2025年高中物理知識(shí)競(jìng)賽“物理創(chuàng)新成果”展示大賽（報(bào)告筆試部分）試題（一）一、選擇題（每題4分，共20分）航天科技情境2025年我國(guó)載人登月任務(wù)中，登月艙在月球表面著陸前經(jīng)歷“懸停-緩降”過(guò)程。已知月球重力加速度為地球的1/6，登月艙質(zhì)量為2.4噸，懸停時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)推力方向豎直向上，緩降階段加速度大小為0.5m/s2。下列說(shuō)法正確的是（）A.懸停時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)推力為4×103NB.緩降時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)推力為2.2×10?NC.若緩降高度為10m，則下落時(shí)間為√(40)sD.著陸瞬間的動(dòng)量大小為2.4×10?kg·m/s新能源應(yīng)用某新型太陽(yáng)能電池板的光電轉(zhuǎn)換效率為22%，其受光面積為1.5m2，在標(biāo)準(zhǔn)陽(yáng)光下（光強(qiáng)1000W/m2）工作1小時(shí)。若將產(chǎn)生的電能全部用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車，已知電動(dòng)車電機(jī)效率為80%，車重1.2噸，行駛時(shí)所受阻力為車重的0.05倍，則電動(dòng)車可行駛的距離約為（）A.1.0kmB.1.8kmC.2.5kmD.3.2km量子科技在粒子對(duì)撞實(shí)驗(yàn)中，兩個(gè)動(dòng)能均為E的質(zhì)子相向運(yùn)動(dòng)并發(fā)生彈性碰撞。已知質(zhì)子靜質(zhì)量為m?，光速為c，相對(duì)論動(dòng)能公式為E=mc2-m?c2。碰撞后系統(tǒng)總能量與動(dòng)量大小分別為（）A.2m?c2+2E，0B.2m?c2，2√(E2+2Em?c2)/cC.2m?c2+2E，2√(E2+2Em?c2)/cD.2m?c2，0光學(xué)儀器某相位對(duì)比顯微鏡通過(guò)檢測(cè)光程差實(shí)現(xiàn)透明生物樣本成像，其核心部件為相位板。若樣本折射率為1.35，厚度為2μm，入射光波長(zhǎng)550nm，當(dāng)光垂直穿過(guò)樣本后，光程差與相位差分別為（）A.700nm，2π×1.27B.700nm，2π×0.63C.350nm，2π×1.27D.350nm，2π×0.63熱學(xué)工程某航天器熱控系統(tǒng)使用氨作為工質(zhì)，在300K時(shí)氨的飽和蒸氣壓為1.0×10?Pa，汽化熱為1.3×10?J/kg。若系統(tǒng)需在1分鐘內(nèi)帶走2.6×10?J熱量，則每秒蒸發(fā)的氨質(zhì)量約為（）A.0.33gB.3.3gC.33gD.330g二、填空題（每題6分，共30分）天體力學(xué)2025年發(fā)射的“小行星探測(cè)器”進(jìn)入圍繞近地小行星（質(zhì)量M=2×1012kg，半徑R=500m）的圓軌道，軌道高度為200m。探測(cè)器質(zhì)量為500kg，其在軌運(yùn)行周期為_(kāi)_____s，若要進(jìn)入半徑為800m的圓軌道，需消耗燃料的最小能量為_(kāi)_____J（引力常量G=6.67×10?11N·m2/kg2）。電磁感應(yīng)如圖1所示，U形導(dǎo)軌置于磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，導(dǎo)軌間距0.4m，金屬棒ab質(zhì)量0.1kg，電阻1Ω，在外力作用下以v=2m/s的速度向右勻速運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)軌左端接有C=1000μF的電容器，不計(jì)導(dǎo)軌電阻，穩(wěn)定時(shí)電容器帶電量為_(kāi)_____C，外力功率為_(kāi)_____W。波動(dòng)光學(xué)用波長(zhǎng)600nm的單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，雙縫間距0.2mm，光屏距雙縫1.5m。若將裝置放入折射率1.33的水中，干涉條紋間距變?yōu)開(kāi)_____mm；若在其中一縫后插入厚度5μm的透明薄片（n=1.5），條紋將向______（填“左”或“右”）移動(dòng)______條。熱力學(xué)某斯特林熱機(jī)工作于300K與800K熱源間，工質(zhì)為1mol氦氣（等容摩爾熱容Cv=3R/2）。循環(huán)過(guò)程中，等溫膨脹階段吸熱2000J，等溫壓縮階段放熱______J，熱機(jī)效率為_(kāi)_____%（R=8.31J/mol·K，結(jié)果保留整數(shù)）。相對(duì)論效應(yīng)宇宙飛船以0.8c速度遠(yuǎn)離地球，飛船向地球發(fā)出頻率ν?的光信號(hào)。地面接收器接收到的頻率ν=______ν?；若飛船發(fā)出信號(hào)時(shí)距地球10光年，則地球接收到信號(hào)時(shí)，飛船與地球的距離為_(kāi)_____光年。三、計(jì)算題（共50分）力學(xué)綜合（12分）如圖2所示，質(zhì)量為M的楔形滑塊靜止于光滑水平地面，斜面傾角θ=30°，頂端固定輕質(zhì)彈簧（勁度系數(shù)k）。質(zhì)量為m的小球從斜面上距底端L處由靜止釋放，與彈簧彈性碰撞后沿斜面返回。已知M=2m，滑塊與小球間動(dòng)摩擦因數(shù)μ=√3/6，重力加速度g。求：（1）小球第一次接觸彈簧時(shí)的速度大小；（2）彈簧的最大壓縮量；（3）小球最終靜止時(shí)相對(duì)地面的位移。電磁學(xué)綜合（13分）半徑為R的圓柱形區(qū)域內(nèi)存在軸向勻強(qiáng)磁場(chǎng)B(t)=kt（k>0），磁場(chǎng)外有一固定導(dǎo)體圓環(huán)（半徑2R，電阻r），環(huán)上放置兩根互相垂直的導(dǎo)體棒OA、OB（電阻均為r，長(zhǎng)度2R），O為圓心。求：（1）t時(shí)刻圓環(huán)上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；（2）導(dǎo)體棒OA中的電流大小與方向；（3）0~T時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)產(chǎn)生的總焦耳熱。光學(xué)與近代物理（12分）某激光測(cè)距儀向月球發(fā)射波長(zhǎng)λ=1064nm的脈沖激光，已知月球繞地球公轉(zhuǎn)周期T=27.3天，軌道半徑r=3.84×10?km，地球質(zhì)量M=5.98×102?kg。（1）若激光往返時(shí)間為2.56s，計(jì)算地月距離；（2）考慮地球引力場(chǎng)對(duì)光的偏折，估算激光實(shí)際傳播時(shí)間與“直線傳播”假設(shè)下的時(shí)間差（提示：引力偏折角θ≈4GM/(rc2)，θ<<1時(shí)Δt≈θr/c）；（3）若月球表面反射光存在多普勒頻移，計(jì)算地球接收到的頻率變化量Δν（保留兩位有效數(shù)字）。熱學(xué)與流體力學(xué)（13分）某微型蒸汽輪機(jī)采用過(guò)熱蒸汽驅(qū)動(dòng)，蒸汽參數(shù)：溫度400℃，壓強(qiáng)5×10?Pa，流速100m/s，管道橫截面積10cm2。已知蒸汽密度3.2kg/m3，定壓比熱容cp=2100J/kg·K，出口壓強(qiáng)1×10?Pa，過(guò)程可視為絕熱膨脹。（1）計(jì)算蒸汽的質(zhì)量流量與功率；（2）若出口溫度為150℃，求單位質(zhì)量蒸汽對(duì)外做功；（3）若輪機(jī)效率為30%，估算每秒產(chǎn)生的冷卻水質(zhì)量（冷卻水溫度升高20℃，比熱容4200J/kg·K）。四、創(chuàng)新應(yīng)用題（20分）物理建模與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)某科研團(tuán)隊(duì)擬設(shè)計(jì)“太空微重力流體實(shí)驗(yàn)裝置”，研究液橋（兩平行圓盤(pán)間的柱狀液柱）的穩(wěn)定性。已知液橋直徑d=5mm，長(zhǎng)度L=10mm，液體表面張力系數(shù)γ=0.07N/m，密度ρ=1000kg/m3。（1）建立液橋表面張力與重力平衡的物理模型，推導(dǎo)微重力環(huán)境下液橋最大長(zhǎng)度的估算公式；（2）設(shè)計(jì)地面模擬實(shí)驗(yàn)方案，用豎直放置的液橋測(cè)量表面張力系數(shù)，寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)原理、器材清單與數(shù)據(jù)處理方法；（3）若實(shí)驗(yàn)測(cè)得液橋斷裂時(shí)的臨界長(zhǎng)度Lc=8mm，計(jì)算表面張力系數(shù)的測(cè)量值，并分析與理論值存在偏差的主要原因。（注：全卷g=9.8m/s2，c=3×10?m/s，h=6.63×10?3?J·s，結(jié)果均保留三位有效數(shù)字）試題設(shè)計(jì)說(shuō)明：情境化命題：覆蓋航天、新能源、量子科技等12個(gè)前沿領(lǐng)域，如第11題滑塊-彈簧系統(tǒng)融入空間站機(jī)械臂緩沖原理，第15題液橋?qū)嶒?yàn)源自國(guó)際空間站流體物理項(xiàng)目?？缒K綜合：每題平均涉及2.3個(gè)知識(shí)模塊，如第13題融合幾何光學(xué)、廣義相對(duì)論與天體力學(xué)，第14題整合流體力學(xué)與熱力學(xué)。數(shù)學(xué)工具：要求掌握微積分（如電磁