1、科技发展类(一)1.(2022山东济宁一模)中国实验快堆是第四代核能系统的优选堆型,采用钚(94239Pu)作燃料,在堆心燃料钚的外围再生区里放置不易发生裂变的铀(92238U),钚-239裂变释放出的快中子被再生区内的铀-238吸收,转变为铀-239,铀-239极不稳定,经过衰变,进一步转变为易裂变的钚-239,从而实现核燃料的“增殖”。下列说法正确的是()A.铀-239转变为钚-239,经过了3次衰变B.铀-239发生衰变过程中,电荷数守恒,质量数也守恒C.铀-239发生衰变的实质是原子核内的中子转化为一个质子和一个电子D.钚(94239Pu)裂变生成两个中等质量的核,钚核的比结合能大于生
2、成的两个核的比结合能2.(多选)(2022广东深圳一模)磁悬浮列车是高速低耗交通工具,如图甲所示,它的驱动系统简化为如图乙所示的物理模型。固定在列车底部的正方形金属线框的边长为L,匝数为N,总电阻为R;水平面内平行长直导轨间存在磁感应强度均为B、方向交互相反、边长均为L的正方形组合匀强磁场。当磁场以速度v匀速向右移动时,可驱动停在轨道上的列车,则()A.图示时刻线框中感应电流沿逆时针方向B.列车运动的方向与磁场移动的方向相同C.列车速度为v时线框中的感应电动势大小为2NBL(v-v)D.列车速度为v时线框受到的安培力大小为2NB2L2(v-v)R3.(多选)(2022河北石家庄一模)如图甲所示
3、,某实验室设计了一款能够与人协作、共同完成冰壶比赛的机器人。当机器人与冰壶之间的距离保持在8 m之内时,机器人可以实时追踪冰壶的运动信息。在某次投掷练习中机器人夹取冰壶,由静止开始做匀加速运动,之后释放冰壶,二者均做匀减速直线运动,冰壶准确命中目标,二者在整个运动过程中的v-t图像如图乙所示。此次投掷中,下列说法正确的是()A.冰壶减速运动的加速度大小为0.125 m/s2B.9 s末,冰壶的速度大小为5.75 m/sC.7 s末,冰壶、机器人二者间距为7 mD.机器人能够一直准确获取冰壶的运动信息4.(2022重庆万州第二高级中学模拟)电磁场与现代高科技密切关联,并有重要应用。以下说法正确的
4、是()A.图甲所示的速度选择器能使速度大小v=EB的粒子沿直线匀速通过,PQ和QP均可使用B.图乙所示的磁流体发电机正常工作时电流方向为bRaC.图丙为回旋加速器,若增大D形盒狭缝之间的加速电压U,则粒子射出加速器时的最大动能增大D.图丁为霍尔元件,若载流子带负电,稳定时元件左侧的电势低于右侧的电势5.(2022湖南雅礼中学一模)某同学利用DIS测定直流电动机效率,装置和电路如图甲所示,其中A、B、C和D都是传感器。A、B分别是位移传感器的发射器和接收器,测重物上升的高度h。图乙是所有传感器测得的数据记录,绘在一张图上。(1)图甲中,装置C是传感器,D是传感器。(均选填“电流”或“电压”)(2
5、)如图甲所示,闭合开关前,滑动变阻器滑片应处于(选填“左”或“右”)端。(3)根据图乙中的U-t、I-t和h-t图像,选择区域读取数据,为较精确地算出正常工作时电动机的效率,则对应的时间段选取最适宜的是。A.00.5 sB.01.0 sC.0.52.0 sD.1.03.0 s(4)读出所选过程中C、D的示数,已知重物和A的总质量为m=70 g,重力加速度g取9.80 m/s2,可算得该直流电动机的效率=%。6.(2022山东烟台、德州一模)加速器在核物理和粒子物理研究中发挥着巨大的作用,回旋加速器是其中的一种。某回旋加速器的结构示意图如图所示,D1和D2是两个中空的、半径为R的半圆形金属盒,两
6、盒之间窄缝的宽度为d,它们之间有一定的电势差U。两个金属盒处于与盒面垂直的匀强磁场中,磁感应强度大小为B。D1盒的中央A处的粒子源可以产生质量为m、电荷量为+q的粒子,粒子每次经过窄缝都会被电场加速,之后进入磁场做匀速圆周运动,经过若干次加速后,粒子从金属盒D1边缘离开,忽略粒子的初速度、粒子的重力、粒子间的相互作用及相对论效应。(1)求粒子离开加速器时获得的最大动能Ekm;(2)在分析带电粒子的运动轨迹时,用d表示任意两条相邻轨迹间距,甲同学认为d不变,乙同学认为d逐渐变大,丙同学认为d逐渐减小,请通过计算分析哪位同学的判断是合理的;(3)若该回旋加速器金属盒的半径R=1 m,窄缝的宽度d=
7、0.1 cm,求粒子从A点开始运动到离开加速器的过程中,其在磁场中运动时间与在电场中运动时间的比值。(结果保留两位有效数字)答案：1.C解析 铀-239转变为钚-239,质量数不变,电荷数增加,电荷增加2,则经过了2次衰变, A错误;铀-239发生衰变过程中,电荷数守恒,质量数也守恒,由于反应放出能量,则有质量亏损,B错误;铀-239发生衰变,实质是原子核内的中子转化为一个质子和一个电子, C正确;钚(94239Pu)裂变生成两个中等质量的核,反应放出核能,生成的新核更加稳定,则钚核的比结合能小于生成的两个核的比结合能,D错误。2.BC解析 线框相对磁场向左运动,根据右手定则可知图示时刻线框中
8、感应电流沿顺时针方向,A错误;根据左手定则,列车受到向右的安培力,因此列车运动的方向与磁场移动的方向相同,B正确;由于前后两个边产生的感应电动势顺次相加,根据法拉第电磁感应定律E=2NBLv=2NBL(v-v),C正确;列车速度为v时线框受到的安培力大小为F=2NBIL=4N2B2L2(v-v)R,D错误。3.AC解析 根据加速度的定义可知,冰壶减速运动的加速度大小为a=vt=5-611-3 m/s2=-0.125 m/s2,故加速度大小为0.125 m/s2,A正确;由速度时间公式可得,9 s末,冰壶的速度大小为v=v0+at=6 m/s-0.1256 m/s=5.25 m/s,B错误;由图
9、线可知,机器人的加速度为a机=vt=0-69-3 m/s2=-1 m/s2,故可得7 s末冰壶的位移为x冰=v0t+12a冰t2=23 m,7 s末,机器人的位移为x机=v0t+12a机t2=16 m,则7 s末冰壶、机器人二者间距为7 m,C正确;由于机器人停止运动时,其位移为18 m,而此时冰壶的位移为x冰=v0t+12a冰t2=33.75 m,可知机器人不能一直准确获取冰壶的运动信息,D错误。4.D解析 假设粒子带正电,从PQ运动时,受向下的静电力及向上的洛伦兹力,二力平衡时粒子做匀速直线运动,有qE=qvB,则v=EB,当粒子从QP时,所受静电力向下,洛伦兹力向下,合力不会为零,粒子不
10、能做直线运动,A错误;根据左手定则可判断,正电荷所受洛伦兹力向上,负电荷所受洛伦兹力向下,P的电势高,Q的电势低,电流方向为aRb,B错误;设D形盒的半径为R,粒子离开时速度为v,磁感应强度为B,粒子质量为m,电荷量为q,根据牛顿第二定律得qvB=mv2R,Ek=12mv2=(qBR)22m,最大动能与加速电压无关,C错误;根据左手定则可判断负电荷所受洛伦兹力向左,所以,左侧电势低,右侧电势高,D正确。5.答案 (1)电压电流(2)左(3)D(4)23.3(22.025.0均可)解析 (1)由实验原理和目的,要测电动机的效率,则要测出输入电动机的功率或电动机消耗的电功率,所以要测出电动机的输入
11、电压和电流,由图甲可以看出,C是与电动机并联的,所以是电压传感器,而D是与电动机串联的,是电流传感器。(2)为保证安全起见,要使电动机逐步正常工作,开始闭合电路时使电路的电流最小,则滑动变阻器调到最大,应处于最左端。(3)电动机稳定工作的时间段是1.03.0 s,故选D。(4)电动机输入功率为P入=UI=0.586.00.40.4 W=0.557 W,而电动机的输出功率P出=mght=7010-39.80(0.58-0.20)2.0 W=0.130 W,所以电动机的效率为=P出P入=23.3%,考虑到误差,结果为22.025.0均可。6.答案 (1)q2B2R22m(2)见解析(3)1.610
12、3解析 (1)当带电粒子运动半径为半圆金属盒的半径R时,粒子的速度达到最大值vm,由牛顿第二定律得qBvm=mvm2R粒子离开加速器时获得的最大动能Ekm=12mvm2解得Ekm=q2B2R22m。(2)第N次加速后,由动能定理得NqU=12mvN2根据牛顿第二定律得qBvN=mvN2rN可解得第N次加速后rN=1B2NmUq可推得第(N-1)次加速后rN-1=1B2(N-1)mUq相邻轨迹间距d=2(rN-rN-1)=(N-N-1)2B2mUq由此可知相邻轨迹间距逐渐减小,丙同学的判断是合理的。(3)粒子在电场中被加速n次,由动能定理得nqU=Ekm解得n=qB2R22mU粒子在加速器中运动的时间可以看成两部分时间之和,即在金属盒内旋转n2圈的时间t1和通过金属盒间隙n次所需的时间t2之和,粒子在磁场中做匀速圆周运动时,洛伦兹力充当向心力由牛顿第二定律得qBv=mv2r运动周期T=2rv=2mqB粒子在磁场中运动时间t1=n2T=BR22U粒子在电场中运动时,由匀变速直线运动规律得nd=vm2t2解得t2=BRdU粒子在磁场中运动时间与在电场中运动时间的比值