热点三 科技发展类1.(2021福建莆田高三月考)智能手机带有光线传感功能,可以自动调整亮度,光线传感器的工作原理是光电效应。下面关于光电效应的说法正确的( ) A.发生光电效应时,光电子的最大初动能与入射光的频率成正比B.在研究光电效应饱和电流时,由I=nesv可知,光电管所加电压越大,电子获得的速度v越大,饱和电流越大C.入射光频率为ν时,刚好发生光电效应现象,将入射光频率变为3ν时,此时光电流的遏止电压为D.用一束单色光分别照射A、B两种金属,若照射A得到光电子的最大初动能比照射B得到光电子的最大初动能大,则金属A的截止频率比金属B的截止频率高2.(2021辽宁锦州高三一模)嫦娥四号采用同位素温差发电与热电综合利用技术结合的方式供能,也就是用航天器两面太阳翼收集的太阳能和月球车上的同位素热源两种能源供给探测器。图甲中探测器两侧张开的是光伏发电板,光伏发电板在外太空将光能转化为电能。某同学利用图乙所示电路,探究某光伏电池的路端电压U与电流I的关系,图中定值电阻R0=5Ω,设相同光照强度下光伏电池的电动势不变,电压表、电流表均可视为理想电表。丁(1)实验一:用一定强度的光照射该电池,闭合开关S,调节滑动变阻器的阻值。通过测量得到该电池的U-I曲线a(如图丁)。由此可知,该电源内阻 (选填“是”或“不是”)定值,某时刻电压表示数如图丙所示,读数为 V,由图象可知,此时电源内阻为 Ω(计算结果保留两位有效数字)。 (2)实验二:在实验一中当滑动变阻器接入电路的电阻为某值时,路端电压为2.5V,减小实验一光照的强度,重复实验,测得U-I曲线b(如图丁),则在实验二中滑动变阻器接入电路的电阻仍为该值时,滑动变阻器消耗的电功率为 W(计算结果保留两位有效数字)。 3.(2021北京顺义区高三二模)利用超导体可以实现磁悬浮,如图甲是超导磁悬浮的示意图。在水平桌面上有一个周长为L的超导圆环,将一块永磁铁沿圆环中心轴线从圆环的正上方缓慢向下移动,由于超导圆环与永磁铁之间有排斥力。结果永磁铁能够悬浮在超导圆环的正上方h1高处。,(1)从上向下看,试判断超导圆环中的电流方向;(2)若此时超导圆环中的电流为I1。圆环所处位置的磁感应强度为B1、磁场方向与水平方向的夹角为θ,求超导圆环所受的安培力F的大小;(3)在接下来的几周时间内,发现永磁铁在缓慢下移。经过较长时间t0后,永磁铁的平衡位置变为离桌面h2高处。有一种观点认为超导体也有很微小的电阻率,只是现在一般仪器无法直接测得,超导圆环内电流的变化造成了永磁铁下移,若已知永磁铁在h2高处时,圆环所处位置的磁感应强度大小为B2,磁场方向与水平方向的夹角为θ2,永磁铁的质量为m,重力加速度为g。①永磁铁的平衡位置变为离桌面h2高处时,求超导圆环内的电流I2;②若超导圆环中的电流的二次方随时间变化的图象如图乙所示,且超导圆环的横截面积为S,求该超导圆环的电阻率ρ。4.(2021天津高三模拟)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剥离出来。剩余离子偏转系统的原理如图所示,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、Ek、Ek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。 甲 乙(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。,5.(2021北京西城区高三一模)利用霍尔效应制作的霍尔元件以及传感器,广泛应用于测量和自动控制等领域。(1)如图1,将一半导体薄片垂直置于磁场B中,在薄片的两个侧面a、b间通以电流I时,另外两侧c、f间产生电势差,这一现象称为霍尔效应。其原因是薄片中能够自由移动的电荷受洛伦兹力的作用向一侧偏转和积累,于是在c、f间产生霍尔电压UH。已知半导体薄片的厚度为d,自由电荷的电荷量为q,求薄片内单位体积中的自由电荷数n。(2)利用霍尔元件可以进行微小位移的测量。如图2所示,将两块完全相同的磁体同极相对放置,在两磁体间的缝隙中放入图1所示的霍尔元件,当霍尔元件处于中间位置时,霍尔电压UH为0,将该点作为位移的零点。当霍尔元件沿着x轴方向移动时,则有霍尔电压输出。若该霍尔元件是电子导电的,在霍尔元件中仍通以由a向b的电流,那么如何由输出的霍尔电压判断霍尔元件由中间位置沿着x轴向哪个方向移动?请分析说明。(3)自行车测速码表的主要工作传感器也是霍尔传感器。如图3,霍尔元件固定在自行车前叉一,侧,一块强磁铁固定在一根辐条上。当强磁铁经过霍尔元件时,其产生电压脉冲。已知自行车在平直公路上匀速行驶,车轮与地面间无滑动,车轮半径为r。若单位时间内霍尔元件检测到m个脉冲,求自行车行驶的速度大小v。热点三 科技发展类1.C 解析发生光电效应时,光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系,A错误;在研究光电效应饱和电流时,光电管所加电压与饱和电流无关,饱和电流与光照强度有关,光照强度越大,饱和电流越大,B错误;入射光频率为ν时,刚好发生光电效应现象,由光电效应规律可知W0=hν,将入射光频率变为3ν时,由爱因斯坦光电效应方程可得Ek=3hν-W0,解得Ek=2hν,由动能定理可得Ek=eUc,解得此时光电流的遏止电压为Uc=,C正确;根据光电效应方程Ek=hν-W0,光子能量一定,光电子的最大初动能大,则金属的截止频率低,D错误。2.答案(1)不是 1.50 5.6 (2)7.1×10-2解析(1)根据电源的U-I图象表示电源的内阻,由图象可知,图象的斜率不是定值,故电源的内阻不是定值;由图丙可知量程为0~3V,读数要估读一位,故此时电压表的读数为1.50V;由曲线a知在路端电压为1.5V时,电路中的电流为I=0.25A,根据闭合电路欧姆定律得E=U+Ir可得r=5.6Ω(2)由曲线a知,路端电压为2.5V时,对应的电流为I1=0.1A,设滑动变阻器接入电路的阻值为R,由欧姆定律得I1(R+R0)=2.5V代入数据得R+R0=25Ω,作出直线C与曲线b相交于一点,此时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)逆时针 (2)B1I1Lcosθ1 (3)①②解析(1)根据楞次定律,可以判断感应电流的磁场方向向上,根据右手螺旋定则可以判断感应电流方向从上往下看为逆时针方向。(2)把环分成无数等长的微小电流元,每一小段导线长为Δl,则每一小段导线所受安培力为F1=B1I1Δl由对称性可知,所有小段导线所受的安培力水平分力抵消,所以竖直方向分力的合力即为整段导线所受安培力,设有N段导线,则F=NF1cosθ1=B1I1Lcosθ1(3)①在h2处可以理解为永磁铁处于平衡状态,则mg=B2I2Lcosθ2I2=②磁铁下降前后环中电流为I1=I2=根据能量守恒有mg(h1-h2)=Rt0根据电阻定律有R=ρ联立可得ρ=4.答案(1) (2)① ②2d (3)≤B≤解析(1)根据动能定理U0q=Ek-0解得U0=(2)①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d;d=at2,a=则最长时间t=②要使所有离子都能被极板吞噬,上极板左边缘进入的最高动能的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=mv2可得:L=2d(3)由分析可知,粒子束上边缘进入的动能为Ek的离子到达吞噬板上边缘时,半径最小,磁感应强度最大Ek=;qv1B1=m,R1=可得:B1=粒子束下边缘进入的动能为Ek的离子到达吞噬板下边缘时,半径最大,磁感应强度最小,此时:Ek=,qv2B2=m,R1=d,得:B2=所以,磁感应强度的取值范围为≤B≤5.答案(1) (2)见解析 (3)2πmr解析(1)设c、f两侧面之间的距离为L,当电场力与洛伦兹力相等时q=qvB又I=nqvS其中S=Ld代入得n=(2)由题意可知,两块磁体的中间位置合磁场的磁感应强度为0,中间位置右侧的区域合磁场的方向向左,中间位置左侧的区域合磁场的方向向右。当霍尔元件处于中间位置右侧,且通有由a向b方向的电流时,根据左手定则可判断,自由电子受洛伦兹力的方向指向f一侧,因此f侧积累负电荷,c侧积累正电荷,c侧电势高;当霍尔元件处于中间位置左侧,情况则刚好相反,f侧电势高。若输出的霍尔电压显示c侧电势高,说明霍尔元件向x轴正方向移动;若f侧电势高,说明霍尔元件向x轴负方向移动。(3)单位时间内霍尔元件检测到m个脉冲,因此车轮转动的角速度ω=2πm,自行车的行驶速度v=ωr=2πmr。
