物理信息給予題專項(xiàng)試卷一、力學(xué)綜合題（15分）題干信息2024年國(guó)際物理奧林匹克競(jìng)賽中出現(xiàn)了一道關(guān)于“太空電梯”的創(chuàng)新題型。太空電梯是一種設(shè)想中的低成本進(jìn)入太空的運(yùn)輸系統(tǒng)，其核心結(jié)構(gòu)是一根從地球赤道表面延伸至地球同步軌道的剛性纜繩，纜繩兩端分別固定在地面基站和軌道空間站。已知地球半徑為6400km，地球同步軌道高度為36000km，地球表面重力加速度g=9.8m/s2，地球自轉(zhuǎn)周期T=24h。假設(shè)纜繩質(zhì)量忽略不計(jì)，且始終保持沿地球徑向的直線狀態(tài)。問題計(jì)算地球同步軌道處的重力加速度大小；若某物體靜止在距離地面高度為h的纜繩上，求該物體所受地球引力與向心力的大小關(guān)系；分析當(dāng)h增大時(shí)，物體對(duì)纜繩的拉力如何變化，并說明理由。二、電磁學(xué)應(yīng)用題（20分）題干信息2023年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予了“阿秒光物理”領(lǐng)域的科學(xué)家，其研究成果可用于觀測(cè)電子運(yùn)動(dòng)。某實(shí)驗(yàn)裝置中，一束頻率為ν的激光穿過磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直于激光傳播方向。已知激光光子的能量為E=hν（h為普朗克常量），電子電荷量為e，質(zhì)量為m?。假設(shè)光子與電子碰撞后，光子頻率變?yōu)棣?，電子獲得速度v，且碰撞過程中能量和動(dòng)量均守恒（光子動(dòng)量p=hν/c，c為光速）。問題寫出碰撞前后光子與電子的能量守恒方程；若電子初始靜止，且碰撞后電子速度方向與磁場(chǎng)方向垂直，求電子做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑；若激光頻率ν=101?Hz，B=0.1T，計(jì)算電子獲得的最大動(dòng)能（保留兩位有效數(shù)字）。三、熱學(xué)創(chuàng)新題（15分）題干信息“相變儲(chǔ)能材料”是一種通過固液狀態(tài)變化儲(chǔ)存熱量的物質(zhì)，其核心參數(shù)為相變潛熱L（單位質(zhì)量物質(zhì)相變時(shí)吸收或釋放的熱量）和比熱容c。某型號(hào)相變材料的相變溫度為50℃，固態(tài)比熱容c?=2.0×103J/(kg·℃)，液態(tài)比熱容c?=3.0×103J/(kg·℃)，相變潛熱L=2.5×10?J/kg?，F(xiàn)將1kg該材料從20℃加熱至80℃，環(huán)境氣壓為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。問題計(jì)算材料從20℃升溫至相變溫度過程中吸收的熱量；求材料完全相變（固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)）所需的熱量；若加熱功率為100W，求整個(gè)過程的總加熱時(shí)間（假設(shè)熱量無損失）。四、波動(dòng)光學(xué)題（15分）題干信息“超材料”是一種具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合材料。某超材料薄膜的折射率n隨入射光波長(zhǎng)λ變化的關(guān)系為n=1.5+0.2λ（λ單位為μm）。當(dāng)一束白光（波長(zhǎng)范圍400nm~760nm）垂直入射到厚度d=2μm的該薄膜上時(shí)，在薄膜上表面會(huì)出現(xiàn)彩色干涉條紋。已知光在真空中的傳播速度c=3×10?m/s。問題計(jì)算波長(zhǎng)為500nm的光在薄膜中的傳播速度；求該波長(zhǎng)的光在薄膜中傳播的光程；分析當(dāng)薄膜厚度d增大時(shí)，干涉條紋的顏色分布如何變化，并說明理由。五、近代物理題（20分）題干信息2024年中國(guó)“人造太陽(yáng)”（EAST）裝置實(shí)現(xiàn)了1.2億攝氏度持續(xù)403秒的核聚變反應(yīng)。核聚變的主要反應(yīng)方程為：?1H+?1H→?2He+??n+Q（Q為核能釋放量）。已知質(zhì)子質(zhì)量m?=1.6726×10?2?kg，氚核質(zhì)量m?=5.0082×10?2?kg，氦核質(zhì)量m?=6.6447×10?2?kg，中子質(zhì)量m?=1.6749×10?2?kg，光速c=3×10?m/s。問題計(jì)算該核聚變反應(yīng)的質(zhì)量虧損Δm；求核能釋放量Q（用焦耳表示，保留三位有效數(shù)字）；若1mol氘核（?1H）與1mol氚核（?1H）完全反應(yīng)，估算釋放的總能量（阿伏伽德羅常數(shù)N?=6.02×1023mol?1）。六、力學(xué)與電磁學(xué)綜合題（30分）題干信息某新型磁懸浮列車采用“電磁推進(jìn)+電磁制動(dòng)”雙系統(tǒng)。其推進(jìn)系統(tǒng)中，列車下方的超導(dǎo)線圈產(chǎn)生磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，軌道上的鋁制導(dǎo)軌形成閉合回路（等效電阻R=0.1Ω），導(dǎo)軌間距L=2m。當(dāng)列車速度為v時(shí)，線圈與導(dǎo)軌相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。制動(dòng)系統(tǒng)中，通過改變磁場(chǎng)方向使感應(yīng)電流反向，從而產(chǎn)生與運(yùn)動(dòng)方向相反的安培力。已知列車質(zhì)量m=5×10?kg，所受阻力f=kv（k=100N·s/m）。問題推導(dǎo)推進(jìn)系統(tǒng)中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E與速度v的關(guān)系；當(dāng)列車速度v=50m/s時(shí)，求推進(jìn)系統(tǒng)的輸出功率（假設(shè)電流全部用于驅(qū)動(dòng)列車）；若列車以v?=100m/s的速度勻速行駛，突然啟動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)，求列車速度減至50m/s所需的時(shí)間（提示：安培力F=BIL，感應(yīng)電流I=E/R）。七、熱學(xué)與力學(xué)綜合題（25分）題干信息“斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)”是一種外燃式熱機(jī)，其工作原理基于氣體的熱脹冷縮。某微型斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的工作介質(zhì)為0.1mol氦氣（視為理想氣體），其循環(huán)過程如下：等容加熱：從狀態(tài)A（T?=300K，V?=1L）加熱至狀態(tài)B（T?=600K）；等壓膨脹：從狀態(tài)B膨脹至狀態(tài)C（V?=2L）；等容冷卻：從狀態(tài)C冷卻至狀態(tài)D（T?=300K）；等壓壓縮：從狀態(tài)D壓縮回狀態(tài)A。已知氦氣的定容摩爾熱容C?=3R/2，定壓摩爾熱容C?=5R/2，普適氣體常量R=8.31J/(mol·K)。問題計(jì)算狀態(tài)B的壓強(qiáng)p?；求等壓膨脹過程中氣體對(duì)外做的功W；計(jì)算整個(gè)循環(huán)過程中發(fā)動(dòng)機(jī)的效率η（效率=凈功/總吸熱）。八、近代物理與光學(xué)綜合題（25分）題干信息“量子點(diǎn)發(fā)光二極管（QLED）”的發(fā)光原理是電子與空穴復(fù)合釋放光子。某QLED器件中，量子點(diǎn)的能級(jí)結(jié)構(gòu)為：基態(tài)能量E?=0eV，第一激發(fā)態(tài)E?=2.0eV，第二激發(fā)態(tài)E?=3.5eV。當(dāng)電子從E?躍遷到E?時(shí)，釋放的光子照射到逸出功W?=1.8eV的金屬鈉表面。已知普朗克常量h=6.63×10?3?J·s，1eV=1.6×10?1?J。問題計(jì)算電子從E?躍遷到E?時(shí)釋放的光子頻率；判斷該光子能否使鈉發(fā)生光電效應(yīng)，并說明理由；若光子照射鈉表面產(chǎn)生光電子，求光電子的最大初動(dòng)能（用eV表示）。九、波動(dòng)與振動(dòng)題（20分）題干信息“聲表面波傳感器”通過檢測(cè)聲波在材料表面的傳播速度變化來測(cè)量物理量。某傳感器中，聲波在石英晶體表面的傳播速度v與溫度t的關(guān)系為v(t)=v?(1+αt+βt2)，其中v?=3000m/s，α=1×10??℃?1，β=5×10??℃?2。當(dāng)溫度從t?=20℃升至t?=100℃時(shí)，傳感器的聲波傳播路徑長(zhǎng)度L=10cm。問題計(jì)算溫度為20℃時(shí)的聲波傳播時(shí)間t?；求溫度升至100℃時(shí)的傳播速度v?；若傳感器通過測(cè)量傳播時(shí)間差Δt來反推溫度變化，計(jì)算Δt的數(shù)值（保留兩位有效數(shù)字）。十、綜合創(chuàng)新題（35分）題干信息“太空太陽(yáng)能電站”是設(shè)想中在地球同步軌道建設(shè)的巨型發(fā)電裝置，其通過微波將電能傳輸至地面接收站。已知該電站太陽(yáng)能電池板的光電轉(zhuǎn)換效率η=20%，接收太陽(yáng)輻射的功率密度P?=1.36kW/m2（太陽(yáng)常數(shù)），電池板總面積S=5×10?m2，微波傳輸效率η?=50%。地面接收站的整流效率η?=80%，地球同步軌道半徑r=4.2×10?m。問題計(jì)算電站的最大輸出電功率P?；