《教學考試》物理命題研究中心
STS問題專項練習
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1.如圖所示,水龍頭開口處A的直徑d1=2 cm,A離地面B的高度h=80 cm,當水龍頭打開時,從A處流出的水流速度v1=1 m/s,在空中形成一完整的水流束。則該水流束在地面B處的截面直徑d2約為(g取10 m/s2) ( )
A.2 cm B.0.98 cm
C.4 cm D.應大于2 cm,但無法計算
2.(2016·四川巴中市普通高中高三零診)某運動員做跳傘訓練,他從懸停在空中的直升機上由靜止跳下,跳離飛機一段時間后打開降落傘減速下落。他打開降落傘后的速度圖線如圖甲所示。降落傘用8根對稱的繩懸掛運動員,每根繩與中軸線的夾角均為α=37°,如圖乙所示。已知運動員的質(zhì)量為50 kg,降落傘的質(zhì)量也為50 kg,不計運動員所受的阻力,打開傘后傘所受阻力F阻與速度v成正比,即F阻=kv(g取10 m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)。則下列判斷正確的是 ( )
A.k=100 N·s/m
B.打開傘瞬間運動員的加速度a=20 m/s2,方向豎直向上
C.懸繩能夠承受的拉力至少為312.5 N
D.懸繩能夠承受的拉力至少為625 N
3.(多選)(2016·廣西欽州市欽南區(qū)期中質(zhì)量調(diào)研)“套圈”是一項老少皆宜的體育運動項目。如圖所示,水平地面上固定著3根直桿1、2、3,直桿的粗細不計,高度均為0.1 m,相鄰兩直桿之間的距離為0.3 m。比賽時,運動員將內(nèi)圓直徑為0.2 m的環(huán)沿水平方向拋出,剛拋出時環(huán)平面距地面的高度為1.35 m,環(huán)的中心與直桿1的水平距離為1 m。假設直桿與環(huán)的中心位于同一豎直面,且運動中環(huán)心始終在該平面上,環(huán)面在空中保持水平,忽略空氣阻力的影響,g取10 m/s2。以下說法正確的是 ( )
A.如果能夠套中直桿,環(huán)拋出時的水平初速度不能小于1.9 m/s
B.如以2 m/s的水平初速度將環(huán)拋出,就可以套中第1根直桿
C.如果能夠套中第2根直桿,環(huán)拋出時的水平初速度范圍在2.4 m/s到2.8 m/s之間
D.如環(huán)拋出的水平速度大于3.3 m/s,就不能套中第3根直桿
4.(多選)(2016·江西省上高二中月考)在一水平向右勻速運動的傳送帶的左端A點,每隔相同的時間T,輕放上一個相同的工件。已知工件與傳送帶間動摩擦因數(shù)為μ,工件質(zhì)量為m。經(jīng)測量,發(fā)現(xiàn)后面那些已經(jīng)和傳送帶達到相同速度的工件之間的距離均為L。已知重力加速度為g,下列判斷正確的有 ( )
5.(2016·廣東第二次大聯(lián)考)已知一質(zhì)量為m的物體靜止在北極與赤道時對地面的壓力差為ΔN,假設地球是質(zhì)量分布均勻的球體,半徑為R。則地球的自轉(zhuǎn)周期為 ( )
6.(多選)(2016·天津河北區(qū)質(zhì)量檢測)如圖所示是示波器的原理示意圖,電子經(jīng)電壓為U1的加速電場加速后,進入電壓為U2的偏轉(zhuǎn)電場,離開偏轉(zhuǎn)電場后打在熒光屏上的P點。P點與O點的距離叫偏轉(zhuǎn)距離。要提高示波器的靈敏度(即單位偏轉(zhuǎn)電壓U2引起的偏轉(zhuǎn)距離),應采用下列辦法中可行的是 ( )
A.提高加速電壓U1
B.增加偏轉(zhuǎn)極板a、b的長度
C.增大偏轉(zhuǎn)極板與熒光屏的距離
D.減小偏轉(zhuǎn)極板間的距離
7.(多選)(2016·寧夏石嘴山市第三中學四模)如圖甲是回旋加速器的工作原理圖。D1和D2是兩個中空的半圓金屬盒,它們之間有一定的電勢差,A處的粒子源產(chǎn)生的帶電粒子,在兩盒之間被電場加速。兩半圓盒處于與盒面垂直的勻強磁場中,所以粒子在半圓盒中做勻速圓周運動。若帶電粒子在磁場中運動的動能Ek隨時間t的變化規(guī)律如圖乙所示,不計帶電粒子在電場中的加速時間,不考慮由相對論效應帶來的影響,下列判斷正確的是 ( )
A.在Ek-t圖中應該有tn+1-tn=tn-tn-1
B.在Ek-t圖中應該有tn+1-tn<tn-tn-1
C.在Ek-t圖中應該有En+1-En=En-En-1
D.在Ek-t圖中應該有En+1-En<En-En-1
8.(2017·河北省定州中學周練)電動自行車是一種應用廣泛的交通工具,其速度控制是通過轉(zhuǎn)動右把手實現(xiàn)的,這種轉(zhuǎn)動把手稱“霍爾轉(zhuǎn)把”,屬于傳感器非接觸控制。轉(zhuǎn)把內(nèi)部有永久磁鐵和霍爾器件等,截面如圖甲所示。開啟電源時,在霍爾器件的上、下面之間加一定的電壓,形成電流,如圖乙所示。隨著轉(zhuǎn)把的轉(zhuǎn)動,其內(nèi)部的永久磁鐵也跟著轉(zhuǎn)動,霍爾器件能輸出控制車速的電壓,已知電壓與車速關系如圖丙所示。以下關于“霍爾轉(zhuǎn)把”敘述正確的是 ( )
A.為提高控制的靈敏度,永久磁鐵的上、下端分別為N、S極
B.按圖甲順時針轉(zhuǎn)動電動車的右把手,車速將變快
C.圖乙中從霍爾器件的左、右側(cè)面輸出控制車速的霍爾電壓
D.若霍爾器件的上、下面之間所加電壓正負極性對調(diào),將影響車速控制
9.(多選)(2016·吉林省實驗中學模擬)如圖所示,動圈式話筒能將聲音信號轉(zhuǎn)化為電流信號(交變電流),產(chǎn)生的電流信號再經(jīng)過阻抗變壓器后輸出到擴音機,阻抗變壓器除可進行阻抗匹配外,還可以減少信號沿導線傳輸過程中的電能損失。關于話筒內(nèi)的這只阻抗變壓器,下列說法中正確的是 ( )
A.阻抗變壓器是升壓變壓器,根據(jù)P=UI可知,升壓后傳輸電流會減小
D.根據(jù)P損=I2R可知,電線上損失的電能減小,I減小,U變大,所以一定是升壓變壓器
10.(2016·山東省淄博摸底考試)如圖甲所示,是建筑工地將樁料打入泥土中以加固地基的打夯機示意圖。打夯前先將樁料扶正立于地基之上。已知夯錘的質(zhì)量為M=450 kg,樁料的質(zhì)量為m=50 kg。每次打夯都通過卷揚機牽引將夯錘提升到距離樁頂h0=5 m處再釋放,讓夯錘自由下落,夯錘砸在樁料上并不彈起,而是隨樁料一起向下運動。樁料進入泥土后所受阻力隨打入深度h的變化關系如圖乙所示,直線斜率k=5.05×104N/m。每次電動機需用20 s的時間提升夯錘。提升夯錘時忽略加速和減速的過程,不計夯錘提升時的動能。g=10 m/s2,求:
(1)若卷揚機的工作效率為η=80%,則在每次提升夯錘的過程中,卷揚機的輸入功率(結(jié)果保留2位有效數(shù)字);
(2)打完第一夯后,樁料進入泥土的深度(假設打第一夯前,樁料未進入泥土)。
11.(2016·浙江省溫嶺市模擬)“太空粒子探測器”是安裝在國際空間站上的一種粒子物理試驗設備,用于探測宇宙中的奇異物質(zhì)。該設備的原理可簡化如下:如圖所示,輻射狀的加速電場區(qū)域邊界為兩個同心平行半圓弧面MN和M′N′,圓心為O,弧面MN與弧面M′N′間的電勢差設為U,在加速電場的右邊有一寬度為L的足夠長的勻強磁場,磁感應強度大小為B,方向垂直紙面向里,磁場的右邊界放有一足夠長的熒光屏PQ。假設太空中漂浮著質(zhì)量為m,電荷量為q的帶正電粒子,它們能均勻地吸附到MN圓弧面上,并被加速電場從靜止開始加速,不計粒子間的相互作用和其他星球?qū)αW右Φ挠绊憽?/p>
參考答案
2.C 【解析】由題圖甲可知,跳傘運動員最后做勻速運動,其末速度為v=5 m/s,由平衡條件得kv=2 mg,所以k=200 N·s/m,A項錯誤;打開降落傘瞬間對整體有kv0-2 mg=2 ma,a=30 m/s2,方向豎直向上,B項錯誤;設每根繩的拉力為F,在打開降落傘瞬間繩的拉力最大,以運動員為研究對象有8F cos37°-mg=ma,解得F=312.5 N,由牛頓第三定律得懸繩能承受的拉力至少為312.5 N,C項正確,D項錯誤。
3.BC 【解析】運動員將環(huán)沿水平方向拋出后做平拋運動,要能夠套中直桿,豎直方向下落的位移為1.25 m,則t=;如果能夠套中直桿,水平方向的位移x≥1 m-0.1 m=0.9 m,則故A項錯誤;要套中第2根直桿,水平方向的位移范圍為1.2~1.4 m 之間,根據(jù)可得,水平速度的范圍為,即2.4 m/s≤v0≤2.8 m/s,故C項正確;要套中第1根直桿,水平方向的位移范圍為0.9~1.1 m 之間,根據(jù)可得,水平速度的范圍為,即1.8 m/s≤v0≤2.2 m/s,則如以2 m/s的速度將環(huán)拋出,就可以套中第1根直桿,故B項正確;要使環(huán)套不中第3根直桿,則水平位移要大于1.7 m,則D項錯誤。
4.AD 【解析】工件在傳送帶上先做勻加速直線運動,然后做勻速直線運動,每個工件滑上傳送帶后運動的規(guī)律相同,可知L=v T,解得傳送帶的速度,故A項正確;設每個工件勻加速運動的時間為t,根據(jù)牛頓第二定律得工件的加速度為μg,根據(jù)v=v0+at,解得,故B項錯誤;工件與傳送帶相對滑動的路程為,則摩擦產(chǎn)生的熱量為,故C項錯誤;根據(jù)能量守恒定律得,傳送帶因傳送一個工件多消耗的能量,故D項正確。
5.A 【解析】在北極,物體所受的萬有引力F與支持力N1大小相等,在赤道處有,解得,A項正確。
6.BCD 【解析】電子經(jīng)加速后動能為Ek=eU1,加速后的速度為,經(jīng)偏轉(zhuǎn)電場的時間為,出偏轉(zhuǎn)電場的偏轉(zhuǎn)位移為以此示波器的靈敏度為,可知要提高靈敏度一是可以降低加速電壓,故A項錯誤,二是可以增長偏轉(zhuǎn)極板、減小偏轉(zhuǎn)極板間的距離或增大偏轉(zhuǎn)極板與熒光屏的距離,故B、C、D項正確。
8.B 【解析】由于在霍爾器件的上、下面之間加一定的電壓,形成電流,當永久磁鐵的上、下端分別為N、S極時,磁場與電子的移動方向平行,則電子不受洛倫茲力作用,那么霍爾器件不能輸出控制車速的電勢差,故A項錯誤;當按圖甲順時針轉(zhuǎn)動把手,導致霍爾器件周圍的磁場增加,那么霍爾器件輸出控制車速的電勢差增大,因此車速變快,故B項正確;根據(jù)題意,結(jié)合圖乙的示意圖,那么永久磁鐵的N、S極可能在左右側(cè)面,或在前、后表面,因此從霍爾器件輸出控制車速的電勢差,不一定在霍爾器件的左、右側(cè)面,也可能在前、后表面,故C項錯誤;當霍爾器件的上、下面之間所加電壓正、負極性對調(diào),從霍爾器件輸出控制車速的電勢差正、負號相反,但由圖丙可知,不會影響車速控制,故D項錯誤。
9.ACD 【解析】根據(jù)變壓器的作用是為了減小導線傳輸過程中電信號的損失可知,話筒內(nèi)的這只變壓器一定為升壓變壓器,因為P=UI,升壓后U變大,傳輸電流減小,導線上的損失減小,U損減小,A、C、D項正確。
10.(1)P=1.4×103W (2)h=1 m
【解析】(1)提升夯錘的過程中需克服重力做功W=Mgh0,卷揚機的輸入功率為,聯(lián)立帶入數(shù)據(jù)得到P=1.4×103W。
帶電粒子在電場中加速時,由動能定理得
從O點斜向下射入磁場時,OC為弦,到達熒光屏PQ時間最短(如圖所示),由幾何關系可知
OD=CD=OC=L 故θ=60°
(3)設粒子打在C點上方最遠點為E,此時圓弧與PQ屏相切于E點(如圖所示),
過圓心O1作OC的垂線O1G,在直角△OO1G中,
設粒子打在C點下方最遠點為F,此時粒子從O點豎直向下進入磁場,圓弧與PQ交于F點。