2020高考物理创新应用题型专练word版无答案

创新题型1　生活实际与运动学
解决情景创新问题，首先要仔细研读题目，把题目中的情景与我们高中物理的哪种模型符合，然后再选用合适的规律、方法去解决。
创新情景猛一看高、新、深，但实际上都是高抬腿、低落脚，所用的知识都不会超出我们平常所用的知识，有的甚至还是非常简单的，这部分题目的着力点是怎样从情景中提取出模型，不会在过程复杂、知识偏难上下功夫。
创新题型1　与运动学相关的创新情景
1．匀加速直线运动模型的情境：高铁出站、飞机起飞、运动员起跑、车辆起步。
2．匀减速直线运动模型的情境：高铁进站、飞机着陆、车辆刹车、车辆通过收费站、通过人行横道。
3．平抛运动的模型：乒乓球、足球、篮球、链球等的抛出速度水平时的抛体运动。
4．斜抛运动的模型：乒乓球、足球、篮球、链球等的抛出速度斜向上或斜向下时的抛体运动。
5．匀速圆周运动模型的情境：汽车转弯、火车转弯、赛车转弯、运动员过弯道。
6．连接体模型的情境：机车与车厢等。
7．传送带模型：安检传送带。
1．(2019·山东菏泽模拟)如图所示，一辆汽车正通过一弯道半径为R的道路(已知车辆通过该路段时的转弯半径均为R)．道路左低右高，其水平宽度为s，右侧与左侧之间的竖直高度为h，重力加速度为g，考虑到雨雪天气，路面结冰，此路段应限速为(　　)
A.
　　　　　
B.
C.
D．
2．(2019·广西柳州5月冲刺)大飞机重大专项是提高我国自主创新能力和增强国家核心竞争力的重大战略决策，中国制造的大飞机“C919”已于2017年5月5日成功首飞．若飞机在某次降落过程中某时刻水平方向速度为90
m/s，竖直方向速度为9
m/s，在水平方向做加速度为3
m/s2的匀减速直线运动，在竖直方向做加速度为0.3
m/s2的匀减速直线运动，直到飞机着陆时竖直方向的速度刚好减为零，在此降落的全过程中(　　)
A．飞机上的乘客处于失重状态
B．飞机运动轨迹为抛物线
C．飞机的位移为1
350
m
D．飞机在水平方向的平均速度为45
m/s
3．(2019·湖南长沙5月模拟)某科研单位设计了一空间飞行器，飞行器从地面起飞时，发动机提供的动力方向与水平方向夹角α＝60°，使飞行器恰好沿与水平方向成θ＝30°角的直线斜向右上方由静止开始匀加速飞行，如图所示．经时间t后，将动力的方向沿逆时针旋转60°同时适当调节其大小，使飞行器依然可以沿原方向匀减速飞行．飞行器所受空气阻力不计．下列说法中正确的是(　　)
A．加速时动力的大小等于mg
B．加速与减速时的加速度大小之比为2∶1
C．减速飞行时间t后速度减为零
D．加速过程发生的位移与减速到零的过程发生的位移大小之比为2∶1
4．目前交警部门开展的“车让人”活动深入人心。如图7－1所示，司机发现前方有行人正通过人行横道时开始做匀减速直线运
动，恰好在停车线处停止运动。汽车在减速过程中，第一秒和最后一秒内的位移分别为14
m和1
m，则汽车匀减速运动的过程中的平均速度为（
）
A．6
m/s
B．6.5
m/s
C．7
m/s
D．7.5
m/s
5．某运动员做跳伞训练，他从悬停在空中的直升机上由静止跳下，跳离飞机一段时间后打开降落伞减速下落。他打开降落伞后的速度图线如图7－2甲所示。降落伞用8根对称的绳悬挂运动员，每根绳与中轴线的夹角均为α＝37°，如图乙所示。已知运动员的质量为50
kg，降落伞的质量也为50
kg，不计运动员所受的阻力，打开伞后伞所受阻力F阻与速度v成正比，即F阻＝kv(g取10
m/s2，sin
37°＝0.6，cos
37°＝0.8)。则下列判断正确的是（
）
A．k＝100
N·s/m
B．打开伞瞬间运动员的加速度a＝20
m/s2，方向竖直向上
C．悬绳能够承受的拉力至少为312.5
N
D．悬绳能够承受的拉力至少为625
N
6．甲、乙两个同学对挑乒乓球，该甲同学持拍的拍面与水平方向成α角，乙同学持拍的拍面与水平方向成β角，如图7－3所示。设乒乓球击打拍面时速度与拍面垂直，且乒乓球每次击打球拍前与击打后速度大小相等，不计空气阻力，则乒乓球击打甲的球拍的速度v1与乒乓球击打乙的球拍的速度v2之比为（
）
A.　
　B.
C.　
　D.
7．如图7－4所示，在投球游戏中，小明坐在可沿竖直方向升降的椅子上，停在不同高度将球水平抛出，落入固定的球筐中。已知球筐距地面的高度为h，球质量为m，抛出点与球筐中心的水平距离为L，忽略空气阻力。下列说法中正确的是（
）
A．抛出点越高，抛出时所需的初速度越小，入筐时球的动能越小
B．抛出点越低，抛出时重力势能就越小，入筐时球的动能越小
C．在高度为H＝h的位置抛出时，入筐时球的动能最小
D．在高度为H＝h＋的位置抛出时，入筐时球的动能最小
8．如图7－5所示，球网高出球台H，网到球台边的距离为L，某人在乒乓球训练中，从左侧处，将球沿垂直于网的方向水平击出，球恰好通过网的上沿落到右侧台面边缘。设乒乓球的运动为平抛运动，忽略一切阻力，则
A．击球点的高度与网高度之比是2∶1
B．乒乓球在网左、右两侧运动时间之比为2∶1
C．乒乓球过网时与落到台面边缘时竖直方向速度之比为1∶2
D．乒乓球在左、右两侧运动速度变化量之比为1∶2
9.(2019·湖南株洲一模)在某次跳投表演中，篮球以与水平面成45°角的速度落入蓝圈，设投球点和篮圈正好在同一水平面上．如图所示，已知投球点到篮圈的距离为10
m，不考虑空气阻力，篮球、篮圈均可视为质点，g取10
m/s2，则篮球投出后的最高点相对篮圈的竖直高度为(　　)
A．2.5
m　　　　　　　　
B．5
m
C．7.5
m
D．10
m
10.甲、乙两个同学打乒乓球，某次动作中，甲同学持拍的拍面与水平方向成45°角，乙同学持拍的拍面与水平方向成30°角，如图所示．设乒乓球击打拍面时速度方向与拍面垂直，且乒乓球每次击打拍面前后的速度大小相等，不计空气阻力，则乒乓球击打甲的拍面时的速度为v1与乒乓球击打乙的拍面时的速度v2的比值为(　　)
A.　　
B.　　　C.　　　D.
11.如图所示，网球运动员发球时以某一速度将球水平击出，网球飞行一段时间后落地．若不计空气阻力，则(　　)
A．初速度越大，球在空中飞行的时间越长
B．下落过程中球处于超重状态
C．下落过程中重力对球做功的功率不变
D．下落过程中相同时间内球的速度变化量相同
12．取稍长的细杆，其一端固定一枚铁钉，另一端用羽毛做一个尾翼，做成A、B两只飞镖，将一软木板挂在竖直墙壁上，作为镖靶．在离墙壁一定距离的同一处，将它们水平掷出，不计空气阻力，两只飞镖插在靶上的状态如图所示．则下列说法中正确的是(　　)
A．A镖掷出时的初速度比B镖掷出时的初速度大
B．B镖插入靶时的末速度比A镖插入靶时的末速度大
C．B镖的运动时间比A镖的运动时间短
D．A镖的质量一定比B镖的质量大
13．如图所示是网球发球机，某次室内训练时将发球机放在距地面一定的高度，然后向竖直墙面发射网球．假定网球水平射出，某两次射出的网球碰到墙面时与水平方向夹角分别为30°和60°，若不考虑网球在空中受到的阻力，则(　　)
A．两次发射的初速度之比为3∶1
B．碰到墙面前空中运动时间之比为
1∶3
C．下降高度之比为1∶3
D．碰到墙面时动能之比为
3∶1
14.图甲为某体校的铅球训练装置，图乙是该装置的示意图．假设运动员以6
m/s的速度将铅球从倾角为30°的轨道底端推出，当铅球向上滑到某一位置时，其动能减少了72
J，机械能减少了12
J，已知铅球(包括其中的上挂设备)的质量为12
kg，滑动过程中阻力大小恒定，g取10
m/s2，则下列判断正确的是(　　)
A．铅球上滑过程中减少的动能全部转化为重力势能
B．铅球向上运动的加速度大小为4
m/s2
C．铅球返回底端时的动能为144
J
D．运动员每推一次铅球消耗的能量至少为60
J
15．如图甲所示是高层建筑配备的救生缓降器材，由调速器、安全带、安全钩、缓降绳索等组成．发生火灾时，使用者先将安全钩挂在室内窗户、管道等可以承重的物体上，然后将安全带系在腰部，通过缓降绳索安全着陆．如图乙所示，在某中学某次火灾逃生演练过程中，一体重为60
kg的逃生者从离地面18
m的高处，利用缓降器材由静止开始匀加速下滑，当速度达到6
m/s时，以大小为2.5
m/s2的加速度减速，到达地面时速度恰好为零．假设逃生者在下降过程中悬空且不接触墙面，不计空气阻力(g取10
m/s2)．求：
(1)逃生者减速下滑过程中的位移；
(2)减速下滑时逃生者对缓降绳索的拉力大小；
(3)从开始到到达地面整个过程的时间．
16．我国在无人机的应用方面越来越广泛．现利用无人机对农作物喷洒农药，已知无人机空载重量为15
kg，标准载药量为7
kg，无人机满载药量后从地面竖直升空，先加速到3
m/s后立即减速，最后悬停在距地面3
m的高度，若无人机升空受到的阻力大小恒为14
N，加速、减速阶段看成匀变速直线运动，且加速度大小相等．(g取10
m/s2)
(1)求上升过程中无人机的升力分别为多少？
(2)悬停后无人机水平飞行喷洒农药，经2
s匀加速到4
m/s，然后匀速运动，已知喷洒药物的最大宽度为8
m，则飞行1
min喷洒的农作物最大面积是多少？
17．长传突破是足球运动中运用远距离空中过顶传球突破对方防线的战术方法．防守队员甲在本方球门前某位置M抢截得球，将球停在地面上，利用对方进攻后不及回防的时机，瞬间给予球一个速度v，使球斜飞入空中，最后落在对方禁区附近地面上P点处．在队员甲踢球的同时，突前的同伴队员乙由球场中的N点向P点做直线运动，队员乙在N点的初速度v1＝2
m/s，队员乙在NP间先匀加速运动，加速度a＝4
m/s2，速度达到v2＝8
m/s后匀速运动．经过一段时间后，队员乙恰好在球落在P点时与球相遇，已知MP的长度s＝60
m，NP的长度L＝11.5
m，将球员和球视为质点，忽略球在空中运动时的空气阻力，重力加速度g取10
m/s2.
(1)求足球在空中的运动时间；
(2)求队员甲在M点给予足球的速度v的大小．
创新题型2　航天运动与功能关系
1．匀速圆周运动模型：天体和航天器围绕中心天体做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，满足G＝m＝mω2r＝mr，其动能为Ek＝mv2＝＝。
2．变轨运动模型：天体和航天器围绕地球做轨道半径变化的圆周运动。分析提炼变轨过程中万有引力做功和机械能变化情况。
练习：
1．(多选)2017年首场流星雨为1月3日夜晚的象限仪座流星雨，流星雨以流星辐射点所在天区的星座命名，流星体常有一个母体彗星，母体彗星受太阳和行星作用在轨道附近残留部分碎片，当地球经过时，这些碎片被地球吸引与大气摩擦而形成流星雨。著名的狮子座流星雨的母体彗星为坦普尔—塔特尔(55
P/Tempel—Tuttle)彗星，其近日点在其轨道与地球轨道平面的交点附近，距离约1
AU(1
AU约等于地球到太阳的平均距离)，轨道半长轴约10.3
AU，彗星每次回归近日点时，如1998年，地球上常能观测到流星雨。下列说法中正确的是
A．流星体进入地球大气时机械能增大
B．下一次狮子座流星雨可能发生在2031年
C．坦普尔—塔特尔彗星在近日点的速度大于6.28
AU/年
D．若忽略质量损失，坦普尔—塔特尔彗星从远日点回归到近日点过程，重力势能增大
2．2018年1月12日，我国以“一箭双星”方式成功发射第26、第27颗北斗导航卫星，拉开2018年发射16颗北斗卫星的序幕。若质量为m的人造地球卫星与地心的距离为r时，引力势能可表示为Ep＝－，其中G为引力常量，M为地球质量。该卫星原来在半径为R1、周期为T的轨道上绕地球做匀速圆周运动，由于受到极稀薄空气的摩擦作用，飞行一段时间后其圆周运动的半径变为R2、周期为T2，则下列说法正确的是
A．T1＜T2
B．此过程中卫星的势能增加了GMm
C．此过程中卫星的动能增加了GMm
D．此过程中因摩擦而产生的热量为
3．(多选)2017年8月28日，中科院南极天文中心的巡天望远镜观测到一个由双中子星构成的孤立双星系统产生的引力波。该双星系统以引力波的形式向外辐射能量，使得圆周运动的周期T极其缓慢地减小，双星的质量m1与m2均不变，则下列关于该双星系统变化的说法正确的是
A．双星间的间距逐渐增大
B．双星间的万有引力逐渐增大
C．双星的线速度逐渐增大
D．双星系统的引力势能逐渐增大
创新题型3　现代科技与电磁场
1．带电粒子在电场中的运动模型：高压电场干燥中药技术、电子束熔炼技术、电子束焊接技术、静电除尘、静电喷漆、喷墨式打印、示波管、离子推进器。
2．带电粒子在磁场中的运动模型：电视显像管、洛伦兹力演示器。
3．带电粒子在组合场中的运动模型：回旋加速器、质谱仪、粒子分离技术、扭摆器、北京正负电子对撞机。
4．带电粒子在叠加场中的运动模型：速度选择器、霍尔效应、磁流体发电机、电磁流量计。
1．带电粒子在磁场中发生偏转的物理原理可运用于各种科学实验和电器中，下列装置中与此物理原理无关的有
2．如图7－9，静电喷涂时，被喷工件接正极，喷枪口接负极，它们之间形成高压电场。涂料微粒从喷枪口喷出后，只在静电力作用下向工件运动，最后吸附在工件表面，图中虚线为涂料微粒的运动轨迹。下列说法正确的是
A．涂料微粒一定带正电
B．图中虚线可视为高压电场的部分电场线
C．微粒做加速度先减小后增大的曲线运动
D．喷射出的微粒动能不断转化为电势能
3．为监测某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图7－10所示的长方体流量计。该装置由绝缘材料制成，其长、宽、高分别为a、b、c，左右两端开口。在垂直于上下底面方向加一匀强磁场，前后两个内侧面分别固定有金属板作为电极。污水充满管口从左向右流经该装置时，接在M、N两端间的电压表将显示两个电极间的电压U。若用Q表示污水流量(单位时间内排出的污水体积)，下列说法中正确的是
A．M端的电势比N端的高
B．电压表的示数U与a和b均成正比，与c无关
C．电压表的示数U与污水的流量Q成正比
D．若污水中正负离子数相同，则电压表的示数为0
4．(多选)如图7－11所示为一种获得高能粒子的装置原理图，环形管内存在垂直于纸面、磁感应强度大小可调的匀强磁场(环形管的宽度非常小)，质量为m、电荷量为q的带正电粒子可在环中做半径为R的圆周运动。A、B为两块中心开有小孔且小孔距离很近的平行极板，原来电势均为零，每当带电粒子经过A板刚进入A、B之间时，A板电势升高到＋U，B板电势仍保持为零，粒子在两板间的电场中得到加速，每当粒子离开B板时，A板电势又降为零，粒子在电场中一次一次地加速使得动能不断增大，而在环形区域内，通过调节磁感应强度大小可使粒子运行半径R不变，已知极板间距远小于R，则下列说法正确的是
A．环形区域内匀强磁场的磁场方向垂直于纸面向里
B．粒子从A板小孔处由静止开始在电场力作用下加速，绕行N圈后回到A板时获得的总动能为NqU
C．粒子在绕行的整个过程中，A板电势变化的周期不变
D．粒子绕行第N圈时，环形区域内匀强磁场的磁感应强度为
5．(多选)自行车速度计是利用霍尔效应传感器获知自行车的运动速率。如图7－12甲所示，自行车前轮上安装一块磁铁，轮子每转一圈，这块磁铁就靠近传感器一次，传感器会输出一个脉冲电压。图乙为霍尔元件的工作原理图。当磁场靠近霍尔元件时，导体内定向运动的自由电荷在磁场力作用下偏转，最终使导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现电势差，即为霍尔电势差。下列说法正确的是
A．根据单位时间内的脉冲数和自行车车轮的半径即可获知车速大小
B．自行车的车速越大，霍尔电势差越高
C．图乙中霍尔元件的电流I是由正电荷定向运动形成的
D．如果长时间不更换传感器的电源，霍尔电势差将减小
6．随着新能源轿车的普及，无线充电技术得到了进一步开发和应用。一般给大功率电动汽车充电时利用的是电磁感应原理。如图7－13所示，由地面供电装置(主要装置有线圈和电源)将电能传送至电动车底部的感应装置(主要装置是线圈)，该装置使用接收到的电能对车载电池进行充电，供电装置与车身接收装置之间通过磁场传送能量，由于电磁辐射等因素，其能量传输效率只能达到90%左右。无线充电桩一般采用平铺式放置，用户无需下车、无需插电即可对电动车进行充电。目前，无线充电桩可以允许的充电有效距离一般为15～25
cm，允许的错位误差一般为15
cm左右。下列说法正确的是
A．无线充电桩的优越性之一是在百米开外也可以对电车快速充电
B．车身感应线圈中感应电流产生的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化
C．车身感应线圈中感应电流产生的磁场总是与地面发射线圈中电流的磁场方向相反
D．若线圈均采用超导材料制成，则能量的传输效率有望达到100%
7．(多选)在家庭电路中，为了安全，一般在电能表后面的电路中安装一个漏电开关，其工作原理如图7－14所示，其中甲线圈两端与脱扣开关控制器相连，乙线圈由两条电源线采取双线法绕制，并与甲线圈绕在同一个矩形硅钢片组成的铁芯上。以下说法中正确的是
A．当用户用电正常时，甲线圈两端没有电压，脱扣开关接通
B．当用户用电正常时，甲线圈两端有电压，脱扣开关接通
C．当用户发生漏电时，甲线圈两端没有电压，脱扣开关断开
D．当用户发生漏电时，甲线圈两端有电压，脱扣开关断开
8．与一般吉他靠箱体的振动发声不同，电吉他靠拾音器发声。如图7－15所示，拾音器由磁体及绕在其上的线圈组成。磁体产生的磁场使钢质琴弦磁化而产生磁性，即琴弦也产生自己的磁场。当某根琴弦被拨动而相对线圈振动时，线圈中就会产生相应的电流，并最终还原为声音信号。下列说法中正确的是
A．若磁体失去磁性，电吉他仍能正常工作
B．换用尼龙材质的琴弦，电吉他仍能正常工作
C．琴弦振动的过程中，线圈中电流的方向不会发生变化
D．拾音器的作用是利用电磁感应把琴弦的振动转化成电信号
9．(多选)铁路运输中设计的多种装置都运用了电磁感应原理。有一种电磁装置可以向控制中心传输信号以确定火车的位置和运动状态，装置的原理是：将能产生匀强磁场的磁铁安装在火车首节车厢下面，如图7－16甲所示(俯视图)，当它经过安放在两铁轨间的矩形线圈时，线圈便产生一个电信号传输给控制中心。线圈长为l1，宽为l2，匝数为n。若匀强磁场只分布在一个矩形区域内，当火车首节车厢通过线圈时，控制中心接收到线圈两端电压u与时间t的关系如图乙所示(ab、cd均为直线)，则在t1～t2时间内
A．火车做匀速直线运动
B．M点电势低于N点电势
C．火车加速度大小为
D．火车平均速度大小为
10．针对某些电磁波设计制作的人工材料的折射率可以为负值(n＜0)，这类材料被称为负折射率材料。位于空气中的负折射率材料，入射角i与折射角r依然满足＝n，但是折射光线与入射光线位于法线的同一侧(此时折射角取负值)。如图7－17所示在空气中有一上、下表面平行的负折射率材料，一束电磁波从其上表面射入，下表面射出。若该材料对此电磁波的折射率n＝－1，下列选项中能正确反映电磁波穿过该材料的传播路径的是
创新题型4　生活中的动量问题
1．流体动量定理问题：高压水流采煤、高压水枪切割机床等。
2．碰撞模型：台球、汽车碰撞、游乐场碰碰车、冰壶、康乐棋、打夯机等。
3．爆炸：烟花、爆竹等。
1．(多选)下列图片所描述的事例或应用中，利用反冲原理的是
A．喷灌装置的自动旋转
B．章鱼在水中前行和转向
C．吹足气的气球由静止释放后气球运动
D．码头边轮胎的保护作用
2．有人设想在遥远的宇宙探测时，给探测器安上面积极大、反射率极高(可认为100%且反射前后速度大小不变、方向相反)的薄膜，并让它正对太阳，用光压为动力推动探测器加速。已知探测器在某轨道上运行时，每秒每平方米面积获得的太阳光能为E0＝1.5×104
J，薄膜面积为S＝6.0×102
m2，若探测器总质量为M＝60
kg，光速c＝3.0×108
m/s，那么下列最接近探测器得到的加速度大小的是(根据量子理论，光子不但有能量，而且有动量。光子动量的计算式为p＝，其中h是普朗克常量，λ是光子的波长)
A．1.0×10－3
m/s2　　　　
B．1.0×10－2
m/s2
C．1.0×10－1
m/s2
D．1
m/s2
3．在2018年平昌冬奥会冰壶比赛中，某队员利用红壶去碰撞对方静止的蓝壶，如图7－18a所示，两壶发生对心正碰，碰后运动员用冰壶刷擦蓝壶前进方向上的冰面来减小阻力，碰撞前后两壶的速度—时间图象如图中的实线所示，两冰壶质量相同，则
A．两壶碰撞为弹性碰撞
B．碰后两壶相距的最远距离为1.1
m
C．碰后红、蓝两壶的滑动摩擦力相同
D．碰后蓝壶的加速度大小为0.1
m/s2
4．智能手机的普及使“低头族”应运而生。低头时，劲椎受到的压力会增大(当人体直立时，颈椎所承受的压力等于头部的重量)。现将人体头颈简化为如图7－19所示的模型：重心在头部的P点，在可绕O转动的颈椎OP(轻杆)的支持力和沿PQ方向肌肉拉力的作用下处于静止状态。当低头时，若颈椎与竖直方向的夹角为45°，PQ与竖直方向的夹角为53°，此时颈椎受到的压力与直立时颈椎受到压力的比值为(sin
53°＝0.8，cos
53°＝0.6)
A．4　　　　
B．5　　　　
C．4　　　　
D．5
5．(2019·北京海淀区模拟)如图甲所示，校园中的喷泉将水以相同倾斜角度和速率喷射而出，喷出的水落到水面泛起涟漪甚为美观．喷出的水的运动可视为一般的抛体运动，在水平方向不受力，在竖直方向只受重力，我们可以仿照研究平抛运动的方法来研究一般的抛体运动．喷泉喷出水的运动轨迹示意图如图乙所示，喷出的水上升的最大高度为h，落在水面的位置距喷水口的水平距离为d.已知喷水口的水流量为Q(水流量Q为单位时间内喷出水的体积)，水的密度为ρ，重力加速度为g，忽略空气阻力．
(1)求喷出的水上升至最大高度时水平速度vx的大小；
(2)假设水落在水面上时速度立即变为零，且在极短时间内落到水面的水受到的重力可忽略不计，求水落到水面时对水面竖直向下的平均作用力Fy的大小；
(3)该喷泉利用水泵将水先从地下水池由静止提升至喷泉水面，然后再喷射出去．已知地下水池的水面距喷泉水面的高度恒为H，若H＝h，d＝4h，水泵的效率为η，求水泵的平均功率P.
乙
6.香港迪士尼游乐园入口旁有一喷泉，在水泵作用下鲸鱼模型背部会喷出竖直向上的水柱，将站在冲浪板上的米老鼠模型托起，稳定地悬停在空中，伴随着音乐旋律，米老鼠模型能够上下运动，引人驻足，如图所示．这一景观可做如下简化，水柱以一定的速度从喷口竖直向上喷出，流量为Q(流量定义：在单位时间内向上通过水柱横截面的水的体积)，设同一高度水柱横截面上各处水的速率都相同，冲浪板底部为平板且其面积大于水柱的横截面积，保证所有水都能喷到冲浪板的底部．冲击冲浪板前水柱在水平方向的速度可忽略不计，冲击冲浪板后，水在竖直方向的速度立即变为零，在水平方向朝四周均匀散开，冲浪板静止在水柱上．已知米老鼠模型和冲浪板的总质量为M，水的密度为ρ，重力加速度大小为g，空气阻力及水的黏滞阻力均可忽略不计．
(1)求喷泉单位时间内喷出的水的质量；
(2)由于水柱顶部的水与冲浪板相互作用的时间很短，因此在分析水对冲浪板的作用力时可忽略这部水所受的重力．试计算米老鼠模型在空中悬停时，水到达冲浪板底部的速度大小；
(3)要使米老鼠模型在空中悬停的高度发生变化，需调整水泵对水做功的功率．水泵对水做功的功率定义为单位时间内从喷口喷出的水的动能．请根据第(2)问中的计算结果，推导冲浪板底部距离喷口的高度h与水泵对水做功的功率P0之间的关系式．
创新题型6　科技前沿中的原子物理问题
一、情境分析
1．墨子号量子科学实验卫星，分析提炼量子理论．
2．光电管、硅光电池、光控继电器，分析提炼光电效应规律.
3．正负电子对撞，分析提炼量子能量、德布罗意波长.
4．荧光效应、霓虹灯，分析提炼波尔原子模型，原子跃迁．
5．核电池、烟雾探测器、核电站、原子弹、氢弹，分析提炼核能、爱因斯坦质能方程、核反应类型．
二、模型构建
1．量子理论：粒子能量、粒子德布罗意波长、概率波.
2．光电效应规律：光电管、硅光电池、光控继电器．
3．波尔原子模型：荧光效应、霓虹灯.
4．原子核衰变：核电池、烟雾探测器.
5．核反应及核能：核电站、原子弹、氢弹.
1．(2019·安徽模拟)随着中国在核能发电领域的发展，国际能源署署长提林·比罗尔估计到2030年中国就会超过美国成为全球最大的核能国家．下列关于核反应和核能的说法正确的是(　　)
A．原子弹是利用轻核聚变制成的核武器
B．任何核反应都满足质量守恒定律
C．原子核结合能越大，表明原子核中的核子结合得越牢固，原子核就越稳定
D．如果不对裂变的链式反应加以控制，就会在极短的时间内释放出巨大的能量，发生猛烈爆炸
2．(2019·湖北华中师大附中5月模拟)核电池又叫“放射性同位素电池”，它将同位素在衰变过程中不断放出的核能转变为电能，核电池已成功地用作航天器的电源．据此猜测航天器的核电池有可能采用的核反应方程是(　　)
A.H＋H→He＋n
B.92U＋n→56Ba＋Kr＋3n
C.94Pu→92U＋He
D.Al＋He→P＋n
4．(2019·湖北省浠水5月模拟)奥地利维也纳理工大学的一个科学家团队成功在两个单光子之间建立起强大的相互作用，据科学家介绍：两个相互作用的光子同时到达时显示出与单个光子完全不同的行为，该项成果朝着轻拍校验量子通道或建立光学逻辑门发送信息迈出了重要一步．我们通过学习也了解了光子的初步知识，下列有关光子的现象以及相关说法正确的是(　　)
A．大量光子产生的效果往往显示出粒子性
B．如果利用紫光照射某种金属可以发生光电效应，改用红光一定不能发生光电效应
C．一个处于n＝3能级的氢原子向基态跃迁时最多可以释放3种不同频率的光子
D．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子之间发生碰撞时，将一部分动量转移给电子，所以光子散射后波长变长
5．(2019·重庆江津区5月模拟)芯片制作工艺非常复杂，光刻机是制作芯片的关键设备，其曝光系统最核心的部件之一是紫外光源．常见光源分为：可见光、紫外光(UV)、深紫外光(DUV)、KrF准分子激光、ArF准分子激光、极紫外光(EUV)．其中紫外线光(UV)的波长为365
nm，极紫外光(EUV)的波长为10～15
nm.下列说法正确的是(　　)
A．波长越短，可曝光的特征尺寸就越小，就表示光刻的刀锋越锋利，刻蚀对于精度控制要求越高
B．光源波长越长，能量越大，曝光时间就越短
C．如果紫外光不能让某金属发生光电效应，极紫外光也一定不能
D．由康普顿效应可知深紫外光通过实物物质发生散射时会出现波长更短的成分
6．(2019·内蒙古赤峰5月模拟)1932年考克饶夫特(J.D.Cockroft)和瓦耳顿(E.T.S.Walton)发明了世界上第一台粒子加速器——高压倍压器，他们将质子(H)加速到0.5
MeV的能量去撞击静止的原子核X，得到两个动能均为8.9
MeV的氦核(He)，这是历史上第一次用人工加速粒子实现的核反应．下列说法正确的是(　　)
A．X是Li
B．X由He组成
C．上述核反应中出现了质量亏损
D．上述核反应的类型是裂变
7．近年来，数码相机几乎家喻户晓，用来衡量数码相机性能的一个非常重要的指标就是像素，像素可理解为光子打在光屏上的一个亮点，现知300万像素的数码相机拍出的照片比30万像素的数码相机拍出的等大的照片清晰得多，其原因可以理解为(　　)
A．大量光子表现光具有粒子性
B．光的波动性是大量光子之间的相互作用引起的
C．光是一种粒子，它和物质的作用是一份一份的
D．光具有波粒二象性，大量光子表现出光的波动性
8．(多选)核电池又叫“放射性同位素电池”，一个硬币大小的核电池可以让手机不充电使用5
000年．若将某种放射性元素制成核电池，带到火星上去工作，已知火星上的温度、压强等环境因素与地球有很大差别，下列说法正确的有(　　)
A．该放射性元素到火星上之后，半衰期发生变化
B．该放射性元素到火星上之后，半衰期不变
C．若该放射性元素的半衰期为τ年，经过2τ年，该放射性元素还剩余75%
D．若该放射性元素的半衰期为τ年，经过2τ年，该放射性元素还剩余25%
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