2025年高二物理下學(xué)期“物理購物”（電子產(chǎn)品）知識(shí)考查一、電路原理與智能手機(jī)電池性能評(píng)估智能手機(jī)電池的核心參數(shù)涉及電動(dòng)勢、內(nèi)阻和容量等物理概念。鋰離子電池的電動(dòng)勢通常為3.7V，這一數(shù)值由電極材料的電化學(xué)性質(zhì)決定，反映了非靜電力將單位正電荷從負(fù)極移到正極所做的功。在實(shí)際使用中，電池內(nèi)阻（約0.1Ω~0.5Ω）會(huì)導(dǎo)致輸出電壓低于電動(dòng)勢，尤其在快充時(shí)，根據(jù)閉合電路歐姆定律U=E-Ir，電流I增大將顯著降低路端電壓，因此快充協(xié)議需動(dòng)態(tài)調(diào)整電壓與電流的配比。電池容量單位“毫安時(shí)（mAh）”本質(zhì)上是電荷量的度量，1mAh等于3.6庫侖。例如標(biāo)稱4000mAh的電池，理論儲(chǔ)存電荷量為4000×10?3A×3600s=14400C，若放電電流為0.5A，可持續(xù)放電時(shí)間t=Q/I=28800s=8小時(shí)。但實(shí)際放電過程中，電池電壓會(huì)隨剩余電量下降，當(dāng)電壓低于手機(jī)最低工作電壓（約3.3V）時(shí)，即使仍有剩余電荷也無法使用，這體現(xiàn)了能量轉(zhuǎn)化效率問題——化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過程中，部分能量因內(nèi)阻發(fā)熱損耗，符合熱力學(xué)第一定律。選購建議：對(duì)比電池能量密度（單位體積或質(zhì)量的電能量）時(shí)，需結(jié)合焦耳定律Q=I2Rt，優(yōu)先選擇內(nèi)阻較小的電池。例如兩款電池容量相同，內(nèi)阻0.2Ω的電池在1A放電時(shí)，每秒發(fā)熱0.2J，而0.5Ω電池則發(fā)熱0.5J，長期使用后者更容易因高溫導(dǎo)致性能衰減。二、電磁學(xué)在無線充電設(shè)備中的應(yīng)用無線充電技術(shù)基于電磁感應(yīng)原理，當(dāng)交變電流通過發(fā)射線圈時(shí)，會(huì)產(chǎn)生變化的磁場，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，接收線圈中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。主流Qi標(biāo)準(zhǔn)采用磁共振耦合，工作頻率為110kHz~205kHz，此時(shí)發(fā)射線圈與接收線圈的固有頻率一致，通過磁場共振實(shí)現(xiàn)能量高效傳輸，傳輸效率可達(dá)70%~80%。實(shí)際應(yīng)用中需考慮互感系數(shù)對(duì)充電效率的影響。當(dāng)兩線圈正對(duì)面積S越大、距離d越小、匝數(shù)N越多時(shí)，互感系數(shù)M越大，感應(yīng)電動(dòng)勢E=nΔΦ/Δt也越大。因此無線充電器通常要求手機(jī)與底座緊密對(duì)齊，若偏移超過5mm，效率可能下降至50%以下。此外，金屬異物會(huì)導(dǎo)致渦流損耗，根據(jù)楞次定律，變化的磁場在金屬中產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流通過電阻發(fā)熱，這就是無線充電器內(nèi)置金屬檢測功能的物理依據(jù)。參數(shù)計(jì)算示例：某無線充電器發(fā)射線圈電流I=2A，頻率f=150kHz，若接收線圈匝數(shù)n=50，磁通量變化率ΔΦ/Δt=B?Sωsinωt（其中B?為磁感應(yīng)強(qiáng)度峰值，ω=2πf），則最大感應(yīng)電動(dòng)勢E?=nB?Sω。當(dāng)B?=0.01T，S=10cm2=0.001m2時(shí)，E?=50×0.01×0.001×2π×150000≈471V，實(shí)際電路中通過整流濾波可獲得5V直流輸出。三、光學(xué)原理與VR設(shè)備顯示技術(shù)VR頭顯的核心部件LCD屏幕利用了光的偏振特性。液晶分子在電場作用下改變排列方向，從而控制偏振光的通過與否。屏幕背光模組發(fā)出的自然光經(jīng)偏振片后變?yōu)榫€偏振光，當(dāng)液晶盒兩端不加電壓時(shí)，偏振光通過液晶分子旋轉(zhuǎn)90°，無法通過檢偏器（暗態(tài)）；加電壓后液晶分子取向改變，偏振光得以通過（亮態(tài)），這種電光效應(yīng)實(shí)現(xiàn)了像素的明暗控制。視場角（FOV）是VR設(shè)備的關(guān)鍵參數(shù)，通常為90°~120°。根據(jù)幾何光學(xué)，tan(FOV/2)=屏幕半寬/眼睛到屏幕距離，當(dāng)屏幕寬度為6cm，眼睛距離屏幕3cm時(shí)，F(xiàn)OV=2arctan(3/3)=90°。為消除畸變，VR鏡頭采用非球面透鏡，其曲率半徑隨徑向距離變化，可校正球差和彗差，使邊緣視場的成像清晰度接近中心區(qū)域。刷新率對(duì)視覺舒適度的影響可用人眼視覺暫留原理解釋。當(dāng)畫面刷新率高于60Hz時(shí)，人眼無法分辨單幀圖像，形成連續(xù)動(dòng)畫。VR設(shè)備通常采用90Hz或120Hz刷新率，若刷新率不足，快速轉(zhuǎn)頭時(shí)會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)模糊，這是因?yàn)榇竽X接收到的圖像更新速度滯后于頭部運(yùn)動(dòng)速度，導(dǎo)致前庭-視覺不匹配，引發(fā)眩暈。選購注意事項(xiàng)：分辨率需滿足“視網(wǎng)膜級(jí)顯示”，即像素密度超過300PPI（每英寸像素?cái)?shù)），此時(shí)人眼無法分辨單個(gè)像素。例如2K屏幕（2560×1440）在2英寸對(duì)角線尺寸下，PPI=√(25602+14402)/2≈1511，遠(yuǎn)高于視網(wǎng)膜標(biāo)準(zhǔn)，可有效避免“紗窗效應(yīng)”。四、力學(xué)與熱學(xué)在筆記本電腦散熱設(shè)計(jì)中的應(yīng)用筆記本電腦散熱系統(tǒng)是熱力學(xué)第一定律（能量守恒）與熱傳遞規(guī)律的綜合應(yīng)用。CPU工作時(shí)，電能主要轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，功率可達(dá)45W~100W，若不及時(shí)散熱，芯片溫度會(huì)超過85℃閾值導(dǎo)致降頻。散熱模組通常由熱管、散熱鰭片和風(fēng)扇組成，熱管內(nèi)工質(zhì)（如水、乙醇）在蒸發(fā)段吸收熱量汽化為氣體，在冷凝段放熱液化，通過毛細(xì)力回流，利用相變潛熱高效傳遞熱量，導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)5000W/(m·K)，遠(yuǎn)高于純銅的401W/(m·K)。風(fēng)扇散熱涉及流體力學(xué)，扇葉旋轉(zhuǎn)時(shí)將空氣加速，根據(jù)伯努利方程p+ρgh+?ρv2=常量，空氣流速v增大導(dǎo)致壓強(qiáng)p降低，形成壓力差驅(qū)動(dòng)氣流通過鰭片。鰭片設(shè)計(jì)為梳狀結(jié)構(gòu)，增加散熱面積A，根據(jù)牛頓冷卻定律Q=hAΔT（h為對(duì)流換熱系數(shù)，ΔT為溫差），面積越大散熱效果越好。但鰭片過密會(huì)增加空氣阻力，需在面積與風(fēng)速間平衡，通常鰭片間距為1mm~2mm。熱管理評(píng)估：通過魯大師等軟件檢測CPU溫度，滿負(fù)載運(yùn)行30分鐘后，若溫度穩(wěn)定在75℃以下，說明散熱良好。對(duì)于游戲本，需關(guān)注熱設(shè)計(jì)功耗（TDP），例如標(biāo)注TDP65W的CPU，實(shí)際散熱系統(tǒng)需能帶走至少65W的熱量，否則會(huì)出現(xiàn)“降頻節(jié)流”現(xiàn)象。物理原理驗(yàn)證：用紅外測溫儀檢測出風(fēng)口溫度，若環(huán)境溫度25℃，出風(fēng)口溫度55℃，風(fēng)量0.5m3/min，根據(jù)Q=cmΔt，空氣比熱容c=1005J/(kg·K)，密度ρ=1.2kg/m3，可估算散熱功率Q=ρVcΔt=1.2×0.5/60×1005×30≈301W，遠(yuǎn)大于CPU功耗，說明散熱系統(tǒng)有冗余。五、傳感器技術(shù)與智能家居設(shè)備智能手機(jī)中的加速度傳感器基于壓電效應(yīng)，當(dāng)傳感器受到加速度a時(shí)，質(zhì)量塊產(chǎn)生慣性力F=ma，使壓電晶體發(fā)生形變，產(chǎn)生與加速度成正比的電壓信號(hào)。三軸加速度傳感器可檢測空間三個(gè)方向的加速度，通過積分運(yùn)算得到速度和位移，實(shí)現(xiàn)計(jì)步功能：當(dāng)加速度超過0.3g（g為重力加速度）且周期在0.3s~1.5s時(shí)，判定為一步。紅外測溫儀（如額溫槍）利用普朗克黑體輻射定律，人體溫度約37℃，對(duì)應(yīng)黑體輻射峰值波長λ?=T×b（維恩位移定律，b=2.898×10?3m·K），λ?≈9.3μm，屬于中紅外波段。傳感器中的熱電堆吸收該波段紅外輻射后，產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢，通過校準(zhǔn)將電動(dòng)勢轉(zhuǎn)換為溫度值，測量精度可達(dá)±0.3℃。濕度傳感器采用電容式原理，濕敏材料（如高分子聚合物）吸附水汽后介電常數(shù)ε增大，根據(jù)電容公式C=εS/4πkd，電容值隨濕度變化。當(dāng)相對(duì)濕度從30%升至90%時(shí)，電容變化量可達(dá)50%~200%，通過電路轉(zhuǎn)換為0~3.3V的電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)濕度檢測。選購提示：加速度傳感器需關(guān)注量程，手機(jī)通常為±16g（可檢測自由落體），而運(yùn)動(dòng)手環(huán)為±8g即可；紅外測溫儀需選擇響應(yīng)時(shí)間＜0.5s的型號(hào)，避免因測量延遲導(dǎo)致誤差。六、波動(dòng)光學(xué)在光纖通信中的應(yīng)用光纖通信以光為載波，利用光的全反射原理傳輸信息。當(dāng)光從光密介質(zhì)（纖芯，折射率n?=1.468）射入光疏介質(zhì)（包層，n?=1.465）時(shí)，若入射角θ?大于臨界角θc=arcsin(n?/n?)≈82.3°，則發(fā)生全反射，光在纖芯內(nèi)反復(fù)反射向前傳播，衰減系數(shù)可低至0.2dB/km（即1km后光功率僅為初始值的63%）。單模光纖與多模光纖的區(qū)別在于纖芯直徑：單模光纖纖芯直徑約9μm，僅允許一種模式（基模）傳輸，色散小，傳輸距離可達(dá)100km以上；多模光纖纖芯直徑50μm或62.5μm，允許多種模式傳輸，模式色散大，傳輸距離一般小于2km。5G通信中采用單模光纖，工作波長1310nm或1550nm，此時(shí)光纖損耗最小，分別為0.35dB/km和0.2dB/km。信息容量計(jì)算：根據(jù)香農(nóng)公式C=Blog?(1+S/N)，其中B為帶寬，S/N為信噪比。光纖的帶寬可達(dá)THz級(jí)別，例如1.55μm波段帶寬10THz，當(dāng)信噪比為1000時(shí)，C=1013×log?(1001)≈101?bps，相當(dāng)于每秒傳輸12.5TB數(shù)據(jù)，這是金屬導(dǎo)線無法比擬的優(yōu)勢。七、近代物理與存儲(chǔ)技術(shù)固態(tài)硬盤（SSD）基于閃存芯片，利用量子隧穿效應(yīng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。在NAND閃存中，控制柵極與浮柵極之間有氧化層絕緣層，寫入數(shù)據(jù)時(shí)，施加高電壓使電子通過隧穿效應(yīng)穿過絕緣層到達(dá)浮柵極（電子被捕獲）；擦除數(shù)據(jù)時(shí)，施加反向電壓使電子隧穿返回，通過檢測浮柵極是否有電子來表示“0”或“1”。存儲(chǔ)密度與量子限制效應(yīng)相關(guān)，當(dāng)閃存單元尺寸小于10nm時(shí)，電子會(huì)因量子隧穿效應(yīng)從一個(gè)浮柵極泄漏到相鄰單元，導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。因此3DNAND技術(shù)通過堆疊多層存儲(chǔ)單元（如128層），在垂直方向擴(kuò)展空間，既避免量子隧穿干擾，又提高存儲(chǔ)密度。選購參數(shù)解析：讀寫速度受接口類型影響，SATAIII接口理論帶寬600MB/s，而NVMe協(xié)議的PCIe4.0接口帶寬可達(dá)8GB/s。隨機(jī)讀寫速度更能反映實(shí)際體驗(yàn)，這與閃存芯片的并行度有關(guān)，多通道（如8通道）控制器可同時(shí)操作多個(gè)閃存顆粒，將隨機(jī)4K讀寫速度提升至50MB/s以上，顯著改善系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間。八、安全用電與電磁輻射防護(hù)手機(jī)通話時(shí)的電磁輻射屬于非電離輻射，頻率約900MHz（GSM）或1800MHz（DCS），電場強(qiáng)度單位為V/m，我國標(biāo)準(zhǔn)限值為40V/m（等效功率密度4.4W/m2）。實(shí)際測量顯示，手機(jī)距離10cm時(shí)輻射強(qiáng)度約1~5V/m，距離1m時(shí)降至0.1~0.5V/m，符合安全標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)電磁屏蔽原理，金屬網(wǎng)可有效衰減電磁波，當(dāng)網(wǎng)孔尺寸小于波長λ/10時(shí)，屏蔽效能可達(dá)30dB以上（即輻射強(qiáng)度衰減99.9%）。因此孕婦防輻射服采用銀纖維面料，銀的電導(dǎo)率高，能反射和吸收電磁波，但需注意服裝接地問題，否則可能因二次輻射增強(qiáng)局部場強(qiáng)。用電安全方面，充電器需符合CCC認(rèn)證，其內(nèi)部的EMI濾波器（由電感和電容組成）可抑制電磁干擾，避免對(duì)電網(wǎng)造