特色練5物理學(xué)中的STSE問題1．(多選)2018年5月21日，我國用長征四號丙運(yùn)載火箭，成功將嫦娥四號任務(wù)“鵲橋”號中繼星發(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，會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)的拉格朗日點(diǎn)L2，與月球同步繞地球運(yùn)行，相對靜止并非平衡態(tài)，地球和月球的引力之和提供其所需向心力，B錯誤；在地月連線上也存在一個拉格朗日點(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：ACD2．(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)的電勢高于C點(diǎn)的電勢C．將一正電荷從A點(diǎn)移動到B點(diǎn)，電勢能減小D．A、B間的電勢差等于A、C間的電勢差解析：B與C位于同一等勢面內(nèi)，電勢相等．答案：CD3．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，動力大小大于總重力B．水平加速前進(jìn)，動力方向與運(yùn)動方向相同C．水平勻速飛行，動力大小大于總重力D．垂直加速起飛，動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)，動力大小等于總重力，選項A錯誤；水平加速前進(jìn)，根據(jù)牛頓第二定律可知，動力方向指向斜向上方向，與運(yùn)動方向不相同，選項B錯誤；水平勻速飛行，動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，動力大小大于總重力，選項C正確；垂直加速起飛，動能增大，由動能定理可知，動力做功大于克服重力和空氣阻力做的功，選項D錯誤．答案：C4．(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”在北京南站正式上線運(yùn)營．長編組“復(fù)興號”列車由動車和拖車編組而成，提供動力的車廂叫動車，不提供動力的車廂叫拖車，“復(fù)興號”列車由16節(jié)車廂組成，其中第1、2、5、6、9、10、13、14節(jié)車廂為動車，其余為拖車．假設(shè)各車廂質(zhì)量均相等，每節(jié)動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”列車做勻加速直線運(yùn)動，一位乘客單手持手機(jī)瀏覽網(wǎng)頁時，手對手機(jī)的力的方向與車廂運(yùn)動的方向相同B．“復(fù)興號”列車做勻加速直線運(yùn)動時，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2：1C．“復(fù)興號”列車8動車和8拖車的配置如果改為10動車和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”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，此過程中人對列車做了負(fù)功解析：手機(jī)受重力和手對其的作用力，合力與車廂運(yùn)動方向相同，因此選項A錯誤；以列車整體為研究對象，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B正確；列車最大速度vmax＝eq\f(P,f)，選項C正確；不能只看推力方向，必須分析人對列車的合力方向．然后判斷做功的正負(fù)，分析得選項D錯誤．答案：BC5．[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通道的長度是識別區(qū)起點(diǎn)到自動欄桿的水平距離．某汽車以21.6km/h的速度勻速進(jìn)入識別區(qū)，ETC天線用了0.3s的時間識別車載電子標(biāo)簽，識別完成后發(fā)出“滴”的一聲，司機(jī)發(fā)現(xiàn)自動欄桿沒有抬起，于是采取制動剎車，汽車剛好沒有撞桿．已知司機(jī)的反應(yīng)時間為0.7s，剎車的加速度大小為5m/sA．4.2mB．C．7.8mD．解析：汽車的運(yùn)動過程分為兩個階段，在識別時間內(nèi)和司機(jī)反應(yīng)時間內(nèi)汽車做勻速運(yùn)動，然后減速剎車．在識別車載電子標(biāo)簽的0.3s時間內(nèi)汽車勻速運(yùn)動距離x1＝vt1＝6×0.3m＝1.8m，在司機(jī)的反應(yīng)時間0.7s內(nèi)汽車勻速運(yùn)動距離x2＝vt2＝6×0.7m＝4.2m，剎車距離x3＝eq\f(v2,2a)＝3.6m，該ETC通道的長度約為x＝x1＋x2＋x3＝9.6m答案：D6．[2019·遼寧大連二模]游樂場有一種叫做“快樂飛機(jī)”的游樂項目，其簡化模型如圖所示．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≤eq\f(π,2))，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)動時，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．旋臂對模型飛機(jī)的作用力方向一定與旋臂垂直C．旋臂對模型飛機(jī)的作用力大小為meq\r(g2＋ω4L2sin2θ)D．若夾角θ增大，則旋臂對模型飛機(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)動時，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A錯誤；旋臂對模型飛機(jī)的作用力方向可以與旋臂不垂直，這個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，選項B錯誤；由力的合成可知，旋臂對模型飛機(jī)的作用力大小為F＝meq\r(g2＋ω4L2sin2θ)，選項C正確；由C項分析可知，當(dāng)夾角θ增大時，旋臂對模型飛機(jī)的作用力增大，選項D錯誤．答案：C7．(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變小，表明兩極板間正對面積減小，由C＝eq\f(εrS,4πkd)可知對應(yīng)電容減小，電壓不變時，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；圖乙中兩極間的電荷量不變，若電壓正在增加，由C＝eq\f(Q,U)可知電容正在減小，板間距離不變，正對面積減小，則動片正在旋出，θ正在變大，B對；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；圖丁中兩極間的電壓、極板正對面積不變，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．答案：BC8．[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平桌面上，可繞豎直轉(zhuǎn)軸OO′轉(zhuǎn)動，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，eq\r(2gh)≤v0≤2eq\r(2gh).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．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，持續(xù)發(fā)射足夠長時間后，乒乓球第一次與桌面碰撞區(qū)域的面積S是()A．2πh2B．3πh2C．4πh2D．8πh2解析：設(shè)乒乓球做平拋運(yùn)動的時間為t，則t＝eq\r(\f(2h,g)).當(dāng)速度最大時，水平位移具有最大值xmax，xmax＝vmaxt＝2eq\r(2gh)×eq\r(\f(2h,g))＝4h，當(dāng)速度最小時，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為v0的最大值和最小值，又因為發(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)域是一個圓心角為90°的寬度為2h的環(huán)形帶狀區(qū)域，其面積為S＝eq\f(1,4)×π[(5h)2－(3h)2]＝4πh2，故選項A、B、D錯誤，C正確．答案：C9．一束發(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)于軸線對稱的速度大小均為v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)域正對電子槍左右兩側(cè)對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)過磁場后會聚于一點(diǎn)P，則電子的比荷為()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：根據(jù)磁聚焦的對稱性特點(diǎn)作出運(yùn)動軌跡，然后根據(jù)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．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間，緩解交通壓力．某直線路段每間隔x＝800m就有一紅綠燈路口，綠燈持續(xù)時間Δt1＝60s，紅燈持續(xù)時間Δt2＝40s，且下一路口綠燈總比前一路口綠燈晚Δt＝40s(1)某汽車在某路口綠燈剛亮起時剛好到達(dá)，且做勻速直線運(yùn)動，并能連續(xù)通過接下來的6個路口，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10s后，以加速度a＝1m/s2解析：(1)要連續(xù)過接下來的6個路口，則位移s＝6x＝4800汽車用時最短為6Δt，最長為6Δt＋Δt1由v＝eq\f(s,t)可得汽車最小速度為v1＝eq\f(s,6Δt＋Δt1)＝16m/s，最大速度為v2＝eq\f(s,6Δt)＝20m/s.(2)汽車從靜止開始加速，由x0＝eq\f(v\o\al(2,1),2a)得加速運(yùn)動的位移x0＝128加速運(yùn)動的時間t0＝eq\f(v1,a)＝16s則到達(dá)下一路口勻速運(yùn)動時間t1＝eq\f(x－x0,v1)＝42s即到達(dá)下一路口所用總時間為t總＝t0＋t1＋10s＝68s此時下一路口為綠燈，以后每兩紅綠燈路口之間用時相等，為t2＝eq\f(x,v1)＝50s故到達(dá)第3個路口所需的時間為118s，此時該路口為綠燈到達(dá)第4個路口所需的時間為168s，此時該路口為綠燈到達(dá)第5個路口所需的時間為218s，此時該路口為綠燈到達(dá)第6個路口所需的時間為268s，此時該路口為紅燈故該汽車可連續(xù)地通過5個路口．答案：(1)16m/s20m/11．如圖甲所示的裝置是由直線加速器改裝而成的，由N個長度逐個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)間的電勢差UMN隨時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時刻小球以速度v1進(jìn)入第一個圓筒左端，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個方向豎直向下、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)動到B的時間tAB；(3)求A、B兩點(diǎn)間的電勢差UAB；(4)為使小球從A點(diǎn)射出時獲得最大能量，各個圓筒的長度應(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＝eq\f(mg＋qE,m)小球在從A到B的過程中做類平拋運(yùn)動，將小球在B點(diǎn)的速度分解可知vB＝eq\f(v2,sin60°)＝eq\f(2\r(3),3)v2.(2)小球在B點(diǎn)沿電場方向的速度大小vy＝eq\f(v2,tan60°)＝eq\f(\r(3),3)v2，vy＝atAB解得tAB＝eq\f(\r(3)mv2,3mg＋qE).(3)小球豎直位移y＝eq\f(1,2)vytAB解得y＝eq\f(mv\o\al(2,2),6mg＋qE)A、B兩點(diǎn)間的電勢差UAB＝Ey解得UAB＝eq\f(mEv\o\al(2,2),6mg＋qE).(4)第n個圓筒的長度記為Ln.為了使小球獲得最大能量，要求小球每次穿過縫隙時，前一個圓筒的電勢比后一個圓筒的電勢高，這就要求小球穿過每個圓筒的時間恰好等于交變電流的半個周期，則Ln＝vn·eq\f(T,2)＝eq\f(vn,2f)又eq\f(1,2)mveq