创新应用3物理与现代科学技术
C
2．在研发无人驾驶汽车的过程中，对比甲、乙两辆车的运动，两车在计时起点时刚好经过同一位置沿同一方向做直线运动，它们的速度随时间变化的关系如图所示，由图可知()A．甲车任何时刻加速度大小都不为零B．在t＝3s时，两车第一次相距最远C．在t＝6s时，两车又一次经过同一位置D．甲车在t＝6s时的加速度与t＝9s时的加速度相同B
【解析】速度－时间图像切线的斜率表示加速度，甲车的v－t图像的“波峰”“波谷”处切线的斜率为零，即所对应的时刻加速度为零，选项A错误；根据v－t图像与坐标轴围成的面积表示位移可知，在t＝3s时，两车第一次相距最远，选项B正确；在t＝6s时，两车又一次速度相等，由图分析可知，此时两车位移不相等，即不经过同一位置，选项C错误；甲车在t＝6s时的加速度与t＝9s时的加速度方向相反，选项D错误．
3．二十一世纪，能源问题是全球关注的焦点问题．新能源电动汽车在近几年发展迅速．下表给出的是某款电动汽车的相关参数：参数指标整车质量0～100km/h加速时间最大速度电池容量制动距离(100km/h～0)数值2000kg4.4s250km/h90kW·h40m
请从上面的表格中选择相关数据，重力加速度g取10m/s2，完成下列问题：(1)求汽车在从速度为100km/h到完全停止的制动过程(可视为匀变速运动过程)中的加速度大小(计算过程中100km/h近似为30m/s)；(2)若已知电动汽车电能转化为机械能的效率为η＝80%，整车在行驶过程中的阻力约为车重的0.05倍，试估算此电动汽车以20m/s的速度匀速行驶时的续航里程(能够行驶的最大里程)，并根据你的计算，提出提高电动汽车续航里程的合理化建议(至少两条)；
(3)若此电动汽车的速度从5m/s提升到20m/s需要25s，此过程中电动汽车获得的动力功率随时间变化的关系如图所示，整车在行驶过程中的阻力仍约为车重的0.05倍，求此加速过程中汽车行驶的路程(提示：可利用P－t图像计算动力对电动汽车做的功)．【答案】(1)11.25m/s2(2)①提高电动汽车的工作效率；②减小汽车行驶过程中的阻力；③提高电动汽车电池的容量(3)265m
4．飞行时间质谱仪研究，我国再获技术成果．其原理如图所示，它可以根据测出的带电粒子的飞行时间对气体分子进行分析．在真空状态下，脉冲阀P喷出微量气体，经激光照射产生不同正离子，这些正离子自a板小孔进入a、b间的加速电场，从b板小孔射出，沿中线方向进入M、N板间的方形区域，然后到达紧靠在其右侧的探测器，已知极板a、b间的电压为U0，间距为d，极板M、N正对且长度和间距均为L，测出某一离子从a板到b板的飞行时间为t，不计离子重力及经过a板时的初速度．
5．微观领域存在反粒子，反粒子组成的物质叫反物质．物质与反物质一旦接触便会湮灭，发生爆炸并产生巨大能量．质子带正电，反质子带等量负电．在真空中进行质子和反质子湮灭的一次实验中，利用如图所示的电磁场控制实验过程，在xOy坐标系第一象限有平行于x轴向左、电场强度大小未知的匀强电场，其他象限有垂直于纸面向里、磁感应强度大小未知的匀强磁场，C点在x轴上，A点在y轴上．质子在C点以速度v0垂直于x轴进入电场的同时，反质子在O点以某一速度沿x轴负方向进入磁场，它们在y轴上的A点相遇而湮灭．已知OC＝2d，OA＝d，质子和反质子质量为m，电荷量为q，不计粒子重力和粒子间相互作用的影响．
(1)求匀强电场的电场强度E和匀强磁场的磁感应强度B1的大小之比；(2)求反质子的速度v1；(3)若将第一象限的电场换成垂直于纸面向里的匀强磁场，该磁场的磁感应强度B2＝2B1，在不同的时刻分别释放质子和反质子，反质子的速度仍然为v1，要求反质子在穿越y轴进入第一象限时与第一次到达y轴的质子相遇而湮灭，则质子应从C点以多大的速度垂直于x轴进入第一象限？
题组2电磁驱动与阻拦6．超导电磁船是一种不需要螺旋桨推进的低噪音新型船，如图所示是电磁船的简化原理图，AB和CD是与电源相连的导体板，AB与CD之间的区域浸没在海水中并有垂直纸面向里的匀强磁场(磁场由固定在船上的超导线圈产生，其独立电路部分未画出)，以下说法正确的是()
7．“歼15”舰载机在“辽宁号”航空母舰上着舰阻拦技术的原理是，飞机着舰时利用阻拦索的作用力使它快速停止．随着电磁技术的日趋成熟，新一代航母将采用全新的电磁阻拦技术，它的原理是，飞机着舰时利用电磁作用力使它快速停止．为方便研究问题，我们将其简化为如图所示的模型．
在磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，两根平行金属轨道MN、PQ固定在水平面内，相距为L，电阻不计．轨道端点M、P间接有阻值为R的电阻．一个长为L、质量为m、阻值为r的金属导体棒cd垂直于MN、PQ放在轨道上，与轨道接触良好．质量为M0的飞机以水平速度v0迅速钩住金属棒cd上的绳索(绳索质量不计)，钩住之后关闭飞机上的动力系统且飞机与金属棒立即获得共同的速度．假如忽略摩擦等次要因素，飞机和金属棒组成的系统仅在安培力的作用下很快停下来．求：
(1)飞机钩住金属棒上的绳索后它们获得的共同速度v的大小；(2)飞机在阻拦减速过程中获得的加速度的最大值a；(3)从飞机钩住金属棒上的绳索到它们停下来的整个过程中飞机运动的距离x.
8．航空母舰是一种以舰载机为主要武器的大型水面作战平台，是世界上最庞大、最复杂、威力最强的武器之一．如图甲所示，舰载机起飞技术是航母的最关键技术之一，据报道，目前我国已经成功完成了所有相关实验，成为世界上仅有的几个拥有航母舰载机电磁弹射技术的国家之一．
I0为导轨中电流大小，r为该点到这条通电导轨的距离，试证明MN的中点附近单位长度d0的电枢所受的安培力大小与电流的二次方成正比(不考虑电枢MN对磁场的影响)；(3)在某次实际舰载机弹射过程中，电枢所受到的安培力可以简化为F＝L′I2，L′＝6.4×10－3N/A2称为电感梯度，舰载机质量为30t，远大于电枢质量，发动机提供推力的等效功率为4500kW，在弹射过程中受到的阻力为重力的0.1倍，经过90m长的加速距离，速度即达到324km/h，从而完成起飞，重力加速度g取10m/s2，试估算在此弹射过程中流经电枢MN的电流大小．
9．高斯枪是一种利用电磁驱动将子弹发射出去的装置，其原理简图如图甲．当扣动扳机，线圈里面流过按如图乙变化的脉冲电流时，产生的磁力就会将金属子弹弹射出去．
(3)在不改变子弹的情况下，若要提高子弹发射速度，请对如何改进发射装置提出至少两条建议．
A
11．(多选)我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功发射“嫦娥四号”探测器，“嫦娥四号”经过多次变轨，降落在月球背面．如图所示为某次变轨时的示意图，轨道Ⅰ为绕月运行的椭圆轨道，轨道Ⅱ为绕月运行的圆轨道，两轨道相切于P点，下列说法正确的是()
A．“嫦娥四号”在轨道Ⅰ上经过Q点时的速度小于在轨道Ⅰ上经过P点时的速度B．“嫦娥四号”在轨道Ⅰ上经过P点时的速度小于在轨道Ⅱ上经过P点时的速度C．“嫦娥四号”在轨道Ⅰ上经过P点时的加速度等于在轨道Ⅱ上经过P点时的加速度D．若已知“嫦娥四号”绕月圆轨道Ⅱ的半径、运动周期和引力常量，可算出月球的密度【答案】AC
【解析】“嫦娥四号”围绕月球在椭圆轨道Ⅰ上运行时，机械能守恒，在近月点P引力势能最小，动能最大，速度最大，所以“嫦娥四号”在轨道Ⅰ上经过Q点时的速度小于在轨道Ⅰ上经过P点时的速度，选项A正确；“嫦娥四号”在轨道Ⅰ上经过P点时需要减速才能转移到轨道Ⅱ上做匀速圆周运动，所以“嫦娥四号”在轨道Ⅰ上经过P点时的速度大于在轨道Ⅱ上经过P点时的速度，选项B错误；
12．我国首颗“人造月亮”完成从发射、入轨、展开到照明的整体系统演示验证．“人造月亮”是一种携带大型空间反射镜的人造空间照明卫星，将部署在距离地球500km以内的低地球轨道上，预计其光照强度最大将是现在月光的8倍，可提供夜间照明．假设“人造月亮”绕地球做匀速圆周运动，则“人造月亮”在轨道上运动时()A．“人造月亮”的线速度等于第一宇宙速度B．“人造月亮”绕地球运行的角速度大于月球绕地球运行的角速度C．“人造月亮”的向心加速度大于地球表面的重力加速度D．“人造月亮”的公转周期大于月球绕地球运行的周期B
13．我国已掌握高速半弹道跳跃式再入返回技术，为“嫦娥五号”飞船登月并执行月面取样返回任务奠定了基础．如图所示虚线为地球的大气层边界，返回器与服务舱分离后，从a点无动力滑入大气层，然后从c点“跳”出，再从e点“跃”入，实现多次减速，可避免损坏返回器．d点为轨迹的最高点，离地心的距离为r，返回器在d点时的速度大小为v，地球质量为M，引力常量为G.则返回器()
14．(多选)我国北斗导航民用APP正式启用，北斗导航系统定位可以精确到厘米，全部建成后的北斗导航系统共有35颗卫星，包括5颗地球同步卫星、27颗中轨道卫星、3颗倾斜同步轨道卫星．其中有一颗中轨道卫星运行周期为T，已知T<24h．设地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，现将该中轨道卫星的运动看作匀速圆周运动，则下列说法正确的是()
