2025年高中物理競(jìng)賽STSE試題專項(xiàng)訓(xùn)練（四）一、選擇題（每題6分，共30分，多選題漏選得3分，錯(cuò)選或不答得0分）1.量子通信技術(shù)應(yīng)用"墨子號(hào)"量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星利用光子偏振態(tài)實(shí)現(xiàn)量子密鑰分發(fā)。若光子偏振方向在x-y平面內(nèi)，其偏振態(tài)可用復(fù)數(shù)表示為|ψ?=a|H?+b|V?，其中|H?（水平偏振）和|V?（豎直偏振）為正交基矢，下列說法正確的是（）A.光子偏振態(tài)滿足歸一化條件|a|2+|b|2=1B.若a=1，b=0，則光子沿45°方向偏振C.測(cè)量光子偏振態(tài)會(huì)導(dǎo)致量子態(tài)坍縮D.量子密鑰分發(fā)基于量子糾纏的超距作用2.新能源汽車電池管理系統(tǒng)某電動(dòng)汽車采用磷酸鐵鋰電池組，總電壓384V，容量100Ah，充電效率90%。使用60kW直流充電樁從20%充至80%，所需時(shí)間最接近（）A.20分鐘B.25分鐘C.30分鐘D.35分鐘3.環(huán)境監(jiān)測(cè)中的激光散射技術(shù)某團(tuán)隊(duì)利用激光雷達(dá)監(jiān)測(cè)PM2.5濃度，激光波長(zhǎng)532nm，PM2.5顆粒直徑約2.5μm。下列說法錯(cuò)誤的是（）A.該監(jiān)測(cè)過程利用了光的米氏散射B.顆粒物濃度越高，散射光強(qiáng)度越大C.激光波長(zhǎng)越短，散射現(xiàn)象越明顯D.若改用1064nm激光，監(jiān)測(cè)靈敏度會(huì)提高4.航天工程中的軌道力學(xué)2025年"嫦娥六號(hào)"探測(cè)器在月球背面著陸時(shí)，采用"反推發(fā)動(dòng)機(jī)懸停-緩降"技術(shù)。已知月球重力加速度1.6m/s2，探測(cè)器質(zhì)量2000kg，反推發(fā)動(dòng)機(jī)推力3000N，忽略燃料消耗，下列分析正確的是（）A.懸停時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)推力等于探測(cè)器重力B.緩降過程中探測(cè)器處于失重狀態(tài)C.若推力突然減小，探測(cè)器加速度大小為0.1m/s2D.著陸瞬間探測(cè)器動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能5.建筑節(jié)能玻璃熱傳導(dǎo)某Low-E中空玻璃由兩層厚度5mm的鋼化玻璃（導(dǎo)熱系數(shù)k?=1.0W/(m·K)）和12mm空氣層（k?=0.026W/(m·K)）組成，其總熱阻（單位：m2·K/W）最接近（）A.0.3B.0.5C.0.7D.0.9二、填空題（每空5分，共50分）6.風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率特性某1.5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率曲線滿足P∝v3（v為風(fēng)速），額定風(fēng)速12m/s時(shí)達(dá)到額定功率。若某日平均風(fēng)速6m/s，日發(fā)電量為______kWh；當(dāng)風(fēng)速?gòu)?m/s增至10m/s時(shí)，輸出功率增大為原來的______倍（保留兩位小數(shù)）。7.電磁炮模型參數(shù)計(jì)算電磁炮模型中，質(zhì)量m=0.2kg的金屬?gòu)椡柙陂L(zhǎng)L=1.5m的水平導(dǎo)軌上被勻強(qiáng)磁場(chǎng)加速。已知電流I=500A，彈丸有效長(zhǎng)度l=0.3m，磁場(chǎng)B=2T，導(dǎo)軌摩擦系數(shù)μ=0.1，重力加速度g=10m/s2。彈丸出射速度最接近______m/s。8.醫(yī)用超聲治療技術(shù)高強(qiáng)度聚焦超聲（HIFU）腫瘤治療儀中，超聲波在人體組織中傳播速度1500m/s，頻率1MHz，其波長(zhǎng)為______m；若聚焦區(qū)域直徑為2mm，該區(qū)域內(nèi)聲波的波數(shù)為______（保留整數(shù)）。9.天體運(yùn)動(dòng)模型修正某行星沿橢圓軌道運(yùn)行，近日點(diǎn)速度v?=30km/s，遠(yuǎn)日點(diǎn)速度v?=10km/s。若在遠(yuǎn)日點(diǎn)突然點(diǎn)燃推進(jìn)器，使其速度增加Δv=______km/s可變?yōu)閳A形軌道（軌道半徑取遠(yuǎn)日點(diǎn)距離）。10.量子光學(xué)實(shí)驗(yàn)"激光測(cè)距模型"使用波長(zhǎng)λ=632.8nm的氦氖激光，若測(cè)量誤差要求≤0.1mm，則光程差的測(cè)量精度需達(dá)到______個(gè)波長(zhǎng)（結(jié)果保留整數(shù)）。三、計(jì)算題（共3題，共70分）11.新能源汽車?yán)m(xù)航與充電（25分）某電動(dòng)汽車參數(shù)如下：電池組總電壓384V，容量100Ah，能量密度150Wh/kg，電機(jī)效率95%。（1）計(jì)算電池組總能量及質(zhì)量；（2）若汽車勻速行駛時(shí)阻力為600N，求續(xù)航里程；（3）若使用60kW直流充電樁充電，充電效率90%，從20%充至80%需多長(zhǎng)時(shí)間？12.環(huán)境監(jiān)測(cè)中的多普勒效應(yīng)（25分）用超聲波測(cè)高儀測(cè)量大氣逆溫層高度。儀器在地面發(fā)射頻率f?=40kHz的超聲波，接收經(jīng)逆溫層反射的回波，頻率變?yōu)閒=39.9kHz。已知聲波在空氣中速度v=340m/s，逆溫層勻速上升速度為u。（1）求逆溫層上升速度u；（2）若聲速隨溫度變化關(guān)系為v=331+0.6T（T為攝氏溫度），地面溫度20℃，逆溫層溫度0℃，求逆溫層高度h。13.電磁炮動(dòng)力學(xué)分析（20分）電磁炮矩形導(dǎo)軌間距d=0.2m，長(zhǎng)L=2m，電源電動(dòng)勢(shì)E=12V，內(nèi)阻r=0.1Ω。彈丸質(zhì)量m=0.15kg，電阻R=0.3Ω，與導(dǎo)軌間摩擦系數(shù)μ=0.1，豎直向上勻強(qiáng)磁場(chǎng)B=0.5T，重力加速度g=10m/s2。（1）求彈丸運(yùn)動(dòng)的加速度；（2）計(jì)算彈丸到達(dá)導(dǎo)軌末端時(shí)的動(dòng)能。參考答案及解析一、選擇題ACA正確：歸一化條件保證概率總和為1；C正確：量子測(cè)量導(dǎo)致疊加態(tài)坍縮；B錯(cuò)誤：a=1，b=0時(shí)為純水平偏振；D錯(cuò)誤：量子密鑰分發(fā)利用量子不可克隆原理，非超距作用。B充電量Q=384V×100Ah×(80%-20%)=23.04kWh，充電功率P=60kW×90%=54kW，時(shí)間t=23.04/54≈0.427h≈25.6分鐘。DA正確：2.5μm>>532nm，屬于米氏散射；D錯(cuò)誤：1064nm波長(zhǎng)更長(zhǎng)，散射強(qiáng)度減弱，靈敏度降低。C重力G=mg=2000×1.6=3200N，推力3000N<G，無法懸停；加速度a=(F-mg)/m=(3000-3200)/2000=-0.1m/s2，大小0.1m/s2。B總熱阻R=2×(0.005/1.0)+(0.012/0.026)≈0.01+0.46=0.47m2·K/W。二、填空題4500；4.636m/s時(shí)功率P=1.5MW×(6/12)3=187.5kW，日發(fā)電187.5×24=4500kWh；(10/6)3≈4.63。42安培力F=BIl=2×500×0.3=300N，摩擦力f=μmg=0.2N，加速度a=(F-f)/m≈1499m/s2，v=√(2aL)≈42m/s。1.5×10?3；1波長(zhǎng)λ=v/f=1500/(1×10?)=1.5×10?3m；波數(shù)=直徑/波長(zhǎng)=2×10?3/1.5×10?3≈1。10橢圓軌道遠(yuǎn)日點(diǎn)速度v?=√(GM/(2a-r))，圓形軌道速度v=√(GM/r)，由開普勒定律r?v?=r?v?得r?=3r?，代入得Δv=10km/s。1580.1mm=1×10??m，精度=1×10??/632.8×10??≈158。三、計(jì)算題（1）總能量E=384V×100Ah=38.4kWh，質(zhì)量m=38400Wh/150Wh/kg=256kg；（2）電機(jī)輸出能量E_out=38.4kWh×95%=36.48kWh=1.313×10?J，續(xù)航里程s=E_out/F=1.313×10?J/600N≈219km；（3）充電量Q=38.4kWh×60%=23.04kWh，充電功率P=60kW×90%=54kW，時(shí)間t=23.04/54≈0.427h≈25.6分鐘。（1）多普勒效應(yīng)：f=f?(v-u)/(v+u)，代入數(shù)據(jù)解得u=0.425m/s；（2）地面聲速v?=331+0.6×20=343m/s，逆溫層聲速v?=331m/s，平均速度v_avg=(343+331)/2=337m/s，高度h=v_avg×Δt/2≈