《高三下学期5月模拟物理试题汇编》专题15 静电场（三）（解析版）

3.0 envi 2025-02-14 15 4 440.69KB 16 页 3知币

侵权投诉

2021 年高考高三下学期 5 月模拟物理试题汇编

专题 15 静电场（三）

1、（2021·北京市海淀区高三下学期 5 月期末）放射性同位素电池具有工作时间长、可靠性高和体积小等

优点，是航天、深海、医学等领域的重要新型电源，也是我国近年重点科研攻关项目。某同学设计了一种

利用放射性元素 β衰变的电池，该电池采用金属空心球壳结构，如图 1所示，在金属球壳内部的球心位置

放有一小块与球壳绝缘的放射性物质，放射性物质与球壳之间是真空的。球心处的放射性物质的原子核发

生β衰变发射出电子，已知单位时间内从放射性物质射出的电子数为 N，射出电子的最小动能为 E1，最大

动能为 E2。在 E1和E2之间，任意相等的动能能量区间 ΔE内的电子数相同。为了研究方便，假设所有射出

的电子都是沿着球形结构径向运动，忽略电子的重力及在球壳间的电子之间的相互作用。元电荷为 e，a和

b为接线柱。

（1）原子核是由质子和中子等核子组成的，说明 β衰变的电子是如何产生的。

（2）求 a、b之间的最大电势差 Um，以及将 a、b短接时回路中的电流 I短。

（3）在 a、b间接上负载时，两极上的电压为 U，通过负载的电流为 I。论证电流大小 I随电压 U变化的关

系，并在图 2中画出 I与U关系的图线。

（4）若电源的电流保持恒定且与负载电阻无关，则可称之为恒流源。请分析负载电阻满足什么条件时该

电源可视为恒流源。

（注意：解题过程中需要用到、但题目没有给出的物理量，要在解题中做必要的说明）

【答案】（1）β衰变的实质是 1个中子转化为 1个质子和 1个电子；（2），；（3）见解

析；（4）0<R≤

【解析】

（1）β衰变的实质是 1个中子转化为 1个质子和 1个电子。或写出核反应方程

（2）根据动能定理有

－eUm = 0－E2

解得 a、b之间的最大电势差

将a、b短接时所有逸出电子都能由球心处

的

放射源到达球壳，故短路电流

（3）①在 0<eU≤E1时，即 0<U≤时，所有的电子都能够飞到球壳上，在单位时间内到达的电荷量为该

电池可以供给的最大电流，此时

②在E1<eU< E2时，即 <U<时，只有动能 E≥eU 的电子才能落到球壳上，这些电子决定了通过负载

的电流（其余电子将在球心与球壳间往复运动，不流过负载）。这些电子数与从放射性物质飞出的总电子

数之比为

因为单位时间发射的电子是按照能量均匀分布的，所以这时通过负载的电流为

③在eU=E2即U=时，电子将无法到达球壳，此时通过负载的电流为零。

综合①②③的分析，可知 I随电压 U变化的伏安特性关系如答图 2所示

（4）当0<U≤时，所有的电子都能够飞到球壳上有

U=IR=NeR

解得

0<R≤

当负载电阻满足 0<R≤时，该电池是恒流源

2、（2021·北京市西城区高三下学期 5 月测试）电场对放入其中的电荷有力的作用。如图所示，带电球 C

置于铁架台旁，把系在丝线上的带电小球 A挂在铁架台的P点。小球 A静止时与带电球 C处于同一水平线

上，丝线与竖直方向的偏角为α。已知 A球的质量为 m，电荷量为+q，重力加速度为g，静电力常量为 k，

两球可视为点电荷。

（1）画出小球 A静止时的受力图，并求带电球 C对小球 A的静电力 F的大小；

文档加载中……请稍候！
如果长时间未打开，您也可以点击刷新试试。

下载文档到电脑，查找使用更方便

3 知币 4人已下载

立即下载

《高三下学期5月模拟物理试题汇编》专题15 静电场（三）（解析版）.docx

共16页,预览5页

还剩页未读，继续阅读

《高三下学期5月模拟物理试题汇编》专题15 静电场（三）（解析版）

相关推荐

开通VIP享超值会员特权

作者详情

相关内容

推荐作者

热门标签

举报选择: