2025年高中物理知識(shí)競(jìng)賽“物理游戲”設(shè)計(jì)大賽（規(guī)則設(shè)計(jì)筆試部分）試題（一）一、選擇題（每題3分，共15分）在設(shè)計(jì)基于杠桿原理的物理游戲時(shí)，若要使玩家通過(guò)調(diào)整力臂長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)“省力操作”，需滿足的條件是：A.動(dòng)力臂長(zhǎng)度大于阻力臂長(zhǎng)度B.動(dòng)力臂長(zhǎng)度小于阻力臂長(zhǎng)度C.動(dòng)力臂與阻力臂長(zhǎng)度相等D.動(dòng)力大小與阻力大小相等某物理游戲要求玩家控制彈丸撞擊目標(biāo)物，彈丸發(fā)射后做斜拋運(yùn)動(dòng)。若游戲場(chǎng)景中忽略空氣阻力，以下哪個(gè)因素不會(huì)影響彈丸的水平射程？A.發(fā)射速度的大小B.發(fā)射角度（與水平方向夾角）C.發(fā)射點(diǎn)與地面的高度差D.彈丸的質(zhì)量在電磁主題的物理游戲中，玩家需通過(guò)改變磁場(chǎng)強(qiáng)度控制金屬塊的運(yùn)動(dòng)速度。已知金屬塊在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流，其受到的安培力方向可通過(guò)以下哪個(gè)定則判斷？A.右手定則B.左手定則C.安培定則D.楞次定律某“光學(xué)迷宮”游戲中，玩家需調(diào)整平面鏡角度使激光束經(jīng)過(guò)多次反射后擊中目標(biāo)。若入射光線與平面鏡的夾角為30°，則反射光線與入射光線的夾角為：A.30°B.60°C.90°D.120°在設(shè)計(jì)熱力學(xué)主題游戲時(shí)，為模擬氣體膨脹對(duì)外做功的過(guò)程，需依據(jù)理想氣體狀態(tài)方程PV=nRT。若游戲中設(shè)定氣體溫度T不變，當(dāng)體積V增大時(shí)，壓強(qiáng)P的變化規(guī)律是：A.正比例增大B.反比例減小C.不變D.先增大后減小二、填空題（每空2分，共20分）某“碰撞闖關(guān)”游戲中，質(zhì)量為2kg的A球以5m/s的速度與靜止的質(zhì)量為3kg的B球發(fā)生完全彈性碰撞，碰撞后A球的速度大小為_(kāi)_____m/s，B球的速度大小為_(kāi)_____m/s（忽略摩擦及能量損失）。在“單擺迷宮”游戲設(shè)計(jì)中，擺長(zhǎng)為1m的單擺從偏離豎直方向30°的位置由靜止釋放，其周期為_(kāi)_____s（重力加速度g取9.8m/s2，π取3.14，結(jié)果保留兩位小數(shù)）。某電磁彈射游戲中，線圈與金屬導(dǎo)軌構(gòu)成閉合回路，若通入電流I=2A，導(dǎo)軌間距L=0.5m，勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.8T，磁場(chǎng)方向垂直導(dǎo)軌平面，則金屬滑塊受到的安培力大小為_(kāi)_____N，方向可通過(guò)______定則判斷?！肮獾恼凵洹庇螒驁?chǎng)景中，一束光從空氣（折射率n?=1.0）斜射入水中（折射率n?=1.33），若入射角為45°，則折射角的正弦值為_(kāi)_____（結(jié)果保留三位小數(shù)）。某“熱傳遞”模擬游戲中，兩個(gè)溫度不同的金屬塊接觸后達(dá)到熱平衡。已知甲塊質(zhì)量m?=0.5kg，比熱容c?=450J/(kg·℃)，初始溫度t?=100℃；乙塊質(zhì)量m?=1kg，比熱容c?=300J/(kg·℃)，初始溫度t?=20℃，則熱平衡后的溫度為_(kāi)_____℃（忽略熱量損失）。三、簡(jiǎn)答題（每題8分，共24分）某“橋梁搭建”游戲要求玩家使用有限材料構(gòu)建承重結(jié)構(gòu)，需考慮結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與力學(xué)平衡。請(qǐng)簡(jiǎn)述在游戲設(shè)計(jì)中應(yīng)用到的兩個(gè)核心力學(xué)原理，并舉例說(shuō)明如何通過(guò)游戲機(jī)制體現(xiàn)這些原理。在“天體模擬”游戲中，玩家需控制人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。若要使衛(wèi)星從低軌道轉(zhuǎn)移到高軌道，需進(jìn)行兩次點(diǎn)火加速（霍曼轉(zhuǎn)移軌道）。請(qǐng)說(shuō)明兩次點(diǎn)火的時(shí)機(jī)及速度變化對(duì)軌道的影響，并寫(xiě)出衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)線速度v與軌道半徑r的關(guān)系公式。設(shè)計(jì)一款“聲波迷宮”游戲，玩家需通過(guò)調(diào)整聲源頻率避開(kāi)障礙物。請(qǐng)結(jié)合波的干涉原理，說(shuō)明如何設(shè)計(jì)兩個(gè)相干聲源的位置及頻率關(guān)系，使迷宮中出現(xiàn)穩(wěn)定的“聲波盲區(qū)”（即干涉相消區(qū)域）。四、計(jì)算題（共26分）（12分）“過(guò)山車(chē)”游戲場(chǎng)景中，小車(chē)從高為h=20m的斜坡頂端由靜止釋放，沿光滑軌道下滑后進(jìn)入半徑R=8m的豎直圓軌道。已知小車(chē)質(zhì)量m=500kg，重力加速度g=10m/s2，忽略空氣阻力。（1）求小車(chē)到達(dá)圓軌道最低點(diǎn)時(shí)的速度大??；（2）判斷小車(chē)能否通過(guò)圓軌道最高點(diǎn)，并說(shuō)明理由。（14分）“電磁炮打靶”游戲中，金屬?gòu)椡栀|(zhì)量m=0.1kg，在水平放置的平行金屬導(dǎo)軌間運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)軌間距L=0.2m，導(dǎo)軌長(zhǎng)度x=2m，勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直導(dǎo)軌平面向下，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1.5T。彈丸與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2，電源提供恒定電流I=10A，重力加速度g=10m/s2。（1）求彈丸在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的安培力和摩擦力大??；（2）若彈丸從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，求離開(kāi)導(dǎo)軌時(shí)的速度大小。五、綜合設(shè)計(jì)題（25分）題目：設(shè)計(jì)一款名為“物理大闖關(guān)”的多人競(jìng)技游戲要求：游戲核心機(jī)制需融合至少3個(gè)高中物理模塊的知識(shí)（如力學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)等）；描述游戲的基本規(guī)則、關(guān)卡設(shè)計(jì)及勝負(fù)判定方式；針對(duì)其中一個(gè)典型關(guān)卡，詳細(xì)說(shuō)明涉及的物理原理及玩家的操作邏輯；分析游戲設(shè)計(jì)的教育意義，即如何幫助玩家理解和應(yīng)用物理知識(shí)。設(shè)計(jì)要求：（1）原理應(yīng)用準(zhǔn)確，游戲機(jī)制與物理規(guī)律具有內(nèi)在邏輯一致性；（2）關(guān)卡設(shè)計(jì)具有趣味性和挑戰(zhàn)性，操作方式簡(jiǎn)潔易懂；（3）教育意義部分需具體說(shuō)明知識(shí)點(diǎn)與游戲環(huán)節(jié)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。參考答案及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)（僅試題部分）（注：實(shí)際考試中不提供參考答案，此處為說(shuō)明試題設(shè)計(jì)邏輯）一、選擇題A2.D3.B4.D5.B二、填空題1；42.2.013.0.8；左手4.0.5315.52四、計(jì)算題（1）根據(jù)機(jī)械能守恒定律mgh=?mv2，解得v=√(2gh)=√(400)=20m/s；（2）在最高點(diǎn)需滿足mg≤mv2/R，解得v≥√(gR)=√(80)≈8.94m/s。由機(jī)械能守恒得最高點(diǎn)速度v'=√(2g(h-2R))=√(2×10×4)=√80≈8.94m/s，剛好等于臨界速度，故能通過(guò)。（1）安培力F安=BIL=1.5×10×0.2=3N；摩擦力Ff=μmg=0.2×0.1×10=0.2N；（2）由牛頓第二定律a=(F安-Ff)/m=(3-0.2)/0.1=28m/s2，由v2=2ax得v=√(2×28×2)=√112≈10.58m/s。（注：綜合設(shè)計(jì)題需根據(jù)原理應(yīng)用、創(chuàng)新性、教育意義等維度綜合評(píng)分，具體標(biāo)準(zhǔn)略）試題設(shè)計(jì)說(shuō)明知識(shí)覆蓋：試題涵蓋力學(xué)（運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、機(jī)械能）、電磁學(xué)（安培力、電磁感應(yīng)）、光學(xué)（反射折射）、熱學(xué)（理想氣體定律）等模塊，符合高中物理競(jìng)賽考綱要求；能力考察：通過(guò)選擇、填空、