山东省烟台市2019-2020学年高二下学期期末考试物理试卷 Word版含解析

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‎2019—2020学年度第二学期期末学业水平诊断 高二物理 注意事项：‎ ‎1．本试卷分第Ⅰ卷（选择题）和第Ⅱ卷（非选择题）两部分，共100分，时间90分钟。‎ ‎2．第Ⅰ卷每小题选出答案后，用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑；第Ⅱ卷用签字笔直接答在答题卡上对应的答题区域内；写在试题卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。考试结束只交答题卡。‎ 第Ⅰ卷（选择题，共42分）‎ 一、本题共14小题，每小题3分，共42分。在每小题给出的四个选项中，1～7题只有一项符合题目要求，8～14题有多项符合题目要求。全部选对的得3分，选对但不全的得2分，有选错或不选的得0分。‎ ‎1.下列说法中，能够发生且不违背热力学第二定律的是（　　）‎ A. 一杯热茶自然放置，茶会自动变得更热 B. 电冰箱正常工作时把箱内低温物体的热量传递到箱外高温物体 C. 只要对蒸汽机不断革新，它就可以把蒸汽的内能全部转化成机械能 D. 利用降低海水温度放出大量的热量来发电，从而解决能源短缺的问题 ‎【答案】B ‎【解析】‎ ‎【详解】A．热传递具有方向性，热量能自发的从高温物体传到低温物体，故一杯热茶自然放置，茶会自动变得凉，不会自动变得更热，违背热力学第二定律，故A错误；‎ B．电冰箱通电后把箱内低温物体热量传到箱外高温物体，此过程中消耗了电能，所以不违背热力学第二定律，能发生，故B正确；‎ C．蒸汽机的能量损失不可避免，不可能把蒸汽的内能全部转化为机械能，违背了热力学第二定律，不能发生，故C错误；‎ D．利用降低海水温度放出大量的热量来发电，需要消耗更多的其它能量，违背了热力学第二定律，故不能解决能源短缺问题，故D错误。‎ 故选B。‎ - 21 -‎ ‎2.氢原子第n能级的能量为（n=1，2，3…），大量处在n=3能级的氢原子向低能级跃迁过程中，下列说法中正确的是（　　）‎ A. 氢原子的发射光谱为连续谱 B. 会辐射出两种不同频率的光子 C. 由n=2能级跃迁到n=1能级时产生的光子频率最小 D. 辐射出的光子照射逸出功为4.54eV的金属钨，能使其发生光电效应的光子有两种 ‎【答案】D ‎【解析】‎ ‎【详解】A．氢原子的发射光谱为线状光谱，不是连续谱，选项A错误；‎ B．大量处在n=3能级的氢原子向低能级跃迁过程中会辐射出种不同频率的光子，选项B错误；‎ C．由n=3能级跃迁到n=2能级时，能级差最小，则产生的光子频率最小，选项C错误；‎ D．因从2→1和3→1跃迁中的能级差分别为10.2eV和12.09eV，大于金属钨的逸出功，则辐射出的光子照射逸出功为4.54eV的金属钨，能使其发生光电效应的光子有两种，选项D正确。‎ 故选D。‎ ‎3.某时刻LC振荡电路的状态如图所示，下列说法中正确的是（　　）‎ A. 振荡电流i在减小 B. 电容器两板间电压在减小 C. 电场能正在向磁场能转化 D. 电容器极板上的电荷量从零变化到最大值所需的最短时间为π ‎【答案】A ‎【解析】‎ ‎【详解】A．通过图示电流方向，可知电容器在充电，振荡电流减小，故A正确；‎ B．通过图示电流方向，可知电容器在充电，则电容器两板间电压在增大，故B错误；‎ - 21 -‎ C．振荡电流减小，电容器上的电荷量增大，磁场能转化为电场能，故C错误；‎ D．电容器极板上的电荷量从零变化到最大值所需的最短时间为四分之一周期即 故D错误。‎ 故选A。‎ ‎4.在双缝干涉实验中，用波长为5×10-7m的黄光照射双缝。已知两缝间的间距为0.3mm，双缝到光屏的距离为1.2m，光屏上P点到双缝S1和S2的路程差为7.5×10-7m，则下列说法中正确的是（　　）‎ A. P点出现的是亮条纹，相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距为2mm B. P点出现的是暗条纹，相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距为2mm C. P点出现的是亮条纹，相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距为4mm D. P点出现的是暗条纹，相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距为4mm ‎【答案】B ‎【解析】‎ ‎【详解】光屏上P点到双缝S1和S2的路程差为7.5×10-7m，黄光的波长为5×10-7m ，则 为奇数，在P点出现暗条纹，相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距为 B正确，ACD错误。‎ 故选B。‎ ‎5.如图所示，置于水平地面上的斜面上有一个光滑小球被轻绳拴住悬挂在天花板上，整个装置处于静止状态。现将轻绳剪短后重新悬挂，如图中虚线所示，整个装置仍然处于静止状态，则轻绳剪短后比剪断前（　　）‎ A. 轻绳对小球的拉力变小 B. 小球对斜面的压力变大 - 21 -‎ C. 斜面对地面的摩擦力变小 D. 斜面对地面的压力不变 ‎【答案】C ‎【解析】‎ ‎【详解】AB．对斜面上的小球受力分析如图所示 球所受重力为恒力，斜面的支持力方向不变，而剪短绳等效为绳的拉力沿顺时针转动，构成动态平衡，由图解法可知，绳的拉力变大，斜面的支持力变小，由牛顿第三定律可知球对斜面的压力变小，故AB错误； ‎ CD．设斜面的倾角为，对斜面受力分析如图所示 由平衡条件可得 因变小，则变小，则地面的摩擦力变小，由牛顿第三定律可知斜面对地面的摩擦力变小；因变小，夹角不变，可知地面的支持力变小，由牛顿第三定律可得斜面对地面的压力变小；故C正确，D错误。‎ - 21 -‎ 故选C。‎ ‎6.如图所示，三个相同的灯泡与理想变压器相连接，当接上交流电源后，三个电灯均正常发光，导线电阻不计，电源的输出电压U1与副线圈两端的电压U2之比为（　　）‎ A. 1:2 B. 1:1 C. 2:1 D. 3:1‎ ‎【答案】D ‎【解析】‎ ‎【详解】设灯泡正常发光的电流为I，电压为U，则根据题意，三个灯泡都正常发光，副线圈的电流为2I，原线圈的电流为I，副线圈的电压U2=U，原线圈电流与副线圈电流之比为1:2，则变压器的原副线圈电压比为2:1，即变压器的输入电压为2U，所以U1=U+2U=3U，电源的输出电压U1与副线圈两端的电压U2之比为3:1，D正确，ABC错误。‎ 故选D。‎ ‎7.已知中子的质量为mn=1.6749×10－27kg，质子的质量为mp=1.6726×10－27kg，氚核的质量为mT=5.0076×10－27kg，1eV=1.60×10－19J，则氚核的比结合能为（　　）‎ A. 1.10MeV B. 2.19MeV C. 2.78MeV D. 8.33Mev ‎【答案】C ‎【解析】‎ ‎【详解】核反应方程为 该反应的过程中，质量的减小为 该反应释放的核能 氚核的比结合能为 - 21 -‎ 故选C。‎ ‎8.下列说法中正确的是（　　）‎ A. 卢瑟福根据α粒子的散射实验结果提出了原子的核式结构模型 B. 是核聚变反应方程 C. 放射性元素的半衰期随温度的升高而变短 D. 射线是能量很高的电磁波，它的电离作用和穿透能力都很强 ‎【答案】AB ‎【解析】‎ ‎【详解】A．卢瑟福依据α粒子散射实验的现象，提出了原子的核式结构模型，A正确；‎ B．核聚变是质量较轻的核通过核反应转化为质量较大的核，所以方程是核聚变反应方程，B正确；‎ C．放射性物质的半衰期与元素的物理和化学性质都无关，C错误；‎ D．射线是能量很高的电磁波，它的穿透能力都很强，但电离作用很弱，D错误。‎ 故选AB。‎ ‎9.下列说法中正确的是（　　）‎ A. 布朗运动证明，组成固体小颗粒的分子在做无规则运动 B. 相同温度下，氢气和氧气分子热运动的平均动能相同 C. 分子势能一定随着分子间距的增大而增大 D. 细玻璃棒尖端放在火焰上烧熔后变成球形，是表面张力作用的结果 ‎【答案】BD ‎【解析】‎ ‎【详解】A．布朗运动是悬浮在液体中的固体颗粒的无规则运动，不是固体颗粒内分子的无规则运动，A错误；‎ B．温度是分子热运动平均动能的标志，相同温度下，氢气和氧气分子热运动的平均动能相同，B正确；‎ C．当分子作用力表现为斥力时，分子势能随着分子间距的增大而减小，C错误；‎ D．细玻璃棒尖端放在火焰上烧熔后变成球形，是由于表面张力的作用使尖端变成球形，D - 21 -‎ 正确。‎ 故选BD。‎ ‎10.如图所示，发电厂通过升压变压器（图中未画出）升压后向远处输电，输电电压U稳定，两条输电线的总电阻用R1表示，在用户端用降压变压器降压后通过输电线输送给用户，两条输电线的总电阻用R2表示，变阻器R代表用户用电器的总电阻，当用电器增加时，相当于R的阻值减小（滑动片向下移）。如果变压器上的能量损失可以忽略，当用户的用电器增加时，下列说法中正确的是（　　）‎ A. A1示数减小 B. A2示数增大 C. V1示数减小 D. V2示数增大 ‎【答案】BC ‎【解析】‎ ‎【详解】当用户的用电器增加时，则R的阻值减小，则变压器次级电阻减小，则电流变大，即A2示数增大，根据电流比等于匝数倒数比可知，初级电流也变大，A1示数变大，则电阻R1上的电压变大，则由U1=U-UR1可知变压器初级电压减小，即V1示数减小，变压器次级电压减小，而R2电压变大，则电压表V2示数减小，则AD错误，BC正确。‎ 故选BC。‎ ‎11.如图所示为电熨斗构造的示意图，其中温度敏感元件是双金属片，其作用是控制电路的通断。下列说法中正确的是（　　）‎ A. 当温度升高时，双金属片下层的膨胀大于上层 B. 常温下，电熨斗的上下触点是分离的 - 21 -‎ C. 当温度过高时，双金属片向下弯曲 D. 熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，这时调节调温旋钮使调温旋钮下降 ‎【答案】CD ‎【解析】‎ ‎【详解】A．当温度升高时，双金属片向膨胀系数小的发生弯曲，接触点断开，故上层的膨胀大于下层金属片，从而向下弯曲，故A错误；‎ BC．常温下，电熨斗的上下触点是接触的；当温度过高时，双金属片发生弯曲使上下触点分开，起到调温作用，故双金属片向下弯曲，故B错误，C正确；‎ D．熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，即温度较高时，金属片才能离开触点，所以要将调温旋钮旋转下降，保证在温度未达到一定值时，金属片仍与接触点接触。故D正确；‎ 故选CD。‎ ‎12.如图所示，一束由a、b两种频率不同的单色光组成的复色光从空气射入一圆柱形玻璃砖，O点为该玻璃砖截面的圆心，a、b光线经玻璃砖折射后出射到空气中，若a、b光线在玻璃砖中的折射角分别为为θ1和θ2，则a光和b光（　　）‎ A. 若从光密介质射入光疏介质时，a光发生全发射的临界角更大 B. 若分别照射同一狭缝，b光通过狭缝时的衍射现象更明显 C. 在玻璃砖中的传播速度之比为sinθ1:sinθ2‎ D. 从玻璃砖中出射到空气中后，两条光线之间的夹角为2(θ1－θ2)‎ ‎【答案】ACD ‎【解析】‎ ‎【详解】A．根据折射定律，由题图可的a、b光在圆柱形玻璃砖中的折射率为 - 21 -‎ 因为，所以可得。‎ 设a、b光从光密介质射入光疏介质时，发生全发射的临界角为C，则有 所以可得 ，故A正确；‎ B．发生明显衍射现象的条件是：障碍物或孔的尺寸比波长小或与波长相差不大。因为，可得，故照射同一狭缝，a光通过狭缝时的衍射现象更明显，故B错误；‎ C．设光在圆柱形玻璃砖中的速度为v，根据 由题图可得 同理可得 联立求得 ‎ 故C正确；‎ D．把a、b光线反向延长，交于一点，利用几何知识可求得两条光线之间的夹角为2（θ1－θ2），故D正确；‎ 故选ACD。‎ ‎13.如图所示，一定质量的理想气体，由状态A开始，经过状态变化过程，先后到达状态B和状态C，已知状态A的温度TA =300 K，则下列说法中正确的是（　　）‎ - 21 -‎ A. 状态B的温度为400K B. 由A→B过程，气体一定放热 C. 由B→C过程，气体放出的热量小于气体内能的减少量 D. 由A→C过程，气体放出了400J的热量 ‎【答案】AD ‎【解析】‎ ‎【详解】A．根据 可得 解得 TB=400K 选项A正确； ‎ B．由A→B过程，气体温度升高，内能变大，体积减小，外界对气体做功，则气体不一定放热，选项B错误；‎ C．由于AC两态气体温度相同，内能相同，则由B→C过程，气体温度降低，内能减小；体积减小，外界对气体做功，气体放出的热量大于气体内能的减少量，选项C错误；‎ D．由A→C过程，因为AC两态的温度相等，则内能相等，外界对气体做功 则气体放出了400J的热量，选项D正确。‎ 故选AD。‎ ‎14.如图甲所示，一正方形线框abcd绕ab轴在匀强磁场中匀速转动，ab边和磁场垂直，在ab间接一理想电流表，穿过线框的磁通量Φ随时间t按正弦规律变化，如图乙所示。已知线框各边的电阻均为1Ω，则下列说法中正确的是（　　）‎ - 21 -‎ A. 当线框平面与中性面夹角为60°时，线框中感应电动势的瞬时值为2V B. 从图示位置转过90°角的过程中，通过电流表的电荷量为5×10-3C C. 电流表的示数为1A D. 1min内线框中产生的热量为120J ‎【答案】BD ‎【解析】‎ ‎【详解】A．根据图，可知线框的角速度 线框中感应电动势的最大值为 当线框平面与中性面夹角60°时A错误；‎ B．从图示位置转过90°角的过程中，通过电流表的电荷量为B正确；‎ C．电流表的示数为，C错误；‎ D．1min内线框中产生的热量为，D正确。‎ 故选BD。‎ 第Ⅱ卷（非选择题，共58分）‎ 二、本大题共4小题，共20分。把答案填在答题纸中指定位置横线上或按要求作图。‎ ‎15.某实验小组同学在验证力的平行四边形定则时，先将橡皮条的一端固定在铺有白纸的水平木板上，另一端系上带有绳套的两根细绳。实验时，需要两次拉伸橡皮条，一次是通过两根细绳用两只弹簧秤互成角度地拉橡皮条，将橡皮条和细绳的结点拉到位置O，另一次是用一只弹簧秤通过细绳拉橡皮条，将橡皮条和细绳的结点拉到同一位置O。‎ - 21 -‎ ‎(1)实验过程中，下列做法能够减小实验误差的是_______(选填字母代号)‎ A．两细绳必须等长 B．弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行 C．用两弹簧秤同时拉细绳时，两弹簧秤示数之差应尽可能大 D．拉橡皮条的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点相距要远些 ‎(2)在两次拉伸橡皮条的过程中，小组同学沿绳方向用笔作点迹用以记录并描绘拉力的方向，该实验小组同学在完成实验操作后将记录的数据标记在图上，如图所示，请按照图中给出的标度，做出F1、F2、的力的图示_______________，然后根据力的平行四边形定则做出F1和F2的合力F。通过比较和F的大小和方向，该小组同学得到的实验结论是_________。‎ ‎【答案】 (1). BD (2). (3). 在误差允许范围内与相等，即力合成满足平行四边形定则 ‎【解析】‎ ‎【详解】(1)[1]A．通过两细绳用两个弹簧秤互成角度地拉橡皮条时，并非要求两细绳等长，故A错误；‎ B．测量力的实验要求尽量准确，为了减小实验中因摩擦造成的误差，操作中要求弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行，故B正确；‎ C．用两弹簧秤同时拉细绳时弹簧读数没有要求，只要使得两次橡皮条拉伸到一点就行，故C错误；‎ D．为了更加准确的记录力的方向，拉橡皮条的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些，故D正确。‎ - 21 -‎ 故选BD ‎(2)[2]做出F1、F2、的力的图示如图 ‎[3]在误差允许范围内与相等，即力的合成满足平行四边形定则 ‎16.某同学在实验室做“用油膜法估测分子直径的大小”的实验，该同学配备的油酸酒精溶液浓度为每500mL溶液中有纯油酸1mL，用注射器抽取溶液然后缓慢滴出，测得滴出1mL溶液的滴数为100滴，将1滴该溶液滴入撒有痱子粉的水面上，在玻璃板上绘出油膜的轮廓，然后将玻璃板铺在坐标纸上。‎ ‎(1)让油酸尽可能地在水面上散开，则形成的油膜可视为________油膜，这层油膜的厚度可认为等于油酸分子的_______。‎ ‎(2)若油膜的面积约为38500mm2，根据上述数据，估算出油酸分子的直径为________m。（结果保留一位有效数字）‎ ‎【答案】 (1). 单分子 (2). 直径 (3). 5×10-10m ‎【解析】‎ ‎【详解】(1)[1][2]让油酸尽可能地在水面上散开，则形成的油膜可视为单分子油膜，这层油膜的厚度可认为等于油酸分子的直径；‎ ‎(2)[3]一滴油酸酒精溶液中含油酸的体积 若油膜的面积约为38500mm2，根据上述数据，估算出油酸分子的直径为 ‎17.同学们利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时，接通电源使白炽灯正常发光，调整仪器从目镜中可以观察到干涉条纹。‎ - 21 -‎ ‎⑴若想增加从目镜中观察到的条纹个数，下列操作可行的是__________‎ A．将单缝向双缝靠近 B．使用间距更小的双缝 C．将毛玻璃屏向远离双缝的方向移动 D．将毛玻璃屏向靠近双缝的方向移动 ‎⑵若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第1条亮纹中央到第n条亮纹中央间的距离为x，则单色光的波长λ=_________________‎ ‎⑶若只将滤光片去掉，下列说法正确的是________________‎ A．屏上出现彩色衍射条纹，中央是紫色亮纹 B．屏上出现彩色衍射条纹，中央是白色亮纹 ‎ C．屏上出现彩色干涉条纹，中央是白色亮纹 D．屏上出现彩色干涉条纹，中央是红色亮纹 ‎【答案】 (1). D (2). (3). C ‎【解析】‎ ‎【详解】(1)[1]若想增加从目镜中观察到的条纹个数，则必须要减小条纹间距，根据 可知 A．将单缝向双缝靠近，对条纹间距无影响，选项A错误；‎ B．使用间距更小的双缝，则条纹间距变大，选项B错误；‎ C．将毛玻璃屏向远离双缝的方向移动，则条纹间距变大，选项C错误； ‎ D．将毛玻璃屏向靠近双缝的方向移动，则条纹间距变小，选项D正确。‎ ‎(2)[2]条纹间距 根据 - 21 -‎ 可知 ‎(3)[3]若只将滤光片去掉，则将单色光的双缝干涉变成白光的双缝干涉现象，由于白光是复合光，有各种不同频率的光，依据干涉条纹间距公式，那么屏上会出现彩色干涉条纹，中央是白色亮纹，故ABD错误，C正确；‎ 故选C。‎ ‎18.某同学在做“测定玻璃折射率”实验时，在水平桌面上铺放一张白纸，将一横截面是直角三角形的玻璃砖平放在白纸上，并用铅笔将其边缘画在白纸上，得到如图所示的直角三角形ABC，在白纸上作一条垂直于BC边的直线，在该直线上竖直插上P1、P2两颗大头针，然后从玻璃砖的另一个面透过玻璃砖观察P1、P2的像，在白纸上竖直插上P3、P4两颗大头针，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3及P1、P2的像，大头针的位置如图所示。‎ ‎⑴作出该实验完整的光路图______；‎ ‎⑵测得出射光线与AB边的夹角为θ（θ为锐角），测出直角三角形顶角A的角度为α，则该玻璃砖的折射率为____________。‎ - 21 -‎ ‎【答案】 (1). (2). ‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】(1)[1]光路图如图所示；‎ ‎(2)[2]由光路图的几何关系得：‎ 折射角为 入射角为 ‎ ‎ 玻璃的折射率为 三、本题共4小题，共38分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案必须明确写出数值和单位。‎ - 21 -‎ ‎19.如图所示，两个质量相等的小球A、B均可视为质点，两小球通过两根原长相等的轻质弹簧a、b连接，弹簧a的上端固定在天花板上的O点。现用一水平外力作用于小球B上，该系统处于静止状态，此时弹簧b的中心轴线与竖直方向的夹角为，两弹簧的实际长度相等。求 ‎(1)弹簧a与竖直方向夹角θ的正切值；‎ ‎(2)弹簧a、b的劲度系数之比。‎ ‎【答案】(1)；(2)‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】(1)设两小球的质量均为m，对B小球 F=mgtanα 对两小球A、B与弹簧b组成的整体 F=2mgtanθ 解得 tanθ=tan=‎ ‎(2)对B小球，在竖直方向 Fbcos=mg 解得 Fb=2mg 对两小球A、B与弹簧b组成的整体 ‎ Fa==mg 由题意可知，两弹簧的伸长量相等，由胡克定律F=kΔx，可得 ‎ - 21 -‎ ‎=‎ ‎20.如图所示，高度为L、横截面积为S的圆柱形绝热气缸开口端向上竖直放置，其开口端有一个小卡环。气缸内有一质量为m且厚度不计的绝热活塞封闭了n=2mol的氦气，氦气可视为理想气体，其内能的表达式为U=，式中R为已知常量，T为某状态下的热力学温度，不计活塞与气缸内壁之间的摩擦。开始时活塞距气缸底部的距离为，氦气的热力学温度为T0，已知外界大气压强为p0，重力加速度为g。现对氦气缓慢加热，求 ‎⑴活塞刚好到达小卡环位置时，氦气的温度；‎ ‎⑵从开始到活塞刚好到达小卡环位置的过程中，氦气吸收的热量；‎ ‎⑶当把氦气加热到热力学温度为5T0时，氦气的压强。‎ ‎【答案】（1）4T0；（2）9RT0＋(p0S＋mg)；（3）‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】(1)从开始到活塞刚好到达小卡环位置过程中，氦气做等压变化 由盖·吕萨克定律 ‎ ‎ ‎ 有 ‎ ‎ ‎ 解得 T2=4T0‎ ‎(2)由热力学第一定律有 ‎ - 21 -‎ ΔU=W＋Q ‎ 对活塞受力分析有 ‎ p1S =p0S＋mg ‎ W=-p1S(L-)=-(p0S＋mg) ‎ ΔU==9RT0‎ 解得 ‎ Q=9RT0＋(p0S＋mg)　 ‎ ‎(3)当加热到5T0时，氦气的压强为p3，由理想气体状态方程有 ‎ ‎ 解得 ‎ p3=‎ ‎21.我国的光伏产业很发达，街道上的很多电子显示屏，其核心部件是发光二极管。有一种发光二极管，它由半径为R=4mm的半球体介质和发光管芯组成，发光管芯区域是一个圆面，其圆心与半球体介质的球心O重合，圆弧ABC是半球体介质过球心O的纵截面， B为圆弧ABC的中点，D为圆弧BDC的中点，PQ为发光管芯圆面的直径，如图所示。由PQ上的某点发出的一条光线与半径OC的夹角为θ=75°，这条光线经D点后的出射光线平行于半径OB。为使从发光圆面射向半球面上的所有光线都能直接射出，求发光管芯区域圆面的最大面积。（结果保留两位有效数字）‎ ‎【答案】2.5×10-5m2‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】由几何关系得到光线射到D点的入射角 i=30° ‎ 根据折射定 - 21 -‎ 解得 从P或Q点垂直于PQ发出的光线射到球面上的入射角最大，设为α，发光圆面PQ的半径为r 则 设光发生全反射的临界角为C，‎ 则 所有光能直接射出，应满足sinα≤sinC ‎ 解得r≤= ‎ 管芯发光区域面积最大值为 解得 S=2.5×10-5m2‎ ‎22.研究最大尺度的宇宙学理论与研究微观世界的粒子物理、量子理论有密切联系，它们相互沟通、相互支撑。‎ ‎（1）根据量子理论，光子既有能量也有动量，光子的动量，其中h为普朗克常量，λ为光的波长。太阳光照射到地球表面时，如同大量气体分子频繁碰撞器壁一样，会产生持续均匀的“光压力”。现将问题简化，假设太阳光垂直照射到地球上且全部被地球吸收，到达地球的每一个光子的平均能量为E=4×10-19J，每秒钟照射到地球的光子数为N=4.5×1035，已知真空中光速c=3×108m/s。求太阳光对地球的“光压力”；（结果保留一位有效数字）‎ - 21 -‎ ‎（2）目前地球上消耗的能量，追根溯源，绝大部分还是来自太阳内部核聚变时释放的核能，在长期演化过程中，太阳内部的核反应过程非常复杂，我们将其简化为氢转变为氦。已知太阳的质量为M0=2×1030kg，其中氢约占70%，太阳辐射的总功率为P0=4×1026W，氢转变为氦的过程中质量亏损约为1%，1年=3.15×107s。求现有氢中的10%发生聚变需要多少年？（结果保留一位有效数字）‎ ‎【答案】（1）6×108N；（2）年 ‎【解析】‎ ‎【详解】（1）每个光子能量 ‎ 每个光子动量 对于t时间内照射到地球表面被吸收的光子 由动量定理有 ‎-Ft=0－NtP ‎ ‎-Ft=0－Nt ‎ 代入数据可得，太阳光照射到地球表面产生的光压力 F=6×108N ‎ ‎（2）由ΔE=Δmc2可知，每1s太阳因核聚变亏损的质量 现有氢中的10%发生聚变反应而亏损的质量为 M= M0×70%×1%×10%‎ 需要的时间 年 ‎ ‎ - 21 -‎