北京市第二中学2020届高三下学期三模物理试题 Word版含解析 21页

‎2020年北京市第二中学选考科目等级性考试适应性测试物理 本试卷共8页，100分。考试时长90分钟。考生务必将答案答在答题卡上，在试卷上作答无效。考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。‎ 第一部分 本部分共14题，每题3分，共42分。在每题列出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项。‎ ‎1.对于分子动理论和物体内能的理解，下列说法正确的是（　　）‎ A. 温度高的物体内能一定大 B. 外界对物体做功，物体内能一定增加 C. 当分子间的距离增大时，分子间的作用力就一直减小 D. 悬浮微粒布朗运动可以间接地反映液体分子运动的无规则性 ‎【答案】D ‎【解析】‎ ‎【详解】A．物体的内能与温度、体积、物质的量等多种因素有关，故A错误；‎ B．外界对物体做功，若物体同时放热，则物体内能不一定增加，故B错误；‎ C．当分子间的距离增加时，分子间引力和斥力都减小，但作用力不一定一直减小，故C错误；‎ D．悬浮微粒的布朗运动可以间接地反映液体分子运动的无规则性，故D正确。‎ 故选D ‎2.关于固体、液体，下列说法正确的是（　　）‎ A. 晶体没有确定的熔点，非晶体有确定的熔点 B. 液晶既具有液体的流动性，又像某些晶体那样具有光学各向异性 C. 表面张力使液体表面具有扩张趋势，使液体表面积趋于最大 D. 发生毛细现象时，细管中的液体只能上升不会下降 ‎【答案】B ‎【解析】‎ ‎【详解】A．晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点，A错误；‎ B．由液晶的性质知它既具有液体的流动性，又像某些晶体那样有光学各向异性，B正确；‎ C．表面张力使液体表面具有收缩的趋势，使液体表面积趋于最小，C错误；‎ D - 21 -‎ ‎．毛细管插入浸润液体中，管内液面上升，高于管外；毛细管插入不浸润液体中，管内液体下降，低于管外，D错误。‎ 故选B。‎ ‎3.下列核反应方程属于人工核转变的是（　　）‎ A. ‎ B. ‎ C. ‎ D. ‎ ‎【答案】C ‎【解析】‎ ‎【详解】A．该方程式是放射性元素释放一个粒子而转变为另一种元素的过程，属于衰变，不符题意，故A错误；‎ B．该方程式属于重核裂变，不符合题意，故B错误；‎ C．该方程式是用快速粒子穿入原子核的内部使原子核转变为另一种原子核的过程，是原子核的人工转变，符合题意，故C正确；‎ D．该方程式是由质量较小的原子，在一定条件下让两个原子核能够发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更大的原子核的过程，属于核聚变，不符合题意，故D错误。‎ 故选C。‎ ‎4.关于光的现象，下列说法正确的是（　　）‎ A. 某单色光从真空射入普通玻璃，光线传播速度将增大 B. 光导纤维传输信号，应用了全反射原理 C. 刮胡须的刀片的影子边缘模糊不清是光的干涉现象 D. 在镜头前加装一个偏振片可以增强入射光的强度。‎ ‎【答案】B ‎【解析】‎ ‎【详解】A．某单色光从真空射入普通玻璃，因为玻璃光密介质，则光线传播速度将减小，选项A错误；‎ B．光导纤维传输信号，应用了全反射原理，选项B正确；‎ C．刮胡须的刀片的影子边缘模糊不清是光的衍射现象，选项C错误；‎ - 21 -‎ D．拍摄玻璃橱窗内的物体时，往往在镜头前加装一个偏振片以减少反射光的透射。故D错误。‎ 故选B。‎ ‎5.如图所示，一定质量的理想气体，从图示A状态开始，经历了B、C状态，最后到D状态，下列判断正确的是（　　）‎ A. A→B过程温度升高，压强不变 B. B→C 过程体积不变，压强变大 C. C→D 过程体积变小，压强不变 D. C→D 过程温度不变，压强变小 ‎【答案】A ‎【解析】‎ ‎【详解】A. 由图示图象可知，一定质量的理想气体，A→B过程气体温度升高，气体的体积V与热力学温度T成正比，由理想气体状态方程（常数）可知，该过程气体压强保持不变，故A正确； B. 由图示图象可知，B→C过程气体体积不变而温度降低，由理想气体状态方程（常数）可知，气体压强减小，故B错误；‎ CD. 由图示图象可知， C→D 过程气体温度不变而体积减小，由理想气体状态方程（常数）可知，气体压强增大，故CD错误。‎ 故选A。‎ ‎6.北斗卫星导航系统为导航系统提供定位数据支持的卫星主要有三类：地球静止轨道卫星（GEO），定点位置在赤道上空；倾斜地球同步卫星（IGSO）；轨道半径小一些的中圆轨道卫星（MEO）。如图所示是一颗地球静止轨道卫星A、一颗倾斜地球同步卫星B和一颗中圆地球轨道卫星C的轨道立体对比示意图，其中卫星 B、C的轨道共面，它们都绕地球做匀速圆周运动，下列判断正确的是（　　）‎ - 21 -‎ A. 卫星C的线速度大于卫星B的线速度 B. 卫星A和卫星B均相对赤道表面静止 C. 中圆地球轨道卫星C比同步卫星A的周期比大 D. 卫星 C 所受的向心力一定大于卫星B所受的向心力 ‎【答案】A ‎【解析】‎ ‎【详解】A．三卫星做圆周运动，都由万有引力提供向心力，由牛顿第二定律可得 解得 由于，半径越小，线速度越大，A正确；‎ B．卫星A相对赤道表面静止，卫星B相对赤道表面不是静止的，B错误；‎ C．三卫星做圆周运动的向心力都由万有引力提供，由牛顿第二定律可得 解得 ‎，半径越大，周期越大，C错误；‎ D．三卫星做圆周运动的向心力都由万有引力提供，有，虽然，但是不知道卫星质量的大小，所以不能判断向心力大小，D错误。‎ 故选A。‎ - 21 -‎ ‎7.将u = 220sin (100p t )V 的电压输入如图所示的理想变压器的原线圈，原副线圈的匝数比为 n1∶n2=55∶1，电阻 R=10 Ω。下列说法正确的是（　　）‎ A. 该交流电的频率为100 Hz B. 闭合开关 S后，电流表的读数为0.22 A C. 闭合开关S后，电阻消耗的电功率为1.6 W D. 断开开关S后，变压器副线圈输出电压为零 ‎【答案】C ‎【解析】‎ ‎【详解】A.根据瞬时值的表达式可知，该交流电的频率为 A错误；‎ B.由瞬时值的表达式可知，原线圈的电压最大值为，所以原线圈的电压的有效值为220V，根据变压器电压关系有 可得 副线圈上的电流为 电流表的读数为原线圈的电流，根据变压器电流关系有 可得 B错误；‎ - 21 -‎ C.电阻消耗的功率为 C正确；‎ D.断开S后，副线圈上没有电流，变压器的输出功率为0，则变压器的输入功率也等于0，所以电流表的读数为0，D错误。‎ 故选C。‎ ‎8. 下图中曲线a、b、c、d为气泡室中某放射物质发生衰变放出的部分粒子的经迹，气泡室中磁感应强度方向垂直纸面向里．以下判断可能正确的是 A. a、b为粒子的经迹 B. a、b为粒子的经迹 C. c、d为粒子的经迹 D. c、d为粒子的经迹 ‎【答案】D ‎【解析】‎ 射线是不带电的光子流，在磁场中不偏转，故选项B错误．粒子为氦核带正电，由左手定则知受到向上的洛伦兹力向上偏转，故选项A、C错误；粒子是带负电的电子流，应向下偏转，选项D正确．故选D．‎ ‎【考点定位】三种放射线的性质、带电粒子在磁场中的运动．‎ ‎9.一列沿着x轴正方向传播的横波，在t=0时刻的波形如图1所示，图1中某质点的振动图像如图2所示。下列说法正确的是（　　）‎ - 21 -‎ A. 该波的波速为4m/s B. 图2表示质点S的振动图像 C. 质点R在t=6s时的位移最大 D. 质点Q经过1s沿x轴正方向移动2m ‎【答案】C ‎【解析】‎ ‎【详解】A．由图1可得，波长为 由图2可得，周期为 则波速为 故A错误；‎ B．根据波沿x轴正方向传播，由图1可得，在时，质点S在平衡位置，向下振动，因此图2与质点S的振动不符，故B错误；‎ C．由于 因此质点R经过6s后处于波谷位置，此时位移最大，故C正确；‎ D．质点不随波的传播而传播，因此质点在y方向上振动，横坐标不变，故D错误。‎ 故选C。‎ ‎10.在倾角为θ的固定光滑斜面上有两个用轻弹簧相连的物块A、B，它们的质量分别为m1和 m2，弹簧劲度系数为 k，C为一固定挡板，系统处于静止状态。现用一平行于斜面向上的拉力拉物块A，使它以加速度 a 沿斜面向上做匀加速运动直到物块B刚要离开挡板C。在此过程中（　　）‎ A. 物块A运动的距离为 B. 拉力的最大值为（m1＋m2）gsin θ - 21 -‎ C. 弹簧的弹性势能持续增大 D. 拉力做功的功率一直增大 ‎【答案】D ‎【解析】‎ ‎【详解】B．系统处于静止状态时，弹簧被压缩，设压缩量为，由平衡条件得 解得 物块B刚要离开挡板C时，弹簧被拉伸，弹簧弹力等于物块B的重力沿斜面方向的分力，设拉伸量为，由 解得 在物块B刚要离开挡板C时，拉力最大，隔离物块A，分析受力，由牛顿第二定律 解得 故B错误；‎ A．物块A在力F作用下沿斜面向上运动直到物块B刚要离开挡板C时，物块A运动的距离为 故A错误；‎ C．由于弹簧原来处于压缩状态，具有弹性势能，在拉力拉物块沿斜面向上运动过程中，弹簧先恢复原长后被拉伸，又具有弹性势能，即弹簧弹性势能先减小后增大，故C错误；‎ D．在拉力拉物块沿斜面向上运动过程中，由于拉力逐渐增大，物块A沿斜面做匀加速运动，速度逐渐增大，根据功率公式P=Fv可知，拉力做功的功率一直增大，故D正确。‎ 故选D。‎ - 21 -‎ ‎11.如图，当电路中滑动变阻器R2的滑动触头P向下滑动时，下列判断正确的是（　　）‎ A. 电压表的读数减小 B. R1消耗的功率增大 C. 电容器C两端的电压增大 D. 电容器C两极板上的电量变小 ‎【答案】C ‎【解析】‎ ‎【详解】A．当滑动变阻器的滑动触头向下滑动时，变阻器在电路中的电阻值增大，外电路的总电阻增大，电源的电动势和内阻不变，故总电流变小，则路端电压增大，电压表的读数增大，A错误；‎ B．由A知电路的总电流减小，两端电压减小，故 消耗的功率减小，B错误； ‎ C．路端电压增大，与串联，两端电压增大，电容器两端的电压增大，C正确； ‎ D．由得可知，电容不变，电压变大，电容器的电量变大， D错误。‎ 故选C。 ‎ ‎ ‎ ‎12.如图，光滑平行金属导轨固定在水平面上，左端由导线相连，导体棒垂直静置于导轨上构成回路。在外力F作用下，回路上方的条形磁铁竖直向上做匀速运动。在匀速运动过程中外力F做功WF，磁场力对导体棒做功W1，磁铁克服磁场力做功W2，重力对磁铁做功WG，回路中产生的焦耳热为Q，导体棒获得的动能为Ek。则下列表达式错误的是（　　）‎ A. W1=Ek B. W1=Q C. W2－W1=Q D. WF＋WG=Ek＋Q ‎【答案】B - 21 -‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】AB．根据动能定理，合外力对导体棒做的功等于导体棒获得的动能，导体棒在水平方向上只受磁场力的作用，所以磁场力对导体棒做的功等于导体棒获得的动能，即 A正确，不符合题意，B错误，符合题意；‎ C．根据功能转化及能量守恒可知，磁铁克服磁场力做的功等于导体棒获得的动能与导体棒、导轨、导线组成的电路获得的能量，即 整理得 C正确，不符合题意；‎ D．磁铁向上匀速运动，对磁铁根据动能定理有 又 因此有 D正确，不符合题意 故选B。‎ ‎13.1905年，爱因斯坦把普朗克的量子化概念进一步推广，成功地解释了光电效应现象，提出了光子说。在给出与光电效应有关的四个图像中，下列说法正确的是（　　）‎ A. 图1‎ - 21 -‎ 中，当紫外线照射锌板时，发现验电器指针发生了偏转，说明锌板带正电，验电器带负电 B. 图2中，从光电流与电压的关系图像中可以看出，电压相同时，光照越强，光电流越大，说明遏止电压和光的强度有关 C. 图3中，若仅知道电子电量e和截止频率，可求得普朗克常量h D. 图 4中，由光电子最大初动能 Ek与入射光频率 的关系图像可知该金属的逸出功为E或hνc ‎【答案】D ‎【解析】‎ ‎【详解】A．当紫外线照射锌板时，发现验电器指针发生了偏转，仅仅能说明验电器带电；发生光电效应后锌板带正电，所以验电器也带正电，故A错误；‎ B．图2中，从光电流与电压的关系图象中可以看出，电压相同时，光照越强，光电流越大，说明饱和光电流与光的强度有关，不能说明遏止电压和光的强度有关，故B错误；‎ C．根据 解得 当时频率为截止频率，则有 解得，由于不知道逸出功，故仅知道电子电量e和截止频率，无法求出普朗克常量h，故C错误；‎ D．根据光电效应方程 当时，由图象知纵轴截距-E，所以，即该金属的逸出功E；图线与轴交点的横坐标是，该金属的逸出功，故D正确。‎ 故选D。‎ ‎14.2020年5月27‎ - 21 -‎ 日，珠峰高程测量登山队成功登顶世界第一高峰珠穆朗玛峰。他们将在峰顶竖立觇标，安装 GNSS天线，开展各项峰顶测量工作。本次珠峰高程测量将采用多种方法进行，其中一种重要的方法是重力测量，需要测定珠峰区域不同位置的重力加速度。‎ 利用原子物质波干涉进行高精度重力加速度测量是当今众多测量手段的佼佼者，实验前先采用激光制冷手段制备一团冷原子（热运动速率极小），然后让冷原子在真空系统中自由下落，同时设法对冷原子的物质波进行干涉，通过对干涉条纹信息的分析和推演，可以获得精确的重力加速度数值，一般而言，冷原子物质波的波长越长，测量的精度越高。‎ 重力加速度的数值越精确，其实用价值越大，比如质量的自然基准确定，就需要数值精确的重力加速度值，“国际千克原器”标准已于 2019年5月20 日起被废止，质量基准（1千克）改用普朗克常数重新定义。应用“机械功率和电功率相等”的思想设计出的瓦特天平可以获得关于质量的更准确地数值。结合上述信息和所学习的知识，下列说法正确的是：‎ A. 珠穆朗玛峰顶重力加速度的数值应该大于珠峰山脚处的重力加速度值 B. 激光制冷的目的是减小原子团的动量，使其物质波长变短 C. 由于“国际千克原器”标准被废弃，国际基本单位制中的质量单位不再是“千克”‎ D. 应用瓦特天平测定质量的基本原理公式可能是 ‎【答案】D ‎【解析】‎ ‎【详解】A. 重力加速度的表达式为 由此可知，珠穆朗玛峰顶重力加速度的数值应该小于珠峰山脚处的重力加速度值，故A错误；‎ B. 激光制冷的目的是利用大量光子阻碍原子运动使其减速，从而降低了物体的温度，故B错误；‎ C. “国际千克原器”标准被废弃，改用普朗克常数重新定义，是为了质量基准（1千克）更精确，故C错误；‎ D. 应用“机械功率和电功率相等”的思想设计出的瓦特天平，满足 所以，获得关于质量的更准确地数值为 - 21 -‎ 故D正确。‎ 故选D。‎ 第二部分 本部分共6题，共58分。‎ ‎15.如图1为“探究影响感应电流方向的因素”的实验装置，所用电流表指针偏转方向与电流方向间的关系为：当电流从“+”接线柱流入电流表时，指针向右偏转。‎ ‎(1)将条形磁铁按如图1方式S极向下插入螺线管时，发现电流表的指针向右偏转。螺线管的绕线方向如图2所示。请在图2中标出螺线管中的感应电流方向_______。‎ ‎(2)经分析可得出结论：当穿过螺线管的磁通量增加时，感应电流产生的磁场与条形磁铁的磁场方向____（填“相同”或“相反”）。‎ ‎(3)接上面的(1)，将条形磁铁从螺线管中抽出时，电流表的指针向____（填“左”或“右”）偏转。‎ ‎【答案】 (1). (2). 相反 (3). 左 ‎【解析】‎ ‎【详解】(1)[1]根据电流表指针偏转方向与电流方向间关系为：当电流从正极接线柱流入电流表时，指针向右偏转可知，线圈中电流方向为从B流向A，如图所示 - 21 -‎ ‎(2)[2]S极向下插入螺线管时，线圈中磁通量增大，根据产生的电流方向，由右手定则可判断出产生的感应电流的磁场与原磁场方向相反。‎ ‎(3)[3]将条形磁铁从螺线管中抽出时，穿过线圈的磁通量减小，根据楞次定律，感应电流的磁通量应与原磁场方向相同向下，阻碍磁通量的减小，根据安培定则可判断，线圈中感应电流方向从A到B，即向左，则电流表的指针方向向左。‎ ‎16.某同学利用如图所示的实验装置，进行“研究平抛运动的特点”实验。‎ ‎(1)实验需要用到的测量工具有____‎ A．秒表 B．打点计时器 C．刻度尺 D．天平 ‎(2)以下是实验过程中的一些做法，其中合理的有____。‎ A．安装斜槽轨道，使其末端保持水平 B．调整木板，使之与小球下落的竖直面平行 C．每次小球应从同一位置由静止释放 D．用折线连接描绘的点得到小球的运动轨迹 ‎(3)通过描点画出平抛小球的运动轨迹，以平抛起点O为坐标原点，沿水平方向、竖直方向分别建立坐标轴，如图所示。经测量，点 P的坐标为（30，45）（单位cm），小球从抛出点 O运动 到点 P 所用的时间 t =____s，小球平抛运动的初速度 v0=____m/s。（取重力加速度 g=10m/s2）‎ - 21 -‎ ‎(4)该同学在轨迹上取若干个点，测量它们的水平坐标 x和竖直坐标 y，作出 y-x2图像，下列四个图像中正确的是____。‎ A． B． C． D． ‎ 请结合平抛运动运动的特点，说明判断依据：________。‎ ‎【答案】 (1). C (2). ABC (3). 0.3 (4). 1 (5). C (6). 见解析 ‎【解析】‎ ‎【详解】(1)[1]在画出的平抛运动的轨迹上，用刻度尺测出水平位移和竖直下落的高度就能复算出平抛的初速度，因此只需要刻度尺就可以，故选C。‎ ‎(2)[2]A．由于小球做平抛运动，因此斜槽末端一定调整水平，A正确；‎ B．调整木板与小球下落的平面平行，方便将运动轨迹上的点描到白纸上，B正确；‎ C．小球每次必须从同一位置静止下落，才能保证小球每次平抛的初速度相等，C正确；‎ D．用平滑的曲线连接描绘的点，得到小球的运动轨迹，D错误。‎ 故选ABC。‎ ‎(3)[3][4]由于平抛运动水平方向为匀速直线运动，坚直方向为自由落体运动，则 解得 ‎，‎ ‎ (3)[5][6]将①②两式联立得 由于y与x2成正比，因此y-x2图像是一条过坐标原点的直线，故选C。‎ - 21 -‎ ‎17.如图所示，轨道ABC被竖直地固定在水平桌面上，A距水平地面高 H = 0.75 m，C 距水平地面高 h = 0.45 m。一质量 m = 0.10kg的小物块 a 自 A 点从静止开始下滑，在 C点与质量同样为 m = 0.10kg 的小物块 b 发生碰撞并粘在一起以 vC=1.0m/s 的水平速度飞出后落在地面上的D点。不计空气阻力，取 g = 10 m/s2，求：‎ ‎(1)C、D两点的水平距离为x；‎ ‎(2)a、b碰撞过程中相互作用力的冲量大小I；‎ ‎(3)小物块a从A点运动到C点的过程中克服摩擦力做的功Wf。‎ ‎【答案】(1)0.3m/s；(2)0.1Ns；(3)0.10J ‎【解析】‎ ‎【详解】(1)从C到D，根据平抛运动规律，竖直方向 水平方向 解得 ‎(2)碰撞过程对物块b应用动量定理 解得 ‎(3)设小物块a到达C点时的速度大小为v，碰撞过程对物块a、b应用动量守恒 从A到C，根据动能定理 - 21 -‎ 联立解得小物块a克服摩擦力做功 ‎18.如图，足够长的平行光滑金属导轨水平放置，宽度L=0.5m，一端连接R=3Ω的电阻。导轨所在空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度B=2T。导体棒MN放在导轨上，其长度恰好等于导轨间距，与导轨接触良好。导轨和导体棒的电阻均可忽略不计。在平行于导轨的拉力F作用下，导体棒沿导轨向右匀速运动，速度v=6m/s。求：‎ ‎(1)感应电动势E和感应电流I；‎ ‎(2)在0.1s时间内，拉力所做的功WF；‎ ‎(3)若仅将MN换为电阻r=1Ω的导体棒，仍使其在外力作用下以v=6m/s的速度向右做匀速运动，求此时导体棒两端的电压U。‎ ‎【答案】(1)6V；2A；(2)1.2J；(3)4.5V ‎【解析】‎ ‎【详解】(1)由法拉第电磁感应定律可得，感应电动势 E=BLv=6V 感应电流 ‎(2)拉力大小等于安培力大小 F=BIL=2.0N 拉力做功 ‎(3)由闭合电路欧姆定律可得，电路中电流 由欧姆定律可得，导体棒两端电压 - 21 -‎ ‎19.如图所示为磁流体发电机的原理图。金属板M、N之间的距离为d=20cm，磁场的磁感应强度大小为B=5T，方向垂直纸面向里。现将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的微粒，整体呈中性）从左侧喷射入磁场，发现在M、N两板间接入的额定功率为P=100W的灯泡正常发光，且此时灯泡电阻为R=100Ω，不计离子重力和发电机内阻，且认为离子均为一价离子：‎ ‎(1)判断M、N两金属板哪端电势高，并求该发电机的电动势大小；‎ ‎(2)试求等离子体从左侧喷入磁场时的速度大小；‎ ‎(3)为使灯泡正常放光，需要每秒钟有多少个离子打在金属板N上。‎ ‎【答案】(1)M电势高，100V；(2)100m/s；(3)‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】(1)根据左手定则可知，射入的等离子体中正离子将向金属板M偏转，负离子将向金属板N偏转，因此金属板M电势高；设电源的输出电压为U，则 不考虑发电机的内阻，得 E=U=100V ‎(2)由 解得 v=100m/s ‎(3)每秒钟经过灯泡L的电荷量 Q=It 而 - 21 -‎ 所以每秒钟打在金属板N上的离子个数为 ‎20.火箭发动机是火箭系统的核心装备，传统的火箭发动机将燃料的化学能转化为机械能，主要用于助推火箭升空。而在太空中各类航天器和卫星在校正位置、转移轨道时，多数采用的是将电能转化为机械能的电推力火箭发动机。电推力火箭发动机工作原理与工作细节非常复杂，高中阶段我们可以进行合理简化进行讨论。‎ ‎(1)设某个以化学燃料提供动力的火箭飞行时在极短的时间∆t内喷射燃气的质量是∆m， 喷出的燃气相对喷气前火箭的速度大小是 u，喷出燃气后火箭的质量是 m。请你计算在经过该次喷气后火箭增加的速度∆v，并根据计算结果简述火箭本身质量对火箭加速性能的影响。‎ ‎(2)某种航天器采用静电式离子推力器作为动力，其原理可简化如下：如图所示，核心装置左侧的电子枪发射出的高速电子将中性推进剂（如氙气原子）电离，电离后的正离子被正、负极栅板间的强电场加速后与中和电子枪导出的电子重新中和成为高速粒子流并被喷出，从而使航天器获得推进或姿态调整的反冲力。‎ 已知单个正离子的质量为m，电荷量为q，正、负极栅板间加速电压为U，从正、负栅极加速后的正离子所形成的等效电流为I。忽略离子间的相互作用力和电子能量的影响，且认为粒子喷射时航天器质量不变。试求该发动机产生的平均推力的大小 ‎(3)2020年1月，我国首款20千瓦大功率电磁式霍尔推力器成功完成点火试验，实现了我国霍尔电推力器推力从毫牛级向牛级的跨越。‎ - 21 -‎ 下图是某霍尔推力器的基本原理图，霍尔推力器的电离区和加速区是合一的。其工作原理简化如下：推力器的辅助装置将右侧阴极逸出（初速度极小）的一部分电子送入由轴向电场和环形径向磁场构成的放电工作室中，电子在洛伦兹力和电场力的共同作用下向左螺旋加速，与进入放电室的中性推进剂原子发生碰撞使其电离；正离子的质量较大，它在磁场中的偏转角度很小，其运动可视为在轴向电场力的作用下向右加速，出放电室后高速正离子与阴极导出的电子中和并被高速喷出，推进器由于反冲获得推进动力。‎ 设单位时间内进入放电工作室的电子总数为N，加速后每个电子获得的能量均为E0，与中性推进剂发生碰撞的电子数占总电子数的 80%，推进剂被电离后形成一价正离子，轴向电场加速区的电压大小保持不变，且环形径向磁场的分布稳定，其余辅助装置消耗的电能占总供电能量的 10%，请根据以上情景提供的信息，求供电系统在单位时间内提供的电能 E。‎ ‎【答案】(1)；上式表明，在喷射质量Δm和喷射速度u确定时，火箭质量m越小，火箭获得的速度增量△v越大（该表述反之亦成立）；(2)；(3)2NE0‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】(1)以喷气前的火箭为参考系，根据动量守恒定律 解得 上式表明，在喷射质量Δm和喷射速度u确定时，火箭质量m越小，火箭获得的速度增量△v越大（该表述反之亦成立）‎ ‎(2)以正离子为研究对象，由动能定理得 由动量定理得，正离子所受的平均冲量 联立得 - 21 -‎ 根据牛顿第三定律可知，发动机产生的平均推力 ‎(3)设加速电压人小为U0，每个电子加速过程 eU0=E0‎ 每个正离子加速过程增加的能量 ‎△E=eU0‎ 即 ‎△E=E0‎ 单位时间内 E-10%E=NE0+80%N·△E 解得 E=2NE0‎ - 21 -‎