2025年高中物理知識競賽“物理傳播”方案設(shè)計大賽試題（一）一、選擇題（共10題，每題5分，共50分）1.力學(xué)基礎(chǔ)與生活現(xiàn)象某同學(xué)在乘坐高鐵時觀察到窗外的廣告牌“迎面而來”，到達(dá)站臺后又發(fā)現(xiàn)廣告牌“靜止不動”。這兩種現(xiàn)象中，廣告牌的運(yùn)動狀態(tài)描述所選取的參考系分別是（）A.高鐵、地面B.地面、高鐵C.高鐵、站臺D.地面、站臺2.電磁學(xué)與技術(shù)應(yīng)用無線充電技術(shù)已廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)等設(shè)備。其工作原理是通過交變磁場在發(fā)射線圈和接收線圈之間傳遞能量，下列說法正確的是（）A.無線充電利用的是電磁感應(yīng)原理，接收線圈中產(chǎn)生的是直流電B.若發(fā)射線圈中的電流頻率增大，接收線圈兩端的電壓會減小C.金屬障礙物會削弱磁場傳輸效率，是因?yàn)榻饘僦挟a(chǎn)生渦流損耗能量D.無線充電時，發(fā)射線圈和接收線圈之間的距離越大，能量傳輸效率越高3.波動光學(xué)與自然現(xiàn)象2024年4月20日，我國多地觀測到日偏食現(xiàn)象。下列關(guān)于日食的說法錯誤的是（）A.日偏食是由于光的直線傳播形成的，月球位于太陽與地球之間B.觀測日偏食時需佩戴專用濾光鏡，防止視網(wǎng)膜被強(qiáng)光灼傷C.發(fā)生日偏食時，地球大氣層對太陽光的衍射作用會使邊緣呈現(xiàn)彩色條紋D.日偏食過程中，太陽被月球遮擋的區(qū)域在地球上形成的本影區(qū)為圓形4.熱學(xué)與能源開發(fā)某團(tuán)隊設(shè)計了一款基于斯特林循環(huán)的微型發(fā)電裝置，其工作原理如圖所示（示意圖略）。關(guān)于斯特林循環(huán)，下列說法正確的是（）A.斯特林循環(huán)由兩個等溫過程和兩個等壓過程組成B.循環(huán)過程中，氣體從高溫?zé)嵩次盏臒崃咳哭D(zhuǎn)化為機(jī)械能C.若提高高溫?zé)嵩礈囟?，同時降低低溫?zé)嵩礈囟?，循環(huán)效率可接近100%D.與內(nèi)燃機(jī)相比，斯特林發(fā)動機(jī)無需燃料燃燒，可使用太陽能、核能等多種熱源5.近代物理與科技前沿2025年3月，我國“墨子號”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星成功實(shí)現(xiàn)1200公里級星地雙向量子通信。關(guān)于量子通信，下列說法正確的是（）A.量子通信利用量子糾纏原理，兩個糾纏粒子的狀態(tài)在測量前是確定的B.量子密鑰分發(fā)基于“量子不可克隆定理”，可確保信息傳輸?shù)慕^對安全C.量子通信的傳輸速度超過光速，違反了愛因斯坦相對論的光速不變原理D.量子比特的狀態(tài)只能是0或1，與傳統(tǒng)計算機(jī)的二進(jìn)制比特完全相同6.力學(xué)綜合與工程設(shè)計某橋梁工程中使用的斜拉索可簡化為兩端固定的彈性繩，其振動頻率與索長、張力、線密度等因素有關(guān)。若已知某斜拉索的固有頻率為5Hz，下列措施中能使其固有頻率增大的是（）A.增加拉索長度B.減小拉索張力C.更換為密度更大的材料D.在拉索中點(diǎn)安裝質(zhì)量塊7.電磁學(xué)綜合與儀器使用用如圖所示的電路（示意圖略）測量電源電動勢和內(nèi)阻，其中R為滑動變阻器，V為理想電壓表，A為理想電流表。若考慮電流表內(nèi)阻RA的影響，則測量值與真實(shí)值的關(guān)系為（）A.電動勢測量值偏大，內(nèi)阻測量值偏大B.電動勢測量值偏小，內(nèi)阻測量值偏小C.電動勢測量值準(zhǔn)確，內(nèi)阻測量值偏大D.電動勢測量值準(zhǔn)確，內(nèi)阻測量值偏小8.光學(xué)實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)處理某同學(xué)用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測量單色光波長，實(shí)驗(yàn)裝置中雙縫間距d=0.2mm，雙縫到光屏的距離L=1.0m，測量到第1條亮紋與第6條亮紋中心的間距Δx=15mm。則該單色光的波長為（）A.500nmB.600nmC.750nmD.900nm9.熱學(xué)計算與環(huán)境應(yīng)用某教室的容積為200m3，室溫為27℃，大氣壓強(qiáng)為1×10?Pa。若關(guān)閉門窗后，室內(nèi)空氣溫度升高至37℃，且不考慮空氣泄漏，則室內(nèi)空氣質(zhì)量的變化量為（）（已知空氣摩爾質(zhì)量M=29g/mol，阿伏伽德羅常數(shù)NA=6.02×1023mol?1）A.減少約0.6kgB.減少約2.9kgC.增加約0.6kgD.增加約2.9kg10.力學(xué)創(chuàng)新與實(shí)際問題某快遞公司設(shè)計了一款“無人機(jī)快遞投放系統(tǒng)”，無人機(jī)在距離地面20m高處以5m/s的速度水平勻速飛行時釋放包裹。若空氣阻力不計，重力加速度g=10m/s2，則包裹落地時的速度大小為（）A.10m/sB.15m/sC.20m/sD.25m/s二、填空題（共5題，每題6分，共30分）11.天體運(yùn)動與航天工程2025年我國計劃發(fā)射“嫦娥六號”探測器，實(shí)現(xiàn)月球背面采樣返回。已知月球質(zhì)量為M，半徑為R，引力常量為G。若探測器在月球表面附近做勻速圓周運(yùn)動，則其運(yùn)行速度大小為______；若要使探測器脫離月球引力束縛，其最小發(fā)射速度為______。12.波動光學(xué)與材料科學(xué)某透明材料的折射率為√3，一束光從空氣以60°入射角射入該材料，折射角為______；若增大入射角，當(dāng)入射角為______時，折射光線將消失，發(fā)生全反射現(xiàn)象。13.熱學(xué)計算與生活應(yīng)用質(zhì)量為2kg的水從20℃加熱至沸騰（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下），需要吸收的熱量為______J；若使用效率為80%的電熱水器，加熱時間為10分鐘，則電熱水器的功率為______W。（已知水的比熱容c=4.2×103J/(kg·℃)）14.電磁學(xué)計算與設(shè)備參數(shù)某型號手機(jī)電池的容量為4500mAh，標(biāo)稱電壓為3.7V。若該電池以1A的電流放電，可持續(xù)工作______小時；充滿電時儲存的電能為______J。15.近代物理與粒子物理α粒子（氦核）轟擊金箔時，少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，這一現(xiàn)象揭示了原子的______結(jié)構(gòu)；若α粒子與金原子核發(fā)生對心碰撞，已知α粒子質(zhì)量為m，金核質(zhì)量為M（M>>m），碰撞前α粒子速度為v?，碰撞后α粒子的速度大小為______（設(shè)碰撞為彈性碰撞）。三、計算題（共3題，共70分）16.力學(xué)綜合與運(yùn)動分析（20分）如圖所示，質(zhì)量為m=1kg的物塊A靜止在光滑水平面上，與輕質(zhì)彈簧的左端相連，彈簧右端固定在豎直墻壁上。質(zhì)量為M=2kg的物塊B以v?=6m/s的速度向右運(yùn)動，與A發(fā)生彈性碰撞后，A壓縮彈簧至最短，此時彈簧的彈性勢能為E?=12J。已知重力加速度g=10m/s2，求：（1）碰撞后瞬間物塊A的速度大小；（2）彈簧的勁度系數(shù)k；（3）若物塊A與地面間的動摩擦因數(shù)μ=0.2，碰撞后A能將彈簧壓縮的最大距離x。17.電磁學(xué)綜合與能量轉(zhuǎn)化（25分）如圖所示，在垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場中，有一足夠長的U形導(dǎo)軌，導(dǎo)軌間距L=0.5m，電阻不計。質(zhì)量m=0.1kg、電阻R=1Ω的金屬棒ab垂直放置在導(dǎo)軌上，與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)μ=0.1?，F(xiàn)給ab棒施加一個水平向右的恒力F=1N，使其從靜止開始運(yùn)動。已知磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2T，重力加速度g=10m/s2，求：（1）ab棒運(yùn)動的最大速度v?；（2）當(dāng)ab棒的速度v=2m/s時，其加速度a的大?。唬?）從開始運(yùn)動到速度達(dá)到v?的過程中，ab棒產(chǎn)生的焦耳熱Q。18.熱學(xué)與光學(xué)綜合設(shè)計（25分）某科技小組設(shè)計了一款“太陽能溫差發(fā)電裝置”，其核心部件包括：①集熱器：接收太陽輻射，將溫度為T?=300K的空氣加熱至T?=600K；②發(fā)電模塊：基于塞貝克效應(yīng)，當(dāng)兩端溫度差為ΔT時，輸出電壓U=αΔT（α=0.02V/K）；③散熱片：將空氣冷卻至T?后循環(huán)使用。已知集熱器的采光面積S=2m2，太陽輻射功率密度P=1000W/m2，集熱效率η?=50%，發(fā)電模塊的效率η?=20%，空氣的定壓比熱容c?=1000J/(kg·K)。（1）求單位時間內(nèi)通過集熱器的空氣質(zhì)量流量m?（單位：kg/s）；（2）計算發(fā)電模塊的輸出功率P???；（3）若將該裝置用于偏遠(yuǎn)地區(qū)供電，已知某型號LED燈的額定電壓U=12V，額定功率P=3W，求理論上最多可同時點(diǎn)亮的LED燈數(shù)量N。四、實(shí)驗(yàn)與探究題（共2題，共60分）19.力學(xué)實(shí)驗(yàn)與誤差分析（25分）某同學(xué)用“落體法”測量重力加速度，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示（示意圖略）：將打點(diǎn)計時器固定在鐵架臺上，紙帶一端與重錘相連，另一端穿過計時器。接通電源后釋放重錘，得到如圖所示的紙帶（紙帶數(shù)據(jù)略），其中O為起始點(diǎn)，A、B、C、D為連續(xù)的計數(shù)點(diǎn)，相鄰計數(shù)點(diǎn)間的時間間隔T=0.02s。（1）除打點(diǎn)計時器、紙帶、重錘外，還需使用的實(shí)驗(yàn)器材有______（填選項前的字母）；A.天平B.毫米刻度尺C.秒表D.低壓交流電源（2）若測得OA=1.20cm，OB=2.70cm，OC=4.80cm，OD=7.50cm，利用逐差法計算重力加速度g=m/s2（保留三位有效數(shù)字）；（3）實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)測量值比當(dāng)?shù)卣鎸?shí)值偏小，可能的原因是（寫出兩條）；（4）若換用質(zhì)量更大的重錘進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，重力加速度的測量值將______（填“增大”“減小”或“不變”），原因是______。20.電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新設(shè)計（35分）某小組為測量未知電阻Rx的阻值（約為500Ω），設(shè)計了如圖所示的“雙臂電橋”電路（示意圖略），其中R?、R?、R?、R?為已知電阻，G為靈敏電流計。實(shí)驗(yàn)步驟如下：①調(diào)節(jié)R?、R?，使電流計G示數(shù)為零，記錄R?、R?的值；②交換Rx與R?的位置，再次調(diào)節(jié)R?、R?，使電流計示數(shù)為零，記錄新的R?'、R?'的值；③根據(jù)測量數(shù)據(jù)計算Rx。（1）試推導(dǎo)Rx的表達(dá)式（用R?、R?、R?、R?表示）；（2）若第一次測量時R?=100Ω，R?=200Ω，R?=150Ω，第二次測量時R?'=250Ω，R?'=150Ω，計算Rx的值；（3）與伏安法相比，雙臂電橋法測量電阻的優(yōu)點(diǎn)是______；（4）若實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)電流計指針始終偏向一側(cè)，可能的原因是______（寫出兩條）。五、物理傳播方案設(shè)計題（共1題，共50分）21.“物理+生活”科普方案設(shè)計結(jié)合2025年“全國科普日”主題“熱愛科學(xué)，崇尚科學(xué)”，設(shè)計一份面向中學(xué)生的“物理現(xiàn)象與生活