高考物理考前沖刺（5）聯(lián)系社會(huì)生活關(guān)注前沿科技破解STSE問題 (含詳解)

高考物理沖破高分瓶頸考前必破破（5）聯(lián)系社會(huì)生活、關(guān)注前沿科技、破解STSE問題一、【真題引領(lǐng)】(2019·天津高考)2018年，人類歷史上第一架由離子引擎推動(dòng)的飛機(jī)誕生，這種引擎不需要燃料，也無污染物排放。引擎獲得推力的原理如圖所示，進(jìn)入電離室的氣體被電離成正離子，而后飄入電極A、B之間的勻強(qiáng)電場(初速度忽略不計(jì))，A、B間電壓為U，使正離子加速形成離子束，在加速過程中引擎獲得恒定的推力。單位時(shí)間內(nèi)飄入的正離子數(shù)目為定值，離子質(zhì)量為m，電荷量為Ze，其中Z是正整數(shù)，e是元電荷。(1)若引擎獲得的推力為F1，求單位時(shí)間內(nèi)飄入A、B間的正離子數(shù)目N為多少。(2)加速正離子束所消耗的功率P不同時(shí)，引擎獲得的推力F也不同，試推導(dǎo)FP(3)為提高能量的轉(zhuǎn)換效率，要使FP盡量大，請?zhí)岢鲈龃驠【答案】(1)F12ZemU(2)FP=解讀題眼解析：(1)設(shè)正離子經(jīng)過電極B時(shí)的速度為v，根據(jù)動(dòng)能定理，有ZeU=12mv2設(shè)正離子束所受的電場力為F1′，根據(jù)牛頓第三定律，有F1′=F1 ②設(shè)引擎在Δt時(shí)間內(nèi)飄入電極間的正離子個(gè)數(shù)為ΔN，由牛頓第二定律，有F1′=ΔNm ③聯(lián)立①②③式，且N=得N=F12(2)設(shè)正離子束所受的電場力為F′，由于正離子束在電場中做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，有P=12考慮到牛頓第三定律得到F′=F，聯(lián)立①⑤式得FP=2(3)為使FP盡量大，分析FP=失分警示警示1：不能有效地提取信息。抓不住題目的題眼或關(guān)鍵詞。如“電離成正離子”“A、B之間的勻強(qiáng)電場”“正離子加速形成離子束”等。警示2：看不懂題圖所給的信息。題圖很形象地告知“氣體在電離室電離出正離子，然后在A、B之間電場中加速形成離子束”。警示3：對未知內(nèi)容的抵觸或害怕?？吹健半x子引擎推動(dòng)的飛機(jī)”就感覺信息太前沿，直接放棄。要學(xué)會(huì)將前沿的信息轉(zhuǎn)化成通俗常見的物理模型。二、【高考猜押】（1）科學(xué)技術(shù)類1.2019年春節(jié)期間上映的科幻大片《流浪地球》，很受歡迎，影片中描述的行星發(fā)動(dòng)機(jī)為“重元素核聚變發(fā)動(dòng)機(jī)”通過燃燒石頭獲得能量，所謂”重元素核聚變”指的是兩個(gè)比較重(相對氘，氚)的核，產(chǎn)生聚變形成一個(gè)更重的核并放出能量的過程。影片中發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒石頭指的是石頭里的硅(Si)聚變生成鐵(Fe)，結(jié)合以下比結(jié)合能圖，下列說法正確的是 ()A.結(jié)合能是指把原子核拆成自由核子所放出的能量B.比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定C.Si的比結(jié)合能比Fe的比結(jié)合能大D.已知硅核質(zhì)量，可以算出硅核的結(jié)合能【答案】B解析：原子核是核子結(jié)合在一起構(gòu)成的，要把它們分開，需要能量，這就是原子核的結(jié)合能，故A錯(cuò)誤；比結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定，故B正確；Fe比Si穩(wěn)定，Si的比結(jié)合能比Fe的比結(jié)合能小，故C錯(cuò)誤；只知道硅核質(zhì)量，不足以算出硅核的結(jié)合能，故D錯(cuò)誤。2.磁流體推進(jìn)船的動(dòng)力來源于電流與磁場間的相互作用。圖甲是在平靜海面上某實(shí)驗(yàn)船的示意圖，磁流體推進(jìn)器由磁體、電極和矩形通道(簡稱通道)組成。模型原理簡化如圖乙所示，通道尺寸a=2.0m、b=0.2m、c=0.10m。工作時(shí)，在通道內(nèi)沿z軸正方向加B=6.0T的勻強(qiáng)磁場；沿x軸負(fù)方向加勻強(qiáng)電場，使兩金屬板間的電壓U=200V；海水沿y軸方向流過通道。已知海水的電阻率ρ=0.20Ω·m。則 ()A.船靜止時(shí)，接通電源瞬間通道內(nèi)電阻R=20ΩB.船靜止時(shí)，接通電源瞬間通道內(nèi)電流大小I=1000AC.船靜止時(shí)，接通電源瞬間推進(jìn)器對海水推力大小F=120ND.船勻速前進(jìn)時(shí)，若通道內(nèi)海水速率v=5.0m/s，則海水兩側(cè)的電壓U′=26V【答案】B解析：船靜止時(shí)，根據(jù)R=ρLS可知接通電源瞬間通道內(nèi)電阻R=ρbac=0.20×Ω=0.2Ω，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；船靜止時(shí)，根據(jù)歐姆定律可知，接通電源瞬間通道內(nèi)電流大小I=UR=3.2019年4月10日，人類史上首張黑洞照片發(fā)布，黑洞最初是一個(gè)衰老的巨大恒星。隨著恒星中心的“燃料”不斷消耗，恒星內(nèi)核開始塌縮。最終，所有物質(zhì)縮成一個(gè)體積接近無限小的奇點(diǎn)。奇點(diǎn)會(huì)形成強(qiáng)大引力場，就連光也會(huì)被吸進(jìn)去，至此黑洞誕生。拍攝黑洞用的是事件視界望遠(yuǎn)鏡，該望遠(yuǎn)鏡收集到的是一種波長比光波更長的亞毫米波。發(fā)布的圖片中心黑暗區(qū)域正中為黑洞，周圍環(huán)繞一個(gè)新月狀光環(huán)，一側(cè)亮一些，另一側(cè)暗一些，是因?yàn)楣猸h(huán)旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致接收者接收到相位和頻率變化造成的。根據(jù)以上信息和已學(xué)知識分析下列說法正確的是 ()A.恒星發(fā)光發(fā)熱是恒星內(nèi)部的核裂變造成的B.環(huán)狀新月型光環(huán)上下兩側(cè)不對稱是多普勒效應(yīng)造成的C.黑洞的第一宇宙速度是光速D.事件視界望遠(yuǎn)鏡收集的亞毫米波比可見光的頻率大【答案】B解析：恒星發(fā)光發(fā)熱是恒星內(nèi)部的核聚變造成的，故A錯(cuò)誤；環(huán)狀新月型光環(huán)上下兩側(cè)不對稱是因?yàn)楣猸h(huán)旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致接收者接收到相位和頻率變化造成的，此現(xiàn)象屬于多普勒效應(yīng)，故B正確；黑洞的第二宇宙速度(逃逸速度)是光速，故C錯(cuò)誤；望遠(yuǎn)鏡收集到的是波長比可見光波長更長的亞毫米波，而波長和頻率成反比，所以收集的亞毫米波比可見光的頻率小，故D錯(cuò)誤。（2）社會(huì)環(huán)境類4.2019年5月17日23點(diǎn)48分，長征三號丙運(yùn)載火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)第45顆衛(wèi)星(北斗二號GEO-8衛(wèi)星)。該衛(wèi)星是我國北斗區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的第4顆備份衛(wèi)星，屬于地球靜止同步軌道衛(wèi)星。至此，北斗二號衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)圓滿收官。則北斗二號GEO-8衛(wèi)星在軌道運(yùn)行時(shí)，其()A.線速度大于第一宇宙速度B.角速度大于月球繞地球運(yùn)行的角速度C.向心加速度大于地面的重力加速度D.每隔24h都會(huì)有兩次經(jīng)過赤道上空【答案】B解析：第一宇宙速度是近地飛行的線速度，則可知北斗二號GEO-8衛(wèi)星的線速度小于第一宇宙速度，故A錯(cuò)誤；由題意可知北斗二號GEO-8衛(wèi)星是地球同步衛(wèi)星，則其運(yùn)行周期為24h，小于月球繞地球運(yùn)行的周期，根據(jù)ω=可知其角速度大于月球繞地球運(yùn)行的角速度，故B正確，D錯(cuò)誤；在地球表面上的物體重力等于萬有引力，即mg=GMmR2，可得地面的重力加速度為g=GMR2，對北斗二號GEO-8衛(wèi)星有m′a=GMm5.(多選)如圖甲為新能源電動(dòng)汽車的無線充電原理圖，M為匝數(shù)n=50匝、電阻r=1.0Ω的受電線圈，N為送電線圈。當(dāng)送電線圈N接交變電流后，在受電線圈內(nèi)產(chǎn)生了與線圈平面垂直的磁場，其磁通量Ф隨時(shí)間t變化的規(guī)律如圖乙。下列說法正確的是()A.受電線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢的有效值為102VB.在t1時(shí)刻，受電線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢為20VC.在t1～t2內(nèi)，通過受電線圈的電荷量為4×10-2CD.在t1～t2內(nèi)，通過受電線圈的電荷量為2×10-2C【答案】A、D解析：由圖乙可知，T=π×10-3s，受電線圈的最大磁通量為Φm=2.0×10-4Wb，所以受電線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢最大值為：Em=nΦm·=50×2.0×10-4×V=20V，所以受電線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢的有效值為E=Em2=102V，故A正確；由圖乙可知，t1時(shí)刻磁通量變化率為0，由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，此時(shí)受電線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢為0V，故B錯(cuò)誤；由公式q=，代入數(shù)據(jù)解得：q==C=2.0×10-2C，故C錯(cuò)誤，D正確。6.如圖所示是網(wǎng)球發(fā)球機(jī)，某次室內(nèi)訓(xùn)練時(shí)將發(fā)球機(jī)放置于某一豎直墻面前，然后向墻面發(fā)射網(wǎng)球。假定網(wǎng)球水平射出，某兩次射出的網(wǎng)球a、b運(yùn)動(dòng)軌跡如圖虛線所示，碰到墻面時(shí)與水平方向夾角分別為30°和60°、若不考慮網(wǎng)球在空中受到的阻力，則a、b兩球 ()A.a球初速度較大B.a球在空中飛行的時(shí)間較長C.a球碰到墻面時(shí)速度較大D.a球速度變化量較大【答案】A解析：在平拋運(yùn)動(dòng)過程中，有：h=12gt2；x=v0t；位移與水平方向夾角的正切值為：tanα=hx=gt2v0；速度與水平方向夾角的正切值為：tanβ=vyv0=gtv0。則有：tanβ=2tanα。在平拋運(yùn)動(dòng)中，有：h=x·tanα=x·。兩球碰到墻面時(shí)與水平方向夾角分別為30°和60°，所以h1h2==13，由h=12gt2可得：t1t2=h1h2=37.2019年4月24日15時(shí)許，受強(qiáng)對流云團(tuán)影響，溫州市多地出現(xiàn)暴雨、冰雹天氣。有報(bào)道稱，當(dāng)天某學(xué)校正在戶外舉辦招聘會(huì)，有學(xué)生被冰雹砸傷。冰雹一般自4000m～20000m的高空下落，是陣發(fā)性的災(zāi)害性天氣，超過5cm的冰雹不間斷打擊頭部，就會(huì)導(dǎo)致昏迷。若冰雹豎直下落過程中受到的空氣作用力與速度平方成正比，比例系數(shù)k=0.0004kg/m，一塊質(zhì)量m=36g的冰雹(可認(rèn)為過程中質(zhì)量始終保持不變)自4000m高空下落，落地前已達(dá)到下落的最大速度。求：(1)冰雹下落的最大速率vm；(2)當(dāng)下落時(shí)速度v=10m/s時(shí)的加速度a大??；(3)下落過程中克服空氣作用力所做的功Wf