2025年高三物理上学期“物理肥料”中的物理知识考查卷

2025年高三物理上学期“物理肥料”中的物理知识考查卷一、选择题（共10小题，每题5分，共50分）控释肥包膜材料的力学特性某缓释树脂包膜控释肥颗粒直径为5mm，包膜厚度0.2mm，当土壤水分渗透导致内部压力达到1.2×10⁵Pa时包膜破裂释放养分。已知包膜材料的弹性模量E=2GPa，泊松比μ=0.3，根据胡克定律，该包膜材料在破裂前的径向应变最接近（）A.6×10⁻⁵B.1.2×10⁻⁴C.2.4×10⁻⁴D.4.8×10⁻⁴纳米肥料的布朗运动生物基纳米肥料颗粒在水中做布朗运动，若颗粒直径从100nm减小到50nm，且水温从10℃升高至20℃，则其运动轨迹的均方根位移将（）A.增大为原来的2倍B.增大为原来的√2倍C.减小为原来的1/2D.保持不变智能配肥系统的传感器原理基于物联网的土壤氮含量检测传感器利用电磁感应原理，其探头线圈通入频率为50kHz的交变电流时，土壤等效为RLC串联电路。当土壤氮含量升高导致介电常数增大时，电路的（）A.电感L增大B.电容C增大C.电阻R减小D.谐振频率升高无人机施肥的平抛运动搭载多光谱传感器的无人机在距地面20m高度以10m/s速度水平飞行，实施变量施肥时，肥料颗粒脱离无人机后忽略空气阻力，其落地时的速度方向与水平地面夹角的正切值为（）A.0.5B.1C.2D.4生物炭基肥的热解能量转换农业废弃物热解制备生物炭基肥时，秸秆在隔绝空气条件下从20℃加热至500℃，已知秸秆的比热容c=1.8×10³J/(kg·℃)，热解反应放热Q=2.5×10⁶J/kg，若1kg秸秆完全转化，系统对外界的净能量交换为（）A.吸收3.44×10⁵JB.放出2.16×10⁶JC.吸收2.84×10⁶JD.放出2.5×10⁶J土壤调理剂的声波传播特性酸化板结土壤经调理后，孔隙率从30%提升至45%，已知声波在土壤中的传播速度v=√(K/ρ)，其中K为体积模量，ρ为密度。若调理前后K值不变，密度从1.6×10³kg/m³降至1.4×10³kg/m³，则声波传播速度变化率为（）A.+7.1%B.+10.2%C.-5.3%D.-8.6%磁流变肥液的磁场响应智能磁流变肥液在磁场强度B=0.5T时，表观黏度η随剪切速率γ变化的关系为η=η₀+αB²（η₀=0.1Pa·s，α=0.2Pa·s/T²）。当通过环形电磁铁产生匀强磁场时，肥液在半径2cm的管道中以0.5m/s速度流动，其雷诺数Re=ρvd/η（ρ=10³kg/m³，d为管道直径）最接近（）A.100B.500C.1000D.2000钾离子电池的电化学物理新型钾离子电池作为肥料储能装置，放电时K⁺从负极嵌入正极材料。已知单个K⁺的电荷量为1.6×10⁻¹⁹C，若1小时内迁移的K⁺数量为3.6×10²²个，则电路中的平均电流为（）A.0.8AB.1.6AC.3.2AD.6.4A石墨烯改性肥料的热传导石墨烯改性水溶肥的热导率λ=500W/(m·K)，传统肥料λ=0.2W/(m·K)。将两种肥料分别装入相同的圆柱形容器（直径10cm，高度20cm），底部接触50℃恒温热源，顶部暴露于20℃空气中，达到稳态时石墨烯改性肥料的散热功率是传统肥料的（）A.2500倍B.5000倍C.10000倍D.20000倍离心造粒机的圆周运动复合肥生产中，离心造粒机滚筒半径0.5m，以300r/min匀速转动，物料颗粒与滚筒内壁间的动摩擦因数μ=0.4，为防止颗粒滑落，筒壁与水平面的倾角θ应满足（）A.tanθ≤0.4B.tanθ≥0.4C.sinθ≤0.4D.cosθ≥0.4二、实验题（共2小题，共40分）11.控释肥包膜透气性测量实验（20分）某研究小组使用如图1所示装置测量缓释树脂包膜的透气性：将干燥的包膜颗粒置于密闭容器中，通入相对湿度60%的氮气，通过电子天平记录容器质量变化。实验数据如下表：时间t/min01020304050质量m/g100.00100.36100.72101.08101.44101.80（1）根据表中数据，在坐标纸上绘制m-t图像，求出容器内水汽的平均通入速率（保留两位有效数字）；（2）已知容器体积V=2L，温度T=300K，水汽饱和气压p₀=3.5×10³Pa，根据理想气体状态方程计算1小时内通过包膜的水汽分子数（Nₐ=6.02×10²³mol⁻¹）；（3）若包膜材料的透气系数k=Δm/(S·Δp·t)，其中S为颗粒总表面积（10cm²），Δp为内外压强差（取p₀的60%），求k的数值及单位。12.土壤调理剂的共振频率测量（20分）为研究土壤调理剂对酸化土壤的改良效果，采用共振法测量土壤样品的固有频率。将土壤制成尺寸为10cm×10cm×20cm的长方体试件，两端固定在振动台上，施加正弦交变激励。实验得到共振时的频率f=50Hz，振幅A=2mm。（1）若土壤密度ρ=1.5×10³kg/m³，弹性模量E=1.2×10⁸Pa，根据杆的横振公式fₙ=(n²π²/2L²)√(E/ρ)（n=1,2,3...），判断该共振频率对应的振动阶数n；（2）计算共振时土壤试件中的最大正应力（σ=E·ε，ε为应变）；（3）若调理后土壤的弹性模量变为1.8×10⁸Pa，求其基频（n=1）的变化百分比。三、计算题（共3小题，共60分）13.智能施肥机器人的运动学分析（20分）某履带式施肥机器人在东北黑土地作业时，从静止开始以a₁=0.5m/s²的加速度匀加速行驶20s，随后匀速行驶100s，最后以a₂=-0.8m/s²的加速度匀减速停止。已知机器人总质量m=500kg，履带与地面的接触面积S=0.8m²，g=10m/s²。（1）求机器人全程行驶的总位移；（2）计算匀速行驶时履带对地面的压强；（3）若机器人在减速阶段受到的阻力与速度成正比（f=kv），求比例系数k的大小。14.纳米肥料的光散射现象（20分）生物基纳米肥料颗粒对波长λ=600nm的红光产生瑞利散射，散射光强度I满足I∝(1+cos²θ)/λ⁴，其中θ为散射角。在距颗粒1m处放置光功率计，测得θ=0°时的散射光功率P₀=1.6×10⁻¹²W，θ=90°时P₉₀=8×10⁻¹³W。（1）验证该散射是否符合瑞利散射规律；（2）若颗粒浓度增加导致单位体积内散射中心数量变为原来的3倍，求θ=180°时的散射光功率；（3）当改用λ=400nm的蓝光照射时，求θ=60°处散射光强度与红光的比值。15.肥料干燥系统的热力学分析（20分）某生物炭基肥生产中，采用热解气化工艺处理秸秆：秸秆（含水分10%）以100kg/h的速率进入热解炉，在200℃时水分完全蒸发，随后在500℃发生热解反应（ΔH=-2.5×10⁶J/kg干秸秆）。已知水的汽化热L=2.26×10⁶J/kg，干秸秆比热容c₁=1.5×10³J/(kg·℃)，水蒸气比热容c₂=2.0×10³J/(kg·℃)。（1）计算每小时水分蒸发所需的热量；（2）求热解反应释放的总热量；（3）若系统热效率为80%，需补充的外界加热功率是多少？四、综合应用题（共2小题，共40分）16.磁流体肥料的电磁驱动（20分）新型磁流体肥料在垂直于流动方向的匀强磁场（B=0.2T）中通过矩形管道（宽a=0.1m，高b=0.05m），管道两侧平行极板收集感应电动势。已知肥料密度ρ=1.2×10³kg/m³，流量Q=0.01m³/s，电导率σ=5S/m。（1）推导感应电动势E与流速v的关系，并计算E的大小；（2）若极板间电阻R=0.1Ω，求磁场对肥料的安培力大小及方向；（3）分析该装置能否用于测量肥料的流量，并说明理由。17.无人机变量施肥的能量优化（20分）多旋翼无人机携带10kg肥料从地面起飞，升至20m高度后水平飞行100m，再降落到地面。已知无人机总质量50kg，电机效率η=80%，电池输出电压U=24V。（1）计算无人机克服重力做的总功；（2）若上升阶段耗时10s，求平均电流强度；（3）飞行过程中肥料因振动损失5%，若每亩地需施肥20kg，求该无人机单次作业可覆盖的最大面积。参考答案及评分标准（略）说明：本试卷以2025年控释肥、纳米肥料