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1、第 - 1 - 页 共 9 页 特色练特色练 5 物理学中的 物理学中的 STSE 问题问题 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
2、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：ACD 2(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
3、第 - 2 - 页 共 9 页 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：CD 3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
4、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：C 4(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
5、， “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 2：1 C“复兴号”列车 8 动车和 8 拖车的配置如果改为 10 动车和 6 第 - 3 - 页 共 9 页 拖车的配置，最大速度将提高到原来的
6、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 P f 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：BC 52019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
7、/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 m C7.8 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
8、.2 m， 刹车距离 x3 3.6 m，该 ETC 通道的长度约为 xx1x2x39.6 m，所以只有 v2 2a 选项 D 正确 答案：D 62019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 第 - 4 - 页 共 9 页 旋臂上，旋臂与竖直方向夹角为 (0 )，当模型飞机以角速度 绕 2 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 mg24L2sin2 D若夹角 增大，则旋臂对模型飞机的
9、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g24L2sin2 大时，旋臂对模型飞机的作用力增大，选项 D 错误 答案：C 7(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
10、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 第 - 5 - 页 共 9 页 积减小，由 C可知对应电容减小，电压不变时，电容器带电荷 rS 4kd 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 Q U 变，正对面积减小，则动片正在旋
11、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：BC 82019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，2gh v02.设发射
12、出去的所有乒乓球都能落到桌面上，乒乓球可视2gh 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 B3h2 C4h2 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， 2h g 水平位移具有最大值 xmax，xmaxvmaxt24h，当速度最2gh 2h g 小时，水平位移具有最小值 xmin，xminvmint2h，其中2gh 2h g 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
13、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 1 4 答案：C 第 - 6 - 页 共 9 页 9一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
14、，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. 2 5v 5Bd 4 5v 5Bd C. D. 2 5v 5Bh 4 5v 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，由 qvB得 . 5d 4 mv2 r q m v Br 4 5v 5Bd 答案：B 10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
15、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)? 第 - 7 - 页 共 9 页 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
16、汽车最小速度为 v116 m/s，最大速度为 v2 s t s 6tt1 20 m/s. s 6t (2)汽车从静止开始加速，由 x0得 v2 1 2a 加速运动的位移 x0128 m 加速运动的时间 t016 s v1 a 则到达下一路口匀速运动时间 t142 s xx0 v1 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 t2 50 s x v1 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
17、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/s 20 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
18、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 第 - 8 - 页 共 9 页 (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
19、场中受电场力和重力作用，根据牛顿第二定律 有 amgqE 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 vBv2. v2 sin 60 23 3 (2)小球在B点沿电场方向的速度大小vyv2， vyatAB v2 tan 60 3 3 解得 tAB. 3mv2 3mgqE (3)小球竖直位移 y vytAB 1 2 解得 y mv2 2 6mgqE A、B 两点间的电势差 UABEy 解得 UAB. mEv2 2 6mgqE (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LnvnT 2 v n 2f 又 mv mv (n1)qU0(n1,2,3，) 1 2 2 n 1 2 2 1 即 vn 2n1qU0 m v2 1 则 Ln (n1,2,3，) 1 2f 2n1qU0 m v2 1 答案：(1)v2 (2) (3) 23 3 3mv2 3mgqE mEv2 2 6mgqE 第 - 9 - 页 共 9 页 (4) (n1,2,3，) 1 2f 2n1qU0 m v2 1