2025年高中物理知識競賽“國際物理交流”活動(dòng)設(shè)計(jì)大賽試題（一）一、選擇題（共10題，每題4分，共40分）（單選與多選混合，每題至少有一個(gè)正確選項(xiàng)）國際空間站軌道力學(xué)國際空間站（ISS）繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，軌道高度約400km。若某時(shí)刻空間站突發(fā)微小姿態(tài)調(diào)整，發(fā)動(dòng)機(jī)短暫反向噴氣后恢復(fù)原速。以下說法正確的是（）A.噴氣瞬間空間站加速度減小B.調(diào)整后空間站軌道周期不變C.若噴氣方向垂直于運(yùn)動(dòng)方向，軌道將變?yōu)闄E圓D.空間站內(nèi)宇航員所受重力提供向心力跨文化物理單位比較歷史上不同文明曾使用獨(dú)特的物理單位：古埃及用“腕尺”（約0.523m）測量金字塔高度，中國古代用“斤”（約0.5kg）計(jì)量質(zhì)量。若將一物體從地球移至火星（g火星=3.71m/s2），以下物理量不發(fā)生變化的是（）A.以腕尺計(jì)量的長度B.以斤計(jì)量的質(zhì)量C.物體的重力勢能D.物體下落的加速度電磁學(xué)與國際通信海底光纜通過光信號傳遞信息，其外層包裹鋁制屏蔽層以防止電磁干擾。若光纜某處屏蔽層破損，海水（導(dǎo)電介質(zhì)）進(jìn)入后形成閉合回路，在地球磁場中隨洋流運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。已知地磁場豎直分量B=5×10??T，破損處回路面積S=0.02m2，洋流速度v=1m/s，回路平面與磁場垂直，則感應(yīng)電動(dòng)勢大小約為（）A.1×10??VB.5×10??VC.2×10??VD.0V光學(xué)與國際地標(biāo)法國埃菲爾鐵塔高324m，某日正午陽光與地面夾角60°，鐵塔陰影邊緣出現(xiàn)彩色光帶。下列分析正確的是（）A.光帶外側(cè)為紅光，內(nèi)側(cè)為紫光B.陰影長度為324×√3mC.若用相同裝置在赤道地區(qū)觀測，光帶寬度不變D.光帶形成是光的衍射現(xiàn)象熱學(xué)與全球氣候北極冰蓋融化導(dǎo)致海平面上升，本質(zhì)是固態(tài)冰轉(zhuǎn)化為液態(tài)水的過程。已知冰的熔化熱λ=3.34×10?J/kg，海水密度ρ=1.02×103kg/m3。若1km3的冰完全融化，忽略溫度變化，海平面上升高度Δh約為（）A.0.6mB.0.9mC.1.2mD.1.5m近代物理與國際合作歐洲核子研究中心（CERN）的質(zhì)子對撞實(shí)驗(yàn)中，質(zhì)子被加速至0.99c（c為光速）。此時(shí)質(zhì)子的相對論質(zhì)量m與靜止質(zhì)量m?的關(guān)系為（）A.m=7m?B.m=10m?C.m=14m?D.m=20m?力學(xué)綜合與奧運(yùn)會(huì)項(xiàng)目2024年巴黎奧運(yùn)會(huì)跳水比賽中，運(yùn)動(dòng)員從10m跳臺(tái)豎直下落，入水后受水的平均阻力為重力的3倍。忽略空氣阻力，運(yùn)動(dòng)員入水深度d約為（）A.2.5mB.5mC.7.5mD.10m波動(dòng)光學(xué)與國際時(shí)間同步全球定位系統(tǒng)（GPS）衛(wèi)星通過電磁波校準(zhǔn)時(shí)間。若衛(wèi)星信號頻率f=1.575GHz，地面接收器相對衛(wèi)星以v=3km/s遠(yuǎn)離，則接收到的頻率f'為（）A.1.575GHz-15.75kHzB.1.575GHz+15.75kHzC.1.575GHz-31.5kHzD.1.575GHz+31.5kHz天體物理與國際深空探測美國“毅力號”火星車測得火星表面重力加速度g=3.72m/s2，火星半徑R=3390km。若在火星表面發(fā)射一顆近地衛(wèi)星，其環(huán)繞速度v約為（）A.2.1km/sB.3.5km/sC.5.0km/sD.7.9km/s物理史與科學(xué)家貢獻(xiàn)以下國際科學(xué)家與其成就對應(yīng)正確的有（）A.牛頓（英國）——萬有引力定律B.麥克斯韋（英國）——電磁感應(yīng)定律C.愛因斯坦（德國）——光電效應(yīng)方程D.玻爾（丹麥）——量子力學(xué)波動(dòng)方程二、填空題（共5題，每題6分，共30分）國際單位制與物理常數(shù)普朗克常數(shù)h=6.626×10?3?J·s，光速c=3×10?m/s，電子電荷量e=1.6×10?1?C。則能量子ε=hν（ν為頻率）的單位可表示為______；若某光子波長λ=500nm，其能量約為______eV（保留兩位小數(shù)）。流體力學(xué)與國際航運(yùn)巴拿馬運(yùn)河船閘利用連通器原理調(diào)節(jié)水位，閘室長300m、寬33m、水深12m。若將閘室內(nèi)水位從海拔26m降至海平面（0m），重力做功W=______J（海水密度ρ=1.02×103kg/m3，g=9.8m/s2，結(jié)果用科學(xué)計(jì)數(shù)法表示）。電磁感應(yīng)與新能源丹麥風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片長60m，轉(zhuǎn)速n=15r/min，垂直切割地磁場水平分量B=0.2×10??T。葉片端點(diǎn)線速度v=______m/s，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢E≈______V（保留一位小數(shù)）。熱力學(xué)與環(huán)境保護(hù)日本福島核電站核廢水處理中，采用蒸發(fā)法濃縮放射性物質(zhì)。已知水的比熱容c=4.2×103J/(kg·℃)，1kg水從20℃加熱至100℃需吸熱______J；完全蒸發(fā)需額外吸熱______J（水的汽化熱L=2.26×10?J/kg）。相對論與星際旅行若宇宙飛船以0.8c速度前往距離地球4光年的α星，地球上觀測所需時(shí)間為______年；飛船內(nèi)宇航員觀測所需時(shí)間為______年。三、計(jì)算題（共4題，共80分）1.力學(xué)綜合：國際空間站對接（20分）俄羅斯“聯(lián)盟號”飛船與國際空間站對接前，在半徑r?=6800km的圓形軌道運(yùn)行，空間站在半徑r?=6850km的同一平面軌道。已知地球質(zhì)量M=5.98×102?kg，引力常量G=6.67×10?11N·m2/kg2。（1）求飛船與空間站的線速度大小v?、v?；（8分）（2）為實(shí)現(xiàn)對接，飛船需在A點(diǎn)沿切線方向短時(shí)加速，進(jìn)入橢圓轉(zhuǎn)移軌道，遠(yuǎn)地點(diǎn)B恰好與空間站軌道相切。求轉(zhuǎn)移軌道的半長軸a及周期T；（6分）（3）若飛船在A點(diǎn)加速后的速度增量Δv=0.1km/s，計(jì)算燃料消耗質(zhì)量Δm（燃料噴射速度u=3km/s，飛船總質(zhì)量m?=7000kg，忽略引力變化）。（6分）2.電磁學(xué)：跨國高壓輸電（20分）中國與老撾合作建設(shè)的500kV高壓輸電線路，全長1000km，電阻R=2Ω/km，輸送功率P=1000MW。（1）若采用500kV電壓輸電，求輸電電流I及線路損耗功率P損；（6分）（2）若改用±800kV特高壓直流輸電，對比損耗功率減少量ΔP；（6分）（3）已知老撾居民用電電壓220V，輸電線路末端變壓器原副線圈匝數(shù)比n?:n?=2000:11，求副線圈輸出電流I?及變壓器效率η（假設(shè)損耗僅來自線路電阻）。（8分）3.光學(xué)與天文觀測（20分）美國哈勃望遠(yuǎn)鏡主鏡直徑D=2.4m，焦距f=57.6m，觀測距離地球L=2000光年的恒星。（1）計(jì)算望遠(yuǎn)鏡最小分辨角θ（用弧度表示，可見光波長λ=550nm，瑞利判據(jù)θ=1.22λ/D）；（5分）（2）若恒星發(fā)出波長λ=656.3nm的氫原子光譜線，因多普勒效應(yīng)紅移至λ'=656.5nm，判斷恒星相對地球的運(yùn)動(dòng)方向，并計(jì)算徑向速度v；（7分）（3）估算望遠(yuǎn)鏡對該恒星的成像尺寸d（忽略大氣擾動(dòng)）。（8分）4.熱學(xué)與新能源應(yīng)用（20分）德國某太陽能電站采用拋物面聚光鏡加熱工質(zhì)，聚光面積S=10?m2，太陽能輻射功率密度I=1000W/m2，光電轉(zhuǎn)換效率η?=20%，再通過內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，效率η?=30%。（1）求電站輸出功率P；（5分）（2）若將輸出功率用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車，車重m=1500kg，阻力f=0.02mg，求最大行駛速度v；（7分）（3）已知標(biāo)準(zhǔn)煤熱值q=3×10?J/kg，計(jì)算該電站每年（365天）可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤質(zhì)量M。（8分）四、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題（共20分）主題：測量不同國家硬幣的密度與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量提供器材：電子天平（精度0.01g）、游標(biāo)卡尺（精度0.02mm）、秒表、斜面（傾角可調(diào)）、坐標(biāo)紙、橡皮泥（質(zhì)量可忽略）。（1）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，測量一枚2025年版中國1元硬幣的密度ρ，寫出實(shí)驗(yàn)步驟及數(shù)據(jù)處理公式；（8分）（2）若將硬幣視為均勻圓盤，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測量其繞中心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I，要求說明實(shí)驗(yàn)原理并推導(dǎo)出I的表達(dá)式（用可測量物理量表示）；（8分）（3）對比美國quarter美元硬幣（直徑24.26mm，厚度1.75mm，質(zhì)量5.67g）與中國1元硬幣（直徑25mm，厚度1.85mm，質(zhì)量6.05g）的密度差異，分析可能原因。（4分）五、綜合論述題（共20分）主題