2025年高三物理上學(xué)期“物理元宇宙”中的物理知識(shí)考查卷一、選擇題（共10題，每題4分）在元宇宙虛擬實(shí)驗(yàn)室中，學(xué)生通過(guò)VR設(shè)備觀察到某行星繞恒星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其軌道半徑為r，周期為T。若將軌道半徑調(diào)整為2r，其他條件不變，則新的周期為（）A.2TB.2√2TC.4TD.8T某同學(xué)在元宇宙“電磁學(xué)虛擬課堂”中操作時(shí)，將兩個(gè)帶電量分別為+Q和-Q的點(diǎn)電荷放置在相距為d的A、B兩點(diǎn)。若用AR技術(shù)在A、B連線中點(diǎn)處顯示電場(chǎng)強(qiáng)度矢量，則該矢量的方向?yàn)椋ǎ〢.指向AB.指向BC.垂直AB連線向上D.電場(chǎng)強(qiáng)度為零在“元宇宙過(guò)山車”模擬體驗(yàn)中，小車從高為h的軌道頂端由靜止滑下，若忽略摩擦和空氣阻力，當(dāng)小車運(yùn)動(dòng)到軌道最低點(diǎn)時(shí)的速度大小為（）A.√ghB.√2ghC.2√ghD.gh/2學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)室中用3D建模軟件構(gòu)建了一個(gè)理想變壓器模型，原線圈匝數(shù)n?=200匝，副線圈匝數(shù)n?=100匝。若原線圈輸入電壓u=220√2sin100πt(V)，則副線圈輸出電壓的有效值為（）A.55VB.110VC.220VD.440V在元宇宙“光學(xué)體驗(yàn)館”中，一束單色光從折射率為n的虛擬玻璃中射入空氣，入射角為θ。當(dāng)θ逐漸增大到某一角度時(shí)，觀察到折射光線消失，該臨界角的正弦值為（）A.nB.1/nC.sinθD.cosθ某同學(xué)在元宇宙“粒子加速器”模塊中，將一質(zhì)子加速到0.8c（c為真空中光速），此時(shí)質(zhì)子的相對(duì)論質(zhì)量與靜止質(zhì)量之比為（）A.0.6B.1.25C.1.67D.2.5在虛擬實(shí)驗(yàn)室的“熱力學(xué)定律”實(shí)驗(yàn)中，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A（p?,V?,T?）經(jīng)等壓膨脹到狀態(tài)B（p?,V?,T?），再經(jīng)等容降溫到狀態(tài)C（p?,V?,T?）。下列說(shuō)法正確的是（）A.A到B過(guò)程中氣體對(duì)外做功，內(nèi)能減少B.B到C過(guò)程中氣體放出熱量，內(nèi)能增加C.A到B過(guò)程中氣體吸收熱量，內(nèi)能增加D.B到C過(guò)程中氣體內(nèi)能不變，壓強(qiáng)增大在元宇宙“機(jī)械波模擬系統(tǒng)”中，某橫波在虛擬介質(zhì)中傳播，波長(zhǎng)為λ，波速為v。若將介質(zhì)的折射率調(diào)整為原來(lái)的2倍（波速與折射率成反比），則新的波長(zhǎng)為（）A.λ/4B.λ/2C.λD.2λ學(xué)生在AR輔助的“電磁感應(yīng)”實(shí)驗(yàn)中，將矩形線圈abcd以速度v垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，線圈邊長(zhǎng)ab=L，bc=d，電阻為R。線圈進(jìn)入磁場(chǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的感應(yīng)電流大小為（）A.BLv/RB.Bdv/RC.BLdv/RD.0在元宇宙“天體物理”模塊中，某中子星的質(zhì)量為M，半徑為R。若一物體在該中子星表面做自由落體運(yùn)動(dòng)，其加速度大小為（）（G為引力常量）A.GM/R2B.GMm/R2C.√(GM/R)D.2GM/R2二、實(shí)驗(yàn)題（共2題，每題15分）虛擬單擺實(shí)驗(yàn)在元宇宙物理實(shí)驗(yàn)室中，某小組利用VR設(shè)備探究單擺周期與擺長(zhǎng)的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，可通過(guò)手勢(shì)控制調(diào)整擺長(zhǎng)L和擺球質(zhì)量m，系統(tǒng)自動(dòng)記錄周期T。（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)，為減小誤差，應(yīng)讓單擺的最大擺角不超過(guò)______；（2）改變擺長(zhǎng)L，測(cè)得多組數(shù)據(jù)如下表：擺長(zhǎng)L/m0.50.81.01.21.5周期T/s1.41.82.02.22.5請(qǐng)?jiān)谔摂M坐標(biāo)紙上繪制T2-L圖像，并根據(jù)圖像求出重力加速度g=______m/s2（保留兩位有效數(shù)字）；（3）若在月球表面（g'=1.6m/s2）重復(fù)該實(shí)驗(yàn)，當(dāng)擺長(zhǎng)L=1.0m時(shí)，周期T'=s；（4）實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)擺球質(zhì)量增加時(shí)周期不變，說(shuō)明單擺周期與擺球質(zhì)量（選填“有關(guān)”或“無(wú)關(guān)”）。電磁感應(yīng)虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)惩瑢W(xué)在元宇宙“電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)室”中進(jìn)行如下操作：將矩形線圈abcd（匝數(shù)N=100，面積S=0.02m2）垂直放入磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，通過(guò)AR手柄控制線圈以角速度ω=10rad/s繞垂直磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。（1）線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值E?=V；（2）在虛擬示波器上觀察到的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形是（選填“正弦波”或“方波”）；（3）若將線圈轉(zhuǎn)速提高一倍，其他條件不變，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值將變?yōu)樵瓉?lái)的______倍；（4）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，線圈平面與磁場(chǎng)方向夾角為30°時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量Φ=______Wb。三、計(jì)算題（共3題，共40分）（12分）在元宇宙“星際航行”模擬場(chǎng)景中，某飛船從地球出發(fā)，以恒定加速度a=10m/s2（相對(duì)飛船）做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。已知地球與火星的距離為L(zhǎng)=5.5×101?m（視為直線距離）。（1）若不考慮相對(duì)論效應(yīng)，求飛船到達(dá)火星所需的時(shí)間t；（2）飛船內(nèi)宇航員觀察到的航程與地球觀察者觀察到的航程是否相同？請(qǐng)用相對(duì)論長(zhǎng)度收縮效應(yīng)解釋。（14分）元宇宙“能源中心”虛擬場(chǎng)景中，有一水力發(fā)電模型：水流從高h(yuǎn)=20m的虛擬大壩流下，流量Q=10m3/s，水流沖擊水輪機(jī)后速度變?yōu)榱?。已知水的密度?1.0×103kg/m3，重力加速度g=10m/s2。（1）求水流每秒對(duì)水輪機(jī)做的功W；（2）若發(fā)電機(jī)效率η=80%，求發(fā)電機(jī)的輸出功率P；（3）若將輸出的電能接入理想變壓器，原線圈匝數(shù)n?=500匝，副線圈接入R=22Ω的電阻，測(cè)得副線圈電流I?=10A，求原線圈兩端的電壓U?。（14分）在元宇宙“粒子對(duì)撞”模擬實(shí)驗(yàn)中，質(zhì)量m?=1u的質(zhì)子以速度v?=0.6c與靜止的質(zhì)量m?=2u的氦核發(fā)生正碰，碰撞后質(zhì)子反向彈回，速度大小v?'=0.2c。（1u=1.66×10?2?kg，c=3×10?m/s）（1）求碰撞后氦核的速度v?；（2）判斷該碰撞是否為彈性碰撞（通過(guò)計(jì)算說(shuō)明）；（3）若碰撞過(guò)程中釋放的能量全部轉(zhuǎn)化為兩個(gè)粒子的動(dòng)能，求釋放的核能ΔE。四、綜合應(yīng)用題（共2題，每題20分）元宇宙過(guò)山車力學(xué)分析在虛擬主題公園中，某過(guò)山車軌道簡(jiǎn)化為如圖所示模型：小車（質(zhì)量m=500kg）從A點(diǎn)（高度h=40m）由靜止滑下，經(jīng)過(guò)圓形軌道最高點(diǎn)B（半徑R=10m），最終停在水平軌道C點(diǎn)。已知小車與水平軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.5，重力加速度g=10m/s2。（1）求小車到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的最小速度v???；（2）通過(guò)計(jì)算判斷小車能否安全通過(guò)B點(diǎn)；（3）求小車在水平軌道上滑行的距離x；（4）若在軌道中增加一個(gè)虛擬彈簧緩沖裝置（勁度系數(shù)k=1×10?N/m），當(dāng)小車壓縮彈簧至最短時(shí)，彈簧彈性勢(shì)能E?=2×10?J，求彈簧的壓縮量x?。星際航行中的物理問(wèn)題元宇宙“深空探測(cè)”模塊中，某探測(cè)器在距離某恒星表面高度h=R（R為恒星半徑）處做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，周期為T。已知萬(wàn)有引力常量為G，光速為c。（1）求該恒星的質(zhì)量M；（2）若該恒星為中子星，其半徑R=10km，質(zhì)量M=2×103?kg，求其表面的逃逸速度v（逃逸速度公式v=√(2GM/R)）；（3）通過(guò)計(jì)算判斷該中子星的逃逸速度是否超過(guò)光速，若超過(guò)，從相對(duì)論角度說(shuō)明其物理意義。五、開(kāi)放探究題（20分）元宇宙中的物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)在“物理元宇宙”平臺(tái)中，你需要設(shè)計(jì)一個(gè)探究“流體力學(xué)”的虛擬實(shí)驗(yàn)方案，要求：（1）明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄縚_____與______的關(guān)系；（2）列出所需虛擬器材：、、；（3）簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)步驟（至少3步）：①______②______③______（4）預(yù)期實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)論：（5）若將實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景從地球切換到失重的太空站，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象會(huì)如何變化？說(shuō)明理由。六、跨學(xué)科應(yīng)用題（20分）元宇宙能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)某虛擬城市擬在元宇宙中構(gòu)建一套“太陽(yáng)能-電磁感應(yīng)”復(fù)合能源系統(tǒng)，已知：太陽(yáng)能電池板面積S=100m2，光電轉(zhuǎn)換效率η?=20%，太陽(yáng)輻射功率P?=1000W/m2理想變壓器原副線圈匝數(shù)比n?:n?=1:10，副線圈接電阻R=100Ω（1）求太陽(yáng)能電池板的輸出功率P?；（2）若將電池板輸出的直流電通過(guò)逆變器轉(zhuǎn)換為正弦交流電，其電壓有效值U?=220V，求原線圈電流I?；（3）該系統(tǒng)每天（按8小時(shí)計(jì)算）可產(chǎn)生電能E=______kW·h；（4）從能量守恒角度分析，若城市日均用電需求為500kW·h，該系統(tǒng)能否滿足需求？若不能，提出兩種改進(jìn)方案。（注：所有計(jì)算結(jié)