之后物块与长木板相对滑动，物块受动摩擦力和棉线拉力平衡，由图乙知动摩擦力大小7N左右，最大静摩擦力与滑动摩擦力之比约为10：7，故C正确；D、图乙中数据可得出物块与木板间的动摩擦力大小，fFNmg，m未知，故求不出动摩擦因数，故D错误。故选：C。【点评】此题选择研究对象很重要，注意传感器表示哪个力；明确静摩擦力和动摩擦力的求法。9（2019北京）2019年5月17日，我国成功发射第45颗北斗导航卫星，该卫星属于地球静止轨道卫星（同步卫星）。该卫星（）A入轨后可以位于北京正上方B入轨后的速度大于第一宇宙速度C发射速度大于第二宇宙速度D若发射到近地圆轨道所需能量较少【考点】同步卫星【专题】定性思想；推理法；人造卫星问题；理解能力【分析】7.9km/s是卫星最小的发射速度，是卫星绕地球最大的运行速度；同步卫星只能在赤道上空一定高处，卫星越高其发射速度越大。【解答】解：A、同步卫星只能在赤道上空，故A错误；B、所有卫星的运行速度都不大于第一宇宙速度，故B错误；C、同步卫星的发射速度都要大于第一宇宙速度，故C错误；D、依据能量守恒定律可知，将卫星发射到越高的轨道需要克服引力所做的功越大，所以发射到近地圆轨道，所需能量较小，故D正确；故选：D。【点评】解决本题的关键是理解第一宇宙速度的物理意义，明确不同轨道对应不同的发射速度。第11页（共11页）学科网（北京）股份有限公司