2025年高一物理下學(xué)期物理與智慧醫(yī)療試題一、選擇題（每題4分，共40分）智能手術(shù)機(jī)器人動力學(xué)分析北京大學(xué)第三醫(yī)院研發(fā)的"K3智能手術(shù)機(jī)器人"在骨科手術(shù)中，其機(jī)械臂末端執(zhí)行器需實(shí)現(xiàn)0.1mm級精度操作。若機(jī)械臂關(guān)節(jié)處電機(jī)輸出扭矩為5N·m，減速器減速比為10:1，忽略摩擦損耗時(shí)，末端執(zhí)行器輸出的力矩為（）A.0.5N·mB.5N·mC.50N·mD.500N·m膠囊內(nèi)窺鏡運(yùn)動學(xué)計(jì)算北京友誼醫(yī)院的全景膠囊診療機(jī)器人以2cm/s的速度在腸道內(nèi)勻速運(yùn)動，其內(nèi)置CMOS傳感器每0.01s拍攝一幀圖像。若腸道直徑約3cm，忽略膠囊體積，相鄰兩幀圖像的拍攝位置間距為（）A.0.02mmB.0.2mmC.2mmD.20mmAI健康監(jiān)測的波動原理可穿戴設(shè)備通過壓電傳感器監(jiān)測心率，其核心元件為壓電陶瓷。當(dāng)心臟跳動產(chǎn)生的壓力使陶瓷片發(fā)生機(jī)械形變時(shí)，表面產(chǎn)生電荷，該現(xiàn)象對應(yīng)的物理原理是（）A.電磁感應(yīng)B.光電效應(yīng)C.壓電效應(yīng)D.熱電效應(yīng)康復(fù)機(jī)器人的能量轉(zhuǎn)換"評處訓(xùn)康復(fù)系統(tǒng)"在患者下肢康復(fù)訓(xùn)練時(shí)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能儲存于鋰電池中。若訓(xùn)練時(shí)平均阻力為30N，患者行走10m過程中，系統(tǒng)發(fā)電效率為20%，則儲存的電能為（）A.6JB.30JC.60JD.300J磁共振成像的磁場特性關(guān)節(jié)功能位磁共振掃描輔助裝置利用0.5T的勻強(qiáng)磁場（T為特斯拉，1T=1N/(A·m)）對人體組織進(jìn)行成像。若質(zhì)子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動的周期為1.4×10??s，其比荷（電荷量與質(zhì)量之比）為（）A.1.1×10?C/kgB.2.2×10?C/kgC.4.4×10?C/kgD.8.8×10?C/kg中醫(yī)機(jī)器人的力學(xué)設(shè)計(jì)CO接骨機(jī)器人系統(tǒng)通過機(jī)械臂施加拉力復(fù)位骨折部位，若鋼針與骨骼間的靜摩擦系數(shù)為0.6，最大靜摩擦力為300N，則鋼針至少需施加的壓力為（）A.180NB.300NC.500ND.1800N智能導(dǎo)診系統(tǒng)的聲波傳播"廣醫(yī)·岐智"大模型的語音交互功能通過揚(yáng)聲器發(fā)出1.2kHz的聲波，在空氣中傳播速度為340m/s，其波長約為（）A.0.28mB.2.8mC.28mD.280m手術(shù)機(jī)器人的控制精度K3智能手術(shù)機(jī)器人的機(jī)械臂末端定位誤差不超過0.1mm，若以末端為質(zhì)點(diǎn)，其在三維坐標(biāo)系中運(yùn)動時(shí)，位置矢量的模的最大偏差為（）A.0.1mmB.√2×0.1mmC.√3×0.1mmD.3×0.1mm健康監(jiān)測設(shè)備的能量供應(yīng)某血壓監(jiān)測手環(huán)內(nèi)置3.7V鋰電池，容量為200mAh（1mAh=3.6C），充滿電后儲存的電能約為（）A.2.66×103JB.2.66×10?JC.2.66×10?JD.2.66×10?J醫(yī)療數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾姶挪?寶醫(yī)數(shù)智"平臺通過5G網(wǎng)絡(luò)傳輸影像數(shù)據(jù)，其使用的電磁波頻率約為3×10?Hz，該電磁波在真空中的波長為（）A.0.1mB.1mC.10mD.100m二、填空題（每空3分，共30分）北京大學(xué)第三醫(yī)院的K3手術(shù)機(jī)器人在關(guān)節(jié)置換手術(shù)中，通過伺服電機(jī)驅(qū)動機(jī)械臂完成圓周運(yùn)動。若機(jī)械臂末端的線速度為0.5m/s，轉(zhuǎn)動半徑為20cm，則角速度為______rad/s。安定醫(yī)院的數(shù)字化腦電圖機(jī)通過電極記錄腦電波，其頻率范圍為0.5~30Hz，屬于______（選填"次聲波""可聽聲波"或"超聲波"）。中國中醫(yī)科學(xué)院的AI導(dǎo)診數(shù)字人"安安"身高1.6m，其攝像頭鏡頭焦距為5mm，當(dāng)患者距離鏡頭0.5m時(shí)，成像的像距約為______mm（結(jié)果保留一位小數(shù)）。智能鎮(zhèn)痛虛擬病房通過紅外傳感器監(jiān)測患者體溫，其原理是利用人體輻射的______（選填"紅外線""可見光"或"紫外線"）具有熱效應(yīng)。達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人的機(jī)械臂關(guān)節(jié)處使用諧波減速器，若輸入轉(zhuǎn)速為1000r/min，輸出轉(zhuǎn)速為50r/min，則減速比為______。全景膠囊機(jī)器人的外殼采用鈦合金材料，密度為4.5g/cm3，若膠囊體積為0.5cm3，其質(zhì)量為______g?？纱┐髟O(shè)備的無線充電底座利用電磁感應(yīng)原理，當(dāng)交變電流通過初級線圈時(shí)，次級線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，這與______（選填"電動機(jī)"或"發(fā)電機(jī)"）的工作原理相同。"評處訓(xùn)康復(fù)系統(tǒng)"的壓力傳感器電阻隨壓力增大而減小，將其接入如圖所示的電路中，當(dāng)患者踩下傳感器時(shí)，電壓表的示數(shù)將______（選填"增大""減小"或"不變"）。關(guān)節(jié)功能位磁共振裝置的電磁鐵線圈匝數(shù)為1000匝，通過電流為5A時(shí)產(chǎn)生的磁通量為0.02Wb，則線圈的自感系數(shù)為______H。廣安門醫(yī)院的AI病歷質(zhì)控系統(tǒng)每秒處理1000個(gè)字符，若一份病歷含5000字，處理時(shí)間為______s。三、計(jì)算題（共40分）（12分）CO接骨機(jī)器人在治療股骨骨折時(shí)，通過鋼針對骨折兩端施加拉力F，使骨折線對齊。已知鋼針直徑d=2mm，彈性模量E=200GPa（1GPa=10?Pa），若拉力F=500N，鋼針原長L=10cm，求：（1）鋼針的橫截面積S；（2）鋼針的伸長量ΔL；（3）若骨折愈合需要鋼針產(chǎn)生0.01mm的彈性形變，所需拉力F'的大小。（14分）K3智能手術(shù)機(jī)器人的機(jī)械臂簡化模型如圖所示，OA段長0.5m，AB段長0.3m。手術(shù)時(shí)，OA段繞O點(diǎn)以ω?=2rad/s的角速度順時(shí)針轉(zhuǎn)動，AB段繞A點(diǎn)以ω?=3rad/s的角速度逆時(shí)針轉(zhuǎn)動，求：（1）A點(diǎn)的線速度大小v?；（2）B點(diǎn)相對于A點(diǎn)的線速度大小v?；（3）若OA與AB垂直時(shí)，B點(diǎn)的合速度大小v（結(jié)果保留兩位小數(shù)）。（14分）"寶醫(yī)數(shù)智"平臺的AI輔助診斷系統(tǒng)通過分析CT影像判斷肺部結(jié)節(jié)。已知CT機(jī)的X射線管電壓為120kV，電子電荷量e=1.6×10?1?C，質(zhì)量m=9.1×10?31kg，不計(jì)電子初速度，求：（1）電子在電場中加速獲得的動能E?；（2）電子的最終速度v（結(jié)果保留一位有效數(shù)字）；（3）若X射線的波長λ=0.01nm（1nm=10??m），其光子能量E（普朗克常量h=6.63×10?3?J·s，光速c=3×10?m/s）。四、綜合應(yīng)用題（共40分）（20分）智能健康監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)某小組設(shè)計(jì)"AI血壓預(yù)警手環(huán)"，其核心模塊包括：壓電傳感器：將脈搏壓力信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，靈敏度為0.1mV/Pa；信號放大器：將傳感器輸出電壓放大1000倍；微處理器：采集放大后的電壓信號，當(dāng)電壓超過5V時(shí)觸發(fā)預(yù)警。（1）若正常血壓的收縮壓為16kPa（1kPa=1000Pa），求傳感器輸出的電壓U?及放大器輸出電壓U；（2）若預(yù)警閾值對應(yīng)的收縮壓為20kPa，求放大器的輸出電壓閾值U?；（3）手環(huán)內(nèi)置鋰電池電動勢為3.7V，容量為100mAh，若待機(jī)電流為10μA，求理論待機(jī)時(shí)間t（結(jié)果保留整數(shù)，單位：天）。（20分）手術(shù)機(jī)器人的動力學(xué)優(yōu)化某醫(yī)院采購的骨科手術(shù)機(jī)器人在調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，機(jī)械臂在負(fù)載3kg時(shí)末端最大速度僅為0.3m/s，需通過調(diào)整電機(jī)功率提升性能。已知機(jī)械臂總質(zhì)量為10kg，運(yùn)動時(shí)所受阻力與速度成正比，比例系數(shù)k=50N·s/m，重力加速度g=10m/s2。（1）求機(jī)械臂以最大速度v運(yùn)動時(shí)，克服阻力的功率P；（2）若電機(jī)輸出功率提升至20W，求新的最大速度v'；（3）為減輕機(jī)械臂質(zhì)量，計(jì)劃將鋼制部件（密度7.9g/cm3）替換為鋁合金（密度2.7g/cm3），若體積不變，求質(zhì)量減少的百分比η。五、實(shí)驗(yàn)探究題（共20分）（20分）基于單擺原理的康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備某興趣小組利用單擺原理設(shè)計(jì)下肢康復(fù)訓(xùn)練裝置，如圖所示，將患者腳部固定在擺球上，通過擺動鍛煉關(guān)節(jié)靈活性。實(shí)驗(yàn)步驟如下：①測量擺線長L=1m，擺球質(zhì)量m=0.5kg；②將擺球拉至與豎直方向成θ=37°角處靜止釋放；③用光電門傳感器測量擺球通過最低點(diǎn)時(shí)的速度v；④改變擺角θ，重復(fù)實(shí)驗(yàn)3次，記錄數(shù)據(jù)如下表：實(shí)驗(yàn)次數(shù)擺角θ（°）速度v（m/s）1150.72301.23451.6（1）計(jì)算第