洞悉趋势,融聚未来——2023年创新仿真题多维分析选登(一)

邱 芳 孙德成 贾金伟 魏远峰 吴 宾 王艳红 石有山

1.电影《流浪地球Ⅱ》中的太空电梯备受关注。假设从赤道上空与地球同步的太空站竖直放下由超高强度材料做成的太空电梯,地球站固定在赤道上,这样太空电梯随地球一起旋转,如图所示。下列说法正确的是( )

A.电梯厢静止在地球站与太空站之间的S点时所受合力为零

B.电梯厢静止在地球站与太空站之间的S点时速度大于地球第一宇宙速度

C.配重物的向心加速度比太空站的大

D.若缆绳断裂,太空站与配重物将落向地面

【答案】C

【解析】因为电梯厢随地球的自转做圆周运动,所以所受合力不为零,A错误;根据v=ωr,可知,电梯厢转动的速度小于同步卫星的速度,第一宇宙速度是最大的环绕速度,则同步卫星的速度小于第一宇宙速度,则电梯厢的速度比地球第一宇宙速度小,B错误;根据a=ω2r,可知太空站转动的向心加速度小于配重物的向心加速度,C正确;太空站与配重物随地球做圆周运动的向心力由万有引力与缆绳的拉力提供,设为F1,缆绳断裂后只有万有引力提供,设为F2,因为F1>F2,所以太空站与配重物做离心运动,不会落向地面,D错误。

【押题目标分析】高考试题通常借助于科技前沿、热点问题,创设一定的情境来考查核心知识,学生通过提取出关键信息,借助已有的知识储备来解决实际问题,实现深层次考查学生物理素养。因此押题借助科技前沿、热点问题来创造合适的情境来考查学生的物理素养。

【创新点分析】本题借助《流浪地球Ⅱ》中的太空电梯情境考查万有引力的相关知识,检测考生物理学科的科学思维素养以及社会责任感。

【知识归纳】卫星绕同一中心天体运动时,线速度、角速度、向心加速度和周期只与半径有关,半径越大,线速度、角速度、向心加速度越小,周期越大。第一宇宙速度是卫星绕星球表面附近做匀速圆周运动的线速度,是卫星绕星球运动的最大环绕速度,也是发射卫星的最小速度。

【全能解析负责教师:邱芳 贵州省黔南州都匀市第一中学】

2.2022年6月5日10时44分许,我国在酒泉卫星发射中心成功发射“神舟十四号”载人飞船。之后“神舟十四号”载人飞船采用自主快速交会对接模式,经过6次自主变轨,于17时42分成功对接于“天和核心舱”径向端口,整个对接过程历时约7小时。交会对接过程包括四个阶段:地面发射追踪航天器,由地面控制,使它按比目标航天器稍微低一点的圆轨道运行,轨道半径为R1,运行周期为T1;通过霍曼变轨,使其进入与目标航天器高度基本一致的轨道,轨道半径为R2,并与目标航天器建立通信关系,目标航天器的运行周期为T2;追踪航天器调整自己与目标航天器的相对距离和姿态,向目标航天器靠近;当两个航天器的距离为零时,完成对接合拢操作,结束对接过程。已知万有引力常量为G,地球半径为R,地球表面的重力加速度为g,下列说法正确的是( )

图2

B.追踪航天器在圆轨道运行时,速度为

C.追踪航天器在圆轨道运行过程处于超重状态

D.霍曼变轨过程追踪航天器与地心连线相等时间扫过的面积不一定相等

【答案】B

【押题目标分析】《2023年高考评价体系解读》一书中提到“学科素养”承接核心价值的方向导向。近几年的高考试卷通过设置应用性为主的试题,培养学生的物理科素养,例如2022年山东卷第 17题、2022年全国甲卷第25题、2022全国乙卷第18题等。

【创新点分析】本题以“神舟十四号”载人飞船自主变轨为载体,考查理解能力、知识迁移应用能力、模型建构能力和创新能力,考查物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任的学科素养。

【全能解析负责教师:孙德成 山东省威海市文登区教育教学研究中心】

3.2022年11月30日,“神舟十五号”载人飞船与“天和”核心舱完成对接,三位中国航天员进入空间站与“神舟十四号”航天员乘组首次在轨会师,对接过程的示意图如图所示。“天和”核心舱处于半径为r3的圆轨道Ⅲ,“神舟十五号”飞船处于半径为r1的圆轨道Ⅰ,运行周期为T1,通过变轨操作后,沿椭圆轨道Ⅱ运动到B处与“天和”核心舱对接。已知万有引力常量为G。则下列说法正确的是( )

C.飞船沿轨道Ⅱ从A运动到对接点B过程中,速度不断增大

D.飞船在轨道Ⅱ经过B点时受到地球的万有引力大于在轨道Ⅲ经过B点时受到地球的万有引力

【答案】B

图3

【创新点分析】天体运动是高考中的高频考点,从近年的高考趋向来看,其以一定的科技前沿的研究成果为背景,对天体运动的基础知识进行考查。本题以“神州十五号”飞船与“天和”核心舱的空中对接为情境,综合考查万有引力、天体运动的相关知识,需要学生具备一定的分析、探究能力,体现了高考试题关注前言科技成果的特点,培养了考生的民族自豪感和自信心。

【知识归纳】卫星从低轨道进入高轨道,需要加速,满足“高轨低速大周期,大机大势小引力”。

【全能解析负责教师:贾金伟 河北省沧州市盐山中学】

4.中国人喜欢挂灯笼。如图4所示,某户人家用三根细线a、b、c连接灯笼1和灯笼2,细线a一端固定在天花板上,细线c水平,一端固定在竖直墙壁上。三根细线a、b、c的弹力大小分别为FTa、FTb、FTc,则( )

图4

A.FTc

C.FTb

【答案】A

图5

图6

图7

图8

【全能解析负责教师:魏远峰 江西省靖安县靖安中学】

5.如图9所示,在某次飞行表演中,飞机在竖直平面内做匀速率飞行,则飞机在某段圆弧内( )

图9

A.线速度不变 B.角速度不变

C.加速度不变 D.向心力不变

【答案】B

【解析】飞机做匀速圆周运动,线速度大小、向心加速度大小和向心力大小都不变,但它们的方向都在不断变化,故ACD错误;飞机做匀速圆周运动,角速度大小不变,故B正确。

【创新点分析】本题以飞机飞行表演为背景,考查圆周运动涉及的角速度、线速度、向心加速度等基本参数,检测考生的必备知识、学科素养解决物理问题的能力。

【知识拓展】常见圆周运动模型参数间的关系

同轴传动皮带传动齿轮传动装置A、B两点在同轴的一个圆盘上两个轮子用皮带连接,A、B两点分别是两个轮子边缘上的点两个齿轮啮合,A、B两点分别是两个齿轮边缘上的点特点角速度、周期相同线速度大小相同线速度大小相同规律线速度与半径成正比:vAvB=rR角速度与半径成反比:ωAωB=rR,周期与半径成正比:TATB=Rr角速度与半径成反比:ωAωB=r2r1,周期与半径成正比:TATB=r1r2

【全能解析负责教师:吴宾 山东省威海市第三中学】

6.在斜面ABCD上放有一质量为m的物块,它与斜面间的动摩擦因数为μ,斜面倾角为θ,开始物块静止在斜面上,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为g,下列说法正确的是( )

图10

A.若加一平行BC且沿斜面向上的外力F,物体仍保持静止的条件是F≤mgsinθ+μmgcosθ

B.若加一个与AB平行的外力F,物体仍保持静止的条件是F

C.作用在物块上的外力越大,斜面对物块的支持力就越大

D.斜面对物体的作用力小于mg

【答案】A

图11

图12

【创新点分析】本题设计的目的是考查学生的空间建模能力,学生构建情景的能力需要进一步提升,从不同视角去观察问题,并能与所学过的知识联系起来,这是物理学科素养的深刻要求,需要学生具备一定的理解和转换的能力。

【知识拓展】求解平衡问题的三种解法:

方法规律与特点效果分解法当物体只受三个力时,有时可以根据力的作用效果把研究对象所受的某一力沿另外两个力的反方向分解,将三力变四力构成两对平衡力正交分解法把力沿两个相互垂直的坐标轴(x轴和y轴)进行分解,再在这两个坐标轴上求合力,但在选取坐标轴时应注意:可以不考虑力的实际作用效果,少分解力,尽量不要分解未知力,此方法常用于物体受多个(三个以上)作用力的平衡问题合成法根据力的平行四边形定则将两个力进行合成,三力变二力,组成一对平衡力,物体受几个共点力平衡时,其中任一力都与其他力的合力等大反向

【全能解析负责教师:王艳红 辽宁省实验中学东戴河分校】

图13

(1)小球从B到A的运动时间;

(2)v0为多大。

解：(1)小球M运动的最高点恰为O点正上方的A点,在最高点只有水平速度,逆过程的运动为从A点到B点的平抛运动,设A点速度为vA,A点到B点的运动时间为t3,根据平抛运动规律有

rsin37°=vAt

解得vA=4 m/s

t3=0.3 s

由动量守恒定律有mv0=4mvC+mvN

【创新点分析】本题牵涉多物体、多过程问题,小球N和小球M碰撞过程的分析,突出分析讨论能力,分析讨论是新课程标准要求特别加强的能力;小球M斜抛运动的分析,应用了逆向思维,突出科学思维的学科素养。

【关键点拨】碰撞能否发生的三原则。

原则一:动量守恒的原则。碰撞时间极短,内力远大于外力,动量守恒。

原则三:物理情景可行性原则。从碰撞的情景可分为追赶碰撞和相向碰撞,碰撞前后的v,P,Ek都有各自的规律,其情况比较复杂,一定要根据具体情况认真分析其过程确定物理情景是否可行。

【全能解析负责教师:石有山 山西省介休市第一中学】