您现在的位置： >
编辑：phyjiangdan
时间：日 访问次数:4202
经过复试，物理学系2014年硕士研究生招生拟录取名单公示如下（含推免）：
凝聚态物理
凝聚态物理
等离子体物理
无线电物理
无线电物理
凝聚态物理
凝聚态物理
凝聚态物理
凝聚态物理
凝聚态物理
凝聚态物理
凝聚态物理
凝聚态物理
凝聚态物理
凝聚态物理
凝聚态物理
凝聚态物理
凝聚态物理
凝聚态物理
凝聚态物理
凝聚态物理
凝聚态物理
凝聚态物理
凝聚态物理
凝聚态物理
凝聚态物理
凝聚态物理
等离子体物理
无线电物理
无线电物理
无线电物理
&请还未签订导师双向选择表（需导师签字）及承诺书的同学，于3月31日之前将双向选择表和承诺书交至或邮寄至浙江大学玉泉校区教12物理系414办公室，收件人：江丹；联系电话：9。
浙江大学物理学系2013年河南省普通高中招生考试命题要求――物理_河南省中考信息平台
您现在的位置是:
2013年河南省普通高中招生考试命题要求――物理
14:44:39 来源： 河南省教育厅 点击量：0 【字体：
】【】【】
一、命题理念：初中物理学业考试要体现《全日制义务教育物理课程标准（实验稿）》（以下简称&《物理课程标准》&）所确立的课程评价理念，面向全体学生，全面考查学生在知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观方面达到课程目标要求的程度。试题要突出基础性、科学性、教育性、时代性和导向性，有效促进教学方式和学习方式的改革和发展，为评定学生的初中物理学业水平提供客观公正的依据。
二、命题依据：以《物理课程标准》为依据。
三、命题内容与要求：命题内容不超过《物理课程标准》中的&内容标准&所规定的范围，包括科学探究和科学内容两部分。科学探究的考查形式要灵活多样，加强基本实验技能与探究过程的考查，有效促进学生科学探究和实验能力的提高。对科学内容的考查要联系学生的生活实际和社会实际，考查学生在具体情境中对物理概念和规律的理解和应用。发挥不同题型功能，优化试题结构，控制试题难度，促进全省物理教学的改革和发展。
责任编辑： shaoxiaowei
【】【】【】2014 年“自主招生”物理六类热点问题探究 一、关注体育与物理 例 1．举重运动员在比赛前往手上抹的是无水碳酸镁份末，并非镁粉．目的是（ A．使手具有合适的滑涩度，增大摩擦系数 B．无水碳酸镁具有吸水性 C．无水碳酸镁粉末可以分解放出二氧化碳 D．无水碳酸镁不溶于水 解析：使手具有合适的滑涩度，增大摩擦系数，所以选项 A 正确．）例 2.,古
巴选手罗伯斯勇夺奥运会男子 110 米栏金牌,成绩是 12 秒 93，实现了古巴田径运动员在短跑比 赛项目中多年的梦想。罗伯斯之所以能够取得冠军，取决于他在 110 米中的( ) A.某时刻的瞬时速度大 B.撞线时的瞬时速度大 C.平均速度大 D.起跑时的加速度大 解析：根据 S 一 t 可知，S 一定，v 越大，f 越小，即选项 C 正确。 例 3．垒球运动的诞生完全是处于一种需要,由于恶劣的天气和拥挤的城市...第 29 届奥运会垒球项目比 赛时间 第 29 届奥运会垒球比赛于 2008 年 8 月 12 日～21 日在北京的丰台体育中心垒球场举行．在平坦 的垒球运动场上， 击球手挥动球棒将垒球水平击出， 垒球飞行一段时间后落 地。 若不计空气阻力， 则（ ） A．垒球落地时瞬间速度的大小仅由初速度决定 B．垒球落地时瞬时速度的方向仅由击球点离地面的高度决定 C．垒球在空中运动的水平位移仅由初速度决定 D．垒球在空中运动的时间仅由击球点离地面的高度决定2 2 = v0 +2gh ,其中 h 为 解析：垒球的运动是平抛运动，根据平抛运动规律可得，垒球落地速度 v= v0 +vy t1 1 垒球下落的高度，A 错；同理，垒球落地时速度的方向与水平方向的夹角 ? = t a n = t a n2v yv 02 g h ,与高度 h v 0有关，B 错；水平位移 x=v0t=v02h ,C 错；而运动时间 t = g2h ,所以选项 D 正确 g例 4．就“抓举”而言，其技术动作可分为预备，提杠铃，发力，下蹲支撑， 起立 ，放下杠铃等六个步 骤，如图 1 所示照片表示了其中几个状态，现测得轮子在照片中的直径为 1.0cm，在照片上用尺量出从发 力到支撑，杠铃上升的距离为 h1 =1.3cm，已知运动员所举杠铃的直径是 45cm，质量为 150kg，运动员从 2 发力到支撑历时 0.8s.g=10m/s 。 （从发力到支撑过程：可简化为先匀加速上升达到最大速度，再竖直上 抛达到最高点）试估算 (1)从发力到支撑这个过程中杠铃实际上升的高度 h=？ (2）从发力到支撑这个过程中杠铃向上运动的最大速度？ 图1 (3) 若将运动员发力时的作用力简化为恒力，则该恒力有多大？ 解析：题目描述的举重的实际情景，要把它理想化为典型的 物理情景。抓举中，举起杠铃是分两个阶段完成的，从发力到 支撑是第一阶段，举起一部分高度。该过程中，先对杠铃施加 一个力（发力） ，使杠铃作加速运动，当杠铃有一定速度后，人 下蹲、翻腕，实现支撑，在人下蹲、翻腕时，可以认为运动员对 杠铃没有提升的作用力，这段时间杠铃是凭借这已经获得的速度 ， 在减速上升最好的动作配合是，杠铃减速上升，人下蹲，当杠铃的速度减为零时，人的相关部位恰好到 达杠铃的下方完成支撑的动作。因此从发力到支撑的 0.8s 内，杠铃先作加速运动（当作匀加速） ，然后 作减速运动到速度为零（视为匀减速） ，这就是杠铃运动的物理模型。根据轮子的实际直径 0.45m 和它在 照片中的直径 1.0cm， 可以推算出照片缩小的比例， 在照片上用尺量出从发力到支撑， 杠铃上升的距离 h′ =1.3cm，按此比例可算得实际上升的高度为 h=0.59m。 设杠铃在该过程中的最大速度为 v m ，有 h ? 减速运动的时间应为 t2 ?vm 2 h ? ? 1 . 48 m /s t ，得 v m t 2v m ?0 .15 s g v m t? t )? 0 . 48 m 加速运动的位移： s 1? ( 2 2 2 2 a ? 2 . 28 m / s v as 又 解得 m ?2 1第 1 页 共 24 页根据牛顿第二定律，有 F 解得 F ? 1842 N ? mg ? ma 例 5． 自由体操比赛中， 运动员在脚接触地面后都有一个下蹲的过程， 为了是减少地面对人的作用力． 假 设人在空中完成翻转动作所需的时间是 t，人接触地面时所能承受的最大作用力为 F，人能下蹲的最大 作用人为 S，人的质量为 M，重心离脚的高度为 l，试求：人跳起后，在完成空中动作的同时，又使脚 不受伤，那么，人从地面跳起后重心最大高度的范围是多大?(不考虑人在水平方向的运动；空中动作的 过程可把人看作质点；地面对人的作用力作用时间很短，可近似看作恒力，因此，人下蹲过程可看作匀 变速运动) 解析： （1）设人跳起后重心离地高度为 H 1 ，为完成空中动作， H 1 必须满足以下条件：2 2 ，H H ? I? gt / 2 ? l? gr / 2 1 1 （2）设人跳起后从 H 2 的高度下落，下蹲过程受力情况如图 5 所示，图2 人在地面的作用力和重力的作用下作匀变速运动，由第二定律和运动学公式可得以下几式：F ? m g ? m a2 a? V 0 /2 S2 解得： H 所以 H 的范围是： H 2 ＞ H＞ H 1 ? l ? S ? FS / mg V ( H ? I ) 2 g 2 0? 2例 6．国际乒乓球联为了增加乒乓球比赛的观赏性，希望降低球的飞行速度。以前比赛用球的直径是 mm。1996 年国际乒联接受了一项关于对直径是 d mm 而质量不变的乒乓球进行实验的提案。 d 1 ?38 2 ?40 为了简化讨论，设空气对球的阻力与球的直径的平方成正比，并且球沿水平方向作直线运动。试估算一 下若采用 d mm 的乒乓球，球从球台这端飞往另一端所需要的时间能增加百分之多少？（国际乒联 2 ?40 协调组提供的资料，扣杀直径 d mm 的乒乓球时，击球球速为 v m/s，球的平均飞行速度约 26 .35 1 ?38 0? 为v m/s。 ） 17 . 8 1? 解析：设乒乓球的直径为 d，依题意，乒乓球在运动过程中所受的阻力为 f ? kd ，式中 k 为比例2系数。设扣杀时球的初速度为 v 0 ，且对不同直径的球都不变，飞到球台的另一端时的末速度为 v t ，飞行 距离为 S。对乒乓球在球台的一端飞到另一端的过程，根据动能定理有：v ?vt 1 2 1 2 2 ? kd S ? mv ，在上述过程中球的平均速度为 v ? 0 ， t ? mv 0 2 2 2 2 kd S ( v ? v ) v ? 由以上二式得， 2 0 m 2 ( v v ) v d 0? 1 1 1 ? 2? 0 . 9025 对直径为 38mm 和 40mm 的两种球有 ( v v ) v d 0? 2 2 2 v 1 26 .35 设 1 ? ，并注意到 v m/s， v m/s，上式可写成： 17 . 8 0? 1? v2 x2 16 . 0645 x ? 23 . 7809 x ? 8 . 55 ? 0 .8652 ，解得 x?0 t v 1 1 .1558 由运动学公式，有 S ，得 2 ? 1 ? ? ? v t ? v t 1 1 2 2 t1 v x 2 球飞行时间的增加量为 ? ，飞行时间增加的百分比为： t? t t 2? 1 1 . 1558 t ? t ? t 1 1 0 0? ? 100 ? 15 . 58 。 0 0 t t11.580 。 即乒乓球的飞行时间可增加 15 0相关练习 1． 比利时选手蒂娅·埃勒博赢得北京奥运会女子跳高决赛中以 2 米 05 的成绩夺得金牌。 若蒂娅·埃 2 勒博身高 1.8m，据此可估算出他起跳时竖直向上的速度大约为（取 g=10m/s ） A.2m/s B.4m/s C.6m/s D.8m/s 2.北京奥运会的比赛实况及新闻报道是通过卫星传送到世界各地的电视台，电视台再通过无线传播或 有线传播将信号发送出去，而有线传播就是通过光导纤维通信来实现的，它是利用光的全反射将大量信 息高速传输，若采用的光导纤维是由内芯和包层介质组成，下列说法正确的是( ) A.内芯和包层折射率相同，折射率都大 B.内芯和包层折射率相同，折射率都小第 2 页 共 24 页C.内芯和包层折射率不同，包层折射率较大 D.内芯和包层折射率不同，包层折射率较小 3. 在 29 届北京奥运会中，许多场馆按上有种灯具俗称“冷光灯” ，用它照射物品时能使被照物品处产生 热效应大大降低。这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀一层薄膜（例 如氟化镁） ，这种膜能消除不镀膜时玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线。以λ 表示此红外线的波 长，则所镀薄膜的厚度最小应为 A.1 ? 8B.1 ? 4C.1 ? 2D.?4. 水立方游泳馆拥有长50 m、宽25 m、水深3 m、水温保持25—27℃，共8条泳道的国际标准比赛用游泳 -2 池。 设水的摩尔质量为 M＝1.8×10 kg／mol， 当游泳池注满水时， 试估算该游泳池中水分子数大约为 ( )。 28 32 21 30 A.4.1×10 B.1.3×10 C.2.9×10 D.1.3×10 5．在男子200米蛙泳决赛中，日本名将北岛康介以2分07秒64的成绩轻松夺魁，并且创造了新的奥运会纪 录．蛙泳时，双脚向后蹬水，水受到向后的作用力，则人体受到向前的反作用力，这就是人体获得的推 进力，但是，在自由泳时，下肢是上下打水，为什么却获得向前的推进力呢？ 6.蹦床是运动员在一张绷紧的弹性网上蹦跳、翻滚并做各种空中动作的运动项目。在第29届奥运会蹦床 项目上摘取金牌的中国蹦床运动员何雯娜，若何雯娜质量为60kg，从离水平网面3.2m 高处自由下落，着 网后沿竖直方向蹦回到离水平网面5.0m 高处。已知运动员与网接触的时间为1.2s。若把在这段时间内网 2 对运动员的作用力当作恒力处理，求此力的大小。 （g＝10m/s ） 7．男子接力比赛鸟巢上演，37 秒 10 就此诞生，牙买加人又让一个尘封了 16 年的世界纪录作古．在按力 跑中两运动员交接棒非常重要，若在训练交接棒的过程中发现：甲经短距离加速后能保持 9m/s 的速度跑 完全程；乙从起跑后到接棒前的运动是匀加速的。为了确定乙起跑的时机，需在接力区前适当的位置设 置标记。在某次练习中，甲在接力区前 S0=13.5m 处作了标记，并以 V=9m/s 的速度跑到此标记时向乙发出 起跑口令。乙在接力区的前端听到口令时起跑，并恰好在速度达到与甲相同时被甲追上，完成交接棒。 已知接力区的长度为 L=20m。 求： （1）此次练习中乙在接棒前的加速度 a； （2）在完成交接棒时乙离接力区末端的距离。 8．排球比赛的预赛在首都体育馆和北京理工大学体育馆举行,决赛在首都体育馆举行，中国女排得北京 奥运会女排比赛铜牌． 图 8 为某排球场的俯视图，场地全长为 a，宽为 b。球网离地面的高度为 h。某队 员在自己一方边线与 3 米线（图中虚线）的交点 A 处跳起来扣球，设他的击球点在 A 的正上方，击出的 球的初速度沿水平方向，球在空中运动时受到的空气阻力可以忽略。计算时取 a=18m，b=8m，h=2m。 （1）要使球落在对方的 3m 线与球网之间的区域，他击球的最低点至少离地面 多高？ （2）如果他的击球点正是上一问求出的最小高度，他击出的球的初速度在什么 范围内，球可能恰好落在对方场地的 3 米线处？ 参考答案 1．解析：此同学身高 1.8m，其重心离地面的高度约为 0.9m，当他横 着越过 1.8m 高的横杆时，重心升高了 0.9m，由 v0 ? 2gh 得，初速度2v ?2 gh ?2 ? 10 ? 1 . 025 m/s＝ 3 2 m/s,其结果与 4m/s 接近。答案：B 02．解析：为了使光线不射出来，必须利用全反射，而产生全反射的条件是光从折射率较大的光密介质进 入折射率较小的光疏介质。且入射角大于等于临界角，因此，内芯的折射率应大于包层的折射率，故选 项 D 正确。 3．解析：为减小反射的热效应显著的红外线，则要求红外线在膜的前后表面反射后叠加作用减弱，即光 程差为半波长的奇数倍，故膜的最小厚度为红外线在该膜中波长的1 ，所以选项 B 正确。 44．解析：设水的密度为ρ ，游泳池中水的质量为 M ，阿伏加德罗常数为 NA ， 3 3 游泳池注满水时，水的总体积为 V=50×25×3m =3.75×103 m 。则游泳池中水 的物质的量为 n=M1 ／M=ρ V／M， 于是， 所含的水分子数为 N1=nNA=ρ VNA／M=1.0 3 3 23 －2 32 ×10 ×3.75×10 ×6.02×10 ／(1.8×10 )个=1.3×10 个，故选项 B 正确。 5．解析：图 3 表示人体作自由泳时，下肢在某一时刻的动作：右脚向下打 水，左脚向上打水，由图可见，由于双脚与水的作用面是倾斜的，故双脚所施 的作用力 P 和 Q 是斜向前的（水所受的作用力是斜向后的） ， P 的分力为 P1 和P2 而 Q 的分力为 Q 1 和 Q 2 ， P1 和 Q 1 都是向前的分力，也就是下肢获得的推进力。 图 36．解析：此题以蹦床运动为背景，主要考查牛顿第二定律和匀变速运动规律。将运动员看作质量为 m 的质点，从 h1 高处下落，刚接触网时速度的大小 v1＝ 2gh 1 （向下）第 3 页 共 24 页弹跳后到达的高度为 h2，刚离网时速度的大小 v2＝ 2gh 2 （向上） 速度的改变量Δ v＝v1＋v2（向上） 以 a 表示加速度，Δ t 表示接触时间，则Δ v＝aΔ t 接触过程中运动员受到向上的弹力 F 和向下的重力 mg。由牛顿第二定律， F－mg＝ma 由以上五式解得，F＝mg＋m32 gh gh 2? 2 1 ? t⑥代入数据得：F＝1.5×10 N ⑦ 7．解析： （1）在甲发出口令后，甲乙达到共同速度所用时间为：t ?υ a①在这段时间内甲、乙的位移分别为 S1 和 S2，则1 2 at 2 s1 ? υ t s2 ?② ③ ④s s s 1? 2? 0联立①、②、③、④式解得： a ?υ2 2 ， a? 。 3 m /s 2 s0 8．解析：设他的最低击球点离地面的高度是 h1 。球的运动可以看作平抛运动，并恰好落在对方 3m 线处，球在己方一侧和对方一侧的水平位移相等，即在球网两侧运动的时间相等，球在竖直方向的分运动是自h1 ? h 1 4 ? ，解 h1 ? h ? 2.67m ． h 3 3 ? 6 m （2）若球沿场地边线前进，落到对方 3m 线处的水平位移为 L ，若球沿两侧 3m 线对角线方向前进， 1由落体运动，在球网两侧下落高度之比应是 1：3，即b? 1 0 m 落到对方 3m 线处的水平位移 L ，两种情况下球在空中运动的时间都是 2? L 1?2 22h 8 . 2 ms / ，v 1 3 . 7 ms / 即初速度的范围 ? 0.73s ；两种情况下球的水平初速度分别是 v 1? 2? g 8 . 2 m / sv ? ? 1 3 . 7 m / s 0 t?二、关注生活的变化 例题分析 例 1．家用微波炉是一种利用微波的电磁能加热食物的新型灶具，主要由磁控管、波导管、微波加热器、 炉门、直流电源、冷却系统、控制系统、外壳等组成。接通电源后，220V 交流变压器，一方面在次级产 生 3.4V 交流电对磁控管加热，同时在次级产生 2000V 高压电经整流加热到磁控管的阴阳两极之间，使磁 控管产生频率为 2450MHz 的微波，微波输送至金属制成的加热器（炉腔） ，被来回反射，微波的电磁作用， 使食物内分子高频地运动而内外同时受热，并能最大限度地保存食物中的微生素。 （1）微波产生的微观机理是 A.振荡电路中自由电子的运动而产生 B.原子外层电子受到激发而产生 C.原子内层电子受到激发而产生 D.原子核受到激发而产生 （2）试计算微波输出功率为 700W 的磁控管每秒产生的光子数。 （3）试计算微波炉变压器的高压变压比。 （4）导体能反射微波，绝缘体可使用权微波透射，而食物通常含有的成份是 ，较易吸收微 波能转换成热，故在使用微波炉时应 。 A.用金属容器盛放食物后放入炉内加热。 B.用陶瓷容器盛放食物后放入炉内加热器加热。 C.将微波炉置于磁性材料周围。 D.将微波炉远离磁性材料周围。 解析： （1）根据电磁波谱内容可知，微波系振荡电路中自由电子的运动而产生的，故本题答案为 A。 （2）由光量子理论可知，光子的能量与光子的频率成正比，即 E＝nhν ????①第 4 页 共 24 页又 E＝Pt????②由上两式可得：n＝9 -34Pt h?26将 t＝1s,ν ＝2.45×10 Hz，h＝6.63×10 J·s 代入上式可得 n＝4.3×10 (个) n1 100 U1 （3）由理想变压器的变压比关系可知， ＝ ＝ 11 U2 n2 （4）因食物通常含有的成份是蛋白质、水、脂肪等，属于绝缘体较易吸收微波能而转化成热，故在 作用微波炉时应用陶瓷容器盛放食物后，放入炉内加热器，并将微波炉远离磁性材料周围。故本题答案 为：绝缘体，B、D。 升高。 （3）根据前面的分析可知，本题正确答案为：A、D 例 4． 下表是一辆电动自行车的部分技术指标， 其中额定车速是指电动车满载情况下在水平平直道路上以 额定功率匀速行驶的速度。 请参考表中 额定 整车 电源 电源输 充电 额定输出 电动机额定工 载重 数据，完成下 车速 质量 出电压 时间 功率 作电压和电流 列问题（g 取 18km/h 40kg 80kg 36V/12Ah ≥36V 6~8h 180W 36V/6A 2 10 m/s ） ： （1）此车所配电动机正常工作时，内部损耗的功率是多少？ （2）在行驶过程中电动车受阻力是车重（包括载重）的 K 倍，试计算 K 的大小。 （3）若电动车满载时以额定功率行驶，当车速为 3m/s 时的加速度为多少？ 解析： （1）从表中可知，输出功率 P 出= 180W， 输入功率 P 入=UI=36×6W=216W P 损==P 入-P 出 =36W （2）P 额=f ? m =K(M+m)g ? m K=(3) P 额=F ? F-K（M+m）g=（M+m）a a=0.2 米/秒 例 5．电热毯、电饭锅等是人们常用的电热式家用电器，他们一般具有加热和保温功能，其工作原理 大致相同。图 2①为某种电热式电器的简化电路图，主要远件有电阻丝 R1、R2 和自动开关 S。 （1）当自动开关 S 闭合和断开时，用电器 分别处于什么状态？ （2）用电器由照明电路供电(U=220V )，设加热时用电器的电功率为 400W，保温时用电器的电动功率 为 40W，则 R1 和 R2 分虽为多大？ （3）若将图 2①中的自动开关 S 换成理想的晶体二极管 D， 如图②所示，其它条件不变，求该用电器工作 1 小时消耗的电能。 解析: 电热式电器在人们的日常生活中有其重要应用，本题以此 为背景，主要考查电路图的识别能力与电路计算能力。 （1）S 闭合，处于加热状态；S 断开，处于保温状态。 （2）由电功率公式得 图22180 ? 0.03 (40 ? 80) ? 10 ? 5P1 ?U2 R1P2 ?U2 R1 ? R2?, R2 ? 1089 ? 联立解得 R1 ? 121（3） W＝P 1t t +P2 ＝0.22kw ? h ? 或7.92 ? 105 J ? 2 2例 6．煤气泄漏到不通风的厨房是很危险的。当泄漏的煤气与厨房的空气混合，使得混合后厨房内气体的 压强达到 1.05atm(设厨房原来的空气压强为 1.00atm)，如果此时遇到火星就会发生爆炸。设某居民家厨 房的长高宽为 4m×2m×3m,且门窗封闭。煤气管道内的压强为 4.00 atm，且在发生煤气泄漏时管内压强 保持不变。(1)管道内多少升煤气泄漏到该居民的厨房，遇到火星就会姓爆炸？ (2)设煤气泄漏使得厨房内的气体压强恰好达到 1.05 atm 时遇到了火星并发生了爆炸。爆炸时厨房 的温度由常温迅速上升至 2000℃，估算此时产生的气体压强是标准大气压的多少倍？ (3)从能量的角度分析爆炸前后能量转化或转移的情况。 解析：此题以煤气泄漏到不通风的厨房是很危险的进行设问，巧妙考查热学中理想气体的等温、等 容规律，以及改变内能的两种方式。 3 (1)居民厨房的体积为 V2=24m =24000L 设有 V-1 升煤气泄漏出来，将其作为研究对象，它经历等温过程，泄漏前后的气压为 P1 和 P2 。由 P1V1=P2V2第 5 页 共 24 页达到发生爆炸的气压条件是：P2=0.05atm V1=P2V2/P1 代入数值，得 V1=0.05×=300L (2)爆炸瞬间气体来不及外泄，经历的是一个等容过程。 爆炸前的温度和压强力： T1=(27+273)K=300K P1=1.05atm 爆炸后的温度和压强为：T2=(200+273)K=2273K P2=？ 由等容过程 P1/T1=P2/T2 得 P2=(T2/T1)P1 代入数值，得 P2=()×1.05atm=7.96atm≈8 atm (3)爆炸时，煤气将其化学能转化为气体的内能，爆炸后的气体将其内能通过发光、推动周围的空气 膨胀产生声波、作用于墙壁等方式转移。 相关练习 1．有一只电熨斗，内部电路如图 3 甲所示，其中 M 为旋钮的内部接线端子，旋钮有“高” “中” “低” “关”四个挡，每个挡内部接线有如 图 3 乙中所示的四种方式，下列判断中正确的是?A.a 方式为“高”挡? 额定电压 频率 加热功率 保温功率 220V 50Hz 550W 22W图3 B.b 方式为“低”挡? C.c 方式为“关”挡? D.d 方式为“中”挡3．饮水机是一种常见的家用电器，其工作电路可简化为如图 1—4—12 所示 的电路，其中 S 是一温度控制开关，当水温升高到一定温度时，它会自动切换， 使饮水机处于保温状态；R0 是饮水机加热管的电阻，R 是与加热管串联的电阻．下 表是从其说明书中摘录下的一些技术数据 （不考虑 R0、 R 的阻值受温度变化的影响， 表中的功率均指加热管的功率） ． （1）用你学过的物理知识推理、说明开关 S 闭合 时，饮水机是处于加热状态，还是处于保温状态（要写出必要的推导过程才能得分） ． （2）求 R 的阻值． 4．.电视机的显像管中，电子束的偏转是用磁偏转技术实现的。电子束经过电压为 U 的加速电场后，进 入一圆形匀强磁场区，如图所示。磁场方向垂直于圆面。磁场区的圆心为 O,半径为 r 。当不加磁场时， 电子束将通过 O 点打到屏幕的中心 M 点，为了让电子束射到屏幕边缘的 P 点，需要加磁场，是电子束偏 转一已知角度θ ，此时磁场的磁感应强度 B 为多少？ P 电子束 Oθ MU + 5．右表是 LG 微波炉的部分技术参数．请根据表中信息完成下列问题： (计算结果保留二位小数) 图5 (1)求该微波炉在使用微波档工作时的额定电流． (2)若使用微波档工作时，做一道菜需用 15min，则消耗的电能是多少 冷 冻 室 容 86L KW·h? 积 冷 藏 室 容 120L (3)该微波炉在使用烧烤档工作时的效率是 ． 积 220V (4)使用微波档和烧烤档都可以用来加热食物，但它们加热的方式是 额定电压 50Hz 不同的，前者采用微波加热，后者采用热传递的方式(红外线)加热．请猜 额定频率 测“振荡频率”是针对微波炉哪种工作状态而言的? 输 入 总 功 125W 率 耗电量 0.55kw·h/24h第 6 页 共 24 页图6 6．图 6 是电饭煲的电路图，S1 是一个控温开关，手动闭合后，当此开关温度达到居里点（103 ℃）时， 会自动断开，S2 是一个自动控温开关，当温度低于 70 ℃时，会自动闭合；温度高于 80 ℃时，会自动断 开.红灯是加热时的指示灯，黄灯是保温时的指示灯.分流电阻 R1=R2=500 Ω ，加热电阻丝 R3=50 Ω ，两灯 电阻不计.?（1）分析电饭煲的工作原理.?（2）简要回答，如果不闭合开关 S1，能将饭煮熟吗？? （3）计算加热和保温两种状态下，电饭煲消耗的电功率之比. 参考答案：1．解析：在电压一定的情况下，电阻越小，消耗的功率越大.?所以选项 B 正确 2 3．解析： （1）根据 P = UI= U /R 可知，在电压 U=220V 不变时， 2 当温度控制开关 S 接通时：P = U /（R0＋R）[电阻 R 被短接] 2 饮水机的功率：P 加 = U /R0 所以饮水机处于加热状态． 2 当温度控制开关 S 断开时：P = U /（R0＋R）[电阻 R、R0 串联] 2 饮水机的功率：P 保 = U /（R0＋R） 所以饮水机处于保温状态． 2 （2）根据题目所给表中技术数据：饮水机处于加热状态时： P 加 =550W，U = 220V 得 R0 = U /R0 = 2 （220V） /550W =88Ω 2 饮水机处于保温状态时： P 保 =22W．U = 220V 得 P 保 = U /（R0＋R） 2 2 2 所以 （R0＋R）= U / P 保 =（220V） /22W （88Ω ＋R）=（220V） /22W 解得： R =2200Ω －88Ω = 2112Ω 4．解析：电子在磁场中沿圆孤 ab 运动，圆心为 c，半径为 R，v 表示电子进入磁场时的速度，m、e 分别表示电子的质量和电量，如图 5 所示。则： eU＝ mv Bev＝? 2 1 22??????① ??????② ??????③1 r ? 2mU · tan 2 emv 2 Rr Rtan ＝解以上各式可得：B＝5．解析：(1)根据 P =UI 可以求得微波炉在使用微波档工作时的额定电流：I =P/U =V =4.8A (2)若使用微波档工作时，消耗的电能是 W =UIt = 220V× 4.8A× (15×60)S = 0.2 6 kw·h (3) 微波炉在使用烧烤档工作时的效率是 所以 η = W 有/ W 总 （W = Pt）= 700W/900W = 78％ (4) 振荡频率：2450MHz 是针对微波档工作时而言的． 6．解析： （1）电饭煲盛上食物后，接上电源，S2 自动闭合，同时手动闭合 S1，这时黄灯短路，红灯亮， 电饭煲处于加热状态，加热到 80℃时，S2 自动断开，S1 仍闭合；水烧开后，温度升高到 103℃时，开关 S1 自动断开，这时饭已煮熟，黄灯亮，电饭煲处于保温状态，由于散热，待温度降至 70℃时，S2 自动闭 合，电饭煲重新加热，温度达到 80℃时，S2 又自动断开，再次处于保温状态.? (2)如果不闭合开关 S1，则不能将饭煮熟，因为只能加热到 80℃.? (3)加热时电饭煲消耗的电功率 P1= =U2 U2 ，保温时电饭煲消耗的电功率 P2= ，两式中 R R并 R1 ? R并并R2 R3 500? 50 500 ? ?? Ω 。从而有： R2 ? R3 500 ? 50 11 R1 ? R并 500? 500/ 11 P1∶P2= =12∶1。 ? R并 500/ 11三、能源的开发和利用 能源危机是制约现代社会发展的严重问题，开发和利用可再生能源是中国立足自身解决能源困扰的重 要举措．一切能量来自能源，能量是物理学的一重要概念,机械能、内能、电能、光能、核能??形形色第 7 页 共 24 页色的能可以相互转化,但总能量保持不变 ,这就是能的转化与守恒定律,这一规律象一根红线一样惯穿整 个高中物理.开发新能源和用能量转化的观点分析物体的运动与相互作用规律是近几年高考的热点. 例题分析 例 1．某海湾共占面积 1 ,涨潮时水深 20 m ,此时若关上水坝闸门,可使水位保持 . 5 ? 10 m 20 m 不变,退潮时坝外水位降至 18 m , 假设利用此水坝建水利发电站 , 已知重力势力转变为电能的效 率为 10%,每天有 2 次涨潮,则该电站一天能发出的电能是多少?若输电电压为 100 kV ,输电线的电阻是 10 ? ,用户端得到的电功率是多少? 解析：水的重力势能应从水的重心算起，一天 2 次涨潮、落潮，可发电 2 次，所以一天产生的电能7 2h h 10 2 2 P E 5 发电站的功率 P .9 A ? ? 6 . 9 ? 10 W 输电电流 I ? ?6 ? t 2 ? 输电线上损失的功率 P ? I R ? 476 . 1 W 5 ? 用户得到的功率 P ? p ? p ? 6 . 89 ? 10 W . m为： E ? mg ? 2 ? 10 % ? Sh ? g ?? 2 ? 10 % ? 6 ? 10 J?例 2． （2008 年北京理综卷考题） ）风能将成为 21 世纪大规模开发的一种可再生清洁能源。风力发电 机是将风能（气流的功能）转化为电能的装置，其主要部件包括风轮机、齿轮箱，发电机等。如图 1 所 示． （1）利用总电阻 R 的线路向外输送风力发电机产生的电能。输送功率 P ，输电电 3 0 0 k W ? 1 0 ? 0? 压U ，求异线上损失的功率与输送功率的比值; ? 1 0 k W （2）风轮机叶片旋转所扫过的面积为风力发电机可接受风能的面积。 设空气密度为 p，气流速度为 v，风轮机叶片长度为 r。求单位时间内流向风轮机的最大风能 Pm;在风速和 叶片数确定的情况下，要提高风轮机单位时间接受的风能，简述可采取的措施。 （3）已知风力发电机的输出电功率 P 与 Pm 成正比。某风力发电机的风速 v19m/s 时能够输出电功率 P1=540kW。我国某地区风速不低于 v2=6m/s 的时间每年约为 5000 小时，试估算这台风力发电机在该地区 的最小年发电量是多少千瓦时。 图1 解析： （1）导线上损失的功率为 P=I =( 损失的功率与输送功率的比值3 P 9 ? 1 0 （2） (2)风垂直流向风轮机时，提供的风能功率最大. ? ? 0 . 0 3 3 P 3 0 0 ? 1 0 0 2 单位时间内垂直流向叶片旋转面积的气体质量为 pvS,S= ? r 1 2 1 2 2 1 2 2 风能的最大功率可表示为 P 风= ( p t S ) v ? p tt ? v ? ? p r v 2 2 22R3 P 3 0 0 ? 1 0 2 0 R ? ( ) ? 1 0 Wk ? 9 W 3 U 1 0 ? 1 02采取措施合理，如增加风轮机叶片长度，安装调向装置保持风轮机正面迎风等。 （3）按题意，风力发电机的输出功率为 P2=v ?6? 2 ?P 5 4 0kW=160 kW 1? ? ?? v 9 ? ? 152最小年发电量约为 W=P2t=160×5000 kW·h=8×10 kW·h 例 3．人造地球卫星常常利用太阳能电池作为电源，太阳能电池由许多片电池板组成。设某太阳能电 －4 池板的内电阻为 r＝20Ω ，它不接外电路时两极间的电压为 8×10 V。 （1）该太阳能电池板的电动势为多大？ （2）该太阳能电池板的短路电流为多大？ （3）若在该太阳能电池板的两极间连接一只定值电阻 R，R＝5Ω ，则电阻 R 两端的电压为多大？ －6 解析： （1）电池板的电动势 E 等于不接外电路时两极间的电压 U，即 E＝U＝8×10 V （2）由闭合电路欧姆定律 I＝ 代入数值，得 I 短＝4×10－5E R?rUR＝IR外电路短路时，R＝0I 短＝E r（3）设电阻 R 两端的电压为 UR－4结合上式有 UR＝ER R?r代入数值，得 UR＝1.6×10 V 例 4．据报道，1992 年 7 月，美国“阿特兰蒂斯”号航天飞机进行了一项卫星悬绳发电实验，实验第 8 页 共 24 页取得了部分成功.航天飞机在地球赤道上空离地面约 3000 km 处由东向西飞行，相对地面速度大约 6.5× 3 10 m/s，从航天飞机上向地心方向发射一颗卫星，携带一根长 20 km，电阻为 800 Ω 的金属悬绳，使这 -5 根悬绳与地磁场垂直， 做切割磁感线运动.假定这一范围内的地磁场是均匀的.磁感应强度为 4×10 T， 且 认为悬绳上各点的切割速度和航天飞机的速度相同.根据理论设计，通过电离层（由等离子体组成）的作 用，悬绳可以产生约 3 A 的感应电流，试求： （1）金属悬绳中产生的感应电动势； （2）悬绳两端的电压； （3）航天飞机绕地球运行一圈悬绳输出的电能（已知地球半径为 6400 km）. 解析：将飞机下金属悬绳切割磁感线产生感应电动势看作电源模型，当它通过电离层放电可看作直 流电路模型.如图 2 所示. -5 3 3 3 （1）金属绳产生的电动势：E=Blv=4×10 ×20×10 ×6.5×10 V=5.2×10 V （2）悬绳两端电压，即路端电压可由闭合电路欧姆定律得： U=E-Ir=5.2×103-3×800 V=2.8×103 V 图2 （电离层） （3）飞机绕地运行一周所需时间t=3 3 ? 3 . 14 ? ( 6400 ? 10 ? 3000 ? 10 ) 2? R 2 3 = s=9.1×10 s 3 v 6 . 5 ? 103 7则飞机绕地运行一圈输出电能：E=UIt=.1×10 J=７.6×10 J 例 5． 磁流体发电技术是世界上正在研究的新兴技术，它有效率高（可达 45％-55％，火力发电效 率为 30％） 、污染少等优点，将一束等离子体（高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的微粒）以 声速的 0.8～2.5 倍的速度喷射入匀强磁场中，磁场中有两块金属板 A，B（相当于电源的两个极，并与外 电阻 R 相连） ，这时 A，B 上就积聚电荷产生电压，设粒子所带电量为 q，进入磁场的喷射速度是 v，磁场 的磁感应强度为 B，AB 间的距离为 d． （1）说明磁流体发电中能量的转换关系，求出两极间电压的最大值． （2）设磁流体发电机内阻为r，当外电阻R是多少时输出功率最大?并求最大输出功率． （3） 磁悬浮现象是指将某种低温液态物质倒入金属盘后， 能使金属盘达到转变温度从而产生超导现象， 在金属盘上方释放一永磁体，当它下落到盘上方某一位置时即产生磁悬浮现象，试分析说明产生磁悬浮现 象的原因． （4）利用磁悬浮现象，人们已经设计制成磁悬浮高速列车，此种列车车厢下部装有电磁铁，运行所需槽 形导轨的底部和侧壁装有线圈， 其作用是什么?这种列车的运行速度是一般列车的3～4倍， 简述能达到这样高 速的原因． 解析： （1）磁流体发电是由等离子体动能转化成电能；当两极间有最大电压时，进入两极间的等离子 体所受的电场力与洛伦兹力相等，根据U dmq ＝qvB，得最大电压为 Um＝Bvd；（2）当外电阻R＝r时，此磁流体发电机有最大功率 P m?2 2 U (B v d ) m ? 4 r 4 r（3）这是由于永磁体被释放下落的过程中穿过金属盘的磁通量增加，盘中将产生感应电流（因是超 导材料，无焦耳热产生） ，其磁场方向与永磁体的磁场方向相反，从而使永磁体受到阻碍其下落的力，使 磁体保持悬浮状态； （4）磁悬浮高速列车车厢下部装有电磁铁，运行所需槽形导轨的底部和侧壁装有线圈，其作用是提 供磁场，列车能达到这样高速的主要原因是大大减小了运行中的摩擦力。 例 6．在其他能源中，核能具有能量密度大，地区适应性强的优势。在核电站中，核反应堆释放的核能被 转化为电能。核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能． （1）核反应方 程式235 92U+n→141 56Ba+ 36Kr+aX 是反应堆中发生的许多核反应中的一种，n 为中子，X 为待求粒子，a 为 X ，a= 。以 mU、m B a 、 m k r 分别表示235 9292的个数，则 X 为U、141 56Ba、 36Kr 核的质量，mn、mp 分92别表示中子、质子的质量，c 为光在真空中传播的速度，则在上述核反应过程中放出的核能△E= 。 6 （2）有一座发电能力为 P=1.00×10 kW 的核电站，核能转化为电能的效率η =40%。假定反应堆中发10 J， 生的裂变反应全是本题（1）中的核反应，已知每次核反应过程放出的核能△E=2.78 ?? 11235 92U 核的? 390 ? 10 kg 质量 m 。求每年（1 年=3.15×10 U? 277235 s）消耗的 92U 的质量．解析： （1）由核反应过程中电荷守恒和质量守恒得 X 为 n；a=3 2 ．由质能方程可知放出的核能为（ m ? m ? m ? 2 m ) c U B k n a r第 9 页 共 24 页（2）反应堆每年提供的核能 E ? PT 总 ? 以 M 表示每年消耗的 解得 M ? mU PT ??E235 92其中 T 表示 1 年的时间U 的质量，得 M : m ? E : ? E U 总3， 代入数据得 M ? 1 . 10 ? 10 kg3例 8．某辆以蓄电池为驱动能源的环保汽车，总质量 m 。当它在水平路面上以 v=36km/h 的速 ? 3 ? 1 0k g 度匀速行驶时，驱动电机的输入电流 I=50A，电压 U=300V。在此行驶状态下 （1）求驱动电机的输入功率 P 电 ； （2）若驱动电机能够将输入功率的 90%转化为用于牵引汽车前进的机械 功率 P 机，求汽车所受阻力与车重的比值（g 取 10m/s ） ； （3）设想改用太阳能电池给该车供电，其他条件不变，求所需的太阳能电池板的最小面积。 1 1 2 6 已知太阳辐射的总功率 P ，太阳到地球的距离 r ，太阳光传播到达地面的过程 ? 1 . 51 ? 0m 4 ? 1 0 W 0? 中大约有 30%的能量损耗，该车所用太阳能电池的能量转化效率约为 15%。 3 解析： （1）驱动电机的输入功率 P ? I U ? 1 . 5 ? 1 0 W 电 （2）在匀速行驶时2P ? 0 . 9 P ? F v ? f v 电 机。 f/ m g ? 0 . 0 4 5f? 0 . 9 P /v 电汽车所受阻力与车重之比（3）当阳光垂直电磁板入射式，所需板面积最小，设其为 S，距太阳中心为 r 的球面面积 S ?r2 。 0 ?4 若没有能量的损耗，太阳能电池板接受到的太阳能功率为 P ? ，则? ? 13 ?0 % P 设太阳能电池板实际接收到的太阳能功率为 P， P ? ?P S ? P 1?3 0 % ? S0 0?由于 P ，所以电池板的最小面积 ? 1 5 % P 电P? S ? P0 S 02 4 ? r P P S 2 电 0 S ? ? ? 1 0 1 m 0 . 7 P . 1 50 ? . 7 P 0 0 0例 9．太阳能热水器就是一种光热转换装置，它的主要转换器件是真空玻璃管， 这些玻璃管将太阳能转换成水的内能。如图 4 所示，真空玻璃管上采用镀膜技术增 加透射光，使尽可能多的太阳能转换成热能，这种镀膜技术的物理依据是（ ） A、光的直线传播 B、光的粒子性 C、光的干涉 D、光的衍射 图4 解析：真空玻璃管上采用镀膜技术，利用的是从镀膜前后表面反射回的相互叠 加，增加光的强度，该技术对镀膜的厚度有要求，即镀膜厚度应为自然光中主要色 光的半波长的整数倍，故该技术运用了光的干涉原理 例 9. “红外幕墙”，由两根安装了红外装置的立柱组成，立柱之间对接起一道道红外防线，密集 的防线组成一道看不见的墙。当一定体积物体阻断相连的红外线后，系统就会报警并显示报警位置，其 他如摄像头等设备就马上进行目标跟踪，安保工作人员根据目标情况作出处理.在物理学上,这是利用红 外线的( ) A.热作用 B.穿透本领很强 C.红外线成像 D.荧光效应 解析 :由红外线的特点,不难得选项 C 正确. 相关练习 1.汽车电动机启动时车灯会瞬时变暗，如图 3 所示，在打开车灯的 情况下，电动机未启动时电流表读数为 10 A，电动机启动时电流表 读数为 58 A，若电源电动势为 12.5 V，内阻为 0.05 Ω ，电流表内阻 不计，则因电动机启动，车灯的电功率降低了（ ） 图3 A．35.8 W B．43.2 W C．48.2 W D．76.8 W 2．如图 4 所示，带正电的点电荷固定于 Q 点，电子在库仑力作用下， 做以 Q 为焦点的椭圆运动。M、P、N 为椭圆上的三点，P 点是轨道上离 Q 最近的点。电子在从 M 经 P 到达 N 点的过程中 A.速率先增大后减小 B.速率先减小后增大 C.电势能先减小后增大 D.电势能先增大后减 图4 3．如图 5 所示，一轻质弹簧一端悬挂在天花板上，另一端吊一条形磁铁，使弹簧发生一形变Δ x，使 磁铁上下振动，由于空气阻力，经过 t1 时间，磁铁停下来。若将磁铁下方放置一电阻恒定的圆形团合线第 10 页 共 24 页圈，再使弹簧发生一同样的形变Δ x，使磁铁上下振动，经过 t2 时间，磁铁停下来，则 t1 和 t2 的关系是（ ）A. t1= t2 B. t1&t2 C. t1&t2 D.无法确定 图5 4．如图 6 所示，两根倾斜平行放置的光滑导电轨道，轨道间接有电阻 R，处于垂直轨道平 面的匀强磁场中，一根放置在轨道上的导体棒在拉力 F 作用下， 沿轨道匀速上滑，同在上滑的过程中（ ） A、作用在 ab 杆上所有力做功的代数和为零 B、拉力 F 和安培力做功的代数和等于 ab 杆机械能的增加量 C、拉力 F 和和重力做功的代数和等于回路内能的增加量 B R a D、拉力 F 所做的功等于 ab 杆机械能与回路内能增加量之和 b 5．风能是可以再生的能源，是可持续利用的“清洁”能源，因此被称为“蓝天白煤” ， ? F 已知空气密度为 ?，风速为 v ，风力发电机可把垂直通过面积为 S 的风的动能转化为 图6 电能。求该风力发电机的功率。 2 6．横截面积为 3dm 的圆筒内装有 0.6kg 的水．太阳光垂直照射 2min，水温升高了 l℃．设大气顶层的太 阳能只有 45％到达地面，试估算太阳的全部辐射功率为多少瓦．(保留 1 位有效数字，设太阳与地球之间 11 距离为 1.5×10 m) 7．推行节水工程的转动喷水“龙头”如图 7 所示， “龙头”距地面高度为 h，其喷灌半径可达 10 h，每 分钟喷水的质量为 m ， 所用的水从地下深 h? 的井里抽取， 设水以相同的速度喷出， 若水泵效率为?，则配套电动机的功率 P 至少为多少？（取 g 。 ? 10 m /s ）28. 一条河流，流量 Q ，现利用其发 电，若发电机总 ? 2 mS ? ，落差 h?5m 效率为 50%，输出电压为 240 V，输电线路总 图7 电阻 R ，允许损失功率为发电机输出功率的 6%，为满足用电的要求，使用户获得 220 V 电压， ?3 0 ? 则该输电线路所使用的理想升压、降压变压器的匝数比各是多少？能使多少盏“220V 100W”的电灯正常 发光？ 9．如图 8(a)所示是某人设计的一种振动发电装置，它的结构是一个半径为 r=0. 1 m 的 20 匝线圈， 线圈套在永久磁铁槽中，磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布，其右视图如图 8(b)．在线圈所在位置磁 感应强度 B 的大小均为 0. 2 T。线圈的电阻为 2Ω ，它的引出线接有 8Ω 的灯 L，外力推动线圈的 P 端做 往复运动，便有电流通过电灯．当线圈向右的位移随时间变化的规律如图 8(c)所示时(x 取向右为正） ： (1)试画出感应电流随时间变化的图象[在图132(b)中取逆时针电流为正]． (2)求每一次推动线圈运动过程中的作用力． 图8 (3)求该发电机的功率． （摩擦等损耗不计） 10 .如下一系列核反应是在恒星内部发 生的：3? 1p ? 12 6 C ?13 713 7N C ? e? ? ?N ?13 6p ? 13 6 C ? p ? 14 715 814 N 7 N ? 15 8 O15 7 12 6O ?N ? e? ? ? C ??＋ －其中 p 为质子，?为?粒子，e 为正电子， ? 为一种中微子．已知质子的质量为 mp＝1. 27 －27 －31 ㎏．?粒子的质量 ma＝6. ㎏，正电子的质量为 me＝9.11×10 ㎏，中微子的质量可忽略 8 不计．真空中的光速 c＝3.00×10 m/s．试计算该系列核反应完成后释放的能量． 参考答案:1.B (提示:假设r为电源内阻，R为车灯电阻，I为没有启动电动机时流过电流p ? 15 7 N ?E E ? ? r? 1 .2? ，得 R 。此时车灯 I I 2 / ? 120 W 58 A 功率为：P= I R 。 启动电动机后，流过电流表的电流 I ? ，此时车灯两端的电压为： 2 U / / ? 76 .8 W 电动机启动后车灯轼率减少了 U ? E ? I r ? 9 . 6 V ，所以此时车灯功率为 P = R表的电流。在没有启动电动机时，满足闭合电路欧姆定律，r+R=第 11 页 共 24 页/ ? P ? P ? P ? 43 . 2 W )2.AC 3.C 4.ABCD 5.解析：在时间 t内垂直通过面积 S 的风向前推进的距离为 vt ，则形成一长为 vt 、底面积为 S 的空 气柱，柱体质量为 m 对应的动能 E ? ? ( vtS ), k ? mv ，风力发电机的21 2作用是把风能转化为电能，故其功率为单位时间内所转化的风的动能，根据 P??E ，有 tE 1 2 P ? k? ? Sv . t 26.解析：筒中水的温度之所以升高是因为它吸收了太阳辐射的热量．这一部分热量从范围来看，仅 是太阳整个热辐射球面的一小部分，从热传递的效率来看。它又是这一小部分的 45％． 2 太阳在 2 分钟内在单位辐射球面积上辐射的热量为 Pt／（4π R ） 2 式中 R 为太阳到地球的距离，4π R 是以太阳为中心，以 R 为半径的太阳能辐射球的表面积． 2 根据 Q=CmΔ t 可得：[Pt/(4π R )]·s·45%=CmΔ t 2 26 P=（CmΔ t·4π R ）/（t·s·45％）=4×10 W 7. 解 析 ： 设 水 离 开 龙 头 时 的 速 度 为 v 0 ， 因 水 离 开 龙 头 之 后 做 平 抛 运 动 ， 由 平 抛 运 动 规 律 得 ：1 2 ? mg ( h ? h )? mv 0 12 2 2 电 动 机 做 功 所 消 耗 的 电 能 为 h ? gt , 10 h ? v t . 解得 v ? 50 gh , E ? ,将 0 0 2 ? ? mg ( h ? 26 h ) 2 。因消耗这些电能所需时间为 t ? 60 s，所以配套电动机的功率 v ? 50 gh 代入 ， 有 E ? 0至少应为 P ? ??? E mg ( h 26 h ) t 60 ??B1B28.解析：按题意画出远距离输电的示意图如图 9 所示，电源端的输出功率g h ?m ? P ? ? ?? 总 ? ? t ?U1U2U1 ′U2 ′图93 4 ? 2 ? 1 . 0 ? 1 0 ? 1 0 ? 5 ? 0 . 5 ? 5 ? 1 0 W 2 ?I R 输电线上的功率损失 P ，所以输电线中电流为 损4 P P ? 6 % 5 ? 1 00 ? . 0 6 I ?损 ?总 ? ? 1 0 A R R 3 0 ? U ? 2 0 4 V 则升压器 B1 的原线圈电压 U ，副线圈送电电压为 1 出4 P ? 0 总 51 3 U ? ? ? 51 ? 0 V 2 I 1 02 4 0 n ：： nU ? ? 3 ? 6 ： 1 2 5 1 2 1U 2 5 ? 1 0 U ? I R ? 1 0 ? 3 0 ? 3 0 0 V 输电线上电压的损耗 ? 损所以升压变压器的变压比为 则降压器 B2 的原线圈的电压' 3 U ? U ? ? U ? 5 ?? 1 03 V 0 0 V ? 4 7 0 0 V 1 2 损2 2 0 V 据题意知， U ， 2?'：： ? ? 所以降压变压器的匝数比为 nnU 1 2 1U 2' ' ' '4 4 P ? P 5 ?? 1 05 ?? 1 00 . 0 6 总 损 N ? ? ? 4 7 0 盏 P 1 0 0 灯4 7 0 0 ? 2 3 5 ： 1 1 2 2 0因为理想变压器没有能量损失，所以可正常发光的电灯盏数为第 12 页 共 24 页9. 解 析 ： (1) 从 图 可 以 看 出 ， 线 圈 往 返 的 每 次 运 动 都 是 匀 速 直 线 运 动 ， 速 度 大 小 为? x0 . 0 8 v ? ? m / s ? 0 . 8/ m s ? t 0 . 1线圈做切割磁感线运动产生的感应电流的大小每次运动过程中都是恒定不变的．由于感应电动势E ? n B L v ? nr 2 B v ? 2 V ，式中L是线圈每一周的长度，即 2 ? r ，所以 E ， E 2 感应电流 I ? ? A ? 0 . 2 A R ? R ? 1 2 82从图中可以看出线圈沿x正方向运动时，产生的感应电流是顺时针的（从右向左看） ．于是可得到如图 10所示的电流随时间变化的图象．?图10 (2)由于线圈每次运动都是匀速直线运动，所以每次运动过程中推力必须等于安培力．F ? F ? I n L B ? I n ( 2 r ) BN ? 0 . 5 推 安二、发电机的输出功率即灯的电功率 P ． ? IR 0 . 3 2 w 2?2?10.解析：为求出系列反应后释放的能量，将题中所给的诸核反应方程左右两侧分别相加，消去两侧 相同的项，系列反应最终等效为? 4 p ? ? ? 2e 2 γ设反应后释放的能量为 Q，根据质能关系 E＝mc 和能量守恒得2 2 2 4 m c ? m c ? 2 m c ? Q p α e? 12 Q ? 3 . 95 ? 10 J2代入数值可得释放的能量四、交通问题 例题分析 例 1．铁路列车与其它车辆的运行方式不同，列车自重加载重达千余吨甚至数千吨，列车奔驰 在轨道上时的动能很大。当铁路机车司机驾驶机车发现前方有险情或障碍物时，从采取紧急刹车的地点 开始至列车停止地点为止，这段距离称之为制动距离。制动距离不仅与列车重量有关，还与列车的行驶 速度密切相关。目前，我国一般的普通列车行驶的速度约为 v01＝80km/h，其制动距离为 s0＝800m 左右， 提速后的“K”字号的快速列车，行驶时的速度均超过 100 km/h。今后，随着列车不断地提速，速度 v02 将达到 120～140 km/h，其制动距离也将相应加大，这么长的制动距离无疑是对行车安全提出了更高的要 求。目前，上海地区的铁路与公路（道路）平交道口就有 240 余处，行人和车辆在穿越平交道口时，要 充分注意到火车的制动距离，以保证安全。求（假设列车的制动加速度不变） ： （1）我国一般的普通快车的制动加速度为多少？（2）提速后的“K”字号列车的制动距离至少为多 少？ （3）当火车时速达到 v02＝140 km/h 时，在铁路与公路的平交道口处，为保证行人和车辆的安 全，道口处的报警装置或栅栏至少应提前多少时间报警或放下？ 2 ? 2as0 解析： （1）普通列车的制动过程是一个匀减速直线运动，利用运动学公式 vt2 ? v01 2 代入数据解得：a＝－0.309m/s 。 2 ? 2as （2）列车提速后的制动加速度还是原来的数值，利用运动学公式 vt2 ? v02 代入数据解得：s＝1250m。 （3）本问中隐含的内容是：在安全栅栏放下的瞬时，若道口处有险情，列车同时刹车，将最终停止 在道口处。根据运动学公式 vt ? v02 ? at 代入数据解得：t＝126s。 例 2． 为了安全， 在公路上行驶的汽车之间应保持必要的距离。 已知某高速公路的最高限速 v=120km/h。 假设前方车辆突然停止，后车司机从发现这一情况，经操纵刹车，到汽车开始减速所经历的时间（即反第 13 页 共 24 页应时间）t=0.50s。刹车时汽车受到阻力的大小 f 为汽车重力的 0.40 倍。该高速公路上汽车间的距离 s 2 至少应为多少？取重力加速度 g=10m/s 。 3 解析： 在反应时间内， 汽车做匀速运动， 距离为 s1=vt=(120×10 /3600)×0.5=50/3m， 汽车刹车过程， 2 2 车做匀减速直线运动，由牛顿第二定律有 kmg=ma，a=4m/s ，汽车运动的距离 s2=v /2a=1250/9m，所以所 2 求的距离 s=s1+s2=50/3+0/9≈1.6×10 m。 例 3． （2002 年上海考题）铁路提速，要解决许多技术问题．通常，列车阻力与速度平方成正比，即 Ff = kv2．列车要跑得快，必须用大功率的机车来牵引． （1）试计算列车分别以 120 km/h 和 40 km/h 的速度匀速行驶时，机车功率大小的比值（提示：物 理学中重要的公式有 F=ma，W=Fs，P=Fv，s=v0t+1 2 at ） ． 2（2）除上题涉及的问题外，还有许多其他技术问题需要解决．例如：为了减少列车在高速行驶中的 振动，需要把原先的有接缝轨道改为无接缝轨道．请你再举一例，并简要说明． 2 解析： （1） 列车匀速运动时牵引力 F 与受阻力 Ff 相等， 且 F=Ff， 而 Ff=kv ， 则 P=F· v=kv3， 代入 v1=120 km/h，v2=40 km/h 可得 P1/P2=27/1 （2）在轨道（弯道）半径一定的情况下，火车速度越大，所需向心力越大，通过增大弯道半径可以 减小向心力． 例 4． （2005 年全国春考题）下雪天，卡车在笔直的高速公路上匀速行驶，司机突然发现前方停着一辆 故障车，他将刹车踩到底，车轮被抱死，但卡车仍向前滑行，并撞上故障车，且推着它共同滑行一段距 离 l 后停下，事故发生后，经测量，卡车刹车时与故障车距离为 L，撞车后共同滑行的距离 l ? 定两车轮胎与雪地之间的动摩擦因数相同，已知卡车质量 M 为故障车质量 m 的 4 倍。 （1）设卡车与故障车相撞前的速度为 v1 ，两车相撞后的速度变为 v2 ，求8 L ，假 25v1 ； v2（2）卡车司机至少在距故障车多远处采取同样的紧急刹车措施，事故就能免于发生。 解析：①由碰撞过程动量守恒Mv1 ? (M ? m)v2则v1 5 ? v2 4②设卡车刹车前速度为 v0 ，轮胎与雪地之间的动摩擦因数为 ? ，两车相撞前卡车动能变化1 1 2 Mv 0 ? Mv12 ? ?MgL 2 2③碰撞后两车共同向前滑动，动能变化1 2 ( M ? m)v2 ? 0 ? ? ( M ? m) gl 22 由②式得 v0 ? v12 ? 2?gL ，由③式得 v2 ? 2?gl2又因 l ?如果卡车滑到故障车前就停止，由1 2 Mv 0 ? 0 ? ?MgL' 28 2 L ，得 v0 ? 3?gL 25 3 ' 故 L? L 2例 5．2006 年 7 月 1 日，世界上海拔最高、线路最长的青藏铁路全线通车，青藏铁路多种装置运用了 电磁感应原理，有一种电磁装置可以向控制中心传输信号以确定火车的位置和运动状态，原理是将能产 生匀强磁场的磁铁安装在火车首节车厢下面，如图 1 甲所示（府视图） ，当它经过安放在两铁轨间的线圈 时，线圈便产生一个电信号传输给控制中心，线圈子宽为 l1 ，长为 l2 ，匝数为 n ，线圈和传输线的电阻忽 略不计，若火车通过线圈时，控制中心接收到线圈两端的电压信号 u 与时间 t 的关系如图 1 乙所示（ ab 、 cd 均为直线） ，则火车在 t1 ～ t 2 内 A．做匀加速直线运动 u 2 ? u1 C．加速度 nBl1(t2 -t1 ) B．做匀速直线运动 u ? u1 D．平均速度为 2 2nBl2解析：安装在火车首节车厢下面匀强磁场通过线圈时，产生的感应电动势为 E=n Blv ，若火车匀加速第 14 页 共 24 页运动，则 v ? v0 ? at ，所以 E=nB l (v0 ? at ) ，所以选项 A 正确；由图 11 可知 u1 ? Bl (v0 ? at 1) ，u 2 ? u1 ，所以选项 C 正确。 nBl1(t2 -t1 ) 例6．（2008年天津理综卷考题)磁悬浮列车是一种高速低耗的新型交通工具．它的驱动系统简化为如下 模型，固定在列车下端的动力绕组可视为一个矩形纯电阻金属框，电阻为R，金属框置于xOy平面内，长 边MN长为l，平行于y轴，宽为d的NP边平行于x轴，如图2所示。列车轨道沿Ox方向，轨道区域内存在垂直 于金属框平面的磁场，磁感应强度B沿Ox方向 按正弦规律分布，其空间周期为λ ，最大值为B0，如图3所 示，金属框同一长边上各处的磁感应强度相同，整个磁场以速度v0沿Ox方向匀 速平移。设在短暂时间内，MN、PQ边所在位置的磁感应强度 图2 随时间的变化可以忽略，并忽略一切阻力。列车在驱动系统作用下沿Ox方 向加速行驶，某时刻速度为v(v&v0)。 (1)简要叙述列车运行中获得驱动力的原理； (2)为使列车获得最大驱动力，写出MN、PQ边应处于磁场中的什么位置及λ 与 d之间应满足的关系式： (3)计算在满足第(2)问的条件下列车速度为v时驱动力的大小。 解析：(1)由于列车速度与磁场平移速度不同，导致穿过金属框的磁通量发生变化，由于电磁感应， 金属框中会产生感应电流，该电流受到的安培力即为驱动力。 图3 (2)为使列车获得最大驱动力，MN、PQ应位于磁场中磁感应强度同为最大值且 反向的地方，这会使得金属框所围面积的磁通量变化率最大，导致框中电流最u2 ? Bl (v0 ? at2 ) ，联立两式得加速度强，也会使得金属框长边中电流受到的安培力最大。因此，d应为 即d ? (2k ? 1)?2? 的奇数倍， 2或? ?(3)由于满足第(2)问条件：则MN、PQ边所在处的磁感应强度大小均为B0且方向总相反，经短暂的时间 ?t ， 磁场沿Ox方向平移的距离为 v0 ?t ，同时，金属框沿Ox方向移动的距离为 v ?t 。 因为v0&V，所以在 ?t 时 间内MN边扫过磁场的面积 s=(v0 ? v)l ?t 在此 ?t 时间内，MN边左侧穿过S的磁通移进金属框而引起框内磁通量变化2d 2k ? 1（k ?N ）??MN ? B0l (v0 ? v)?t 同理，该 ?t 时间内，PQ边左侧移出金属框的磁通引起框内磁通量变化 ??PQ ? B0l (v0 ? v)?t故在 ?t 内金属框所围面积的磁通量变化 ?? ? ??PQ ? ??MN 根据法拉第电磁感应定律，金属框中的感应电动势大小 根据闭合电路欧姆定律E??? ?tI?E R根据安培力公式，MN边所受的安培力 FMN ? B0 Il PQ边所受的安培力 FPQ ? B0 Il 根据左手定则，MN、PQ边所受的安培力方向相同，此时列车驱动力的大小 F ? FMN ? FPQ ? 2B0 Il 联立解得F?4 B02l 2 (v0 ? v) R相关练习 1 ．在高速公路的拐弯处，路面修得外高内低，即当车向右拐弯时，司机左侧的路面比右侧的 要高一些，路面与水平面间的夹角为θ 设拐弯路段是半径为 R 的圆弧，要使车速为 v 时车轮与路面之间 的横向(即垂直于前进方向)摩擦力等于零，θ 应等于 ( )2． 铁道部决定在前 3 次火车提速的基础上还将实行三次大提速,旅客列车在 500km 左右实现 “夕发朝至” , 进一步适应旅客要求.为了适应提速的要求( )第 15 页 共 24 页A.机车的功率可保持不变 B.机车的功率必须增大 C.铁路转弯处的路基坡度应加大 D.铁路转弯处的路基坡度应减小 2 3．列车阻力与速度平方成正比，即 f=kv ，k 为阻力系数为定值。列车要跑得快，须用大功率的机车 6 来牵引。若列车以 72km/h 的速度匀速行驶时，机车的输出功率为 2.4×10 w，现将列车提速到 108km/h 6 匀速行驶，则机动车功率要增加 瓦？5.7×10 w 4．设某段铁路转弯半径为 r，火车行驶速度为 v，那么该弯道上铁道内外轨所在平面与水平面的夹角α 应该等于 ，如果不改变α 而强行提速，车轮将对铁道的 轨产生侧向挤压而造成事 故。 5． 铁路转弯处的圆弧半径是 300m， 轨距是 1435mm。 A 规定火车通过这里的速度是 72km/h，内外轨的高 度差应该多大，才能使外轨不受轮缘的挤压？如 图 4a 果车速大于或小于 72km/h 会有什么现象发生？说 明理由 B 1 4 0 3 5 2 6．超声波遇到障碍物会发生反射，测速仪发出并 n1 P1 n2 P2 接收反射回来的超声波脉冲信号，根据发出和接 收到的时间差，测出汽车的速度。图 4（a）是在 图 4b 高速公路上用超声波测速仪测量车速的示意图， 车站 测速仪发出并接收超声波脉冲信号，根据发出和接收到的时间差，测出汽车的速度。 图 4（b）中是测速仪发出的超声波信号，n1、n2 分别是由汽车反射回来的信号。设测 速仪匀速扫描，p1、 、p2 之间的时间间隔Δ t＝1.0s，超声波在空气中传播的速度是 V ＝340m./s，若汽车是匀速行驶的，则根据图（b）可知，汽车在接收到 p1、 、p2 两个信号之间的时间内前 进的距离是 m，汽车的速度是_____________m/s 7．随着人类能量消耗的迅速增加，如何有效地提高能量利用率是人类所面临的一项重要任务。图 5 是上 海“明珠线”某轻轨车站的设计方案，与站台连接的轨道有一个小的坡度，请你从提高能量利用效率的 角度，分析这种设计的优点。 图5 解析：从能量转化的角度来分析：列车进站时，利用上坡使部分动能转化为重力势能，减少因为刹 车而损失的机械能；列车出站时利用下坡把储存的重力势能又转化为动能，起到节能的作用。 8.在某市区内，一辆小汽车在平直公路上以速度 vA 向东匀速行驶，一位观光游客正由南向北从斑马 线上横过马路，汽车司机发现前方有危险（游客正在 D 处向北走）经 0.7s 作出反应，从 A 点开始紧急刹 车，但仍将正步行至 B 处的游客撞伤，该汽车最终在 C 处停下.为了清晰了解事故现场，现以图 6 示之： 北 为了判断汽车司机是否超速行驶，并 测出肇事汽车速度 vA，警方派一车胎磨损 斑马线 B 情况与肇事车相当的车以法定最高速度 vm= 西A 东 C 17.5m 14.0m 14.0m/s 行驶在同一马路的同一地段，在肇事 起始刹车点 停车点 D 汽车的出事点 B 急刹车，恰好也在 C 点停下来. 南 在事故现场测得 AB=17.5m、BC=14.0m、BD=2.6m，问： 图6 (1)该肇事汽车的初速度 vA 是多大？(2)游客横过马路的速度是多大？ 9．为了测量列车运行的速度和加速度的大小，可采用如图 7 甲的装置，它是由一块安装在列车车头 底部的强磁体和埋设在轨道地面的一组线圈及电流测量记录仪组成（记录测量仪未画出） 。当列车经过线 圈上方时，线圈中产生的电流被记录下来，就能求出列车在各位置的速度和加速度。 如图 7 乙所示，假设磁体端部磁感应强度 B=0.004T，且全部集中在端面范围内，与端面相垂直。磁 体的宽度与线圈的宽度相同，且都很小，线圈匝数 n，长 l=0.2m，电阻 R=0.4Ω （包括引出线的电阻） ， 测记录下来的电流——位移图，如图 7 丙所示。i／A0.15 线圈Ⅰ 线圈Ⅱ B× × × × × ×0.10 0.0520 10 30 4-0 50 60 70 80 90 100 120 110 140 130磁体接测量仪器←s→0 - 0.05 - 0.10 - 0.15S／m（甲）（乙）（丙） 图7 （1）试计算在离 Q（原点）30m、130m 处列车的速度 v1 和 v2 的大小。第 16 页 共 24 页（2）假设列车作的是匀加速直线运动，求列车加速度的大小。 10．提高铁路运行时速是人们孜孜以求的。1966 年，有人建议利用超导磁体和路基导体中的感应电 流之间的磁力把列车悬浮起来运行，如图 8 所示，在车辆底部安装超导磁体，在轨道两旁埋设一系列闭 合的铝环。当列车运行时，超导磁体产生的磁场相对于铝环运动，列车凌空浮起，使车与轨道间的摩擦 减少到零，如果要进一步减小运行中受到的空气阻力， 车上悬浮装置 可以使列车在抽成真空的地下隧道中行驶。由于阻力 极小，车速可高达 1000m/s。当然列车启动与停站均需 图8 有一个变速过程。设绝大多数乘客的生理能承受 0.1g 闭合铝环 （g 为重力加速度）的加速度。 （1）分析使列车浮起的力的原因。 （2）假设从东海之滨的上海到西域名城乌鲁木齐之间有这样的一条笔直的地下隧道。估计轨道的长 度最接近于下列哪个数值？A.500km B.1000km C.4000km D.8000km （3）乘坐超高速客车沿上述线路完成横跨祖国东西的漫长旅行最短时间是多少？ 5 （4）设列车的质量为 5×10 kg，由于阻力极小，列车只需在加速阶段做功，而减速过程甚至可以利 用特定装置回收列车释放的动能，把节省的能量用于产生真空，实现磁浮。试求上述运行每次可回收的 能量。 参考答案：1．B 2．BC 3．5.7×10 w64． arctanv2 ， 外 gr5．解：火车转弯时所需的向心力由重力和支持力的合力提供。 F=mgtanα =mv /r tanα =v /gr 近似认为 tanα =sinα =h/d 带入上式：h/d=v /rg h=v d/rg=（20 ×1.435）/（300×9.8）=0.195m 6．解：本题由阅读图 4（b）后，无法让人在大脑中直接形成测速仪发射和接受超声波以及两个超声波在 传播过程中量值关系形象的物理图象。只有仔细地分析图 4（b）各符号的要素，深刻地思考才会在大脑 中形成测速仪在 P1 时刻发出的超声波，经汽车反射后经过 t1=0.4S 接收到信号，在 P2 时刻发出的超声波， 经汽车反射后经过 t2=0.3S 接收到信号的形象的物理情景图象。根据这些信息很容易给出如下解答： 汽车在接收到 p1、 、p2 两个信号之间的时间内前进的距离是: S=V（t1-t2）/2=17m，汽车通过这一位移所用的时间 t=Δ t-（t1-t2）/2=0.95S.所以汽车的速度是 V1 ? S / t ? 17.9m / S . 7．解：从能量转化的角度来分析：列车进站时，利用上坡使部分动能转化为重力势能，减少因为刹 车而损失的机械能；列车出站时利用下坡把储存的重力势能又转化为动能，起到节能的作用。2 8．解:(1)以警车为研究对象，则: v 2 ? v0 ? ?2as将 v0=14.0m/s，s=14.0m，v=0 代入得警车刹车加速度大小为:a=7.0m/s ，因为警车行驶条件与肇事 / 2 汽车相同,则肇事汽车的加速度 a =a=μ g=7.0m/s . 所以肇事汽车的初速度 vA= 2a s AC ? 21m / s ./2(2)肇事汽车在出事点 B 的速度: v B ? 肇事汽车通过 sAB 段的平均速度: v ?2a / s BC ? 14m / sv A ? v B 21 ? 14 ? m / s ? 17.5m / s 2 29．解： （1）列车车头底部的强磁铁通过线圈时，在线圈中产生感应电动势和感应电流，感应电流大小为 I=nBlv／R 从图中可读出距 O 点 30m、130m 处的电流分别为 I1=0.12A，I2=0.15A， I2R I1R =12m/s v2= nBl =15m/s 代入数据可算出：v1= nBl 2 2 2 （2）根据匀变速运动公式 a=(v2 -v1 )／2s，从图中读出 s=100m，所以 a=0.405m/s . 10．解析： （1）列车运行时，车上的超导磁体相对于铝环运动，铝环中磁通量变化而产生感应电流， 感应电流磁场与超导磁体磁场相互作用，对车辆产生向上的力克服重力而使车凌空浮起。 0 （2）地球的半径 R=6400km，地球的周长约为 S=40000km，在同一经度上，相隔 1 的两纬线之间距离 为(4)km=111km。 0 0 0 0 纬度 30 的纬线长为(40000cos30 )km=34640km。在纬度 30 的纬度上，相隔经度 1 的两经线之间的距 离为(3)km=96km。 0 0 上海和乌鲁木齐之间的纬度差约 15 ，经度差约 35 。由勾股定理可得两地之间距离为： (111×第 17 页 共 24 页15) +(96×35) km=3750km 故应选 C。 （3）高速客车的运动可分加速、匀速和减速三个阶段。设加速阶段所用的时间为 t1，运动位移为 s1， 则 1 1 1000 s v at12 ＝ s1 ×1×10002m ＝500km t1＝ a ＝ ＝1000s ， 2 2 0.1×10 ＝ ＝ 同样可求出减速阶段所用时间 t3=1000s，位移 s3=500km。因此，匀速行驶的距离为 3000km，时间 t2= 3 （3000×10 ）／s，故 t=t1+t2+t3=5000s。 2 3 2 9 （4）减速过程中动能的减少为（1/2）mv =（1／2）×5×10 ×1000 J=2.5×10 J，故每次可回收的能 9 量为 2.5×10 J。 五、 “神州”飞船 例题分析 例 1.已知“神州七号”总质量为 m。在离地 h 高处 绕地球做匀速圆周运动，地球质量为 M，地球半径为 R，地球表 C 面重力加速为 g，万有引力常量为 G。 B （1） 如图 1 所示，是 A“神州七号”的火箭发射场， A B 为山区，C 为城市，发射场正在进行发射，若 长征二号 F 型火箭托着载人三名宇航员的“神舟七号” 飞船向太空，已知火箭总长 58.3m，发射塔的过程中， 图1 点火后，经 7.0S 火箭离开发射塔，设火箭的运动为匀加速运动，则在火箭离开发射塔的过程中（结果保 留三位有效数字） （1）火箭的加速度多大？ 2 （2）质量为 60kg 的宇航员受到的飞船对他的作用力多大？（g=10m/s ） （3）为了转播发射实况，我国科技工作者在发射场建立了发射台用于发射广播与电视信号。已知传输无 线电广播所用的电磁波波长为 550m，而传输电视信号所用的电磁波波长为 0.556m，为了不让山区挡住信 号的传播， 使城市居民能听到和收看实况， 必须通过在山顶的转发站来转发电视信号， 这是因为什么呢？ （4）飞船在绕地球飞行的第五圈进行了变轨，由原来的椭圆轨道变为距地面高度为 h 的圆形轨道。则飞 船在轨道上正常运行的速度是多大？飞船在轨道上运行周期是多少？质量为 m0 的宇航员，他在飞船中的 重力将变为多大？（用已知量字母表示） 解析： （1）由匀变速直线运动规律 s ? （2）由牛顿第二定律得221 2 2s 2 ?105.0 at 得a ? 2 ? m / s 2 ? 4.29m / s 2 2 2 t 7.0 FN ? mg ? ma 得 ? FN ? mg ? ma ? 857 N（3）电视信号波长短，沿直线传播，受山区阻挡，不易发生衍射。 （4）因万有引力充当向心力,由牛顿第二定律 求得 v＝gR 2 R?hmv GMm ’ GMm ＝ 和 ＝m g， 2 2 R?h R ( R ? h)2'由 T＝2 ?(R?h) 2 ?(R?h) R ? h ，求得 T= v R g2m gR ’ 在飞船上的宇航员，万有引力等于重力，所以 GMm 0 ＝m0g，变形可得 G ＝m0g＝ 0 。事实上 h 2 ( R ? h) 2 ( R ? h) 比 R 小得多，所以宇航员的重力只是略有减小。 例 2．将飞船的运动轨道近似为圆形，忽略飞船与伴飞小卫星之间的万有引力，则伴飞小卫星在远 离飞船的过程中（ ） A． 速度增大 B．加速度减小 C．受地球万有引力增大 D．机械能不变 解析：因万有引力充当向心力，所以伴飞小卫星的加速度就是向心加速度，也是重力加速度，a?( R 2 ) g 显然随高度的增大而减小，即选项 B 正确；又因伴飞小卫星只受重力作用，机械能守恒， R?h所以选项 D 也正确． 例 3.一中学生为发射的“神舟”七号载人飞船设计了一个可测定竖直方向加速 度的装置，其原理可简化如图 2 所示，连接在竖直弹簧上的重物与滑动变阻器的滑动 头连接，该装置在地面上静止时其电压表的指针指在表盘中央的零刻度处，在零刻度 的两侧分别标上对应的正、 负加速度值。 关于这个装置在“神舟”七号载人飞船发射、 运行和回收过程中示数的判断正确的是（ ）第 18 页 共 24 页VA．飞船在竖直加速升空的过程中，如果电压表的示数为正，则飞船在竖直减速返回地面的 图2 过程中，电压表的示数仍为正 B．飞船在竖直加速升空的过程中，如果电压表的示数为正，则飞船在竖直减速返回地面的过程中，电压 表的示数为负 C．飞船在圆轨道上运行时，电压表的示数为零 2 D．飞船在圆轨道上运行时，电压表的示数所对应的加速度大小约为 9.8m/s 解析：船在竖直加速升空的过程和飞船在竖直减速返回地面都是处 于超重状态 ，弹力大于重力,电压表的示数仍为正；飞船在圆轨道上运行时,飞船完全失重，重物浮在空 中,电压表的示数为零，所以选项 AC 正确. 例 4．设“神州”七号飞船质量为 m，当它在椭圆轨道上运行时，其近地点距地面高度为 h1，飞船速度 为 v1，加速度为 a1；在远地点距地面高度为 h2，飞船速度为 v2.已知地球半径为 R（如图 3 所示） ，求飞船 （1）由远地点到近地点万有引力所做的功 （2）在远地点的加速度 a2 解： （1）由动能定理得，由远地点到近地点万有引力所做的功 h1 1 2 1 2 W ? mv h2 2 ? mv 122（2）在近地点，由牛顿第二定律得 在远地点有 由以上两式得 a 2 ?(Mm G ?ma 1 2 (R ?h 1) Mm ③ G ?ma 2 2 ( R ? h 2)④图3RR?h 1 2 ) R?h 2例 5.我国发射的 “神舟七” 载人飞船,在返回途中总有一段时间和地面失去无线电联系,其原因是( ) A.飞船为节省能量不再发送信号 B.自由降落阶段不必加以控制,地面也不向飞船发信号 C.由于高速下降和空气摩擦,在飞船周围形成等离子云,阻碍了电磁波的传送 D.虽然不能进行通讯联络,介雷达仍能探测到飞船. 解析：当飞船高速进入大气层时,和空气摩擦,使飞船表面温度升高,飞船表面分子和空气分子电离,形成 由正负离子组成的等离子云,包围着飞船,由于这些带电粒子的存在使电磁波不能在飞船和地面控制中心 之间相互传送;雷达波也不能从等离子云反射回来,雷达也探测不到飞船,所以选项 C 正确. 例 6.2008 年 9 月 28 日 12 时 51 分，神舟七号返回舱舱门关闭，神七返回阶段开始，当返回舱返回时在 距离地面大约１米时，返回舱的 4 个反推火箭点火工作，返回舱速度由 8m/s 降到１米／秒，最终安全着 陆，若此过程视为匀减速运动，则其加速度为多大？返回舱质量 M=3300kg，则火箭的推力大约为多少？2 2 v2 ?v1 s? 解：由运动学公式得 解得加速度为 ?2a 由牛顿第二定律得 F ? Mg ? Ma 解得火箭的推力a= 31.5m/s25 N 图4 F ? M ( g ? a ) ? 1 . 4 ? 10例 7.已知地球半径为 R，地球表面的重力加速度为 g。 （1）导出飞船在上述 圆轨道上运行时离地面高度 h 的公式（用 t、n、R、g 表示） （2）飞船在着陆前先进行变轨，如图 4 所示，在预定地点 A 处启动飞船上的 推进器，为了使飞船从圆轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ（如图所示） ，推进器是向前喷气 m，喷气后飞船的速度变为 v? ，喷气 还是向后喷气？若瞬时喷出的气体质量为 ? 的速度应为多大？（涉及动量问题时，喷出气体的质量相对飞船质量可忽略不计） 解析：设地球质量为 M，飞船质量为 m，引力常量为 G，在圆轨道上运行周期 为 T，由万有引力定律和牛顿第二定律得 G 由题意得2 Mm 4 ? ? m ( R ? h ) 2 2 ( R ? h ) T Mm G 2 ? mg 飞船在地面上时 R 2 2 gR t h?3 2 2 ?R 4 n?T ?t n由以上各式得，离地面的高度第 19 页 共 24 页（2）推进器应向前喷气，使飞船减速。 飞船在圆轨道上的运行速度2 ? ( R ? h ) v 0? T ?? 设喷气的速度为 v，由动量守恒定律得 mv m v ? mv 0?n ?gR m3 2 ? ? ( ? v ) 由以上各式得 v ? m t2相关练习 1． 当神舟七号载人飞船在圆形轨道上绕地球运动， 翟志刚并测出了神七的的轨道半径和运行周 期由此可推算出（ ） A．飞船的质量 B．飞船的半径 C．地球的质量 D．地球的半径 2． “神舟”七号载人飞船在运行中，因受高空稀薄空气的阻力作用，绕地球运转的轨道会慢慢改变。每 次测量中飞船的运动可近似看作圆周运动。某次测量飞船的轨道半径为 r1，后来变为 r2，r2&r1。以 Ek1、 Ek2 表示飞船在这两个轨道上的动能，T1、T2 表示飞船在这两个轨道上绕地球运动的周期，则 （ ） A．Ek2＜Ek1，T2＜T1 B．Ek2＜Ek1，T2＞T1 C．Ek2＞Ek1，T2＜T1 D．Ek2＞Ek1，T2＞T1 1.“神舟”七号载人飞船在飞行中，由多个地面站和四艘“远望”号远洋航天测量船组成的测控网对其 进行跟踪、测量与控制。这是利用了下列哪一种波？（ ） A. 红外线 B. 微波 C. 超声波 D. 次声波 4.2008 年 9 月 25 日，我国成功发射了“神州”七号载人飞船。这是继 2005 年 10 月 12 日 2 神舟六号载 人飞船成功发射之后，人类探索太空历史上的又一次重要成就。这次执行任务的长二 F 型运载火箭，全 长 58.3 m，起飞质量为 479.8 t，刚起飞时，火箭竖直升空，航天员翟志刚、刘伯明和景海鹏有较强的 超重感，仪器显示他们对座舱的最大压力达到他们体重的 5 倍。飞船入轨之后，在 115.5 h 内环绕地球 飞行 77 圈，将飞船的轨道简化为圆形，求： 2 （1）点火发射时，火箭的最大推力。 （g 取 10m/s ） （2）飞船运行轨道与地球同步卫星轨道的半径之比 5．2008 年 9 月 25 日 21 时 9 分， “神州”六号载人飞船发射升空。火箭点火起飞，583 秒后，飞船与火 箭分离，准确入轨，进入椭圆轨道，飞船飞行到第 5 圈实施变轨，进入圆形轨道绕地球飞行。飞船在离 地面高度为 h 的圆形轨道上，飞行 n 圈，所用时间为 t.已知地球半径为 R，引力常量为 G，地球表面的重 力加速度为 g。求：地球的质量和平均密度. 6.“神舟”七号载人飞船在轨飞行四天后，返回舱开始从太空向地球表面按 预定轨道返回，通过制动发动机点火减速降高。返回舱距地面高度大约 10 km 图5 2 时，打开一个面积约 1200m 的降落伞进一步减速下降，这一过程中若返回舱 所受空气阻力与速度的平方成正比，比例系数（空气阻力系数）为 k，所受空 气浮力不计，且认为竖直降落。从某时刻开始计时，返回舱的运动 v-t 图象如 图 5 中的 AD 曲线所示，图中 AB 是曲线在 A 点的切线，切线交于横轴一 点 B，其坐标为（8，0） ，CD 是曲线 AD 的渐近线。返回舱总质量为 M=3300 kg，g 取 10m/s .试问： （1）返回舱在这一阶段是怎样运动的？（2）在初始时刻 v=160m/s，此时它的加速度是多大？ （3）推证空气阻力系数 k 的表达式并计算其值。 7． “神舟”七号返回舱从太空向地球表面按预定轨道返回（1）当返回舱降落距地球 10km 时，回收着陆 2 系统启动工作，弹出伞仓盖，连续完成拉出引导伞、减速伞和主伞动作，主伞展开面积足有 1200m ,由于 空气阻力作用有一段减速下落过程，若空气阻力与速度平方成正比，并已知返回舱的质量为 8t，这一过 2 程的收尾速度为 14m/s，则当返回舱速度围 42m/s 时的加速度为多大？（g 取 10m/s ） （2）当返回舱在距地面 1m 时，点燃反推火箭发动机，最后以不大于 3.5m/s 的速度实现软着陆，这 一过程中反推火箭产生的反推力至少等于多少？该反推力对返回舱做多少功？（设反推火箭发动机点火 后，空气阻力不计，可以认为返回舱做匀减速直线运动）. 参考答案：1.C 2.C 3.B 4.解析： （1）对宇航员进行受力分析，并由牛顿第二定律得 N=5mg， N ? mg ? ma 对火箭应用牛顿第二定律得 由以上两式解得2F ? Mg ? Ma7 F ? 5 Mg ? 2 . 4 ? 10 N 115 .5 ?1.5 h，轨道半径为 r1，同步卫星运行周期为 T2=24 h，轨道半径为 （2）飞船运行周期 T 1? 77第 20 页 共 24 页r2，对飞船及同步卫星分别有Mm 4 ?2 G 2 ?mr 1 2 r T 1 1解得Mm 4 ?2 G 2 ?mr 2 2 r T 2 2代入数据解得r1 T2 ? 3 12 r2 T2r1 1 ? 3 r2 4 42 Mm 4 ? ? m ( R ? h ) 2 2 ( R ? h ) T5．解析：设飞船的质量为 m，地球的质量为 M，在圆轨道上运行周期为 T，飞船绕地球做匀速圆周运 动，由万有引力定律和牛顿第二定律得 G ①t ② n 4 又地球体积 V ? ?R3 ④ 3由题意得T ?2 2 3 4 n ?( R ? h ) ③ 2 Gt 2 3 M3 ? ? n ? ( R ? h ) 所以，地球的平均密度 ? ? ? 2 3 V Gt R解得地球的质量： M ?6.解析:（1）从 v ? t图象可知：物体的速度是减小的，所以做的是减速直线运动，而且从 AD 曲线各 点切线的斜率越来越小直到最后为零可知：其加速度大小是越来越小。所以返回舱在这一阶段做的是加 速度越来越小的减速运动。 （2）因为 AB 是曲线 AD 在 A 点的切线，所以其斜率大小就是其在 A 点这一时刻的加速度大小，? v 160 2 a ? ? ? 20 ( m / s ) ? t 82 （3）设返回舱最后匀速时的速度为 v m . 返回舱在 t=0 时，由牛顿第二定律可知： kv ? mg ? ma①2 返回舱下降到速度达到 8m/s 时，做匀速直线运动，所以由平衡条件可知： kv ② m ? mg由①②两式可知： k ?ma 2 v ?vm2代入数值解得： k? kg/m 2 . 5827．解析： （1）由题意知，返回舱速度为 42m/s 时 f ，而 f1 ?kv mg ? ma 1? 1；? (1 ? 1 ) g ? 8 g ? 80 m / s. 返回舱速度变为 14m/s 时， f 综合上述解得 a mg ? kv 2? 2 222 v 2 v 2 F ? mg ? ma （2） 点燃反推火箭后，由牛顿第二定律得 ，当软着陆速度为 3.5m/s 时，反推力最 2 2 2 2 m ( v? 3 . 5) 5 3 . 5? 2 as 2? ? 2 ? mg 小，这时有 v ，F 代入数据得 F ，所以 ? 8 . 15 ? 10 N 2 s 5 5 W ? Fs ? 8 . 15 ? 10 ? 1 J ? 8 . 15 ? 10 J F .六、关注加速器域推进器 【例 1】N 个长度逐个增大的金属筒和一个靶沿轴线排列成 一串，如图 9 所示（图中只画出 4 个圆 筒，作为示意） ，各筒和靶相间地连接到频率为 f，最大电压值为 U 的正弦交流电源的两端，整个装置放 在高度真空容器中，圆筒的两底面中心开有小孔，现有一电量为 q、质量为 m 的正离子沿轴线射入圆筒， 并将在圆筒间及圆筒与靶间的缝隙处受到电场力作用而加速（设圆筒内部没有电场） ，缝隙的宽度很小， 离子穿过缝隙的时间可以不计，已知离子进入第一个圆筒左端的速度为 v1，且此时第一、二两个圆筒间 的电势差 U1－U2＝－U，为使打到靶上的离子获得最大能量，各个圆筒的长度应满足什么条件？并求出在 这种情况下打到靶上的离子能量。v1图 9第 21 页 共 24 页【例 1】 解析：正离子每次经过缝隙时都能得到加速必须满足在筒中飞行时间 所以第一个筒长度 L1 ? v1 ?t?T 2T 2 1 1 2 mv 2 ? mv12 2 2①进入第二个筒时速度为 v2，则 qU ? 第二个筒长 L2 ? v 2 ?T 2 1 2 2 mv 3 ?1 2 mv 2 2②进入第三个筒的速度为 v3，则 qU ? 第三个筒长 L3 ? v3 ?T 2 1 1 2 2 mv n ? mv n ?1 2 2③进入第 n 个筒的速度 vn 满足 qU ? 第 n 个筒的长度为 Ln ? v n ?T ， 解以上各式得： 2Ln ?T 2(n ? 1)qU 1 v12 ? ? 2 m 2f1 mv 12 ? nqU 2v12 ?2(n ? 1)qU mn ? 1,2,3?由动能定理得： E k ?Ek ?1 mv12 ? nqU 2n ? 1,2,3?例 2．如图 22 所示为一种获得高能粒子的装置。环形区域内存在垂直纸面向外、大小可调的匀强磁场。 质量为 m，电量为＋q 的粒子在环中作半径为 R 的圆周运动。A、B 为两块中心开有小孔的极板。原来电势 都是零，每当粒子飞经 A 板时，A 板电势升高为＋U，B 板电势仍保持为零，粒子在两板间电场中得到加 速。 每当粒子离开 B 板时， A 板电势又降为零。 粒子在电场一次次加速下动能不断增大， 而绕行半径不变。 (1)设 t＝0 时粒子静止在 A 板小孔处，在电场作用下加速，并绕行第一圈。求粒子绕行 n 圈回到 A 板 时获得的总动能 En。 (2)为使粒子始终保持在半径为 R 的圆轨道上运动，磁场必须周期性递增。求粒子绕行第 n 圈时的磁 感应强度 Bn。 (3)求粒子绕行 n 圈所需要的总时间 tn（设极板间距离远小于 R） 。 (4)在图 22(2)中画出 A 板电势 u 与时间 t 的关系（从 t＝0 起画到粒子第四次离开 B 板时即可） (5)在粒子绕行的整个过程中，A 板电势是否可始终保持为＋U？为什么？uR O A +U 0 0 图 22(1) 解析: 图 22(2) t U（1）粒子每经狭缝 AB 一次，加速一次，增加动能 qU，故绕行 n 圈（经 n 次加速）回到 A板时获得的总动能为 En ? nqU第 22 页 共 24 页（ 2 ） 由 mqU ?v2 1 2 mv n 和 qvn Bn ? m n 得 粒 子 绕 行 n 圈 时 ， 磁 场 的 磁 感 应 强 度 递 增 到 2 RBn ?m 2nqU 1 2nmU ? qR m R qu（3）A、B 间距离远小于半径 R，粒子穿过其间所花时间忽略不计， U 故粒子绕行 n 圈所用时间tn ?2?R m 1 ? 2?R ? vn 2qU n0 t1 t2 t3 图 15—5—答 3 t粒子绕 n 圈所需要的时间t ? t1 ? t2 ? t3 ? ?????? ?tn ? 2? R m 1 1 1 (1 ? ? ? ?????? ? ) 2qU 2 3 n（4）按题意要求画出 u—t 的函数图 15—5—答 3 所示（是时间间隔越来越小，加速时间越来越短的 等幅脉冲电压） (5)不可以。因为这样粒子在 A、B 之间飞行时电场对其做功＋qU，使之加速，在 A、B 之外飞行时电 场又对其做功－qU，使之减速，粒子绕行一周电场对其所做总功为零，能量不会增大。 例 3（朝阳）如图所示为某种质谱仪的结构示意图。其中加速电场的电压为 U，静电分析器中与圆心 O1 等距各点的电场强度大小相同，方向沿径向指向圆心 O1。磁分析器中以 O2 为圆心、圆心角为 90°的扇 形区域内，分布着方向垂直于纸面的匀强磁场，其左边界与静电分析器的右边界平行。由离子源发出一 个质量为 m、电荷量为 q 的正离子（初速度为零，重力不计），经加速电场加速后，从 M 点沿垂直于该点 的场强方向进入静电分析器，在静电分析器中，离子沿半径为 R 的四分之一圆弧轨道做匀速圆周运动， 并从 N 点射出静电分析器。而后离子由 P 点沿着既垂直于磁分析器的左边界，又垂直于磁场方向射入磁 分析器中，最后离子沿垂直于磁分析器下边界的方向从 Q 点射出，并进入收集器。测量出 Q 点与圆心 O2 的距离为 d。 （1）求静电分析器中离子运动轨迹处电场强度 E 的大小； （2）求磁分析器中磁场的磁感应强度 B 的大小和方向； （3）通过分析和必要的数学推导，请你说明如果离子的质量为 0.9m，电荷量仍为 q，其他条件不变， 这个离子射出电场和射出磁场的位置是否变化。解：（1）离子在静电分析器中做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律有v2 ① R 设离子进入静电分析器时的速度为 v，离子在加速电场中加速的过程中，由动能定理有 1 ② qU ? mv 2 2 由①②解得 qE ? m第 23 页 共 24 页2U ③ 6分 R （2）离子在磁分析器中做匀速圆周运动，由牛顿第二定律有 E?v2 r 由题意可知，圆周运动的轨道半径 r=d 由②④⑤式解得 qvB ? mB? 1 d 2mU q④⑤⑥磁场方向为垂直纸面向外。 6分 （3）设质量为 0.9m 的离子经加速电场加速后，速度为 v′，由动能定理可得1 qU ? ? 0.9mv2 2 由②⑦式可得⑦0.9mv '2 ? mv 2 ⑧ 新离子进入电场时与 O1 的距离仍为 R，新离子如果在电场中做半径为 R 的匀速圆周运动，所需要的向心力F向 ? 0.9m由①⑧⑨式可得F向 ? qEv '2 R⑨即该离子所受电场力，恰好等于它若做匀速圆周运动的向心力，因此这个离子仍然在静电 分析器中做半径为 R 的匀速圆周运动，仍从 N 点射出。 由②④式可知，离子在磁分析器中做匀速圆周运动的半径 r ? 关，所以不能沿原来的轨迹从 Q 点射出磁场。 6分1 2mU ，与离子的质量有 B q第 24 页 共 24 页
2014年“自主招生”物理六类热点问题探究-是一个在线免费学习平台、通过收集整理大量专业知识，职业资料、考试资料,考试复习指导,试题资料等给大家分享;同时提供学习互动交流;更好的帮助大家学习。
相关文档：
搜索更多：“”
All rights reserved Powered by
copyright &copyright 。非常超级学习网内容来自网络，如有侵犯请联系客服。|}