高考物理二轮复习专练2物理学中的stse问题__联系实际含答案

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专练2　物理学中的STSE问题——联系实际(时间：40分钟)考生在学习高中物理时要注重理论联系实际，注意物理与生产、生活及科技发展的联系，关注物理学的技术在社会中的应用，培养社会参与意识和社会责任感，完成从“解题”向“解决问题”思路的转变．  1.蓝牙是一种无线技术标准，可实现各种设备之间的短距离数据交换．某同学用安装有蓝牙设备的玩具车A、B进行实验，如图所示，在距离为d＝6 m的两条平直轨道上，O1O2的连线与轨道垂直，A车自O1点从静止开始以加速度a＝2 m/s2向右做匀加速直线运动，B车自O2点前方s＝3 m处的O3点以速度v0＝6 m/s向右做匀速直线运动．已知当两车间的距离超过10 m时，两车无法实现通信，忽略信号传递的时间．若两车同时出发，则两车能通信的时间为(　　)A．1 s  B．5 sC．(2＋3) s  D．(2－1) s2.来自太阳的带电粒子会在地球的两极引起极光．带电粒子与地球大气层中的原子相遇，原子吸收带电粒子的一部分能量后，立即将能量释放出来就会产生奇异的光芒，形成极光．极光的光谱线波长范围约为310 nm～670 nm.据此推断以下说法错误的是(　　)A．极光光谱线频率的数量级约为1014 HzB．极光出现在极地附近与带电粒子受到洛伦兹力有关C．原子从高能级向低能级跃迁时会产生极光D．对极光进行光谱分析可以鉴别太阳的组成成分3．(多选)2020年5月5日18时，为我国载人空间站工程研制的长征五号B运载火箭在海南文昌首飞成功，长征五号B以长征五号运载火箭为基础改进研制而成，主要承担着我国空间站舱段等重大航天发射任务，是目前我国近地轨道运载能力最大的火箭．以下判断中正确的是(　　)A．长征五号B运载火箭选在纬度较低的海南文昌发射场发射，是为了充分利用地球自转的线速度B．长征五号B运载火箭在加速升空时推力大于重力，返回舱减速返回地面时推力将小于重力C．近地卫星运行的加速度小于地球赤道上物体的加速度D．利用长征五号B运载火箭发射载人飞船试验船时，发射速度应大于或等于7.9 km/s，小于11.2 km/s4.2019年5月17日23点48分，长征三号丙运载火箭在西昌卫星发射中心成功发射我国北斗卫星导航系统第45颗卫星(北斗二号GEO­8卫星)．该卫星是我国北斗区域导航卫星系统的第4颗备份卫星，属于地球静止同步轨道卫星．至此，北斗二号卫星导航系统圆满收官．则北斗二号GEO­8卫星在轨道运行时，其(　　)A．线速度大于第一宇宙速度B．角速度大于月球绕地球运行的角速度C．向心加速度大于地面的重力加速度D．每隔24 h都会有两次经过赤道上空5．(多选)如图甲为新能源电动汽车的无线充电原理图，M为匝数n＝50匝、电阻r＝1.0 Ω的受电线圈，N为送电线圈．当送电线圈N接交变电流后，在受电线圈内产生了与线圈平面垂直的磁场，其磁通量Φ随时间t变化的规律如图乙．下列说法正确的是(　　)A．受电线圈产生的电动势的有效值为10 VB．在t1时刻，受电线圈产生的电动势为20 VC．在t1～t2内，通过受电线圈的电荷量为4×10－2 CD．在t1～t2内，通过受电线圈的电荷量为2×10－2 C6.水刀切割具有精度高、无热变形、无毛刺、无需二次加工以及节约材料等特点，得到广泛应用．某水刀切割机床如图所示，若横截面直径为d的水流以速度v垂直射到要切割的钢板上，碰到钢板后水的速度可视为零，已知水的密度为ρ，则钢板受到水的冲力大小为(　　)A．πρd2v  B．πρd2v2C.πρd2v  D.πρd2v27.如图所示是网球发球机，某次室内训练时将发球机放置于某一竖直墙面前，然后向墙面发射网球．假定网球水平射出，某两次射出的网球a、b运动轨迹如图虚线所示，碰到墙面时与水平方向夹角分别为30°和60°、若不考虑网球在空中受到的阻力，则a、b两球(　　)A．a球初速度较大B．a球在空中飞行的时间较长C．a球碰到墙面时速度较大D．a球速度变化量较大8.2020年6月25日端午节当天受对流天气的影响，河北省许多地区都遭遇了第二场冰雹，巨大冰雹向河北大地袭击而来，十分急促．出行的人有的被冰雹砸伤．冰雹一般自4 000 m～20 000 m的高空下落，是阵发性的灾害性天气，超过5 cm的冰雹不间断打击头部，就会导致昏迷．若冰雹竖直下落过程中受到的空气作用力与速度平方成正比，比例系数k＝0.000 4 kg/m，一块质量m＝36 g的冰雹(可认为过程中质量始终保持不变)自4 000 m高空下落，落地前已达到下落的最大速度．求：(1)冰雹下落的最大速率vm；(2)当下落速度v＝10 m/s时的加速度a大小；(3)下落过程中克服空气作用力所做的功Wf.          9.如图所示是某科技小组制作的嫦娥四号模拟装置，用来演示嫦娥四号空中悬停和着陆后的分离过程，它由着陆器和巡视器两部分组成，其中着陆器内部有喷气发动机，底部有喷气孔，在连接巡视器的一侧有弹射器．演示过程：先让发动机竖直向下喷气，使整个装置竖直上升至某个位置处于悬停状态，然后让装置慢慢下落到水平面上，再启动弹射器使着陆器和巡视器瞬间分离，两者向相反方向做减速直线运动．若两者均停止运动时相距为L，着陆器(含弹射器)和巡视器的质量分别为M和m，与水平面间的动摩擦因数均为μ，重力加速度为g，发动机喷气口截面积为S，喷出气体的密度为ρ，不计喷出气体对整体质量的影响．求：(1)装置悬停时喷出气体的速度大小v；(2)弹射器给着陆器和巡视器提供的动能之和．            10．如图(a)为一除尘装置在竖直面内的截面示意图，塑料平板M、N的长度及它们间距离均为d.大量均匀分布的带电尘埃以相同的速度v0进入两板间，速度方向与板平行，每颗尘埃的质量均为m，带电荷量均为－q.当两板间同时存在垂直纸面向外的匀强磁场和垂直板向上的匀强电场(图中未画出)时，尘埃恰好匀速穿过两板；若撤去板间电场，并保持板间磁场不变，贴近N板入射的尘埃将打在M板右边缘，尘埃恰好全部被平板吸附，即除尘效率为100%；若撤去两板间电场和磁场，建立如图(b)所示的平面直角坐标系xOy，y轴垂直于板并紧靠板右端，x轴与两板中轴线共线，要把尘埃全部收集到位于P(2.5d，－2d)处的容器中，需在y轴右侧加一垂直于纸面向里的圆形匀强磁场区域．尘埃颗粒重力、颗粒间作用力、尘埃颗粒对板间电场和磁场的影响均不计．(1)求两板间磁场的磁感应强度的大小B1；(2)若撤去板间磁场，保持板间匀强电场不变，求此时除尘效率；(3)求y轴右侧所加圆形匀强磁场区域的磁感应强度大小B2的取值范围．          专练2　物理学中的STSE问题——联系实际1．解析：设经过时间t，两车相距s0，由运动学规律可知，A车的位移sA＝at2，B车的位移sB＝v0t，由几何关系有(sB＋s－sA)2＋d2＝s，当s0＝10 m时，则有t2－6t－3＝±8，解得t1＝1 s，t2＝5 s，t3＝(2＋3) s[t4＝(－2＋3) s，舍去]，分析知，两车通信的时间段为0～t1，t2～t3，故两车能通信的时间为Δt＝t1＋t3－t2＝(2－1) s，D项正确．答案：D解题攻略：本题的解答关键在于把生活情境转化为物理情境，再创设出相应的物理模型，即把题中的蓝牙技术先转化为运动情境，再创设出运动问题中的追及问题，由运动学规律及几何关系进行求解．2．解析：由f＝知，极光光谱线频率的最大值fmax＝＝ Hz≈9.7×1014Hz，极光光谱线频率的最小值fmin＝＝ Hz≈4.5×1014Hz，所以极光光谱线频率的数量级约为1014Hz，A项正确；来自太阳的带电粒子到达地球附近时，在地磁场的作用下有一部分带电粒子受洛伦兹力作用集中到地球南北两极，带电粒子与地球大气层中的原子相遇，原子吸收带电粒子的一部分能量后，立即将能量释放出来就会产生奇异的光芒，形成极光，所以极光出现在极地附近与带电粒子受到洛伦兹力有关，B项正确；地球大气层中的原子吸收来自太阳的带电粒子的一部分能量后，从高能级向低能级跃迁时会产生极光，故对极光进行光谱分析可以鉴别地球大气层的组成成分，C项正确，D项错误．答案：D3．解析：地球自转时纬度较低的位置对应的圆轨道半径较大，自转线速度较大，可以用来作为发射卫星的初速度，A项正确；长征五号B运载火箭在加速升空时推力大于重力，加速度向上，返回舱减速返回地面时加速度向上，推力还是大于重力，B项错误；卫星运行的角速度ω＝，故近地卫星的角速度大于同步卫星的角速度，地球赤道上物体的角速度与同步卫星的角速度相等，因此近地卫星的角速度大于赤道上物体的角速度，根据a＝ω2R可知，近地卫星运行的加速度大于地球赤道上物体的加速度，C项错误；利用长征五号B运载火箭发射载人飞船试验船时，发射速度应大于或等于7.9 km/s，但小于11.2 km/s，若超过11.2 km/s，但小于16.7 km/s，将会摆脱地球的引力成为环绕太阳运动的“人造行星”，D项正确．答案：AD解题攻略：天体运动中的STS类试题通常会结合最新的航天航空技术，以卫星或其他航天器为载体，考查万有引力定律在天体运动中的应用．解答该类试题关键在于剔除干扰因素，正确构建天体运动模型，利用天体运动的基本规律(万有引力定律)进行求解．4．解析：第一宇宙速度是近地飞行的线速度，则可知北斗二号GEO­8卫星的线速度小于第一宇宙速度，故A错误；由题意可知北斗二号GEO­8卫星是地球同步卫星，则其运行周期为24 h，小于月球绕地球运行的周期，根据ω＝可知其角速度大于月球绕地球运行的角速度，故B正确，D错误；在地球表面上的物体重力等于万有引力，即mg＝，可得地面的重力加速度为g＝，对北斗二号GEO­8卫星有m′a＝，得其向心加速度为a＝，则可知北斗二号GEO­8卫星的向心加速度小于地面的重力加速度，故C错误．答案：B5．解析：由图乙可知，T＝π×10－3 s，受电线圈的最大磁通量为Φm＝2.0×10－4 Wb，所以受电线圈产生的电动势最大值为：Em＝nΦm·＝50×2.0×10－4× V＝20 V，所以受电线圈产生的电动势的有效值为E＝＝10 V，故A正确；由图乙可知，t1时刻磁通量变化率为0，由法拉第电磁感应定律可知，此时受电线圈产生的电动势为0 V，故B错误；由公式q＝，代入数据解得：q＝＝ C＝2.0×10－2 C，故C错误，D正确．答案：AD6．解析：设t时间内有V体积的水打在钢板上，则这些水的质量为m＝ρV＝ρSvt＝πd2ρvt.以该部分水为研究对象，它受到钢板的作用力为F，以水运动的方向为正方向，由动量定理有Ft＝0－mv，解得F＝－＝－πρd2v2，由牛顿第三定律知，钢板受到水的冲力大小为πρd2v2，D项正确．答案：D解题攻略：解答本题关键在于根据题中物理情境，创新设计流体模型．解决流体问题通常可以采用微元法，即取一小段时间或距离进行分析，再巧妙利用所求物理量与时间或距离的关系，推算出所求物理量．7．解析：在平抛运动过程中，有：h＝gt2；x＝v0t；位移与水平方向夹角的正切值为：tan α＝＝；速度与水平方向夹角的正切值为：tan β＝＝.则有：tan β＝2tan α.在平抛运动中，有：h＝x·tan α＝x·.两球碰到墙面时与水平方向夹角分别为30°和60°，所以＝＝，由h＝gt2可得：＝＝，初速度：v0＝，可得：＝，所以a的初速度较大，而飞行的时间较小．故A正确，B错误；由于末速度：vt＝可知，＝＝，所以两球碰到墙面时速度大小相等，故C错误；a飞行的时间较短，由Δv＝gΔt可知a速度变化量较小，故D错误．答案：A8．解析：(1)冰雹的速度达到最大时，合力为零，根据平衡条件有：f＝kv＝mg代入数据得最大速度为vm＝ ＝ m/s＝30 m/s(2)根据牛顿第二定律则有：ma＝mg－kv2可得加速度为：a＝g－v2＝(10－×102) m/s2＝ m/s2(3)全过程中，由动能定理有：mv＝mgh－Wf代入数据可得：Wf＝1 423.8 J答案：(1)30 m/s　(2) m/s2　(3)1 423.8 J9．解析：(1)悬停时气体对模拟装置的作用力F＝(M＋m)g取Δt时间喷出的气体为研究对象，由动量定理得FΔt＝ρSvΔt×v解得v＝.(2)弹射过程水平方向动量守恒，则有mv1＝Mv2着陆器和巡视器做减速运动的过程中由动能定理得－μmgL1＝0－mv－μMgL2＝0－Mv又L＝L1＋L2弹射器提供的总动能Ek＝mv＋Mv联立解得Ek＝μMmgL.答案：(1) 　(2)μMmgL解题攻略：本题可以构建动量守恒的爆炸模型，即在弹射过程中，系统虽然所受的合外力不为0，但由于此时内力远大于外力，故系统的动量守恒．系统的动能由弹射器提供，再利用能量守恒定律求解．10.解析：(1)贴近N板入射的尘埃打在M板右边缘的运动轨迹如图甲所示由几何如识可知尘埃在磁场中的运动轨迹半径R1＝d尘埃在磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力得qv0B1＝解得B1＝.(2)电场、磁场同时存在时，尘埃做匀速直线运动，由平衡条件得qE＝qv0B1撤去磁场以后，尘埃颗粒在电场力的作用下做类平抛运动，当尘埃颗粒恰好离开电场时，在水平方向有d＝v0t在竖直方向有y＝at2加速度a＝解得y＝0.5d所以除尘效率η＝×100%＝50%.(3)设圆形磁场区域的半径为R0，尘埃颗粒在圆形磁场中做圆周运动的半径为R2，要把尘埃全部收集到位于P处的容器中，就必须满足R2＝R0另有qv0B2＝m如图乙，当圆形磁场区域过P点且与M板的延长线相切时圆形磁场区域的半径R0最小，磁感应强度B2最大，则有R0最小＝1.25d解得B2最大＝如图丙，当圆形磁场区域过P点且与y轴在M板的右端相切时圆形磁场区域的半径R0最大，磁感应强度B2最小，则有R0最大＝2.5d解得B2最小＝所以圆形磁场区域磁感应强度的大小B2的取值范围为≤B2≤.答案：(1)　(2)50%　(3)≤B2≤解题攻略：本题是电磁场中带电粒子的运动在科学技术中的应用，解答这类问题的突破口在于构建带电粒子在电场中和磁场中运动时的两种主要偏转模型，而带电粒子与磁场边界相切往往对应着其最值状态．