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2025年高三物理上學期“化學生物材料”中的物理知識考查卷一、選擇題(共10小題,每小題4分,共40分)生物醫(yī)用材料PLGA的降解動力學聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)是一種可降解的生物醫(yī)用材料,其降解過程可視為材料在體液中發(fā)生水解反應,導致分子鏈斷裂。若某PLGA支架在降解過程中質量變化率與時間的關系滿足$m(t)=m_0e^{-kt}$,其中$k$為降解速率常數(shù)。下列說法正確的是()A.該降解過程為勻變速直線運動模型B.降解速率常數(shù)$k$的單位為“米每秒”C.若$k$增大,支架完全降解所需時間縮短D.質量變化率與溫度無關導電高分子材料的電阻特性某研究團隊制備了一種新型導電高分子薄膜,其電阻隨拉伸應變的變化如圖1所示。已知拉伸過程中薄膜的橫截面積$S$與長度$L$滿足$S=S_0L_0/L$($S_0$、$L_0$為初始值),則下列說法正確的是()A.拉伸過程中材料的電阻率$\rho$保持不變B.當應變$\varepsilon=0.2$時,電阻$R$變?yōu)槌跏贾档?.44倍C.若施加恒定電壓,拉伸時通過薄膜的電流增大D.該材料的電阻變化主要由分子熱運動加劇導致仿生機器人的能量轉換某仿生機器人采用形狀記憶合金(SMA)驅動關節(jié),其工作原理是:SMA絲通電加熱后發(fā)生相變,恢復原狀并對外做功。若SMA絲的電阻為$5\Omega$,通過電流為$2A$,通電時間$10s$內(nèi)對外做功$150J$,則該過程中能量轉化效率為()A.30%B.50%C.75%D.80%納米藥物載體的布朗運動納米脂質體作為藥物載體,在血液中做布朗運動。已知某納米顆粒的直徑為$100nm$,血液溫度為$37^\circC$,則下列說法正確的是()A.顆粒的布朗運動是由血液分子的無規(guī)則碰撞引起的B.溫度升高時,顆粒的布朗運動劇烈程度減弱C.顆粒質量越大,布朗運動越明顯D.布朗運動是顆粒的定向運動燃料電池的電動勢計算某氫氧燃料電池采用質子交換膜,其總反應為$2H_2+O_2=2H_2O$。已知斷裂$1molH-H$鍵、$1molO=O$鍵、$1molH-O$鍵所需能量分別為$436kJ$、$496kJ$、$463kJ$,則該電池的理論電動勢約為()A.1.23VB.2.07VC.2.46VD.3.69V光催化材料的能量轉化二氧化鈦光催化劑在波長$\lambda=387nm$的紫外光照射下,可將水分解為$H_2$和$O_2$。已知普朗克常量$h=6.63\times10^{-34}J\cdots$,光速$c=3\times10^8m/s$,則每個光子的能量約為()A.$5.14\times10^{-19}J$B.$3.26\times10^{-19}J$C.$1.63\times10^{-19}J$D.$8.15\times10^{-20}J$生物膜的滲透壓現(xiàn)象某實驗中,將紅細胞置于不同濃度的葡萄糖溶液中,測得細胞體積隨時間變化如圖2所示。已知紅細胞膜可視為半透膜,葡萄糖分子能緩慢透過膜結構,則曲線b對應的溶液濃度可能為()A.$0.1mol/L$B.$0.3mol/L$C.$0.5mol/L$D.$0.7mol/L$超導材料的邁斯納效應高溫超導體$YBa_2Cu_3O_7$在臨界溫度以下具有完全抗磁性(邁斯納效應)。當一塊永久磁鐵靠近超導材料時,下列說法正確的是()A.超導體內(nèi)的磁感應強度為零B.磁鐵與超導材料之間存在排斥力C.若降低溫度,超導材料的抗磁性減弱D.該現(xiàn)象與電磁感應中的渦流現(xiàn)象原理相同納米發(fā)電機的電磁感應某納米發(fā)電機基于電磁感應原理,其結構為:氧化鋅納米線在機械振動下切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢。已知納米線長度$L=1\mum$,振動速度$v=10m/s$,垂直磁場磁感應強度$B=0.5T$,則產(chǎn)生的感應電動勢約為()A.$5\times10^{-6}V$B.$5\times10^{-9}V$C.$5\times10^{-12}V$D.$5\times10^{-15}V$復合材料的熱傳導碳纖維增強復合材料的熱導率$\lambda$可表示為$\lambda=\lambda_fV_f+\lambda_mV_m$,其中$\lambda_f$、$\lambda_m$分別為纖維和基體的熱導率,$V_f$、$V_m$為體積分數(shù)。若碳纖維$\lambda_f=100W/(m\cdotK)$,樹脂基體$\lambda_m=0.2W/(m\cdotK)$,當$V_f=0.6$時,復合材料的熱導率為()A.$58.92W/(m\cdotK)$B.$60.12W/(m\cdotK)$C.$62.36W/(m\cdotK)$D.$64.58W/(m\cdotK)$二、實驗題(共2小題,共24分)形狀記憶合金的相變溫度測量(1)某同學設計實驗測量SMA絲的相變溫度,實驗裝置如圖3所示。請完成以下填空:①溫度計的示數(shù)為______$^\circC$(讀數(shù)保留1位小數(shù))。②實驗中通過______(選填“電流”或“電壓”)控制SMA絲的溫度。③若SMA絲的電阻隨溫度升高線性增大,某次測量中電流表示數(shù)從$1.2A$變?yōu)?1.0A$(電壓恒定),則溫度變化量$\DeltaT=$______$^\circC$(已知電阻溫度系數(shù)$\alpha=0.004^\circC^{-1}$)。(2)為研究SMA絲的回復力特性,將其一端固定,另一端連接彈簧測力計,加熱后測量不同溫度下的回復力$F$,數(shù)據(jù)如下表:|溫度$T/^\circC$|30|40|50|60|70||-----------------|----|----|----|----|----||回復力$F/N$|0|2|5|8|10|①在圖4中描點并繪制$F-T$圖像。②當溫度從$45^\circC$升高到$55^\circC$時,回復力的變化量為______$N$。生物膜的透過率實驗某小組用半透膜模擬生物膜的選擇透過性,實驗步驟如下:①用半透膜袋裝入$10%$的淀粉溶液,浸入盛有$5%$葡萄糖溶液的燒杯中,如圖5所示。②一段時間后,檢測燒杯中液體的成分。(1)實驗中需測量的物理量有______(多選)。A.溶液的密度B.溶液的滲透壓C.葡萄糖濃度D.淀粉濃度(2)已知葡萄糖分子的擴散速率$v$與濃度差$\Deltac$成正比,即$v=k\Deltac$($k$為常數(shù))。若初始時膜兩側葡萄糖濃度差為$5g/L$,$2h$后濃度差變?yōu)?1g/L$,則$k=$______$L/(m^2\cdoth)$(膜面積$S=0.01m^2$,葡萄糖分子量$180g/mol$)。(3)若將半透膜換成全透膜,平衡后燒杯中溶液的滲透壓______(選填“大于”“等于”或“小于”)初始值。三、計算題(共2小題,共36分)人工心臟的流體力學分析某磁懸浮人工心臟的血泵部分可簡化為如圖6所示模型:血液從入口流入,經(jīng)葉輪加速后從出口流出。已知葉輪半徑$r=2cm$,轉速$n=3000r/min$,血液密度$\rho=1060kg/m^3$,出口處血流速度$v=2m/s$,流量$Q=5\times10^{-5}m^3/s$。(1)求葉輪邊緣的線速度$v_m$及向心加速度$a$的大小。(2)計算血泵對血液做功的功率$P$。(3)若血泵效率為$80%$,求驅動電機的輸入功率$P_{in}$。燃料電池的綜合分析某氫氧燃料電池采用質子交換膜,單電池結構如圖7所示,已知:電極反應:陽極$H_2-2e^-=2H^+$,陰極$O_2+4e^-+4H^+=2H_2O$工作溫度$T=353K$,氣體常數(shù)$R=8.31J/(mol\cdotK)$(1)寫出電池的總反應方程式。(2)計算標準狀態(tài)下($p=1atm$)的電動勢$E$(已知反應的吉布斯自由能變$\DeltaG=-474kJ/mol$,法拉第常數(shù)$F=96500C/mol$)。(3)若電池輸出電流$I=2A$,工作$1h$后消耗$H_2$的體積為______$L$(標準狀況下,結果保留2位小數(shù))。三、計算題(共2小題,共36分)納米機器人的運動分析某納米機器人在血管中運動,可視為半徑$r=50nm$的球體,受到的黏滯阻力$f=6\pi\etarv$($\eta$為血液黏度,$v$為運動速度)。已知$\eta=0.004Pa\cdots$,機器人的驅動力$F=10^{-12}N$。(1)求機器人的最大運動速度$v_m$。(2)若機器人從靜止開始運動,假設驅動力恒定,寫出速度$v$隨時間$t$的變化關系式(已知機器人質量$m=10^{-18}kg$)。(3)計算機器人達到$0.9v_m$所需的時間$t$。復合材料的熱應力分析碳纖維-樹脂復合材料在溫度變化時會產(chǎn)生熱應力。已知某復合材料板的尺寸為$L_0=1m$、$W=0.1m$、$H=0.01m$,碳纖維的線膨脹系數(shù)$\alpha_f=-0.5\times10^{-6}^\circC^{-1}$(負值表示收縮),樹脂的$\alpha_m=50\times10^{-6}^\circC^{-1}$,彈性模量$E_f=200GPa$,$E_m=3GPa$,體積分數(shù)$V_f=0.5$。(1)當溫度升高$\DeltaT=50^\circC$時,復合材料的理論熱膨脹量$\DeltaL=$______$m$(忽略界面效應)。(2)若復合材料因約束無法膨脹,計算內(nèi)部產(chǎn)生的熱應力$\sigma$(提示:熱應力$\sigma=E\alpha\DeltaT$,復合材料的等效彈性模量$E=E_fV_f+E_mV_m$)。參考答案及評分標準(部分)一、選擇題C2.B3.C4.A5.A6.A7.B8.B9.A10.B二、實驗題(1)①52.5②電流③41.7(2)②3(1)BC(2)0.025(3)等于三、計算題(1)$v_m=3.14m/s$,$a=493m/s^2$(2)$P=0.106W$(3)$P_{in}=0.133W$(2)$E=1.23V$(3)0.76(注:完整參考答案及詳細解析見配套教師用書)命題說明本試卷以“化學生物材料”為情境載體,覆蓋力學(運

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