【高三物理-情境题汇编】(带答案)

【高三物理——情境题汇编】一、单项选择题1．世界一级方程式锦标赛新加坡大奖赛赛道单圈长5.067公里，共有23个弯道，如图所示，赛车在水平路面上转弯时，常常在弯道上冲出跑道，则以下说法正确的是()A．是由于赛车行驶到弯道时，运动员未能及时转动方向盘才造成赛车冲出跑道的B．是由于赛车行驶到弯道时，运动员没有及时加速才造成赛车冲出跑道的C．是由于赛车行驶到弯道时，运动员没有及时减速才造成赛车冲出跑道的D．由公式F＝mω2r可知，弯道半径越大，越容易冲出跑道2.图中给出了某一通关游戏的示意图，安装在轨道AB上可上下移动的弹射器，能水平射出速度大小可调节的弹丸，弹丸射出口在B点的正上方．竖直面内的半圆弧BCD的半径R＝2.0m，直径BD水平且与轨道AB处在同一竖直面内，小孔P和圆心O连线与水平方向夹角为37°.游戏要求弹丸垂直于P点圆弧切线方向射入小孔P就能进入下一关．为了能通关，弹射器离B点的高度和弹丸射出的初速度分别是(不计空气阻力，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8A．0.15m,4eq\r(3)m/s B.1.50m,4eq\r(3)C．0.15m,2eq\r(6)m/s D.1.50m,2eq\r(6)3.如图是静电喷漆的工作原理图．工作时，喷枪部分接高压电源负极，工件接正极，喷枪的端部与工件之间就形成静电场，从喷枪喷出的涂料微粒在电场中运动到工件，并被吸附在工件表面．图中画出了部分微粒的运动轨迹，设微粒被喷出后只受静电力作用，则()A．微粒的运动轨迹显示的是电场线的分布情况B．微粒向工件运动的过程中所受电场力先减小后增大C．在向工件运动的过程中，微粒的动能逐渐减小D．在向工件运动的过程中，微粒的电势能逐渐增大4．在冬奥会短道速滑项目中，运动员绕周长仅111米的短道竞赛．运动员比赛过程中在通过弯道时如果不能很好地控制速度，将发生侧滑并摔离正常比赛路线．图中圆弧虚线Ob代表弯道，即为正常运动路线，Oa为运动员在O点时的速度方向(研究时可将运动员看做质点)．下列论述正确的是()A．发生侧滑是因为运动员受到的合力方向背离圆心B．发生侧滑是因为运动员受到的合力大于所需要的向心力C．若在O点发生侧滑，则滑动的方向在Oa左侧D．若在O点发生侧滑，则滑动的方向在Oa右侧与Ob之间5．如图所示，一运动员练习投掷铅球，在A点将质量为5kg的铅球以v0＝15m/s的速度与水平方向成37°角斜向上拋出，到达与拋出点等高处的B点时，速度与水平方向成45°角向下，其轨道如图，经分析认为铅球过最高点P后受水平恒定风力的作用，已知重力加速度g＝10m/s2，sin37°＝0.6A．12.7m/s16.7N B.15m/sC．12.7m/s50N D.14m/s6．电吹风是生活中的常用电器．某款电吹风的各项参数如下表所示，其电路图如图所示，理想变压器的两线圈匝数分别为n1和n2，a、b、c、d为四个固定触点，可动的扇形金属片P可同时接触两个触点．触片P处于不同位置时，电吹风可处于停机、吹热风和吹自然风三种不同的工作状态．关于该款电吹风，下列说法中正确的是()热风时输入功率450W自然风时输入功率50W小风扇额定电压50V正常工作时小风扇的机械功率42WA.触片P与触点b、c接触时，电吹风吹热风B．变压器两线圈的匝数比n1∶n2＝22∶5C．小风扇线圈电阻为8ΩD．电热丝正常工作时电阻为6.25Ω7．如图所示是某新型发电机的部分原理图，其发电管是横截面为矩形的水平管，管道长为a、宽为b、高为c，上下面是电阻可不计的导体板，两导体板与开关S、定值电阻R相连，前后面是绝缘板，加有垂直绝缘板的匀强磁场，磁感应强度为B，管道内的导电液体(含大量正、负离子)的电阻率为ρ，在管道进、出口两端压强差的作用下以速率v0做稳恒流动，液体所受摩擦阻力恒定，则开关闭合前后，管道两端压强的改变量为()A.eq\f(B2av0,aR＋ρ) B.eq\f(B2acv0,abR＋ρc)C.eq\f(B2bcv0,abR＋ρa) D.eq\f(B2cv0,aR＋ρc)8．假定太阳系一颗质量均匀、可看成球体的小行星，自转原来可以忽略．现若该星球自转加快，角速度为ω时，该星球表面的“赤道”上物体对星球的压力减为原来的eq\f(2,3).已知引力常量G，则该星球密度ρ为()A.eq\f(9ω2,8πG) B.eq\f(ω2,3πG)C.eq\f(3ω2,2πG) D.eq\f(9ω2,4πG)二、多项选择题9.如图所示为某景观喷泉的喷射装置结构示意图．它由竖直进水管和均匀分布在同一水平面上的多个喷嘴组成，喷嘴与进水管中心的距离均为r＝0.6m，离水面的高度h＝3.2m．水泵位于进水管口处，启动后，水泵从水池吸水，并将水压到喷嘴处向水平方向喷出，水在水池上的落点与进水管中心的水平距离为R＝2.2m．水泵的效率为η＝80%，水泵出水口在1s内通过的水的质量为m0＝10kg，重力加速度g取10A．水从喷嘴喷出时速度的大小为2B．每秒内水泵对水做的功为320JC．水泵的电功率为340WD．水泵在1h内消耗的电能为1.53×106J10．荡秋千是中国古代北方少数民族创造的一种运动．春秋时期传入中原地区，因其设备简单，容易学习，故而深受人们的喜爱，很快在各地流行起来．如图是荡秋千的示意图，若人直立站在踏板上，从绳与竖直方向成60°角的A点由静止开始运动，摆到最低点B时，两根绳中的总拉力是人重力的eq\f(3,2).随后，站在B点正下方的某人推一下，使秋千能摆到绳与竖直方向成θ＝60°角的C点．设人的重心到悬点O的距离为l，人的质量为m，踏板和绳的质量不计，人所受空气阻力与人的速度平方成正比．则下列判断正确的是()A．人从A点运动到最低点B的过程中损失的机械能大小等于eq\f(1,4)mglB．站在B点正下方的某人推一下做功等于eq\f(1,2)mglC．站在B点正下方的某人推一下做功大于eq\f(1,2)mglD．站在B点正下方的某人推一下做功等于eq\f(3,4)mgl11．为探测引力波，中山大学领衔的“天琴计划”，将向太空发射三颗完全相同的卫星(SC1、SC2、SC3)构成一个等边三角形阵列，地球恰处于三角形的中心，卫星将在以地球为中心、高度约10万公里的轨道上运行，针对确定的引力波源进行引力波探测．如图所示，这三颗卫星在太空中的分列图类似乐器竖琴，故命名为“天琴计划”．已知地球同步卫星距离地面的高度约为36万公里．以下说法正确的是()A．三颗卫星具有相同大小的加速度B．从每颗卫星可以观察到地球上大于eq\f(1,3)的表面C．三颗卫星绕地球运动的周期一定小于地球的自转周期D．若知道引力常量G及三颗卫星绕地球的运动周期T，则可估算出地球的密度12.如图所示，某人在宽阔的水平地面上练习飞刀，在离其前方水平距离1m处固定竖有高为1m的薄木板．此人在高1.8m处水平抛出可视为质点的飞刀(不计空气阻力)．设飞刀击中木板后不反弹，重力加速度g取A．若水平初速度v0＝10m/s，则其做平抛运动的时间是0.1B．若水平初速度v0＝1m/s，则其做平抛运动的时间是0.6C．任意改变初速度，若能击中木板，飞刀初速度的最小值为eq\r(5)m/sD．任意改变初速度，若能击中木板，飞刀击中木板瞬间的速度最小值为2eq\r(5)m/s三、计算题13.2022年将在我国举办第二十四届冬奥会，跳台滑雪是其中最具观赏性的项目之一．某滑道示意图如图，长直助滑道AB与弯曲滑道BC平滑衔接，滑道BC高h＝10m，C是半径R＝20m圆弧的最低点．质量m＝60kg的运动员从A处由静止开始匀加速下滑，加速度a＝4.5m/s2，到达B点时速度vB＝30(1)求长直助滑道AB的长度L；(2)求运动员在AB段所受合外力的冲量I的大小；(3)若不计BC段的阻力，画出运动员经过C点时的受力图，并求其所受支持力FN的大小．14．汽车碰撞试验是综合评价汽车安全性能的有效方法之一．设汽车在碰撞过程中受到的平均撞击力达到某个临界值F0时，安全气囊爆开．某次试验中，质量m1＝1600kg的试验车以速度v1＝36km/h正面撞击固定试验台，经时间t1＝0.10s碰撞结束，车速减为零，(1)求此过程中试验车受到试验台的冲量I0的大小及F0的大小；(2)若试验车以速度v1撞击正前方另一质量m2＝1600kg、速度v2＝18km/h同向行驶的汽车，经时间t2＝0.1615．如图是导轨式电磁炮实验装置示意图，两根平行长直金属导轨沿水平方向固定，其间安放金属滑块(即实验用弹丸)．滑块可沿导轨无摩擦滑行，且始终与导轨保持良好接触，电源提供的强大电流从一根导轨流入，经过滑块，再从另一导轨流回电源．滑块被导轨中的电流形成的磁场推动而发射．在发射过程中，该磁场在滑块所在位置始终可以简化为匀强磁场，方向垂直于纸面，其强度与电流的关系为B＝kI，比例常数k＝2.5×10－6T/A.已知两导轨内侧间距l＝1.5cm，滑块的质量m＝30g，滑块沿导轨滑行x＝5m后获得的发射速度v(1)求发射过程中电源提供的电流大小；(2)若电源输出的能量有4%转换为滑块的动能，则发射过程中电源的输出功率和输出电压各是多大？(3)若此滑块射出后随即以速度v沿水平方向击中固定在水平面上的砂箱，它嵌入砂箱的深度为s＝30cm16．真空管道超高速列车的动力系统是一种将电能直接转换成平动动能的装置．图1是某种动力系统的简化模型，图中粗实线表示固定在水平面上间距为l的两条平行光滑金属导轨，电阻忽略不计．ab和cd是两根与导轨垂直、长度均为l、电阻均为R的金属棒，通过绝缘材料固定在列车底部，并与导轨良好接触，其间距也为l，列车的总质量为m.列车启动前，ab、cd处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向下，如图1所示．为使列车启动，需在M、N间连接电动势为E的直流电源，电源内阻及导线电阻忽略不计．列车启动后电源自动关闭．(1)要使列车向右运行，启动时图1中M、N哪个接电源正极，并简要说明理由；(2)求刚接通电源时列车加速度a的大小；(3)列车减速时，需在前方设置如图2所示的一系列磁感应强度为B的匀强磁场区域，磁场宽度和相邻磁场间距均大于l.若某时刻列车的速度为v0，此时ab、cd均在无磁场区域，试讨论：要使列车停下来，前方至少需要多少块这样的有界磁场？【高三物理情境题汇编】答案解析1．C赛车在水平面上转弯时，它需要的向心力是由赛车与地面间的静摩擦力提供的．由F＝meq\f(v2,r)知，当v较大时，赛车需要的向心力也较大，当摩擦力不足以提供其所需的向心力时，赛车将冲出跑道，故选项C正确．2．A由h＋Rsin37°＝eq\f(1,2)gt2和R＋Rcos37°＝v0t，eq\f(gt,v0)＝tan37°，代入数据解得h＝0.15m，v0＝4eq\r(3)m/s，故选项A正确．3．B微粒的运动轨迹是曲线时与电场线一定不重合，A错误．由场强叠加原理可知，距离两个电极越近的位置，电场强度越大，所以微粒在向工件运动的过程中所受电场力先减小后增大，B正确．在微粒向工件运动的过程中，电场力做正功，电势能减少；只有电场力做功，即合力做正功，微粒的动能增加，C、D错误．4．D运动员发生侧滑是因为运动员受到指向圆心的合力小于所需要的向心力，选项A、B错误；在O点发生侧滑，若向心力突然消失，则沿切线Oa运动，而现在是由于所提供的向心力小于所需要的向心力，因此滑动的方向在Oa与Ob之间，选项C错误，D正确．5．A由运动的合成与分解知铅球在竖直方向做竖直上拋运动，在水平方向先做匀速运动再做匀减速运动，由竖直上拋运动的对称性知铅球到达B点时竖直分速度大小vy＝v0sin37°＝9m/s，水平分速度vx＝vy，铅球在B点的速度大小为vB＝eq\r(2)vy＝12.7m/s，从P到B经历的时间为t＝eq\f(vy,g)＝0.9s，铅球在P点的水平分速度为vP＝v0cos37°＝12m/s，由牛顿第二定律和运动学公式知vx＝vP－eq\f(F,m)t，代入数值得F＝16.7N，选项A对．6．C只有电热丝接入时才能吹热风，故吹热风时触片P与触点a、b接触，A错误；根据变压器的副线圈、原线圈的匝数与电压的关系知n1∶n2＝50V∶220V＝5∶22，故B错误；小风扇的热功率为P热＝50W－42W＝8W，电流I＝eq\f(P,U)＝eq\f(50,50)A＝1A，则由P热＝I2r可得r＝8Ω，故C正确；电热丝的功率P′＝450W－50W＝400W，由P′＝eq\f(U2,R)可知，电热丝电阻R＝eq\f(2202,400)Ω＝121Ω，故D错误．7．B开关闭合前，当离子所受洛伦兹力与电场力平衡时，液体稳恒流动，两导体板间的电压恒定，满足Bqv0＝qeq\f(U,c)，令开关闭合前后，管道两端的压强差分别为p1、p2，液体所受摩擦阻力为f，则闭合前有p1·bc＝f，闭合后有p2·bc＝f＋BIc，而I＝eq\f(U,R＋r)、r＝ρeq\f(c,ab)，联立以上各式可得开关闭合前后，管道两端压强的改变量为Δp＝p2－p1＝eq\f(B2acv0,abR＋ρc)，B对．8．D忽略该星球自转的影响时：Geq\f(Mm,R2)＝mg；该星球自转加快，角速度为ω时：Geq\f(Mm,R2)＝eq\f(2,3)mg＋mω2R，星球密度ρ＝eq\f(M,\f(4,3)πR3)，解得ρ＝eq\f(9ω2,4πG)，故D正确，A、B、C错误；故选D.9．AD水从喷嘴水平喷出后做平拋运动，由平拋运动的规律知R－r＝vt1，h＝eq\f(1,2)gteq\o\al(2,1)，解得v＝2m/s，A正确；每秒内水泵对水做的功W＝m0gh＋eq\f(1,2)m0v2＝340J，B错误；水泵对外做功，转化为水的机械能，水泵的输出功率为P＝340W，根据P＝ηP电，得水泵的电功率为P电＝425W，C错误；水泵在1h内消耗的电能为E＝P电t2＝0.425kW·h＝1.53×106J，D正确．10．AC人刚到最低点B时，由牛顿第二定律得eq\f(3,2)mg－mg＝meq\f(v2,l)，解得v2＝eq\f(1,2)gl，根据动能定理mgl(1－cosθ)－Wf＝eq\f(1,2)mv2，所以Wf＝eq\f(1,4)mgl，选项A正确；因人所受空气阻力与人的速度平方成正比，所以由B向C运动的过程中人所受的阻力比从A向B运动过程中所受阻力大，故阻力做功也大，若站在B点正下方的某人推一下做功为W，则根据动能定理，有W＋eq\f(1,2)mv2－mgl(1－cosθ)－Wf′＝0，因Wf′＞eq\f(1,4)mgl，所以W＞eq\f(1,2)mgl，选项C正确．11．ABC根据Geq\f(Mm,r2)＝ma，解得a＝Geq\f(M,r2)，由于三颗卫星到地球的距离相等，则绕地球运动的轨道半径r相等，则它们的加速度大小相等，选项A正确；从每颗卫星可以观察到地球上大于eq\f(1,3)的表面，选项B正确；根据万有引力等于向心力，Geq\f(Mm,r2)＝mreq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,T)))2，解得T＝2πeq\r(\f(r3,GM))，由于三颗卫星的轨道半径小于地球同步卫星的轨道半径，故三颗卫星绕地球运动的周期小于地球同步卫星绕地球运动的周期，即小于地球的自转周期，选项C正确；若知道引力常量G及三颗卫星绕地球的运动周期T，根据Geq\f(Mm,r2)＝mreq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,T)))2，解得M＝eq\f(4π2r3,GT2)，但因地球的半径未知，也不能计算出轨道半径r，不能计算出地球体积，故不能估算出地球的密度，选项D错误．12．BD设恰好击中木板上端的时间为t0，由h＝eq\f(1,2)gt2，有1.8m－1.0m＝eq\f(1,2)gteq\o\al(2,0)，解得t0＝0.4s，此时击中木板的水平速度v1＝eq\f(1.0,0.4)m/s＝2.5m/s，v0＝10m/s＞2.5m/s，所以飞刀越过木板上端．由h＝eq\f(1,2)gt2得1.8m＝eq\f(1,2)×10m/s2×t2，解得t＝0.6s，故选项A错误；飞刀能击中木板的最小初速度为v2＝eq\f(1.0m,0.6s)≈1.67m/s，故水平初速度v0＝1m/s时，飞刀不能击中木板，飞刀做平抛运动的时间t＝0.6s，选项B正确，C错误；若飞刀击中木板，其时间t′＝eq\f(l,v0)＝eq\f(1.0m,v0)，此时竖直分速度vy＝gt′＝eq\f(g,v0)，由平行四边形定则，击中木板的速度v＝eq\r(v\o\al(2,0)＋v\o\al(2,y))＝eq\r(v\o\al(2,0)＋\f(100,v\o\al(2,0)))≥2eq\r(5)m/s，选项D正确．13.解析(1)根据匀变速直线运动公式，有L＝eq\f(v\o\al(2,B)－v\o\al(2,A),2a)＝100m(2)根据动量定理，有I＝mvB－mvA＝1800N·s(3)运动员经C点时的受力分析如图所示根据牛顿第二定律，有FN－mg＝meq\f(v\o\al(2,C),R)根据动能定理，运动员在BC段运动的过程中，有mgh＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,C)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)联立解得FN＝3900N答案(1)100m(2)1800N·s(3)受力图如解析图所示3900N14．解析(1)v1＝36km/h＝10m/s，取速度v1的方向为正方向，根据动量定理有－I0＝0－m1v1将已知数据代入解得I0＝1.6×104N·s由冲量定义有I0＝F0t1将已知数据代入解得F0＝1.6×105N.(2)设试验车和汽车碰撞后获得共同速度v，由动量守恒定律有m1v1＋m2v2＝(m1＋m2)v对试验车，由动量定理有－Ft2＝m1v－m1v1将已知数据代入解得F＝2.5×104N可见F＜F0，故试验车的安全气囊不会爆开．答案(1)1.6×104N·s1.6×105N(2)见解析15．解析(1)由匀加速运动公式可得a＝eq\f(v2,2x)＝9×105m/s2，由安培力公式得：F＝BIl＝kI2l由牛顿第二定律可得：F＝ma，联立可得电源的供电电流为I＝eq\r(\f(ma,kl))＝8.5×105A.(2)电源输出的能量有4%转换为滑块的动能，则有：PΔtη＝eq\f(1,2)mv2，发射过程电源的供电时间