(通用版)2020版高考物理二輪復(fù)習(xí) 特色練5 物理學(xué)中的STSE問題(含解析)
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1、特色練 5 物理學(xué)中的STSE問題 1.(多選)2018年5月21日,我國用長征四號(hào)丙運(yùn)載火箭,成功將嫦娥四號(hào)任務(wù)“鵲橋”號(hào)中繼星發(fā)射升空.“鵲橋”是世界首顆運(yùn)行于拉格朗日點(diǎn)L2的通信衛(wèi)星,當(dāng)“鵲橋”處于拉格朗日點(diǎn)L2時(shí),會(huì)在月球與地球共同的引力作用下,以與月球相同的周期同步繞地球運(yùn)行.則以下有關(guān)判斷正確的是( ) A.“鵲橋”的線速度大于月球的線速度 B.“鵲橋”在拉格朗日點(diǎn)L2受力平衡 C.“鵲橋”的向心加速度大于月球的向心加速度 D.在地月連線上也存在一個(gè)拉格朗日點(diǎn) 解析:“鵲橋”的軌道半徑大于月球的軌道半徑,但兩者運(yùn)行的周期相同,故A、C正確;“鵲橋”位于地月系統(tǒng)的拉
2、格朗日點(diǎn)L2,與月球同步繞地球運(yùn)行,相對(duì)靜止并非平衡態(tài),地球和月球的引力之和提供其所需向心力,B錯(cuò)誤;在地月連線上也存在一個(gè)拉格朗日點(diǎn),地球和月球的引力之差提供向心力,使衛(wèi)星能與月球同步繞地球運(yùn)行,D正確. 答案:ACD 2.(多選)為防止野外高壓輸電線受到雷擊,在三條輸電線的上方還有兩條導(dǎo)線,它們與大地相連,形成一個(gè)稀疏的金屬“網(wǎng)”,把高壓線屏蔽起來,免遭雷擊.其原理可簡化為把一金屬殼W放入電場中,電場線分布如圖所示,以下說法正確的是( ) A.A點(diǎn)的電場強(qiáng)度等于D點(diǎn)的電場強(qiáng)度 B.B點(diǎn)的電勢(shì)高于C點(diǎn)的電勢(shì) C.將一正電荷從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn),電勢(shì)能減小 D.A、B間的電勢(shì)差等
3、于A、C間的電勢(shì)差 解析:B與C位于同一等勢(shì)面內(nèi),電勢(shì)相等. 答案:CD 3.載人飛行包在中國深圳實(shí)現(xiàn)了首次載人飛行,為民用航天科技注入新的活力.如圖所示,載人飛行包是一個(gè)單人低空飛行裝置,可以垂直起降,也可以快速前進(jìn).飛行包(包括人)運(yùn)動(dòng)過程中(空氣阻力不可忽略),下列說法正確的是( ) A.垂直緩慢降落,動(dòng)力大小大于總重力 B.水平加速前進(jìn),動(dòng)力方向與運(yùn)動(dòng)方向相同 C.水平勻速飛行,動(dòng)力大小大于總重力 D.垂直加速起飛,動(dòng)力做的功等于克服重力和空氣阻力做的功 解析:垂直緩慢降落,可認(rèn)為處于平衡狀態(tài),動(dòng)力大小等于總重力,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;水平加速前進(jìn),根據(jù)牛頓第二定律可知,動(dòng)
4、力方向指向斜向上方向,與運(yùn)動(dòng)方向不相同,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;水平勻速飛行,動(dòng)力在水平方向上的分力等于阻力,在豎直方向上的分力等于總重力,動(dòng)力大小大于總重力,選項(xiàng)C正確;垂直加速起飛,動(dòng)能增大,由動(dòng)能定理可知,動(dòng)力做功大于克服重力和空氣阻力做的功,選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 答案:C 4.(多選)2018年7月1日上午10點(diǎn),由我國自行研制的全球最長高鐵列車——16節(jié)長編組“復(fù)興號(hào)”在北京南站正式上線運(yùn)營.長編組“復(fù)興號(hào)”列車由動(dòng)車和拖車編組而成,提供動(dòng)力的車廂叫動(dòng)車,不提供動(dòng)力的車廂叫拖車,“復(fù)興號(hào)”列車由16節(jié)車廂組成,其中第1、2、5、6、9、10、13、14節(jié)車廂為動(dòng)車,其余為拖車.假設(shè)各車廂質(zhì)量均相等,
5、每節(jié)動(dòng)車的額定功率都相同,列車在水平直軌道上運(yùn)行過程中阻力與車重成正比.則下列說法正確的是( ) A.“復(fù)興號(hào)”列車做勻加速直線運(yùn)動(dòng),一位乘客單手持手機(jī)瀏覽網(wǎng)頁時(shí),手對(duì)手機(jī)的力的方向與車廂運(yùn)動(dòng)的方向相同 B.“復(fù)興號(hào)”列車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),第2、3節(jié)車廂間的作用力與第13、14節(jié)車廂間的作用力之比為2:1 C.“復(fù)興號(hào)”列車8動(dòng)車和8拖車的配置如果改為10動(dòng)車和6拖車的配置,最大速度將提高到原來的1.25倍 D.“復(fù)興號(hào)”列車在減速進(jìn)站階段,一位乘客水平用力向后推自己的座位,此過程中人對(duì)列車做了負(fù)功 解析:手機(jī)受重力和手對(duì)其的作用力,合力與車廂運(yùn)動(dòng)方向相同,因此選項(xiàng)A錯(cuò)誤;以列
6、車整體為研究對(duì)象,根據(jù)牛頓第二定律求出整體的加速度,再用隔離法確定車廂間的作用力,兩力相比知選項(xiàng)B正確;列車最大速度vmax=,選項(xiàng)C正確;不能只看推力方向,必須分析人對(duì)列車的合力方向.然后判斷做功的正負(fù),分析得選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 答案:BC 5.[2019·廣東廣州模擬]高速公路的ETC電子收費(fèi)系統(tǒng)如圖所示,ETC通道的長度是識(shí)別區(qū)起點(diǎn)到自動(dòng)欄桿的水平距離.某汽車以21.6 km/h的速度勻速進(jìn)入識(shí)別區(qū),ETC天線用了0.3 s的時(shí)間識(shí)別車載電子標(biāo)簽,識(shí)別完成后發(fā)出“滴”的一聲,司機(jī)發(fā)現(xiàn)自動(dòng)欄桿沒有抬起,于是采取制動(dòng)剎車,汽車剛好沒有撞桿.已知司機(jī)的反應(yīng)時(shí)間為0.7 s,剎車的加速度大小為5
7、m/s2,則該ETC通道的長度約為( ) A.4.2 m B.6.0 m C.7.8 m D.9.6 m 解析:汽車的運(yùn)動(dòng)過程分為兩個(gè)階段,在識(shí)別時(shí)間內(nèi)和司機(jī)反應(yīng)時(shí)間內(nèi)汽車做勻速運(yùn)動(dòng),然后減速剎車.在識(shí)別車載電子標(biāo)簽的0.3 s時(shí)間內(nèi)汽車勻速運(yùn)動(dòng)距離x1=vt1=6×0.3 m=1.8 m,在司機(jī)的反應(yīng)時(shí)間0.7 s內(nèi)汽車勻速運(yùn)動(dòng)距離x2=vt2=6×0.7 m=4.2 m,剎車距離x3==3.6 m,該ETC通道的長度約為x=x1+x2+x3=9.6 m,所以只有選項(xiàng)D正確. 答案:D 6.[2019·遼寧大連二模]游樂場有一種叫做“快樂飛機(jī)”的游樂項(xiàng)目,其簡化模型如
8、圖所示.已知模型飛機(jī)質(zhì)量為m,固定在長為L的旋臂上,旋臂與豎直方向夾角為θ(0<θ≤),當(dāng)模型飛機(jī)以角速度ω繞中央軸在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),下列說法正確的是( ) A.模型飛機(jī)受到重力、旋臂的作用力和向心力 B.旋臂對(duì)模型飛機(jī)的作用力方向一定與旋臂垂直 C.旋臂對(duì)模型飛機(jī)的作用力大小為m D.若夾角θ增大,則旋臂對(duì)模型飛機(jī)的作用力減小 解析:當(dāng)模型飛機(jī)以角速度ω繞中央軸在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),模型飛機(jī)受到的力為重力和旋臂的作用力,它們的合力充當(dāng)向心力,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;旋臂對(duì)模型飛機(jī)的作用力方向可以與旋臂不垂直,這個(gè)作用力在水平方向的分力提供向心力,在豎直方向的分力與重力平衡,選
9、項(xiàng)B錯(cuò)誤;由力的合成可知,旋臂對(duì)模型飛機(jī)的作用力大小為F=m,選項(xiàng)C正確;由C項(xiàng)分析可知,當(dāng)夾角θ增大時(shí),旋臂對(duì)模型飛機(jī)的作用力增大,選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 答案:C 7.(多選)電容式傳感器的應(yīng)用非常廣泛,如圖所示的甲、乙、丙、丁是四種常見的電容式傳感器,下列判斷正確的是( ) A.圖甲中兩極間的電壓不變,若有電流流向傳感器正極,則h正在變小 B.圖乙中兩極間的電荷量不變,若兩極間電壓正在增加,則θ正在變大 C.圖丙中兩極間的電荷量不變,若兩極間電壓正在減小,則x正在變大 D.圖丁中兩極間的電壓不變,若有電流流向傳感器的負(fù)極,則F為壓力且正在變大 解析:圖甲中兩極間距離不變,若h變
10、小,表明兩極板間正對(duì)面積減小,由C=可知對(duì)應(yīng)電容減小,電壓不變時(shí),電容器帶電荷量減小,正在放電,故電流流向傳感器負(fù)極,A錯(cuò);圖乙中兩極間的電荷量不變,若電壓正在增加,由C=可知電容正在減小,板間距離不變,正對(duì)面積減小,則動(dòng)片正在旋出,θ正在變大,B對(duì);圖丙中兩極間的電荷量、板間距離不變,若板間電壓正在減小,表明電容正在增大,電介質(zhì)正在插入,x正在增大,C對(duì);圖丁中兩極間的電壓、極板正對(duì)面積不變,若有電流流向傳感器的負(fù)極,表明電容器正在放電,電容減小,板間距離增大,若F為壓力,則應(yīng)是F正在減小,D錯(cuò). 答案:BC 8.[2019·浙江稽陽聯(lián)誼學(xué)校模擬]如圖所示,乒乓球的發(fā)球器安裝在足夠大的水
11、平桌面上,可繞豎直轉(zhuǎn)軸OO′轉(zhuǎn)動(dòng),發(fā)球器O′A部分與桌面之間的距離為h,O′A部分的長度也為h.重力加速度為g.打開開關(guān)后,發(fā)球器可將乒乓球從A點(diǎn)以初速度v0水平發(fā)射出去,≤v0≤2.設(shè)發(fā)射出去的所有乒乓球都能落到桌面上,乒乓球可視為質(zhì)點(diǎn),空氣阻力不計(jì).若使該發(fā)球器繞轉(zhuǎn)軸OO′在90°的范圍內(nèi)來回緩慢地水平轉(zhuǎn)動(dòng),持續(xù)發(fā)射足夠長時(shí)間后,乒乓球第一次與桌面碰撞區(qū)域的面積S是( ) A.2πh2 B.3πh2 C.4πh2 D.8πh2 解析:設(shè)乒乓球做平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t,則t=.當(dāng)速度最大時(shí),水平位移具有最大值xmax,xmax=vmaxt=2×=4h,當(dāng)速度最小時(shí),水平位移具有最
12、小值xmin,xmin=vmint=×=2h,其中vmax、vmin為v0的最大值和最小值,又因?yàn)榘l(fā)球器O′A部分長度也為h,故乒乓球的落點(diǎn)距豎直轉(zhuǎn)軸距離的范圍為3h≤x≤5h,乒乓球第一次與桌面碰撞區(qū)域是一個(gè)圓心角為90°的寬度為2h的環(huán)形帶狀區(qū)域,其面積為S=×π[(5h)2-(3h)2]=4πh2,故選項(xiàng)A、B、D錯(cuò)誤,C正確. 答案:C 9.一束發(fā)散角度不大的帶電粒子束,當(dāng)粒子以大小相等的速度經(jīng)過磁場后,將重新會(huì)聚在另一點(diǎn),這種現(xiàn)象與透鏡將光束聚焦的現(xiàn)象十分相似,叫磁聚焦.通過磁聚焦裝置可以測(cè)定帶電粒子的比荷,如圖所示,經(jīng)過電子槍發(fā)射出一束角度不大的關(guān)于軸線對(duì)稱的速度大小均為v
13、的電子.距離電子槍為h處有一寬為d的矩形無限長區(qū)域,矩形區(qū)域正對(duì)電子槍左右兩側(cè)對(duì)稱分布有大小相等的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,電子打在磁場邊界上的區(qū)域長度為4h,經(jīng)過磁場后會(huì)聚于一點(diǎn)P,則電子的比荷為( ) A. B. C. D. 解析:根據(jù)磁聚焦的對(duì)稱性特點(diǎn)作出運(yùn)動(dòng)軌跡,然后根據(jù)三角形相似即可求出r=,由qvB=得==. 答案:B 10.為了解決城市堵車問題,很多地方設(shè)置了“綠波帶”,通過控制紅綠燈間隔時(shí)間,緩解交通壓力.某直線路段每間隔x=800 m就有一紅綠燈路口,綠燈持續(xù)時(shí)間Δt1=60 s,紅燈持續(xù)時(shí)間Δt2=40 s,且下一路口綠燈總比前一路口綠燈晚Δt=40
14、 s亮起,要求汽車在下一路口綠燈再次亮起后能通過該路口,汽車可當(dāng)成質(zhì)點(diǎn). (1)某汽車在某路口綠燈剛亮起時(shí)剛好到達(dá),且做勻速直線運(yùn)動(dòng),并能連續(xù)通過接下來的6個(gè)路口,則該汽車速度的最大值和最小值分別是多少? (2)若該路段的限速值恰好是第(1)問中的最小值,某汽車從某一路口開始,在綠燈亮起10 s后,以加速度a=1 m/s2勻加速啟動(dòng),達(dá)到限速值后勻速行駛,則該汽車可連續(xù)地通過幾個(gè)路口(包括開始時(shí)的路口)? 解析:(1)要連續(xù)過接下來的6個(gè)路口,則位移s=6x=4 800 m 汽車用時(shí)最短為6Δt,最長為6Δt+Δt1 由v=可得汽車最小速度為v1==16 m/s,最大速度為v2==2
15、0 m/s. (2)汽車從靜止開始加速,由x0=得 加速運(yùn)動(dòng)的位移x0=128 m 加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t0==16 s 則到達(dá)下一路口勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1==42 s 即到達(dá)下一路口所用總時(shí)間為t總=t0+t1+10 s=68 s 此時(shí)下一路口為綠燈,以后每兩紅綠燈路口之間用時(shí)相等,為t2==50 s 故到達(dá)第3個(gè)路口所需的時(shí)間為118 s,此時(shí)該路口為綠燈 到達(dá)第4個(gè)路口所需的時(shí)間為168 s,此時(shí)該路口為綠燈 到達(dá)第5個(gè)路口所需的時(shí)間為218 s,此時(shí)該路口為綠燈 到達(dá)第6個(gè)路口所需的時(shí)間為268 s,此時(shí)該路口為紅燈 故該汽車可連續(xù)地通過5個(gè)路口. 答案:(1)16 m/
16、s 20 m/s (2)5個(gè)路口 11.如圖甲所示的裝置是由直線加速器改裝而成的,由N個(gè)長度逐個(gè)增大的金屬圓筒沿水平軸線排列成一串,圖中代表性地畫了幾個(gè)圓筒,圓筒的兩底面中心開有小孔,一根絕緣光滑細(xì)管從中心小孔穿過,各筒相間地連接到頻率為f、最大電壓值為U0的電源的兩端,M、N兩點(diǎn)間的電勢(shì)差UMN隨時(shí)間變化的圖象如圖乙所示,現(xiàn)有一電荷量為+q、質(zhì)量為m、直徑略小于細(xì)管內(nèi)徑的小球,從細(xì)管左端射入,并將在圓筒間的縫隙處受到電場力的作用而加速(設(shè)圓筒內(nèi)部沒有電場).已知t=0時(shí)刻小球以速度v1進(jìn)入第一個(gè)圓筒左端,小球被多次加速后通過最右側(cè)圓筒,最后從A點(diǎn)水平向右飛出并以速度v2垂直于電場方向射入一
17、個(gè)方向豎直向下、場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場中,在B點(diǎn)速度方向與電場線方向成60°角. (1)求小球在電場中的加速度a的大小及在B點(diǎn)的速度vB的大??; (2)求小球從A運(yùn)動(dòng)到B的時(shí)間tAB; (3)求A、B兩點(diǎn)間的電勢(shì)差UAB; (4)為使小球從A點(diǎn)射出時(shí)獲得最大能量,各個(gè)圓筒的長度應(yīng)滿足什么條件?[用含n(n=1,2,3,…)的表達(dá)式來表示] 解析:(1)小球在電場中受電場力和重力作用,根據(jù)牛頓第二定律有a= 小球在從A到B的過程中做類平拋運(yùn)動(dòng),將小球在B點(diǎn)的速度分解可知vB==v2. (2)小球在B點(diǎn)沿電場方向的速度大小vy==v2,vy=atAB 解得tAB=. (3)小球豎直位移y=vytAB 解得y= A、B兩點(diǎn)間的電勢(shì)差UAB=Ey 解得UAB=. (4)第n個(gè)圓筒的長度記為Ln.為了使小球獲得最大能量,要求小球每次穿過縫隙時(shí),前一個(gè)圓筒的電勢(shì)比后一個(gè)圓筒的電勢(shì)高,這就要求小球穿過每個(gè)圓筒的時(shí)間恰好等于交變電流的半個(gè)周期,則Ln=vn·= 又mv-mv=(n-1)qU0(n=1,2,3,…) 即vn= 則Ln= (n=1,2,3,…). 答案:(1)v2 (2) (3) (4) (n=1,2,3,…) - 7 -
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