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高考物理应用型、创新型试题赏析

2004年高考全国卷和各省市物理卷中出现了很多以考查学生应用所学物理知识和物理方法去分析解决新问题的能力来立意的好题，现分析如下。

一、以原子的能级跃迁立意

例1（全国理综湖南卷14）：现有1200个氢原子被激发到量子数为4的能级上，若这些受激氢原子最后都回到基态，

则在此过程中发出的光子总

数是多少？假定处在量子数

为n的激发态的氢原子跃迁

到各较低能级的原子数都是

处在该激发态能级上的原子

总数的。

图1

A．2200　　　　　　　B．2000　　　　　　　　

C．1200　　　　　　　 D．24 00

解析：1200个氢原子按题设进

行跃迁发出光子的情况如图1所示，即发出光子的总数为N=2200个，故选项A正确。

例2（2004江苏物理10）若原子的某内层电子被电离形成空位，其它层的电子跃迁到该空位上时，会将多余的能量以电磁辐射的形式释放出来，此电磁辐射就是原子的特征X射线．内层空位的产生有多种机制，其中的一种称为内转换，即原子中处于激发态的核跃迁回基态时，将跃迁时释放的能量交给某一内层电子，使此内层电子电离而形成空位(被电离的电子称为内转换电子)．²¹⁴Po的原子核从某一激发态回到基态时，可将能量E₀=1.416MeV交给内层电子(如K、L、M层电子，K、L、M标记原子中最靠近核的三个电子层)使其电离．实验测得从²¹⁴Po原子的K、L、M层电离出的电子的动能分别为E_K=1.323MeV、E_L=1.399MeV、E_M=1.412MeV．则可能发射的特征X射线的能量为（　　）

A. 0.013MeV　　　　　B. 0.017MeV　　　　C. 0.076MeV　　　　　 D. 0.093MeV

解析：²¹⁴Po的原子核从某一激发态回到基态时，若将能量E₀=1.416MeV交给K层电子时，使K层电子电离后形成空位，L层或M电子层跃迁到K层时发出X射线的能量分别为

若将能量E₀=1.416MeV交给L层电子时，使L层电子电离后形成空位，M电子层跃迁到L层时发出X射线的能量为

故正确选项为A、C 。

二、以地磁场立意

例3（全国理综湖南卷19）：一直升飞机停在南半球的地磁极上空。该处地磁场的方向竖直向上，磁感应强度为B。直升飞机螺旋桨叶片的长度为l，螺旋桨转动的频率为f，顺着地磁场的方向看螺旋桨，螺旋桨按顺时针方向转动。螺旋桨叶片的近轴端为a，远轴端为b，如图2所示。如果忽略a到转轴中心线的距离，用E表示每个叶片中的感应电动势，则（　）

A．E＝πfl²B，且a点电势低于b点电势　

B．E＝2πfl²B，且a点电势低于b点电势

C．E＝πfl²B，且a点电势高于b点电势

D．E＝2πfl²B，且a点电势高于b点电势

　解析：螺旋桨叶片旋转切割磁感线产生感应

图2

电动势相当于电源，由右手定则可知，a相当电

源的负极，b相当于电源的正极，即a点电势低

于b点电势。由于从叶片上各点的速度大小按的规律呈线性变化，由。

　综上分析可知，选项B正确。

三、以中微子立意

例4（2004江苏物理7）：雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子(v _e)而获得了2002年度诺贝尔物理学奖．他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615 t四氯乙烯(C₂Cl₄)溶液的巨桶．电子中微子可以将一个氯核转变为一个氩核，其核反应方程式为已知核的质量为36.95658u，核的质量为36.95691u，的质量为0.00055u，1u质量对应的能量为931.5 MeV．根据以上数据，可以判断参与上述反应的电子中微子的最小能量（　　）

　　 A. 0.82 MeV　　　　　　 B. 0.31MeV 　　　　 C. 1.33 MeV　　　　　　D. 0.51 MeV

解析：核反应是一个质量增加的反应，反应中增加的质量是由中微子的能量转化而来的，则上述反应中电子中微子的最小能量为

，故A选项正确。

四、以历史上的重要物理实验立意

图3

例5（2004江苏物理17）：汤姆生用来测定电子的比荷(电子的电荷量与质量之比)的实验装置如图3所示，真空管内的阴极K发出的电子(不计初速、重力和电子间的相互作用)经加速电压加速后，穿过A'中心的小孔沿中心轴O₁O的方向进入到两块水平正对放置的平

行极板P和P'间的区域．当极板间不加偏转电压时，电子束打在荧光屏的中心O点处，形成了一个亮点；加上偏转电压U后，亮点偏离到O'点，(O'与O点的竖直间距为d，水平间距可忽略不计．此时，在P和P'间的区域，再加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场．调节磁场的强弱，当磁感应强度的大小为B时，亮点重新回到O点．已知极板水平方向的长度为L₁，极板间距为b，极板右端到荧光屏的距离为L₂(如图所示)．

　 (1)求打在荧光屏O点的电子速度的大小。

　 (2)推导出电子的比荷的表达式

解析：（1）当电子受到的电场力与洛伦兹力平衡时，电子做匀速直线运动，亮点重新回复到中心O点，设电子的速度为，则　……①

得　……②　　　　　即　 ……③

（2）当极板间仅有偏转电场时，电子以速度进入后，竖直方向作匀加速运动，加速度为

……④

电子在水平方向作匀速运动，在电场内的运动时间为　……⑤

这样，电子在电场中，竖直向上偏转的距离为　……⑥

离开电场时竖直向上的分速度为　……⑦

电子离开电场后做匀速直线运动，经t₂时间到达荧光屏　……⑧

t₂时间内向上运动的距离为　　……⑨

这样，电子向上的总偏转距离为　 ……⑩

可解得　……11

五、以原子的夸克模型立意

例6（04年天津理综17）：中子内有一个电荷量为的上夸克和两个电荷量为的下夸克，一简单模型是三个夸克都在半径为的同一圆周上，如图4所示。图5给出的四幅图中，能正确表示出各夸克所受静电作用力的是（　　）

图4

图5

解析：由库仑定律和力的合成知识可知，D选项正确

例7（04年广西理综13）：已经证实，质子、中子都是由上夸克和下夸克的两种夸克组成的，上夸克带电为，下夸克带电为，e为电子所带电量的大小，如果质子是由三个夸克组成的，且各个夸克之间的距离都为,,试计算质子内相邻两个夸克之间的静电力（库仑力）

解析：质子带电为+e，所以它是由2个上夸克和1个下夸克组成的，按题意，三个夸克必位于等边三角形的三个顶点处，如图6所示。

上夸克与上夸克之间的静电力应为

……①

代入数值，得=46N，为斥力。

上夸克与下夸克之间的静电力为　 ……②

代入数值，得=23N，为引力。

　 六、以科技中的新技术成果立意

例8（2004上海物理11）：利用扫描隧道显微镜（STM）可以得到物质表面原子排列的图象，从而可以研究物质的构成规律，下面图7的照片是一些晶体材料表面的STM图象，通过观察、比较，可以看到这些材料都是由原子在空间排列而构成的，具有一定的结构特征，则构成这些材料的原子在物质表面排列的共同特点是

图7

（1）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　；

（2）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　；

（3）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　；

解析：仔细观察，不发现构成这些材料的原子在物质表面排列有如下共同特点：在确定方向上原子有规律地排列；在不同方向上原子的排列规律一般不同；

原子排列具有一定对称性等

例9（04年天津理综19）：激光散斑测速是一种崭新的测速技术，它应用了光的干涉原理。用二次曝光照相所获得的“散斑对”相当于双缝干涉实验中的双缝，待测物体的速度与二次曝光时间间隔的乘积等于双缝间距。实验中可测得二次曝光时间间隔、双缝到屏之距离以及相邻两条亮纹间距。若所用激光波长为，则该实验确定物体运动速度的表达式是（　　）

A．　　　　　　　　　　　　　　　　　　B．

C．　　　　　　　　　　　　　　　　　　　D．

解析：设双缝的距离为d，则由题设有……①

双缝到屏之距离以及相邻两条亮纹间距、双缝距离d、光波长为满足

……②

由①、②可解得，故选项B正确。

例10：（04年天津理综25）磁流体发电是一种新型发电方式，图8和图9是其工作原理示意图。图8中的长方体是发电导管，其中空部分的长、高、宽分别为、、，前后两个侧面是绝缘体，上下两个侧面是电阻可略的导体电极，这两个电极与负载电阻相连。整个发电导管处于图9中磁场线圈产生的匀强磁场里，磁感应强度为B，方向如图所示。发电导管内有电阻率为的高温、高速电离气体沿导管向右流动，并通过专用管道导出。由于运动的电离气体受到磁场作用，产生了电动势。发电导管内电离气体流速随磁场有无而不同。设发电导管内电离气体流速处处相同，且不存在磁场时电离气体流速为，电离气体所受摩擦阻力总与流速成正比，发电导管两端的电离气体压强差维持恒定，求：