2025年高中物理知識競賽“物理夢想”實(shí)現(xiàn)路徑設(shè)計(jì)大賽試題（二）一、選擇題（每題4分，共5題，20分）關(guān)于剛體動(dòng)力學(xué)的描述，下列說法正確的是（）A.剛體繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，角加速度與合外力矩成正比，與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量成反比B.質(zhì)點(diǎn)系的角動(dòng)量守恒條件是合外力為零C.質(zhì)量分布均勻的球體繞直徑轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為(I=\frac{1}{2}MR^2)D.剛體在平動(dòng)過程中，各質(zhì)點(diǎn)的角速度一定為零電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢表達(dá)式為(e=E_m\sin\omegat)。若僅將線圈轉(zhuǎn)速提高一倍，其他條件不變，則新的電動(dòng)勢表達(dá)式為（）A.(e=E_m\sin2\omegat)B.(e=2E_m\sin2\omegat)C.(e=E_m\sin\omegat)D.(e=4E_m\sin\omegat)相對論多普勒效應(yīng)中，一光源以速度(v)遠(yuǎn)離靜止觀察者，其發(fā)出光的固有頻率為(\nu_0)，真空中光速為(c)，則觀察者接收到的頻率(\nu)滿足（）A.(\nu=\nu_0\sqrt{\frac{c-v}{c+v}})B.(\nu=\nu_0\sqrt{\frac{c+v}{c-v}})C.(\nu=\nu_0\frac{c}{c+v})D.(\nu=\nu_0\frac{c}{c-v})熱力學(xué)中，一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷等壓膨脹過程，若氣體對外做功為(W)，內(nèi)能增加為(\DeltaU)，則吸收的熱量(Q)為（）A.(Q=W+\DeltaU)B.(Q=W-\DeltaU)C.(Q=\DeltaU-W)D.(Q=-(W+\DeltaU))光學(xué)中，一束單色光從折射率為(n_1=1.5)的玻璃射向空氣，若入射角為(45^\circ)，則下列說法正確的是（）A.折射角為(30^\circ)，發(fā)生全反射B.折射角為(60^\circ)，不發(fā)生全反射C.臨界角為(\arcsin(\frac{2}{3}))，不發(fā)生全反射D.臨界角為(\arcsin(\frac{3}{2}))，發(fā)生全反射二、填空題（每題6分，共5題，30分）力學(xué)綜合：質(zhì)量為(m=2kg)的滑塊從傾角(\theta=30^\circ)的光滑斜面頂端由靜止釋放，斜面高(h=1.8m)?；瑝K滑至底端時(shí)與一靜止的質(zhì)量為(M=4kg)的木板發(fā)生完全非彈性碰撞，木板與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)(\mu=0.2)。則碰撞后木板滑行的距離為______m（重力加速度(g=10m/s^2)）。電磁學(xué)應(yīng)用：如圖所示，半徑為(R=0.5m)的圓形勻強(qiáng)磁場區(qū)域，磁感應(yīng)強(qiáng)度(B=0.4T)，方向垂直紙面向里。一帶電粒子以速度(v=2\times10^6m/s)沿直徑方向射入磁場，離開磁場時(shí)偏轉(zhuǎn)角度為(60^\circ)。若粒子電荷量(q=1.6\times10^{-19}C)，則粒子的質(zhì)量為______kg（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。熱傳導(dǎo)問題：兩根長度均為(L=1m)的金屬棒A、B串聯(lián)，橫截面積均為(S=10^{-4}m^2)。A的導(dǎo)熱系數(shù)(k_A=400W/(m·K))，B的導(dǎo)熱系數(shù)(k_B=200W/(m·K))。若A的左端溫度為(T_1=300K)，B的右端溫度為(T_2=100K)，則穩(wěn)態(tài)時(shí)兩棒接觸處的溫度為______K。光學(xué)干涉：用波長(\lambda=500nm)的單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，雙縫間距(d=0.2mm)，光屏與雙縫距離(D=1m)。則相鄰亮條紋的間距為______mm；若將裝置放入折射率(n=1.5)的液體中，條紋間距變?yōu)開_____mm。近代物理：氫原子從(n=4)能級躍遷到(n=2)能級時(shí)，輻射光子的能量為______eV，該光子的動(dòng)量大小為______kg·m/s（普朗克常量(h=6.63\times10^{-34}J·s)，元電荷(e=1.6\times10^{-19}C)）。三、計(jì)算題（共6題，130分）1.力學(xué)綜合題（20分）如圖所示，一長為(L=2m)的輕桿兩端分別固定質(zhì)量為(m=1kg)和(M=3kg)的小球A、B，桿可繞距A端(L/4)處的O點(diǎn)在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。初始時(shí)桿靜止于水平位置，無初速度釋放后下擺。求：（1）桿下擺至豎直位置時(shí)，A、B兩球的線速度大?。唬?）該過程中桿對B球做的功。2.電磁學(xué)計(jì)算題（25分）如圖所示，兩平行金屬板A、B相距(d=0.2m)，板長(l=0.5m)，接在電壓(U=100V)的直流電源上。一質(zhì)量(m=2\times10^{-10}kg)、電荷量(q=+1\times10^{-10}C)的粒子以初速度(v_0=1\times10^5m/s)沿中線水平射入板間。不計(jì)重力，求：（1）粒子在板間運(yùn)動(dòng)的加速度大??；（2）粒子離開電場時(shí)的偏轉(zhuǎn)距離(y)；（3）若在金屬板右側(cè)存在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場，要使粒子離開電場后做勻速直線運(yùn)動(dòng)，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小。3.熱學(xué)計(jì)算題（20分）一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷如圖所示的循環(huán)過程：A→B為等壓膨脹，B→C為等容降溫，C→A為等溫壓縮。已知狀態(tài)A的壓強(qiáng)(p_A=1\times10^5Pa)，體積(V_A=1m^3)，溫度(T_A=300K)；狀態(tài)B的體積(V_B=3m^3)。求：（1）狀態(tài)B的溫度(T_B)和狀態(tài)C的壓強(qiáng)(p_C)；（2）整個(gè)循環(huán)過程中氣體對外做的凈功及吸收的總熱量。4.光學(xué)計(jì)算題（20分）一薄凸透鏡的焦距(f=10cm)，在其左側(cè)20cm處放置一高(h=2cm)的物體AB。在透鏡右側(cè)15cm處垂直光軸放置一平面鏡，鏡面朝向透鏡。求：（1）物體經(jīng)透鏡第一次成像的位置和大??；（2）最終通過平面鏡所成虛像的位置和大小。5.相對論多普勒效應(yīng)應(yīng)用題（25分）某星體以速度(v=0.6c)遠(yuǎn)離地球，其表面發(fā)出固有頻率(\nu_0=5\times10^{14}Hz)的單色光。已知地球繞太陽公轉(zhuǎn)的速度約為(u=3\times10^4m/s)，忽略地球自轉(zhuǎn)影響。求：（1）地球上接收到該光的頻率；（2）若地球公轉(zhuǎn)方向與星體遠(yuǎn)離方向相同，接收到的頻率變?yōu)槎嗌?？（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）6.綜合應(yīng)用題（20分）如圖所示，質(zhì)量(M=2kg)的木板靜止在光滑水平面上，其左端放置一質(zhì)量(m=1kg)的小滑塊，滑塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)(\mu=0.2)?，F(xiàn)給滑塊一水平向右的初速度(v_0=6m/s)，同時(shí)對木板施加一水平向右的恒力(F=3N)。已知木板足夠長，重力加速度(g=10m/s^2)。求：（1）滑塊與木板達(dá)到共同速度所需的時(shí)間；（2）此過程中木板的位移大小。四、附加題（30分）航天器軌道設(shè)計(jì)：某衛(wèi)星在距地球表面高度(h=36000km)的地球同步軌道運(yùn)行，現(xiàn)需將其轉(zhuǎn)移至近地軌道（高度忽略不計(jì)）。已知地球半徑(R=6400km)，地球表面重力加速度(g=9.8m/s^2)。（1）求衛(wèi)星在同步軌道和近地軌道的線速度大小；（2）若轉(zhuǎn)移過程中需在同步軌道的A點(diǎn)和近地軌道的B點(diǎn)分別進(jìn)行兩次減速（視為瞬時(shí)完成），求兩