2025年“求知杯”高中物理知識(shí)競(jìng)賽試題一、選擇題（共10小題，每小題5分，共50分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的）關(guān)于質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的描述，下列說法正確的是（）A.物體做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)，其加速度一定不為零B.勻速圓周運(yùn)動(dòng)中，質(zhì)點(diǎn)的速度和加速度均保持不變C.若質(zhì)點(diǎn)在某段時(shí)間內(nèi)的平均速度為零，則其位移一定為零，路程也一定為零D.物體做平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)，在相等時(shí)間間隔內(nèi)速度的變化量不相同如圖所示，質(zhì)量為m的物塊靜止在傾角為θ的固定斜面上，已知物塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ?，F(xiàn)對(duì)物塊施加一個(gè)平行于斜面向上的拉力F，物塊仍保持靜止。則物塊所受摩擦力的大小可能為（）（圖：物塊在斜面上，受拉力F、重力、支持力和摩擦力）A.F-mgsinθB.mgsinθ-FC.μmgcosθD.以上三種情況均可能關(guān)于機(jī)械能守恒定律，下列說法正確的是（）A.若系統(tǒng)機(jī)械能守恒，則系統(tǒng)內(nèi)只有重力或彈力做功B.做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，其機(jī)械能一定守恒C.物體沿光滑曲面自由下滑時(shí)，其機(jī)械能守恒D.物體做豎直上拋運(yùn)動(dòng)時(shí)，若考慮空氣阻力，機(jī)械能仍守恒如圖所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為n?:n?=2:1，原線圈接在電壓為u=220√2sin100πt（V）的交流電源上，副線圈接有電阻R=11Ω和理想二極管D（正向電阻為零，反向電阻無窮大）。則下列說法正確的是（）（圖：原線圈接交流電源，副線圈串聯(lián)電阻R和二極管D）A.副線圈輸出電壓的有效值為110VB.通過電阻R的電流方向周期性變化C.電阻R消耗的電功率為550WD.原線圈中的電流有效值為5A一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷如圖所示的狀態(tài)變化過程，其中ab為等壓過程，bc為絕熱過程，ca為等溫過程。則下列說法正確的是（）（圖：p-V圖中，a→b為等壓膨脹，b→c為絕熱膨脹，c→a為等溫壓縮）A.ab過程中，氣體對(duì)外做功，內(nèi)能增加B.bc過程中，氣體溫度升高，分子平均動(dòng)能增大C.ca過程中，氣體放出熱量，內(nèi)能減少D.整個(gè)循環(huán)過程中，氣體的內(nèi)能變化量不為零關(guān)于電場(chǎng)和磁場(chǎng)，下列說法正確的是（）A.電場(chǎng)線和磁感線都是客觀存在的曲線B.電場(chǎng)強(qiáng)度為零的地方，電勢(shì)一定為零C.通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的安培力方向與磁場(chǎng)方向垂直D.洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷做功，使其動(dòng)能發(fā)生變化如圖所示，一單擺擺長(zhǎng)為L(zhǎng)，擺球質(zhì)量為m，在懸點(diǎn)O正下方L/4處固定一釘子P?，F(xiàn)將擺球拉至與懸點(diǎn)等高的位置由靜止釋放，不計(jì)空氣阻力，重力加速度為g。則擺球擺到最低點(diǎn)時(shí)的速度大小為（）（圖：?jiǎn)螖[懸點(diǎn)O下方L/4處有釘子P，擺球從左側(cè)與O等高位置釋放）A.√(gL)B.√(2gL)C.√(3gL/2)D.√(5gL/2)一束單色光從空氣斜射入水中，已知入射角為45°，折射角為30°。則該單色光在水中的傳播速度與在空氣中的傳播速度之比為（）A.√2:1B.1:√2C.√3:2D.2:√3關(guān)于熱力學(xué)定律，下列說法正確的是（）A.熱力學(xué)第一定律指出，物體內(nèi)能的增量等于外界對(duì)物體做的功與物體從外界吸收的熱量之和B.熱力學(xué)第二定律表明，熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體C.熵是系統(tǒng)無序程度的量度，熵增原理說明一切自然過程總是向著無序程度減小的方向進(jìn)行D.理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，與體積無關(guān)氫原子的能級(jí)示意圖如圖所示，已知基態(tài)能量E?=-13.6eV。則下列說法正確的是（）（圖：氫原子能級(jí)圖，標(biāo)注E?=-13.6eV，E?=-3.4eV，E?=-1.51eV，E?=-0.85eV）A.氫原子從n=4能級(jí)躍遷到n=2能級(jí)時(shí)，輻射出的光子能量為2.55eVB.氫原子從n=4能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)時(shí)，輻射出的光子波長(zhǎng)最長(zhǎng)C.用能量為10.2eV的光子照射處于基態(tài)的氫原子，能使其躍遷到n=2能級(jí)D.處于n=3能級(jí)的氫原子可以吸收任意能量的光子而發(fā)生電離二、實(shí)驗(yàn)題（共2小題，共40分）（20分）某同學(xué)用如圖所示的裝置探究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，實(shí)驗(yàn)步驟如下：（圖：斜槽軌道末端水平，下方有白紙和復(fù)寫紙，旁邊有刻度尺）（1）安裝實(shí)驗(yàn)裝置時(shí)，應(yīng)使斜槽軌道末端________（選填“水平”或“傾斜”），以保證小球離開軌道后做平拋運(yùn)動(dòng)。（2）實(shí)驗(yàn)中，為了減小誤差，每次釋放小球時(shí)應(yīng)從斜槽軌道的________（選填“同一位置”或“不同位置”）由靜止釋放。（3）若小球的質(zhì)量為m，重力加速度為g，某次實(shí)驗(yàn)中，測(cè)得小球從拋出點(diǎn)到落地點(diǎn)的水平位移為x，豎直位移為y，則小球平拋的初速度v?=________（用x、y、g表示）。（4）若該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中忘記記錄拋出點(diǎn)的位置，僅在白紙上記錄了小球運(yùn)動(dòng)軌跡上的三個(gè)點(diǎn)A、B、C，測(cè)得A、B兩點(diǎn)間的水平距離為x?=10cm，豎直距離為y?=15cm；B、C兩點(diǎn)間的水平距離為x?=10cm，豎直距離為y?=25cm。已知重力加速度g=10m/s2，則小球平拋的初速度v?=________m/s，拋出點(diǎn)到A點(diǎn)的水平距離為________cm。（20分）某同學(xué)要測(cè)量一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r，實(shí)驗(yàn)器材如下：待測(cè)干電池（電動(dòng)勢(shì)約1.5V，內(nèi)阻約1Ω）電壓表V（量程0~3V，內(nèi)阻約3kΩ）電流表A（量程0~0.6A，內(nèi)阻約0.1Ω）滑動(dòng)變阻器R（0~20Ω，額定電流1A）開關(guān)S、導(dǎo)線若干（1）請(qǐng)?jiān)谔摼€框內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)電路圖，要求盡可能減小實(shí)驗(yàn)誤差。（圖：虛線框用于畫電路圖）（2）實(shí)驗(yàn)中，該同學(xué)通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，記錄了多組電壓表和電流表的示數(shù)U、I，根據(jù)數(shù)據(jù)在U-I坐標(biāo)系中描點(diǎn)，如圖所示。請(qǐng)根據(jù)圖像求出干電池的電動(dòng)勢(shì)E=________V（保留兩位有效數(shù)字），內(nèi)阻r=Ω（保留兩位有效數(shù)字）。（圖：U-I圖像，縱軸截距約1.5V，斜率絕對(duì)值約1.0Ω）（3）若考慮電壓表的分流作用，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的內(nèi)阻r與真實(shí)值r真相比，（選填“偏大”“偏小”或“相等”）。三、計(jì)算題（共4小題，共110分。解答時(shí)應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要的演算步驟，只寫出最后答案的不能得分。有數(shù)值計(jì)算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位）（25分）如圖所示，質(zhì)量為M=2kg的木板靜止在光滑水平面上，木板右端固定一輕質(zhì)彈簧，彈簧的左端與質(zhì)量為m=1kg的物塊A接觸但不連接，物塊A與木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2。另有一質(zhì)量為m?=1kg的物塊B以速度v?=6m/s從木板左端滑上木板，與物塊A發(fā)生碰撞后粘在一起（碰撞時(shí)間極短）。已知木板足夠長(zhǎng)，彈簧始終在彈性限度內(nèi)，重力加速度g=10m/s2。求：（圖：木板靜止在水平面上，左端有物塊B以速度v?向右運(yùn)動(dòng)，木板右端有彈簧與物塊A連接）（1）物塊B與物塊A碰撞后的共同速度大小v?；（2）彈簧的最大彈性勢(shì)能E?；（3）整個(gè)過程中，物塊A、B與木板之間因摩擦產(chǎn)生的熱量Q。（25分）如圖所示，在直角坐標(biāo)系xOy中，第一象限內(nèi)存在沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度大小E=2×103N/C；第四象限內(nèi)存在垂直于坐標(biāo)平面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=0.5T。一質(zhì)量為m=1×10??kg、電荷量為q=+2×10??C的帶電粒子從坐標(biāo)原點(diǎn)O以速度v?=2×103m/s沿x軸正方向射入電場(chǎng)。不計(jì)粒子重力，求：（圖：第一象限有沿y軸負(fù)方向的電場(chǎng)，第四象限有垂直向外的磁場(chǎng)，粒子從O點(diǎn)沿x軸正方向射入）（1）粒子離開電場(chǎng)時(shí)的位置坐標(biāo)；（2）粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑r；（3）粒子從進(jìn)入磁場(chǎng)到離開磁場(chǎng)的時(shí)間t。（30分）如圖所示，一粗細(xì)均勻的U形管豎直放置，左端封閉，右端開口，管內(nèi)裝有水銀，左管中封閉有一定質(zhì)量的理想氣體，右管足夠長(zhǎng)。已知大氣壓強(qiáng)p?=76cmHg，環(huán)境溫度T?=300K，左管中空氣柱長(zhǎng)度L?=10cm，左右兩管水銀面高度差h=4cm?，F(xiàn)對(duì)左管中的氣體緩慢加熱，使左右兩管水銀面高度差變?yōu)閔'=2cm，求此時(shí)左管中氣體的溫度T（計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字）。（圖：U形管左管封閉，右管開口，左管空氣柱長(zhǎng)L?，右管水銀面比左管高h(yuǎn)）（30分）如圖所示，在光滑水平面上，有一質(zhì)量為M=4kg的長(zhǎng)木板，木板上表面粗糙，左端放置一質(zhì)量為m=1kg的小物塊，物塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2?，F(xiàn)給木板一個(gè)水平向右的初速度v?=5m/s，同時(shí)給物塊一個(gè)水平向右的拉力F=3N，經(jīng)過時(shí)間t=2s后撤去拉力F。已知木板足夠長(zhǎng)，重力加速度g=10m/s2。求：（圖：長(zhǎng)木板在光滑水平面上，左端有小物塊，木板有向右初速度v?，物塊受向右拉力F）（1）撤去拉力F前，物塊和木板的加速度大小a?、a?；（2）撤去拉力F時(shí)，物塊和木板的速度大小v?、v?；（3）撤去拉力F后，物塊和木板最終的共同速度v。三、計(jì)算題（共4小題，共110分）（1）物塊B與物塊A碰撞過程中，系統(tǒng)動(dòng)量守恒，有：m?v?=(m?+m)v?代入數(shù)據(jù)解得：v?=3m/s（2）碰撞后，A、B整體與木板組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒，當(dāng)彈簧壓縮到最短時(shí)，三者速度相等，設(shè)共同速度為v?，有：(m?+m)v?=(m?+m+M)v?代入數(shù)據(jù)解得：v?=1m/s由能量守恒定律，彈簧的最大彈性勢(shì)能E?等于系統(tǒng)動(dòng)能的減少量減去摩擦產(chǎn)生的熱量，由于碰撞時(shí)間極短，碰撞過程中摩擦產(chǎn)生的熱量可忽略，故：E?=1/2(m?+m)v?2-1/2(m?+m+M)v?2代入數(shù)據(jù)解得：E?=3J（3）整個(gè)過程中，系統(tǒng)最終達(dá)到共同速度v?，摩擦產(chǎn)生的熱量Q等于系統(tǒng)初動(dòng)能與末動(dòng)能之差：Q=1/2m?v?2-1/2(m?+m+M)v?2代入數(shù)據(jù)解得：Q=9J**（1）粒子在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)，加速度a=qE/m=2m/s2運(yùn)動(dòng)時(shí)間t?=L/v?=0.01s（L為粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的水平距離，此處需結(jié)合后續(xù)計(jì)算補(bǔ)充）豎直位移y=1/2at?2=0.01m，故離開電場(chǎng)時(shí)的位置坐標(biāo)為（0.02m，0.01m）（2）粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度v=√(v?2+(at?)2)=2√2×103m/s洛倫茲力提供向心力，qvB=mv2/r，解得r=mv/(qB)=2√2m（3）粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期T=2πm/(qB)=2πs，運(yùn)動(dòng)軌跡對(duì)應(yīng)的圓心角θ=45°，故時(shí)間t=θT/(2π)=π/4s**初態(tài)時(shí)，左管氣體壓強(qiáng)p?=p?-h=72cmHg，體積V?=L?S=10S末態(tài)時(shí)，若右管水銀面比左管高h(yuǎn)'=2cm，則左管氣體壓強(qiáng)p?=p?-h'=74cmHg，體積V?=(L?+ΔL)S由幾何關(guān)系，ΔL=(h-h')/2=1cm，故V?=11S由理想氣體狀態(tài)方程p?V?/T?=p?V?/T，解得T=345K**（1）對(duì)物塊：F-