2025年高考物理“學(xué)科交叉”創(chuàng)新應(yīng)用試題（二）一、選擇題（共4小題，每小題6分）1.新能源汽車(chē)能量回收系統(tǒng)某品牌新能源汽車(chē)在制動(dòng)過(guò)程中通過(guò)電磁感應(yīng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)能回收，其原理簡(jiǎn)化為：固定在車(chē)輪上的永磁體隨車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過(guò)車(chē)廂內(nèi)線圈的磁通量發(fā)生變化。已知車(chē)輪半徑為0.3m，當(dāng)車(chē)速?gòu)?6km/h降至18km/h的過(guò)程中，線圈產(chǎn)生的平均電動(dòng)勢(shì)為12V，磁通量變化率的平均值為（）A.0.04Wb/sB.0.12Wb/sC.0.4Wb/sD.1.2Wb/s命題角度：本題融合電磁感應(yīng)定律與運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，要求考生將線速度計(jì)算轉(zhuǎn)化為磁通量變化率分析。關(guān)鍵步驟需先將車(chē)速單位換算為m/s（36km/h=10m/s），根據(jù)v=ωr求出角速度變化，再結(jié)合法拉第電磁感應(yīng)定律E=ΔΦ/Δt計(jì)算。干擾項(xiàng)設(shè)置側(cè)重單位換算錯(cuò)誤（如未將km/h轉(zhuǎn)換為m/s）和公式記憶偏差（誤用E=nΔΦ/Δt但題目未給出線圈匝數(shù)）。2.量子通信中的光電效應(yīng)我國(guó)“墨子號(hào)”量子衛(wèi)星利用單光子偏振態(tài)實(shí)現(xiàn)星地通信，已知銫金屬的逸出功為1.9eV，當(dāng)衛(wèi)星向地面發(fā)射頻率為6×101?Hz的單色光時(shí)，下列說(shuō)法正確的是（）A.該單色光光子能量為2.49eVB.光電子的最大初動(dòng)能為0.59eVC.若增大光照強(qiáng)度，光電子最大初動(dòng)能將增大D.若改用頻率為5×101?Hz的光照射，一定無(wú)法發(fā)生光電效應(yīng)命題角度：本題交叉考查近代物理與信息技術(shù)，需應(yīng)用光電效應(yīng)方程Ek=hν-W?，其中普朗克常量h=6.63×10?3?J·s（需換算為eV·s單位：h≈4.14×10?1?eV·s）。計(jì)算時(shí)需注意：1.光子能量hν=4.14×10?1?×6×101?≈2.49eV；2.最大初動(dòng)能Ek=2.49eV-1.9eV=0.59eV；3.光照強(qiáng)度僅影響光電子數(shù)量，與最大初動(dòng)能無(wú)關(guān)；4.頻率為5×101?Hz時(shí)，hν=2.07eV>1.9eV，仍可發(fā)生光電效應(yīng)。3.生物力學(xué)中的曲線運(yùn)動(dòng)研究發(fā)現(xiàn)，跳蚤起跳時(shí)加速度可達(dá)1.4×103m/s2，起跳過(guò)程中地面支持力對(duì)其做功的功率隨時(shí)間變化的關(guān)系可能是（）命題角度：本題結(jié)合生物運(yùn)動(dòng)學(xué)與功率計(jì)算，需分析跳蚤起跳過(guò)程的動(dòng)力學(xué)特征：1.起跳初期支持力大于重力，加速度恒定（勻加速階段），速度v=at，功率P=Fv=F·at，呈線性增長(zhǎng)；2.起跳后期腳掌即將離地時(shí)，支持力逐漸減小至零，功率隨F減小而下降。因此正確圖像應(yīng)為“先增后減的單峰曲線”，干擾項(xiàng)主要針對(duì)考生對(duì)“變力做功功率”與“勻加速運(yùn)動(dòng)功率”的混淆。4.環(huán)境工程中的熱學(xué)計(jì)算某碳中和實(shí)驗(yàn)裝置利用CaO?與水反應(yīng)釋放的氧氣維持微生物活性，反應(yīng)方程式為2CaO?+2H?O=2Ca(OH)?+O?↑。已知反應(yīng)過(guò)程中釋放熱量Q=126kJ/mol，標(biāo)準(zhǔn)狀況下每產(chǎn)生1LO?（密度1.43g/L），理論上可使裝置內(nèi)20kg水溫度升高（）A.0.15℃B.1.5℃C.15℃D.150℃命題角度：本題跨學(xué)科整合化學(xué)反應(yīng)熱與熱力學(xué)第一定律，需分三步計(jì)算：1.計(jì)算1LO?的物質(zhì)的量n=1L/22.4L/mol≈0.0446mol；2.釋放總熱量Q總=0.0446mol×126kJ/mol≈5.62kJ=5620J；3.由Q=cmΔt得Δt=Q/(cm)=5620J/(4200J·kg?1·℃?1×20kg)≈0.067℃，最接近選項(xiàng)A。干擾項(xiàng)主要源于忽略反應(yīng)方程式中O?的化學(xué)計(jì)量數(shù)（2molCaO?生成1molO?）或單位換算錯(cuò)誤（如kJ與J混淆）。二、實(shí)驗(yàn)題（12分）5.數(shù)字化實(shí)驗(yàn)：探究磁懸浮列車(chē)的電磁阻尼原理某小組利用如圖所示裝置模擬磁懸浮列車(chē)的電磁阻尼效應(yīng)，實(shí)驗(yàn)器材包括：鋁制圓盤(pán)（質(zhì)量m=0.2kg，半徑r=0.1m）、蹄形磁鐵（磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T）、光電門(mén)傳感器、數(shù)字毫秒計(jì)。實(shí)驗(yàn)步驟如下：（1）將圓盤(pán)中心固定在豎直轉(zhuǎn)軸上，使磁鐵兩極正對(duì)圓盤(pán)邊緣部分（有效切割長(zhǎng)度為圓盤(pán)半徑r）；（2）讓圓盤(pán)以初始角速度ω?自由轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)光電門(mén)測(cè)量不同時(shí)刻的角速度ω；（3）改變磁鐵數(shù)量，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，得到多組數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)記錄與處理：|實(shí)驗(yàn)次數(shù)|磁鐵數(shù)量n|初始角速度ω?(rad/s)|角速度減為ω?/2的時(shí)間t(s)||----------|-----------|---------------------|---------------------------||1|1|10.0|8.5||2|2|10.0|4.2||3|3|10.0|2.8|回答下列問(wèn)題：（1）圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，邊緣部分因切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=（用B、r、ω表示），渦流電流方向可用______定則判斷；（2）電磁阻尼力矩M與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的關(guān)系可能為M∝（填“B”“B2”或“√B”），依據(jù)是______；（3）若某次實(shí)驗(yàn)中圓盤(pán)從ω?=10rad/s減速至靜止過(guò)程中，克服電磁阻尼做功W=______J（保留兩位有效數(shù)字）。命題角度：本題融合電磁感應(yīng)、力矩平衡與數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，考查科學(xué)探究能力。關(guān)鍵得分點(diǎn)：（1）E=Brv=Br(ωr/2)=?Bωr2（線速度取平均速度v=ωr/2），右手定則；（2）M∝B2，依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：n=2時(shí)t≈t?/2，n=3時(shí)t≈t?/3，即阻尼力矩與n成正比，而B(niǎo)∝n，故M∝B2；（3）動(dòng)能定理W=ΔEk=?Iω?2，圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I=?mr2=?×0.2×0.12=0.001kg·m2，代入得W=?×0.001×102=0.050J。三、計(jì)算題（共2小題，共32分）6.智能駕駛中的電磁場(chǎng)綜合問(wèn)題（14分）某自動(dòng)駕駛汽車(chē)的毫米波雷達(dá)傳感器可等效為如圖所示的裝置：半徑為R的圓形線圈（匝數(shù)N=100）置于垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間變化的規(guī)律為B=B?sin(ωt)，其中B?=0.2T，ω=100πrad/s。線圈通過(guò)理想變壓器與阻值R?=100Ω的負(fù)載連接，變壓器原副線圈匝數(shù)比n?:n?=1:4。（1）求線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值E?；（2）若負(fù)載R?消耗的平均功率P=8W，求變壓器的輸入電流有效值I?；（3）當(dāng)t=π/(2ω)時(shí)刻，線圈中感應(yīng)電流的方向如何？此時(shí)穿過(guò)線圈的磁通量變化率為多少？命題角度：本題以智能汽車(chē)傳感器為背景，綜合考查電磁感應(yīng)、交變電流與變壓器原理。（1）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=NΔΦ/Δt=N·SΔB/Δt，S=πR2（題目隱含R=0.1m，需考生從實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景合理取值），ΔB/Δt=B?ωcos(ωt)，最大值E?=N·πR2·B?ω=100×π×0.12×0.2×100π≈197V；（2）副線圈電壓U?=√(PR?)=√(8×100)=28.3V，原線圈電壓U?=U?·n?/n?=7.07V，輸入功率P?=P?=8W，故I?=P?/U?≈1.13A；（3）t=π/(2ω)時(shí)，B=B?sin(π/2)=B?（最大值），此時(shí)ΔB/Δt=0，磁通量變化率為0，感應(yīng)電流為0（方向改變瞬間）。7.航天工程中的多體運(yùn)動(dòng)問(wèn)題（18分）2025年我國(guó)計(jì)劃發(fā)射“巡天二號(hào)”空間望遠(yuǎn)鏡，其任務(wù)之一是觀測(cè)銀河系中心黑洞。假設(shè)望遠(yuǎn)鏡在距離黑洞R=1.0×1012m的圓形軌道上運(yùn)行，觀測(cè)到某星體以速度v=2.0×10?m/s沿橢圓軌道經(jīng)過(guò)近黑洞點(diǎn)P（距離黑洞中心r=2.0×10?m）。已知黑洞質(zhì)量遠(yuǎn)大于星體質(zhì)量，萬(wàn)有引力常量G=6.67×10?11N·m2/kg2。（1）求黑洞的質(zhì)量M；（2）若望遠(yuǎn)鏡要調(diào)整軌道靠近黑洞，需在原軌道上沿運(yùn)動(dòng)方向短暫噴氣減速，分析噴氣過(guò)程中望遠(yuǎn)鏡機(jī)械能的變化；（3）星體從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到遠(yuǎn)黑洞點(diǎn)Q的過(guò)程中，引力勢(shì)能增加量ΔE?=4.0×103?J，求Q點(diǎn)到黑洞中心的距離r_Q（忽略相對(duì)論效應(yīng)）。命題角度：本題結(jié)合天體物理與能量守恒，考查綜合建模能力。（1）星體在P點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力等于萬(wàn)有引力：GMm/r2=mv2/r，解得M=v2r/G=(2×10?)2×2×10?/(6.67×10?11)≈1.2×1033kg；（2）噴氣減速過(guò)程中，反沖力做負(fù)功，機(jī)械能減少（動(dòng)能減少量大于勢(shì)能增加量）；（3）由機(jī)械能守恒：?mv2=?mv_Q2+ΔE?，且角動(dòng)量守恒：mvr=mv_Qr_Q，聯(lián)立解得r_Q=2.5×1011m。四、開(kāi)放性試題（10分）8.材料科學(xué)中的物理論證某研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種“形狀記憶合金彈簧”，其彈性系數(shù)k隨溫度T變化的關(guān)系如圖所示。請(qǐng)結(jié)合能量轉(zhuǎn)化與守恒定律，分析該彈簧在“低溫壓縮→升溫恢復(fù)→降溫冷卻”循環(huán)過(guò)程中是否違背熱力學(xué)第二定律，并說(shuō)明理由。命題角度：本題跨學(xué)科考查熱力學(xué)定律與材料物理，要求考生從能量角度論證：1.低溫壓縮時(shí)外界做功W?，彈簧彈性勢(shì)能增加ΔE?；2.升溫恢復(fù)過(guò)程中，彈簧對(duì)外做功W?，同時(shí)吸收熱量Q；3.整個(gè)循環(huán)中，外界對(duì)系統(tǒng)做凈功W?-W?，系統(tǒng)吸收凈熱量Q，最終全部轉(zhuǎn)化為功，看似違背“第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)”原理；4.但實(shí)際過(guò)程中存在熱量耗散（如升溫過(guò)程向外界散熱），總熵增ΔS>0，不違背熱力學(xué)第二定律。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)側(cè)重邏輯嚴(yán)密性，需同時(shí)提及“能量轉(zhuǎn)化”與“熵變”兩個(gè)維度。（注：全卷共8題，滿(mǎn)分100分，考試時(shí)間75分鐘）命題特色總結(jié)：學(xué)