1、创新应用3物理与现代科学技术题组1现代科技1全国政协委员、中国航天科技集团十一院研究员周伟江在2018年3月10日透露，中国已经完成火星探测器的气动设计工作，目前正在试验验证，计划于2020年发射火星探测器，因为火星大部分地区表面温度的昼夜差越过100 ，一般化学电池无法工作，因此探测器的工作电源是放射性同位素电池，即核电池核电池将同位素在衰变过程中不断放出的核能转变为电能，核电池已成功用作航天器的电源据此猜测航天器的核电池有可能采用的核反应方程是(C)AHHHenBUnBaKr3nCPuUHeDAlHePn【解析】HHHen为核聚变；UnBaKr3n为核裂变；PuUHe为衰变；AlHePn为
2、原子核的人工转变，故选C2在研发无人驾驶汽车的过程中，对比甲、乙两辆车的运动，两车在计时起点时刚好经过同一位置沿同一方向做直线运动，它们的速度随时间变化的关系如图所示，由图可知(B)A甲车任何时刻加速度大小都不为零B在t3 s时，两车第一次相距最远C在t6 s时，两车又一次经过同一位置D甲车在t6 s时的加速度与t9 s时的加速度相同【解析】速度时间图像切线的斜率表示加速度，甲车的vt图像的“波峰”“波谷”处切线的斜率为零，即所对应的时刻加速度为零，选项A错误；根据vt图像与坐标轴围成的面积表示位移可知，在t3 s时，两车第一次相距最远，选项B正确；在t6 s时，两车又一次速度相等，由图分析可
3、知，此时两车位移不相等，即不经过同一位置，选项C错误；甲车在t6 s时的加速度与t9 s时的加速度方向相反，选项D错误3二十一世纪，能源问题是全球关注的焦点问题新能源电动汽车在近几年发展迅速下表给出的是某款电动汽车的相关参数：参数指标整车质量0100 km/h加速时间最大速度电池容量制动距离(100 km/h0)数值2 000 kg4.4 s250 km/h90 kWh40 m请从上面的表格中选择相关数据，重力加速度g取10 m/s2，完成下列问题：(1)求汽车在从速度为100 km/h到完全停止的制动过程(可视为匀变速运动过程)中的加速度大小(计算过程中100 km/h近似为30 m/s)；
4、(2)若已知电动汽车电能转化为机械能的效率为80%，整车在行驶过程中的阻力约为车重的0.05倍，试估算此电动汽车以20 m/s的速度匀速行驶时的续航里程(能够行驶的最大里程)，并根据你的计算，提出提高电动汽车续航里程的合理化建议(至少两条)；(3)若此电动汽车的速度从5 m/s提升到20 m/s需要25 s，此过程中电动汽车获得的动力功率随时间变化的关系如图所示，整车在行驶过程中的阻力仍约为车重的0.05倍，求此加速过程中汽车行驶的路程(提示：可利用Pt图像计算动力对电动汽车做的功)【答案】(1)11.25 m/s2(2)提高电动汽车的工作效率；减小汽车行驶过程中的阻力；提高电动汽车电池的容量
5、(3)265 m【解析】(1)加速度a11.25 m/s2所以加速度的大小为11.25 m/s2.(2)对电动汽车匀速行驶的全过程，由动能定理得WWfEk即80%C0.05mgs0，其中C90 kWh903.6106 J3.24108 J解得s259.2 km提高电动汽车续航里程的合理化建议：提高电动汽车的工作效率；减小汽车行驶过程中的阻力；提高电动汽车电池的容量(3)根据动能定理得W1fx1动力做的功由Pt图像与坐标轴所围的面积可求得，由图求得W16.4105 J，又f0.05mg解得x1265 m.4飞行时间质谱仪研究，我国再获技术成果其原理如图所示，它可以根据测出的带电粒子的飞行时间对气
6、体分子进行分析在真空状态下，脉冲阀P喷出微量气体，经激光照射产生不同正离子，这些正离子自a板小孔进入a、b间的加速电场，从b板小孔射出，沿中线方向进入M、N板间的方形区域，然后到达紧靠在其右侧的探测器，已知极板a、b间的电压为U0，间距为d，极板M、N正对且长度和间距均为L，测出某一离子从a板到b板的飞行时间为t，不计离子重力及经过a板时的初速度(1)求该离子的比荷；(2)若在M、N间加上偏转电压U，为保证上述离子能直接打在探测器上，求U与U0的关系【答案】(1)(2)U2U0【解析】(1)离子在a、b板间加速时，由动能定理得qU0mv20离子在a、b板间运动时间为t，故dvt联立解得.(2)
7、M、N间加上偏转电压U时，离子在M、N间做类平抛运动运动时间t1，加速度大小a，偏转距离yat由题意得yL，联立解得U2U0.5微观领域存在反粒子，反粒子组成的物质叫反物质物质与反物质一旦接触便会湮灭，发生爆炸并产生巨大能量质子带正电，反质子带等量负电在真空中进行质子和反质子湮灭的一次实验中，利用如图所示的电磁场控制实验过程，在xOy坐标系第一象限有平行于x轴向左、电场强度大小未知的匀强电场，其他象限有垂直于纸面向里、磁感应强度大小未知的匀强磁场，C点在x轴上，A点在y轴上质子在C点以速度v0垂直于x轴进入电场的同时，反质子在O点以某一速度沿x轴负方向进入磁场，它们在y轴上的A点相遇而湮灭已知
8、OC2d，OAd，质子和反质子质量为m，电荷量为q，不计粒子重力和粒子间相互作用的影响(1)求匀强电场的电场强度E和匀强磁场的磁感应强度B1的大小之比；(2)求反质子的速度v1；(3)若将第一象限的电场换成垂直于纸面向里的匀强磁场，该磁场的磁感应强度B22B1，在不同的时刻分别释放质子和反质子，反质子的速度仍然为v1，要求反质子在穿越y轴进入第一象限时与第一次到达y轴的质子相遇而湮灭，则质子应从C点以多大的速度垂直于x轴进入第一象限？【答案】(1)(2)(3)v0(n1,2,3，)【解析】(1)设质子在电场中运动的加速度为a，反质子做匀速圆周运动的周期为T，经过时间t，质子和反质子相遇，则dv
9、0t,2dat2，qEma，tT，T解得E，B1，则.(2)设反质子从O到A做匀速圆周运动的半径为r，则r，又qv1B1联立解得v1.(3)设反质子在磁感应强度为B2的磁场中做匀速圆周运动的半径为R，则qv1B2解得R反质子在磁场中的运动轨迹如图所示，设反质子第n次(n1,2,3，)穿越y轴从某点P进入第一象限时的纵轴坐标为yn，则ynd设质子从C点以vn的速度垂直于x轴进入第一象限，做匀速圆周运动的半径为rn，在P点与第n次(n1,2,3，)穿越y轴进入第一象限的反质子相遇，则y(rn2d)2r，又qvnB2.得rnd(n1,2,3，)vnv0(n1,2,3，)题组2电磁驱动与阻拦6超导电磁
10、船是一种不需要螺旋桨推进的低噪音新型船，如图所示是电磁船的简化原理图，AB和CD是与电源相连的导体板，AB与CD之间的区域浸没在海水中并有垂直纸面向里的匀强磁场(磁场由固定在船上的超导线圈产生，其独立电路部分未画出)，以下说法正确的是(D)A使船前进的力，是磁场对海水中电流的安培力B要使船前进，海水中的电流方向应从CD板指向AB板C同时改变磁场的方向和电源的正负极，推进力的方向将与原方向相反D若接入电路的海水电阻为R，其两端的电压为U，则船在海水中前进时，AB与CD间海水中的电流小于【解析】AB与CD之间的海水与导体板和电源构成回路，海水通电后受到磁场对其向后的安培力的作用，根据牛顿第三定律可
11、知，海水对磁场(实质是海水对超导电磁船)有向前的作用力，该力是使船前进的力，选项A错误；根据左手定则可知，要使船前进，海水中的电流方向应从AB板指向CD板，选项B错误；同时改变磁场的方向和电源的正负极，推进力的方向将与原方向相同，选项C错误；船在海水中前进时，AB与CD间可视为导体的海水做切割磁感线运动，则这部分海水中会产生反感应电动势E，故AB与CD间海水中的电流I【解析】返回器在b点处的加速度方向背离地心，应处于超重状态，选项A错误；返回器从a到c的过程中由于空气阻力对其做负功，返回器的动能减小，从c到e的过程中只有万有引力做功，机械能守恒，所以返回器在a、c、e三点的速度大小应满足vav
12、cve，动能不相等，选项B错误；在d点时返回器受到的合力等于万有引力，即mad，所以加速度大小ad，选项C正确；在d点时返回器做向心运动，其所受到的万有引力大于其所需的向心力，所以速度大小v，选项D错误14(多选)2018年5月1日，我国北斗导航民用APP正式启用，北斗导航系统定位可以精确到厘米，全部建成后的北斗导航系统共有35颗卫星，包括5颗地球同步卫星、27颗中轨道卫星、3颗倾斜同步轨道卫星其中有一颗中轨道卫星运行周期为T，已知T24 h设地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，现将该中轨道卫星的运动看作匀速圆周运动，则下列说法正确的是(AD)A该中轨道卫星的加速度大于地球同步卫星的加速度
13、B该中轨道卫星的运行速度大于第一宇宙速度C该中轨道卫星离地面的高度为D该中轨道卫星所在轨道处的重力加速度为【解析】中轨道卫星的运行周期T24 h，即小于地球同步卫星的运行周期，根据开普勒第三定律k，可知中轨道卫星的轨道半径小于地球同步卫星的轨道半径，卫星的加速度a，可知中轨道卫星的加速度大于地球同步卫星的加速度，选项A正确；根据卫星的线速度v，第一宇宙速度等于近地卫星的运行速度，中轨道卫星的轨道半径大于地球半径，可知中轨道卫星的运行速度小于第一宇宙速度，选项B错误；中轨道卫星在预定轨道运行的过程中万有引力提供向心力，设中轨道卫星离地面的高度为h，则有m(Rh)，地球表面上的物体有m1g，以上两式联立解得hR，选项C错误；设中轨道卫星所在轨道处的重力加速度为g，有mgm(Rh)，将上式求得的hR代入，解得该中轨道卫星所在轨道处的重力加速度为，选项D正确