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特色练 5物理学中的STSE问题1(多选)2018年5月21日，我国用长征四号丙运载火箭，成功将嫦娥四号任务“鹊桥”号中继星发射升空“鹊桥”是世界首颗运行于拉格朗日点L2的通信卫星，当“鹊桥”处于拉格朗日点L2时，会在月球与地球共同的引力作用下，以与月球相同的周期同步绕地球运行则以下有关判断正确的是()A“鹊桥”的线速度大于月球的线速度B“鹊桥”在拉格朗日点L2受力平衡C“鹊桥”的向心加速度大于月球的向心加速度D在地月连线上也存在一个拉格朗日点解析：“鹊桥”的轨道半径大于月球的轨道半径，但两者运行的周期相同，故A、C正确；“鹊桥”位于地月系统的拉格朗日点L2，与月球同步绕地球运行，相对静止并非平衡态，地球和月球的引力之和提供其所需向心力，B错误；在地月连线上也存在一个拉格朗日点，地球和月球的引力之差提供向心力，使卫星能与月球同步绕地球运行，D正确答案：ACD2(多选)为防止野外高压输电线受到雷击，在三条输电线的上方还有两条导线，它们与大地相连，形成一个稀疏的金属“网”，把高压线屏蔽起来，免遭雷击其原理可简化为把一金属壳W放入电场中，电场线分布如图所示，以下说法正确的是()AA点的电场强度等于D点的电场强度BB点的电势高于C点的电势C将一正电荷从A点移动到B点，电势能减小DA、B间的电势差等于A、C间的电势差解析：B与C位于同一等势面内，电势相等答案：CD3载人飞行包在中国深圳实现了首次载人飞行，为民用航天科技注入新的活力如图所示，载人飞行包是一个单人低空飞行装置，可以垂直起降，也可以快速前进飞行包(包括人)运动过程中(空气阻力不可忽略)，下列说法正确的是()A垂直缓慢降落，动力大小大于总重力B水平加速前进，动力方向与运动方向相同C水平匀速飞行，动力大小大于总重力D垂直加速起飞，动力做的功等于克服重力和空气阻力做的功解析：垂直缓慢降落，可认为处于平衡状态，动力大小等于总重力，选项A错误；水平加速前进，根据牛顿第二定律可知，动力方向指向斜向上方向，与运动方向不相同，选项B错误；水平匀速飞行，动力在水平方向上的分力等于阻力，在竖直方向上的分力等于总重力，动力大小大于总重力，选项C正确；垂直加速起飞，动能增大，由动能定理可知，动力做功大于克服重力和空气阻力做的功，选项D错误答案：C4(多选)2018年7月1日上午10点，由我国自行研制的全球最长高铁列车16节长编组“复兴号”在北京南站正式上线运营长编组“复兴号”列车由动车和拖车编组而成，提供动力的车厢叫动车，不提供动力的车厢叫拖车，“复兴号”列车由16节车厢组成，其中第1、2、5、6、9、10、13、14节车厢为动车，其余为拖车假设各车厢质量均相等，每节动车的额定功率都相同，列车在水平直轨道上运行过程中阻力与车重成正比则下列说法正确的是()A“复兴号”列车做匀加速直线运动，一位乘客单手持手机浏览网页时，手对手机的力的方向与车厢运动的方向相同B“复兴号”列车做匀加速直线运动时，第2、3节车厢间的作用力与第13、14节车厢间的作用力之比为2：1C“复兴号”列车8动车和8拖车的配置如果改为10动车和6拖车的配置，最大速度将提高到原来的1.25倍D“复兴号”列车在减速进站阶段，一位乘客水平用力向后推自己的座位，此过程中人对列车做了负功解析：手机受重力和手对其的作用力，合力与车厢运动方向相同，因此选项A错误；以列车整体为研究对象，根据牛顿第二定律求出整体的加速度，再用隔离法确定车厢间的作用力，两力相比知选项B正确；列车最大速度vmax，选项C正确；不能只看推力方向，必须分析人对列车的合力方向然后判断做功的正负，分析得选项D错误答案：BC52019广东广州模拟高速公路的ETC电子收费系统如图所示，ETC通道的长度是识别区起点到自动栏杆的水平距离某汽车以21.6 km/h的速度匀速进入识别区，ETC天线用了0.3 s的时间识别车载电子标签，识别完成后发出“滴”的一声，司机发现自动栏杆没有抬起，于是采取制动刹车，汽车刚好没有撞杆已知司机的反应时间为0.7 s，刹车的加速度大小为5 m/s2，则该ETC通道的长度约为()A4.2 m B6.0 mC7.8 m D9.6 m解析：汽车的运动过程分为两个阶段，在识别时间内和司机反应时间内汽车做匀速运动，然后减速刹车在识别车载电子标签的0.3 s时间内汽车匀速运动距离x1vt160.3 m1.8 m，在司机的反应时间0.7 s内汽车匀速运动距离x2vt260.7 m4.2 m，刹车距离x33.6 m，该ETC通道的长度约为xx1x2x39.6 m，所以只有选项D正确答案：D62019辽宁大连二模游乐场有一种叫做“快乐飞机”的游乐项目，其简化模型如图所示已知模型飞机质量为m，固定在长为L的旋臂上，旋臂与竖直方向夹角为(0)，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，下列说法正确的是()A模型飞机受到重力、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旋臂对模型飞机的作用力大小为mD若夹角增大，则旋臂对模型飞机的作用力减小解析：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，模型飞机受到的力为重力和旋臂的作用力，它们的合力充当向心力，选项A错误；旋臂对模型飞机的作用力方向可以与旋臂不垂直，这个作用力在水平方向的分力提供向心力，在竖直方向的分力与重力平衡，选项B错误；由力的合成可知，旋臂对模型飞机的作用力大小为Fm，选项C正确；由C项分析可知，当夹角增大时，旋臂对模型飞机的作用力增大，选项D错误答案：C7(多选)电容式传感器的应用非常广泛，如图所示的甲、乙、丙、丁是四种常见的电容式传感器，下列判断正确的是()A图甲中两极间的电压不变，若有电流流向传感器正极，则h正在变小B图乙中两极间的电荷量不变，若两极间电压正在增加，则正在变大C图丙中两极间的电荷量不变，若两极间电压正在减小，则x正在变大D图丁中两极间的电压不变，若有电流流向传感器的负极，则F为压力且正在变大解析：图甲中两极间距离不变，若h变小，表明两极板间正对面积减小，由C可知对应电容减小，电压不变时，电容器带电荷量减小，正在放电，故电流流向传感器负极，A错；图乙中两极间的电荷量不变，若电压正在增加，由C可知电容正在减小，板间距离不变，正对面积减小，则动片正在旋出，正在变大，B对；图丙中两极间的电荷量、板间距离不变，若板间电压正在减小，表明电容正在增大，电介质正在插入，x正在增大，C对；图丁中两极间的电压、极板正对面积不变，若有电流流向传感器的负极，表明电容器正在放电，电容减小，板间距离增大，若F为压力，则应是F正在减小，D错答案：BC82019浙江稽阳联谊学校模拟如图所示，乒乓球的发球器安装在足够大的水平桌面上，可绕竖直转轴OO转动，发球器OA部分与桌面之间的距离为h，OA部分的长度也为h.重力加速度为g.打开开关后，发球器可将乒乓球从A点以初速度v0水平发射出去，v02.设发射出去的所有乒乓球都能落到桌面上，乒乓球可视为质点，空气阻力不计若使该发球器绕转轴OO在90的范围内来回缓慢地水平转动，持续发射足够长时间后，乒乓球第一次与桌面碰撞区域的面积S是()A2h2 B3h2C4h2 D8h2解析：设乒乓球做平抛运动的时间为t，则t.当速度最大时，水平位移具有最大值xmax，xmaxvmaxt24h，当速度最小时，水平位移具有最小值xmin，xminvmint2h，其中vmax、vmin为v0的最大值和最小值，又因为发球器OA部分长度也为h，故乒乓球的落点距竖直转轴距离的范围为3hx5h，乒乓球第一次与桌面碰撞区域是一个圆心角为90的宽度为2h的环形带状区域，其面积为S(5h)2(3h)24h2，故选项A、B、D错误，C正确答案：C9一束发散角度不大的带电粒子束，当粒子以大小相等的速度经过磁场后，将重新会聚在另一点，这种现象与透镜将光束聚焦的现象十分相似，叫磁聚焦通过磁聚焦装置可以测定带电粒子的比荷，如图所示，经过电子枪发射出一束角度不大的关于轴线对称的速度大小均为v的电子距离电子枪为h处有一宽为d的矩形无限长区域，矩形区域正对电子枪左右两侧对称分布有大小相等的匀强磁场，磁感应强度大小为B，电子打在磁场边界上的区域长度为4h，经过磁场后会聚于一点P，则电子的比荷为()A. B.C. D.解析：根据磁聚焦的对称性特点作出运动轨迹，然后根据三角形相似即可求出r，由qvB得.答案：B10为了解决城市堵车问题，很多地方设置了“绿波带”，通过控制红绿灯间隔时间，缓解交通压力某直线路段每间隔x800 m就有一红绿灯路口，绿灯持续时间t160 s，红灯持续时间t240 s，且下一路口绿灯总比前一路口绿灯晚t40 s亮起，要求汽车在下一路口绿灯再次亮起后能通过该路口，汽车可当成质点(1)某汽车在某路口绿灯刚亮起时刚好到达，且做匀速直线运动，并能连续通过接下来的6个路口，则该汽车速度的最大值和最小值分别是多少？(2)若该路段的限速值恰好是第(1)问中的最小值，某汽车从某一路口开始，在绿灯亮起10 s后，以加速度a1 m/s2匀加速启动，达到限速值后匀速行驶，则该汽车可连续地通过几个路口(包括开始时的路口)?解析：(1)要连续过接下来的6个路口，则位移s6x4 800 m汽车用时最短为6t，最长为6tt1由v可得汽车最小速度为v116 m/s，最大速度为v220 m/s.(2)汽车从静止开始加速，由x0得加速运动的位移x0128 m加速运动的时间t016 s则到达下一路口匀速运动时间t142 s即到达下一路口所用总时间为t总t0t110 s68 s此时下一路口为绿灯，以后每两红绿灯路口之间用时相等，为t250 s故到达第3个路口所需的时间为118 s，此时该路口为绿灯到达第4个路口所需的时间为168 s，此时该路口为绿灯到达第5个路口所需的时间为218 s，此时该路口为绿灯到达第6个路口所需的时间为268 s，此时该路口为红灯故该汽车可连续地通过5个路口答案：(1)16 m/s20 m/s(2)5个路口11如图甲所示的装置是由直线加速器改装而成的，由N个长度逐个增大的金属圆筒沿水平轴线排列成一串，图中代表性地画了几个圆筒，圆筒的两底面中心开有小孔，一根绝缘光滑细管从中心小孔穿过，各筒相间地连接到频率为f、最大电压值为U0的电源的两端，M、N两点间的电势差UMN随时间变化的图象如图乙所示，现有一电荷量为q、质量为m、直径略小于细管内径的小球，从细管左端射入，并将在圆筒间的缝隙处受到电场力的作用而加速(设圆筒内部没有电场)已知t0时刻小球以速度v1进入第一个圆筒左端，小球被多次加速后通过最右侧圆筒，最后从A点水平向右飞出并以速度v2垂直于电场方向射入一个方向竖直向下、场强为E的匀强电场中，在B点速度方向与电场线方向成60角(1)求小球在电场中的加速度a的大小及在B点的速度vB的大小；(2)求小球从A运动到B的时间tAB；(3)求A、B两点间的电势差UAB；(4)为使小球从A点射出时获得最大能量，各个圆筒的长度应满足什么条件？用含n(n1,2,3，)的表达式来表示解析：(1)小球在电场中受电场力和重力作用，根据牛顿第二定律有a小球在从A到B的过程中做类平抛运动，将小球在B点的速度分解可知vBv2.(2)小球在B点沿电场方向的速度大小vyv2，vyatAB解得tAB.(3)小球竖直位移yvytAB解得yA、B两点间的电势差UABEy解得UAB.(4)第n个圆筒的长度记为Ln.为了使小球获得最大能量，要求小球每次穿过缝隙时，前一个圆筒的电势比后一个圆筒的电势高，这就要求小球穿过每个圆筒的时间恰好等于交变电流的半个周期，则Lnvn又mvmv(n1)qU0(n1,2,3，)即vn则Ln (n1,2,3，)答案：(1)v2(2)(3)(4) (n1,2,3，)- 7 -
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