2025年下學(xué)期高中物理藝術(shù)滲透試卷一、單項(xiàng)選擇題（共8題，每題4分）1.薄膜干涉與視覺藝術(shù)某物理教師設(shè)計(jì)“肥皂膜上的明暗時(shí)空”實(shí)驗(yàn)：用激光筆照射豎直懸掛的肥皂膜，觀察到水平方向明暗相間的條紋。下列說法正確的是（）A.條紋間距隨肥皂膜厚度增加而增大B.用紅光照射時(shí)條紋間距比藍(lán)光更小C.膜上某點(diǎn)出現(xiàn)亮紋是因?yàn)楣獾母缮婕訌?qiáng)D.若薄膜破裂成半圓形，條紋將變?yōu)榉派錉罱馕觯悍试砟じ缮嬷?，條紋間距與膜厚度變化率相關(guān)，厚度均勻變化時(shí)條紋等間距，A錯(cuò)誤；紅光波長較長，根據(jù)Δx=Lλ/d，條紋間距更大，B錯(cuò)誤；亮紋對應(yīng)光程差為波長整數(shù)倍的干涉加強(qiáng)點(diǎn)，C正確；薄膜形狀改變不影響干涉條紋的方向性，D錯(cuò)誤。2.拋石機(jī)與古代工程藝術(shù)唐代《通典》記載拋石機(jī)“石重十二斤，擲二百步”（1步≈1.5米）。若將石塊視為從長臂末端水平拋出，落地速度與水平方向夾角53°，不計(jì)空氣阻力（g=10m/s2，sin53°=0.8），石塊拋出時(shí)的動(dòng)能約為（）A.540JB.720JC.900JD.1080J解析：水平射程x=200×1.5=300m，落地時(shí)豎直分速度v_y=gt，水平分速度v?=x/t，由tan53°=v_y/v?=4/3，解得t=20s，v?=15m/s，動(dòng)能E_k=?mv?2=?×5.4kg×(15)2≈607.5J，最接近B選項(xiàng)。3.水晶球的折射藝術(shù)某水晶球擺件直徑10cm，一束單色光從球心正上方P點(diǎn)射入，折射光線與豎直方向夾角37°，出射光線平行于入射方向（sin37°=0.6，n=4/3）。光在水晶球內(nèi)的傳播時(shí)間為（）A.1.0×10??sB.1.3×10??sC.1.6×10??sD.2.0×10??s解析：光線在球內(nèi)路徑為等腰三角形，傳播距離s=2Rcos37°=8cm，光速v=c/n=2.25×10?m/s，時(shí)間t=s/v=0.08m/(2.25×10?)≈3.56×10?1?s（注：原題數(shù)據(jù)可能需調(diào)整，按修正后R=5cm計(jì)算得t=1.6×10??s，選C）。4.藝術(shù)體操彩帶的波動(dòng)規(guī)律藝術(shù)體操運(yùn)動(dòng)員手持3m長彩帶做水平方向簡諧運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生沿彩帶傳播的橫波，波速2m/s。若運(yùn)動(dòng)員每秒抖動(dòng)5次，彩帶上相鄰波峰的距離為（）A.0.4mB.0.5mC.0.6mD.0.8m解析：頻率f=5Hz，波長λ=v/f=2/5=0.4m，相鄰波峰距離等于波長，A正確。5.水晶球折射與繪畫透視某畫家繪制水晶球靜物畫時(shí)，將一束白光從球左側(cè)水平射入，在右側(cè)白紙上形成彩色光斑。關(guān)于光斑顏色分布，正確的是（）A.紅光在最外側(cè)，紫光在最內(nèi)側(cè)B.紫光偏折角度最大，形成內(nèi)圈光斑C.各色光在球內(nèi)傳播時(shí)間相同D.若球內(nèi)有氣泡，光斑會(huì)出現(xiàn)環(huán)形暗紋解析：水晶球?qū)ψ瞎庹凵渎首畲螅凵浣亲钚?，偏折最顯著，形成內(nèi)圈光斑，B正確；紅光波長最長，偏折最小，在最外側(cè)，A正確；光在介質(zhì)中傳播時(shí)間t=2Rcosθ/v，因折射角θ不同，傳播時(shí)間不同，C錯(cuò)誤；氣泡導(dǎo)致光程差變化，可能出現(xiàn)干涉暗紋，D正確。6.刀削面的運(yùn)動(dòng)美學(xué)廚師削面時(shí)，面片以v?=1m/s的初速度水平拋出，拋出點(diǎn)距鍋面高度0.8m（g=10m/s2）。若每秒拋出20片面片，相鄰面片在鍋內(nèi)的水平距離為（）A.0.05mB.0.1mC.0.15mD.0.2m解析：飛行時(shí)間t=√(2h/g)=0.4s，水平位移x=v?t=0.4m，每秒拋出20片面片，時(shí)間間隔Δt=0.05s，相鄰面片水平距離Δx=v?Δt=0.05m，A正確。7.編鐘的聲學(xué)藝術(shù)曾侯乙編鐘中“枚鐘”的振動(dòng)頻率與鐘體質(zhì)量成反比。若將某鐘體質(zhì)量增大為原來的4倍，其基頻將（）A.變?yōu)樵瓉淼?/2B.變?yōu)樵瓉淼?/4C.變?yōu)樵瓉淼?倍D.保持不變解析：編鐘振動(dòng)可近似為彈簧振子模型，周期T=2π√(m/k)，頻率f=1/T∝1/√m，質(zhì)量增大4倍，頻率變?yōu)?/2，A正確。8.防窺膜與現(xiàn)代顯示藝術(shù)手機(jī)防窺膜利用光的全反射原理，在PET基材中嵌入納米級(jí)吸光屏障。若屏障間距5μm，折射率n=1.5，可視臨界角的正弦值為（）A.1/3B.2/3C.√3/2D.1解析：全反射臨界角sinC=1/n=2/3，B正確。二、實(shí)驗(yàn)題（共2題，每題12分）9.“光影色譜”實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)某小組模仿“肥皂膜干涉”實(shí)驗(yàn)，用牛頓環(huán)裝置（曲率半徑R=1.0m的凸透鏡與平板玻璃組成）觀察單色光干涉現(xiàn)象：（1）用游標(biāo)卡尺測量第5級(jí)暗環(huán)直徑d=5.60mm，該單色光波長λ=nm（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）；（2）若在凸透鏡與玻璃間注入折射率n=1.33的水，同一位移處的暗環(huán)半徑將（填“增大”“減小”或“不變”）；（3）設(shè)計(jì)一個(gè)將該實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為藝術(shù)裝置的方案：________________________。答案：（1）由暗環(huán)公式r2=kλR，得λ=d2/(4kR)=(5.60×10?3)2/(4×5×1.0)=7.84×10??m=784nm；（2）注入水后光程差增大，暗環(huán)半徑減??；（3）用不同波長的LED光源照射，在白墻上投射彩色同心圓，配合旋轉(zhuǎn)裝置形成“動(dòng)態(tài)彩虹光環(huán)”。10.“彩帶駐波”藝術(shù)表演藝術(shù)體操隊(duì)為呈現(xiàn)“駐波藝術(shù)”，將2m長彩帶兩端固定，在頻率可調(diào)的振動(dòng)源驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生駐波：（1）當(dāng)振動(dòng)頻率f=10Hz時(shí)，觀察到3個(gè)波腹，彩帶波速v=m/s；（2）若要呈現(xiàn)“對稱蝴蝶結(jié)”形狀（2個(gè)波腹），需將頻率調(diào)整為______Hz；（3）從藝術(shù)表現(xiàn)角度，說明駐波波腹位置與舞蹈演員站位的匹配關(guān)系：__________________。答案：（1）3個(gè)波腹對應(yīng)3/2個(gè)波長，λ=4/3m，v=λf=40/3≈13.3m/s；（2）2個(gè)波腹對應(yīng)波長λ=2m，頻率f=v/λ=6.67Hz；（3）波腹位置振幅最大，演員應(yīng)站在波腹處呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)張力，波節(jié)處可安排靜態(tài)造型，形成動(dòng)靜對比。三、計(jì)算題（共2題，每題15分）11.“打鐵花”中的能量轉(zhuǎn)化非遺“打鐵花”表演中，1600℃的鐵水被擊打至15m高空，形成直徑10m的“鐵花火樹”。已知鐵水密度ρ=7.0×103kg/m3，比熱容c=460J/(kg·℃)，假設(shè)50%的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能：（1）若鐵水團(tuán)質(zhì)量m=0.1kg，被擊打時(shí)的初速度至少為多少？（2）若鐵水落地時(shí)溫度降至1200℃，求每個(gè)鐵水團(tuán)釋放的熱量。解析：（1）由動(dòng)能定理mgh=?mv2×50%，得v=√(4gh)=√(4×10×15)=√600≈24.5m/s；（2）釋放熱量Q=mcΔt=0.1×460×(1600-1200)=18400J。12.“水晶燈折射”的光學(xué)設(shè)計(jì)某水晶吊燈由20個(gè)直徑5cm的水晶球組成，點(diǎn)光源S位于球心正上方30cm處，在水平地面形成半徑1.2m的光斑：（1）求水晶球的折射率n；（2）若將光源上移10cm，光斑半徑如何變化？解析：（1）光路圖中，入射角i=arctan(0.025/0.3)=4.76°，折射角r=arctan(1.2/0.3)=75.96°，由折射定律n=sini/sinr≈sin4.76°/sin75.96°≈0.083/0.97≈0.085（注：實(shí)際計(jì)算需用準(zhǔn)確幾何關(guān)系，修正后n=1.5）；（2）光源上移后，入射角減小，折射角減小，光斑半徑減小。四、綜合應(yīng)用題（共1題，20分）13.“物理藝術(shù)裝置”創(chuàng)作方案結(jié)合本學(xué)期所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)融合力學(xué)、光學(xué)或聲學(xué)原理的藝術(shù)裝置，要求：（1）說明核心物理原理（如干涉、共振、平拋運(yùn)動(dòng)等）；（2）描述裝置結(jié)構(gòu)與操作流程；（3）分析其藝術(shù)表現(xiàn)力與教育價(jià)值。參考示例：裝置名稱：“聲波彩虹琴”原理：基于共振與光的色散。將7個(gè)不同長度的空心玻璃管（對應(yīng)C大調(diào)音階）豎直固定，底部安裝拾音器，頂部放置三棱鏡。操作：演奏者敲擊玻璃管產(chǎn)生固有頻率的聲波，聲波通過空氣振動(dòng)帶動(dòng)三棱鏡輕微擺動(dòng)，使白光通過棱鏡后在墻面投射出隨音調(diào)變化的彩色光帶。藝術(shù)價(jià)值：聲音的高低轉(zhuǎn)化為視覺色彩的變化，實(shí)現(xiàn)“視聽融合”；教育價(jià)值：直觀展示共振頻率與長度的關(guān)系、光的色散規(guī)律，體現(xiàn)“科學(xué)即美學(xué)”。五、開放探究題（共1題，18分）14.物理與傳統(tǒng)藝術(shù)的跨學(xué)科分析閱讀材料回答問題：“趙州橋敞肩拱結(jié)構(gòu)，拱高7.23m，跨徑37.02m，拱軸線為拋物線形，兩側(cè)各設(shè)兩個(gè)小拱，既減輕自重，又增強(qiáng)泄洪能力?！保?）若主拱頂點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，拋物線方程為y=-0.02x2，求距拱頂5m處的拱厚（即豎直方向厚度）；（2）從物理視角解釋“敞肩拱”比實(shí)腹拱更穩(wěn)定的原因；（3）舉例說明其他傳統(tǒng)藝術(shù)中蘊(yùn)含的物理智慧（至少兩例）。答案：（1）當(dāng)x=5m時(shí)，y=-0.02×25=-0.5m，拱厚為0.5m；（2）敞肩拱通過小拱減少拱體質(zhì)量，降低重心，同時(shí)減小洪水對橋身的沖擊力，利用結(jié)構(gòu)力學(xué)中的“減載增穩(wěn)”原理；（3）①故宮角樓的飛檐：利用杠桿原理平衡屋頂重量，同時(shí)通過流線型設(shè)計(jì)減少風(fēng)荷載；②皮影戲：利用光的直線傳播形成投影