統(tǒng)考版2024屆高考物理二輪專項(xiàng)分層特訓(xùn)卷第一部分新情境熱點(diǎn)練情境7物理在科技中的應(yīng)用

情境7物理在科技中的應(yīng)用1．[2023·廣東深圳聯(lián)考]自動(dòng)駕駛汽車依靠人工智能、雷達(dá)、監(jiān)控裝置和全球定位系統(tǒng)協(xié)同合作，讓電腦可以在沒有任何人操作的情況下，自動(dòng)安全地操作機(jī)動(dòng)車輛．某平直公路上一輛自動(dòng)駕駛汽車正以v1＝40km/h的速度勻速行駛，某時(shí)刻其右前方一小狗(可視為質(zhì)點(diǎn))以v2＝5m/s的速度沿垂直車道方向勻速跑入公路，當(dāng)汽車傳感器探測到小狗時(shí)，小狗到汽車右側(cè)所在直線的距離L1＝5m，到汽車前沿所在直線的距離L2＝8m，如圖所示．已知汽車的車長d1＝5m、車寬d2＝2m，汽車加速時(shí)的加速度大小a1＝4m/s2，剎車時(shí)的加速度大小a2＝5m/s2.為了避免與小狗發(fā)生碰撞，汽車的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)該作出的正確判斷是()A．汽車應(yīng)保持原速通過B．汽車應(yīng)剎車減速C．汽車應(yīng)加速通過D．不論汽車是加速還是剎車減速，均不能避免與小狗發(fā)生碰撞2．智能手機(jī)帶有光線傳感器，可以自動(dòng)調(diào)整亮度，光線傳感器的工作原理是光電效應(yīng)．普朗克常量為h，電子的電荷量為e，下面關(guān)于光電效應(yīng)的說法正確的是()A．發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成正比B．在研究光電效應(yīng)飽和電流時(shí)，由I＝neSv可知，光電管所加電壓越大，電子獲得的速度越大，飽和電流越大C．入射光頻率為ν時(shí)，某金屬剛好發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，入射光頻率變?yōu)?ν時(shí)，此時(shí)的遏止電壓為eq\f(2hν,e)D．不改變光照強(qiáng)度，增大光的頻率，飽和電流不變3.[2023·湖南卷](多選)某同學(xué)自制了一個(gè)手搖交流發(fā)電機(jī)，如圖所示．大輪與小輪通過皮帶傳動(dòng)(皮帶不打滑)，半徑之比為4∶1，小輪與線圈固定在同一轉(zhuǎn)軸上．線圈是由漆包線繞制而成的邊長為L的正方形，共n匝，總阻值為R.磁體間磁場可視為磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場．大輪以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)小輪及線圈繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)軸與磁場方向垂直．線圈通過導(dǎo)線、滑環(huán)和電刷連接一個(gè)阻值恒為R的燈泡．假設(shè)發(fā)電時(shí)燈泡能發(fā)光且工作在額定電壓以內(nèi)，下列說法正確的是()A．線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為4ωB．燈泡兩端電壓有效值為3eq\r(2)nBL2ωC．若用總長為原來兩倍的相同漆包線重新繞制成邊長仍為L的多匝正方形線圈，則燈泡兩端電壓有效值為eq\f(4\r(2)nBL2ω,3)D．若僅將小輪半徑變?yōu)樵瓉淼膬杀?，則燈泡變得更亮4．[2023·哈爾濱五模](多選)超導(dǎo)磁懸浮列車是利用超導(dǎo)磁體使列車車體向上浮起，通過周期性地變換磁極方向而獲得推進(jìn)動(dòng)力的新型交通工具．其推進(jìn)原理可以簡化為如圖所示的模型：在水平面上相距L的兩根平行直導(dǎo)軌間，有等間距分布的垂直軌道平面的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小分別為B1、B2，且B1＝B2＝B，每個(gè)磁場的寬都是L，相間排列，所有這些磁場都以速度v向右勻速運(yùn)動(dòng)．跨在兩導(dǎo)軌間正方形金屬框abcd(懸浮在導(dǎo)軌上方，邊長為L)在磁場力作用下也將會(huì)運(yùn)動(dòng)．設(shè)金屬框的總電阻為R，運(yùn)動(dòng)中所受到的阻力恒為f，則()A.金屬框在磁場力作用下會(huì)向右運(yùn)動(dòng)B．金屬框ad邊和bc邊受到的磁場力大小相等，方向相反C．金屬框的最大速度vm＝eq\f(4B2L2v－fR,4B2L2)D．金屬框的最大速度vm＝eq\f(2B2L2v－fR,2B2L2)5．[2023·山東濟(jì)南5月模擬]在“天宮課堂”第二課上，航天員給我們展示了“科學(xué)實(shí)驗(yàn)重器”——“高微重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜”．如圖甲所示，當(dāng)柜體受到一個(gè)干擾偏離原位置時(shí)，柜體通過噴氣又慢慢回到了原位置．將該過程簡化為如圖乙所示的模型，物塊靜止在光滑水平面上的O點(diǎn)，左、右有兩個(gè)噴氣裝置A和B，當(dāng)給物塊一個(gè)水平向左的初速度時(shí)，噴氣裝置A立即向左噴氣，經(jīng)過一段時(shí)間，裝置A關(guān)閉，同時(shí)裝置B向右噴氣，直到物塊回到出發(fā)點(diǎn)O且回到O點(diǎn)時(shí)速度為零，假設(shè)噴氣裝置A、B噴氣過程中對物塊的作用力大小相等且不變，方向始終在水平方向上，噴氣對物塊和噴氣裝置整體質(zhì)量的影響忽略不計(jì)，則該過程中A、B噴氣裝置噴氣的時(shí)間的比值等于()A．1B．2C．eq\r(5)D．eq\r(2)＋16.我國實(shí)踐二十號同步通信衛(wèi)星首次采用了LIPS－300電推進(jìn)系統(tǒng)，該技術(shù)將巨量化學(xué)燃料用特殊氣體——“氙氣”代替，通過將氙氣電離，并在電場作用下產(chǎn)生高速離子流形成推力，其效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)化學(xué)推進(jìn)效率．離子推進(jìn)器是太空飛行器常用的動(dòng)力系統(tǒng)，圖示為其簡化原理圖．橫截面半徑為R的圓柱體腔分為電離區(qū)Ⅰ和加速區(qū)Ⅱ，Ⅰ區(qū)用高速電子轟擊氙氣，使其電離獲得初速度接近于零的一價(jià)正離子；正離子經(jīng)Ⅱ區(qū)兩側(cè)面間的電場加速后發(fā)射出去，經(jīng)時(shí)間t離子推進(jìn)器射出的正離子數(shù)為n，發(fā)射功率恒為P.已知每個(gè)正離子的質(zhì)量為m，元電荷為e，假設(shè)飛行器原來靜止，質(zhì)量恒為M.忽略離子的重力及離子間的相互作用．求：(1)Ⅱ區(qū)兩側(cè)面間的電壓U；(2)經(jīng)時(shí)間t后飛行器的速度大小u；(3)0～t時(shí)間內(nèi)飛行器獲得的平均動(dòng)力大小F.情境7物理在科技中的應(yīng)用1．解析：小狗垂直車道運(yùn)動(dòng)距離L1需要的時(shí)間t0＝eq\f(L1,v2)＝1s，在此時(shí)間內(nèi)，若汽車保持勻速運(yùn)動(dòng)，則通過的位移x1＝v1t0＝11.1m，在L2和（L2＋d1）之間，小狗會(huì)撞到車上，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；在t0＝1s時(shí)間內(nèi)，若汽車剎車減速，則通過的位移x2＝v1t0－eq\f(1,2)a2teq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(0))＝8.6m，在L2和（L2＋d1）之間，小狗會(huì)撞到車上，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；在t0＝1s時(shí)間內(nèi)，若汽車做勻加速運(yùn)動(dòng)，則通過的位移x3＝v1t0＋eq\f(1,2)a1teq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(0))＝13.1m>L2＋d1，故汽車不會(huì)與小狗發(fā)生碰撞，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤．答案：C2．解析：發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率呈線性關(guān)系，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；在研究光電效應(yīng)飽和電流時(shí)，光電管所加電壓與飽和電流無關(guān)，飽和電流與光照強(qiáng)度有關(guān)，光照強(qiáng)度越大，飽和電流越大，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；頻率增大，單個(gè)光子能量增加，在光照強(qiáng)度不變的情況下光子數(shù)量減少，單位時(shí)間內(nèi)通過的電荷量減少，故飽和電流減小，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；入射光頻率為ν時(shí)，某金屬剛好發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，由光電效應(yīng)規(guī)律可知W0＝hν，入射光頻率變?yōu)?ν時(shí)，由愛因斯坦光電效應(yīng)方程可得Ek＝3hν－W0，解得Ek＝2hν，由動(dòng)能定理可得Ek＝eUc，解得此時(shí)的遏止電壓為Uc＝eq\f(2hν,e)，選項(xiàng)C正確．答案：C3．解析：大輪和小輪通過皮帶傳動(dòng)，線速度相等，小輪和線圈同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度相等，根據(jù)題意可知大輪與小輪半徑之比為4∶1，再由v＝ωr，則小輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為4ω，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為4ω，A正確；線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值Emax＝nBS·4ω又S＝L2聯(lián)立可得Emax＝4nBL2ω則線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的有效值E＝eq\f(Emax,\r(2))＝2eq\r(2)nBL2ω根據(jù)串聯(lián)電路分壓原理可知燈泡兩端電壓有效值為U＝eq\f(RE,R＋R)＝eq\r(2)nBL2ωB錯(cuò)誤；若用總長為原來兩倍的相同漆包線重新繞制成邊長仍為L的多匝正方形線圈，則線圈的匝數(shù)變?yōu)樵瓉淼?倍，線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值E′max＝8nBL2ω此時(shí)線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的有效值E′＝eq\f(E′max,\r(2))＝4eq\r(2)nBL2ω根據(jù)電阻定律R′＝ρeq\f(l,S′)可知線圈電阻變?yōu)樵瓉淼?倍，即為2R，根據(jù)串聯(lián)電路分壓原理可得燈泡兩端電壓有效值U′＝eq\f(RE′,R＋2R)＝eq\f(4\r(2)nBL2ω,3)，C正確；若僅將小輪半徑變?yōu)樵瓉淼膬杀?，根?jù)v＝ωr可知小輪和線圈的角速度變小，根據(jù)E＝eq\f(nBSω,\r(2))可知線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢有效值變小，則燈泡變暗，D錯(cuò)誤．故選AC.答案：AC4．解析：由右手定則可知，圖示位置金屬框中的感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針方向，由左手定則可知，bc邊和ad邊所受的安培力方向均向右，且大小相等，故金屬框abcd在磁場力作用下會(huì)向右運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；金屬框達(dá)到最大速度vm時(shí)，ad邊和bc邊各以相對磁場的速度（v－vm）切割磁感線運(yùn)動(dòng)，金屬框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為E＝2BL（v－vm），電流為I＝eq\f(E,R)＝eq\f(2BL（v－vm）,R)，由于ad邊和bc邊均受到安培力，則合安培力為F合＝2BLI＝eq\f(4B2L2（v－vm）,R)，由平衡條件可知，金屬框達(dá)到最大速度時(shí)受到的阻力與安培力大小相等，則有f＝F合，聯(lián)立解得金屬框的最大速度為vm＝eq\f(4B2L2v－fR,4B2L2)，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤．答案：AC5．解析：設(shè)A、B噴氣過程中對物塊的作用力大小為F，噴氣的時(shí)間分別為t1和t2，物塊初速度大小為v，以水平向左為正方向，設(shè)A停止噴氣時(shí)物塊速度大小為v1，根據(jù)動(dòng)量定理有－Ft1＝m（－v1）－mv，F(xiàn)t2＝0－m（－v1），由運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律可得eq\f(（－v1）＋v,2)t1＝－eq\f(0＋（－v1）,2)t2，聯(lián)立解得t1＝（eq\r(2)＋1）t2，故選D.答案：D6．解析：（1）一個(gè)正離子經(jīng)電場加速后，根據(jù)動(dòng)能定理有eU＝eq\f(1,2)mv2－0，解得v＝eq\r(\f(2eU,m))，離子推進(jìn)器經(jīng)時(shí)間t發(fā)射離子的能量為E＝Pt，E＝n·