物理新综合试题.pdf

物理物理新综合试题新综合试题 1 家用电热驱蚊器中电热部分的主要元件是 PTC 它是由钛酸钡等 半导体材料制成的电阻器 其电阻率 与温度 t 的个关系图象如右 电 热驱蚊器的原理是 通电后电阻器开始发热 温度上升 使药片散发出 驱蚊药 当电热器产生的热与向外散发的热平衡时 温度达到一个稳定 值 由图象可以判定 通电后 PTC 电阻器的功率变化情况是 稳定时的温度应取 区间的某一值 分析分析 通电后应认为电压 U 不变 随着温度的升高 在 0 t1 范 围内 电阻率随温度的升高而减小 因此电阻减小 电功率增大 驱蚊 器温度持续上升 在 t1 t2 范围内 电阻率随温度的升高而增大 因此电阻增大 电功率 减小 当电热器产生的热与向外散发的热平衡时 温度 电阻 电功率都稳定在某一值 解答解答 功率变化是先增大后减小 最后稳定在某一值 这时温度应在 t1 t2间 2 潮汐发电就是利用潮水涨落产生的水位差来发电 由于太阳和月球对海水的作用力 引潮力 与它们的质量成正比 与它们到地球的距离的三次方成反比 已知太阳的质量 M1 2 00 1030kg 月球的质量 M2 7 36 1022kg 地日距离 R1 1 50 1011m 地月距离 R2 3 84 108m 则太阳与月球对海水的引潮力大小之比为 F1 F2 建于浙江江厦的双向潮 汐电站是我国第一座潮汐电站 它利用海水每天涨落两次 共能进行四次发电 已知其年发 电量为 1 07 107kwh 总功率为 3 20 103kw 则该电站每天平均满负荷发电的时间为 h 已知该发电站水库面积为 S 2 50 106m2 电站的总效率为 10 则每次涨 落潮的平 均潮差是 m 分析 分析 由年发电量和总功率求出年发电时间 在除以 365 得每天平均满负荷发电时间 年总发电量除以 365 再除以 4 得每次涨 落 潮发出的电能 在除 10 得每次海水势能的 变化 E 设平均潮差为 h 则有 于是可求 h 解答 解答 即月球的引潮力比太阳大 1 07 107 1 07 107 365 9 2h 即平均每天满负荷发电 9 2 小时 E 1 07 107 365 4 10 7 33 104kwh 2 64 1011J 因此 3 美国航天飞机上曾做过 卫星悬绳发电 实验 航天飞机在赤道上空以 7 5km s 从西 向东做匀速圆周运动 所在处地磁场的磁感应强度 B 5 0 10 5T 从航天飞机上向下释放出 一颗卫星 带着一根长 L 20km 的电缆绳 其电阻为 r 800 电缆绳的方向始终指向地心 电缆线随航天飞机运动 从而切割磁感线产生感应电动势 通过稀薄气体中的离子形成回路 给航天飞机里的电器供电 实验中得到的电流为 I 3 0A 电缆线中产生的感应电动势 E V 航天飞机中获得的电功率为 P w 分析 分析 用 E BLV 可得电动势 由 P EI I2r 可得航天飞机获得的电功率 解答解答 E 5 0 10 5 2 104 7 5 103 7 5 103V P 7 5 103 3 3 02 800 1 53 104w 4 我国自行研制发射的 风云一号 风云二号 气象卫星的飞行轨道是不同的 风 云一号 是极地圆形轨道卫星 其轨道平面与赤道平面垂直 周期为 T1 12h 风云二号 是同步轨道卫星 其轨道平面就是赤道平面 周期为 T2 24h 两颗卫星相比 离 地面较高 观察范围较大 运行速度大 若某天上午 8 点 风云一号 正 好通过赤道附近太平洋上一个小岛的上空 那么 风云一号 下一次通过该小岛上空将是 a b c 分析 分析 由做匀速圆周运动的人造卫星的速度公式可 比较 风云二号 和 风云一号 的高度和速度 同步 卫星是相对于地面静止的 所以观察范围是固定的 极 地卫星虽然离地面较近 每一时刻观察范围较小 但它 相对与地面不断运动 可观察地面上任一点 风云一号 通过小岛上空 图 a 再过 6 小时 卫星再过赤道时 小岛随地球自转了 900 卫星不在其 上空 图 b 再过 6 小时 卫星到了原位置但小岛在原位置的对面 图 c 必须再过 12 小时卫星才能再次到达小岛上空 即在第二天上午 8 点 解答 解答 由 可知 风云二号 离地面较 高 风云一号 运行速度较 由于 风云二号 是同步卫星 只能观察地面一个固定区域 而 风云一号 但它相对地面是不断运动的 因此可观察到地球上任一地点 既观察范围大 由于 风云一号 的周期是 12 小时 而小岛随地球自转的周期是 24 小时 所以第二天上午 8 点才能再次通过小岛上空 5 2000 年上海高考题 自然界中的物体由于具有一定的温度 会不断向外辐射电磁波 这种辐射因与温度有关 称为热辐射 热辐射具有如下特点 辐射的能量中包含各种波长 的电磁波 物体温度越高 单位时间从物体表面单位面积上辐射的能量越大 在辐射的 总能量中 各种波长所占的百分比不同 处于一定温度的物体在向外辐射电磁能量的同时 也要吸收由其它物体辐射的电磁 能量 如果它处在平衡状态 则能量保持不变 若不考虑物体表面性质对辐射与吸收的影响 我们定义一种理想的物体 它能 100 的吸收入射到其表面的电磁辐射 这样的物体称为黑 体 单位时间内从黑体表面单位面积辐射的电磁波的总能量与黑体绝对温度的四次方成正 比 即 P0 t4 其中常量 5 67 10 8瓦 米 2开4 在下面的问题中 把研究对象都简单地看作黑体 有关数据及数学公式 太阳半径 RS 696000 千米 太阳表面温度 TS 5770 开 火星半 径 r 3395 千米 球面积 S 4 r2 其中 R 为球半径 太阳热辐射能量的绝大多数集中在波长为 2 10 7米 1 10 5米范围内 求相应的频率 范围 每小时从太阳表面辐射的总能量为多少 火星受到来自太阳的辐射可认为垂直射到面积为 r2 r 为火星半径 的圆盘上 已 知太阳到火星的距离约为太阳半径的 400 倍 忽略其它天体及宇宙空间的辐射 试估算火星 的平均温度 分析分析 由电磁波速度公式 C 可求频率范围 由公式 P0 t4可求太阳表面每秒 每平方米辐射的能量 乘以太阳表面积 4 RS2再乘以 3600 就可得每小时太阳表面辐射的 总能量 太阳辐射的总功率均匀分布在一太阳为圆心 太阳到火星距离为半径的球表面上 该球半径R0 400RS 火星吸收的太阳能与太阳辐射的总能量的比就是 r2与4 R02的比 于是可求火星吸收太阳能的功率 P1 而火星作为黑体 本身电磁辐射的总功率 P2也能用 P0 t4和火星总的表面积 4 r2相乘计算 由热平衡可知 P1 P2于是可求火星表面的平均温度 解答 解答 1 1 5 10 15H Z 2 3 10 13H Z W 4 RS 2 T S 43600 1 38 1030焦 P1 4 RS2 TS4 R0 400RS P2 t44 r2 P1 P2 可得 t 开 6 为了解决日益紧迫的能源问题 有些科学家正在研究太空 电站的问题 所谓太空电站 就是地球同步轨道上的太阳能电站 其示意图如右 在太阳能收集板上铺设太阳能硅电池 把光能转 化为电能 再经过微波转换器把直流电转换为微波 并通过天线 将电能以微波形式向地面固定接收站发送 地面的接收站再把微 波转换成电能 已知太阳能硅电池每片面积 S0 4cm2 可提供 电功率 P0 50mW 巨大的太阳能收集板电池阵列面积为 S 5 109m2 其总功率为多少 利用微波传输 实现了 无缆输电 输电效率可达 80 微波输电采用的频率为 2450MHZ 求其 波长和到达地面时接收站接收到的功率 若已知地球本影长为地球半径的 216 倍 同步轨 道电站离地面的高度是地球半径的 5 6 倍 试估计太阳能电站一天内处于地球阴影内而不能 发电的时间有多长 分析 分析 用比例可以算出太阳能收集板的总功率 P P0S S0 微波的波长可按电磁波波速计算公式 C 求 出 地面接收功率为 P80 画出示意图可以看出 地球 本影所成的圆锥体的顶角是很小的 可以用比例估算出太阳 能电站在地球阴影中运行的路程 R 为地球半径 利用它跟轨道周长的 比可得所用时间的比 而周期为 24 小时 于是求出在阴影中的时间 解 答 解 答 P P0S S0 6 25 1011W C 0 12m 地 面 接 收 功 率 1 94R 而轨道周长为 S0 2 6 6R 周期 为 24h 1440min 所以在阴影中时间 即有一个小时多一些的时间不能 发电 7 前不久 奋进号 航天飞机进行了一次太空飞行 主要任务是给国际空间站运送物 资和给国际空间站安装新的太阳能电池板 该太阳能电池板长 L 73m 宽 d 12m 将太阳 能转化为电能的转化率为 11 已知太阳的辐射总功率为 P0 3 83 1026W 地日距离为 R0 1 5 1011m 国际空间站离地球表面 h 370km 它绕地球做匀速圆周运动约有一半时间 在地球的阴影内 所以在它能发电的时间内将把所发电的一部分储存在蓄电池内 由以上数 据 估算这个太阳能电池板能对国际空间站提供的平均功率是多少 分析 分析 由于国际空间站离地面的高度仅为地球半径的约二十分之一 可认为是近地卫星 它离太阳的距离基本不变 就是地日距离 太阳的辐射功率均匀分布在以太阳为圆心 地日 距离为半径的球面上 由此可算出每平方米接收到的太阳能功率为 I0 1 35KW m2 该数据 被称为太阳常数 再由电池板的面积和转化率可求出其发出的电能的功率 由于每天只有 一半时间可以发电 所以平均功率是发电时功率的一半 解答 解答 在地球绕日轨道上每平方米接收到的太阳能功率 I0 P0 4 r02 1 35KW m2 给国 际空间站安装的这个太阳能电池板发电时发出的电功率为 P I0Ld 1 3 105W 由于每天 只有一半时间可以发电 所以平均功率为 8 2000 年广东综合题 在自然界生态系统中 蛇与老鼠和其他生物通过营养关系构成 食物链 在维持生态平衡方面发挥重要作用 蛇是老鼠的天敌 它是通过接收热辐射来发现 老鼠的 假设老鼠的体温约 370C 它发出的最强的热辐射的波长为 m 根据热辐射理论 m与辐射源的绝对温度 T 的关系近似为 T m 2 90 10 3mK 老鼠发出最强的热辐射的波长为 A 1 16 10 4m B 9 4 10 6m C 7 8 10 5m D 9 7 10 8m 老鼠发出的最强的热辐射属于 A 红外波段 B 紫外波段 C 可见波段 D X 射线波段 下列符合生物学意义的食物链是 A 青草 鼠 蛇 鹰 B 阳光 青草 鼠 蛇 人 C 大米 鼠 蛇 人 D 营养物质 鼠 蛇 鹰 上述符合生物学意义的食物链可与其他多条食物链彼此交错形成复杂的食物网 在该 食物网中 A 任何一种生物的灭绝 都将导致其他生物的消失 B 生物之间存在着十分复杂的客观联系 C 有些生物的存在只是为了别的生物的存在提供食物 D 任何一种生物的灭绝 都将导致生态平衡的破坏 解答 解答 B A D D 9 2000 年广东综合题 超导材料电阻降为零的温度称为临界温度 1987 年我国科学 家制成了临界温度为 90K 的高温超导材料 上述临界温度对应的摄氏温度为 A 1830C B 1000C C 1000C D 1830C 利用超导材料零电阻的性质 可实现无损耗输电 现有一直流电路 输电线的总电阻 为 0 4 它提供给用电器的电功率为 40KW 电压为 800V 如果用临界温度以下的超导电 缆替代原来的输电线 保持供给用电器的功率和电压不变 那么节约的电功率 为 A 1 6KW B 1 6 103KW