北京市第七中学2023届高三物理上学期期中检测试题（Word版附答案）

这是一份北京市第七中学2023届高三物理上学期期中检测试题（Word版附答案），共25页。试卷主要包含了单项选择题，实验题，计算论述题等内容，欢迎下载使用。
北京市第七中学2022～2023学年度第一学期期中检测试卷
高三物理
第一部分（选择题 共48分）
一、单项选择题（本题共10小题，每小题3分，共30分。）
1. 有关运动与相互作用的关系，下列说法正确的是（　　）
A. 一个物体所受合力一定，则其一定做直线运动
B. 一个物体速度越大，则其受加速度一定越大
C. 一个物体受合力为0，则其一定静止
D. 一个物体受合力一定，则其一定做匀变速运动
【答案】D
【解析】
【详解】A．一个物体所受合力一定，则其不一定做直线运动，例如平抛运动物体受合力一定，则做匀变速曲线运动，A错误；
B．一个物体速度越大，则其受加速度不一定越大，加速度可能是零，例如做匀速直线运动的高速飞机，B错误；
C．一个物体受合力是0，则其不一定静止，例如匀速直线运动物体受合力是零，可速度不是零，C错误；
D．一个物体受合力一定，由牛顿第二定律可知，则其加速度一定，因此其一定做匀变速运动，D正确。
故选D。
2. 如图1所示，用手握住长绳的一端，t = 0时刻在手的带动下A点开始上下振动，其振动图像如图2所示，则以下四幅图中能正确反映t1时刻绳上形成的波形的是（　　）

A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
【详解】根据A点振动图像可知，在t1时刻绳上A点向下运动，由振动图像可知t1时，波传播的周期恰好为一个半周期，传播的距离为一个半波长，而A图中A点向上振动，B图中A点向下振动。
故选B。
3. 如图所示，我国航天员在“天宫课堂”演示喝再生水的过程中，我们看到水滴呈球形漂浮在空间站内，处于完全失重状态。下列在地面上运动过程中的物体也处于此状态的是（ ）

A. 沿水平方向加速的汽车
B. 沿斜向右上方抛出的重物
C. 沿竖直方向加速下降的电梯
D. 沿竖直方向减速下降的电梯
【答案】B
【解析】
【详解】处于完全失重的物体其加速度方向竖直向下，且大小等于重力加速度
A．沿水平方向加速的汽车，加速度在水平方向，不属于完全失重，A错误；
B．沿斜向右上方抛出重物在空中只受重力作用，加速度为重力加速度，处于完全失重状态，B正确；
C.沿竖直方向加速下降的电梯，加速度向下，处于失重状态，但加速度大小不一定为重力加速度，不一定处于完全失重状态，C错误；
D．沿竖直方向减速下降的电梯，加速度向上，处于超重状态，D错误。
故选B。
4. 若已知地球表面的重力加速度g，将地球视为半径为R、质量均匀分布的球体，忽略地球自转影响，仅由这些信息能计算出（ ）
A. 地球的质量
B. 地球的第二宇宙速度
C. 同步卫星距地面的高度
D. 近地卫星绕地球做圆周运动的周期
【答案】D
【解析】
【详解】A．地球表面物体所受重力等于万有引力

可得地球质量

由于引力常量未知，故地球的质量不能计算出，故A错误；
B．地球第二宇宙速度就是物体脱离地球引力束缚，在太阳系中绕太阳转动的最小发射速度，由已知条件不能求出地球的第二宇宙速度，故B错误；
C．设同步卫星距地面的高度为h，运行周期为T，根据万有引力提供向心力得

解得

由于同步卫星周期未知，所以不能求出同步卫星距地面的高度，故C错误；
D．近地卫星绕地球做圆周运动时

解得

可以求出近地卫星绕地球做圆周运动的周期，故D正确。
故选D。
5. 伽利略曾设计过一个斜面实验：让小球沿一个斜面从静止开始向下运动，小球将“冲”上另一个斜面；减小第二个斜面的倾角，重复实验，直至斜面最终变为水平。右图是现代所做的伽利略斜面实验的频闪照片（组合图）。几次实验中小球都从同一位置释放，且频闪照相的频闪频率相同，有关小球在斜面a、b上的运动说法不正确的是（ ）

A. 小球在斜面a、b上运动越来越慢，主要是重力沿斜面向下的分力作用的影响
B. 小球在斜面a上运动的距离较短，因此小球在斜面a上运动的平均速度较大
C. 小球在斜面b上的影像个数较多，表示小球在斜面b上运动的时间较长
D. 频闪照片中相邻的两个影像间的距离越大，表示这两个影像间的运动速度越大
【答案】B
【解析】
【详解】A．小球在斜面a、b上运动越来越慢，沿斜面方向在重力沿斜面的分力和摩擦力作用下做匀减速直线运动，速度越来越小，由于斜面对小球的滚动摩擦力一般较小，使小球速度减小的原因主要是重力沿斜面的分力，故小球在斜面a、b上运动越来越慢，主要是重力沿斜面向下的分力作用的影响，故A正确；
B．几个实验中小球都从同一位置由静止释放，所以冲上两斜面的速度v0相同，小球上滑的末速度为0m/s，小球在斜面上的运动均可看成匀减速直线运动，根据

可知，小球在斜面a、b上运动的平均速度大小相等，故B错误；
C．频闪照相的频闪频率相同，所以两个影像间的运动时间是相同的，小球在斜面b上影像个数较多，说明频闪照相的频闪次数多，所以表示小球在斜面b上运动的时间较长，故C正确；
D．频闪照相的频闪频率相同，所以两个影像间的运动时间是相同的，所以频闪照片中相邻的两个影像间的距离越大，表示这两个影像间的运动速度越大，故D正确。
本题选不正确的，故选B。
6. 水上滑翔伞是一项很受青年人喜爱的水上活动。如图1所示，滑翔伞由专门的游艇牵引，游客可以在空中体验迎风飞翔的感觉。为了研究这一情境中的受力问题，可以将悬挂座椅的结点作为研究对象，简化为如图2所示的模型，结点受到牵引绳、滑翔伞和座椅施加的三个作用力F1、F2和F3，其中F1斜向左下方，F2斜向右上方。若在游艇牵引下游客做匀速运动，则 （　　）

A. F1可能大于F2
B. F2可能大于F3
C. 这三个力可以构成一个三角形
D. F1和F2的合力方向可能沿斜向左上方
【答案】C
【解析】
【详解】A．游客在三个力作用下做匀速运动，故游客受力平衡，建立直角坐标系，设与竖直方向的夹角为，与竖直方向的夹角为，且有，将、正交分解后如图所示

水平方向受力平衡有


由于，可知一定小于，故A错误；

BC．游客在三个力作用下做匀速运动，故游客受力平衡，故可将三个力首尾连接形成一个闭合的矢量三角形，如图所示

矢量三角形中较大角所对的边一定较大，由于所对的角是钝角，所对的角是锐角，所以一定大于，故B错误，C正确；
D． 由于三力平衡，则和的合力大小等于，方向竖直向上，不可能沿斜向左上方，故D错误。

故选C。
7. 如图所示，一辆装满石块的货车在平直道路上行驶。货箱中石块B 的质量为m，重力加速度为g，在货车以加速度a加速运动位移x的过程中，下列说法正确的是（　　）

A. 石块B所受合力大小为mg
B. 石块B所受合力大小为ma
C. 周围与石块B接触的物体对它的作用力的合力做功为mgx
D. 周围与石块B接触的物体对它的作用力的合力做功为
【答案】B
【解析】
【详解】AB．在货车以加速度a沿直线加速运动时，对石块B，由牛顿第二定律可知，石块B所受合力大小为
F合=ma
A错误，B正确；
CD．由题意可知，对石块B受力分析，受重力mg、周围与石块B接触的物体对它的作用力的合力F，如图所示，则有


设周围与石块B接触的物体对它的作用力的合力F与水平方向的夹角为θ，周围与石块B接触的物体对它的作用力的合力做功为
W=Fxcosθ=max
CD错误。
故选B。
8. 传送带在实际生活中有广泛应用。如图所示，飞机场运输行李的传送带可以将行李箱送入飞机货舱。已知传送带与水平面夹角为θ，某行李箱的质量为m，与传送带间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g，此行李箱与传送带一起斜向上匀速运动位移x的过程中，下列说法正确的是（　　）

A. 行李箱受到重力、支持力及与运动方向相同的滑动摩擦力作用
B. 行李箱受到的摩擦力大小为，摩擦力大小与传送带速度无关
C. 行李箱受到的摩擦力大小为，摩擦力不做功
D. 行李箱受到的摩擦力大小为，摩擦力做功
【答案】D
【解析】
【详解】A．由于行李箱与传送带一起斜向上匀速运动，可知行李箱与传送带保持相对静止，因此行李箱受到重力、支持力及与运动方向相同的静摩擦力作用，受力分析如图所示

A错误；
BCD．根据上述可知静摩擦力为

方向沿传送带向上，摩擦力做功为

BC错误，D正确。
故选D。
9. 如图所示，小物块A、B的质量均为m，B静止在轨道水平段的末端。A以水平速度与B碰撞，碰后两物块粘在一起水平抛出。抛出点距离水平地面的高度为h，两物块落地点距离轨道末端的水平距离为s，重力加速度为g。则下列说法正确的是（　　）

A. 两物块在空中运动的时间为 B. h与s满足的关系为
C. 两物块落地时的动能为 D. 两物块碰撞过程中损失的机械能为
【答案】B
【解析】
【详解】A．碰撞过程，根据动量守恒定律有

两物块在空中运动的时间

故A错误；
B．根据平抛运动规律

故B正确；
C．两物体碰撞过程为完全非弹性碰撞，有动能损失，平抛初始动能小于，则落地时动能小于，故C错误；
D．根据能量守恒两物块碰撞过程中损失的机械能

故D错误。
故选B。
10. 如图所示，京张高铁将北京到张家口的通行时间缩短在1小时内，成为2022年北京冬奥会重要的交通保障设施。假设此高铁动车启动后沿平直轨道行驶，发动机的功率恒为P，且行驶过程中受到的阻力大小恒定。已知动车的质量为m，最高行驶速度km/h。则下列说法正确的是（　　）

A. 行驶过程中动车受到的阻力大小为
B. 当动车的速度为时，动车的加速度大小为
C. 从启动到速度为的过程中，动车牵引力所做的功为
D. 由题目信息可估算京张铁路的全长为350km
【答案】B
【解析】
【详解】A．动车速度最大时，牵引力与阻力平衡，则行驶过程中动车受到的阻力大小

故A错误；
B．当动车的速度为时，动车的牵引力

根据牛顿第二定律

解得

故B正确；
C．从启动到速度为的过程中，动车牵引力所做的功等于动车动能增加量和克服阻力做功之和，故大于，故C错误；
D．只知道最高的瞬时速率，无法估算平均速率，无法得出大致路程，故D错误。
故选B。
二、多项选择题（本题共4小题，每小题3分，共12分。每小题全部选对的得3
分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。）
11. 如图所示，在一端封闭的光滑细玻璃管中注满清水，水中放一个由蜡做成的小圆柱体R。R从坐标原点以速度v0＝0.02m/s匀速上浮的同时，玻璃管沿 x轴正方向做初速度为0的匀加速直线运动。测出 t 时刻R的 x、y 坐标值分别为0.25m和0.10m。则此时（　　）

A. 玻璃管的速度的大小为 0.05m/s
B. 玻璃管的加速度的大小为 0.02m/s2
C. 蜡块的运动轨迹方程为
D. 蜡块的运动轨迹方程为
【答案】BC
【解析】
【详解】AB．蜡块水平方向做匀加速运动，则

竖直方向做匀速运动

解得
t=5s
vx=0.1m/s
a=0.02m/s2
选项A错误，B正确；
CD．由


消掉t解得

选项C正确，D错误。
故选BC。
12. 如图甲所示，一轻弹簧上端固定，下端悬吊一个质量为m的小钢球，把小钢球从平衡位置向下拉下一段距离A，由静止释放，小钢球就沿竖直方向振动起来。以小钢球的平衡位置为坐标原点，竖直向上为正方向建立x轴，从小钢球某次经过平衡位置时开始计时，小钢球运动的位移x随时间t图像如图乙所示。已知小钢球振动过程中弹簧始终处在拉伸状态，空气阻力不计，取重力加速度为g。则下列说法正确的是（　　）

A. 小钢球处在正向最大位移处时弹簧的弹性势能最小
B. t3时刻小钢球受到的弹力等于2mg
C. t1 ~t3时间内小钢球重力势能的减少量等于动能的变化量与弹簧弹性势能的增加量
D. t1 ~t3时间内弹簧弹性势能改变量小于
【答案】CD
【解析】
【详解】A．小钢球在振动过程中弹簧始终处在拉伸状态，则小钢球处在正向最大位移处时，弹簧形变量最小，弹性势能最小，故A正确；
B．小钢球在振动过程中弹簧始终处在拉伸状态，小钢球处在正向最大位移处时，回复力竖直向下，此时


小钢球位于负向最大位移处时，回复力大小与正向最大位移处时大小相同，方向相反，此时

但

则

小钢球位于负向最大位移处时，弹力最大，但仍小于二倍重力，t3时刻小钢球受到的弹力一定小于2mg，故B错误；
C．t1 ~t3时间内小钢球一直向下运动，弹性势能增加，小钢球重力势能的减小量等于动能的增加量与弹簧弹性势能的增加量，故C正确；
D．t1 ~t3时间内，小钢球重力势能的减小量等于动能的增加量（大于零）与弹簧弹性势能的增加量，则弹簧弹性势能改变量小于重力势能的减少量，故D正确。
故选CD。
13. 如图所示，长度为 l 的轻绳上端固定在O点，下端系一质量为 m 的小球（小球的大小可以忽略、重力加速度为g）。在水平拉力F的作用下，轻绳与竖直方向的夹角为α，小球保持静止。则（ ）

A. 此时小球受重力、水平拉力及沿绳方向的拉力
B. 水平拉力F的大小为mgtanα
C. 由图示位置无初速释放小球，不计空气阻力，此过程只有重力做功，动量守恒
D. 小球运动到最低点时对轻绳的拉力大小为
【答案】ABD
【解析】
【详解】A．小球处于静止状态，受到重力、水平拉力和细绳对小球沿细绳方向的拉力，A正确；
B．根据共点力平衡，将细线的拉力分解成水平和竖直


联立解得
F＝mgtanα
B正确；
C．由图示位置释放，运动到最低点过程，合外力不为零，所以动量不守恒，C错误；
D．释放到最低点的过程，只有重力做功，所以机械能守恒

最低点时，根据牛顿第二定律有

联立解得

D正确。
故选ABD。
14. 2020年7月23日，我国首次火星探测任务“天问一号”探测器，在中国文昌航天发射场，应用长征五号运载火箭送入地火转移轨道。火星距离地球最远时有4亿公里，最近时大约0.55亿公里。由于距离遥远，地球与火星之间的信号传输会有长时间的时延。当火星离我们最远时，从地球发出一个指令，约22分钟才能到达火星。为了节省燃料，我们要等火星与地球之间相对位置合适的时候发射探测器。受天体运行规律的影响，这样的发射机会很少。为简化计算，已知火星的公转周期约是地球公转周期的1.9倍，认为地球和火星在同一平面上、沿同一方向绕太阳做匀速圆周运动，如图所示。根据上述材料，结合所学知识，判断下列说法正确的是（　　）

A. 地球的公转线速度大于火星的公转线速度
B. 当火星离地球最近时，地球上发出的指令需要约3分钟到达火星
C. 如果火星运动到B点，地球恰好在A点时发射探测器，那么探测器将沿轨迹AC运动到C点时，恰好与火星相遇
D. 下一个发射时机需要再等约2.1年
【答案】ABD
【解析】
【详解】A．根据

解得

由于地球的轨道半径小于火星的轨道半径，可知地球的公转线速度大于火星的公转线速度，A正确；
B．当火星离地球最近时，地球上发出的指令到达火星的时间

B正确；
C．根据开普勒第三定律有

由于探测器轨道的半长轴小于火星轨道的半径，可知

则如果火星运动到B点，地球恰好在A点时发射探测器，那么探测器将沿轨迹AC先运动到C点，此时火星还没有达到C点，两者并不能恰好在C点相遇，C错误；
D．根据题意，两者相距最近时，恰好是一次发射机会，令到达下一次机会的时间为，则有

结合题中数值，解得

D正确。
故选ABD。
第二部分（非选择题 共58分）
三、实验题（本题共2小题，共18分。）
15. 如图所示的实验装置，可用来研究平抛物体的运动。

（1）实验提供了如下器材：小钢球，固定有斜槽的木板，坐标纸，重锤线，铅笔，图钉等。还需要的器材有__________；
（2）某同学在实验操作时发现，将小钢球轻轻放在斜槽末端时，小球能自动滚下。他应该如何调整：__________；
（3）正确实验后，同学们获取了小钢球以坐标原点O为抛出点的水平位移x和竖直位移y的多组数据。为了减小误差，某同学根据所测得的数据，以y为横坐标，以x2为纵坐标，在坐标纸上做出x2-y图象，发现图象为过原点的直线。该同学得出直线的斜率为k，他利用k和当地重力加速度g，计算出小球做平抛运动的初速度v0。请你写出斜率k的表达式：k =______。
【答案】 ①. 刻度尺 ②. 调节斜槽末端使其水平 ③.
【解析】
【详解】（1）[1]做“研究平抛物体的运动”实验时，需要测量小钢球运动的距离，所以还需要刻度尺；
（2）[2]小球自动滚下，说明斜槽倾斜，应调节斜槽末端使其水平；
（3）[3]小刚球在竖直方向，有

水平方向
x=v0t
由以上两式可得x2-y的函数关系式为

由此可知斜率为

16. （1）电磁打点计时器和电火花计时器统称为打点计时器。其中电火花计时器使用时，电源要求是（ ）
A．220V直流 B．220V交流 C．4～6V直流 D．4～6V交流
（2）利用下图装置可以做力学中的许多实验，以下说法正确的是（ ）

A．用此装置“研究匀变速直线运动”时，必须设法消除小车和滑轨间的摩擦阻力的影响
B．用此装置“研究匀变速直线运动”时，必须调整滑轮高度使连接小车的细线与滑轨平行
C．用此装置“探究加速度a与力F的关系”时，每次改变砂和砂桶总质量之后，不需要重新平衡摩擦力
D．用此装置“探究加速度a与力F的关系”时，砂和砂桶的重力就是小车所受的力F
（3）如图甲所示是某同学设计的“探究加速度a与力F、质量m的关系”的实验装置图，实验中认为细绳对小车拉力F等于砂和砂桶总重力，小车运动加速度可由纸带求得。
①如图乙所示是该同学在某次实验中利用打点计时器打出的一条纸带，A、B、C、D、E、F是该同学在纸带上选取的六个计数点，相邻计数点间有若干个点未标出，设相邻两个计数点间的时间间隔为T。该同学用刻度尺测出AC间的距离为S1，CE间的距离为S2，则打D点时小车运动的速度vD＝_________，小车运动的加速度a= _______。

②某实验小组在实验时保持砂和砂桶总质量不变，改变小车质量m，分别得到小车加速度a与质量m及对应的数据如表中所示。根据表中数据，在图丙坐标纸中作出拉力F不变时a与的图象。____________
次数
1
2
3
4
5
6
小车加速度a/m·s－2
1.72
1.49
1.25
1.00
0.75
0.50
小车质量m/kg
0.29
0.33
0.40
0.50
0.71
1.00
/ kg－1
3.50
3.00
2.50
2.00
1.40
1.00

③根据图象分析，得到实验结论：____________。
【答案】 ①. B ②. BC##CB ③. ④. ⑤. 见解析 ⑥. 当F不变时，加速度a与质量m成反比
【解析】
【详解】（1）[1]打点计时器分为电磁打点计时器和电火花打点计时器，其中电火花计时器使用时，电源要求220V交流。
故选B。
（2）[2] A．用此装置“研究匀变速直线运动”时，只需要分析运动情况即可，不需要平衡摩擦力，故A错误；
B．用此装置“研究匀变速直线运动”时，必须调整滑轮高度使连接小车的细线与滑轨平行，保持小车的加速度不变，故B正确；
C．平衡摩擦力的方法是将木板带打点计时器的一端适当垫高，这样做的目的是利用小车重力沿斜面分力补偿小车运动中所受阻力的影响，即

式子成立与质量无关，故改变质量后不需重新进行平衡，故C正确；
D．用此装置“探究加速度a与力F的关系”时，设小车的质量为M，砂和砂桶的质量为m，设绳子拉力大小为F
mg-F=ma

联立以上两式解得

以M为研究对象有绳子的拉力为

显然只有M>>m时才可以认为绳对小车的拉力等于砂和砂桶的重力，故D错误。
故选BC。
（3）①[3][4]相邻两个计数点间的时间间隔为T，该同学用刻度尺测出AC间的距离为S1，BD间的距离为S2，根据匀变速直线运动规律知道D点的瞬时速度等于C点到E点的平均速度

根据逐差法，加速度

②[5]如图

③[6]根据图象可知，当F不变时，加速度a与质量m成反比。
四、计算论述题（本题共4小题。解答应有必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。解题过程中需要用到，但题目中没有给出的物理量，要在解题时做必要的说明。只写出最后答案的不能得分。有数值计算的，答案中必须写出数值和单位。）
17. 滑板是年轻人喜欢的运动项目。滑板爱好者及滑板总质量m = 60kg，以v0 = 2.0m/s的初速度沿斜坡匀加速滑下，斜坡的倾角θ = 30°，经t =4.0s的时间下滑位移x = 40m到达坡底。将人和滑板整体看作质点，设其在下滑过程中所受阻力的大小不变，重力加速度g取10m/s2，求下滑过程中
（1）滑板及人的加速度的大小a；
（2）滑板及人受到的阻力的大小f；
（3）滑板及人受到的合力的冲量大小I。

【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）根据匀变速直线运动规律解得

（2）根据牛顿第二定律，有

解得

（3）合力的冲量大小

18. 在排球运动中，进攻方式主要分为两种——强攻和快攻。强攻力量大，但由于要给扣球手充足时间助跑起跳，所以传的球高度较高，这也使其容易使对手拦网成功。为了避免此情况，快攻将传球高度降低，以减少对手拦网反应时间，从而提高扣球成功率。已知强攻距地面传球高度为5米左右，快攻距地面传球高度为3米左右。某一回合中，一位二传手在距地面h1 = 2.2m处以v1 = 5m/s的速度沿与竖直方向成37°角斜向上将球传出，扣球手助跑起跳至二传手传球的最高点处将排球击出，球的初速度沿水平方向，大小为v0 = 28.8km/h；对方球员在离地h2 = 1.2m处将排球垫起，垫起前后球的速度大小相等，方向相反，此过程中手与排球接触时间极短，为0.2s。已知排球质量m = 0.3kg，取重力加速度g = 10m/s2。不计空气阻力。求：
（1）分析说明此次二传手将要组织哪种进攻方式；
（2）排球被垫起前瞬间的速度大小v及方向；
（3）对方球员与排球作用过程中（重力可忽略）对排球平均作用力的大小。
【答案】（1）见解析；（2）10m/s，方向斜向下与水平方向成37°角；（3）30N
【解析】
【详解】（1）排球以v1 = 5m/s速度沿与竖直方向成37°角斜向上将球传出后，做抛体运动，在竖直方向有

解得
h = 0.8m
所以排球到最高点时，距离地面的高度为

由题意可知，二传手将要组织快攻。
（2）抛球从最高点到被垫起之前，做平抛运动，在水平方向做匀速直线运动，水平速度为
v0 = 28.8km/h = 8m/s
竖直方向有

解得

被垫起前瞬间的速度大小为

与水平方向夹角的的正切值为

即速度方向斜向下与水平方向成37°角。
（3）垫起前后球的速度大小相等，方向相反，由题知重力可忽略，则由动量定律可知

解得对方球员对排球平均作用力的大小为

19. 2021年10月3日神舟十三号飞船发射成功，神舟十三号与中国空间站的天和核心舱对接后，与空间站一起绕地球做匀速圆周运动，三位宇航员将在空间站驻留六个月从事各项科学研究工作。已知我国空间站距离地球表面的高度为，空间站（包括神舟十三号飞船与核心舱对接后）总质量为，地球质量为，地球半径为，引力常数为。
（1）求空间站绕地球做匀速圆周运动的周期；
（2）神舟十三号飞船采用长征二号火箭发射，在发射过程中靠喷射燃料获得反冲速度，发射初期火箭的速度远小于燃料的喷射速度，可忽略；已知燃料的喷射速度为，在极短的时间内火箭喷射的燃料质量为，喷气后神舟飞船与火箭（包括燃料）的总质量为，求这过程中飞船和火箭增加的速度大小；
（3）在空间站中，宇航员长期处于失重状态。为缓解这种状态带来的不适，科学家设想建造一种环形空间站，如图所示。圆环绕中心匀速旋转，宇航员站在旋转舱内的侧壁上，可以受到与他站在地球表面时相同大小的支持力。已知地球表面的重力加速度为，圆环的半径为，宇航员可视为质点，为达到目的，旋转舱绕其轴线匀速转动的角速度应为多大？

【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）根据牛顿第二定律有

解得

（2）根据动量守恒定律有

解得

（3）设旋转舱绕其轴线匀速转动的角速度为ω，由题意可得

解得

20. 新能源汽车的研发和使用是近几年的热门话题。新能源汽车是指采用非常规的燃料作为动力来源的汽车。新能源汽车的使用将把人类带入清洁能源时代。下面是某品牌新能源汽车介绍中的一段文字：
“将近6米的超长车身设计，使得整车车顶集成的太阳能芯片面积达到了6平方米左右。极富流线型的整车造型，隐藏式的轮毂设计，纤细的摄像头式后视镜，使整车风阻大幅下降。全车采用铝合金框架并结合碳纤维车身，整车质量仅700千克，这一轻量化设计使整车能耗极低。”
(1)设上述新能源汽车采用混合动力设计，发动机最大输出功率为30kW，在厂区内的实验路段上行驶时所受总阻力约为车和驾驶员总重的0.1倍。试估算50kg的工程师驾驶这种汽车在实验路段上行驶的最高车速；
(2)为进一步测试这种汽车的性能，该工程师在上述实验路段上以某种方式行驶，通过计算机采集实验数据，绘出了汽车牵引力F与车速倒数v-1间的关系图线ABC，如图2所示，线段AB平行于横轴，线段BC延长线过坐标原点。请根据图线ABC判断汽车做什么运动，并求B点时发动机的输出功率；
(3)已知太阳辐射的总功率P0 = 4×1026W，太阳到地球的距离r = 1.5×1011m，太阳光传播到达地面的过程中大约有34%的能量损失。目前，制作太阳能电池的最好的材料为砷化镓，其将光能转化为电能的效率可达到31.6%。试通过计算分析，这种汽车只采用纯太阳能驱动，且能保持最大输出功率30kW不变的可行性。

【答案】(1)40m/s；(2)见解析，；(3)见解析
【解析】
【详解】(1)当汽车的牵引力与阻力相等时，汽车的行驶速度最大

则

(2)图中AB段F不变，可知汽车受合力不变，汽车做匀加速运动；图中BC段F与v-1成正比例关系，即Fv为定值，根据P=Fv可知汽车在恒定功率下做加速运动，也就是做加速度逐渐减小的加速运动。因此

(3)设能够使汽车保持输出功率30kW的太阳能芯片面积为S，则

解得

S的值远大于车顶太阳能芯片的面积，不符合实际情况，可见这种汽车采用纯太阳能驱动保持输出功率30kW是不可行的。