稿件来源:高途
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必修1
第三章 相互作用
3.5 力的分解
受力分析
$2024$年$5$月$3$日,搭载嫦娥六号探测器的长征五号运载火箭成功发射;$6$月$25$日,嫦娥六号成功从月球背面带回月壤样品,为人类进一步认识月球起到了至关重要的作用。
以下描述运载火箭升空过程的物理量中,属于矢量的是$(\quad\ \ \ \ )$。
速率
","动量
","功率
","动能
"]矢量是既有大小又有方向的物理量,动量是矢量,速率、功率、动能都是标量。
故选:$\rm B$。
已知长征五号运载火箭长为$L$,发射初期火箭总质量为$m$,火箭离地上升距离$L$所用的时间为$t$,估算火箭的平均推力$F$。
$F=mg+\\dfrac{2mL}{t^{2}}$
"]]根据牛顿第二定律有$F − mg=ma$,根据位移$—$时间公式有$L= \dfrac{1}{2}at^{2}$,解得$F=mg+\dfrac{2mL}{t^{2}}$
如图所示,当嫦娥六号抵达月球表面某高度时,从椭圆轨道开始进行近月制动,进入环月圆轨道。$a$、$b$为椭圆轨道长轴端点。
①嫦娥六号在椭圆轨道运行时 。
$A$.$a$点的速度大于$b$点的速度
$B$.$a$点的速度小于$b$点的速度
$C$.$a$点的加速度大于$b$点的加速度
$D$.$a$点的加速度小于$b$点的加速度
②若嫦娥六号的质量为$m$,在环月圆轨道上的线速度大小为$v$,以无穷远处为零势能面,嫦娥六号的引力势能为 。
$A$.$mv^{2}$ $B$.$-mv^{2}$ $C$.$\dfrac{1}{2}$$mv^{2}$ $D$.$-$$\dfrac{1}{2}$$mv^{2}$
①$\rm AB$.根据开普勒第二定律可知,近月点$a$点的速度大于$b$点的速度,故$A$正确,$B$错误;
$\rm CD$.根据万有引力提供向心力有$\dfrac{GMm}{r^{2}}=ma$,解得$a=\dfrac{GM}{r^{2}}$,则$a$点的加速度大于$b$点的加速度,故$\rm C$正确,$\rm D$错误;
故选:$\rm AC$。
②设嫦娥六号的环月圆轨道的半径为$r$,由万有引力提供向心力得:$\dfrac{GMm}{r^{2}}=m\dfrac{v^{2}}{r}$,以无穷远处为零势能面,嫦娥六号的引力势能为:$E_{\text{p}}=- \dfrac{GM}{r}$,联立可得$E_{p}=−mv^{2}$
故选:$\rm B$。
嫦娥六号距月面约$100$米时,开始避障下降。若嫦娥六号避障下降时沿图中虚线方向做匀减速直线运动,不计月球大气阻力,则其发动机喷出的气体对其作用力可能为$(\qquad)$
$F_{1}$
","$F_{2}$
","$F_{3}$
","$F_{4}$
"]如图所示,嫦娥六号沿虚线方向做匀减速直线运动,则喷出的气体对其作用力与重力的合力与运动方向相反。
由平行四边形定则,可知发动机喷出的气体对其作用力方向只能在图中的$\theta$角内。
故选:$\rm B$。
嫦娥六号在月球背面南极$-$艾特肯盆地安全着陆。若嫦娥六号的质量为$m$,其四条腿与竖直方向的夹角均为$\theta$,如图所示。月球表面的重力加速度为地球表面重力加速度$g$的$\dfrac{1}{6}$。它静止在月球平坦表面处时,每条腿对月球表面压力的大小为$(\qquad)$
$\\dfrac{mg}{4}$
","$\\dfrac{mg}{24}$
","$\\dfrac{mg}{4\\cos\\theta}$
","$\\dfrac{mg}{6\\cos\\theta}$
"]嫦娥六号静止在月球平坦表面处时,由平衡条件可知,月球表面对其每条腿的支持力等于其重力的$\dfrac{1}{4}$,根据牛顿第三定律可知,每条腿对月球表面压力的大小等于其重力的$\dfrac{1}{4}$,即$F_{压}=\dfrac{1}{4}m \times \dfrac{1}{6}g= \dfrac{mg}{24}$
故选:$\rm B$。
嫦娥六号携带有月面自主智能移动装置(智能移动相机)。若该装置电动机的最大输出功率为$P$,它在水平月面行驶时受到的阻力大小恒为$F_{f}$。该装置
①在水平月面上行驶的最大速率为 。
②以恒定功率启动的一段时间内,加速度大小 。
$A$.先增大后减小 $B$.先减小后增大
$C$.不断增大 $D$.不断减小
①该装置的牵引力与阻力大小相等时,其在水平月面上行驶的速率最大,最大速率为$v_{\text{m}}=\dfrac{P}{F_{\text{f}}}$
②根据牛顿第二定律得$F − F_{f}=ma$,功率$P=Fv$,联立可得$\dfrac{P}{v}-F_{\text{f}}=ma$,以恒定功率启动的一段时间内,$v$逐渐增大,则加速度不断减小,直到减小到零。
故选:$\rm D$。
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