- 二一组卷

题型：解答题题类：难易度：普通

上海市市北中学2023-2024学年高三上学期期中物理试题(等级考)

风洞（wind tunnel）即风洞实验室，是以人工的方式产生并且控制气流，用来模拟飞行器或实体周围气体的流动情况，并可量度气流对实体的作用效果以及观察物理现象的一种管道状实验设备，它是进行空气动力实验最常用、最有效的工具之一、

（1）、如图所示是我国首次立式风洞跳伞实验，风洞喷出竖直向上的气流将实验者加速向上“托起”，此过程中（　　）

A、地球对人的吸引力和人对地球的吸引力大小相等 B、人受到的重力和人受到气流的力是一对作用力与反作用力 C、人受到的重力大小等于气流对人的作用力大小 D、人被向上“托起”时处于失重状态

（2）、图为某风洞实验的简化模型，风洞管中的均流区斜面光滑，一物块在恒定风力的作用下由静止沿斜面向上运动，从物块接触弹簧至到达最高点的过程中（弹簧在弹性限度内），下列说法正确的是（　　）

A、物块的速度一直减小到零 B、物块加速度先不变后减小 C、弹簧弹性势能先不变后增大 D、物块和弹簧组成的系统的机械能一直增大

（3）、在上海世博会上，拉脱维亚馆的风洞飞行表演令参观者大开眼界。若风洞内总的向上的风速风量保持不变，让质量为m的表演者通过调整身姿，可改变所受的向上的风力大小，以获得不同的运动效果。假设人体受风力大小与正对面积成正比，已知水平横躺时受风力面积最大，且人体站立时受风力面积为水平横躺时受风力面积的 $\text{[math]}$ ，风洞内人体可上下移动的空间总高度为H。开始时，若人体与竖直方向成一定角度倾斜时，受风力有效面积是最大值的一半，恰好可以静止或匀速漂移；后来，人从最高点A由静止开始，先以向下的最大加速度匀加速下落，经过某处B后，再以向上的最大加速度匀减速下落，刚好能在最低点C处减速为零，则下列说法错误的是（　　）

A、表演者向上的最大加速度是g B、表演者向下的最大加速度是 $\text{[math]}$ C、B、C间的高度是 $\text{[math]}$ D、由A至C全过程表演者克服风力做的功为mgH

（4）、如图甲所示为风洞实验示意图，实验中可以产生大小可调节的风力，现将一套有小球的固定细直杆放入风洞实验室，小球孔径略大于杆的直径，杆足够长，杆与水平方向的夹角为θ，小球与杆间的动摩擦因数为μ，且 $\text{[math]}$ ，现将小球静止释放，风对小球的作用力方向与杆垂直。调节风力大小使小球速度图像如图乙。下列说法正确的是（　　）

A、0~t时间段，风力肯定大于 $\text{[math]}$ B、t~2t时间段，风对小球的作用力可能为 $\text{[math]}$ C、2t~3t时间段，风对小球的作用力可能为 $\text{[math]}$ D、0~t时间段，风对小球的作用力可能为 $\text{[math]}$

（5）、“娱乐风洞”是项将科技与惊险相结合的娱乐项。表演者调整身体的姿态，通过改变受风面积（表演者在垂直风力方向的投影面积，来改变所受向上风力的大小，使人产生在天空的感觉。其简化模型如图所示，一质量为m的游客恰好静止在直径为d的圆柱形竖直风洞内，已知气流密度为ρ，游客受风面积（游客在垂直风力方向的投影面积）为S，风洞内气流竖直向上“吹”出且速度恒定，重力加速度为g。假设气流吹到人身上后速度变为零，则下列说法正确的是（　　）

A、风对人的冲量与人对风的冲量相同 B、风的动量变化量为零 C、气流速度大小为 $\text{[math]}$ D、单位时间内风机做的功为 $\text{[math]}$

（6）、洞实验室可产生水平方向的、大小可调节的风力。在风洞中有一固定的支撑架ABC，其下半部AB是一长为R的竖直细管，上半部BC是半径为R的四分之一圆弧弯管，管口沿水平方向，风洞实验室内产生的风恰好吹不到管口，AB管内有一原长为R、下端固定的轻质弹簧，将弹簧长度压缩到0.5R后锁定，在弹簧上段静止放置一个质量为m的小球甲，在管口静止放置一个质量为2m的小球乙。让风洞实验室内产生的风迎面吹来，解除锁定，弹簧将小球甲弹射出去。到达管口C时，对管壁的作用力恰好为零，与小球发生碰撞后，小球甲静止在管口，小球乙水平向右飞出后恰能与洞壁无接触地落入小洞D的底部，不计一切摩擦，解除锁定时，不改变弹簧的弹性势能。已知重力加速度为g。求：

（1）弹簧压缩到0.5R时的弹性势能 $\text{[math]}$ ；