2025年高二物理上學(xué)期物理與智慧城市試題一、選擇題（每題4分，共40分）智能交通系統(tǒng)中，路口闖紅燈抓拍設(shè)備的核心光學(xué)元件是（）A.凹透鏡B.凸透鏡C.平面鏡D.三棱鏡解析：抓拍設(shè)備通過凸透鏡成像原理實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離車輛圖像的清晰聚焦，其工作原理與照相機(jī)鏡頭相同，利用物距大于二倍焦距時成倒立縮小實(shí)像的規(guī)律。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為智慧城市提供定位服務(wù)，其信號傳播方式屬于（）A.超聲波B.次聲波C.電磁波D.機(jī)械波解析：北斗系統(tǒng)通過地球同步衛(wèi)星發(fā)射電磁波信號，利用電磁波在真空中的傳播速度（3×10?m/s）實(shí)現(xiàn)實(shí)時定位，不受天氣和障礙物影響。某智慧社區(qū)采用太陽能路燈，已知路燈功率為30W，每天工作10小時，每月（30天）消耗的電能為（）A.9kW·hB.90kW·hC.0.9kW·hD.900kW·h解析：電能計算公式為W=Pt，代入數(shù)據(jù)得W=0.03kW×10h×30=9kW·h，體現(xiàn)能量守恒定律在可再生能源利用中的應(yīng)用。智能電表通過檢測電流和電壓計算電功率，其測量依據(jù)的公式是（）A.P=UIB.P=I2RC.P=U2/RD.P=W/t解析：智能電表內(nèi)部集成電流互感器和電壓傳感器，實(shí)時測量家庭電路中的電流（I）和電壓（U），利用P=UI直接計算瞬時功率，再累計得到總電能。智慧城市物聯(lián)網(wǎng)感知層中，溫度傳感器的工作原理涉及（）A.電磁感應(yīng)B.熱電效應(yīng)C.光電效應(yīng)D.楞次定律解析：常用的熱電偶傳感器利用兩種不同金屬導(dǎo)體的熱電效應(yīng)，當(dāng)溫度變化時，回路中產(chǎn)生與溫度差成正比的熱電勢，實(shí)現(xiàn)溫度的精確測量。5G基站為智慧醫(yī)療提供高速數(shù)據(jù)傳輸，其電磁波波長約為（）A.0.1mmB.10cmC.1mD.10m解析：5G通信使用3.5GHz頻段，根據(jù)c=λf，計算得λ=3×10?m/s÷3.5×10?Hz≈0.086m，即8.6cm，與10cm最接近，體現(xiàn)電磁波波長與頻率的反比關(guān)系。智能停車場的自動道閘系統(tǒng)中，電動機(jī)帶動欄桿升降，其能量轉(zhuǎn)化過程是（）A.電能→機(jī)械能B.機(jī)械能→電能C.電能→內(nèi)能D.內(nèi)能→機(jī)械能解析：電動機(jī)利用通電線圈在磁場中受力轉(zhuǎn)動的原理工作，將電能直接轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)道閘的自動化控制，效率可達(dá)80%以上。智慧環(huán)保監(jiān)測系統(tǒng)中，噪聲傳感器測量的是聲音的（）A.音調(diào)B.響度C.音色D.頻率解析：噪聲傳感器通過麥克風(fēng)將聲波轉(zhuǎn)化為電信號，測量的是聲音的響度（聲強(qiáng)級），單位為分貝（dB），反映聲音的強(qiáng)弱程度。某小區(qū)的人臉識別門禁系統(tǒng)，攝像頭的焦距為5cm，人臉到鏡頭的距離應(yīng)滿足（）A.u<5cmB.5cm<u<10cmC.u>10cmD.u=5cm解析：攝像頭成像原理與照相機(jī)相同，需滿足物距u>2f（焦距f=5cm），即u>10cm，此時成倒立縮小的實(shí)像，便于特征提取和比對。智慧城市的應(yīng)急供電系統(tǒng)采用鉛酸蓄電池，其充電過程中發(fā)生的能量轉(zhuǎn)化是（）A.化學(xué)能→電能B.電能→化學(xué)能C.電能→熱能D.機(jī)械能→電能解析：充電時，蓄電池作為用電器，將外部電路的電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存起來，放電時則相反，遵循能量守恒定律。二、填空題（每空3分，共30分）智能水表通過水流帶動內(nèi)部葉輪轉(zhuǎn)動，將機(jī)械運(yùn)動轉(zhuǎn)化為電信號，其原理與______（填“發(fā)電機(jī)”或“電動機(jī)”）相同。答案：發(fā)電機(jī)解析：葉輪轉(zhuǎn)動切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流，屬于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，與發(fā)電機(jī)原理一致，實(shí)現(xiàn)流量到電信號的轉(zhuǎn)換。北斗系統(tǒng)定位一輛行駛中的汽車，若衛(wèi)星信號傳播時間為0.06s，則汽車與衛(wèi)星的距離為______km（已知c=3×10?m/s）。答案：18解析：距離s=ct=3×10?m/s×0.06s=1.8×10?m=18km，體現(xiàn)勻速直線運(yùn)動公式在電磁波傳播中的應(yīng)用。某智慧路燈的太陽能電池板輸出電壓為12V，輸出電流為5A，其輸出功率為______W。答案：60解析：功率P=UI=12V×5A=60W，反映太陽能轉(zhuǎn)化為電能的即時效率。智能安防系統(tǒng)中的紅外報警器，利用物體向外輻射______（填“紅外線”或“紫外線”）的特性進(jìn)行人體檢測。答案：紅外線解析：一切物體都在輻射紅外線，且溫度越高輻射越強(qiáng)，紅外傳感器通過檢測人體輻射的紅外線實(shí)現(xiàn)入侵報警。5G通信的下載速率可達(dá)1Gbps（1Gbps=10?bit/s），若下載一個2GB的文件（1GB=8×10?bit），理論上需要______s。答案：16解析：時間t=數(shù)據(jù)量÷速率=（2×8×10?bit）÷10?bit/s=16s，體現(xiàn)信息傳播速率與數(shù)據(jù)量的關(guān)系。智慧建筑中的電梯配重系統(tǒng)，利用______原理平衡轎廂重量，減少電動機(jī)能耗。答案：杠桿平衡解析：配重與轎廂通過定滑輪連接，滿足F?L?=F?L?時系統(tǒng)平衡，此時電動機(jī)只需克服摩擦力做功，能耗降低50%以上。智能燃?xì)獗硗ㄟ^檢測燃?xì)鈮毫ψ兓瘉碛嬃坑昧?，其單位“立方米”對?yīng)的物理量是______。答案：體積解析：燃?xì)庾鳛闅怏w燃料，以體積（m3）為計量單位，利用理想氣體狀態(tài)方程pV=nRT可換算為質(zhì)量或能量。智慧城市的“數(shù)字孿生”技術(shù)中，三維建模需要測量建筑物的長、寬、高，這些物理量的基本單位分別是______、、。答案：米（m）、米（m）、米（m）解析：長度的國際單位是米，三維建模的空間坐標(biāo)均以米為基準(zhǔn)，確保數(shù)字模型與物理實(shí)體的尺度一致性。智慧交通的ETC系統(tǒng)通過微波通信實(shí)現(xiàn)車輛識別，微波屬于______（填“電磁波”或“機(jī)械波”）。答案：電磁波解析：ETC使用5.8GHz微波頻段，通過車載標(biāo)簽與路側(cè)單元之間的電磁波雙向通信，完成身份驗(yàn)證和扣費(fèi)，通信距離約10米。三、計算題（共20分）智能充電樁為電動汽車充電，已知電池容量為60kW·h，充電電壓為220V，充電電流為30A，忽略能量損失，求：（1）充電功率；（2）充滿電所需時間。解答：（1）充電功率P=UI=220V×30A=6600W=6.6kW；（5分）（2）時間t=W/P=60kW·h÷6.6kW≈9.09h。（5分）解析：該過程體現(xiàn)恒定電流電路中電能的計算，實(shí)際充電過程中電流會隨電池SOC（荷電狀態(tài)）變化，此處為理想狀態(tài)下的簡化模型。某智慧社區(qū)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，葉片長度為5m，空氣密度為1.2kg/m3，風(fēng)速為10m/s，若風(fēng)的動能有20%轉(zhuǎn)化為電能，求：（1）單位時間內(nèi)通過葉片掃過面積的空氣質(zhì)量；（2）發(fā)電機(jī)的電功率。解答：（1）葉片掃過面積S=πr2=π×(5m)2≈78.5m2；單位時間內(nèi)空氣體積V=Sv=78.5m2×10m/s=785m3/s；空氣質(zhì)量m=ρV=1.2kg/m3×785m3/s≈942kg/s；（5分）（2）風(fēng)的動能E?=?mv2=?×942kg/s×(10m/s)2=47100J/s=47100W；電功率P=ηE?=20%×47100W=9420W=9.42kW。（5分）解析：該題結(jié)合流體力學(xué)與能量轉(zhuǎn)化，展示可再生能源利用中的效率問題，實(shí)際中風(fēng)力發(fā)電機(jī)效率受風(fēng)速、葉片角度等多種因素影響。四、綜合應(yīng)用題（共20分）深圳某智慧園區(qū)采用“光伏發(fā)電+儲能+微電網(wǎng)”系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)能源自給自足。已知光伏板總面積為1000m2，光電轉(zhuǎn)換效率為20%，當(dāng)?shù)仄骄栞椛鋸?qiáng)度為1000W/m2，儲能電池容量為500kW·h，微電網(wǎng)電壓為380V。（1）計算光伏板的最大輸出功率；（2）若園區(qū)平均用電功率為200kW，僅靠光伏發(fā)電能否滿足需求？若不能，儲能電池可補(bǔ)充供電多久？（3）從能量守恒角度分析，陰雨天時儲能電池的能量來源。解答：（1）光伏板接收的總功率P?=1000m2×1000W/m2=1×10?W=1000kW；輸出功率P=ηP?=20%×1000kW=200kW；（5分）（2）園區(qū)平均用電功率200kW與光伏最大輸出功率相等，理論上可滿足需求；但實(shí)際中受晝夜變化影響，夜間需儲能供電，儲能時間t=500kW·h÷200kW=2.5h；（5分）（3）陰雨天時，儲能電池的能量來源于晴天光伏發(fā)電的盈余電能，通過充電過程將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存，放電時再轉(zhuǎn)化為電能，整個過程能量總量保持不變，符合能量守恒定律。（10分）解析：該題綜合考查太陽能利用、能量轉(zhuǎn)化效率及儲能技術(shù)，體現(xiàn)物理學(xué)在新能源系統(tǒng)設(shè)計中的核心作用，同時涉及實(shí)際應(yīng)用中的晝夜互補(bǔ)問題。五、實(shí)驗(yàn)探究題（共20分）為測量智慧教室中LED燈的實(shí)際功率，某同學(xué)設(shè)計了如下實(shí)驗(yàn)方案：實(shí)驗(yàn)器材：多用電表（電壓擋、電流擋）、LED燈（額定電壓220V）、開關(guān)、導(dǎo)線若干。（1）畫出實(shí)驗(yàn)電路圖；（2）寫出實(shí)驗(yàn)步驟；（3）若測量時電壓表示數(shù)為210V，電流表示數(shù)為0.1A，計算LED燈的實(shí)際功率，并分析測量值與額定功率的差異原因。解答：（1）電路圖：LED燈與電流表串聯(lián)，電壓表并聯(lián)在LED燈兩端，開關(guān)串聯(lián)在干路；（5分）（2）實(shí)驗(yàn)步驟：①斷開開關(guān)，按電路圖連接電路，確保電壓表量程選“250V”擋，電流表量程選“0.5A”擋；②閉合開關(guān)，讀取電壓表讀數(shù)U和電流表讀數(shù)I；③根據(jù)P=UI計算實(shí)際功率；④重復(fù)測量3次，取平均值。（8分）（3）實(shí)際功率P=UI=210V×0.1A=21W；差異原因：實(shí)際電壓（210V）低于額定電壓（220V），導(dǎo)致實(shí)際功率小于額定功率，符合P=U2/R（R為LED燈電阻