2025年“求知杯”高中物理知识竞赛试题

2025年“求知杯”高中物理知识竞赛试题一、选择题（共10小题，每小题5分，共50分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）关于质点运动的描述，下列说法正确的是（）A.物体做曲线运动时，其加速度一定不为零B.匀速圆周运动中，质点的速度和加速度均保持不变C.若质点在某段时间内的平均速度为零，则其位移一定为零，路程也一定为零D.物体做平抛运动时，在相等时间间隔内速度的变化量不相同如图所示，质量为m的物块静止在倾角为θ的固定斜面上，已知物块与斜面间的动摩擦因数为μ。现对物块施加一个平行于斜面向上的拉力F，物块仍保持静止。则物块所受摩擦力的大小可能为（）（图：物块在斜面上，受拉力F、重力、支持力和摩擦力）A.F-mgsinθB.mgsinθ-FC.μmgcosθD.以上三种情况均可能关于机械能守恒定律，下列说法正确的是（）A.若系统机械能守恒，则系统内只有重力或弹力做功B.做匀速圆周运动的物体，其机械能一定守恒C.物体沿光滑曲面自由下滑时，其机械能守恒D.物体做竖直上抛运动时，若考虑空气阻力，机械能仍守恒如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比为n₁:n₂=2:1，原线圈接在电压为u=220√2sin100πt（V）的交流电源上，副线圈接有电阻R=11Ω和理想二极管D（正向电阻为零，反向电阻无穷大）。则下列说法正确的是（）（图：原线圈接交流电源，副线圈串联电阻R和二极管D）A.副线圈输出电压的有效值为110VB.通过电阻R的电流方向周期性变化C.电阻R消耗的电功率为550WD.原线圈中的电流有效值为5A一定质量的理想气体经历如图所示的状态变化过程，其中ab为等压过程，bc为绝热过程，ca为等温过程。则下列说法正确的是（）（图：p-V图中，a→b为等压膨胀，b→c为绝热膨胀，c→a为等温压缩）A.ab过程中，气体对外做功，内能增加B.bc过程中，气体温度升高，分子平均动能增大C.ca过程中，气体放出热量，内能减少D.整个循环过程中，气体的内能变化量不为零关于电场和磁场，下列说法正确的是（）A.电场线和磁感线都是客观存在的曲线B.电场强度为零的地方，电势一定为零C.通电导线在磁场中受到的安培力方向与磁场方向垂直D.洛伦兹力对运动电荷做功，使其动能发生变化如图所示，一单摆摆长为L，摆球质量为m，在悬点O正下方L/4处固定一钉子P。现将摆球拉至与悬点等高的位置由静止释放，不计空气阻力，重力加速度为g。则摆球摆到最低点时的速度大小为（）（图：单摆悬点O下方L/4处有钉子P，摆球从左侧与O等高位置释放）A.√(gL)B.√(2gL)C.√(3gL/2)D.√(5gL/2)一束单色光从空气斜射入水中，已知入射角为45°，折射角为30°。则该单色光在水中的传播速度与在空气中的传播速度之比为（）A.√2:1B.1:√2C.√3:2D.2:√3关于热力学定律，下列说法正确的是（）A.热力学第一定律指出，物体内能的增量等于外界对物体做的功与物体从外界吸收的热量之和B.热力学第二定律表明，热量不可能从低温物体传到高温物体C.熵是系统无序程度的量度，熵增原理说明一切自然过程总是向着无序程度减小的方向进行D.理想气体的内能只与温度有关，与体积无关氢原子的能级示意图如图所示，已知基态能量E₁=-13.6eV。则下列说法正确的是（）（图：氢原子能级图，标注E₁=-13.6eV，E₂=-3.4eV，E₃=-1.51eV，E₄=-0.85eV）A.氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级时，辐射出的光子能量为2.55eVB.氢原子从n=4能级跃迁到n=1能级时，辐射出的光子波长最长C.用能量为10.2eV的光子照射处于基态的氢原子，能使其跃迁到n=2能级D.处于n=3能级的氢原子可以吸收任意能量的光子而发生电离二、实验题（共2小题，共40分）（20分）某同学用如图所示的装置探究平抛运动的规律，实验步骤如下：（图：斜槽轨道末端水平，下方有白纸和复写纸，旁边有刻度尺）（1）安装实验装置时，应使斜槽轨道末端________（选填“水平”或“倾斜”），以保证小球离开轨道后做平抛运动。（2）实验中，为了减小误差，每次释放小球时应从斜槽轨道的________（选填“同一位置”或“不同位置”）由静止释放。（3）若小球的质量为m，重力加速度为g，某次实验中，测得小球从抛出点到落地点的水平位移为x，竖直位移为y，则小球平抛的初速度v₀=________（用x、y、g表示）。（4）若该同学在实验中忘记记录抛出点的位置，仅在白纸上记录了小球运动轨迹上的三个点A、B、C，测得A、B两点间的水平距离为x₁=10cm，竖直距离为y₁=15cm；B、C两点间的水平距离为x₂=10cm，竖直距离为y₂=25cm。已知重力加速度g=10m/s²，则小球平抛的初速度v₀=________m/s，抛出点到A点的水平距离为________cm。（20分）某同学要测量一节干电池的电动势E和内阻r，实验器材如下：待测干电池（电动势约1.5V，内阻约1Ω）电压表V（量程0~3V，内阻约3kΩ）电流表A（量程0~0.6A，内阻约0.1Ω）滑动变阻器R（0~20Ω，额定电流1A）开关S、导线若干（1）请在虚线框内画出实验电路图，要求尽可能减小实验误差。（图：虚线框用于画电路图）（2）实验中，该同学通过调节滑动变阻器，记录了多组电压表和电流表的示数U、I，根据数据在U-I坐标系中描点，如图所示。请根据图像求出干电池的电动势E=________V（保留两位有效数字），内阻r=Ω（保留两位有效数字）。（图：U-I图像，纵轴截距约1.5V，斜率绝对值约1.0Ω）（3）若考虑电压表的分流作用，实验测得的内阻r与真实值r真相比，（选填“偏大”“偏小”或“相等”）。三、计算题（共4小题，共110分。解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）（25分）如图所示，质量为M=2kg的木板静止在光滑水平面上，木板右端固定一轻质弹簧，弹簧的左端与质量为m=1kg的物块A接触但不连接，物块A与木板之间的动摩擦因数μ=0.2。另有一质量为m₀=1kg的物块B以速度v₀=6m/s从木板左端滑上木板，与物块A发生碰撞后粘在一起（碰撞时间极短）。已知木板足够长，弹簧始终在弹性限度内，重力加速度g=10m/s²。求：（图：木板静止在水平面上，左端有物块B以速度v₀向右运动，木板右端有弹簧与物块A连接）（1）物块B与物块A碰撞后的共同速度大小v₁；（2）弹簧的最大弹性势能Eₚ；（3）整个过程中，物块A、B与木板之间因摩擦产生的热量Q。（25分）如图所示，在直角坐标系xOy中，第一象限内存在沿y轴负方向的匀强电场，电场强度大小E=2×10³N/C；第四象限内存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场，磁感应强度大小B=0.5T。一质量为m=1×10⁻⁶kg、电荷量为q=+2×10⁻⁶C的带电粒子从坐标原点O以速度v₀=2×10³m/s沿x轴正方向射入电场。不计粒子重力，求：（图：第一象限有沿y轴负方向的电场，第四象限有垂直向外的磁场，粒子从O点沿x轴正方向射入）（1）粒子离开电场时的位置坐标；（2）粒子在磁场中做圆周运动的半径r；（3）粒子从进入磁场到离开磁场的时间t。（30分）如图所示，一粗细均匀的U形管竖直放置，左端封闭，右端开口，管内装有水银，左管中封闭有一定质量的理想气体，右管足够长。已知大气压强p₀=76cmHg，环境温度T₀=300K，左管中空气柱长度L₁=10cm，左右两管水银面高度差h=4cm。现对左管中的气体缓慢加热，使左右两管水银面高度差变为h'=2cm，求此时左管中气体的温度T（计算结果保留三位有效数字）。（图：U形管左管封闭，右管开口，左管空气柱长L₁，右管水银面比左管高h）（30分）如图所示，在光滑水平面上，有一质量为M=4kg的长木板，木板上表面粗糙，左端放置一质量为m=1kg的小物块，物块与木板间的动摩擦因数μ=0.2。现给木板一个水平向右的初速度v₀=5m/s，同时给物块一个水平向右的拉力F=3N，经过时间t=2s后撤去拉力F。已知木板足够长，重力加速度g=10m/s²。求：（图：长木板在光滑水平面上，左端有小物块，木板有向右初速度v₀，物块受向右拉力F）（1）撤去拉力F前，物块和木板的加速度大小a₁、a₂；（2）撤去拉力F时，物块和木板的速度大小v₁、v₂；（3）撤去拉力F后，物块和木板最终的共同速度v。三、计算题（共4小题，共110分）（1）物块B与物块A碰撞过程中，系统动量守恒，有：m₀v₀=(m₀+m)v₁代入数据解得：v₁=3m/s（2）碰撞后，A、B整体与木板组成的系统动量守恒，当弹簧压缩到最短时，三者速度相等，设共同速度为v₂，有：(m₀+m)v₁=(m₀+m+M)v₂代入数据解得：v₂=1m/s由能量守恒定律，弹簧的最大弹性势能Eₚ等于系统动能的减少量减去摩擦产生的热量，由于碰撞时间极短，碰撞过程中摩擦产生的热量可忽略，故：Eₚ=1/2(m₀+m)v₁²-1/2(m₀+m+M)v₂²代入数据解得：Eₚ=3J（3）整个过程中，系统最终达到共同速度v₂，摩擦产生的热量Q等于系统初动能与末动能之差：Q=1/2m₀v₀²-1/2(m₀+m+M)v₂²代入数据解得：Q=9J**（1）粒子在电场中做类平抛运动，加速度a=qE/m=2m/s²运动时间t₁=L/v₀=0.01s（L为粒子在电场中运动的水平距离，此处需结合后续计算补充）竖直位移y=1/2at₁²=0.01m，故离开电场时的位置坐标为（0.02m，0.01m）（2）粒子进入磁场时的速度v=√(v₀²+(at₁)²)=2√2×10³m/s洛伦兹力提供向心力，qvB=mv²/r，解得r=mv/(qB)=2√2m（3）粒子在磁场中运动的周期T=2πm/(qB)=2πs，运动轨迹对应的圆心角θ=45°，故时间t=θT/(2π)=π/4s**初态时，左管气体压强p₁=p₀-h=72cmHg，体积V₁=L₁S=10S末态时，若右管水银面比左管高h'=2cm，则左管气体压强p₂=p₀-h'=74cmHg，体积V₂=(L₁+ΔL)S由几何关系，ΔL=(h-h')/2=1cm，故V₂=11S由理想气体状态方程p₁V₁/T₀=p₂V₂/T，解得T=345K**（1）对物块：F-