1、科技发展类(三)1.(多选)(2022河南开封三模)在匀强磁场中用粒子(24He)轰击静止的铝(1327Al)原子核时,产生了P、Q两个粒子,如图所示,已知匀强磁场方向垂直纸面向里,各粒子的速度方向均与磁场方向垂直,粒子P的运动轨迹在图中未画出,粒子Q做匀速直线运动,粒子的质量为m1,铝原子核的质量为m2,P粒子的质量为m3,Q粒子的质量为m4,光在真空中的速度为c,则下列说法正确的是()A.Q粒子可能是质子B.P粒子沿顺时针方向运动C.P粒子的电荷量大于铝原子核的电荷量D.核反应过程中释放出的能量为(m1+m2-m3-m4)c22.(2022湖南衡阳一模)人体的细胞膜模型图如图甲所示,由磷脂
2、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3.随着科技的发展,夜视技术越来越成熟。一切物体都可以产生红外线,即使在漆黑的夜里“红外监控”“红外摄影”也能将目标观察得清清楚楚。为了使图像清晰,通常在红外摄像头的镜头表面镀一层膜,下列说法正确的是()A.镀膜的目的是尽可能让入射的红
3、外线反射B.镀膜的目的是尽可能让入射的所有光均能透射C.镀膜的厚度应该是红外线在薄膜中波长的四分之一D.镀膜的厚度应该是红外线在薄膜中波长的二分之一4.(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:
4、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.
5、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)5.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,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
6、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.CD解析 由于Q粒子做匀速直线运动,所以Q粒子不带电,是中子,选
7、项A错误;由于Q粒子不带电,则P粒子一定带正电,由左手定则可知,P粒子沿逆时针方向运动,选项B错误;由核反应前后质量数和电荷数均守恒可知,P粒子的电荷量大于铝原子核的电荷量,选项C正确;由爱因斯坦的质能方程E=mc2,可知核反应过程中释放出的能量E=(m1+m2-m3-m4)c2,选项D正确。2.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=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
8、压U增加时,速度增大,C错误,D正确。3.C解析 镀膜的目的是尽可能让红外线能够透射,而让红外线之外的光反射,从而使红外线图像更加清晰,A、B错误;当红外线在薄膜前、后表面的反射光恰好干涉减弱时,反射光最弱,透射光最强,根据干涉相消的规律可知,此时红外线在薄膜前、后表面反射光的光程差应为半波长的奇数倍,而为了尽可能增加光的透射程度,镀膜的厚度应该取最薄的值,即值为红外线在薄膜中波长的四分之一,C正确,D错误。4.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-x
9、2+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。5.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
