2025年高三物理上學(xué)期“物理飼料”中的物理知識(shí)考查卷一、力學(xué)綜合應(yīng)用題（30分）題目情境：某飼料加工廠的自動(dòng)化生產(chǎn)線中，玉米顆粒通過(guò)傾斜傳送帶（傾角θ=37°）從地面運(yùn)送到高處料倉(cāng)。傳送帶以v=2m/s的恒定速度順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，玉米與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.8，單個(gè)玉米顆粒質(zhì)量m=0.01kg，可視為質(zhì)點(diǎn)。問(wèn)題：分析玉米顆粒剛放上傳送帶時(shí)的受力情況，計(jì)算此時(shí)的加速度大小；（10分）若傳送帶長(zhǎng)度L=5m，玉米顆粒從底端運(yùn)動(dòng)到頂端的總時(shí)間是多少？（10分）若傳送帶突然斷電，立即以a?=1m/s2的加速度減速至停止，判斷斷電瞬間玉米顆粒是否會(huì)相對(duì)傳送帶滑動(dòng)，并說(shuō)明理由。（10分）考查核心：摩擦力的方向判斷、牛頓第二定律的瞬時(shí)性應(yīng)用、運(yùn)動(dòng)學(xué)公式的分段計(jì)算。關(guān)鍵解析：第1問(wèn)：玉米剛放上時(shí)相對(duì)傳送帶向下滑動(dòng)，滑動(dòng)摩擦力沿傳送帶向上。受力分析得：沿斜面方向，f-mgsinθ=ma；垂直斜面方向，N=mgcosθ。其中滑動(dòng)摩擦力f=μN(yùn)，代入數(shù)據(jù)解得a=μgcosθ-gsinθ=0.8×10×0.8-10×0.6=6.4-6=0.4m/s2。第2問(wèn)：分階段計(jì)算運(yùn)動(dòng)時(shí)間。第一階段：玉米從靜止開(kāi)始以a=0.4m/s2加速至v=2m/s，位移x?=v2/(2a)=4/(0.8)=5m，恰好等于傳送帶長(zhǎng)度，故全程做勻加速運(yùn)動(dòng)，時(shí)間t=v/a=2/0.4=5s。第3問(wèn)：斷電后傳送帶的加速度a?=1m/s2（沿斜面向下），玉米顆粒的加速度a?由重力沿斜面分力和摩擦力決定。若相對(duì)靜止，玉米加速度應(yīng)等于a?；若相對(duì)滑動(dòng)，需計(jì)算最大靜摩擦力對(duì)應(yīng)的加速度。最大靜摩擦力f???=μmgcosθ=0.8×0.01×10×0.8=0.0064N，重力沿斜面分力G?=mgsinθ=0.01×10×0.6=0.006N。當(dāng)傳送帶減速時(shí)，玉米相對(duì)傳送帶的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)取決于兩者加速度關(guān)系：傳送帶減速的加速度a?=1m/s2，玉米若要與傳送帶共速減速，所需合外力F=ma?=0.01×1=0.01N。而玉米實(shí)際能提供的最大合外力為f???+G?=0.0064+0.006=0.0124N>0.01N，故靜摩擦力足以提供所需加速度，不會(huì)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)。二、電磁學(xué)與能量轉(zhuǎn)化題（30分）題目情境：飼料加工中的電磁振動(dòng)篩利用電磁驅(qū)動(dòng)原理工作。其核心部件為一個(gè)U形電磁鐵，兩極間產(chǎn)生B=0.5T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直于紙面（如圖所示）。篩網(wǎng)下方固定一個(gè)矩形線圈（匝數(shù)n=100匝，邊長(zhǎng)ab=0.2m，bc=0.1m），線圈總電阻R=1Ω，通過(guò)交流電產(chǎn)生的安培力帶動(dòng)篩網(wǎng)振動(dòng)。線圈中電流i隨時(shí)間變化規(guī)律為i=5sin(100πt)A。問(wèn)題：寫出線圈ab邊所受安培力F隨時(shí)間t的變化表達(dá)式；（10分）計(jì)算0~0.01s內(nèi)線圈產(chǎn)生的焦耳熱；（10分）若篩網(wǎng)在安培力作用下做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，振幅A=0.05m，最大速度v?=1m/s，分析振動(dòng)過(guò)程中能量的轉(zhuǎn)化形式。（10分）考查核心：安培力公式、交流電有效值、能量守恒定律。關(guān)鍵解析：第1問(wèn)：安培力F=nBiL，其中L為ab邊長(zhǎng)度0.2m，i=5sin(100πt)A。代入得F=100×0.5×5sin(100πt)×0.2=50sin(100πt)N。因電流方向周期性變化，安培力方向也隨時(shí)間周期性改變，表達(dá)式中已包含方向（正弦函數(shù)的正負(fù)）。第2問(wèn)：交流電有效值I=I?/√2=5/√2A，周期T=2π/ω=2π/(100π)=0.02s，0.01s為半個(gè)周期。焦耳熱Q=I2Rt=(25/2)×1×0.01=0.125J。第3問(wèn)：能量轉(zhuǎn)化過(guò)程包括：電能通過(guò)電流做功轉(zhuǎn)化為線圈的電磁能，安培力做功將電磁能轉(zhuǎn)化為篩網(wǎng)的機(jī)械能（動(dòng)能與彈性勢(shì)能），同時(shí)因線圈電阻產(chǎn)生焦耳熱（內(nèi)能），部分機(jī)械能因克服摩擦轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。三、熱學(xué)與氣體定律題（20分）題目情境：飼料發(fā)酵過(guò)程中，封閉發(fā)酵罐內(nèi)的混合氣體（可視為理想氣體）初始狀態(tài)為p?=1.0×10?Pa，V?=2m3，T?=300K。發(fā)酵反應(yīng)中釋放熱量，使罐內(nèi)氣體溫度升高至T?=360K，同時(shí)氣體質(zhì)量增加Δm=0.5kg（外界氣體通過(guò)單向閥進(jìn)入罐內(nèi)，維持壓強(qiáng)不變）。已知混合氣體的摩爾質(zhì)量M=28g/mol，普適氣體常量R=8.31J/(mol·K)。問(wèn)題：計(jì)算溫度升高后罐內(nèi)氣體的體積V?；（10分）求進(jìn)入罐內(nèi)的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下（p?=1.0×10?Pa，T?=273K）的體積。（10分）考查核心：蓋-呂薩克定律、理想氣體狀態(tài)方程。關(guān)鍵解析：第1問(wèn)：因壓強(qiáng)不變，由蓋-呂薩克定律V?/T?=V?/T?，解得V?=V?T?/T?=2×360/300=2.4m3。第2問(wèn)：初始?xì)怏w物質(zhì)的量n?=p?V?/(RT?)=10?×2/(8.31×300)≈80.2mol，末狀態(tài)n?=p?V?/(RT?)=10?×2.4/(8.31×360)≈80.2mol（壓強(qiáng)、溫度、體積均變化但n?=n?+Δn）。Δn=Δm/M=0.5kg/0.028kg/mol≈17.86mol，標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積ΔV=Δn×22.4L/mol=17.86×22.4≈400L=0.4m3。四、近代物理選擇題（每題5分，共20分）光電效應(yīng)應(yīng)用：飼料顆粒的顏色分揀裝置利用光電管檢測(cè)反射光波長(zhǎng)。若某金屬的逸出功W?=2.5eV，用波長(zhǎng)λ=400nm的紫光照射時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能為（h=6.63×10?3?J·s，c=3×10?m/s）：A.0.6eVB.1.1eVC.2.5eVD.3.1eV答案：B解析：光子能量E=hc/λ=6.63×10?3?×3×10?/(400×10??)≈4.97×10?1?J≈3.1eV，最大初動(dòng)能E?=E-W?=3.1eV-2.5eV=0.6eV？（修正：計(jì)算錯(cuò)誤，hc/λ=1240eV·nm/400nm=3.1eV，E?=3.1-2.5=0.6eV，答案應(yīng)為A）核反應(yīng)方程：飼料滅菌常用γ射線照射，其產(chǎn)生原理是放射性同位素Co-60的衰變。Co-60（2???Co）衰變?yōu)镹i-60（2???Ni）時(shí)放出γ光子，衰變方程為：A.2???Co→2???Ni+???eB.2???Co→2???Ni+??eC.2???Co→2???Ni+??HeD.2???Co→2???Ni+γ答案：A解析：β衰變中電荷數(shù)增加1，質(zhì)量數(shù)不變，放出電子???e，γ射線為伴隨產(chǎn)物。五、實(shí)驗(yàn)題（30分）題目：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量飼料顆粒下落時(shí)受到的空氣阻力。實(shí)驗(yàn)裝置：將顆粒從高處自由釋放，用頻閃相機(jī)（每秒閃光50次）拍攝軌跡，得到如圖所示的照片（部分），測(cè)量數(shù)據(jù)如下表（單位：cm）：位置12345下落距離x01.23.67.212.0問(wèn)題：計(jì)算顆粒在位置3到位置5的平均速度；（10分）若顆粒質(zhì)量m=0.02kg，估算位置4時(shí)顆粒所受空氣阻力的大小。（20分）考查核心：平均速度計(jì)算、逐差法求加速度、牛頓第二定律。關(guān)鍵解析：第1問(wèn)：頻閃周期T=0.02s，位置3到5的時(shí)間間隔Δt=2T=0.04s，位移Δx=12.0cm-3.6cm=8.4cm=0.084m，平均速度v=Δx/Δt=0.084/0.04=2.1m/s。第2問(wèn)：用逐差法求位置4的瞬時(shí)加速度。x?-x?=7.2-1.2=6cm，x?-x?=12.0-3.6=8.4cm，Δx=(8.4-6)cm=2.4cm=0.024m，Δx=a(2T)2，解得a=0.024/(4×0.0004)=15m/s2。由mg-f=ma，得f=mg-ma=0.02×10-0.02×15=0.2-0.3=-0.1N（負(fù)號(hào)表示方向豎直向上），大小為0.1N。六、物理建模與拓展題（30分）題目情境：飼料制粒機(jī)將混合粉料壓縮成圓柱形顆粒（直徑d=5mm，長(zhǎng)度l=10mm），顆粒從模具中擠出時(shí)受到恒定的摩擦力f=0.5N，出口處速度v=10m/s。問(wèn)題：建立顆粒擠出過(guò)程的能量轉(zhuǎn)化模型，寫出粉料的內(nèi)能、動(dòng)能與摩擦力做功的關(guān)系；（15分）若每小時(shí)生產(chǎn)顆粒100kg，估算制粒過(guò)程中因摩擦產(chǎn)生的熱量功率。（15分）考查核心：能量守恒建模、功率計(jì)算。關(guān)鍵解析：第1問(wèn)：能量關(guān)系為：粉料的內(nèi)能增加ΔU+顆粒的動(dòng)能E?=摩擦力做的功W?。即ΔU+(1/2)mv2=f·s（s為模具中顆粒移動(dòng)的距離，等于顆粒長(zhǎng)度l）。第2問(wèn)：?jiǎn)蝹€(gè)顆粒體積V=π(d/2)2l=π(0.0025)2×0.01≈1.96×10??m3，假設(shè)密度ρ=1.2×103kg/m3，單個(gè)質(zhì)量m=ρV≈2.35×10??kg，每小時(shí)顆粒數(shù)N=100kg/m≈4.26×10?個(gè)。總摩擦力做功W=N·f·l=4.26×10?×0.5×0.01=2130J，功率P=W/t=2130J/3600s≈0.59W。七、物理與生產(chǎn)實(shí)踐分析題（20分）題目：某飼料廠為降低能耗，對(duì)高壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造：將葉輪材料由鑄鐵（密度ρ?=7.9×103kg/m3）更換為鋁合金（ρ?=2.7×103kg/m3），葉輪半徑R=0.5m，轉(zhuǎn)速n=3000r/min。問(wèn)題：分析葉輪材料更換后對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的影響；（10分）若原葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)能E??=500J，估算更換材料后葉輪的動(dòng)能E??（假設(shè)葉輪形狀和尺寸不變）。（10分）考查核心：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量公式、動(dòng)能計(jì)算。關(guān)鍵解析：第1問(wèn)：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I=∫r2dm，質(zhì)量m=ρV，體積V不變時(shí)I與ρ成正比，故鋁合金葉輪I?=I?·ρ?/ρ?≈500J×2.7/7.9≈17