2025年高三物理上学期“物理服装”中的物理知识考查卷

2025年高三物理上学期“物理服装”中的物理知识考查卷一、选择题（共10题，每题5分）1.材料力学与弹性形变某品牌“智能温控服”采用记忆合金纤维作为骨架材料，其拉伸过程中应力-应变曲线如图所示。下列说法正确的是（）A.该材料在OA段发生塑性形变，撤去外力后无法恢复原状B.AB段的斜率表示材料的弹性模量，数值越大说明材料越容易发生形变C.当应力超过B点对应数值时，材料将产生不可恢复的永久形变D.若在OA段施加周期性外力，材料的弹性势能随时间均匀变化解析：记忆合金在弹性限度内（OA段）表现为弹性形变，撤去外力后可恢复原状，A错误；弹性模量为应力与应变的比值，即OA段斜率，数值越大材料刚性越强，越难形变，B错误；B点为屈服强度，超过此值后材料进入塑性形变阶段，C正确；弹性势能$E_p=\frac{1}{2}kx^2$，与形变量平方成正比，非均匀变化，D错误。2.热力学与热传递冬季滑雪服的内衬采用“气凝胶保温层”，其内部充斥纳米级空气泡。关于保温原理的说法错误的是（）A.空气泡内气体导热系数低，减少热传导损失B.气泡结构阻止空气对流，降低对流散热C.服装表面银白色涂层可反射红外线，减少热辐射D.气凝胶密度越大，保温性能越好解析：气凝胶保温依赖空气的低导热性和气泡对对流的抑制，A、B正确；银白色涂层对红外线反射率高，可减少人体热辐射散失，C正确；密度增大意味着气泡减少，空气含量降低，导热系数上升，保温性能下降，D错误。3.电磁感应与能量转化“发电冲锋衣”在背部集成柔性太阳能电池板，其工作原理涉及的物理过程是（）A.光的全反射B.光电效应C.电磁感应D.涡流现象解析：太阳能电池板通过光电效应将光能转化为电能，B正确；电磁感应需磁通量变化（如发电机），C错误；涡流现象应用于电磁阻尼或加热，D错误。4.流体力学与阻力自行车运动员的“破风骑行服”采用紧身流线型设计，主要目的是（）A.减小空气密度B.降低摩擦阻力C.减小迎面阻力（压差阻力）D.增大地面摩擦力解析：流线型设计可降低物体后部的湍流区域，减小前后压力差，从而降低压差阻力（占高速运动阻力的60%以上），C正确；空气密度由环境决定，A错误；紧身设计可减小摩擦阻力，但非主要目的，B错误。5.波动光学与颜色夏季防晒服常标注“UPF50+”，表示紫外线透过率低于2%。其实现原理不包括（）A.织物纤维对紫外线的吸收B.涂层中纳米颗粒的光散射C.利用光的干涉相消削弱紫外线D.服装厚度增加使紫外线衰减解析：UPF防护通过吸收（如二氧化钛颗粒）、散射（纳米氧化锌）和厚度衰减实现，A、B、D正确；光的干涉需薄膜厚度与波长相当（紫外线波长10-400nm），服装织物厚度远大于此，无法形成干涉，C错误。6.牛顿运动定律与摩擦力登山靴的鞋底花纹深度为5mm，与湿滑岩石接触面的摩擦系数μ=0.8。若运动员质量为70kg，鞋底与地面的接触面积为200cm²，则静摩擦力的最大值为（）A.56NB.560NC.280ND.条件不足，无法计算解析：最大静摩擦力$f_{max}=\muN=\mumg=0.8×70×10=560N$，与接触面积无关，B正确。7.波动与共振“降噪耳机”内置的主动降噪功能，其原理是通过扬声器发出与外界噪声（）A.频率相同、相位差180°的声波，发生干涉相消B.频率相同、相位差0°的声波，发生干涉相长C.振幅相同、方向相反的声波，发生能量抵消D.波长相同、传播方向相同的声波，发生衍射现象解析：主动降噪利用波的干涉原理，产生与噪声频率相同、相位相反的声波，叠加后振幅抵消，A正确；相位差0°会导致声音增强，B错误。8.静电现象与防护加油站工作服需采用“防静电面料”，其关键技术是（）A.面料绝缘性好，避免电荷转移B.掺入导电纤维，使电荷快速导走C.表面涂覆油脂，隔绝空气与水分D.采用高弹性材料，减少摩擦起电解析：防静电面料通过导电纤维（如碳纤维）将静电导入大地，避免电荷积累，B正确；绝缘性好会加剧静电积累，A错误。9.光学与偏振“智能变色眼镜”的镜片含溴化银（AgBr）晶体，强光下分解为Ag和Br原子使镜片变暗，其变色过程的能量转化是（）A.光能→化学能B.化学能→电能C.光能→内能D.机械能→化学能解析：AgBr分解需吸收光能，将光能转化为化学能，A正确；暗处Ag和Br原子重新结合释放能量，镜片恢复透明。10.相对论与高速运动宇航员的航天服需承受太空环境的极端温差（-180℃~120℃），若某宇航员相对地球以0.8c的速度运动，根据相对论效应，地面观察者会发现（）A.航天服的长度变长B.航天服的质量变小C.航天服上的时钟走得更快D.航天服的颜色发生多普勒频移解析：狭义相对论中，高速运动物体长度收缩（A错误）、质量增大（B错误）、时间变慢（C错误）；物体高速靠近时发出的光会蓝移，远离时红移，D正确。二、填空题（共5题，每题6分）11.能量守恒与功率计算某“自热保暖裤”内置200g铁粉发热包，铁粉氧化反应的焓变为-300kJ/mol，若反应完全，释放的热量可使1kg水温度升高______℃（水的比热容$c=4.2×10^3J/(kg·℃)$，Fe的摩尔质量为56g/mol）。答案：26.8解析：铁粉物质的量$n=\frac{200g}{56g/mol}\approx3.57mol$，释放热量$Q=3.57mol×300kJ/mol=1071kJ$，由$Q=cm\Deltat$得$\Deltat=\frac{1071×10^3J}{4.2×10^3J/(kg·℃)×1kg}\approx255℃$（此处原数据可能有误，若焓变为-30kJ/mol，则结果为25.5℃，更符合实际）。12.波动光学与薄膜干涉“彩虹反光服”的表面涂层厚度为d，当太阳光垂直入射时，某波长λ的光在涂层上下表面反射后发生相长干涉。已知涂层折射率n=1.5，光在真空中波长λ=600nm，则d的最小值为______nm。答案：100解析：薄膜干涉相长条件：$2nd+\frac{\lambda}{2}=k\lambda$（上下表面反射均有半波损失，抵消），k=1时$d=\frac{\lambda}{4n}=\frac{600}{4×1.5}=100nm$。13.电磁学与电容“柔性储能背心”使用超级电容器作为储能元件，其电容C=2F，额定电压U=5V。充满电后储存的电能为______J，若以1A电流放电，可持续______s。答案：25；10解析：电能$E=\frac{1}{2}CU^2=\frac{1}{2}×2×5^2=25J$；放电时间$t=\frac{Q}{I}=\frac{CU}{I}=\frac{2×5}{1}=10s$。14.热力学与理想气体“充气救生衣”充气前体积为0.1L，充入1atm的空气后体积膨胀至5L，若温度不变，充气过程中外界对气体做功______J（1atm=1×10^5Pa，1L=10^-3m³，忽略气体泄漏）。答案：-490解析：等温过程$W=-nRT\ln\frac{V_2}{V_1}$，但因充气前气体压强为0，简化为$W=-p\DeltaV=-1×10^5×(5-0.1)×10^{-3}=-490J$（负号表示气体对外做功）。15.运动学与相对速度跳伞运动员穿着“翼装飞行服”在空中滑翔，水平速度v₁=60m/s，竖直下落速度v₂=10m/s，地面观察者测得其合速度大小为______m/s，方向与水平方向夹角的正切值为______。答案：$\sqrt{60^2+10^2}\approx60.8$；$\frac{1}{6}$三、计算题（共3题，共40分）16.力学综合：缓冲与动量定理某“防刺穿鞋”的鞋底内置蜂窝状缓冲结构，可视为劲度系数k=2×10⁵N/m的弹簧组。若一个质量m=80kg的人从h=0.5m高处跳下，双脚着地后缓冲结构压缩x=2cm，不计空气阻力，g=10m/s²。求：（1）人接触地面时的瞬时速度；（2）缓冲过程中地面对人的平均冲击力。解答：（1）自由下落过程：$v^2=2gh\Rightarrowv=\sqrt{2×10×0.5}=\sqrt{10}\approx3.16m/s$。（2）缓冲过程由动量定理：$(F_N-mg)t=mv$，且缓冲位移$x=\frac{v}{2}t$（匀减速），得$t=\frac{2x}{v}=\frac{2×0.02}{\sqrt{10}}\approx0.0126s$。代入动量定理：$F_N=mg+\frac{mv}{t}=80×10+\frac{80×3.16}{0.0126}\approx800+20031=20831N$。17.电磁学综合：电路与能量“智能心率监测服”的传感器模块等效为如图所示电路：电源电动势E=3V，内阻r=1Ω，定值电阻R₁=2Ω，滑动变阻器R₂的最大阻值为5Ω。求：（1）当R₂=2Ω时，电路的总功率；（2）R₂消耗的最大功率及对应的阻值。解答：（1）总电阻$R_{总}=r+R_1+R_2=1+2+2=5Ω$，总电流$I=\frac{E}{R_{总}}=0.6A$，总功率$P=EI=3×0.6=1.8W$。（2）R₂的功率$P_2=I^2R_2=(\frac{E}{r+R_1+R_2})^2R_2$，令$R=r+R_1=3Ω$，则$P_2=\frac{E^2R_2}{(R+R_2)^2}$。当$R_2=R=3Ω$时，$P_{2max}=\frac{E^2}{4R}=\frac{9}{12}=0.75W$。18.热学综合：理想气体状态方程“充气防护服”在高原环境下使用时，需将内部气体从初始状态（p₁=1atm，T₁=300K，V₁=50L）压缩至p₂=2atm。若压缩过程中温度保持不变，求：（1）压缩后的气体体积V₂；（2）若压缩过程中放出热量Q=1000J，外界对气体做的功W。解答：（1）等温过程$p_1V_1=p_2V_2\RightarrowV_2=\frac{p_1V_1}{p_2}=25L$。（2）等温过程内能变化$\DeltaU=0$，由热力学第一定律$\DeltaU=W+Q\RightarrowW=-Q=1000J$（外界对气体做功为正）。四、实验题（共1题，10分）19.测量服装材料的导热系数某小组用“稳态法”测量羊毛面料的导热系数：将样品夹在两个金属板间，左侧加热至T₁=80℃，右侧冷却至T₂=20℃，样品厚度d=2cm，面积S=100cm²。稳定后测得单位时间内通过样品的热量Q=12J/min。（1）写出导热系数k的表达式（用Q、S、d、ΔT表示）；（2）计算该羊毛面料的导热系数（结