【文章內容簡介】 于從復雜的情境中快速地提取有效信息，準確理解題意． ●例 6(18 分 )風能將成為 21 世紀大規(guī)模開發(fā)的一種可再生清潔能源．風力發(fā)電機是將風能 (氣流的功能 )轉化為電能的裝置，其主要部件包括風輪機、齒輪箱、發(fā)電機等．如圖 10－ 5 所示． 圖 10－ 5 (1)利用總電阻 R＝ 10 Ω 的線路向外輸送風力發(fā)電機產生的電能．輸送功率 P0＝ 300 kW，輸電 電壓 U＝ 10 kV，求導線上損失的功率與輸送功率的比值． (2)風輪機葉片旋轉所掃過的面積為風力發(fā)電機可接受風能的面積．設空氣密度為 ρ，氣流速度為 v，風輪機葉片的長度為 r．求單位時間內流向風輪機的最大風能 Pm． 在風速和葉片數(shù)確定的情況下，要提高風輪機單位時間接受的風能，簡述可采取的措施． (3)已知風力發(fā)電機的輸出電功率 P 與 Pm成正比．某風力發(fā)電機的風速 v1＝ 9 m/s時能夠輸出電功率 P1＝ 540 kW．我國某地區(qū)風速不低于 v2＝ 6 m/s 的時間每年約為 5000 h，試估算這臺風力發(fā)電機在該地區(qū)的最小年發(fā) 電量． [2021 年高考 北京理綜卷 ] 【解析】 (1)導線上損失的功率 P＝ I2R＝ (P0U)2R (2 分 ) 可解得： P＝ (300 10310 103 )2 10 W＝ 9 kW (2 分 ) 損失的功率與輸送功率的比值為： PP0＝9 103300 103＝ ． (2 分 ) (2)風垂直流向風輪機時，提供的風能功率最大 單位時間內垂直流向葉片旋轉面積的氣體的質量為： m0＝ ρvS＝ πρvr2 (2 分 ) 風能的最大功率可表示為： Pm＝ 12m0v2＝ 12πρr2v3 (2 分 ) 采取的合理措施有：增加風輪機葉片的長度，安裝調向裝置保持風輪機正面迎風等． (3分 ) (3)按題意，風力發(fā)電機的輸出功率為： P2＝ (v2v1)3P1＝ (69)3 540 kW＝ 160 kW (3 分 ) 最小年發(fā)電量約為： W＝ P2t＝ 160 5000 kWh＝ 8 105 kWh． (2 分 ) [答案 ] (1) (2)12πρr2v3 措施略 (3)8 105 kWh 【點評】 由本例可看出，這類題型敘述較長，但將所給的信息進行提煉后，解析過程并不復雜．所以審題的關鍵是認真閱讀題意，建立物理模型． 能力演練 一、選擇題 (10 4 分 ) 1．在北京奧運會場館的建設中，大量采用了環(huán)保新技術，如場館周圍的路燈用太陽能電池供電，洗浴熱水通過太陽能集熱器產生等．太陽能產生于太陽內部的核聚變，其核反應方程是 ( ) A． 411H→ 42He＋ 201e B． 145 N＋ 42He→ 178 O＋ 11H C． 23592U＋ 10n→ 13654Xe＋ 9038Sr＋ 1010n D． 23892U→ 23490Th＋ 42He 【解析】 各選項中的核反應方程中只有 A中為聚變反應． [答案 ] A 2．下列說法正確的是 ( ) A．隨著科技的進步，總有一天熱機 的效率可以達到 100% B．用氣筒打氣時看到氣體體積可以任意擴大和縮小，所以氣體自由膨脹的過程是可逆過程 C．空調既能制熱又能制冷，說明熱傳遞不存在方向性 D．自然界一切自發(fā)的能量轉化過程具有單向特性，雖然總能量守恒，但能量品質在退化 【解析】 根據熱力學第二定律可判斷選項 D 正確． [答案 ] D 3． 愛因斯坦由光電效應的實驗規(guī)律提出了光子說，下列對光電效應的解釋中，正確的是 ( ) A．金屬內的每個電子可以吸收一個或同時吸收幾個光子，當它積累的動能足夠大時，就能逸出金屬 B．如果入射光子的能量小于金屬表面的電 子克服原子核的引力逸出時需要做的最小功，但只要照射時間足夠長，光電效應也能發(fā)生 C．發(fā)生光電效應時，入射光越強，光子的能量就越大，光電子的最大初動能就越大 D．由于不同金屬的逸出功是不相同的，因此使不同金屬產生光電效應的入射光的最低頻率也不相同 【解析】 電子每次只吸收一個光子的能量，若電子吸收一個光子后能量的增加不足以逸出，就會很快與其他電子碰撞而損失能量，故無法因積累吸收光子的能量而逸出，選項 A、B 錯誤．光電子的最大初動能 Ek＝ hν－ W 逸 ，與光的強度無關，選項 C 錯誤、 D 正確． [答案 ] D 4．如圖所示， 水平面 B點以左是光滑的、 B點以右是粗糙的，相距為 L 的質量為 M 和m 的兩個小物塊，在 B 點以左的光滑水平面上以相同的速度向右運動．它們先后進入表面粗糙的水平面，最后停止運動．它們與粗糙水平面間的動摩擦因數(shù)相同，靜止后兩物塊之間的距離為 s．下列說法正確的是 ( ) A．若 Mm，則 sL B．若 M＝ m，則 s＝ L C．若 Mm，則 sL D．無論 M、 m 取何值，都有 s＝ 0 【解析】 兩物塊進入粗糙面后做減速運動 的加速度大小相等，即 a＝ μg，故減速滑行的位移相同，即 s＝ v22μg，故選項 D 正確． [答案 ] D 5．半徑為 R 的 14豎直圓弧軌道，與粗糙的水平面相連，如圖所示．有一個質量為 m 的均勻細直桿恰好能放在圓弧兩端，若釋放細桿，它將開始下滑，并且最后停在水平面上．在上述過程中 ( ) A．桿克服摩擦力所做的功為 mgR B．桿克服摩擦力所做的功為 12mgR C．重力所做的功為 mgR D．外力做的總功為 12mgR 【解析】 由動能定理得： W 總 ＝ WG＋ Wf＝ 0，又由 WG＝ mgR2，故知桿克服摩擦力所做的功為 12mgR． [答案 ] B 6．將如圖所示的裝置安裝在沿直線軌道運動的火車車廂中，可以對火車運動的加速度進行檢測．安裝時使桿沿軌道方向固定．閉合開關 S，當系統(tǒng)靜止時，穿在光滑絕緣桿上的小球在 O點，固定在小球上的變阻器滑片停在變阻器 BC的正中央，此時，電壓表指針指在盤中央 0 刻度．當火車水平方向有 加速度時，小球在光滑絕緣桿上移動，滑片 P 隨之在變阻器上移動，電壓表指針發(fā)生偏轉．已知火車向右加速運動時，電壓表的指針向左偏．下列說法正確的是 ( ) A．若火車向右做減速運動，則小球在 O 點右側，電壓表指針向左偏 B．若火車向左做減速運動，則小球在 O 點左側，電壓表指針向右偏 C．若火車向左做減速運動，則小球在 O 點左側，電壓表指針向左偏 D．若火車向左做加速運動，則小球在 O 點右側，電壓表指針向左偏 【 解析】 當火車向右加速時滑片向左移，電流從電壓表的左接線柱流進，引起了電壓表的指針向左偏轉．故當火車向左減速時，情況與上述相同；火車向右減速以及向左加速時，情況與上述相反． [答案 ] C 7．圖示是一列沿 x 軸正方向傳播的簡諧橫波在 t＝ s 時刻的波形圖．已知波的傳播速度 v＝ 2 m/s，則在 x＝ m處的質點振動的函數(shù)表達式及其在此后 s內通過的路程 s分別為 ( ) A． y＝ 5sin 2πt(cm)， s＝ 5 cm B． y＝－ 5sin 2πt(cm)， s＝ 5 cm C． y＝ 5sin 2πt(cm)， s＝ 85 cm D． y＝－ 5sin 2πt(cm)， s＝ 85 cm 【解析】 由題意知 T＝ λv＝ 1 s 故在 0 時刻波形圖如圖中的虛線所示 故知在 x＝ m 處的質點的振動函數(shù) y＝－ 5sin 2πt 又因為 t＝ s＝ 174 T，所以 s＝ 17A＝ 85 cm． [答案 ] D 8．目前，一種用于摧毀人造衛(wèi)星或空間站的激光武器已研制成功．如圖所示，某空間站位于地平線上方，現(xiàn)準備用一束激光射向該空間站，則應把激光器 ( ) A．沿視線對著空間站瞄高一些 B．沿視線對著空間站瞄低一些 C．沿視線對準空間站直接瞄準 D．條件不足，無法判斷 【解析】 當武器瞄準空間站時，光線如圖所示，即看見的空間站位置 S′ 比實際位置 S略高，但武器發(fā)射出的激光經過大氣層 和大氣層的邊緣時也要發(fā)生折射，由光路可逆原理知激光器應對準看到的空間站的像瞄準．故選項 C 正確． [答案 ] C 9．我國第二顆北斗導航衛(wèi)星 (Compass－ G2)于 4 月 15 日凌晨成功發(fā)射，這次發(fā)射加固和提升了正在運行的北斗一代的功能，對實現(xiàn)一、二代平穩(wěn)過渡具有重要意義．正在建設中的 “ 北斗二號 ” 衛(wèi)星導航系統(tǒng)空間站將由 5 顆靜止軌道衛(wèi)星和 30 顆非靜止軌道衛(wèi)星組成．若已知有兩顆導航通信衛(wèi)星分別定位于赤道上 東經 80176。和 140176。的上空，又已知地球半徑 R＝6400 km，取 g＝ 10 m/s2．則關于這兩顆衛(wèi)星，下列說法正確的是 ( ) A．隨著地球的自轉，兩衛(wèi)星的間距會發(fā)生變化 B．兩衛(wèi)星的間距是固定的，大小約為 106 m C．兩衛(wèi)星的間距是固定的，大小約為 107 m D．這兩顆衛(wèi)星的信號可覆蓋整個地球表面 【解析】 這兩顆衛(wèi)星與赤道平面的位置關系如圖所示． 故 AB＝ r 又由 GMmr2 ＝ m4π2T2 r， T＝ 24 h， GM＝ gR2 可得： r≈ 107 m，選項 C 正確． 由地球的形狀與兩衛(wèi)星的位置可知，這兩顆衛(wèi)星的信號不能覆蓋整個地球表面． [答案 ] C 10．如圖所示，將一個質量為 m的帶正電的小球 (可看做點電荷 )用絲線吊著放在勻強磁場中，最大擺角 α10176。，不計空氣阻力．則 ( ) A．小球從 A 點擺向 O點跟從 B點擺向 O點相比，經過最低點 O 時，絲線張力相同，球的機械能相同，動量相同 B．小球從 A 點擺向 O點跟從 B點擺向 O點相比，經過最低點 O時，絲線張力不同，球的機械能相同，動量不同 C．和無磁場時相比，單擺周期變大 D．和無磁場時相比，單擺周期不變 【解析】 洛倫茲力不做功，由機械能守恒定律知小球向左和向右通過 O 點的速度大小相等、方向相反，故機械能相等，動量不同；向右通過 O 點時絲線張力 T1＝ mg＋ mv2R － qvB，向左通過 O 點時絲線張 力 T2＝ mg＋ mv2R ＋ qvB．故選項 B 正確． 在擺動過程中，洛倫茲力只是加大或減小絲線的張力，并不影響小球的回復力，故周期不變．選項 D 正確． [答案 ] BD 二、非選擇題 (共 60 分 ) 11． (6分 )某同學用如圖所示的裝置研究平拋物體的運動．兩個相同的弧形軌道 M、 N，分別用于發(fā)射小鐵球 P、 Q，其中 N 的末端與可看做光滑的水平板相切，兩軌道上端分別裝有電磁鐵 C、 D，調節(jié)電磁鐵 C、 D 的高度，使 AC＝ BD，從而保證小鐵球 P、 Q 在軌道出口處的水平初速度相等．現(xiàn)將小鐵球 P、 Q 分別吸在電磁鐵 C、 D上， 然后切斷電源，使兩個小鐵球能以相同的初速度同時分別從軌道 M、 N的下端射出，可以看到 P、 Q 兩球相碰，只改變弧形軌道 M 的高度，重復上述實驗，仍能觀察到相同的現(xiàn)象，這說明__________________________． 另一位同學用實驗研究平拋運動時，在白紙上標出了重垂線 MN，并獲得了小球平拋軌跡上的兩個點 a、 b，測得 a、 b 兩點到 MN的水平距離分別是 10 cm 和 20 cm，兩點的豎直距離是 15 cm，取 g＝ 10 m/s2，則可推斷小球平拋的初速度為 ________m/s． 【解析】 由 a、 b 兩點與 MN的水平距離，可知平拋運動的時間間隔 tMa＝ tab，又由豎直方向的分運動為自由落體運動，可知 yMa＝ 5 cm，故 yab－ yMa＝ gt2， t＝ s，則小球平拋的初速度 v0＝ xt＝ 1 m/s． [答案 ] 平拋運動的小球在水平方向的分速度保持不變 1(每空 3 分 ) 12． (9 分 )實驗室備有以下實驗器材： A．一個已校準的電流表 (量程為 1 mA，內阻 約幾百歐 ) B．一個標準電壓表 (量程為 3 V) C．一個電源 E(電動勢約為 4 V) D．一個電阻箱 R1(阻值范圍為 0～ 9999 Ω) E．一個滑動變阻器 R2(阻值范圍為 0～ 20 Ω) F．一個單刀單擲開關 S、另有導線若干 現(xiàn)要先測出電流表 的內阻，然后將其改裝成量程也為 3 V 的電壓表，最后利用上述標準電壓表 對改裝成的電壓表 進行校對．若要求只設計一個電路，既可以較精確地測量 表的內阻，又能對改裝后的電壓表進行校對． (1)請在虛線框中畫出你設計的實驗電路圖． (2)將圖中實物連接成校對電路圖． (3)根據實驗電路，回答下列問題： ① 若在測 表內阻的實驗中，調節(jié)電阻箱 R1，使其接入電路中的電阻為 R時，讀出表和 表的示數(shù)分 別為 I 和 U，則電流表內阻的大小表達式為 ________． (用 I、 U 和 R 表示 ) ② 將 表改裝成量程為 3 V的電壓表后，在進行校對時，發(fā)現(xiàn)改裝后的電壓表的示數(shù)總比標準電壓表的示數(shù)小，這可能是因為電流表 的內阻測量值比實際值 ________(填 “ 大 ”或 “ 小 ” )，應適當調節(jié)電阻箱使其接入的電阻值 ________(填 “ 增大 ” 或 “ 減小 ” )． [答案 ] (1)如圖甲所示 (3 分 ) (2)如圖乙所示 (2 分 ) (3)① UI － R (2 分 ) ② 小 減小 (每空 1 分 ) 13． (8分