2025年高中物理競(jìng)賽創(chuàng)新思維挑戰(zhàn)賽試題（五）一、填空題（每題6分，共5題）力學(xué)建模：某空間站實(shí)驗(yàn)中，質(zhì)量為2kg的物體在0.5m長(zhǎng)輕桿末端繞中心軸做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，測(cè)得桿的拉力為16N。若空間站軌道半徑為6800km，地球表面重力加速度g=9.8m/s2，則物體轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為________rad/s（計(jì)算時(shí)取地球質(zhì)量M=6×102?kg，萬(wàn)有引力常量G=6.67×10?11N·m2/kg2，結(jié)果保留2位有效數(shù)字）。電磁學(xué)綜合：平行板電容器接在12V直流電源兩端，極板間距5mm，其間充滿相對(duì)介電常數(shù)ε?=4的電介質(zhì)。若將電介質(zhì)勻速拉出1/3厚度，在此過(guò)程中電源對(duì)電容器充電的電荷量為________μC（已知極板面積S=20cm2，真空介電常量ε?=8.85×10?12F/m，結(jié)果保留3位有效數(shù)字）。熱學(xué)過(guò)程：一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A（p=2atm，V=3L）經(jīng)等壓膨脹至狀態(tài)B，再經(jīng)等溫壓縮至狀態(tài)C（V=2L），最后經(jīng)等容變化回到狀態(tài)A。已知A→B過(guò)程中氣體吸熱100J，則循環(huán)過(guò)程中氣體對(duì)外做的凈功為________J（1atm·L=101J，結(jié)果保留整數(shù)）。波動(dòng)光學(xué)：用波長(zhǎng)600nm的單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，雙縫間距0.2mm，光屏距雙縫1.5m。若在其中一縫后插入厚度為5.4μm的透明薄片（折射率n=1.5），則中央明紋將向________（填“左”或“右”）移動(dòng)，移動(dòng)距離為________mm（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）。近代物理：靜止的鈾核（23?U）發(fā)生α衰變生成釷核（23?Th），釋放的α粒子動(dòng)能為4.2MeV。已知α粒子質(zhì)量m?=4u，釷核質(zhì)量m?=234u，1u=931MeV/c2，則衰變過(guò)程中質(zhì)量虧損為________u（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）。二、計(jì)算題（共3題，第6題15分，第7題20分，第8題25分）力學(xué)綜合（15分）如圖所示，質(zhì)量M=3kg的木板靜止在光滑水平面上，木板右端固定一輕質(zhì)彈簧（勁度系數(shù)k=200N/m），彈簧左端與質(zhì)量m=1kg的物塊相連。物塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2，最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力?，F(xiàn)給木板一個(gè)水平向右的初速度v?=4m/s，重力加速度g=10m/s2。求：（1）彈簧的最大壓縮量；（2）從開始運(yùn)動(dòng)到彈簧壓縮量最大的過(guò)程中，物塊相對(duì)木板的位移；（3）整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中彈簧彈性勢(shì)能的最大值與最小值之差。電磁學(xué)與力學(xué)綜合（20分）傾角θ=37°的光滑絕緣斜面足夠長(zhǎng)，間距L=0.5m的平行金屬導(dǎo)軌固定在斜面上，導(dǎo)軌下端接有電阻R=1Ω。整個(gè)裝置處于垂直斜面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1T。質(zhì)量m=0.2kg的金屬棒ab垂直導(dǎo)軌放置，電阻r=0.5Ω，與導(dǎo)軌接觸良好?，F(xiàn)給金屬棒沿斜面向上的初速度v?=10m/s，sin37°=0.6，cos37°=0.8，重力加速度g=10m/s2。求：（1）金屬棒剛開始運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度大??；（2）金屬棒沿斜面向上運(yùn)動(dòng)的最大距離；（3）金屬棒從開始運(yùn)動(dòng)到返回出發(fā)點(diǎn)的過(guò)程中，電阻R產(chǎn)生的焦耳熱。熱學(xué)與力學(xué)交叉（25分）如圖所示，橫截面積S=20cm2的絕熱氣缸內(nèi)有一質(zhì)量m=1kg的絕熱活塞，活塞與氣缸壁間無(wú)摩擦。初始時(shí)氣缸內(nèi)封閉理想氣體的溫度T?=300K，壓強(qiáng)p?=1atm，活塞距離氣缸底部高度h?=30cm?，F(xiàn)通過(guò)電熱絲緩慢加熱氣體，使活塞上升至h?=40cm后停止加熱，此時(shí)氣體溫度T?=450K。已知大氣壓強(qiáng)p?=1atm=1×10?Pa，重力加速度g=10m/s2。求：（1）加熱過(guò)程中氣體內(nèi)能的變化量；（2）若停止加熱后，在活塞上緩慢添加細(xì)沙，使氣體溫度降至T?=360K，求添加細(xì)沙的質(zhì)量；（3）在p-V圖上畫出整個(gè)過(guò)程（從初始狀態(tài)到最終狀態(tài)）的變化曲線，并標(biāo)出各狀態(tài)的壓強(qiáng)和體積值。三、綜合題（30分）創(chuàng)新情境綜合“太空電梯”是一種構(gòu)想中的低成本進(jìn)入太空的運(yùn)輸系統(tǒng)，其核心是一根從地球赤道地面延伸至地球同步軌道的剛性纜繩。假設(shè)纜繩質(zhì)量均勻分布，總質(zhì)量M=1×10?kg，長(zhǎng)度L=3.6×10?m（同步軌道半徑r?=4.2×10?m），地球半徑R=6.4×10?m，地球自轉(zhuǎn)角速度ω=7.3×10??rad/s。（1）建立纜繩的力學(xué)模型，分析距離地面高度為h處的纜繩所受的地球引力與離心力的大小關(guān)系（寫出表達(dá)式并比較）；（2）計(jì)算纜繩底部（地面處）和頂部（同步軌道處）所受的張力大?。ńY(jié)果保留2位有效數(shù)字）；（3）若在纜繩上距地面高度h=2×10?m處安裝一個(gè)質(zhì)量m=100kg的“電梯艙”，忽略纜繩質(zhì)量變化，求電梯艙隨纜繩轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)對(duì)纜繩的拉力（提示：需考慮電梯艙所受引力與離心力的合力）。參考答案及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)（此處省略，實(shí)際競(jìng)賽中單獨(dú)附頁(yè)）說(shuō)明：填空題要求寫出關(guān)鍵公式和計(jì)算步驟，僅寫