2025年高中物理知識競賽“物理傳播”方案設(shè)計大賽試題（二）一、選擇題（共5題，每題6分，共30分）關(guān)于剛體轉(zhuǎn)動的描述一勻質(zhì)細桿繞通過其一端的水平軸在豎直平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動，初始時桿處于水平位置并靜止釋放。若桿的質(zhì)量為m、長度為L，重力加速度為g，則桿下擺至豎直位置時的角速度為（）A.√(3g/L)B.√(6g/L)C.√(g/(3L))D.√(g/(6L))相對論多普勒效應(yīng)的應(yīng)用某遙遠星系發(fā)出的光譜線在地球上觀測時，波長由原長λ?紅移至1.5λ?。若該星系的運動僅考慮勻速退行，光速為c，則其退行速度為（）A.0.2cB.0.4cC.0.6cD.0.8c熱傳導定律的計算兩根橫截面積均為S的銅棒和鐵棒串聯(lián)，長度分別為L?和L?，導熱系數(shù)分別為k?和k?。兩端溫度差為ΔT，則通過兩棒的熱流密度為（）A.(k?k?ΔT)/(k?L?+k?L?)B.(k?+k?)ΔT/(L?+L?)C.(k?L?+k?L?)ΔT/(k?k?S)D.(L?+L?)ΔT/(k?L?S+k?L?S)電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的交變電動勢表達式為e=E?sinωt。若線圈電阻為R，則一個周期內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱為（）A.E?2T/(2R)B.E?2T/(4R)C.(E?/√2)2T/RD.(E?/2)2T/R光的干涉與衍射現(xiàn)象在楊氏雙縫干涉實驗中，用波長為λ的單色光照射雙縫，屏上P點到雙縫的光程差為3λ/2，則P點處的條紋為（）A.亮紋，第1級B.暗紋，第1級C.亮紋，第2級D.暗紋，第2級二、填空題（共5題，每題10分，共50分）力學綜合計算質(zhì)量為2kg的物體在水平面上做直線運動，其速度-時間圖像如圖所示。前3s內(nèi)物體所受合外力的沖量大小為______N·s，第5s末物體的動能為______J。熱力學過程分析一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A（p?=2atm，V?=1L）經(jīng)等溫膨脹至狀態(tài)B（V?=3L），再經(jīng)等容升壓至狀態(tài)C（p?=2atm）。整個過程中氣體對外界做的總功為______J（已知1atm=10?Pa，ln3≈1.1）。電磁學應(yīng)用半徑為R的圓形區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B。一帶電粒子（質(zhì)量m，電荷量q）從圓周上的A點以速度v沿半徑方向射入磁場，粒子從圓周上的B點射出，若∠AOB=120°（O為圓心），則粒子的速度v=，運動時間t=。光學成像焦距為10cm的凸透鏡與焦距為-15cm的凹透鏡共軸放置，兩透鏡間距為5cm。一物體位于凸透鏡左側(cè)20cm處，則最終像的位置在凹透鏡______側(cè)______cm處，像的性質(zhì)為______（填“實像”或“虛像”、“正立”或“倒立”）。近代物理初步某放射性元素的半衰期為30天，若初始質(zhì)量為m?，經(jīng)過90天后剩余質(zhì)量為______；若該元素發(fā)生β衰變，衰變后原子核的質(zhì)子數(shù)將______（填“增加”或“減少”）______個。三、計算題（共6題，第1-4題每題25分，第5-6題每題30分，共160分）1.力學綜合問題如圖所示，質(zhì)量為M=4kg的木板靜止在光滑水平面上，木板右端固定一輕質(zhì)彈簧，彈簧原長為L?=0.5m，勁度系數(shù)k=200N/m。質(zhì)量為m=1kg的小物塊以v?=5m/s的初速度從木板左端滑上木板，物塊與木板間的動摩擦因數(shù)μ=0.2，重力加速度g=10m/s2。求：（1）物塊與彈簧剛接觸時，木板的速度大??；（2）彈簧的最大壓縮量；（3）物塊最終相對木板靜止時的位置。2.電磁學綜合問題如圖所示，兩平行金屬導軌間距L=0.5m，傾角θ=30°，導軌上端接有R=1Ω的電阻，導軌電阻不計。整個裝置處于垂直導軌平面向上的勻強磁場中，磁感應(yīng)強度B=2T。質(zhì)量m=0.1kg、電阻r=0.5Ω的金屬棒ab垂直導軌放置，與導軌間的動摩擦因數(shù)μ=√3/6?，F(xiàn)給金屬棒一沿導軌向上的初速度v?=6m/s，求：（1）金屬棒上升過程中的最大加速度；（2）金屬棒上升的最大高度；（3）金屬棒從開始運動到返回出發(fā)點的過程中，電阻R產(chǎn)生的焦耳熱。3.熱學與力學綜合問題橫截面積為S的氣缸豎直放置，氣缸內(nèi)有一質(zhì)量為m的活塞，活塞與氣缸壁間無摩擦且不漏氣。初始時活塞下方封閉一定質(zhì)量的理想氣體，氣柱長度為h?，溫度為T?，外界大氣壓為p??，F(xiàn)對氣體緩慢加熱，使活塞上升至氣柱長度為2h?，求：（1）此時氣體的溫度T；（2）加熱過程中氣體吸收的熱量Q（已知氣體的定容比熱容為C?，不計活塞的厚度）。4.光學與波動綜合問題一波長為λ的單色光垂直照射到折射率為n、厚度為d的透明薄膜上，薄膜上、下表面均與空氣接觸（空氣折射率n?=1）。（1）若薄膜上表面反射光與下表面反射光發(fā)生相長干涉，求d的最小可能值；（2）若將薄膜下表面鍍銀（視為理想反射面），此時反射光的干涉條件與（1）相比有何變化？寫出相長干涉時d滿足的條件。5.相對論與力學綜合問題在地面參考系中，一靜止質(zhì)量為m?的粒子以速度v=0.6c（c為光速）沿x軸運動，與另一靜止質(zhì)量也為m?的靜止粒子發(fā)生完全非彈性碰撞，碰撞后形成一個新粒子。求：（1）碰撞前兩粒子的總動量和總能量；（2）碰撞后新粒子的靜止質(zhì)量M?和運動速度u；（3）碰撞過程中轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的能量ΔE。6.物理傳播方案設(shè)計題某科普團隊計劃設(shè)計一個“電磁感應(yīng)現(xiàn)象”的互動展品，要求觀眾通過操作能直觀觀察到感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件。請完成以下設(shè)計內(nèi)容：（1）列出展品所需的核心器材（至少5種），并說明每種器材的作用；（2）畫出展品的結(jié)構(gòu)示意圖，標注關(guān)鍵部件名稱；（3）設(shè)計3個觀眾可參與的互動操作步驟，每個步驟對應(yīng)一個感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件，并預測操作時的觀察現(xiàn)象；（4）若展品在實際運行中出現(xiàn)感應(yīng)電流信號微弱的問題，提出2種改進措施，并說明物理原理。四、拓展題（共2題，每題30分，共60分）1.流體力學與能量轉(zhuǎn)化某水電站的攔河壩高H=50m，河水流量Q=100m3/s，水的密度ρ=103kg/m3，重力加速度g=10m/s2。若水電站的總效率η=80%，求：（1）水流沖擊水輪機的功率；（2）發(fā)電機輸出的電功率；（3）若將水流視為理想流體，忽略粘滯阻力，求水輪機入口處水流的速度大小。2.近代物理實驗設(shè)計某學生小組欲通過α粒子散射實驗估算金原子核的半徑。已知α粒子的質(zhì)量m=6.64×10?2?kg，電荷量q=3.2×10?1?C，初速度v?=2×10?m/s，金原子核的電荷量Q=79e（e=1.6×10?1?C）。（1