2025年高中物理知識競賽科學(xué)傳播與科普寫作試題（三）一、科普寫作題（本題共60分）（一）現(xiàn)象解釋類（20分）噴泉的"粗細(xì)之謎"夏日廣場上的音樂噴泉總能吸引眾人目光，細(xì)心的觀察者會發(fā)現(xiàn)：在無風(fēng)環(huán)境下，豎直向上噴出的水柱在空中呈現(xiàn)"下細(xì)上粗"的形態(tài)。請結(jié)合流體力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)知識，解釋這一現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，并估算當(dāng)噴口流速為10m/s時(shí)，水柱在5米高度處的橫截面積與噴口面積的比值（忽略空氣阻力和水的粘滯性）。（提示：可從連續(xù)性方程、豎直上拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律展開分析，需包含公式推導(dǎo)過程和必要的文字說明）冰箱里的"熱水結(jié)冰更快"現(xiàn)象某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，將等量的沸水和冷水同時(shí)放入冰箱冷凍室，沸水反而先結(jié)冰。這一現(xiàn)象似乎違背了熱傳遞的基本規(guī)律，請：（1）指出該現(xiàn)象中可能的影響因素（至少列舉3點(diǎn)）；（2）設(shè)計(jì)一個(gè)控制變量實(shí)驗(yàn)方案驗(yàn)證其中一個(gè)因素的作用；（3）用通俗易懂的語言向中學(xué)生解釋這一現(xiàn)象的物理本質(zhì)。（二）科技應(yīng)用類（20分）電磁軌道炮的未來之路電磁軌道炮作為新型動(dòng)能武器，其原理如圖1所示：兩根平行導(dǎo)軌間存在垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場B，質(zhì)量為m的金屬彈丸（電阻R）與導(dǎo)軌構(gòu)成閉合回路。當(dāng)電容C充電至電壓U后放電，彈丸在安培力作用下加速發(fā)射。（1）請用能量轉(zhuǎn)化的視角分析：電容儲存的電能最終轉(zhuǎn)化為哪些形式的能量？為什么實(shí)際發(fā)射效率通常低于30%？（2）某軍事期刊報(bào)道："我國電磁炮已實(shí)現(xiàn)3馬赫（1馬赫≈340m/s）的彈丸速度"。請估算此時(shí)彈丸所具有的動(dòng)能相當(dāng)于多少千克TNT炸藥的能量（TNT炸藥能量密度約為4.2×10?J/kg）。（3）以"電磁炮能否取代傳統(tǒng)火炮"為主題，撰寫一篇300字左右的科普短文，要求包含2個(gè)物理原理分析和1個(gè)實(shí)際應(yīng)用挑戰(zhàn)。（三）前沿探索類（20分）量子計(jì)算的"比特革命"2025年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予了在量子計(jì)算領(lǐng)域做出突破的科學(xué)家。請結(jié)合以下材料回答問題：【材料】量子比特（Qubit）不同于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的二進(jìn)制比特，它可以處于|0?和|1?的疊加態(tài)。當(dāng)多個(gè)量子比特形成糾纏態(tài)時(shí)，系統(tǒng)可同時(shí)表示2?種狀態(tài)（n為比特?cái)?shù)），理論上具備指數(shù)級運(yùn)算能力。（1）用生活中的例子類比說明"量子疊加態(tài)"和"量子糾纏"現(xiàn)象；（2）若某量子計(jì)算機(jī)有10個(gè)量子比特，其并行處理的數(shù)據(jù)量相當(dāng)于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)需要多少次操作才能完成？（寫出計(jì)算過程）（3）針對中學(xué)生群體，設(shè)計(jì)一個(gè)名為"量子迷宮"的互動(dòng)實(shí)驗(yàn)方案，通過游戲化方式解釋量子隧穿效應(yīng)（要求包含實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、器材、步驟和原理說明）。二、科學(xué)傳播方案設(shè)計(jì)（本題共40分）（一）主題創(chuàng)作（25分）"碳中和"中的物理智慧為響應(yīng)國家"雙碳"戰(zhàn)略，某中學(xué)計(jì)劃制作一期科普展板。請以"碳中和中的物理原理"為主題，完成以下任務(wù)：（1）設(shè)計(jì)3個(gè)展板小標(biāo)題，要求涵蓋熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)等不同物理分支；（2）針對其中一個(gè)標(biāo)題，撰寫500字展文，需包含：一個(gè)核心物理公式及解釋一個(gè)生活化案例一個(gè)青少年可參與的實(shí)踐活動(dòng)建議（3）用流程圖形式展示"太陽能光伏板→電解水制氫→氫燃料電池"的能量轉(zhuǎn)化鏈條，并標(biāo)注每個(gè)環(huán)節(jié)的能量損耗主要原因。（二）傳播策略（15分）短視頻腳本創(chuàng)作某科普平臺計(jì)劃制作"1分鐘看懂相對論"系列短視頻。請完成以下腳本設(shè)計(jì)：|鏡頭序號|畫面內(nèi)容|配音文案|知識點(diǎn)標(biāo)注||----------|----------|----------|------------||1|（填寫）|（填寫）|相對性原理||2|（填寫）|（填寫）|時(shí)間膨脹||3|（填寫）|（填寫）|質(zhì)能方程|（注：畫面內(nèi)容需具體可實(shí)現(xiàn)，如"動(dòng)畫演示火車上的光鐘實(shí)驗(yàn)"；配音文案要求口語化，每句不超過15字）三、綜合探究題（本題共50分）（一）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（25分）自制"斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)"斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)是一種外燃式熱機(jī)，通過氣體的循環(huán)膨脹和壓縮實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化。某興趣小組用易拉罐、注射器等材料仿制該裝置（如圖2），請完成探究報(bào)告：（1）在裝置圖中標(biāo)出熱缸、冷缸、displacer（displacer活塞）和powerpiston（動(dòng)力活塞）的位置；（2）推導(dǎo)該熱機(jī)效率的理論表達(dá)式（用高溫?zé)嵩礈囟萒?、低溫?zé)嵩礈囟萒?表示），并與汽油機(jī)效率進(jìn)行比較；（3）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測量實(shí)際效率，列出需要測量的物理量、實(shí)驗(yàn)步驟和數(shù)據(jù)處理方法（提供的器材：電子秤、溫度計(jì)、秒表、50g砝碼）。（二）數(shù)據(jù)分析（25分）從"天宮一號"軌道參數(shù)看萬有引力"天宮一號"目標(biāo)飛行器在2025年受控墜落前，軌道高度從350km逐漸降低至200km。已知地球半徑R=6400km，地球表面重力加速度g=9.8m/s2：（1）證明衛(wèi)星環(huán)繞速度v與軌道半徑r的關(guān)系為v=√(GM/r)，并計(jì)算軌道高度200km處的環(huán)繞速度；（2）根據(jù)開普勒第三定律，若衛(wèi)星在350km軌道的周期為91分鐘，估算200km軌道的周期（保留3位有效數(shù)字）；（3）繪制"軌道高度-動(dòng)能""軌道高度-重力勢能"的關(guān)系圖像（取地面為勢能零點(diǎn)），并解釋兩曲線交點(diǎn)的物理意義。四、開放創(chuàng)新題（本題共50分）未來交通工具設(shè)計(jì)假設(shè)你是未來交通工程師，請基于以下物理原理設(shè)計(jì)一種新型交通工具：（1）選擇3種核心物理原理（如磁懸浮、伯努利效應(yīng)等），說明其應(yīng)用方式；（2）用受力分析圖展示該交通工具在水平直線行駛時(shí)的受力情況；（3）撰寫一份面向大眾的產(chǎn)品說明書（300字），突出其節(jié)能、安全或高效的特點(diǎn)；（4）估算當(dāng)載重量為500kg時(shí)，克服空氣阻力的功率（空氣阻力系數(shù)C