2025年高二物理下學(xué)期物理與極地科考試題一、單項選擇題（每題4分，共40分）南極冰蓋地震探測中，科考隊員通過人工震源激發(fā)地震波研究冰下結(jié)構(gòu)。若某次探測中，地震波在冰蓋中的傳播速度為3200m/s，從震源發(fā)出到接收反射波的時間間隔為0.8s，則反射界面的深度為（）A.1280mB.2560mC.640mD.5120m“雪龍2”號破冰船采用雙向破冰設(shè)計，其螺旋槳推進(jìn)系統(tǒng)在-30℃海水中仍能高效工作。下列關(guān)于該系統(tǒng)的物理原理，說法正確的是（）A.螺旋槳轉(zhuǎn)動時將海水的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能B.低溫環(huán)境下海水密度增大，可減小螺旋槳推進(jìn)阻力C.破冰船的排水量等于其自身重力D.船身采用鈦合金材料是為了降低熱傳導(dǎo)效率極地科考站的電磁屏蔽帳篷用于保護(hù)精密儀器免受極光干擾。已知極光產(chǎn)生的電磁波頻率約為100kHz，下列哪種材料最適合制作屏蔽帳篷（）A.玻璃纖維（絕緣材料）B.銅網(wǎng)（導(dǎo)電材料，網(wǎng)孔直徑1cm）C.棉布（天然纖維）D.泡沫塑料（多孔材料）南極冰下湖鉆探中，科研人員使用熱鉆技術(shù)融化冰層。若熱鉆功率為2000W，冰的熔化熱為3.36×10?J/kg，忽略熱損失，則10分鐘內(nèi)可融化冰層的質(zhì)量為（）A.3.57kgB.35.7kgC.200kgD.1200kg極地空間碎片監(jiān)測中，光學(xué)望遠(yuǎn)鏡需在極夜環(huán)境下持續(xù)工作。若望遠(yuǎn)鏡鏡頭焦距為1.5m，觀測到一顆直徑約1m的空間碎片，其成像直徑為0.1mm，則該碎片與地球的距離約為（）A.1.5×10?mB.1.5×10?mC.1.5×10?mD.1.5×10?m“雪龍2”號的抗冰涂層能降低船體與冰層的摩擦系數(shù)。若船體重力為1.4×10?N，冰面摩擦系數(shù)從0.3降至0.1，當(dāng)船在冰面勻速行駛時，牽引力減少了（）A.1.4×10?NB.2.8×10?NC.4.2×10?ND.5.6×10?N極地科考隊員的防寒服采用真空隔熱層，其原理是（）A.真空不傳導(dǎo)熱量B.真空反射率高，減少熱輻射C.真空阻斷熱對流和熱傳導(dǎo)D.真空密度低，降低熱容量南極冰蓋電磁探測中，電磁儀發(fā)射的電磁波頻率為10kHz，該電磁波在冰中的波長為30m，則電磁波在冰中的傳播速度為（）A.3×10?m/sB.3×10?m/sC.3×10?m/sD.3×103m/s極地?zé)o人機(jī)搭載的伽馬能譜儀用于探測巖石成分。若某放射性元素半衰期為10天，30天后剩余質(zhì)量為原來的（）A.1/2B.1/4C.1/8D.1/16冰蓋移動監(jiān)測中，GPS定位系統(tǒng)顯示某冰體在3小時內(nèi)沿直線移動了18m，其平均速度為（）A.0.0017m/sB.0.005m/sC.0.0167m/sD.0.05m/s二、多項選擇題（每題5分，共20分，漏選得3分，錯選不得分）南極科考站的太陽能供電系統(tǒng)在極晝期間儲能，極夜期間供電。下列說法正確的有（）A.太陽能電池板將光能直接轉(zhuǎn)化為電能B.儲能電池充電時，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能C.極夜時，電池放電的電流方向與充電時相反D.低溫環(huán)境會導(dǎo)致電池內(nèi)阻減小，輸出功率提高冰下湖壓力測量中，傳感器需承受巨大水壓。若某冰下湖深度為4000m，湖水密度為1000kg/m3，重力加速度取10m/s2，則下列說法正確的有（）A.湖底壓強(qiáng)為4×10?PaB.傳感器表面積為1cm2時，受到的壓力為400NC.深度每增加10m，壓強(qiáng)增加1×10?PaD.湖底水的沸點高于100℃極地科考的磁力梯度儀可探測地磁場異常。關(guān)于地磁場，下列說法正確的有（）A.地磁南極在地理北極附近B.地磁場的磁感線是閉合曲線C.南極地區(qū)的地磁場強(qiáng)度比赤道地區(qū)弱D.地磁場對宇宙射線的阻擋作用可保護(hù)地球生命極地低溫對電子設(shè)備的影響包括（）A.電池容量下降B.電阻器阻值增大C.液晶屏幕響應(yīng)速度變慢D.電容的介電常數(shù)增大三、實驗題（18分）冰蓋熱傳導(dǎo)系數(shù)測量實驗科考人員為研究南極冰蓋的熱傳導(dǎo)性能，設(shè)計如下實驗：將兩個溫度傳感器分別埋入冰層深度h?=0.5m和h?=1.5m處，記錄不同時刻的溫度數(shù)據(jù)，部分結(jié)果如下表：時間（h）淺層溫度（℃）深層溫度（℃）0-15.0-10.01-14.8-10.12-14.6-10.2已知冰的密度ρ=900kg/m3，比熱容c=2100J/(kg·℃)，冰層橫截面積S=1m2。（1）根據(jù)表中數(shù)據(jù)，計算0-2小時內(nèi)淺層冰層的溫度變化率ΔT/Δt=℃/h（保留兩位小數(shù)）。（3分）（2）若熱量僅通過熱傳導(dǎo)傳遞，寫出熱傳導(dǎo)公式Q=，并計算0-2小時內(nèi)通過1m2冰層的熱量Q=J（熱傳導(dǎo)系數(shù)k=2.2W/(m·℃)）。（6分）（3）實驗發(fā)現(xiàn)深層溫度變化滯后于淺層，其原因是。（3分）（4）若在冰層表面覆蓋保溫層，熱傳導(dǎo)系數(shù)k減小為原來的1/2，則相同時間內(nèi)傳遞的熱量將______（選填“增大”“減小”或“不變”）。（3分）（5）列舉一個該實驗在極地環(huán)境中可能遇到的誤差來源：______。（3分）四、計算題（22分）破冰船推進(jìn)系統(tǒng)分析（10分）“雪龍2”號在南極海域破冰時，螺旋槳推動水流產(chǎn)生的反作用力為F=kv2，其中k=500N·s2/m2，v為船速。若船以v=3m/s勻速破冰，求：（1）螺旋槳的推進(jìn)功率P；（2）若破冰過程中克服冰阻力做功W=2×10?J，船行駛距離s=500m，求冰阻力的平均大小f。冰下湖電磁通信（12分）科研人員在南極冰下湖部署的無人潛水器需與冰面基站通信，采用電磁波傳輸信號。已知冰下湖深度d=1000m，電磁波在冰中的傳播速度v=3×10?m/s，潛水器發(fā)射的電磁波功率P?=10W，全向天線的輻射效率η=0.8。（1）計算電磁波從潛水器傳到冰面基站的時間t；（2）若基站接收天線的有效面積A=0.5m2，求接收功率P（提示：電磁波能量均勻分布在球面上，球面積S=4πr2）；（3）若冰層對電磁波的衰減系數(shù)為0.1dB/m，計算信號到達(dá)冰面時的衰減量（1dB=10lg(P?/P)），并判斷該信號是否可被基站識別（基站最小接收功率為10?12W）。五、綜合應(yīng)用題（20分）極地科考機(jī)器人的能源系統(tǒng)設(shè)計某極地科考機(jī)器人需在-60℃環(huán)境下連續(xù)工作72小時，其主要能耗部件及功率如下：驅(qū)動電機(jī)：200W（工作時間占比50%）傳感器：50W（持續(xù)工作）通信模塊：100W（工作時間占比20%）（1）計算機(jī)器人72小時的總能耗E；（5分）（2）若采用鋰電池供電，電池能量密度為200Wh/kg，電池組效率為80%，求所需電池的最小質(zhì)量m；（5分）（3）為提高續(xù)航能力，提出兩種適用于極地環(huán)境的能源補(bǔ)充方案，并說明物理原理。（10分