2025年高一物理下學(xué)期物理論文大賽指導(dǎo)試題一、力學(xué)綜合探究類題目（一）運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)綜合應(yīng)用題目1：某同學(xué)設(shè)計(jì)“斜面-平拋”組合實(shí)驗(yàn)裝置，如圖1所示。斜面傾角θ=37°，斜面底端與水平地面平滑連接，地面上P點(diǎn)距斜面底端O點(diǎn)的水平距離x=1.2m。將質(zhì)量m=0.5kg的小物塊從斜面上某點(diǎn)由靜止釋放，物塊與斜面間動(dòng)摩擦因數(shù)μ?=0.25，與地面間動(dòng)摩擦因數(shù)μ?=0.1。（sin37°=0.6，cos37°=0.8，g=10m/s2）（1）若物塊從斜面頂端A點(diǎn)釋放后恰好停在P點(diǎn)，求斜面長度L；（2）若在O點(diǎn)右側(cè)距離d處固定一高度h=0.2m的豎直擋板，物塊與擋板碰撞后豎直分速度反向、水平分速度不變，碰撞時(shí)間忽略不計(jì)。要使物塊最終仍停在P點(diǎn)，求d的可能值。解題指導(dǎo)：受力分析與運(yùn)動(dòng)過程拆解斜面階段：物塊受重力、支持力、摩擦力，沿斜面做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。根據(jù)牛頓第二定律：(mgsinθ-μ?mgcosθ=ma?)解得加速度(a?=g(sinθ-μ?cosθ)=10×(0.6-0.25×0.8)=4m/s2)地面階段：物塊做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，加速度大小(a?=μ?g=1m/s2)碰撞過程：需注意速度的矢量分解，碰撞前后水平方向動(dòng)量守恒（因碰撞時(shí)間極短，摩擦力沖量可忽略）。臨界條件分析第（2）問中，物塊可能與擋板發(fā)生1次或多次碰撞。若僅碰撞1次，需滿足碰撞后豎直方向反彈高度不超過擋板，且水平位移疊加后總距離等于x；若多次碰撞，需結(jié)合等比數(shù)列求和計(jì)算總水平路程。（二）曲線運(yùn)動(dòng)與機(jī)械能守恒綜合題目2：如圖2所示，光滑半圓形軌道BCD豎直固定，直徑BD水平，半徑R=0.5m，C為軌道最低點(diǎn)，D點(diǎn)與足夠長水平傳送帶相切，傳送帶以v?=4m/s的速度順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，物塊與傳送帶間動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.4。質(zhì)量m=0.1kg的物塊從軌道某點(diǎn)A由靜止釋放，A點(diǎn)與軌道圓心O等高。（g=10m/s2）（1）求物塊經(jīng)過C點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力；（2）若物塊從A點(diǎn)以初速度v?水平拋出，恰能從B點(diǎn)沿切線方向進(jìn)入軌道，求v?的大??；（3）物塊從A點(diǎn)靜止釋放后，求在傳送帶上滑行的總路程。核心考點(diǎn)：機(jī)械能守恒定律應(yīng)用：需明確零勢能面選?。ńㄗh取C點(diǎn)為重力勢能零點(diǎn)）；圓周運(yùn)動(dòng)臨界條件：通過最高點(diǎn)D的最小速度(v_D≥\sqrt{gR}=\sqrt{5}m/s\approx2.24m/s)，本題中傳送帶速度v?=4m/s>v_D，故物塊在傳送帶上先減速后勻速；平拋運(yùn)動(dòng)的矢量分解：從A到B過程中，水平方向勻速運(yùn)動(dòng)(R=v?t)，豎直方向自由落體(R=\frac{1}{2}gt2)，聯(lián)立解得(v?=R\sqrt{\frac{g}{2R}}=\sqrt{\frac{gR}{2}}=\sqrt{2.5}≈1.58m/s)。二、電磁學(xué)探究類題目（一）恒定電流與電路分析題目3：某實(shí)驗(yàn)小組用如圖3所示電路測量電源電動(dòng)勢E和內(nèi)阻r，其中定值電阻R?=2Ω，滑動(dòng)變阻器R最大阻值為20Ω，電壓表量程0~3V，電流表量程0~0.6A。（1）實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器時(shí)電流表示數(shù)變化不明顯，分析可能原因并提出改進(jìn)方案；（2）改進(jìn)后測得數(shù)據(jù)如下表，在坐標(biāo)紙上畫出U-I圖像，根據(jù)圖像求E和r。序號(hào)12345U/V2.802.602.402.202.00I/A0.100.200.300.400.50誤差分析要點(diǎn)：電流表示數(shù)變化不明顯的原因可能是電源內(nèi)阻過小或R?取值過大，導(dǎo)致外電路電阻變化對(duì)總電流影響微弱；改進(jìn)方案：可去掉定值電阻R?，或換用內(nèi)阻更大的電源（如舊干電池）；U-I圖像處理：縱軸截距為電動(dòng)勢E=3.0V，斜率絕對(duì)值為等效內(nèi)阻(r+R?)，解得(r=\frac{3.0-2.0}{0.5}-2=0Ω)（說明原電路中R?可能已包含電源內(nèi)阻）。（二）電磁感應(yīng)與力學(xué)綜合題目4：如圖4所示，足夠長的U形光滑金屬導(dǎo)軌平面與水平面成α=30°角，間距L=0.5m，導(dǎo)軌上端接有R=1.5Ω的定值電阻。勻強(qiáng)磁場垂直于導(dǎo)軌平面向上，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2T。質(zhì)量m=0.1kg的金屬棒ab垂直放置在導(dǎo)軌上，棒的電阻r=0.5Ω，與導(dǎo)軌接觸良好?，F(xiàn)由靜止釋放金屬棒，不計(jì)導(dǎo)軌電阻，g=10m/s2。（1）求金屬棒下滑的最大速度v?；（2）當(dāng)金屬棒速度v=2m/s時(shí)，求加速度a的大小；（3）從釋放到達(dá)到最大速度過程中，電阻R產(chǎn)生的熱量Q=0.3J，求該過程中金屬棒下滑的距離s。電磁感應(yīng)核心規(guī)律應(yīng)用：安培力與平衡條件金屬棒切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(E=BLv)，感應(yīng)電流(I=\frac{E}{R+r}=\frac{BLv}{R+r})，安培力(F_A=BIL=\frac{B2L2v}{R+r})當(dāng)加速度a=0時(shí)，速度達(dá)到最大：(mgsinα=F_A)解得(v?=\frac{mg(R+r)sinα}{B2L2}=\frac{0.1×10×(1.5+0.5)×0.5}{22×0.52}=1m/s)能量守恒與電熱計(jì)算第（3）問中，根據(jù)能量守恒：(mgh-Q_{總}=\frac{1}{2}mv?2)其中(h=s·sinα)，總熱量(Q_{總}=Q·\frac{R+r}{R}=0.3×\frac{2}{1.5}=0.4J)代入數(shù)據(jù)解得(s=1m)三、實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新設(shè)計(jì)類題目（一）基于DIS系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)題目5：某同學(xué)利用數(shù)字化信息系統(tǒng)（DIS）研究“單擺周期與擺長的關(guān)系”，實(shí)驗(yàn)裝置如圖5所示。（1）用游標(biāo)卡尺測量擺球直徑d，示數(shù)如圖6所示，則d=mm；（2）實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)周期測量誤差較大，分析可能原因并提出至少兩種改進(jìn)措施；（3）若擺線實(shí)際長度為l?，但測量時(shí)誤將擺線長度記為l（l>l?），則測得的重力加速度g與真實(shí)值g?的大小關(guān)系為（選填“>”“<”或“=”）。實(shí)驗(yàn)誤差分析與改進(jìn)：游標(biāo)卡尺讀數(shù)：主尺讀數(shù)18mm，游標(biāo)尺第5條刻線對(duì)齊，精度0.05mm，故d=18mm+5×0.05mm=18.25mm；誤差來源：擺角過大（超過5°）、空氣阻力、擺線彈性形變、秒表反應(yīng)時(shí)間；改進(jìn)措施：①采用光電門傳感器記錄擺球通過最低點(diǎn)的時(shí)間，計(jì)算多個(gè)周期的平均值；②用不可伸長的尼龍線代替棉線，減小彈性形變影響；③在擺球下方放置磁鐵，利用電磁阻尼使擺動(dòng)快速穩(wěn)定。（二）設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)方案題目6：現(xiàn)有以下器材：量程3V的電壓表（內(nèi)阻約3kΩ）、量程0.6A的電流表（內(nèi)阻約0.1Ω）、滑動(dòng)變阻器（0~20Ω）、電動(dòng)勢約3V的電池組、開關(guān)、導(dǎo)線若干。要求設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測量未知電阻R?（約5Ω），且測量誤差盡可能小。（1）畫出實(shí)驗(yàn)電路圖；（2）寫出主要實(shí)驗(yàn)步驟及需要測量的物理量；（3）推導(dǎo)電阻測量表達(dá)式，并分析系統(tǒng)誤差來源。實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)思路：電流表內(nèi)接與外接選擇因(R?≈5Ω)，電壓表內(nèi)阻(R_V≈3kΩ)，電流表內(nèi)阻(R_A≈0.1Ω)，滿足(R?>>R_A)（(\frac{R?}{R_A}=50)）且(R_V>>R?)（(\frac{R_V}{R?}=600)），兩種接法誤差均較小。但為減小偶然誤差，宜采用電流表外接法（因電壓表分流更易通過多次測量修正）。電路圖與數(shù)據(jù)處理電路圖：滑動(dòng)變阻器分壓式接法（便于多組數(shù)據(jù)測量），電壓表并聯(lián)在R?兩端，電流表測總電流。測量量：電壓表示數(shù)U、電流表示數(shù)I。表達(dá)式：考慮電壓表分流(I_V=\frac{U}{R_V})，則通過R?的電流(I?=I-I_V=I-\frac{U}{R_V})，故(R?=\frac{U}{I-\frac{U}{R_V}})。若忽略電壓表內(nèi)阻，簡化為(R?=\frac{U}{I})，此時(shí)測量值偏小（因(I>I?)）。四、物理建模與數(shù)學(xué)工具應(yīng)用（一）運(yùn)動(dòng)學(xué)中的微元法題目7：如圖7所示，半徑為R的圓形軌道固定在豎直平面內(nèi)，質(zhì)量為m的小球沿軌道內(nèi)側(cè)做圓周運(yùn)動(dòng)，經(jīng)最低點(diǎn)時(shí)速度v?=√(5gR)。求小球從最低點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)過程中，摩擦力對(duì)小球做的功W。（已知小球與軌道間動(dòng)摩擦因數(shù)μ，重力加速度g）微元法解題步驟：建立坐標(biāo)系與微元分析在軌道上任取一小段圓弧，對(duì)應(yīng)圓心角dθ，弧長ds=Rdθ。小球在該位置的速度為v，所受摩擦力(f=μN(yùn))，其中支持力N需通過向心力公式求解：(N-mgcosθ=m\frac{v2}{R})由機(jī)械能守恒：(\frac{1}{2}mv?2=\frac{1}{2}mv2+mgR(1+cosθ))，解得(v2=v?2-2gR(1+cosθ)=5gR-2gR(1+cosθ)=gR(3-2cosθ))代入支持力表達(dá)式：(N=m\frac{gR(3-2cosθ)}{R}+mgcosθ=mg(3-cosθ))摩擦力做功積分計(jì)算摩擦力做功(W=-∫fds=-∫?^πμN(yùn)·Rdθ=-μRmg∫?^π(3-cosθ)dθ)積分得(W=-μRmg[3θ-sinθ]?^π=-3πμRmg)（二）振動(dòng)與波的數(shù)學(xué)描述題目8：一列沿x軸正方向傳播的簡諧橫波，t=0時(shí)刻波形如圖8所示，波速v=20m/s。（1）寫出原點(diǎn)O處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方程；（2）求t=0.15s時(shí)，x=5m處質(zhì)點(diǎn)的位移和速度方向。波動(dòng)問題的數(shù)學(xué)表達(dá)：由波形圖獲取特征量波長λ=4m，周期(T=\frac{λ}{v}=0.2s)，振幅A=5cm=0.05mt=0時(shí)刻O點(diǎn)在平衡位置且向上振動(dòng)，故振動(dòng)方程為(y=Asin(ωt+φ)=0.05sin(10πt))（ω=2π/T=10πrad/s，初相位φ=0）波的傳播與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)關(guān)系x=5m處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)滯后于O點(diǎn)的時(shí)間(Δt=\frac{x}{v}=0.25s=1\frac{1}{4}T)t=0.15s時(shí)，該質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)時(shí)間(t'=t-Δt=0.15-0.25=-0.1s)（負(fù)號(hào)表示需將O點(diǎn)t=-0.1s的振動(dòng)狀態(tài)平移至x=5m處）O點(diǎn)在t=-0.1s時(shí)的位移(y=0.05sin[10π×(-0.1)]=0.05sin(-π)=0)，速度方向向下（因t=-0.1s時(shí)O點(diǎn)正從波谷向平衡位置運(yùn)動(dòng)）。五、綜合應(yīng)用題解題策略（一）多過程問題的程序化分析步驟拆解：將復(fù)雜運(yùn)動(dòng)過程分解為若干子過程（如勻加速、勻速、碰撞、平拋等），明確各過程的約束條件（如速度關(guān)聯(lián)、能量轉(zhuǎn)化、動(dòng)量守恒等）。狀態(tài)量銜接：前一過程的末速度、末位置往往是后一過程的初狀態(tài)，需通過臨界條件（如最高點(diǎn)速度、碰撞前后速度關(guān)系）建立方程。數(shù)學(xué)工具選擇：對(duì)非線性過程（如變加速運(yùn)動(dòng)）優(yōu)先考慮能量守恒或動(dòng)量定理；對(duì)周期性運(yùn)動(dòng)（如彈簧振子、單擺）需結(jié)合三角函數(shù)或振動(dòng)圖像分析。（二）物理圖像的信息提取技巧坐標(biāo)軸物理意義：明確橫縱坐標(biāo)代表的物理量及單位（如v-t圖像斜率表示加速度，面積表示位移）。特殊點(diǎn)與斜率分析：截距（如U-I圖像縱截距為電動(dòng)勢）、交點(diǎn)（如追及問題中位移-時(shí)間圖像交點(diǎn)表示相遇）、極值點(diǎn)（如簡諧運(yùn)動(dòng)中的最大位移點(diǎn)）。圖像轉(zhuǎn)換能力：能根據(jù)v-t圖像繪制a-t圖像，或根據(jù)F-x圖像計(jì)算功（面積法）。六、常見錯(cuò)誤類型與避坑指南矢量方向處理不當(dāng)：如平拋運(yùn)動(dòng)中忽略速度方向的偏轉(zhuǎn)角正切值與位移方向偏轉(zhuǎn)角正切值的2倍關(guān)系（(tanθ=2tanφ)）。臨界條件遺漏：如圓周運(yùn)動(dòng)中未考慮“恰好通過最高點(diǎn)”的速度條件，或碰撞問題中忽略動(dòng)量守恒的矢量性。單位換算錯(cuò)誤：如將cm誤認(rèn)為m、kW·h未換算為J（1kW·h=3.6×10?J）。數(shù)學(xué)運(yùn)算失誤：如開方、平方計(jì)算錯(cuò)誤（如(\sqrt{2gh})中g(shù)與h的單位未統(tǒng)一），或三角函數(shù)值記憶錯(cuò)誤（如cos60°誤記為0.866）。專項(xiàng)訓(xùn)練建議：針對(duì)多過程