高考物理一轮复习专题4.6曲线运动万有引力定律精品测试卷.docx

专题4.6 曲线运动 万有引力定律单元测试【满分：100分 时间：90分钟】一、选择题(本大题共18小题，每小题3分，共54分)1（2019年江苏省扬州中学高三5月模拟）扬州某游乐场有一种叫做“快乐飞机”的游乐项目，模型如图所示模型飞机固定在旋臂上，旋臂与竖直方向夹角为，当模型飞机以恒定的角速度绕中央轴在水平面内做匀速圆周运动时，下列说法正确的是（ ）A模型飞机受重力、旋臂的作用力和向心力 B旋臂对模型飞机的作用力方向一定与旋臂垂直C增大，模型飞机线速度大小不变 D增大，旋臂对模型飞机的作用力变大【答案】D【解析】当模型飞机以角速度绕中央轴在水平面内做匀速圆周运动时，模型飞机受到重力和支持力的作用，而向心力属于效果力，由重力和支持力的合力产生，故模型飞机受到的力为重力和旋臂的作用力，故A错误；旋臂对模型飞机的作用力方向可以与旋臂不垂直，但以后再竖直方向和水平方向有分力，且竖直方向的分力等于重力，故B错误；增大，飞机的圆周半径r=Lsin增大，根据v=r知飞机线速度增大，故C错误；根据旋臂对模型飞机的作用力大小的表达式，若夹角增大，则旋臂对模型飞机的作用力增大，故D正确。2（北京市顺义区2019年高考物理一模）根据高中所学知识可知，做自由落体运动的小球，将落在正下方位置。但实际上，从赤道上方20m处无初速下落的小球将落在正下方位置偏东约6cm处。这一现象可解释为，除重力外，由于地球自转，下落过程小球还受到一个水平向东的“力”，该“力”与竖直方向的速度大小成正比。现将小球从赤道地面竖直上抛，考虑对称性，上升过程该“力”水平向西，则小球（）A上升过程相对抛出点向西运动，下落过程相对抛出点向东运动B到最高点时，水平方向的加速度为零，水平速度达到最大C到最高点时，水平方向的加速度和速度均不为零D小球在水平方向上先做匀加速后做匀减速运动【答案】B【解析】将此物体的运动分解成水平方向与竖直方向，在上抛过程中，水平方向速度不断增大，当下降时，因加速度方向与水平速度方向相反，做减速运动，但在落回到抛出点时，水平方向有向西的位移，因此落地点在抛出点西侧，故A错误；在刚竖直上抛时，因竖直方向有速度，则受到水平向西的一个力，导致物体水平向西有个加速度，加速度会随着竖直方向速度减小而减小，因此在水平方向不是匀变速运动；因此物体到最高点时，水平方向有速度，竖直方向速度为零；水平方向加速度为零，故CD错误，B正确。3（江苏省盐城市2019届高三模拟）洗衣机的脱水筒如图所示，设其半径为R并绕竖直轴线OO以角速度匀速转动质量不同的小物件A、B随脱水筒转动且相对筒壁静止则()A转速减小，质量大的物件先下落 B转速增加，物件对筒壁的压力均增加C转速增加，物件受到的摩擦力均增加 D转动过程中两物件的向心加速度总是相同【答案】B【解析】衣物恰不下落时，对衣物来说水平方向：；竖直方向：，即，则与衣物的质量无关，即转速减小，物件一起下落，A错误；由可知，转速增加，物件对筒壁的压力均增加，B正确；物件所受的摩擦力等于重力，可知转速增加，物件受到的摩擦力不变，C错误；转动过程中两物件的向心加速度大小相同，但是方向不同，D错误。4（山东省菏泽市第一中学2019年高三一模）滑雪运动深受人民群众喜爱某滑雪运动员(可视为质点)由坡道进入竖直面内的圆弧形滑道EF，从滑道的E点滑行到最低点F的过程中，由于摩擦力的存在，运动员的速率不变，则运动员沿EF下滑过程中（ ）A所受支持力大小不变 B所受摩擦力大小不变C合外力对运动员做功为零 D机械能始终保持不变【答案】C【解析】滑雪运动员沿圆弧轨道运动的速率不变，则运动做匀速圆周运动，所受合外力指向圆心，支持力，随着角度减小，N增大，故A错误；运动员下滑过程中受到重力、滑道的支持力与滑动摩擦力，由图可知，运动员从E到F的过程中，滑道与水平方向之间的夹角逐渐减小，则重力沿斜面向下的分力逐渐减小，运动员的速率不变，则运动员沿滑道方向的合外力始终等于0，根据f=mgsin知滑动摩擦力也逐渐减小。故B错误；滑雪运动员的速率不变则动能不变，由动能定理可知，合外力对运动员做功为0，故C正确；运动员从E到F下滑过程中的动能不变而重力势能减小，所以机械能减小，故D错误。5（广东省深圳市2019届高三调研）2018珠海航展，我国五代战机“歼20”再次闪亮登场。表演中，战机先水平向右，再沿曲线ab向上（如图），最后沿陡斜线直入云霄。设飞行路径在同一竖直面内，飞行速率不变。则沿ab段曲线飞行时，战机（ ）A所受合外力大小为零 B所受合外力方向竖直向上C竖直方向的分速度逐渐增大 D水平方向的分速度不变【答案】C【解析】战机在同一竖直面内做曲线运动，且运动速率不变，由于速度方向是变化的，则速度是变化的，故战机的加速度不为零，根据牛顿第二定律可知，战机所受的合外力不为零，故A错误；战机在同一竖直平面内做匀速率曲线运动，所受合外力与速度方向垂直，由于速度方向时刻在变，则合外力的方向也时刻在变化，并非始终都竖直向上，故B错误；由以上分析可知，战机所受合外力始终都与速度方向垂直，斜向左上方，对合外力和速度进行分解可知，竖直方向上做加速运动，水平方向上做减速运动，故竖直方向分速度逐渐增大，水平方向分速度逐渐减小，故C正确，D错误。6（北京市海淀区2019届高三模拟）质量为m的石块从半径为R的半球形的碗口下滑到碗的最低点的过程中，如果摩擦力的作用使得石块的速度大小不变，如图所示，那么 （ ）A因为速率不变，所以石块的加速度为零B石块下滑过程中受的合外力越来越大C石块下滑过程中,加速度大小不变，方向在变化D石块下滑过程中，摩擦力大小不变，方向时刻在变化【答案】C【解析】石块的速率不变，做匀速圆周运动，根据可知，加速度大小恒定，方向时刻变化，A错误，C正确；石块做匀速圆周运动，合力，可知合外力大小不变，B错误；物块在运动过程中受重力、支持力及摩擦力作用，如图所示：支持力与重力沿半径方向的分力，一起充当向心力，在物块下滑过程中，速度大小不变，则在切向上摩擦力与重力沿切线方向的分力大小相等，方向相反，因重力沿切线方向的分力变小，故摩擦力也会越来越小，D错误。7（2019年广东省仲元中学等七校联合体高三模拟）如图（a）所示，A、B为钉在光滑水平面上的两根铁钉，小球C用细绳拴在铁钉B上（细绳能承受足够大的拉力），A、B、C在同一直线上。t=0时，给小球一个垂直于绳的速度，使小球绕着两根铁钉在水平面上做圆周运动。在0t10s时间内，细绳的拉力随时间变化的规律如图（b）所示，则下列说法中正确的有（）A小球的速率越来越大B细绳第三次到第四次撞击钉子经历的时间是4sC在时，绳子的拉力为D细线每撞击一次钉子，小球运动的半径减小绳长的【答案】C【解析】小球在水平方向只受垂直于速度方向的绳子的拉力作用，小球速度大小不变，故A错误；06s内绳子的拉力不变，知，610s内拉力大小不变，知，因为F2=F1，则l=l，两钉子之间的间距，第一个半圈经历的时间为6s，则，则第二个半圈的时间，细绳每跟钉子碰撞一次，转动半圈的时间少，则细绳第三次碰钉子到第四次碰钉子的时间间隔t=6-3×1=3s。根据上述分析可知：6-11s时，小球在转第二个半圈，则绳子的拉力为6N，不发生变化，根据F=m2r可知，球在t=10s时的角速度等于t=10.5s时的角速度，故BD错误，C正确。8（山东省德州市2019届高三第二次模拟）中国的面食文化博大精深，种类繁多，其中“山西刀削面”堪称天下一绝，传统的操作手法是一手托面，一手拿刀，直接将面削到开水锅里如图所示，小面圈刚被削离时距开水锅的高度为h，与锅沿的水平距离为L，锅的半径也为L，将削出的小面圈的运动视为平抛运动，且小面圈都落入锅中，重力加速度为g，则下列关于所有小面圈在空中运动的描述错误的是（）A运动的时间都相同 B速度的变化量都相同C落入锅中时，最大速度是最小速度的3倍 D若初速度为v0，则【答案】C【解析】根据可得运动的时间，所有小面圈在空中运动的时间都相同，故选项A正确；根据可得所有小面圈的速度的变化量都相同，故选项B正确；因为水平位移的范围为，则水平最小初速度为，水平最大初速度为：，则水平初速度速度的范围为：；落入锅中时，最大速度，最小速度为，故D正确，C错误。9（福建省莆田市2019届高三第二次质量检测）如图，抛球游戏中，某人将小球水平抛向地面的小桶，结果球落在小桶的前方。不计空气阻力，为了把小球抛进小桶中，则原地再次水平抛球时，他可以（ ）A增大抛出点高度，同时增大初速度 B减小抛出点高度，同时减小初速度C保持抛出点高度不变，增大初速度 D保持初速度不变，增大抛出点高度【答案】B【解析】设小球平抛运动的初速度为v0，抛出点离桶的高度为h，水平位移为x，则有：hgt2，平抛运动的时间为：，水平位移为：x=v0t=v0；增大抛出点高度，同时增大初速度，则水平位移x增大，不会抛进小桶中，故A错误。减小抛出点高度，同时减小初速度，则水平位移x减小，会抛进小桶中，故B正确。保持抛出点高度不变，增大初速度，则水平位移x增大，不会抛进小桶中，故C错误。保持初速度不变，增大抛出点高度，则水平位移x增大，不会抛进小桶中，D错误。10（四川省遂宁市2019届高三模拟）如图所示、如图是甲汽车在水平路面转弯行驶，如图是乙汽车在倾斜路面上转弯行驶。关于两辆汽车的受力情况，以下说法正确的是（ ）A两车都受到路面竖直向上的支持力作用 B两车都一定受平行路面指向弯道内侧的摩擦力 C甲车可能不受平行路面指向弯道内侧的摩擦力 D乙车可能受平行路面指向弯道外侧的摩擦力【答案】D【解析】图1中路面对汽车的支持力竖直向上；图2中路面的支持力垂直路面斜向上，选项A错误；图1中路面汽车受到路面指向圆心的摩擦力作为向心力；图2中若路面的支持力与重力的合力提供向心力，即,即，则此时路面对车没有摩擦力作用；若，则乙车受平行路面指向弯道外侧的摩擦力，选项BC错误，D正确。11（山西大学附属中学2019届高三模拟）如图甲所示的“襄阳砲”是古代军队攻打城池的装置，其实质就是一种大型抛石机，图乙是其工作原理的简化图。将质量m = 10kg的石块，装在与转轴O相距L=5m的长臂末 端口袋中，最初静止时长臂与水平面的夹角，发射时对短臂施力使长臂转到竖直位置时立即停止运动，石块靠惯性被水平抛出，落在水平地面上。若石块落地位置与抛出位置间的水平距离s=20 m,不计空气阻力，取g=l0 m/s2。以下判断正确的是（ ）A石块抛出后运动时间为 B石块被抛出瞬间的速度大小C石块即将落地时重力的瞬时功率为 D石块落地的瞬时速度大小为15m/s【答案】C【解析】石块被抛出后做平抛运动：hL+Lsina，竖直方向：hgt2，可得：ts，故A错误；石块被抛出后做平抛运动，水平方向：sv0t，可得：v0m/s，故B错误；石块即将落地时重力的瞬时功率为：Pmgvymggt500W，故C正确；石块落地的瞬时速度大小为：vm/s，故D错误。12（北京市通州区2019届高三一模）某同学设计了一个探究平抛运动特点的实验装置。如图所示，在水平桌面上固定放置一个斜面，把桌子搬到墙的附近，把白纸和复写纸附在墙上。第一次让桌子紧靠墙壁，从斜面上某一位置由静止释放小钢球，在白纸上得到痕迹1，以后每次将桌子向后移动相同的距离x，每次都让小钢球从斜面的同一位置滚下，重复刚才的操作，依次在白纸上留下痕迹2、3、4，测得2、3和3、4间的距离分别为和。当地重力加速度为g。下列说法不正确的是（）A实验前应对实验装置反复调节，直到桌面与重垂线垂直B每次让小钢球从同一位置由静止释放，是为了使其具有相同的水平初速度C可以求得：=3:5D可以求得小钢球离开水平桌面时的速度为【答案】D【解析】实验前应对实验装置反复调节，直到桌面与重垂线垂直，从而保证小球能做平抛运动，A正确；每次让小钢球从同一位置由静止释放，是为了使其具有相同的水平初速度，B正确；因小球在竖直放置做自由落体运动，各个计数点之间的时间间隔相同，根据初速度为零的匀变速直线运动的规律可知，C正确；因,则，选项D错误；此题选择不正确的选项，故选D。13（天津市河北区2019届高三高考二模）一个多世纪以前，爱因斯坦发表了广义相对论，而现代物理中的黑洞理论正是建立在该理论的基础上。2019年4月10日，事件视界望远镜（EHT）国际合作项目的天体物理学家宣布，他们首次捕捉到了黑洞的图像。物体从地球上的逃逸速度（第二宇宙速度），其中G、m、R分别是引力常量、地球的质量和半径，已知，光速。已知逃逸速度大于真空中光速的天体叫做黑洞，设某一黑洞的质量，则它的可能最大半径约为（ ）ABCD【答案】C【解析】由题目所提供的信息可知，任何天体均存在其所对应的逃逸速度v2，其中M、R为天体的质量和半径。对于黑洞模型来说，其逃逸速度大于真空中的光速，即v2c，所以R，代入数据得：。14（2019年安徽省皖北协作区高三物理模拟）科幻电影流浪地球中讲述了人类想方设法让地球脱离太阳系的故事。地球流浪途中在接近木星时被木星吸引，当地球快要撞击木星的危险时刻，点燃木星产生强大气流推开地球拯救了地球。若逃逸前，地球、木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行，且航天器在地球表面的重力为G1，在木星表面的重力为G2；地球与木星均可视为球体，其半径分别为R1、R2，则下列说法正确的是（）A地球逃逸前，发射的航天器逃出太阳系的最小速度为B木星与地球的第一宇宙速度之比为C地球与木星绕太阳公转周期之比的立方等于它们轨道半长轴之比的平方D地球与木星的质量之比为【答案】D【解析】在地球的表面发射飞出太阳系的最小发射速度，叫做第三宇宙速度v3=16.7km/s，故A错误；根据重力提供向心力得，解得：地球上的第一宇宙速度，同理得：木星上的第一宇宙速度为：，故木星与地球的第一宇宙速度之比，故B错误；根据开普勒第三定律得：，故，即地球与木星绕太阳公转周期之比的平方等于它们轨道半长轴之比的三次方，故C错误；根据重力与万有引力相等，解得：，同理可得木星质量：，故，故D正确。15（山东省青岛市2019年高三三模）2019年4月10日，包括中国在内，全球多地天文学家同步公布人类史上首张黑洞照片，照片中是室女座巨椭圆星系M87的黑洞照片，这是黑洞存在最直接的视觉证据。黑洞的发现是由全球200多位科学家，历时十年、从全球四大洲8个观测点共同合作完成的成果，这也表明当今世界合作才会共贏，单边主义只会越走越窄。黑洞是一个非常致密的天体，会形成强大的引力场，连光也无法逃脱。某黑洞中心天体的质量是太阳的50亿倍，太阳质量为2×1030kg，光在真空中的传播速度c=3×108m/s，引力常量G=6.67×10-11Nm2/kg2，请估算该黑洞最大半径的数量级为（）A B C D【答案】D【解析】设“黑洞”的可能半径为，质量为，根据逃逸速度（第二宇宙速度）的定义，结合第一宇宙速度可知，须满足，即有，所以“黑洞”的可能最大半径：，故选项D正确，A、B、C错误。16（2019年黑龙江省大庆市高三三模）嫦娥三号的飞行轨道示意图如图所示。假设嫦娥三号在环月段圆轨道和椭圆轨道上运动时，只受到月球的万有引力。则（）A嫦娥三号由环月段圆轨道变轨进入环月段桶圆轨道时，应让发动机点火使其加速B嫦娥三号在环月段椭圆轨道上P点的速度大于Q点的速度C嫦娥三号在环月段椭圆轨道上Q点的速度大于月段圆轨道的速度D若已知嫦娥三号环月段圆轨道的半径、运动周期和引力常量，则可算出月球的密度【答案】C【解析】嫦娥三号在环月段圆轨道上P点减速，使万有引力大于向心力做近心运动，才能进入进入环月段椭圆轨道，故A错误；嫦娥三号在环月段椭圆轨道上P点向Q点运动中，距离月球越来越近，月球对其引力做正功，故速度增大，即嫦娥三号在环月段椭圆轨道上P点的速度小于Q点的速度，故B错误；根据，且月段椭圆轨道平均半径小于月段圆轨道的半径，可得嫦娥三号在环月段椭圆轨道的平均速度大于月段圆轨道的速度，又Q点是月段椭圆轨道最大速度，所以嫦娥三号在环月段椭圆轨道上Q点的速度大于月段圆轨道的速度，故C正确；要算出月球的密度需要知道嫦娥三号环月段圆轨道的半径、运动周期、月球半径和引力常量，故D错误。17（2019年河北省唐山一中高三模拟）2018年7月10日，中国在西昌卫星发射中心用长征三号甲运载火箭，成功发射第三十二颗北斗导航卫星。该颗北斗卫星属倾斜地球同步轨道卫星，卫星入轨并完成在轨测试后，将接入北斗卫星导航系统，为用户提供更可靠服务。关于卫星的运动，下列说法中正确的有（ ）A卫星在轨道上经过M的速度小于在轨道上经过M 的速度B卫星在轨道上的机械能等于在轨道上的机械能C卫星在轨道上运动的周期大于在轨道上运动的周期D卫星在轨道上经过M的加速度大于在轨道上经过M的加速度【答案】C【解析】卫星由轨道经M点进入轨道时应在M点点火加速，A错误；卫星从轨道到轨道应点火减速，所以卫星在轨道上的机械能大于在轨道上的机械能，B错误；由开普勒第三定律知，C正确。由知在M点的加速度为，r为M点到地心的距离，所以卫星在轨道上经过M的加速度等于在轨道上经过M的加速度，D错误。18（2019年湖南省长沙市第一中学高三模拟）地球的公转轨道接近圆，但彗星的运动轨道则是一个非常扁的椭圆。天文学家哈雷曾经在1662年跟踪过一颗彗星，他算出这颗彗星轨道的半长轴约等于地球公转半径的18倍，并预言这颗彗星将每隔一定时间就会再次出现。这颗彗星最近出现的时间是1986年，它下次飞近地球大约是哪一年（）A2046年 B2052年 C2062年 D2076年【答案】C【解析】设彗星的周期为T1，地球的公转周期为T2，这颗彗星轨道的半长轴约等于地球公转半径的18倍，由开普勒第三定律得，所以1986+76=2062故C正确，ABD错误。二、非选择题(本大题共4小题，共46分。按题目要求作答，计算题要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)19(10分) （河北省衡水中学2019届高三模拟）某物理小组的同学设计了一个粗测玩具小车通过凹形桥最低点时的速度的实验所用器材有：玩具小车、压力式托盘秤、凹形桥模拟器(圆弧部分的半径为R0.20 m)完成下列填空：(1)将凹形桥模拟器静置于托盘秤上，如图甲所示，托盘秤的示数为1.00 kg.(2)将玩具小车静置于凹形桥模拟器最低点时，托盘秤的示数如图乙所示，该示数为_kg.(3)将小车从凹形桥模拟器某一位置释放，小车经过最低点后滑向另一侧此过程中托盘秤的最大示数为m；多次从同一位置释放小车，记录各次的m值如下表所示序号12345m(kg)1.801.751.851.751.90(4)根据以上数据，可求出小车经过凹形桥最低点时对桥的压力为_N；小车通过最低点时的速度大小为_m/s.(重力加速度大小取9.80 m/s2，计算结果保留2位有效数字)【答案】(2)1.40(4)7.91.4【解析】(2)题图乙中托盘秤的示数为1.40 kg.(4)小车经过最低点时托盘秤的示数为m kg1.81 kg.小车经过凹形桥最低点时对桥的压力为F(m1.00)g(1.811.00)×9.80 N7.9 N.由题意可知小车的质量为m(1.401.00) kg0.40 kg，对小车，在最低点时由牛顿第二定律得Fmgm解得v1.4 m/s.20(12分)（陕西省咸阳市2019届高三模拟）某直升机空投物资时，可以停留在空中不动，设投出的物资离开飞机后由于降落伞作用，物资在空中无风时以5m/s匀速竖直下落，若飞机停留在离地面100m高处空投物资，由于水平恒定风力的作用，使物资和降落伞（物资和降落伞姿态竖直不变）获得0.25m/s2的加速度匀加速水平向北运动，求： (1)物资在空中运动的时间及落地时的速度大小； (2)物资在下落过程中水平方向移动的距离.【答案】(1)20s, (2)50m【解析】物资的实际运动可以看做是竖直方向的匀速直线运动和水平方向的匀加速直线运动两个分运动的合运动.(1)分运动与合运动具有等时性，故物资实际运动的时间与竖直方向分运动的时间相等所以物资落地时，由平行四边形定则得：(2)物资在下落过程中水平方向移动的距离为：21(12分)（江苏省七市2019届高考二模）如图所示，足够大的水平光滑圆台中央立着一根光滑的杆，原长为L的轻弹簧套在杆上，质量均为m的A、B、C三个小球用两根轻杆通过光滑铰链连接，轻杆长也为L，A球套在竖直杆上。现将A球搁在弹簧上端，当系统处于静止状态时，轻杆与竖直方向夹角37°已知重力加速度为g，弹簧始终在弹性限度内，sin37°0.6，cos37°0.8。(1)求轻杆对B的作用力F和弹簧的劲度系数k；(2)让B、C球以相同的角速度绕竖直杆匀速转动，若转动的角速度为0（未知）时，B、C球刚要脱离圆台，求轻杆与竖直方向夹角0的余弦和角速度0；(3)两杆竖直并拢，A球提升至距圆台L高处静止，受到微小扰动，A球向下运动，同时B、C球向两侧相反方向在圆台上沿直线滑动，A、B、C球始终在同一竖直平面内，观测到A球下降的最大距离为0.4LA球运动到最低点时加速度大小为a0，求此时弹簧的弹性势能Ep以及B球加速度的大小a。【答案】（1）F0 （2） （3）0.4mgL，【解析】（1）平台光滑，对B球受力分析知轻杆对B的作用力F0弹簧的形变量：LLLcos对A有：kLmg解得：（2）B、C对桌面无弹力，ABC系统在竖直方向合力为零，则：k（LLcos0）3mg解得：对B由向心力公式有：mgtan0m02Lsin0解得：（3）当A球下降h0.4L时，ABC速度均为零，由机械守恒有：Epmgh0.4mgL设杆此时拉力为T，杆与竖直方向夹角为1，则A的加速度竖直向上，由牛顿运动定律有：kh2Tcos1mgma0同理对B有：Tsin1ma解得：22(12分)（重庆市2019届高三调研测试）如图所示，在风洞实验室里，粗糙细杆与竖直光滑圆轨AB相切于A点，B为圆弧轨道的最高点，圆弧轨道半径R=1m，细杆与水平面之间的夹角=37°。一个m=2kg的小球穿在细杆上，小球与细杆间动摩擦因数=0.3。小球从静止开始沿杆向上运动，2s后小球刚好到达A点，此后沿圆弧轨道运动，全过程风对小球的作用力方向水平向右，大小恒定为40N。已知g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8。求： (1)小球在A点时的速度大小；(2)小球运动到B点时对轨道作用力的大小及方向。【答案】(1)8m/s (2)12N【解析】 (1)对细杆上运动时的小球受力分析，据牛顿第二定律可得：代入数据得：小球在A点时的速度(2)小球沿竖直圆轨道从A到B的过程，应用动能定理得： 解得：小球在B点时，对小球受力分析，设轨道对球的力竖直向上，由牛顿第二定律知：解得：FN=12N，轨道对球的力竖直向上由牛顿第三定律得：小球在最高点B对轨道的作用力大小为12N，方向竖直向下。