2025年高考物理“物理建?！背醪綉?yīng)用試題一、選擇題（共4題，每題6分）1.智能家居場景建模某品牌掃地機(jī)器人采用慣性導(dǎo)航技術(shù)，其運(yùn)動可簡化為如下模型：在水平地面上，機(jī)器人從靜止開始做勻加速直線運(yùn)動，加速度大小為0.5m/s2，持續(xù)2s后改為勻速運(yùn)動，5s后遇到障礙物立即以1m/s2的加速度剎車直至停止。已知機(jī)器人質(zhì)量為3kg，與地面間的動摩擦因數(shù)為0.1，g取10m/s2。下列說法正確的是（）A.勻速運(yùn)動階段機(jī)器人所受牽引力為3NB.整個運(yùn)動過程的位移為8.5mC.剎車階段地面對機(jī)器人的摩擦力做正功D.從啟動到停止，機(jī)器人的機(jī)械能增加量等于牽引力做的功解析：模型構(gòu)建：將機(jī)器人運(yùn)動分解為勻加速、勻速、勻減速三個階段，忽略轉(zhuǎn)向和避障的復(fù)雜動作，抽象為質(zhì)點(diǎn)的直線運(yùn)動模型。關(guān)鍵分析：勻速階段牽引力與摩擦力平衡，摩擦力f=μmg=3N，故牽引力F=3N，A正確；位移計(jì)算：勻加速階段x?=0.5×0.5×22=1m，勻速階段x?=1×5=5m（v=at=1m/s），剎車階段x?=12/(2×1)=0.5m，總位移6.5m，B錯誤；剎車階段摩擦力與運(yùn)動方向相反，做負(fù)功，C錯誤；機(jī)械能增加量等于牽引力做功與摩擦力做功的代數(shù)和，D錯誤。2.新能源汽車能量建模某電動汽車電池容量為60kWh，充電時電源輸出電壓為220V，充電電流恒定為30A。假設(shè)充電效率為90%，汽車行駛時的平均能耗為0.15kWh/km，忽略電池自放電。下列說法正確的是（）A.充滿電所需時間約為10小時B.充電過程中電源輸出功率為6.6kWC.電池充滿后可行駛里程為360kmD.充電時電池將電能全部轉(zhuǎn)化為化學(xué)能解析：模型構(gòu)建：將充電過程簡化為恒定電流做功模型，能量轉(zhuǎn)化效率=電池存儲能量/電源輸出能量。關(guān)鍵計(jì)算：電源輸出功率P=UI=220×30=6600W=6.6kW，B正確；電源輸出能量W=Pt，電池存儲能量W'=ηW=60kWh，解得t=60/(0.9×6.6)≈10.1小時，A正確；行駛里程s=60/0.15=400km，C錯誤；充電效率90%，說明10%能量轉(zhuǎn)化為熱能，D錯誤。3.智能穿戴設(shè)備運(yùn)動建模某智能手環(huán)可記錄用戶跑步時的步頻（每分鐘步數(shù)）和步幅（每步距離）。若某用戶以步頻180步/分鐘、步幅0.8m跑步，其跑步過程可視為勻速直線運(yùn)動，腳與地面的接觸時間為0.2s。下列說法正確的是（）A.跑步速度為2.4m/sB.每步運(yùn)動時間為0.5sC.與地面接觸時的平均沖擊力等于體重D.跑步時克服重力做功的功率為體重×2.4m/s解析：模型構(gòu)建：將跑步簡化為周期性的單步運(yùn)動，步頻f=180步/分鐘=3步/秒，步幅L=0.8m，速度v=fL=2.4m/s，A正確；每步時間T=1/f=1/3≈0.33s，B錯誤；跑步時支撐腿受到的沖擊力大于體重（需提供加速度），C錯誤；重力方向與位移垂直，不做功，D錯誤。4.環(huán)境監(jiān)測傳感器建模某森林火災(zāi)監(jiān)測儀通過監(jiān)測煙霧顆粒對激光的散射來報(bào)警。如圖所示，激光束與水平方向成θ角入射，煙霧顆粒視為直徑d=10μm的球體，其密度ρ=2.5×103kg/m3，折射率n=1.5。若不計(jì)空氣阻力，顆粒在重力和空氣浮力作用下做勻速直線運(yùn)動，其沉降速度v=k√d（k為常數(shù)）。下列說法正確的是（）A.顆粒所受重力與浮力大小相等B.激光穿過顆粒后，折射角一定小于θC.顆粒質(zhì)量約為1.3×10?13kgD.若d增大為原來2倍，沉降速度變?yōu)樵瓉怼?倍解析：模型構(gòu)建：將顆粒視為球體，沉降過程中重力、浮力、阻力三力平衡，抽象為勻速直線運(yùn)動模型。關(guān)鍵計(jì)算：質(zhì)量m=ρ·(4/3)π(d/2)3≈2.5×103×4.19×10?21≈1.05×10?1?kg，C錯誤；勻速時重力=浮力+阻力，A錯誤；激光從空氣（n=1）射入顆粒（n=1.5），折射角小于入射角，但θ為入射方向與水平夾角，與折射角大小無關(guān)，B錯誤；由v=k√d，d增大2倍時v變?yōu)椤?倍，D正確。二、非選擇題（共3題，共66分）5.力學(xué)綜合建模（20分）題目：如圖所示，快遞分揀系統(tǒng)中，傾斜傳送帶與水平方向夾角θ=37°，以v?=2m/s的速度順時針勻速轉(zhuǎn)動?，F(xiàn)將質(zhì)量m=1kg的包裹（可視為質(zhì)點(diǎn)）從傳送帶底端無初速釋放，包裹與傳送帶間的動摩擦因數(shù)μ=0.5，傳送帶長度L=5m。已知sin37°=0.6，cos37°=0.8，g=10m/s2。（1）判斷包裹在傳送帶上的運(yùn)動狀態(tài)（是否全程加速或先加速后勻速）；（2）求包裹到達(dá)頂端時的速度大小；（3）求包裹與傳送帶間因摩擦產(chǎn)生的熱量。解析：模型構(gòu)建：包裹在傾斜傳送帶上的運(yùn)動，需分析摩擦力方向與相對運(yùn)動關(guān)系，可能存在“先加速后勻速”或“全程加速”兩種情境。過程分析：（1）受力分析：沿斜面方向，重力分力G?=mgsinθ=6N，摩擦力f=μmgcosθ=4N（方向沿斜面向上，因包裹初速度小于傳送帶速度）。加速度a=(f-G?)/m=(4-6)/1=-2m/s2（負(fù)號表示沿斜面向上），即包裹沿斜面向上做勻加速運(yùn)動。假設(shè)加速至與傳送帶共速，所需時間t=v?/a=1s，位移x=0.5at2=1m＜5m，故包裹先加速1s至2m/s，后勻速運(yùn)動4m。（2）勻速階段：位移x?=L-x?=4m，時間t?=x?/v?=2s，到達(dá)頂端時速度為2m/s。（3）摩擦生熱：加速階段傳送帶位移x帶=v?t?=2m，相對位移Δx?=x帶-x?=1m；勻速階段無相對滑動，Δx?=0?？偀崃縌=f·Δx?=4×1=4J。6.電磁學(xué)應(yīng)用建模（22分）題目：某無線充電底座簡化模型如圖所示，初級線圈（原線圈）接u=220√2sin100πt（V）的交流電源，匝數(shù)n?=1100匝，次級線圈（副線圈）與手機(jī)電池相連，匝數(shù)n?=55匝。已知充電時手機(jī)電流I=2A，電壓U=5V，線圈電阻及漏磁忽略不計(jì)。（1）求原線圈輸入電流的有效值；（2）若手機(jī)電池容量為4000mAh，充滿電需1.5小時，求充電效率；（3）若在原線圈電路中串聯(lián)一個理想二極管（單向?qū)щ姡?，分析副線圈輸出電壓的變化。解析：模型構(gòu)建：理想變壓器模型，能量關(guān)系P?=P?/η（η為效率），二極管導(dǎo)致交流電半波整流。關(guān)鍵計(jì)算：（1）電壓比：U?/U?=n?/n?→U?=U?n?/n?=220×55/1100=11V（U?為有效值220V）。輸入功率P?=P?=UI=5×2=10W，原線圈電流I?=P?/U?=10/220≈0.045A。（2）電池能量：W=UIt=5×4A×3600s=72000J，輸入能量W?=P?t=10×5400=54000J，效率η=W/W?=72000/54000≈133%（數(shù)據(jù)矛盾，修正：應(yīng)為輸入功率P?=U?I?=220×0.045≈10W，電池能量W=5V×4A×3600s=72000J，充電時間t=W/(UI)=72000/(5×2)=7200s=2h，若題目中1.5h為實(shí)際時間，則η=72000/(10×5400)=133%，說明題目數(shù)據(jù)可能存在誤差，合理計(jì)算即可）。（3）二極管作用：原線圈電流變?yōu)閱蜗蛎}動電流，副線圈輸出電壓為半波整流后的脈動直流電，有效值降低。7.創(chuàng)新情境建模（26分）題目：2025年4月，我國成功發(fā)射“夸父二號”太陽探測器，其攜帶的磁層成像儀需在太空中展開一個半徑R=1m的圓形線圈，線圈平面與地球磁場垂直，地磁磁感應(yīng)強(qiáng)度B=3×10??T。假設(shè)線圈展開過程中，半徑從0均勻增大到R，歷時t=10s，線圈電阻r=0.1Ω。（1）求線圈展開過程中產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動勢；（2）計(jì)算通過線圈某截面的電荷量；（3）若線圈展開后繞垂直于磁場的軸以ω=2rad/s勻速轉(zhuǎn)動，寫出感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式。解析：模型構(gòu)建：將線圈展開過程抽象為半徑隨時間均勻變化的動態(tài)過程，轉(zhuǎn)動時視為交流發(fā)電機(jī)模型。關(guān)鍵計(jì)算：（1）平均電動勢：E=ΔΦ/Δt=B·ΔS/Δt=B·(πR2-0)/t=3×10??×3.14×1/10≈9.42×10??V。（2）電荷量：q=ΔΦ/r=BπR2/r≈3×10??×3.14/0.1≈9.42×10??C。（3）瞬時電動勢：最大值E?=BSω=BπR2ω≈3×10??×3.14×2≈1.88×10??V，表達(dá)式e=E?sinωt=1.88×10??sin2t（V）。三、選考題（12分，任選一題作答）8.物理建模在工程中的應(yīng)用題目：高鐵軌道減振系統(tǒng)中，每個鋼軌支點(diǎn)下安裝有剛度k=2×10?N/m的彈簧，列車通過時彈簧壓縮量x=5mm。若列車質(zhì)量m=400t，共有80個支點(diǎn)，忽略鋼軌質(zhì)量，求：（1）彈簧對列車的總支持力；（2）列車通過時，每個彈簧的彈性勢能；（3）若列車速度v=300km/h，分析彈簧減振的原理。解析：模型構(gòu)建：將列車視為質(zhì)點(diǎn)，彈簧系統(tǒng)為并聯(lián)彈簧組，總剛度K=80k=1.6×10?N/m。關(guān)鍵計(jì)算：（1）總支持力F=Kx=1.6×10?×0.005=8×10?N=mg（驗(yàn)證：400t=4×10?kg，mg=4×10?N，此處數(shù)據(jù)矛盾，應(yīng)為x=250mm時F=4×10?N，需注意實(shí)際問題中參數(shù)合理性）。（2）彈性勢能E?=0.5kx2=0.5×2×10?×(0.005)2=0.25J。（3）原理：彈簧通過形變吸收振動能量，再緩慢釋放，減小軌道沖擊（能量轉(zhuǎn)化模型）。四、建模思想總結(jié)2025年高考物理試題通過真實(shí)情境（如快遞分揀、無線充電、航天探測）考查建模能力，核心步驟包括：情境簡化：忽略次要因素（如空氣阻力