适用于老高考旧教材2024版高考物理二轮复习热点情境练科技发展类二（附解析）

科技发展类(二)1.(2023福建厦门二模)2023年4月12日,中国“人造太阳”——全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)成功实现稳态高约束模式等离子体运行403秒,创造了新的世界纪录,其内部发生的核反应方程为 12H+13HHe+X,则(　　)A.X为正电子B.该反应为α衰变C.反应前后质量守恒D.24He的平均结合能比 12H的平均结合能大2.人体的细胞膜模型图如图甲所示,由磷脂双分子层组成,双分子层之间存在电压(医学上称为膜电位),现研究某小块均匀的细胞膜,厚度为d,膜内的电场可看作匀强电场,简化模型如图乙所示,初速度可视为零的一价正钠离子仅在静电力的作用下,从图中的A点运动到B点,下列说法正确的是(　　)A.A点电势等于B点电势B.钠离子的电势能增大C.若膜电位不变,钠离子进入细胞内的速度变化D.若膜电位增加,钠离子进入细胞内的速度增大3.(多选)如图甲所示,某实验室设计了一款能够与人协作、共同完成冰壶比赛的机器人。当机器人与冰壶之间的距离保持在8m之内时,机器人可以实时追踪冰壶的运动信息。在某次投掷练习中机器人夹取冰壶,由静止开始做匀加速运动,之后释放冰壶,二者均做匀减速直线运动,冰壶准确命中目标,二者在整个运动过程中的v-t图像如图乙所示。此次投掷中,下列说法正确的是(　　)A.冰壶减速运动的加速度大小为0.125m/s2B.9s末,冰壶的速度大小为5.75m/sC.7s末,冰壶、机器人二者间距为7mD.机器人能够一直准确获取冰壶的运动信息4.图甲为CT的剖面图,图乙为其简化的工作原理示意图。M、N间有一加速电场,虚线框内有垂直纸面的匀强偏转磁场。从电子枪逸出的电子(忽略初速度),经M、N间的电场加速后沿带箭头的实线方向前进,打到靶上的P点,从而产生X射线进行工作,则(　　) 甲乙A.M处的电势高于N处的电势B.偏转磁场的方向垂直于纸面向外C.当加速电压增加为原来的2倍时,射出电场时的速度变为原来的2倍D.当加速电压增加为原来的2倍时,在磁场中运动的半径变为原来的2倍5.(多选)(2023广东江门模拟)运动步数的测量是通过手机内电容式加速度传感器实现的,其原理如图所示,M和N为电容器两极板,M极板固定,N极板两端与两轻弹簧连接,当手机的加速度变化时,N极板只能按图中标识的前后方向运动。下列对传感器描述正确的是(　　)A.保持向前匀速运动,电阻R将以恒定功率发热B.由向前匀速突然减速时,电容器所带电荷量增加C.由静止突然加速后退时,电流由a向b流过电流表D.保持向前匀减速运动时,MN间的电场强度持续减小6.如图甲所示,我国目前采用托卡马克磁约束装置作为核反应“容器”,某实验室简化的模拟磁约束磁场如图乙所示,半径为R的足够长水平圆柱形区域内分布水平向右的匀强磁场Ⅰ,并已知磁感应强度为B;圆柱形磁场区域Ⅰ外侧分布有厚度为L的环形磁场Ⅱ,其磁感应强度大小处处相同,方向与B(磁场Ⅰ)垂直,其左视图与纵截面图分别如图丙、图丁所示。某时刻速度为v=BqRm的氘原子核(已知氘原子核质量为m,电荷量为q)从水平磁场Ⅰ最低点竖直向下射入磁场Ⅱ,氘原子核恰不能飞出磁场区域,忽略粒子重力和空气阻力,不考虑相对论效应。 (1)求环形磁场Ⅱ的磁感应强度大小;(2)求该氘原子核从出发后到回到水平磁场Ⅰ最低点需要的时间。7.我国的东方超环(EAST)是研究可控核聚变反应的超大型科学实验装置。装置中的中性化室将加速到很高能量的离子束变成中性粒子束,注入到发生聚变反应的等离子体中,将等离子体加热到发生聚变反应所需点火温度。没有被中性化的高能带电离子对实验装置有很大的破坏作用,因此需要利用“剩余离子偏转系统”将所有带电离子从粒子束中剥离出来。剩余离子电偏转系统的原理如图甲所示,让混合粒子束经过偏转电场,未被中性化的带电离子发生偏转而被极板吞噬,中性粒子继续沿原有方向运动被注入到等离子体中。若粒子束中的带电离子主要由动能为Ek、12Ek、13Ek的三种正离子组成。所有离子的电荷量均为q,质量均为m,两极板间电压为U,间距为d。 (1)若离子的动能Ek由电场加速获得,其初动能为零,求加速电压U0。(2)要使三种带电离子都被极板吞噬,求:①离子在电场中运动的最长时间;②偏转极板的最短长度。(3)剩余离子偏转系统还可以利用磁偏转进行带电离子的剥离。如图乙所示,粒子束宽度为d,吞噬板MN长度为2d。要使三种能量的离子都能打到吞噬板上,求磁感应强度大小的取值范围。 科技发展类(二)1.D　根据电荷数守恒和质量数守恒,可知X为中子,A错误;该反应为聚变反应,B错误;反应后,质量有亏损,C错误;反应生成的新核更稳定,故 24He的平均结合能比 12H的平均结合能大,D正确。2.D　初速度可视为零的一价正钠离子仅在静电力的作用下,从图中的A点运动到B点,则电场线从A到B,沿电场线电势降低,所以A点电势大于B点电势,A错误。钠离子运动中静电力做正功,所以钠离子的电势能减小,B错误。由动能定理可知qU=12mv2,若膜电位不变时,即电压U不变时,钠离子进入细胞内的速度不变;电压U增加时,速度增大,C错误,D正确。3.AC　根据加速度的定义可知,冰壶减速运动的加速度为a=ΔvΔt=5-611-3m/s2=-0.125m/s2,故加速度大小为0.125m/s2,A正确;由速度时间公式可得,9s末,冰壶的速度大小为v=v0+at=6m/s-0.125×6m/s=5.25m/s,B错误;由图线可知,机器人的加速度为a机=ΔvΔt=0-69-3m/s2=-1m/s2,故可得7s末冰壶的位移为x冰=v0t+12a冰t2=23m,7s末,机器人的位移为x机=v0t+12a机t2=16m,则7s末冰壶、机器人二者间距为7m,C正确;由于机器人停止运动时,其位移为18m,而此时冰壶的位移为x冰=v0t+12a冰t2=33.75m,可知机器人不能一直准确获取冰壶的运动信息,D错误。4.D　由于电子在MN间做加速运动,所以电子受到的静电力水平向右,所以电场强度的方向水平向左,即N处的电势高于M处的电势,A错误;由于电子向下偏转,根据左手定则可以确定磁场的方向应垂直纸面向里,B错误;在加速电场中,有qU=12mv2,解得v=2qUm,由此可知,当加速电压增加为原来的2倍时,射出电场时的速度变为原来的2倍,C错误;在偏转磁场中,洛伦兹力提供向心力,有qvB=mv2r,v=2qUm,所以r=1B2mUq,由此可知,当加速电压增加为原来的2倍时,在磁场中运动的半径变为原来的2倍,D正确。5.BC　保持向前匀速运动时加速度为0,电容C不变,电容器相当于开关断开,电路中无电流,电阻R不发热,A错误。由向前匀速突然减速时,由于惯性N极板向前移动,电容器板间距离d减小,由电容的决定式C=εrS4πkd知,电容C增大;U不变,由电容的定义式C=QU知,Q增大,电容器所带电荷量增加,B正确。由静止突然加速后退时,由于惯性向前移动,电容器板间距离d减小,由电容的决定式C=εrS4πkd知,电容C增大;U不变,由电容的定义式C=QU知,Q增大,电容器所带电荷量增加,电容器充电,电流由a向b流过电流表,C正确。保持向前的匀减速运动时,加速度不变,所以MN之间的距离不变,MN间的电场强度不变,D错误。6.答案(1)BRL(2)2πmBq+4πmLBqR解析(1)根据题意,粒子恰好不能由磁场Ⅱ飞出,则满足R2=L根据牛顿第二定律可得qvB2=mv2R2 解得B2=BRL。(2)粒子在磁场Ⅰ区域时qvB=mv2R1,v=BqRm解得R1=R所以粒子在磁场Ⅰ区域轨迹如图所示所以粒子在磁场Ⅰ区域运动总时间t1=2πRv=2πmBq粒子在磁场Ⅱ中做四次半个圆周运动,总时间t2=2πL×2v=4πmLBqR所以t总=t1+t2=2πmBq+4πmLBqR。7.答案(1)Ekq(2)2md2Uq　2dEkqU(3)1qd2mEk<B<2qd2mEk3解析(1)根据动能定理U0q=Ek-0解得U0=Ekq。(2)所有打在极板上的离子中,运动时间最长的离子偏转距离为dd=12at2,a=Uqdm则最长时间t=2md2Uq要使所有离子都能被极板吞噬,上极板左边缘进入的全能量离子要恰好打到下极板的右边缘。此过程离子水平飞行的距离即为极板最短长度,根据L=vt,Ek=12mv2可得L=2dEkqU。(3)由分析可知,粒子束上边缘进入的三分之一能量离子恰好到达吞噬板上边缘时,半径最小,磁感应强度最大,根据 13Ek=12mv12,qv1B1=mv12R1,R1=d2可得B1=2qd2mEk3粒子束下边缘进入的全能量离子恰好到达吞噬板下边缘时,半径最大,磁感应强度最小,此时有Ek=12mv22,qv2B2=mv22R2,R2=d解得B2=1qd2mEk所以,磁感应强度大小的取值范围为1qd2mEk<B<2qd2mEk3。