2025年高中物理知識競賽推理判斷題專項訓練（三）一、力學綜合推理題1.天體運動與能量守恒綜合判斷題目情境：某空間站在距地球表面高度為h的圓軌道運行，質量為m的實驗艙與空間站對接時速度相同。若實驗艙沿運動方向短暫噴氣后脫離空間站，最終在近地軌道（軌道半徑近似為地球半徑R）穩(wěn)定運行。已知地球表面重力加速度為g，地球質量為M，引力常量為G。判斷選項：A.實驗艙脫離空間站后需經(jīng)歷減速過程才能進入近地軌道B.噴氣過程中實驗艙的機械能守恒C.實驗艙在近地軌道運行時的周期與空間站周期之比為(R+h)3/R3D.若噴氣后實驗艙速度方向不變，其軌道將變?yōu)闄E圓且近地點在原軌道內側推理要點：軌道變換分析：空間站做勻速圓周運動時滿足GMm/(R+h)2=mv?2/(R+h)，近地軌道速度v?=√(GM/R)>v?，故實驗艙需加速而非減速，A項錯誤；機械能變化：噴氣過程中化學能轉化為機械能，機械能不守恒，B項錯誤；開普勒第三定律：T2∝r3，周期比應為√[R3/(R+h)3]，C項錯誤；橢圓軌道形成：沿原方向加速后，萬有引力不足以提供向心力，實驗艙將做離心運動，但題目中實驗艙最終進入近地軌道，說明實際噴氣方向應為與運動方向相反的減速過程，若假設速度方向不變（題目限定條件），則減速后萬有引力大于向心力，軌道變?yōu)闄E圓且近地點靠近地球，D項正確。2.碰撞過程中的動量與能量關系判斷題目情境：質量為2m的滑塊A以速度v?在光滑水平面上運動，與靜止的質量為m的滑塊B發(fā)生碰撞，碰撞后B的速度為v?。兩滑塊均帶正電且電荷量相同，碰撞過程中庫侖力遠大于摩擦力。判斷選項：A.碰撞過程中系統(tǒng)動量守恒，機械能守恒B.碰撞后A的速度為v?/2，方向與原方向相同C.若僅增大兩滑塊電荷量，碰撞后B的速度將大于v?D.碰撞過程中庫侖力對A做的功等于A動能的變化量推理要點：守恒條件：庫侖力為內力，系統(tǒng)動量守恒，2mv?=2mv?+mv??v?=v?/2，B項正確；機械能變化：碰撞前動能E??=?·2mv?2=mv?2，碰撞后E??=?·2m(v?/2)2+?mv?2=3mv?2/4<E??，機械能不守恒（部分轉化為電勢能），A項錯誤；電荷量影響：庫侖斥力增大導致碰撞過程中能量損失增加，B的速度將小于v?，C項錯誤；動能定理應用：A所受合外力為庫侖力，故庫侖力的功等于A動能變化量，D項正確。二、電磁學創(chuàng)新題型3.電磁感應中的楞次定律應用題目情境：如圖所示，U形光滑金屬導軌置于豎直平面內，導軌間距為L，下端接有定值電阻R，空間存在垂直導軌平面向里的勻強磁場B。質量為m的金屬棒ab從靜止釋放，同時在棒兩端施加水平向右的恒力F，已知棒與導軌接觸良好且電阻不計。判斷選項：A.棒的加速度先減小后增大B.棒最終將做勻速運動，此時速度v=F/(B2L2R)C.若僅增大磁場強度B，棒達到勻速的時間將縮短D.運動過程中通過電阻R的電荷量與棒的位移成正比推理要點：受力分析：棒受重力mg、恒力F、安培力F安=BIL=B2L2v/R（方向水平向左），豎直方向加速度a?=g恒定，水平方向加速度a?=(F-B2L2v/R)/m，隨速度增大a?減小至0，最終水平方向勻速、豎直方向勻加速，合運動為勻加速直線運動，A、B項錯誤；磁場強度影響：B增大時安培力增大，水平方向更早達到平衡，達到勻速的時間縮短，C項正確；電荷量計算：Q=ΔΦ/R=BLx/R，與位移x成正比，D項正確。4.交變電流與變壓器動態(tài)分析題目情境：理想變壓器原線圈接在u=220√2sin100πt(V)的交流電源上，副線圈接有滑動變阻器R和額定電壓為110V的燈泡L，原、副線圈匝數(shù)比為2:1。閉合開關后，將R滑片向上移動。判斷選項：A.電源輸出功率增大B.燈泡L的亮度變暗C.原線圈電流的頻率變?yōu)?0HzD.副線圈兩端電壓的有效值為110V推理要點：電壓關系：原線圈電壓有效值220V，副線圈電壓U?=220×(1/2)=110V，D項正確；負載變化：滑片上移時R增大，副線圈總電阻增大，電流I?減小，燈泡兩端電壓仍為額定值110V，亮度不變，B項錯誤；功率變化：P?=P?=U?I?，I?減小則電源輸出功率減小，A項錯誤；頻率特性：變壓器不改變交流電頻率，原線圈頻率f=ω/(2π)=50Hz，C項正確（但題目中“變?yōu)椤北硎鲥e誤，原頻率即為50Hz，故C項錯誤）。三、熱學與光學綜合判斷5.理想氣體狀態(tài)變化推理題目情境：一定質量的理想氣體經(jīng)歷如圖所示的循環(huán)過程：a→b為等壓膨脹，b→c為絕熱膨脹，c→a為等容降壓。已知狀態(tài)a溫度為T?，狀態(tài)b體積為2V?。判斷選項：A.狀態(tài)b的溫度為2T?B.b→c過程中氣體內能增大C.c→a過程中氣體分子平均動能不變D.循環(huán)過程中氣體對外界做功大于外界對氣體做功推理要點：等壓過程：a→b滿足V?/T?=V?/T?，若V?=2V?，則T?=2T?，A項正確；絕熱過程：b→c膨脹對外做功，內能減小，溫度降低，B項錯誤；等容降壓：c→a過程壓強減小、溫度降低，分子平均動能減小，C項錯誤；循環(huán)功計算：p-V圖中閉合曲線面積表示凈功，順時針循環(huán)氣體對外做功，D項正確。6.光的折射與干涉現(xiàn)象判斷題目情境：單色光從折射率n?=√3的介質A斜射入折射率n?=√2的介質B，入射角i=60°，在界面處同時發(fā)生反射和折射。若將該單色光改為頻率更高的光，其他條件不變。判斷選項：A.原入射光在介質A中的波長為真空中波長的√3倍B.折射角r滿足sinr=√3/2C.改為高頻光后，反射光與折射光的夾角將增大D.若介質B厚度為d，高頻光在B中傳播時間比原光更長推理要點：波長關系：λ介=λ?/n，應為原波長的1/√3，A項錯誤；折射定律：n?sini=n?sinr?√3·sin60°=√2·sinr?sinr=3/(2√2)>1，發(fā)生全反射，無折射光，B項錯誤；頻率影響：高頻光折射率更大，臨界角更小，仍發(fā)生全反射，反射角等于入射角，無折射光，夾角為180°不變，C項錯誤；傳播時間：全反射時光在B中傳播路徑為豎直方向，t=d/v=dn?/c，高頻光n?更大，時間更長，D項正確。四、近代物理與實驗探究題7.核反應與質能方程應用題目情境：氘核(2H)與氚核(3H)發(fā)生聚變反應生成氦核(?He)和中子(n)，已知各核質量分別為m_D=2.0141u，m_T=3.0160u，m_He=4.0026u，m_n=1.0087u，1u相當于931MeV。判斷選項：A.該反應釋放能量，質量虧損為0.0188uB.反應方程為2H+3H→?He+n+γ（γ為光子）C.若反應中釋放的能量全部轉化為氦核和中子的動能，則氦核動能大于中子動能D.該反應屬于α衰變推理要點：質量虧損：Δm=(2.0141+3.0160)-(4.0026+1.0087)=0.0188u，A項正確；反應方程：電荷數(shù)與質量數(shù)守恒，B項正確；動量守恒：m_Hev_He=m_nv_n，動能E?=p2/(2m)，氦核質量大，動能更小，C項錯誤；反應類型：聚變反應而非α衰變，D項錯誤。8.實驗數(shù)據(jù)的誤差分析判斷題目情境：某同學用單擺測量重力加速度，實驗中測得擺長l=1.000m（含擺球半徑），周期T=2.00s，計算得g=4π2l/T2≈9.86m/s2。若實際擺長因擺線未完全拉直而偏小0.01m，擺球直徑測量偏大0.002m。判斷選項：A.擺長的實際誤差為-0.008m（負號表示偏?。〣.重力加速度的測量值比真實值偏大C.若僅將擺球質量增大為原來2倍，誤差將減小D.周期測量時若秒表走時偏快，會導致g的測量值偏小推理要點：擺長誤差計算：擺長真實值l真=(測量擺長-擺線誤差)-(直徑測量偏大值/2)=(1.000-0.01)-0.001=0.989m，誤差Δl=1.000-0.989=0.011m，A項錯誤；g值偏差：g∝l，擺長測量值偏大，g測量值偏大，B項正確；質量影響：單擺周期與質量無關，誤差不變，C項錯誤；秒表誤差：秒表走快導致周期測量值偏小，g∝1/T2，測量值偏大，D項錯誤。五、跨模塊綜合推理題9.電磁復合場中的運動軌跡判斷題目情境：質量為m、電荷量為q的帶正電粒子在正交電磁場中運動，電場強度E豎直向上，磁感應強度B垂直紙面向外。粒子從靜止釋放，不計重力。判斷選項：A.粒子將在水平面內做勻速圓周運動B.粒子運動過程中電勢能始終減小C.若僅將E反向，粒子將先向下加速再做螺旋運動D.粒子的最大速度與E和B的比值成正比推理要點：初始運動：靜止粒子受電場力qE向上，開始豎直向上運動，進入磁場后受洛倫茲力qvB向右，軌跡變?yōu)榍€，A項錯誤；電勢能變化：粒子上升過程中電場力做正功，電勢能減小，若運動中速度方向改變導致高度下降，電勢能可能增大，B項錯誤；E反向后的運動：電場力向下，粒子向下加速，同時受洛倫茲力向左，形成螺旋線運動，C項正確；速度關系：當電場力與洛倫茲力平衡時，qE=qvB?v=E/B，此時粒子做勻速直線運動，最大速度v=E/B，D項正確。10.熱力學與力學綜合判斷題目情境：內壁光滑的氣缸水平放置，活塞質量為m，橫截面積為S，缸內封閉理想氣體。用水平力F緩慢推動活塞，氣體溫度保持不變，已知大氣壓強p?，活塞位移為d。判斷選項：A.氣體壓強的增加量Δp=F/SB.推動過程中外界對氣體做功大于FdC.若溫度升高同時保持F不變，氣體內能的增加量等于吸收的熱量D.若將氣缸豎直放置，要保持氣體體積不變，所需豎直向上的力應大于mg推理要點：壓強變化：水平時pS=p?S+F?Δp=F/S，A項正確；功的計算：外界做功W=(p?S+F)d>Fd，B項正確；熱力學第一定律：ΔU=Q+W，溫度升高ΔU>0，W>0，故Q=ΔU-W，吸收熱量小于內能增加量，C項錯誤；豎直放置平衡：pS+F=p?S+mg，因封閉氣體壓強p>p?（水平壓縮后），故F=p?S+mg-pS<mg，D項錯誤。六、創(chuàng)新情境應用題11.新能源汽車能量轉換效率判斷題目情境：某電動汽車電池容量為50kWh，百公里耗電15kWh，若將其電池能量全部用于驅動電機，電機效率為90%，車輪與地面摩擦力恒為1000N。判斷選項：A.電池充滿電后理論續(xù)航里程為300kmB.汽車以20m/s勻速行駛時，電機輸出功率為20kWC.若僅將摩擦力減小10%，續(xù)航里程可增加10%D.電池放電過程中，化學能直接轉化為機械能推理要點：續(xù)航里程計算：實際驅動能量W=50kWh×90%=45kWh，里程L=45/15×100=300km，A項正確；功率計算：P=fv=1000N×20m/s=20000W=20kW，B項正確；摩擦力與里程關系：里程L∝1/f，摩擦力減小10%，里程增加1/0.9-1≈11.1%，C項錯誤；能量轉化路徑：化學能→電能→機械能，D項錯誤。12.量子物理現(xiàn)象推理題目情境：用波長λ的單色光照射金屬鉀（逸出功W?=2.25eV），產(chǎn)生光電效應。已知普朗克常量h=6.63×10?3?J·s，光速c=3×10?m/s，1eV=1.6×10?1?J。判斷選項：A.若λ=500nm，光電子的最大初動能為0.23eVB.增大光強后，飽和光電流增大但遏止電壓不變C.若改用λ=600nm的光照射，仍能發(fā)生光電效應D.光電子的德布羅意波長與入射光波長成正比推理要點：最大初動能計算：E?=hc/λ-W?=(6.63×10?3?×3×10?)/(500×10??×1.6×10?1?)-2.25≈2.48-2.25=0.23eV，A項正確；光強與遏止電壓關系：光強增大增加光子數(shù)，飽和光電流增大，遏止電壓僅與頻率有關，B項正確；紅限波長計算：λ?=hc/W?≈550nm，600nm>550nm，不能發(fā)生光電效應，C項錯誤；德布羅意波長：λ?=h/p=h/√(2mE?)，與入射光波長不成正比，D項錯誤。七、易錯點專項辨析13.摩擦力做功與能量轉化關系題目情境：質量為m的物塊在粗糙水平面上滑行，初速度v?，滑行距離x后停下。若將物塊質量增至2m，初速度和動摩擦因數(shù)不變。判斷選項：A.摩擦力對物塊做的功變?yōu)樵瓉淼?倍B.物塊滑行時間變?yōu)樵瓉淼摹?倍C.滑行過程中產(chǎn)生的熱量變?yōu)樵瓉淼?倍D.物塊克服摩擦力的平均功率不變推理要點：功的計算：W=-μmgx，質量增大后滑行距離x=v?2/(2μg)不變，故功變?yōu)?倍，A項正確；滑行時間：t=v?/(μg)，與質量無關，B項錯誤；熱量產(chǎn)生：Q=μmgx，變?yōu)樵瓉?倍，C項正確；平均功率：P=W/t=(-μmgx)/t，t不變，P變?yōu)?倍，D項錯誤。14.電磁感應中的“二次感應”現(xiàn)象題目情境：如圖所示，固定線圈A與滑動變阻器、電源串聯(lián)，線圈B與電流計G連接，兩線圈共軸放置且相距較近。將變阻器滑片快速向左移動時，電流計指針偏轉。判斷選項：A.線圈A中電流減小，穿過B的磁通量減小B.線圈B中感應電流的磁場方向與A的原磁場方向相同C.若僅將線圈B繞軸轉過90°，指針偏轉角度增大D.滑片移動速度越快，線圈B中感應電動勢越大推理要點：磁通量變化：滑片左移，電阻增大，A中電