2025年高中物理知識(shí)競(jìng)賽“我心目中的物理”創(chuàng)意表達(dá)大賽試題（三）一、選擇題（每題3分，共15分）在物理學(xué)發(fā)展史上，許多理論的建立都經(jīng)歷了“提出假設(shè)-實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證-修正完善”的過(guò)程。下列說(shuō)法中體現(xiàn)這一科學(xué)方法的是（）A.牛頓通過(guò)蘋果落地現(xiàn)象直接得出萬(wàn)有引力定律B.麥克斯韋方程組預(yù)言電磁波存在后，赫茲通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)C.愛(ài)因斯坦僅憑思辨提出相對(duì)論，未經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證D.伽利略用理想斜面實(shí)驗(yàn)直接證明自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律2025年4月，我國(guó)“夸父三號(hào)”探測(cè)器進(jìn)入日冕層探測(cè)太陽(yáng)活動(dòng)。若探測(cè)器在距離太陽(yáng)表面高度為R處（R為太陽(yáng)半徑）做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，已知太陽(yáng)質(zhì)量為M，引力常量為G，則探測(cè)器的繞行速度大小為（）A.$\sqrt{\frac{GM}{R}}$B.$\sqrt{\frac{GM}{2R}}$C.$\sqrt{\frac{GM}{4R}}$D.$\sqrt{\frac{GM}{8R}}$如圖所示，在豎直平面內(nèi)固定一個(gè)內(nèi)壁光滑的半圓形管道，直徑AB豎直。將一質(zhì)量為m的小球從A點(diǎn)靜止釋放，小球在管道內(nèi)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)對(duì)管道的壓力大小為（）A.3mgB.5mgC.7mgD.9mg某同學(xué)用智能手機(jī)測(cè)量當(dāng)?shù)刂亓铀俣龋蜷_(kāi)手機(jī)秒表功能，在3層教學(xué)樓窗口讓小鋼球自由下落，同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，小球經(jīng)過(guò)窗口下方4.9m處的廣告牌時(shí)停止計(jì)時(shí)，顯示時(shí)間為0.5s。若忽略空氣阻力，重力加速度g取9.8m/s2，則窗口到廣告牌的實(shí)際距離可能為（）A.1.225mB.4.9mC.8.575mD.12.25m2025年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予對(duì)室溫超導(dǎo)研究做出貢獻(xiàn)的科學(xué)家。若某超導(dǎo)材料在溫度T?以下時(shí)電阻為零，將其制成閉合線圈放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)溫度從T?以上緩慢降至T?以下過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是（）A.線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，且電流逐漸增大B.線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，且電流保持恒定C.線圈中不產(chǎn)生感應(yīng)電流，但磁通量發(fā)生變化D.線圈中不產(chǎn)生感應(yīng)電流，磁通量保持不變二、填空題（每空2分，共20分）物理概念的建立往往體現(xiàn)科學(xué)家的創(chuàng)造性思維。例如______（填物理學(xué)家）在研究黑體輻射時(shí)提出能量量子化假說(shuō)，______（填物理學(xué)家）通過(guò)研究光電效應(yīng)現(xiàn)象進(jìn)一步發(fā)展了量子理論。某同學(xué)用單擺測(cè)量重力加速度，他測(cè)得擺線長(zhǎng)為98.0cm，擺球直徑為2.00cm，完成50次全振動(dòng)的時(shí)間為98.0s，則當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭=______m/s2（保留三位有效數(shù)字）。若該同學(xué)將單擺從地球移到月球表面（g月=1/6g地），則單擺周期變?yōu)樵瓉?lái)的______倍。在“測(cè)定金屬電阻率”的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)采用如圖所示的電路圖，其中Rx為待測(cè)電阻絲。若電流表內(nèi)阻為RA，電壓表內(nèi)阻為RV，當(dāng)滿足______條件時(shí)，測(cè)量值將更接近真實(shí)值。實(shí)驗(yàn)中測(cè)得電阻絲長(zhǎng)度為L(zhǎng)，直徑為d，電阻為R，則電阻率ρ=______（用所測(cè)物理量符號(hào)表示）。2025年5月，我國(guó)成功發(fā)射“愛(ài)因斯坦探針”X射線天文衛(wèi)星，其搭載的探測(cè)器可捕捉天體劇烈爆發(fā)現(xiàn)象。若某天體發(fā)生超新星爆發(fā)，輻射功率為1.0×103?W，忽略輻射能量衰減，在距離該天體1.0×101?m處，每平方米面積每秒接收到的輻射能量為_(kāi)_____J（保留兩位有效數(shù)字）。如圖所示，質(zhì)量為2kg的物塊靜止在水平面上，物塊與地面間動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5?，F(xiàn)用與水平方向成37°角的拉力F=20N拉動(dòng)物塊，2s內(nèi)物塊的位移大小為_(kāi)_____m（sin37°=0.6，cos37°=0.8，g=10m/s2）。此過(guò)程中拉力F的功率隨時(shí)間變化的關(guān)系式為_(kāi)_____。三、實(shí)驗(yàn)探究題（共25分）（一）力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)（12分）某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的新方案，裝置如圖所示：將氣墊導(dǎo)軌傾斜放置，滑塊上固定遮光片，光電門A、B分別固定在導(dǎo)軌上兩點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)步驟如下：①用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光片寬度d=______mm（如圖甲所示）；②用刻度尺測(cè)量A、B兩光電門間距離L；③調(diào)整導(dǎo)軌傾角θ，使滑塊無(wú)初速釋放后能勻速下滑，記錄此時(shí)傾角θ?；④改變傾角至θ（θ>θ?），將滑塊從A點(diǎn)上方靜止釋放，記錄遮光片通過(guò)A、B光電門的時(shí)間t?、t?；⑤重復(fù)步驟④，測(cè)量多組數(shù)據(jù)。回答下列問(wèn)題：（1）完成步驟①中的讀數(shù)，d=mm；（2）寫出計(jì)算滑塊通過(guò)光電門A時(shí)速度的表達(dá)式vA=；（3）若滿足關(guān)系式______（用題中物理量符號(hào)表示），則機(jī)械能守恒定律成立；（4）步驟③的目的是______；（5）若實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)動(dòng)能增加量總是大于重力勢(shì)能減少量，可能的原因是______。（二）電磁學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)（13分）現(xiàn)有以下器材：學(xué)生電源（0-12V可調(diào)）、靈敏電流計(jì)（量程100μA，內(nèi)阻約200Ω）、定值電阻R?=100Ω、滑動(dòng)變阻器（0-20Ω）、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線若干，以及未知電阻Rx（約10kΩ）。要求設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量Rx的阻值，且測(cè)量相對(duì)誤差不超過(guò)5%。（1）畫出實(shí)驗(yàn)電路圖，并說(shuō)明選擇該電路的理由；（2）寫出實(shí)驗(yàn)步驟；（3）推導(dǎo)出Rx的計(jì)算表達(dá)式；（4）若電源電壓存在1%的波動(dòng)，分析此因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。四、理論計(jì)算題（共40分）（一）天體物理綜合題（15分）2025年7月，我國(guó)“嫦娥六號(hào)”探測(cè)器完成月球背面采樣返回任務(wù)。假設(shè)探測(cè)器在月球表面某處以初速度v?豎直上拋一物體，測(cè)得物體上升的最大高度為h。已知月球半徑為R，引力常量為G，不考慮月球自轉(zhuǎn)及空氣阻力。（1）求月球的質(zhì)量M；（2）若探測(cè)器在距月球表面高度為H的圓形軌道上運(yùn)行，求其運(yùn)行周期T；（3）當(dāng)探測(cè)器從軌道高度H降至H/2時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)需做多少功？（探測(cè)器質(zhì)量為m，忽略燃料消耗）（二）電磁學(xué)綜合題（25分）如圖所示，在xOy坐標(biāo)系中，第一象限存在沿y軸正方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)大小E=2.0×103V/m；第四象限存在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T。一質(zhì)量m=1.0×10?1?kg、電荷量q=1.0×10??C的帶正電粒子從坐標(biāo)原點(diǎn)O以初速度v?=2.0×103m/s沿x軸正方向射入電場(chǎng)。（1）求粒子離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的位置坐標(biāo)；（2）求粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑；（3）若在y軸負(fù)半軸上某點(diǎn)固定一負(fù)點(diǎn)電荷Q，粒子進(jìn)入磁場(chǎng)后恰好繞Q做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，求Q的電荷量大??；（4）在第（3）問(wèn)條件下，求粒子從O點(diǎn)出發(fā)到第一次回到O點(diǎn)所經(jīng)歷的總時(shí)間。（靜電力常量k=9.0×10?N·m2/C2）五、物理觀念論述題（30分）主題：物理規(guī)律的對(duì)稱性與和諧美要求：（1）結(jié)合至少三個(gè)物理學(xué)史上的典型案例，闡述對(duì)稱性思想在物理理論建立中的作用；（2）從經(jīng)典物理和近代物理中各選一個(gè)實(shí)例，分析物理規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)形式所體現(xiàn)的和諧美；（3）聯(lián)系2025年物理學(xué)前沿進(jìn)展（如室溫超導(dǎo)、量子計(jì)算等），說(shuō)明對(duì)稱性思想對(duì)當(dāng)代物理研究的指導(dǎo)意義；（4）字?jǐn)?shù)不少于600字，觀點(diǎn)明確，論據(jù)充分，邏輯清晰。六、創(chuàng)意實(shí)踐題（30分）任務(wù)：設(shè)計(jì)“家庭能源優(yōu)化系統(tǒng)”背景：隨著雙碳戰(zhàn)略推進(jìn)，家庭分布式能源系統(tǒng)日益普及。某家庭現(xiàn)有以下設(shè)備：20塊單晶硅太陽(yáng)能電池板（每塊規(guī)格：輸出功率250W，電壓36V，尺寸1m×1.6m）儲(chǔ)能電池組（容量5kWh，輸出電壓220V）家用負(fù)載：冰箱（150W，全天運(yùn)行）、空調(diào)（1500W，每天運(yùn)行8小時(shí)）、照明及其他電器（總功率300W，每天運(yùn)行5小時(shí)）要求：（1）計(jì)算該家庭日均用電量及太陽(yáng)能電池板理論日發(fā)電量（假設(shè)平均日照時(shí)間4小時(shí)）；（2）設(shè)計(jì)太陽(yáng)能電池板的安裝方案（包括安裝傾角、總面積計(jì)算、最佳朝向），并說(shuō)明設(shè)計(jì)依據(jù)；（3）若考慮電池充放電效率80%，分析該系統(tǒng)能否滿足家庭日常用電需求，若不能滿足，提出至少兩種優(yōu)化方案；（4）用物理知識(shí)解釋太陽(yáng)能發(fā)電過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)化鏈條，指出其中的能量損失環(huán)節(jié)及改進(jìn)思路。（注：可配圖說(shuō)明設(shè)計(jì)方案，用必要的公式和計(jì)算支持分析過(guò)程）七、開(kāi)放創(chuàng)新題（35分）情境：“時(shí)間晶體”的奇妙世界2025年3月，美國(guó)加州理工學(xué)院科學(xué)家宣布成功制備出室溫常壓下穩(wěn)定存在的時(shí)間晶體。時(shí)間晶體是一種在時(shí)間維度上具有周期性結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，其原子排列會(huì)隨時(shí)間周期性變化，就像在時(shí)間中不斷重復(fù)的晶體結(jié)構(gòu)。要求：（1）類比空間晶體的性質(zhì)，推測(cè)時(shí)間晶體可能具有哪些獨(dú)特物理