高考物理二轮复习 特色练5 物理学中的STSE问题（含解析）-人教版高三全册物理试题

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()A．A点的电场强度等于D点的电场强度B．B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D．A、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＝eq\f(P,f)，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：BC5．[2019·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21.6km/h的速度匀速进入识别区，ETC天线用了0.3s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0.7s，刹车的加速度大小为5m/sA．4.2mB．C．7.8mD．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0.3s时间内汽车匀速运动距离x1＝vt1＝6×0.3m＝1.8m，在司机的反应时间0.7s内汽车匀速运动距离x2＝vt2＝6×0.7m＝4.2m，刹车距离x3＝eq\f(v2,2a)＝3.6m，该ETC通道的长度约为x＝x1＋x2＋x3＝9.6m答案：D6．[2019·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θ(0<θ≤eq\f(π,2))，当模型飞机以角速度ω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meq\r(g2＋ω4L2sin2θ)D．若夹角θ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ω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F＝meq\r(g2＋ω4L2sin2θ)，选项C正确；由C项分析可知，当夹角θ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θ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＝eq\f(εrS,4πkd)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＝eq\f(Q,U)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，θ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：BC8．[2019·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O′A部分与桌面之间的距离为h，O′A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，eq\r(2gh)≤v0≤2eq\r(2gh).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()A．2πh2B．3πh2C．4πh2D．8πh2解析：设乒乓球做平抛运动的时间为t，则t＝eq\r(\f(2h,g)).当速度最大时，水平位移具有最大值xmax，xmax＝vmaxt＝2eq\r(2gh)×eq\r(\f(2h,g))＝4h，当速度最小时，水平位移具有最小值xmin，xmin＝vmint＝eq\r(2gh)×eq\r(\f(2h,g))＝2h，其中vmax、vmin为v0的最大值和最小值，又因为发球器O′A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3h≤x≤5h，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＝eq\f(1,4)×π[(5h)2－(3h)2]＝4πh2，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.eq\f(2\r(5)v,5Bd)B.eq\f(4\r(5)v,5Bd)C.eq\f(2\r(5)v,5Bh)D.eq\f(4\r(5)v,5Bh)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＝eq\f(\r(5)d,4)，由qvB＝eq\f(mv2,r)得eq\f(q,m)＝eq\f(v,Br)＝eq\f(4\r(5)v,5Bd).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x＝800m就有一红绿灯路口，绿灯持续时间Δt1＝60s，红灯持续时间Δt2＝40s，且下一路口绿灯总比前一路口绿灯晚Δt＝40s(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10s后，以加速度a＝1m/s2解析：(1)要连续过接下来的6个路口，则位移s＝6x＝4800汽车用时最短为6Δt，最长为6Δt＋Δt1由v＝eq\f(s,t)可得汽车最小速度为v1＝eq\f(s,6Δt＋Δt1)＝16m/s，最大速度为v2＝eq\f(s,6Δt)＝20m/s.(2)汽车从静止开始加速，由x0＝eq\f(v\o\al(2,1),2a)得加速运动的位移x0＝128加速运动的时间t0＝eq\f(v1,a)＝16s则到达下一路口匀速运动时间t1＝eq\f(x－x0,v1)＝42s即到达下一路口所用总时间为t总＝t0＋t1＋10s＝68s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t2＝eq\f(x,v1)＝50s故到达第3个路口所需的时间为118s，此时该路口为绿灯到达第4个路口所需的时间为168s，此时该路口为绿灯到达第5个路口所需的时间为218s，此时该路口为绿灯到达第6个路口所需的时间为268s，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)16m/s20m/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t＝0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(n＝1,2,3，…)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＝eq\f(mg＋qE,m)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vB＝eq\f(v2,sin60°)＝eq\f(2\r(3),3)v2.(2)小球在B点沿电场方向的速度大小vy＝eq\f(v2,tan60°)＝eq\f(\r(3),3)v2，vy＝atAB解得tAB＝eq\f(\r(3)mv2,3mg＋qE).(3)小球竖直位移y＝eq\f(1,2)vytAB解得y＝eq\f(mv\o\al(2,2),6mg＋qE)A、B两点间的电势差UAB＝Ey解得UAB＝eq\f(mEv\o\al(2,2),6mg＋qE).(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Ln＝vn·eq\f(T,2)＝eq\f(vn,2f)又eq\f(1,2)mveq