2020年高考物理沖破高分瓶頸考前必破破（5）聯系社會生活、關注前沿科技、破解STSE問題一、【真題引領】(2019·天津高考)2018年，人類歷史上第一架由離子引擎推動的飛機誕生，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之間的勻強電場(初速度忽略不計)，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。單位時間內飄入的正離子數目為定值，離子質量為m，電荷量為Ze，其中Z是正整數，e是元電荷。(1)若引擎獲得的推力為F1，求單位時間內飄入A、B間的正離子數目N為多少。(2)加速正離子束所消耗的功率P不同時，引擎獲得的推力F也不同，試推導QUOTEFPFP的表達式。(3)為提高能量的轉換效率，要使QUOTEFPFP盡量大，請提出增大QUOTEFPFP的三條建議。【答案】(1)QUOTEF12ZemUF12ZemU(2)QUOTEFPFP=QUOTE2mZeU2mZeU，過程見解析解讀題眼解析：(1)設正離子經過電極B時的速度為v，根據動能定理，有ZeU=QUOTE1212mv2-0 ①設正離子束所受的電場力為F1′，根據牛頓第三定律，有F1′=F1 ②設引擎在Δt時間內飄入電極間的正離子個數為ΔN，由牛頓第二定律，有F1′=ΔNmQUOTE ③聯立①②③式，且N=QUOTE得N=QUOTEF12ZemUF12ZemU ④(2)設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動，有P=QUOTE1212F′v ⑤考慮到牛頓第三定律得到F′=F，聯立①⑤式得QUOTEFPFP=QUOTE2mZeU2mZeU ⑥(3)為使QUOTEFPFP盡量大，分析QUOTEFPFP=QUOTE2mZeU2mZeU得到三條建議：用質量大的離子；用帶電量少的離子；減小加速電壓。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鍵詞。如“電離成正離子”“A、B之間的勻強電場”“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：對未知內容的抵觸或害怕。看到“離子引擎推動的飛機”就感覺信息太前沿，直接放棄。要學會將前沿的信息轉化成通俗常見的物理模型。二、【高考猜押】（1）科學技術類1.2019年春節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動機為“重元素核聚變發動機”通過燃燒石頭獲得能量，所謂”重元素核聚變”指的是兩個比較重(相對氘，氚)的核，產生聚變形成一個更重的核并放出能量的過程。影片中發動機燃燒石頭指的是石頭里的硅(Si)聚變生成鐵(Fe)，結合以下比結合能圖，下列說法正確的是 ()A.結合能是指把原子核拆成自由核子所放出的能量B.比結合能越大，原子核越穩定C.Si的比結合能比Fe的比結合能大D.已知硅核質量，可以算出硅核的結合能【答案】B解析：原子核是核子結合在一起構成的，要把它們分開，需要能量，這就是原子核的結合能，故A錯誤；比結合能越大，表示原子核中核子結合得越牢固，原子核越穩定，故B正確；Fe比Si穩定，Si的比結合能比Fe的比結合能小，故C錯誤；只知道硅核質量，不足以算出硅核的結合能，故D錯誤。2.磁流體推進船的動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驗船的示意圖，磁流體推進器由磁體、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，在通道內沿z軸正方向加B=6.0T的勻強磁場；沿x軸負方向加勻強電場，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，接通電源瞬間通道內電阻R=20ΩB.船靜止時，接通電源瞬間通道內電流大小I=1000AC.船靜止時，接通電源瞬間推進器對海水推力大小F=120ND.船勻速前進時，若通道內海水速率v=5.0m/s，則海水兩側的電壓U′=26V【答案】B解析：船靜止時，根據R=ρQUOTELSLS可知接通電源瞬間通道內電阻R=ρQUOTEbacbac=0.20×QUOTEΩ=0.2Ω，故選項A錯誤；船靜止時，根據歐姆定律可知，接通電源瞬間通道內電流大小I=QUOTEURUR=QUOTE2000.22000.2A=1000A，故選項B正確；船靜止時，接通電源瞬間推進器對海水推力大小F=BIb=6×1000×0.2N=1200N，故選項C錯誤；船勻速前進時，則海水兩側的感應電動勢E=Bvb=6×5.0×0.2V=6V，海水兩側的電壓U′=U-E=194V，故選項D錯誤。3.2019年4月10日，人類史上首張黑洞照片發布，黑洞最初是一個衰老的巨大恒星。隨著恒星中心的“燃料”不斷消耗，恒星內核開始塌縮。最終，所有物質縮成一個體積接近無限小的奇點。奇點會形成強大引力場，就連光也會被吸進去，至此黑洞誕生。拍攝黑洞用的是事件視界望遠鏡，該望遠鏡收集到的是一種波長比光波更長的亞毫米波。發布的圖片中心黑暗區域正中為黑洞，周圍環繞一個新月狀光環，一側亮一些，另一側暗一些，是因為光環旋轉，導致接收者接收到相位和頻率變化造成的。根據以上信息和已學知識分析下列說法正確的是 ()A.恒星發光發熱是恒星內部的核裂變造成的B.環狀新月型光環上下兩側不對稱是多普勒效應造成的C.黑洞的第一宇宙速度是光速D.事件視界望遠鏡收集的亞毫米波比可見光的頻率大【答案】B解析：恒星發光發熱是恒星內部的核聚變造成的，故A錯誤；環狀新月型光環上下兩側不對稱是因為光環旋轉，導致接收者接收到相位和頻率變化造成的，此現象屬于多普勒效應，故B正確；黑洞的第二宇宙速度(逃逸速度)是光速，故C錯誤；望遠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錯誤。（2）社會環境類4.2019年5月17日23點48分，長征三號丙運載火箭在西昌衛星發射中心成功發射我國北斗衛星導航系統第45顆衛星(北斗二號GEO-8衛星)。該衛星是我國北斗區域導航衛星系統的第4顆備份衛星，屬于地球靜止同步軌道衛星。至此，北斗二號衛星導航系統圓滿收官。則北斗二號GEO-8衛星在軌道運行時，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都會有兩次經過赤道上空【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衛星的線速度小于第一宇宙速度，故A錯誤；由題意可知北斗二號GEO-8衛星是地球同步衛星，則其運行周期為24h，小于月球繞地球運行的周期，根據ω=QUOTE可知其角速度大于月球繞地球運行的角速度，故B正確，D錯誤；在地球表面上的物體重力等于萬有引力，即mg=QUOTEGMmR2GMmR2，可得地面的重力加速度為g=QUOTEGMR2GMR2，對北斗二號GEO-8衛星有m′a=QUOTEGMm'R+h2GMm'R+h2，得其向心加速度為a=QUOTEGMR+h2GM5.(多選)如圖甲為新能源電動汽車的無線充電原理圖，M為匝數n=50匝、電阻r=1.0Ω的受電線圈，N為送電線圈。當送電線圈N接交變電流后，在受電線圈內產生了與線圈平面垂直的磁場，其磁通量Ф隨時間t變化的規律如圖乙。下列說法正確的是()A.受電線圈產生的電動勢的有效值為10QUOTE22VB.在t1時刻，受電線圈產生的電動勢為20VC.在t1～t2內，通過受電線圈的電荷量為4×10-2CD.在t1～t2內，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，所以受電線圈產生的電動勢最大值為：Em=nΦm·QUOTE=50×2.0×10-4×QUOTEV=20V，所以受電線圈產生的電動勢的有效值為E=QUOTEEm2Em2=10QUOTE22V，故A正確；由圖乙可知，t1時刻磁通量變化率為0，由法拉第電磁感應定律可知，此時受電線圈產生的電動勢為0V，故B錯誤；由公式q=QUOTE，代入數據解得：q=QUOTE=QUOTEC=2.0×10-2C，故C錯誤，D正確。6.如圖所示是網球發球機，某次室內訓練時將發球機放置于某一豎直墻面前，然后向墻面發射網球。假定網球水平射出，某兩次射出的網球a、b運動軌跡如圖虛線所示，碰到墻面時與水平方向夾角分別為30°和60°、若不考慮網球在空中受到的阻力，則a、b兩球 ()A.a球初速度較大B.a球在空中飛行的時間較長C.a球碰到墻面時速度較大D.a球速度變化量較大【答案】A解析：在平拋運動過程中，有：h=QUOTE1212gt2；x=v0t；位移與水平方向夾角的正切值為：tanα=QUOTEhxhx=QUOTEgt2v0gt2v0；速度與水平方向夾角的正切值為：tanβ=QUOTEvyv0vyv0=QUOTEgtv0gtv0。則有：tanβ=2tanα。在平拋運動中，有：h=x·tanα=x·QUOTE。兩球碰到墻面時與水平方向夾角分別為30°和60°，所以QUOTEh1h2h1h2=QUOTE=QUOTE1313，由h=QUOTE1212gt2可得：QUOTEt1t2t1t2=QUOTEh1h2h1h2=QUOTE3333，初速度：v0=QUOTExtxt，可得：QUOTEv01v02v01v02=QUOTE3131，所以a的初速度較大，而飛行的時間較小。故A正確，B錯誤；由于末速度：vt=QUOTE可知，QUOTEvt1vt2vt1vt2=QUOTE=QUOTE1111，所以兩球碰到墻面時速度大小相等，故C錯誤；a飛行的時間較短，由Δv=gΔt可知a速度變化量較小，故D錯誤。7.2019年4月24日15時許，受強對流云團影響，溫州市多地出現暴雨、冰雹天氣。有報道稱，當天某學校正在戶外舉辦招聘會，有學生被冰雹砸傷。冰雹一般自4000m～20000m的高空下落，是陣發性的災害性天氣，超過5cm的冰雹不間斷打擊頭部，就會導致昏迷。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k=0.0004kg/m，一塊質量m=36g的冰雹(可認為過程中質量始終保持不變)自4000m高空下落，落地前已達到下落的最大速度。求：(1)冰雹下落的最大速率vm；(2)當下落時速度v=10m/s時的加速度a大小；(3)下落過程中克服空氣作用力所做的功Wf。【答案】(1)30m/s(2)QUOTE809809m/s2(3)1423.8J解析：(1)冰