2025年高中物理競賽創(chuàng)新思維挑戰(zhàn)賽試題（三）一、選擇題（共5小題，每題6分，單選）某空間站在距地球表面高度為h的圓軌道運(yùn)行，已知地球半徑為R，地球表面重力加速度為g。若空間站內(nèi)一質(zhì)量為m的小球相對空間站靜止釋放，忽略空間站的自轉(zhuǎn)，則小球受到地球的萬有引力大小為（）A.(m\frac{gR^2}{(R+h)^2})B.(m\frac{gR}{R+h})C.(mg)D.0如圖所示，在光滑水平面上有一質(zhì)量為M的絕緣板，板上靜置一質(zhì)量為m、帶電量為+q的物塊?？臻g存在方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B?，F(xiàn)給物塊一水平初速度v?，物塊與板間動摩擦因數(shù)為μ，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力。則物塊從開始運(yùn)動到相對板靜止的過程中，系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量為（）A.(\frac{Mmv_0^2}{2(M+m)})B.(\frac{1}{2}mv_0^2-\frac{1}{2}(M+m)v^2)（v為共同速度）C.(\frac{mv_0^2}{2}-\frac{(M+m)m^2v_0^2}{2(M+m)^2})D.(\muqBv_0t)（t為運(yùn)動時間）一理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為n?:n?=5:1，原線圈接在u=220√2sin100πt（V）的交流電源上，副線圈接有一滑動變阻器R和一個額定電壓為12V的燈泡L。當(dāng)滑動變阻器接入電路的電阻為R?時，燈泡恰好正常發(fā)光。則下列說法正確的是（）A.副線圈輸出電壓的頻率為50HzB.燈泡正常發(fā)光時，滑動變阻器兩端電壓為32VC.若將滑動變阻器滑片向上移動，燈泡亮度變暗D.原線圈的輸入功率始終等于副線圈的輸出功率用波長為λ的單色光照射某金屬表面，產(chǎn)生的光電子最大初動能為E?。若改用波長為λ/2的單色光照射同一金屬，產(chǎn)生的光電子最大初動能為（）A.(2E_k+h\frac{c}{\lambda})B.(2E_k-h\frac{c}{\lambda})C.(E_k+h\frac{c}{\lambda})D.(E_k+2h\frac{c}{\lambda})如圖所示，半徑為R的光滑半圓弧軌道固定在豎直平面內(nèi)，直徑AB水平。一質(zhì)量為m的小球從A點(diǎn)以初速度v?沿軌道內(nèi)側(cè)下滑，若小球在最高點(diǎn)C對軌道的壓力大小為mg，則小球在A點(diǎn)的初速度v?為（）A.(\sqrt{5gR})B.(\sqrt{6gR})C.(\sqrt{7gR})D.(\sqrt{8gR})二、填空題（共3小題，每題8分）一質(zhì)量為2kg的物體在水平拉力F作用下沿粗糙水平面運(yùn)動，其v-t圖像如圖所示。已知物體與地面間動摩擦因數(shù)為0.2，g=10m/s2。則在0~6s內(nèi)，水平拉力F做的功為______J，摩擦力的沖量大小為______N·s。如圖所示，在直角坐標(biāo)系xOy中，第一象限內(nèi)存在沿y軸正方向的勻強(qiáng)電場，場強(qiáng)大小為E；第四象限內(nèi)存在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。一質(zhì)量為m、帶電量為-q的粒子從坐標(biāo)原點(diǎn)O以初速度v?沿x軸正方向射入電場，粒子恰好從P（L，0）點(diǎn)離開電場進(jìn)入磁場。則粒子在電場中運(yùn)動的時間為______，粒子在磁場中做圓周運(yùn)動的半徑為______。一導(dǎo)熱性能良好的氣缸豎直放置，內(nèi)有一質(zhì)量為m、橫截面積為S的活塞，活塞與氣缸壁無摩擦且不漏氣。初始時氣缸內(nèi)封閉氣體溫度為T?，活塞靜止在距缸底高度為h處。現(xiàn)緩慢加熱氣體，使活塞上升到高度為2h處，此時氣體溫度為______。已知大氣壓強(qiáng)為p?，重力加速度為g。三、計算題（共3小題，共52分）9.（16分）如圖所示，質(zhì)量為M=4kg的木板靜止在光滑水平面上，木板右端固定一輕質(zhì)彈簧，彈簧原長為L?=0.5m，勁度系數(shù)k=100N/m。一質(zhì)量為m=1kg的小物塊以初速度v?=5m/s從木板左端滑上木板，物塊與木板間動摩擦因數(shù)μ=0.2，g=10m/s2。求：（1）物塊與彈簧剛接觸時，木板的速度大??；（2）彈簧的最大壓縮量；（3）物塊最終相對木板靜止時，距木板左端的距離。10.（18分）如圖所示，在xOy平面內(nèi)，有一半徑為R的圓形勻強(qiáng)磁場區(qū)域，圓心為O，磁場方向垂直紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。磁場邊界上P點(diǎn)（R，0）處有一粒子源，可沿不同方向發(fā)射質(zhì)量為m、帶電量為+q的粒子，粒子初速度大小均為v=qBR/m。不計粒子重力及粒子間相互作用。（1）求粒子在磁場中運(yùn)動的半徑；（2）若粒子沿與x軸正方向成60°角射入磁場，求粒子從磁場中射出的位置坐標(biāo)；（3）若粒子沿與x軸正方向成θ角射入磁場，求粒子在磁場中運(yùn)動的時間t與θ的關(guān)系式（0≤θ≤180°）。11.（18分）如圖所示，傾角為θ=30°的光滑斜面固定在水平地面上，斜面頂端固定一輕質(zhì)定滑輪，滑輪下方懸掛一質(zhì)量為M=2kg的物體A，物體A通過不可伸長的輕繩與質(zhì)量為m=1kg的物體B相連，物體B放在斜面上，輕繩與斜面平行。初始時將物體B靜止釋放，物體A距地面高度為h=1m，不計滑輪質(zhì)量及摩擦，g=10m/s2。求：（1）物體A落地前瞬間的速度大小；（2）物體A落地后，物體B沿斜面上升的最大距離；（3）若物體B與斜面間動摩擦因數(shù)μ=√3/6，物體A落地前瞬間的加速度大小。四、創(chuàng)新設(shè)計題（12分）某同學(xué)設(shè)計了一個“電磁阻尼擺”實(shí)驗(yàn)裝置：將一質(zhì)量為m的金屬圓盤用輕質(zhì)細(xì)桿懸掛在O點(diǎn)，圓盤可繞O點(diǎn)在豎直平面內(nèi)自由擺動，其下方有一U形磁鐵，兩極間存在垂直于圓盤平面的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，磁場區(qū)域的寬度為d（如圖所示）。已知圓盤半徑為r（r<d），電阻為R，重力加速度為g。（1）若將圓盤從偏離豎直方向θ角處由靜止釋放，分析圓盤在擺動過程中的能量轉(zhuǎn)化情況；（2）若圓盤第一次擺到最低點(diǎn)時的角速度為ω，求此時圓盤所受電磁阻尼力的大?。ㄌ崾荆嚎蓪A盤邊緣等效為長度為r的導(dǎo)體棒做圓周運(yùn)動）。（注：所有試題需寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟，只寫出最后答案的不得分。有數(shù)值計算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位。）試題設(shè)計說明：本套試題涵蓋力學(xué)、電磁學(xué)、熱學(xué)等高中物理核心模塊，注重考查學(xué)生對物理概念的深層理解和綜合應(yīng)用