1、科技发展类(三)1.(2022山东烟台、德州一模)有些元素的原子核有可能从很靠近它的核外电子中“俘获”一个电子形成一个新原子核,从离原子核最近的K层电子中俘获电子,叫“K俘获”。现有一个铍原子核(47Be)发生了“K俘获”,生成一个新的原子核ZAX,并放出一个不带电的、质量接近于零的中微子(e),核反应方程为47Be+-10eZAX+e。关于铍原子核(47Be)的“K俘获”的过程,下列说法正确的是()A.新原子核ZAX带负电B.新原子核ZAX比原来的铍原子核少一个中子C.新原子核ZAX比原来的铍原子核少一个质子D.新原子核ZAX与原来的铍原子核的核子数不同2.用手掌托着智能手机,打开加速度传感
2、器,手掌从静止开始迅速上下运动,得到如图所示的竖直方向上加速度随时间变化的图像,该图像以竖直向上为正方向。由此可判断出()A.手机可能离开过手掌B.手机在t1时刻运动到最高点C.手机在t2时刻改变运动方向D.手机在t1t3时间内,受到的支持力先减小再增大3.(2022湖南衡阳一模)人体的细胞膜模型图如图甲所示,由磷脂双分子层组成,双分子层之间存在电压(医学上称为膜电位),现研究某小块均匀的细胞膜,厚度为d,膜内的电场可看作匀强电场,简化模型如图乙所示,初速度可视为零的一价正钠离子仅在静电力的作用下,从图中的A点运动到B点,下列说法正确的是()A.A点电势等于B点电势B.钠离子的电势能增大C.若
3、膜电位不变,钠离子进入细胞内的速度变化D.若膜电位增加,钠离子进入细胞内的速度增大4.(2022广东汕头三模)如图所示为高铁的供电流程图,牵引变电所(视为理想变压器,原、副线圈匝数比为n1n2)将220 kV或110 kV高压降至27.5 kV,再通过接触网上的电线与车顶上的受电器使机车获得25 kV工作电压,则()A.若电网的电压为220 kV,则n1n2=18B.若电网的电压为110 kV,则n1n2=225C.若高铁机车运行功率增大,机车工作电压将会高于25 kVD.高铁机车运行功率增大,牵引变电所至机车间的热损耗功率也会随之增大5.智能手机带有光线传感功能,可以自动调整亮度,光线传感器
4、的工作原理是光电效应。下面关于光电效应的说法正确的是()A.发生光电效应时,光电子的最大初动能与入射光的频率成正比B.在研究光电效应饱和电流时,由I=neSv可知,光电管所加电压越大,电子获得的速度v越大,饱和电流越大C.入射光频率为时,刚好发生光电效应现象,将入射光频率变为3时,此时光电流的遏止电压为2heD.用一束单色光分别照射A、B两种金属,若照射A得到光电子的最大初动能比照射B得到光电子的最大初动能大,则金属A的截止频率比金属B的截止频率高6.(多选)(2022山东莱州预测)质谱仪的工作原理如图所示,大量粒子飘入加速电场,其初速度几乎为0,经过加速后,通过宽为L的狭缝MN沿着与磁场垂直
5、的方向进入匀强磁场中,最后打到照相底片上。在一次测试中,大量的某种粒子经加速电场加速后刚进入匀强磁场时的速度大小均为v,打在底片上的位置到M点的最小距离为a,匀强磁场的磁感应强度为B,不考虑粒子的重力及它们之间的相互作用。则()A.粒子的比荷为2vB(a+L)B.加速电场的电压为B(a+L)v24C.粒子在磁场中运动的时间为(a+L)2vD.大量粒子所经过磁场区域最窄处的宽度为a+L-a2+2aL27.(2022山东济南二模)某物理小组通过查阅资料得知,弹性材料的弹性系数k=YSL,其中L是弹性材料未受力时的长度,S是横截面积,Y是由材料决定的一个常数,材料力学上称之为杨氏模量,在国际单位制中
6、单位为Pa。该物理小组通过如图甲所示的实验装置测量橡皮绳的杨氏模量,同学们将橡皮绳上端固定,刻度尺贴近橡皮绳竖直放置。在橡皮绳下端逐一增挂钩码(质量均为50 g),每增挂一只钩码均记下对应的橡皮绳伸长量,同时根据平衡条件计算出橡皮绳的拉力,实验数据如下:钩码个数123456拉力F/N0.490.981.471.962.452.94伸长量x/cm1.001.983.024.005.607.95(1)小李同学通过观察实验数据,发现前四次实验中拉力每增加F=0.49 N,橡皮绳伸长量的变化量x几乎不变,为减小实验误差,小李同学利用“测量匀变速直线运动的加速度”时用过的“逐差法”来计算x的平均值,并得
7、出弹性系数的表达式为k=。(用前四次实验橡皮绳的伸长量x1、x2、x3、x4以及F表示)(2)小赵同学利用图像法处理数据,请根据表格中的实验数据在图乙的坐标系中标出后3组数据对应的坐标点并画出F-x图像。(3)测得实验所用橡皮绳未受力时的长度为L=21.00 cm,直径为D=4.000 mm。橡皮绳在伸长量较小时,横截面积变化很小,近似满足胡克定律。根据乙图所绘图像计算橡皮绳在近似满足胡克定律时的杨氏模量为 Pa。(结果保留一位有效数字)8.我国的东方超环(EAST)是研究可控核聚变反应的超大型科学实验装置。装置中的中性化室将加速到很高能量的离子束变成中性粒子束,注入到发生聚变反应的等离子体中
8、,将等离子体加热到发生聚变反应所需点火温度。没有被中性化的高能带电离子对实验装置有很大的破坏作用,因此需要利用“剩余离子偏转系统”将所有带电离子从粒子束中剥离出来。剩余离子电偏转系统的原理如图甲所示,让混合粒子束经过偏转电场,未被中性化的带电离子发生偏转而被极板吞噬,中性粒子继续沿原有方向运动被注入到等离子体中。若粒子束中的带电离子主要由动能为Ek、12Ek、13Ek的三种正离子组成。所有离子的电荷量均为q,质量均为m,两极板间电压为U,间距为d。(1)若离子的动能Ek由电场加速获得,其初动能为零,求加速电压U0。(2)要使三种带电离子都被极板吞噬,求:离子在电场中运动的最长时间;偏转极板的最
9、短长度。(3)剩余离子偏转系统还可以利用磁偏转进行带电离子的剥离。如图乙所示,粒子束宽度为d,吞噬板MN长度为2d。要使三种能量的离子都能打到吞噬板上,求磁感应强度大小的取值范围。答案：1.C解析 根据电荷数守恒得,Z=3,则新原子核X带正电,A错误;根据电荷数和质量数守恒得,A=7,新原子核与铍核相比,电荷数少一个而核子数相同,所以质子数少一个,中子数多一个,B、D错误,C正确。2.A解析 由图可知,手机的加速度某一段时间内等于重力加速度,则手机与手掌没有力的作用,手机可能离开过手掌,故A正确;a-t图像与坐标轴围成的面积表示速度变化量,可知手机在t1时刻速度为正,还没有到最高点,故B错误;
10、a-t图像与坐标轴围成的面积表示速度变化量,可知手机在t2时刻前后速度均为正,运动方向没有发生改变,故C错误;由图可知,t1t2时间加速度向上不断减小,根据牛顿第二定律得FN-mg=ma,解得FN=ma+mg,可知t1t2时间内支持力不断减小,t2t3时间内加速度向下不断增大,根据牛顿第二定律得mg-FN=ma,解得FN=mg-ma,可知支持力还是不断减小,故D错误。3.D解析 初速度可视为零的一价正钠离子仅在静电力的作用下,从图中的A点运动到B点,则电场线从A到B,沿电场线电势降低,所以A点电势大于B点电势,A错误;钠离子运动中静电力做正功,所以钠离子的电势能减小,B错误;由动能定理可知qU
11、=12mv2,若膜电位不变时,即电压U不变时,钠离子进入细胞内的速度不变;电压U增加时,速度增大,C错误,D正确。4.D解析 若电网的电压为220 kV,则n1n2=220 kV27.5 kV=81,若电网的电压为110 kV,则n1n2=110 kV27.5 kV=41,故A、B错误;若高铁机车运行功率增大,则牵引变电所副线圈输入功率增大,而副线圈电压不变,所以牵引变电所至机车间的电流增大,热损耗功率也会随之增大,导线电阻分压增大,机车工作电压将会低于25 kV,故C错误,D正确。5.C解析 发生光电效应时,光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系,A错误;在研究光电效应饱和电流时,光电管
12、所加电压与饱和电流无关,饱和电流与光照强度有关,光照强度越大,饱和电流越大,B错误;入射光频率为时,刚好发生光电效应现象,由光电效应规律可知W0=h,将入射光频率变为3时,由爱因斯坦光电效应方程可得Ek=3h-W0,解得Ek=2h,由动能定理可得Ek=eUc,解得此时光电流的遏止电压为Uc=2he,C正确;根据光电效应方程Ek=h-W0,光子能量一定,光电子的最大初动能大,说明金属的截止频率低,D错误。6.ACD解析 粒子在磁场中做匀速圆周运动,轨道半径为r=a+L2,根据牛顿第二定律可得qvB=mv2r,解得qm=2vB(a+L),故A正确;粒子在电场中加速,根据动能定理可得qU=12mv2
13、,联立解得U=B(a+L)v4,故B错误;粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期为T=2rv,粒子在磁场中运动的时间为t=T2,联立解得t=(a+L)2v,故C正确;如图所示,粒子在磁场中经过的区域为图中的阴影部分,根据几何关系有d=r2-2L+a2-r2,最窄处的宽度为d=r-d,联立解得d=a+L-a2+2aL2,故D正确。7.答案 (1)4Fx4-x2+x3-x1(2)见解析(3)8105解析 (1)橡皮绳伸长量的变化量x的平均值为x=x4-x2+x3-x14,根据胡克定律可得F=kx,解得k=4Fx4-x2+x3-x1。(2)F-x图像如图所示。(3)由F-x图像可知,伸长量为1.00 cm
14、时,橡皮绳的弹性系数为k=0.49110-2 N/m=49 N/m,根据k=YSL可得Y=kLS=4kLD2=4490.213.144210-6 Pa=8105 Pa。8.答案 (1)Ekq(2)2md2Uq2dEkqU(3)1qd2mEkB2qd2mEk3解析 (1)根据动能定理U0q=Ek-0解得U0=Ekq。(2)所有打在极板上的离子中,运动时间最长的离子偏转距离为dd=12at2,a=Uqdm则最长时间t=2md2Uq要使所有离子都能被极板吞噬,上极板左边缘进入的全能量离子要恰好打到下极板的右边缘。此过程离子水平飞行的距离即为极板最短长度,根据L=vt,Ek=12mv2可得L=2dEkqU。(3)由分析可知,粒子束上边缘进入的三分之一能量离子恰好到达吞噬板上边缘时,半径最小,磁感应强度最大,根据13Ek=12mv12,qv1B1=mv12R1,R1=d2可得B1=2qd2mEk3粒子束下边缘进入的全能量离子恰好到达吞噬板下边缘时,半径最大,磁感应强度最小,此时有Ek=12mv22,qv2B2=mv22R2,R2=d解得B2=1qd2mEk