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1专题15新情景问题2019年高三二模、三模物理试题分项解析（III）一．选择题1．有消息称：中国羽毛球运动员在一档节目上演示了一把高速度杀球，轻小的羽毛球被快速击出后瞬间将西瓜冲撞爆裂！据测羽毛球的速度高达300km/h，羽毛球的质量介于4.74g～5.50g之间，经分析，下列说法中正确的是()A．这则消息一定是假的，因为羽毛球很轻小，不可能使西瓜爆裂B．这则消息一定是假的，因为击出的羽毛球速度虽然高，但其能量却很小C．这则消息可能是真的，俗话说无快不破，羽毛球虽然很轻小，但速度很高D．这则消息可能是真的，西瓜是否被撞击爆裂取决于羽毛球对西瓜的冲击力大小2.（2019四川百校冲刺）2019年1月3日，“嫦娥四号”月球探测器顺利着陆在月球背面，成为人类首颗软着陆月背的探测器。着陆前，探测器先在距月面高度约为100km的环月段圆轨道Ⅰ上运行；然后在A点实施变轨，使运行轨道变为远月点A高度约为100km，近月点P高度约为15km的环月段椭圆轨道Ⅱ；再在P点实施制动，降落到月球上。设“嫦娥四号”在轨道她月转移道Ⅰ和轨道Ⅱ上运动时，只受到月球的万有引力，下列说法正确的是A．“嫦娥四号”在实施制动减速下降阶段，其机械能减小B．“嫦娥四号”探测器的发射速度大于地球的第二宇宙速度C．“嫦娥四号”在地月转移段上经过A点的速度小于在轨道Ⅰ上经过A点的速度D．若已知引力常量、“嫦娥四号”在轨道Ⅰ的运动半径和周期，则可算出月球的质量二．计算题1．(12分)如图21为某种质谱仪结构的截面示意图．该种质谱仪由加速电场、静电分析器、磁分析器及收集器组成．静电分析器中存在着径向的电场，其中圆弧A上每个点的电势都相等．磁分析器中存在一个边长为d的正方形区域匀强磁场．离子源不断地发出电荷量为q、质量为m、初速度不计的离子，离子经电压为U的电场加速后，从狭缝S1沿垂直于MS1的方向进入静电分析器，沿圆弧A运动并从狭缝S2射出静电分析器，而后以垂直MS2的方向进入磁场中，最后进入收集器．已知圆弧A的半径为d2，磁场的磁感应强度B＝22mUqd2，忽略离子的重力、离子之间的相互作用力、离子对场的影响和场的边缘效应．求：图21(1)离子到达狭缝S1的速度大小；(2)静电分析器中等势线A上各点的电场强度E的大小；(3)离子离开磁场的位置．2．(12分)如图22是一种回旋式加速器的简化模型图，半径为R的真空圆形区域内存在垂直纸面的匀强磁场，磁感应强度为B，圆心O正下方P点处有一极窄的平行金属板，两板间加有脉冲电压用于加速电子，电压为U.电子由金属板间右侧小孔飘入(初速度视为零)，经加速后，水平向左射入磁场，当电子加速到需要的速度时，通过磁屏蔽导流管MN将电子沿导流管轴线引出．导流管可沿PQ直线平移，其N端始终在PQ线上，PQ与水平线EF之间的夹角为θ.已知电子的质量为m，电荷量大小为e，OP＝23R，不计电子重力、电子加速时间及其做圆周运动产生的电磁辐射，不考虑相对论效应．求：图22(1)为了使电子获得最大速度，磁场的方向；(2)电子能获得的最大速度；(3)导流管MN与水平线EF之间的夹角；(4)电子从开始加速，直至以最大速度引出，在磁场中运动所需的时间．3.(18分)（2019湖南长沙雅礼中学模拟）随着科学技术水平的不断进步，相信在不远的将来人类能够实现太空移民。为此，科学家设计了一个巨型环状管道式空间站。空间站绕地球做匀速圆周运动，人们生活在空间站的环形管道中，管道内部截面为圆形，直径可达几千米，如图(a)所示。已知地球质量为M，地球半径为R，空间站总质量为m，G为引力常量。3(1)空问站围绕地球做圆周运动的轨道半径为2R，求空间站在轨道上运行的线速度大小;(2)为解决长期太空生活的失重问题，科学家设想让空间站围绕通过环心并垂直于圆环平面的中心轴旋转，使在空问站中生活的人们获得“人工重力”。该空间站的环状管道内侧和外侧到转动中心的距离分别为r1、r2，环形管道壁厚度忽略不计，如图(b)所示。若要使人们感受到的“人工重力”与在地球表面上受到的重力一样(不考虑重力因地理位置不同而产生的差异且可认为太空站中心轴睁止)，则该空间站的自转周期应为多大:(3)为进行某项科学实验，空间站需将运行轨道进行调整，先从半径为2R的圆轨道上的A点(近地点)进行第一次调速后进人椭圆轨道。当空间站经过椭圆轨道B点(远地点)时，再进行第二次调速后最终进人半径为3R的圆轨道上。若上述过程忽略空间站质量变化及自转产生的影响，且每次调速持续的时间很短。①请说明空间站在这两次调速过程中，速度大小是如何变化的；②若以无穷远为引力势能零点，空间站与地球间的引力势能为PMmEGr，式中r表示空间站到地心的距离，求空间站为完成这一变轨过程至少需要消耗多少能量。4.（2019四川成都1七中模拟）无线充电技术已经广泛应用于日常生活中，图甲是手机无线充电原理图，经简化后如图乙所示．设线圈处丁平行于线圈轴线的匀强磁场中，磁感应强度随时间变化规律如图丙所示（设磁场方向垂直纸面向里为正方向），虚线框内是整流电路，其作用是使流过电流表的电流方向始终向右，其他影响忽略不计．已知线圈匝数n=100匝，线圈面S=l×l0-3m2，电流表示数为1A，充电电池内阻r=0.5Ω，充电电池容量为2000mAh(1mAh=3.6C)，设充电过程中电流恒定，充电前电池电量为零．求：(1)在0至0.5×10-2s时间内，线圈产生的感应电动势大小以及线圈中感应电流的方向；4(2)充电电池的发热功率；(3)将充电电池电量充满需要多长时间．5.(2019·洛阳联考)某同学在学习电磁感应后，认为电磁阻尼能够承担电梯减速时大部分制动的负荷，从而减小传统制动器的磨损。如图甲所示，是该同学设计的电磁阻尼制动器的原理图。电梯箱与配重质量都为M，通过高强度绳子套在半径为r1的承重转盘上，且绳子与转盘之间不打滑。承重转盘通过固定转轴与制动转盘相连。制动转盘上固定了半径为r2和r3的内外两个金属圈(如图乙)，金属圈内阻不计。两金属圈之间用三根互成120°的辐向导体棒连接，每根导体棒电阻均为R。制动转盘放置在一对励磁线圈之间，励磁线圈产生垂直于制动转盘的匀强磁场(磁感应强度为B)，磁场区域限制在120°辐向角内，如图乙阴影区所示。若电梯箱内放置质量为m的货物一起以速度v匀速竖直上升，电梯箱离终点(图中未画出)高度为h时关闭动力系统，仅开启电磁制动，一段时间后，电梯箱恰好到达终点。(1)若在开启电磁制动瞬间，三根金属棒的位置刚好在图乙所示位置，则此时制动转盘上的电动势E为多少？此时a与b之间的电势差有多大？(2)若忽略转盘的质量，且不计其他阻力影响，则在上述制动过程中，制动转盘产生的热量是多少？(3)若要提高制动的效果，试对上述设计做出两处改进。6.（2019重庆4月模拟）图甲为某轻型起重机向房顶运输货物，其简图如图乙所示，一端有定滑轮的杆臂OA固定在O点，某次起重机以速度0v1m/s匀速向上提升质量m=1t的重物(可视为质点)，在重物离地面5.19Hm时钢绳突然断裂，此时一辆长l3m的搬砖车正以v0.5m/s的速度在图乙中CD方向运动，车头前端恰好处于重物正下方，搬砖车高5.1hm。g取10m/s2，不计空气阻力。求：（1）匀速提升重物的过程中起重机的输出功率；5（2）钢绳断裂时搬砖车司机立即加速，加速度至少为多大才能避免被重物砸中？7.（2019重庆4月模拟）在光滑绝缘水平轨道上有一弹簧左端系于A点，右端与质量为3m的小球1接触但不连接。现用外力推动小球1将弹簧压缩至弹性势能为EP=mgs（s为一定值）时静止释放，离开弹簧后与静止在P点质量为m、带电量为q（q＞0）的小球2发生弹性正碰（不发生电荷转移），碰后小球2从DB进入圆弧轨道，如图所示。BC是一段竖直墙面，DEF是固定在竖直平面内的一段光滑绝缘圆弧轨道，轨道上端D点的切线水平，B、D间距很小，可看作重合的点。圆心O与轨道下端F的连线与竖直墙面的夹角为53°。在BC右边整个空间有水平向左、场强qmgE43的匀强电场，小球2进入圆孤轨道之后恰好能沿着轨道DEF运动，一段时间后从轨道下端F处脱离，最后打在竖直墙面BC的C点。已知重力加速度为g，sin53°=0.8。求：（1）碰后小球2运动的速度；（2）轨道DEF的半径R；（3）小球2打在C点前瞬间的速度。8.（2019四川攀枝花三模）某课外活动小组为了研究遥控玩具小车的启动性能，进行了如图所示的实验。将玩具小车放在水平地面上，遥控使其从静止开始匀加速启动，经时间t关闭发动机，玩具小车滑行一段距离后停下来，测得玩具小车从启动到停下来发生的总位移x=6m。已知玩具小车的质量m=500g，匀加速过程中牵引力F=3N，运动过程中受到的阻力恒为车重的0.2倍，重力加速度为g取10m/s2，求t的值。