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1、专题十一物理与科技 生活 目录 典例赏析 3 跟踪练习 17 返回目录 变式练习1总质量为80kg的跳伞运动员从离地500m的直升机上跳下 经过2s拉开绳索开启降落伞 如图所示是跳伞过程中的v t图 试根据图象求 g取10m s2 典例赏析 返回目录 1 t 1s时运动员的加速度和所受阻力的大小 2 估算14s内运动员下落的高度及克服阻力做的功 3 估算运动员从飞机上跳下到着地的总时间 典例赏析 解析 1 从图中可以看出 在t 2s内运动员做匀加速运动 其加速度大小为 设此过程中运动员受到的阻力大小为f 根据牛顿第二定律 有mg f ma得f m g a 80 10 8 N 160N 2 从图
2、中估算得出运动员在14s内下落了39 5 2 2m 158m 返回目录 根据动能定理 有所以有 3 14s后运动员做匀速运动的时间为 运动员从飞机上跳下到着地需要的总时间 t总 t t 14 75 s 71s 典例赏析 答案 1 a 8m s2 f 160N 2 158m 1 25 105J 3 71s 返回目录 变式练习2质量为M 60kg的跳水运动员从距水面高H 10m的跳台上自由跳下 假设其体形可等效为一长度L 1 0m 直径d 0 30m的圆柱体 运动员入水后 水的阻力F等效于作用 典例赏析 在圆柱体的下端面 F的大小随运动员的入水深度y变化的函数曲线如图所示 该曲线可近似看作椭圆的一
3、部分 且椭圆的长 短轴分别与坐标轴Oy和OF重合 椭圆与y轴相交于y h处 与F轴相交于F 5 2 mg处 为了确保运动员的安全 试计算水池中水的深度h至少应等于多少 不计空气阻力 水的密度为 1 0 103kg m3 返回目录 解析 运动员下落经历了自由下落 入水和全部身体在水中运动这三个过程 其运动过程示意图如图所示 运动员从水面B入水到全部身体进入水中C位置过程中 浮力随着入水深度的增加而线性增加 其所做的功为 运动员全部身体进入水中后 从水中C位置到水中D位置过程中 所受的浮力不变 浮力所做的功为 典例赏析 返回目录 运动员在水中所受水的阻力对其做的功可由图中曲线所围成的面积来求得 由
4、椭圆的面积公式 S ab 其中a b分别为椭圆的长轴和短轴 有 而整个过程中重力所做的功为 WG mg H h 运动员的始 末状态的速度均为零 对运动员下落的全过程 根据动能定理有 WG Wf1 Wf2 WF 0 联立上述五式并代入数据可得 典例赏析 答案 4 9m 返回目录 变式练习3右图是某种静电分选器的原理示意图 两个竖直放置的平行金属板带有等量异种电荷 形成匀强电场 分选器漏斗的出口与两板上端处于同一高度 到两板距离相等 混合在一起的a b两种颗粒从漏斗出口下落时 a种颗粒带上正电 b种颗粒带上负电 经分选电场后 a b两种颗粒分别落到水平传送带A B上 典例赏析 返回目录 已知两板间
5、距d 0 1m 板的长度l 0 5m 电场仅局限在平行板之间 各颗粒所带电荷量大小与其质量之比均为1 10 5C kg 设颗粒进入电场时的初速度为零 分选过程中颗粒大小及颗粒间的相互作用力不计 要求两种颗粒离开电场区域时 不接触到极板但有最大偏转量 重力加速度g取10m s2 1 左右两板各带何种电荷 两极板间的电压是多大 2 若两带电平行板的下端距传送带A B的高度H 0 3m 颗粒落至传送带时的速度大小是多少 3 设颗粒每次与传送带碰撞反弹时 沿竖直方向的速度大小 典例赏析 返回目录 为碰撞前竖直方向速度大小的一半 写出颗粒第n次碰撞反弹高度的表达式 并求出经过多少次碰撞 颗粒反弹的高度小
6、于0 01m 典例赏析 解析 1 左板带负电荷 右板带正电荷 依题意 颗粒在平行板间的竖直方向上满足 在水平方向上满足 两式联立得 2 根据动能定理 颗粒落到水平传送带上满足 所以 返回目录 3 在竖直方向颗粒做自由落体运动 它第一次落到水平传送带上沿竖直方向的速度反弹高度根据题设条件 颗粒第n次反弹后上升的高度 当n 4时 hn 0 01m 典例赏析 答案 1 左板带负电荷 右板带正电荷 电压为1 104V 2 4m s 3 4次 返回目录 变式练习4磁流体发电是一种新型发电方式 图甲和图乙是其工作原理示意图 图甲中的长方体是发电导管 其中空部分的长 高 宽分别为l a b 前后两个侧面是绝
7、缘体 上下两个侧面是电阻可忽略的导体电极 这两个电极与负载电阻RL相连 整个发电导管处于图乙中磁场线圈产生的匀强磁场里 磁感应强度为B 方向如图所示 发电导管内有电阻率为 的高温 高速电离气体沿导管向右流动 并通过专用管道导出 由于运动的电离气体受到磁场作用 产生了电动势 发电导管内电离气体流速随磁场有无而不同 设发电导管内电离气体流速处处相同 且不存在磁场时电离气体流速为v0 电 典例赏析 返回目录 离气体所受摩擦力总与流速成正比 发电导管两端的电离气体压强差 p维持恒定 求 1 不存在磁场时电离气体所受的摩擦阻力F多大 2 磁流体发电机的电动势E的大小 3 磁流体发电机发电导管的输出功率P
8、 典例赏析 返回目录 解析 1 不存在磁场时 由力的平衡得F ab p 2 设磁场存在时的气体流速为v 则磁流体发电机的电动势E Bav回路中的电流电流I受到的安培力设F 为存在磁场时的摩擦阻力 依题意存在磁场时 由力的平衡得ab p F安 F 典例赏析 返回目录 典例赏析 根据上述各式解得 3 磁流体发电机发电导管的输入功率P abv p由能量守恒定律得P EI Fv故 答案 1 ab p 2 3 跟踪练习 返回目录 1 根据热辐射理论 物体发出的光的最大波长 m与物体的绝对温度T的关系满足T m 2 90 10 3mK 若一动物夜间的体温为27 则它热辐射发出的一个光子的能量至少为 普朗克
9、常量h 6 63 10 34J s A 6 4 10 39JB 3 1 10 13JC 2 1 10 20JD 6 6 10 29J C 跟踪练习 返回目录 2 在带正电的金属球的正上方 一个枕形导体自由下落 如图所示 在未碰上金属球之前 在下落过程中 A 导体内部场强为零 电子相对导体不运动B 导体内部场强为零 电子相对导体向下运动C 导体内部场强不为零 电子相对导体向下运动D 导体内部场强不为零 电子相对导体向上运动 解析 不少学生由于思维定式而错误地选择A选项 其实当枕形导体自由下落时 由于Q在导体中产生的场强大于感应电荷在导体 跟踪练习 返回目录 中产生的场强 所以导体内部场强不为零
10、电子相对导体不断发生定向移动 又由于导体内部场强的方向向上 所以电子相对导体向下运动 即C选项正确 3 如图所示 M是一个玩具电动机 合上开关S后 发现电动机的转速比正常慢 用一只电压表去测量ab两点电压 当S断开时Uab接近15V 当S闭合时Uab 0 6V 则可以断定 A 电池用旧了B 电动机内部断路C 电动机内部短路D 开关S出现短路 答案 C 跟踪练习 返回目录 解析 电动机内部断路时 当S闭合时电路仍是断路 Uab应接近15V 电动机内部短路时 当S闭合时电路处于短路状态 Uab应为零 开关S出现短路时 只是开关S不能控制电路 不会出现电动机的转速比正常慢的情况 电池用旧了 电源电动
11、势变化不大 但电池内电阻变大 对同样的外电路输出电压变小 因此电动机的转速比正常慢 所以答案为A选项 答案 A 跟踪练习 返回目录 4 如图示为日光灯的电路图 下列说法中正确的是 A 日光灯的启动器是装在专用插座上的 当日光灯正常发光后 取下启动器 不会影响灯管发光B 如果启动器丢失 作为应急措施 可以用一小段带绝缘外皮的导线启动日光灯C 日光灯正常发光后 灯管两端的电压为220VD 镇流器在日光灯启动时 产生瞬时高压 ABD 解析 日光灯正常发光后 由于镇流器的降压限流作用 灯管两端的电压要低于220V 跟踪练习 返回目录 5 一水桶侧壁上不同高度处开有两个小孔 把桶装满水 水从孔中流出 如
12、图所示 用手将桶提至高处 松手让桶自由下落 则在桶下落过程中 忽略空气阻力 A 水仍能从小孔中以原流速流出B 水仍能从小孔中流出 但流速变快C 水不从小孔流出D 水仍能从小孔中流出 但两孔流速相同 解析 桶和水自由下落时 都处于完全失重状态 其重力产生自由下落的加速度 桶内各处压强均等于大气压强 水的重力不产生压强 故在开孔处 内 外压强都等于大气压强 水不流出 C 跟踪练习 返回目录 6 我国发射的同步通信卫星一般定点在赤道上空约3 6万千米 东经100 附近 假设某颗同步通信卫星计划定点在赤道上空东经104 的位置 经测量卫星刚进入轨道时位于赤道上空约3 6万千米 东经103 处 为了把它
13、调整到104 处 可以短时间启动卫星上的小型喷气发动机调整卫星高度 改变其周期 使其 漂移 到预定经度后 再短时间启动发动机调整卫星的高度 从而实现定点 两次调整高度方向依次是 以地面为参考系 A 向下 向上B 向上 向下C 向下 向下D 向上 向上 解析 应先使卫星的高度降低 速率增大 使其漂移至104 处 再使其高度增加 所以选项A正确 A 跟踪练习 返回目录 7 如图所示 把由同种玻璃制成的厚度为d的立方体A和半径为d的半球体B分别放在报纸上 且让半球的凸面向上 从正上方 对B来说是最高点 竖直向下分别观察A B中心处报纸上的文字 下面的观察记录正确的是 A 看到A中的字比B中的字高B
14、看到B中的字比A中的字高C 看到A B中的字一样高D 看到B中的字和没有放玻璃半球时一样高 跟踪练习 返回目录 解析 通过立方体观察像比物高 通过球体观察物像重合 如图所示 8 若原子的某内层电子被电离形成空位 其他层的电子跃迁到该空位上时 会将多余的能量以电磁辐射的形式释放出来 此电磁辐射就是原子的特征X射线 内层空位的产生有多种机制 其中的一种 答案 AD 跟踪练习 返回目录 称为内转换 即原子中处于激发态的核跃迁回基态时 将跃迁时释放的能量交给某一内层电子 使此内层电子电离而形成空位 被电离的电子称为内转换电子 214Po的原子核从某一激发态回到基态时 可将能量E0 1 416MeV交给
15、内层电子 如K L M层电子 K L M标记原子中最靠近核的三个电子层 使其电离 实验测得从214Po原子的K L M层电离出的电子的动能分别为EK 1 323MeV EL 1 399MeV EM 1 412MeV 则可能发射的特征X射线的能量为 A 0 004MeVB 0 017MeVC 0 076MeVD 0 093MeV 跟踪练习 返回目录 解析 由玻尔理论知214Po原子的三个电子分别在K L M层轨道上运动时具有的能量为 EK EK E0 0 093MeV EL EL E0 0 017MeV EM EM E0 0 04MeV 所以214Po的内层电子跃迁时可辐射的X射线的能量有 EM
16、 EL 0 023MeV EM EK 0 089MeV EL EK 0 076MeV 可见选项C正确 9 在听磁带录音机的录音时发觉 磁带轴上磁带卷的半径经过时间t 30分钟减少一半 设轴半径为原磁带卷半径的1 4 问此后经多长时间放完磁带 答案 C 跟踪练习 返回目录 解析 设磁带厚度为d 原半径为R 轴半径为r R 4则总长度为 L R2 r2 d 30分钟匀速卷过长度为 t2分钟匀速地卷过长度为 t2 30 L2 L1 1 6t2 5分钟 答案 5分钟 跟踪练习 返回目录 10 正负电子对撞机的最后部分的简化示意图如图甲所示 俯视图 位于水平面内的粗实线所示的圆环形真空管道是正 负电子做圆运动的 容器 经过加速器加速后的正 负电子分别引入该管道时 具有相等的速度v 它们沿管道向相反的方向运动 在管道内控制它们转弯的是一系列圆形电磁铁 即图中的A1 A2 A3 An 共n个 均匀分布在整个圆环上 图中只示意性地用细实线画了几个 其他的用虚线表示 每个电磁铁内的磁场都是匀强磁场 并且磁感应强度都相同 方向竖直向下 磁场区域的直径为d 改变电磁铁内电流的大小 就可改变磁感应强度 从而改
