2025年高三物理上學(xué)期“物理材料”中的物理知識考查卷一、單項選擇題（共8小題，每題6分，共48分）1.材料力學(xué)性能與牛頓運(yùn)動定律的綜合應(yīng)用某新型航空材料的拉伸試驗中，材料樣品在恒力作用下產(chǎn)生0.2mm的彈性形變。已知樣品橫截面積為1×10??m2，彈性模量（楊氏模量）E=2×1011Pa，根據(jù)胡克定律F=kx與應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系σ=Eε（σ=F/S，ε=Δx/L），若樣品原長L=0.1m，則該恒力大小為（）A.40NB.400NC.4×103ND.4×10?N解析：由胡克定律F=kx與應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系σ=Eε可得：k=ES/L=（2×1011Pa×1×10??m2）/0.1m=2×10?N/m則F=kx=2×10?N/m×0.2×10?3m=4×10?N，答案D。2.超導(dǎo)材料與電磁感應(yīng)現(xiàn)象高溫超導(dǎo)材料YBa?Cu?O?在液氮環(huán)境（77K）下電阻趨近于零。將其制成半徑為0.1m的圓環(huán)，置于磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直于環(huán)面。若突然撤去磁場（Δt=0.01s），環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電流大小為（）A.0AB.7.96AC.79.6AD.無法計算解析：根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律E=ΔΦ/Δt=Δ(BS)/Δt=Bπr2/Δt代入數(shù)據(jù)得E=0.5×π×(0.1)2/0.01≈1.57V因超導(dǎo)電阻R=0，由I=E/R可知電流理論上無窮大，但實際超導(dǎo)環(huán)存在臨界電流，題目未給出時默認(rèn)理想模型，答案A。3.納米材料的表面張力現(xiàn)象將直徑2μm的納米玻璃球輕輕置于水面，水面產(chǎn)生的表面張力使小球懸浮。已知水的表面張力系數(shù)γ=0.073N/m，接觸點(diǎn)形成的圓周周長L≈πd，則表面張力的合力約為（）A.4.6×10??NB.4.6×10??NC.4.6×10??ND.4.6×10??N解析：表面張力合力F=γL=γπd=0.073×π×2×10??≈4.6×10??N，答案A。4.復(fù)合材料的動量守恒應(yīng)用質(zhì)量為2kg的碳纖維復(fù)合材料板，以3m/s的速度與靜止的普通鋼板（質(zhì)量1kg）發(fā)生彈性碰撞，碰撞后復(fù)合材料板的速度為（）A.1m/sB.2m/sC.3m/sD.0m/s解析：彈性碰撞滿足動量守恒m?v?=m?v?'+m?v?'和動能守恒(1/2)m?v?2=(1/2)m?v?'2+(1/2)m?v?'解得v?'=(m?-m?)v?/(m?+m?)=(2-1)×3/(2+1)=1m/s，答案A。5.半導(dǎo)體材料的霍爾效應(yīng)N型半導(dǎo)體薄片（載流子為電子）置于垂直紙面向里的磁場中，通入從左向右的電流I，已知霍爾系數(shù)RH=-1×10?3m3/C，薄片厚度d=0.1mm，寬度b=1cm，若測得霍爾電壓UH=-0.1mV，則磁感應(yīng)強(qiáng)度B為（）A.0.1TB.0.5TC.1TD.2T解析：由霍爾電壓公式UH=RHIB/d得B=UHd/(RHI)=（-0.1×10?3V×0.1×10?3m）/（-1×10?3m3/C×1A）=0.01T，答案A。6.彈性材料與機(jī)械波傳播某彈性材料制成的弦線中傳播橫波，其波動方程為y=0.02sin(10πt-πx)（m）。若該材料的線密度μ=0.1kg/m，則弦線的張力T為（）A.10NB.25NC.100ND.250N解析：由波動方程得角頻率ω=10πrad/s，波數(shù)k=πrad/m，波速v=ω/k=10m/s由v=√(T/μ)得T=μv2=0.1kg/m×(10m/s)2=10N，答案A。7.磁性材料與磁場力計算釹鐵硼永磁體（NdFeB）的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1.2T，將其制成邊長0.1m的立方體，與長直導(dǎo)線（電流I=5A）相距0.2m放置，導(dǎo)線所受安培力大小為（）A.0.3NB.0.6NC.3ND.6N解析：永磁體產(chǎn)生的磁場近似勻強(qiáng)磁場，導(dǎo)線有效長度L=0.1m（與磁場垂直）F=BIL=1.2T×5A×0.1m=0.6N，答案B。8.壓電材料與能量轉(zhuǎn)換壓電陶瓷在壓力作用下產(chǎn)生的電荷量Q與壓力F成正比（Q=dF，d為壓電系數(shù)）。某型號壓電材料d=1×10?11C/N，當(dāng)受到100N壓力時，若將其與1μF電容串聯(lián)，則電容兩端電壓為（）A.1×10??VB.1×10?3VC.1VD.1000V解析：Q=dF=1×10?11C/N×100N=1×10??CU=Q/C=1×10??C/1×10??F=1×10?3V，答案B。二、多項選擇題（共4小題，每題6分，共24分）9.新型合金材料的熱力學(xué)性質(zhì)某記憶合金在溫度升高時發(fā)生馬氏體相變，其比熱容c隨溫度T的變化如圖所示。下列說法正確的有（）A.相變過程中合金吸收熱量但溫度不變B.相變前后合金的內(nèi)能變化量ΔU=Q+WC.由c=Q/(mΔT)可知，相變時比熱容趨近于無窮大D.該過程違反熱力學(xué)第一定律解析：相變過程中溫度不變但吸收潛熱，A正確；熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W適用于所有過程，B正確；相變時ΔT=0，c理論上無窮大，C正確；答案ABC。10.光纖材料與光的傳播單模光纖的纖芯折射率n?=1.45，包層折射率n?=1.43，光在真空中速度c=3×10?m/s。關(guān)于光纖通信，下列說法正確的有（）A.光在纖芯中的傳播速度v=2.07×10?m/sB.發(fā)生全反射的臨界角C=arcsin(n?/n?)≈80.5°C.若光以30°入射角（與軸線夾角）射入纖芯，將在包層界面發(fā)生全反射D.光纖通信利用了光的偏振現(xiàn)象解析：v=c/n?=3×10?/1.45≈2.07×10?m/s，A正確；臨界角C=arcsin(n?/n?)=arcsin(1.43/1.45)≈80.5°，B正確；入射角30°時，折射角θ滿足sinθ=sin30°/n?≈0.345，界面入射角90°-θ≈55.5°<C，不會全反射，C錯誤；光纖通信利用全反射，D錯誤；答案AB。三、實驗題（共2小題，共28分）11.材料彈性形變的探究實驗（14分）某同學(xué)用“拉伸法測金屬絲楊氏模量”實驗裝置，探究新型鋁合金材料的彈性性能，步驟如下：（1）用螺旋測微器測量金屬絲直徑d，示數(shù)如圖1所示，讀數(shù)為______mm；（2）已知金屬絲原長L=1m，當(dāng)掛上500g鉤碼時，光杠桿反射鏡使標(biāo)尺讀數(shù)變化Δx=3cm，光杠桿常數(shù)（鏡面到標(biāo)尺距離D=2m，后足尖到前足尖距離l=7cm），則應(yīng)變ε=ΔL/L=（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）；（3）若計算得楊氏模量E=7×101?Pa，分析該值小于理論值的可能原因：。答案：（1）0.520mm（螺旋測微器固定刻度0.5mm，可動刻度2.0×0.01mm=0.020mm）；（2）ε=ΔL/L=Δxl/(2D)=（3×10?2m×7×10?2m）/（2×2m）≈5.25×10??≈5.3×10??；（3）金屬絲存在塑性形變、光杠桿足尖未完全固定。12.超導(dǎo)材料的零電阻特性實驗（14分）用如圖2所示電路探究超導(dǎo)材料的電阻特性，已知電源電動勢E=3V，內(nèi)阻r=1Ω，超導(dǎo)樣品電阻R?，保護(hù)電阻R?=100Ω：（1）未浸入液氮時，電流表示數(shù)I=20mA，樣品電阻R?=Ω；（2）浸入液氮后，電流表示數(shù)變?yōu)镮'=2.97A，此時樣品電阻R?'≈Ω，說明超導(dǎo)材料；（3）若將電源更換為交流電源，實驗現(xiàn)象為。答案：（1）R?=E/I-R?-r=3V/0.02A-100Ω-1Ω=49Ω；（2）R?'=E/I'-R?-r≈3V/2.97A-100Ω-1Ω≈-100Ω（實驗誤差范圍內(nèi)視為0），電阻趨近于零；（3）產(chǎn)生感應(yīng)電流，但因超導(dǎo)零電阻，電流不會衰減。四、計算題（共2小題，共46分）13.復(fù)合材料橋梁的力學(xué)分析（22分）某跨海大橋采用碳纖維復(fù)合材料箱梁結(jié)構(gòu)，單根箱梁長L=30m，截面簡化為矩形（高h(yuǎn)=2m，寬b=1m），材料密度ρ=1.5×103kg/m3，彈性模量E=3×1011Pa。（1）計算箱梁自重產(chǎn)生的最大彎曲正應(yīng)力σ_max（提示：σ=My/I，其中M=qL2/8，q=ρghb，I=bh3/12）；（2）若車輛通行時箱梁承受附加彎矩M'=1×10?N·m，為保證安全，需控制總應(yīng)力不超過材料屈服強(qiáng)度σ_s=5×10?Pa，計算允許的最大附加彎矩增量ΔM。解析：（1）線荷載q=ρVg/L=ρbhLg/L=ρbgh=1.5×103×1×2×9.8≈2.94×10?N/m跨中最大彎矩M=qL2/8=2.94×10?N/m×(30m)2/8≈3.315×10?N·m截面慣性矩I=bh3/12=1×23/12≈0.667m?σ_max=My/I=3.315×10?N·m×1m/0.667m?≈4.97×10?Pa≈5×10?Pa（2）總彎矩M_total=σ_sI/y=5×10?Pa×0.667m?/1m≈3.335×10?N·mΔM=M_total-M-M'=3.335×10?-3.315×10?-1×10?≈3.29×10?N·m14.電磁材料的能量轉(zhuǎn)換應(yīng)用（24分）某電磁彈射裝置利用超導(dǎo)線圈產(chǎn)生強(qiáng)磁場，推動金屬滑塊（質(zhì)量m=10kg）在導(dǎo)軌上運(yùn)動。已知線圈磁感應(yīng)強(qiáng)度B=5T，滑塊有效長度L=2m，通入電流I=1×10?A，導(dǎo)軌長度s=50m，忽略摩擦與空氣阻力：（1）計算滑塊所受安培力F及加速度a；（2）若電流隨時間變化I=kt（k=2×103A/s），求t=5s時滑塊的速度v；（3）分析該過程中能量轉(zhuǎn)化形式，并計算t=5s內(nèi)系統(tǒng)消耗的總電能。解析：（1）F=BIL=5T×1×10?A×2m=1×10?Na=F/m=1×10?N/10kg=1×10?m/s2（2）由I=kt得F=BktL，加速度a=F/m=BkLt/m速度v=∫adt=∫??(BkLt/m)dt=BkLt2/(2m)=5×2×103×2×52/(2×10)=2.5×10?m/s（3）電能轉(zhuǎn)化為滑塊動能與線圈焦耳熱（超導(dǎo)線圈焦耳熱為零，理想狀態(tài)全部轉(zhuǎn)化為動能）動能E_k=1/2mv2=0.5×10×(2.5×10?)2=3.125×10?J五、綜合應(yīng)用題（共22分）15.智能材料與現(xiàn)代科技（22分）（1）形狀記憶合金的溫控特性：鎳鈦合金（NiTi）在溫度T?時發(fā)生馬氏體相變，恢復(fù)原狀。某NiTi彈簧在20℃時長度L?=10cm，60℃時長度L?=15cm，若溫度從20℃升至60℃，彈簧彈性勢能變化ΔE_p=______（已知勁度系數(shù)k=100N/m，忽略熱膨脹）；（2）壓電材料的能量收集：某智能鞋墊內(nèi)置壓電陶瓷片，每步行走產(chǎn)生壓力F=500N，壓電系數(shù)d=2×10?11C/N，若每天行走1萬步，產(chǎn)生電荷量Q=C，若將其存儲于1000μF電容，電壓可升高_(dá)_____V；（3）電磁屏蔽材料的應(yīng)用：某軍用飛機(jī)采用碳纖維復(fù)合材料外殼，其對電磁波的屏蔽效能SE=20lg(E?/E)（E?為入射波電場強(qiáng)度，E為透射波電場強(qiáng)度），若SE=60dB，則透射波強(qiáng)度與入射波強(qiáng)度之比I/I?=（電磁波強(qiáng)度I∝E2）。答案：（1）ΔE_p=1/2k(L?2-L?2)=0.5×100×(0.152-0.12)=0.5×100×0.0125=0.625J；（2）Q=10?×dF=10?×2×10?11×500=1×10??C，ΔU=Q/C=1×10??C/1000×10??F=0.1V；（3）SE=20lg(E?/E)=60dB→E?/E=103→I/I?=(E/E?)2=10??。六、選考模塊（共15分，從以下兩題中任選一題作答）16.3-3模塊：新型保溫材料的熱學(xué)特性某真空絕熱板（VIP）的導(dǎo)熱系數(shù)λ=0.004W/(m·K)，面積S=1m2，厚度d=0.01m，兩側(cè)溫度差ΔT=30K，根據(jù)熱傳導(dǎo)公式Q=λSΔTt/d，計算24小時內(nèi)的漏熱量Q，并與傳統(tǒng)聚氨酯泡沫（λ=0.02W/(m·K)）比較，說明VIP材料的保溫優(yōu)勢。答案：Q=0.004×1×30×24×3600/0.01=1.0368×10?J傳統(tǒng)材料Q'=0.02×1×30×24×3600/0.01=5.184×10?J，VIP漏熱量僅為傳統(tǒng)材料的20%，保溫性能更優(yōu)。17.3-4模塊：光子晶體材料的光學(xué)特性光子晶體是一種折射率周期性變化的人工材料，可調(diào)控光的傳播。某一維光子晶