| 受力分析 题目答案及解析

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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$$5$$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$$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

"]
[["B"]]

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}$

[["$\\rm AC$","$\\rm B$"]]

$\rm AB$.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$(\qquad)$

["

$F_{1}$

","

$F_{2}$

","

$F_{3}$

","

$F_{4}$

"]
[["B"]]

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$$\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)$

["

$\\dfrac{mg}{4}$

","

$\\dfrac{mg}{24}$

","

$\\dfrac{mg}{4\\cos\\theta}$

","

$\\dfrac{mg}{6\\cos\\theta}$

"]
[["B"]]

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

[["$\\dfrac{P}{F_{\\text{f}}}$","$\\rm D$"]]

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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