熱點三　科技發(fā)展類1.(2021福建莆田高三月考)智能手機帶有光線傳感功能,可以自動調(diào)整亮度,光線傳感器的工作原理是光電效應(yīng)。下面關(guān)于光電效應(yīng)的說法正確的(　　)　　　　　　　　　　　　　　　　A.發(fā)生光電效應(yīng)時,光電子的最大初動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,由I=nesv可知,光電管所加電壓越大,電子獲得的速度v越大,飽和電流越大C.入射光頻率為ν時,剛好發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象,將入射光頻率變?yōu)?ν時,此時光電流的遏止電壓為D.用一束單色光分別照射A、B兩種金屬,若照射A得到光電子的最大初動能比照射B得到光電子的最大初動能大,則金屬A的截止頻率比金屬B的截止頻率高2.(2021遼寧錦州高三一模)嫦娥四號采用同位素溫差發(fā)電與熱電綜合利用技術(shù)結(jié)合的方式供能,也就是用航天器兩面太陽翼收集的太陽能和月球車上的同位素?zé)嵩磧煞N能源供給探測器。圖甲中探測器兩側(cè)張開的是光伏發(fā)電板,光伏發(fā)電板在外太空將光能轉(zhuǎn)化為電能。某同學(xué)利用圖乙所示電路,探究某光伏電池的路端電壓U與電流I的關(guān)系,圖中定值電阻R0=5Ω,設(shè)相同光照強度下光伏電池的電動勢不變,電壓表、電流表均可視為理想電表。丁(1)實驗一:用一定強度的光照射該電池,閉合開關(guān)S,調(diào)節(jié)滑動變阻器的阻值。通過測量得到該電池的U-I曲線a(如圖丁)。由此可知,該電源內(nèi)阻　　　　　(選填“是”或“不是”)定值,某時刻電壓表示數(shù)如圖丙所示,讀數(shù)為　　　　　V,由圖象可知,此時電源內(nèi)阻為　　　　　Ω(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。 (2)實驗二:在實驗一中當(dāng)滑動變阻器接入電路的電阻為某值時,路端電壓為2.5V,減小實驗一光照的強度,重復(fù)實驗,測得U-I曲線b(如圖丁),則在實驗二中滑動變阻器接入電路的電阻仍為該值時,滑動變阻器消耗的電功率為　　　　　W(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。 3.(2021北京順義區(qū)高三二模)利用超導(dǎo)體可以實現(xiàn)磁懸浮,如圖甲是超導(dǎo)磁懸浮的示意圖。在水平桌面上有一個周長為L的超導(dǎo)圓環(huán),將一塊永磁鐵沿圓環(huán)中心軸線從圓環(huán)的正上方緩慢向下移動,由于超導(dǎo)圓環(huán)與永磁鐵之間有排斥力。結(jié)果永磁鐵能夠懸浮在超導(dǎo)圓環(huán)的正上方h1高處。,(1)從上向下看,試判斷超導(dǎo)圓環(huán)中的電流方向;(2)若此時超導(dǎo)圓環(huán)中的電流為I1。圓環(huán)所處位置的磁感應(yīng)強度為B1、磁場方向與水平方向的夾角為θ,求超導(dǎo)圓環(huán)所受的安培力F的大小;(3)在接下來的幾周時間內(nèi),發(fā)現(xiàn)永磁鐵在緩慢下移。經(jīng)過較長時間t0后,永磁鐵的平衡位置變?yōu)殡x桌面h2高處。有一種觀點認(rèn)為超導(dǎo)體也有很微小的電阻率,只是現(xiàn)在一般儀器無法直接測得,超導(dǎo)圓環(huán)內(nèi)電流的變化造成了永磁鐵下移,若已知永磁鐵在h2高處時,圓環(huán)所處位置的磁感應(yīng)強度大小為B2,磁場方向與水平方向的夾角為θ2,永磁鐵的質(zhì)量為m,重力加速度為g。①永磁鐵的平衡位置變?yōu)殡x桌面h2高處時,求超導(dǎo)圓環(huán)內(nèi)的電流I2;②若超導(dǎo)圓環(huán)中的電流的二次方隨時間變化的圖象如圖乙所示,且超導(dǎo)圓環(huán)的橫截面積為S,求該超導(dǎo)圓環(huán)的電阻率ρ。4.(2021天津高三模擬)我國的東方超環(huán)(EAST)是研究可控核聚變反應(yīng)的超大型科學(xué)實驗裝置。裝置中的中性化室將加速到很高能量的離子束變成中性粒子束,注入到發(fā)生聚變反應(yīng)的等離子體中,將等離子體加熱到發(fā)生聚變反應(yīng)所需點火溫度。沒有被中性化的高能帶電離子對實驗裝置有很大的破壞作用,因此需要利用“剩余離子偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)”將所有帶電離子從粒子束剝離出來。剩余離子偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的原理如圖所示,讓混合粒子束經(jīng)過偏轉(zhuǎn)電場,未被中性化的帶電離子發(fā)生偏轉(zhuǎn)被極板吞噬,中性粒子繼續(xù)沿原有方向運動被注入到等離子體中。若粒子束中的帶電離子主要由動能為Ek、Ek、Ek的三種正離子組成。所有離子的電荷量均為q,質(zhì)量均為m,兩極板間電壓為U,間距為d?！　　　　〖住　　　　　　　　　　　∫?1)若離子的動能Ek由電場加速獲得,其初動能為零,求加速電壓U0。(2)要使三種帶電離子都被極板吞噬,求:①離子在電場中運動的最長時間;②偏轉(zhuǎn)極板的最短長度。(3)剩余離子偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)還可以利用磁偏轉(zhuǎn)進(jìn)行帶電離子的剝離。如圖乙所示,粒子束寬度為d,吞噬板MN長度為2d。要使三種能量的離子都能打到吞噬板上,求磁感應(yīng)強度大小的取值范圍。,5.(2021北京西城區(qū)高三一模)利用霍爾效應(yīng)制作的霍爾元件以及傳感器,廣泛應(yīng)用于測量和自動控制等領(lǐng)域。(1)如圖1,將一半導(dǎo)體薄片垂直置于磁場B中,在薄片的兩個側(cè)面a、b間通以電流I時,另外兩側(cè)c、f間產(chǎn)生電勢差,這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。其原因是薄片中能夠自由移動的電荷受洛倫茲力的作用向一側(cè)偏轉(zhuǎn)和積累,于是在c、f間產(chǎn)生霍爾電壓UH。已知半導(dǎo)體薄片的厚度為d,自由電荷的電荷量為q,求薄片內(nèi)單位體積中的自由電荷數(shù)n。(2)利用霍爾元件可以進(jìn)行微小位移的測量。如圖2所示,將兩塊完全相同的磁體同極相對放置,在兩磁體間的縫隙中放入圖1所示的霍爾元件,當(dāng)霍爾元件處于中間位置時,霍爾電壓UH為0,將該點作為位移的零點。當(dāng)霍爾元件沿著x軸方向移動時,則有霍爾電壓輸出。若該霍爾元件是電子導(dǎo)電的,在霍爾元件中仍通以由a向b的電流,那么如何由輸出的霍爾電壓判斷霍爾元件由中間位置沿著x軸向哪個方向移動?請分析說明。(3)自行車測速碼表的主要工作傳感器也是霍爾傳感器。如圖3,霍爾元件固定在自行車前叉一,側(cè),一塊強磁鐵固定在一根輻條上。當(dāng)強磁鐵經(jīng)過霍爾元件時,其產(chǎn)生電壓脈沖。已知自行車在平直公路上勻速行駛,車輪與地面間無滑動,車輪半徑為r。若單位時間內(nèi)霍爾元件檢測到m個脈沖,求自行車行駛的速度大小v。熱點三　科技發(fā)展類1.C　解析發(fā)生光電效應(yīng)時,光電子的最大初動能與入射光的頻率成線性關(guān)系,A錯誤;在研究光電效應(yīng)飽和電流時,光電管所加電壓與飽和電流無關(guān),飽和電流與光照強度有關(guān),光照強度越大,飽和電流越大,B錯誤;入射光頻率為ν時,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,將入射光頻率變?yōu)?ν時,由愛因斯坦光電效應(yīng)方程可得Ek=3hν-W0,解得Ek=2hν,由動能定理可得Ek=eUc,解得此時光電流的遏止電壓為Uc=,C正確;根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0,光子能量一定,光電子的最大初動能大,則金屬的截止頻率低,D錯誤。2.答案(1)不是　1.50　5.6　(2)7.1×10-2解析(1)根據(jù)電源的U-I圖象表示電源的內(nèi)阻,由圖象可知,圖象的斜率不是定值,故電源的內(nèi)阻不是定值;由圖丙可知量程為0~3V,讀數(shù)要估讀一位,故此時電壓表的讀數(shù)為1.50V;由曲線a知在路端電壓為1.5V時,電路中的電流為I=0.25A,根據(jù)閉合電路歐姆定律得E=U+Ir可得r=5.6Ω(2)由曲線a知,路端電壓為2.5V時,對應(yīng)的電流為I1=0.1A,設(shè)滑動變阻器接入電路的阻值為R,由歐姆定律得I1(R+R0)=2.5V代入數(shù)據(jù)得R+R0=25Ω,作出直線C與曲線b相交于一點,此時I'=63mA,U'=1.4V,故R消耗的功率P=URIR=1.4××63×10-3W=7.1×10-2W3.答案(1)逆時針　(2)B1I1Lcosθ1　(3)①②解析(1)根據(jù)楞次定律,可以判斷感應(yīng)電流的磁場方向向上,根據(jù)右手螺旋定則可以判斷感應(yīng)電流方向從上往下看為逆時針方向。(2)把環(huán)分成無數(shù)等長的微小電流元,每一小段導(dǎo)線長為Δl,則每一小段導(dǎo)線所受安培力為F1=B1I1Δl由對稱性可知,所有小段導(dǎo)線所受的安培力水平分力抵消,所以豎直方向分力的合力即為整段導(dǎo)線所受安培力,設(shè)有N段導(dǎo)線,則F=NF1cosθ1=B1I1Lcosθ1(3)①在h2處可以理解為永磁鐵處于平衡狀態(tài),則mg=B2I2Lcosθ2I2=②磁鐵下降前后環(huán)中電流為I1=I2=根據(jù)能量守恒有mg(h1-h2)=Rt0根據(jù)電阻定律有R=ρ聯(lián)立可得ρ=4.答案(1)　(2)①　②2d　(3)≤B≤解析(1)根據(jù)動能定理U0q=Ek-0解得U0=(2)①所有打在極板上的離子中,運動時間最長的離子偏轉(zhuǎn)距離為d;d=at2,a=則最長時間t=②要使所有離子都能被極板吞噬,上極板左邊緣進(jìn)入的最高動能的離子要恰好打到下極板的右邊緣。此過程離子水平飛行的距離即為極板最短長度,根據(jù)L=vt,Ek=mv2可得:L=2d(3)由分析可知,粒子束上邊緣進(jìn)入的動能為Ek的離子到達(dá)吞噬板上邊緣時,半徑最小,磁感應(yīng)強度最大Ek=;qv1B1=m,R1=可得:B1=粒子束下邊緣進(jìn)入的動能為Ek的離子到達(dá)吞噬板下邊緣時,半徑最大,磁感應(yīng)強度最小,此時:Ek=,qv2B2=m,R1=d,得:B2=所以,磁感應(yīng)強度的取值范圍為≤B≤5.答案(1)　(2)見解析　(3)2πmr解析(1)設(shè)c、f兩側(cè)面之間的距離為L,當(dāng)電場力與洛倫茲力相等時q=qvB又I=nqvS其中S=Ld代入得n=(2)由題意可知,兩塊磁體的中間位置合磁場的磁感應(yīng)強度為0,中間位置右側(cè)的區(qū)域合磁場的方向向左,中間位置左側(cè)的區(qū)域合磁場的方向向右。當(dāng)霍爾元件處于中間位置右側(cè),且通有由a向b方向的電流時,根據(jù)左手定則可判斷,自由電子受洛倫茲力的方向指向f一側(cè),因此f側(cè)積累負(fù)電荷,c側(cè)積累正電荷,c側(cè)電勢高;當(dāng)霍爾元件處于中間位置左側(cè),情況則剛好相反,f側(cè)電勢高。若輸出的霍爾電壓顯示c側(cè)電勢高,說明霍爾元件向x軸正方向移動;若f側(cè)電勢高,說明霍爾元件向x軸負(fù)方向移動。(3)單位時間內(nèi)霍爾元件檢測到m個脈沖,因此車輪轉(zhuǎn)動的角速度ω=2πm,自行車的行駛速度v=ωr=2πmr。