2025年高三物理上学期“历史与物理”科普测试卷

2025年高三物理上学期“历史与物理”科普测试卷一、单项选择题（每题4分，共40分）古希腊学者阿基米德在研究浮力现象时，通过实验发现了"物体在液体中所受浮力等于其排开液体的重力"这一规律。这一发现体现的物理学研究方法是（）A.理想模型法B.实验归纳法C.数学推演法D.类比推理法1609年，伽利略创制天文望远镜并观测天体，他的观测结果直接支持了以下哪一科学观点（）A.地心说B.日心说C.宇宙无限论D.星云假说牛顿在《自然哲学的数学原理》中提出的万有引力定律，其核心思想是（）A.物体运动需要力来维持B.质量是惯性大小的量度C.任何两物体间都存在相互吸引的力D.力是改变物体运动状态的原因1831年，法拉第发现电磁感应现象时，下列哪种设备尚未出现（）A.伏打电堆B.莱顿瓶C.电磁继电器D.直流电动机麦克斯韦1864年预言电磁波存在时，主要依据的物理理论是（）A.库仑定律B.安培定则C.电磁感应定律D.电磁场方程组爱因斯坦1905年提出的狭义相对论，其基本假设不包括（）A.光速不变原理B.相对性原理C.等效原理D.同时的相对性普朗克1900年提出量子假说时，研究的物理现象是（）A.光电效应B.黑体辐射C.原子光谱D.康普顿散射2025年诺贝尔物理学奖授予约翰·克拉克等三位科学家，表彰他们在电路中发现了（）A.宏观量子隧穿效应B.高温超导现象C.量子纠缠现象D.拓扑量子霍尔效应我国科学家薛其坤团队2012年首次观测到的量子反常霍尔效应，其重要意义在于（）A.实现室温超导B.验证量子力学完备性C.推动低能耗电子器件发展D.证明暗物质存在2025年诺贝尔物理学奖获奖成果中，科学家使用的关键实验材料是（）A.半导体硅材料B.高温超导材料C.约瑟夫森结构D.拓扑绝缘体二、填空题（每空3分，共30分）阿基米德在研究杠杆原理时提出的名言"给我一个支点，我就能撬动地球"，体现了物理学中______的思想方法。伽利略在研究自由落体运动时，采用"冲淡重力"的方法，通过______实验间接验证了自由落体运动规律。牛顿万有引力定律成功解释了______现象，为后来海王星的发现提供了理论依据。法拉第在研究电磁感应时发明的______，成为后来发电机的雏形。麦克斯韦预言的电磁波在1887年被______通过实验证实，为无线电通信奠定基础。爱因斯坦1915年提出的广义相对论，将______等效为时空的弯曲。普朗克提出的能量量子化公式E=hν中，h被称为______，其数值为6.626×10^-34J·s。2025年诺贝尔物理学奖研究的宏观量子系统中，超导电子形成的______表现出整体量子行为。我国科学家赵忠贤在______领域的研究中，获得了临界温度超过液氮沸点的超导材料。2025年诺贝尔物理学奖成果中，量子隧穿现象通过______装置被观测到，该装置由超导组件和绝缘层构成。三、计算题（共40分）（15分）古希腊时期，阿基米德通过排水法测量王冠体积。现有一顶金王冠质量为0.5kg，将其浸没在水中时，溢出水的体积为25cm³。已知金的密度为19.3g/cm³，银的密度为10.5g/cm³。（1）通过计算判断王冠是否纯金制成；（2）若王冠由金银合金制成，计算其中金的质量百分比。（25分）2025年诺贝尔物理学奖研究的超导电路中，一个由约瑟夫森结构成的量子系统，其隧穿概率可表示为T=exp(-2κd)，其中κ=√(2mU)/ħ，d为势垒宽度，m为粒子质量，U为势垒高度，ħ为约化普朗克常量。（1）若电子质量m=9.1×10^-31kg，势垒高度U=1eV，势垒宽度d=1nm，计算隧穿概率T（e≈2.718，ħ=1.05×10^-34J·s，1eV=1.6×10^-19J）；（2）若该系统中形成库珀对（质量为2m），其他条件不变，隧穿概率如何变化？说明这种变化对宏观量子效应观测的意义。四、论述题（40分）从伽利略的理想斜面实验到2025年诺贝尔物理学奖的宏观量子隧穿发现，物理学的发展历程展现了实验与理论的辩证关系。请结合至少三位物理学家的贡献，论述实验在物理学发展中的作用，并分析现代物理实验与经典物理实验的主要区别。参考答案及评分标准一、单项选择题B2.B3.C4.C5.DC7.B8.A9.C10.C二、填空题理想化模型斜面行星运动圆盘发电机赫兹引力场普朗克常量库珀对高温超导约瑟夫森结三、计算题（1）王冠密度ρ=m/V=0.5kg/25cm³=20g/cm³，大于纯金密度19.3g/cm³，故不是纯金制成（7分）（2）设金质量为m1，银质量为m2，有m1+m2=500g，m1/19.3+m2/10.5=25cm³，解得m1≈379g，金的质量百分比为75.8%（8分）（1）κ=√(2×9.1×10^-31×1.6×10^-19)/(1.05×10^-34)=1.65×10^9m^-1，T=exp(-2×1.65×10^9×10^-9)=exp(-3.3)=0.037（15分）（2）库珀对质量增大为2m，κ增大为√2倍，隧穿概率减小为原来的exp(-2(√2-1)κd)。这种变化使得宏观系统中量子效应更难观测，因此2025年诺奖成果通过超导技术实现库珀对的相干性，为观测宏观量子现象提供了关键方法（10分）四、论述题（评分要点）实验对物理学发展的作用：验证理论（如赫兹验证电磁波）、发现新现象（如法拉第发现电磁感应）、推动理论创新（如2025年诺奖发现拓展量子力学适用范围）（15分）物理学家案例：伽利略（实验方法创立）、法拉第（实验发现引领理论）、克拉克等（现代精密实验验证量子理论宏观应用）（15分）现代实验与经典实验的区别：测量精度提高（纳米级控制）、实验环境极端化（极低温、强磁场）、跨学科技术融合（如超导、精密控制）（10分）本试卷以物理学史发展为主线，涵盖从古希腊到现代的重大物理发现，特别融入2025年诺贝尔物理学奖最新成果。试题设计注重基础性与前沿性结合，既考查物理概念的历史演变，又展示当代物理研究的突破。通过这种跨越