2025年高三物理上学期“物理玩具”中的物理知识考查卷

2025年高三物理上学期“物理玩具”中的物理知识考查卷一、选择题（共10小题，每小题4分，共40分）1.弹力球弹跳过程中的机械能转化某同学观察到弹力球从1.2m高处自由下落，撞击地面后反弹至0.9m高度。已知球的质量为50g，重力加速度g取10m/s²。下列说法正确的是（）A.下落过程中重力做功0.6J，机械能守恒B.反弹过程中弹性势能完全转化为重力势能C.撞击地面时损失的机械能为0.15JD.若不计空气阻力，球第二次反弹高度应为0.9m解析：下落过程重力做功W=mgh=0.05kg×10m/s²×1.2m=0.6J，但撞击地面时有机械能损失（部分转化为内能和声能），A错误；反弹时弹性势能转化为重力势能和内能，B错误；损失的机械能ΔE=mg(h₁-h₂)=0.05×10×(1.2-0.9)=0.15J，C正确；第二次反弹高度会因持续能量损失而低于0.9m，D错误。答案：C2.陀螺旋转中的角动量守恒陀螺在旋转过程中保持稳定直立，下列与其相关的物理原理是（）A.角速度越大，转动惯量越小B.角动量方向与转轴方向一致C.摩擦力提供向心力D.重力矩始终为零解析：陀螺旋转时，角动量守恒使其转轴方向保持稳定，B正确；转动惯量由质量分布决定，与角速度无关，A错误；摩擦力主要影响转速衰减，而非稳定性，C错误；重力矩不为零时，陀螺会产生进动，D错误。答案：B3.牛顿摆碰撞中的动量传递如图所示，牛顿摆由5个完全相同的钢球组成，拉起最左侧球释放后，右侧球被弹起。若钢球质量为m，摆角θ=30°，摆长L=0.4m，忽略空气阻力，下列说法错误的是（）A.碰撞过程中系统动量守恒B.球1与球2碰撞后，球1速度为零C.球5摆起的最大高度与球1释放高度相同D.若将钢球替换为塑料球，球5摆起高度降低解析：弹性碰撞中动量和机械能均守恒，A正确；质量相等的弹性碰撞中，两球速度交换，B正确；实际碰撞存在能量损失，球5摆起高度略低，C错误；塑料球弹性较差，能量损失更大，D正确。答案：C4.磁悬浮陀螺的电磁感应现象磁悬浮陀螺利用电磁铁实现悬浮，其工作原理涉及（）A.楞次定律B.库仑定律C.光电效应D.核裂变解析：电磁铁通过电流变化产生磁场，与陀螺内永磁体相互作用实现悬浮，涉及电磁感应中的楞次定律（阻碍磁通量变化），A正确；库仑定律适用于静电力，B错误；光电效应与光的粒子性相关，C错误；核裂变属于核反应，D错误。答案：A5.竹蜻蜓飞行的流体力学原理竹蜻蜓旋转升空时，叶片上下表面的气压差产生升力，其本质是（）A.流速大的地方压强大B.满足伯努利方程p+½ρv²=常量C.叶片对空气的作用力与重力平衡D.升力大小与转速无关解析：伯努利方程表明流速大处压强小，叶片上表面流速大、压强小，产生向上的升力，B正确；A项因果关系错误；升力需大于重力才能升空，C错误；转速越高，流速越大，升力越大，D错误。答案：B二、实验题（共2小题，共30分）6.弹簧振子周期测量实验（15分）实验器材：弹簧振子（劲度系数k=10N/m）、毫米刻度尺、电子秒表、质量为50g的钩码若干。实验目的：探究振子周期T与质量m的关系。（1）某同学将振子拉至偏离平衡位置5cm处释放，测得20次全振动时间为32s，则周期T=______s，频率f=______Hz。（4分）（2）改变钩码数量，得到数据如下表：|质量m/kg|0.05|0.10|0.15|0.20||----------|------|------|------|------||周期T/s|0.45|0.63|0.76|0.89|请在坐标纸上绘制T²-m图像，并求出图像斜率k=______，由此计算劲度系数k=N/m（π²≈10）。（6分）（3）若振子运动中受到的阻力不可忽略，测得的周期将（填“偏大”“偏小”或“不变”）。（5分）答案：（1）1.6s，0.625Hz（2）图像斜率≈32kg/s²，k=4π²/slope≈1.25N/m（3）不变（阻尼振动周期与振幅无关）7.太阳能小车能量转化实验（15分）实验装置：太阳能小车（质量0.2kg）、光强传感器、位移传感器、遮光板。实验步骤：①在光照强度500W/m²下，小车从静止开始运动，记录t=5s内的位移x=2.5m；②增加遮光板，使光强减为250W/m²，重复实验，x=1.2m。（1）计算第一次实验中小车的平均速度v=______m/s，动能Eₖ=______J。（4分）（2）若太阳能转化效率为15%，估算5s内小车接收的太阳能E=J（保留两位有效数字）。（6分）（3）分析两次实验中位移差异的原因：。（5分）答案：（1）0.5m/s，0.025J（2）E=Eₖ/η≈0.025/0.15≈0.17J（3）光强减小导致输入功率降低，牵引力减小，加速度减小三、计算题（共3小题，共50分）8.滚摆运动中的机械能守恒（15分）滚摆由半径R=0.1m的圆盘和长L=0.8m的摆线组成，总质量m=0.2kg。将滚摆拉至摆线与竖直方向成60°角处释放，不计空气阻力，重力加速度g=10m/s²。（1）求释放时滚摆的重力势能Eₚ（以最低点为零势能面）；（2）求滚摆通过最低点时的角速度ω；（3）若摆线能承受的最大拉力T=5N，判断滚摆是否会断裂。解析：（1）摆线偏离高度h=L(1-cos60°)=0.8×0.5=0.4m，Eₚ=mgh=0.2×10×0.4=0.8J；（2）机械能守恒：mgh=½mv²，v=√(2gh)=√8≈2.83m/s，ω=v/R=28.3rad/s；（3）最低点拉力T-mg=mv²/(L+R)，v²=8，T=0.2×10+0.2×8/(0.9)≈2+1.78=3.78N＜5N，不会断裂。9.电磁秋千的电磁力分析（20分）电磁秋千由永久磁铁（磁感应强度B=0.5T）和通电线圈（匝数n=50，面积S=0.02m²）组成，线圈平面始终与磁场垂直，秋千摆长L=1m，线圈质量m=0.1kg。（1）若线圈通入I=2A电流，求安培力F的大小；（2）若秋千摆角θ=10°，求线圈在最低点时的速度v；（3）若要使秋千摆角增大，应如何调整电流方向和大小？解析：（1）F=nBIL有效，但线圈在磁场中受安培力F=nBIS=50×0.5×2×0.02=1N；（2）由动能定理：mgh=½mv²，h=L(1-cos10°)≈1×(1-0.985)=0.015m，v=√(2gh)=√0.3≈0.55m/s；（3）电流方向应与运动方向匹配，通过传感器检测摆角，在摆动过程中同向电流增大安培力，反向电流减小阻力。10.无人机悬停的动力学分析（15分）某小型无人机质量m=1kg，旋翼半径r=0.2m，空气密度ρ=1.2kg/m³。悬停时，旋翼将空气以速度v向下推出，形成截面积S=πr²的气流柱。（1）推导悬停时气流速度v的表达式（用m、g、ρ、S表示）；（2）计算v的数值（保留两位有效数字）；（3）若无人机负重0.5kg，v需增大为原来的多少倍？解析：（1）由动量定理：Ft=Δmv，F=mg，Δm=ρSvt，解得v=√(mg/(ρS))；（2）S=π×0.2²≈0.126m²，v=√(1×10/(1.2×0.126))≈√65≈8.1m/s；（3）m'=1.5kg，v'=v√(m'/m)=√1.5≈1.22倍。四、拓展题（共20分）11.物理玩具中的创新设计某同学设计“双摆碰撞实验装置”，将单摆与弹簧振子结合，如图所示。摆球A（质量m₁=0.1kg）从高度h=0.2m处释放，与静止的振子B（质量m₂=0.2kg，弹簧k=20N/m）碰撞后粘连在一起。（1）求碰撞前瞬间摆球A的速度v₀；（2）求碰撞后弹簧的最大压缩量x；（3）分析该装置可用于验证哪些物理定律。解析：（1）v₀=√(2gh)=√(4)=2m/s；（2）碰撞动量守恒：m₁v₀=(m₁+m₂)v，v=0.1×2/0.3=2/3m/s，机械能守恒：½(m₁+m₂)v²=½kx²，x=