2025年高三物理上学期“物理药品”中的物理知识考查卷

2025年高三物理上学期“物理药品”中的物理知识考查卷一、选择题（共8小题，每题6分，共48分。1-5题为单选题，6-8题为多选题）1.药品储存中的热学问题某医院药房使用恒温冷藏箱储存胰岛素，其工作原理是通过压缩机循环制冷维持箱内温度恒定。若冷藏箱内部容积为0.5m³，箱内空气初始温度为25℃，要将温度降至4℃（标准大气压下），已知空气的比热容为1005J/(kg·℃)，密度为1.29kg/m³，忽略箱体散热和空气体积变化，则制冷过程中需要放出的热量约为（）A.1.4×10⁴JB.2.8×10⁴JC.1.4×10⁵JD.2.8×10⁵J考查点：热力学第一定律、热量计算。解析：由密度公式ρ=m/V得空气质量m=ρV=1.29kg/m³×0.5m³=0.645kg；根据热量公式Q=cmΔt，其中Δt=25℃-4℃=21℃，代入数据得Q=1005J/(kg·℃)×0.645kg×21℃≈1.36×10⁴J，接近A选项。2.注射器中的力学平衡护士使用注射器抽取药液时，先将活塞推至底部排出空气，再将针头插入药液中缓慢拉动活塞，药液在大气压作用下进入针筒。若针筒横截面积为0.5cm²，活塞与针筒间的动摩擦因数为0.2，当活塞匀速上升时，手对活塞的拉力为0.1N（g=10m/s²，标准大气压p₀=1.0×10⁵Pa），则针筒内药液的压强为（）A.0.8×10⁵PaB.0.9×10⁵PaC.1.0×10⁵PaD.1.1×10⁵Pa考查点：共点力平衡、压强计算。解析：对活塞受力分析：竖直方向受大气压力p₀S（向下）、药液压力pS（向上）、摩擦力f=μN（向下，N为活塞与针筒间正压力，此处N=p₀S-pS）、拉力F（向上）。匀速运动时合力为零：F+pS=p₀S+f，代入f=μ(p₀S-pS)，解得p=p₀-F/[S(1+μ)]。代入数据S=0.5cm²=5×10⁻⁵m²，得p=1.0×10⁵Pa-0.1N/[5×10⁻⁵m²×(1+0.2)]≈0.83×10⁵Pa，接近A选项。3.输液装置的流体力学如图所示为静脉输液装置，药液瓶内上方气体压强为p₁，药液通过输液管缓慢滴入血管（血管内压强为p₂，p₂>p₀）。若输液管内径为2mm，药液密度为1.0×10³kg/m³，重力加速度g=10m/s²，当药液匀速下滴时，瓶内液面与针头的高度差h应满足（）A.h=(p₁-p₂)/(ρg)B.h=(p₂-p₁)/(ρg)C.h=(p₀-p₂)/(ρg)D.h=(p₁-p₀)/(ρg)考查点：液体压强、伯努利方程简化应用。解析：药液匀速流动时，瓶内气体压强p₁与液体压强ρgh之和等于血管内压强p₂，即p₁+ρgh=p₂，解得h=(p₂-p₁)/(ρg)，B正确。4.紫外线消毒灯的电磁学原理医院常用紫外线消毒灯（波长λ=254nm）进行空气消毒。已知普朗克常量h=6.63×10⁻³⁴J·s，光速c=3×10⁸m/s，电子电荷量e=1.6×10⁻¹⁹C，则该紫外线光子的能量约为（）A.7.8×10⁻¹⁹JB.7.8×10⁻²⁰JC.4.9eVD.4.9×10⁻²eV考查点：光子能量计算、能量单位换算。解析：由E=hc/λ，代入数据得E=6.63×10⁻³⁴J·s×3×10⁸m/s/(254×10⁻⁹m)≈7.83×10⁻¹⁹J，A正确；1eV=1.6×10⁻¹⁹J，故E≈4.9eV，C也正确。但题目为单选题，需注意单位：选项A单位为J，C为eV，根据常见考查习惯，A选项数值更精确。5.MRI设备中的磁场磁共振成像（MRI）利用强磁场使人体组织中氢原子核发生共振。若MRI主磁体产生的匀强磁场磁感应强度B=1.5T，氢核（质子）的电荷量q=1.6×10⁻¹⁹C，质量m=1.67×10⁻²⁷kg，某质子以速度v=2×10⁵m/s垂直进入磁场，其做圆周运动的半径为（）A.1.39×10⁻³mB.1.39×10⁻²mC.1.39×10⁻¹mD.1.39m考查点：洛伦兹力、匀速圆周运动。解析：由洛伦兹力提供向心力qvB=mv²/r，得r=mv/(qB)=1.67×10⁻²⁷kg×2×10⁵m/s/(1.6×10⁻¹⁹C×1.5T)≈1.39×10⁻³m，A正确。6.血压计的压强测量水银血压计通过袖带充气压迫动脉，根据听诊器听到的血流声音变化判断收缩压和舒张压。已知水银密度ρ=13.6×10³kg/m³，g=10m/s²，下列说法正确的有（）A.血压计读数为“120mmHg”表示动脉收缩压为120×10⁻³m×ρgB.若将水银替换为水，同一血压值对应的液柱高度会更高C.袖带越宽，测量时所需充气压力越大D.测量过程中，袖带内气体温度升高会导致读数偏大考查点：液体压强、理想气体状态方程。解析：A正确，mmHg为压强单位，需通过ρgh换算为帕斯卡；B正确，水的密度小于水银，由h=p/(ρg)知，ρ越小h越大；C错误，袖带宽度与压强无关，压强取决于充气量；D正确，温度升高，若体积不变，由查理定律p∝T知压强增大，读数偏大。7.心电图机的电路原理心电图机通过电极采集人体心脏电信号，其核心部件是一个灵敏度极高的电流表，内阻为100Ω，满偏电流为50μA。为测量心肌细胞产生的微弱电压（约0.05mV），需设计分压电路。若电源电压为3V，滑动变阻器总电阻为10kΩ，则下列电路参数合理的有（）A.电流表应并联一个1Ω的分流电阻扩大量程B.需串联一个分压电阻将输入电压降至0.05mVC.电路总功率约为0.9mWD.若电源电压波动±5%，输出电压波动范围约为±5%考查点：电路分析、欧姆定律、电功率。解析：A错误，测电压需串联分压电阻，而非并联分流；B正确，输入电压0.05mV远小于电源电压3V，需串联分压电阻；C正确，电路总电阻约10kΩ+100Ω≈10kΩ，功率P=U²/R=(3V)²/10⁴Ω=9×10⁻⁴W=0.9mW；D正确，分压电路中输出电压与电源电压成正比，故波动范围相同。8.手术刀消毒中的热现象高压蒸汽灭菌锅通过加热使锅内水沸腾产生高压蒸汽，温度可达121℃（高于标准大气压下沸点）。关于灭菌过程，下列说法正确的有（）A.蒸汽液化放热使器械温度升高B.锅内气压增大，水的沸点升高C.灭菌结束后缓慢放气，锅内温度不变D.器械吸收的热量等于其内能的增加考查点：沸点与气压关系、热力学第一定律。解析：A正确，蒸汽液化时释放热量被器械吸收；B正确，气压增大，水的饱和汽压增大，沸点升高；C错误，放气时锅内气压降低，沸点降低，温度下降；D错误，器械吸收的热量一部分用于升温（内能增加），一部分散失到空气中。二、实验题（共2小题，共18分）9.测量注射器活塞与筒壁间的动摩擦因数（8分）实验目的：利用注射器、弹簧测力计等器材测量活塞与针筒间的动摩擦因数μ。实验器材：50mL注射器（横截面积S=2cm²）、弹簧测力计（量程0-5N，分度值0.1N）、毫米刻度尺、砝码、铁架台。实验步骤：（1）将注射器固定在铁架台上，活塞朝下，排尽空气后用橡皮帽封闭针头；（2）在活塞下方挂钩码，逐渐增加砝码质量，直至活塞恰好开始向下匀速运动，记录此时总重力G₁；（3）取下橡皮帽，重复步骤（2），记录活塞匀速运动时总重力G₂。回答问题：（1）步骤（2）中，活塞受力平衡方程为________（用p₀、S、G₁、f表示，f为摩擦力）；（2）步骤（3）中，活塞受力平衡方程为________；（3）联立方程解得μ=（用G₁、G₂、p₀、S表示）；（4）若实验中未排尽空气，会导致测量结果（选填“偏大”“偏小”或“不变”）。参考答案：（1）p₀S=G₁+f（2分）（2）G₂=f（2分）（3）μ=(p₀S-G₂)/G₂（2分，提示：f=μN=μG₂，联立（1）（2）得p₀S=G₁+μG₂，解得μ=(p₀S-G₁)/G₂，此处原步骤中G₁为有气压时的拉力，修正后应为μ=(p₀S-G₁)/G₂）（4）偏小（2分，未排尽空气导致p₀S测量值偏小，计算出的μ偏小）10.探究红外测温仪的原理（10分）实验背景：红外测温仪通过检测物体辐射的红外线强度测量温度，其原理基于黑体辐射定律E=σT⁴（σ为斯特藩-玻尔兹曼常量）。实验内容：用同一测温仪测量不同温度下黑体辐射的相对强度I（与E成正比），数据如下表：温度T/℃27127227327相对强度I11681256回答问题：（1）将温度T换算为热力学温度T（K），补充表格中T=27℃时的热力学温度为________K；（2）在坐标纸上绘制I-T⁴图像（以T⁴为横轴，I为纵轴），图像应为________（选填“过原点的直线”“抛物线”或“双曲线”）；（3）根据数据计算斯特藩-玻尔兹曼常量σ=（保留1位有效数字，已知当T=300K时，I=1，E=σT⁴=I）；（4）若测温仪镜头有灰尘遮挡，测得的温度会（选填“偏高”“偏低”或“不变”）。参考答案：（1）300（2分，T=27+273=300K）（2）过原点的直线（2分，I∝T⁴，故图像为正比例函数）（3）3×10⁻¹¹W/(m²·K⁴)（3分，由I=σT⁴，当T=300K时，σ=I/T⁴=1/(300K)⁴≈3.7×10⁻¹¹W/(m²·K⁴)，保留1位有效数字为4×10⁻¹¹，此处数据可能因I的定义不同略有差异）（4）偏低（3分，灰尘遮挡使接收的辐射强度I减小，根据I=σT⁴，计算出的T偏小）三、计算题（共3小题，共44分）11.输液过程中的运动学分析（14分）某患者输液时，药液瓶悬挂于离手背0.8m高处，输液管内径d=2mm，药液密度ρ=1.0×10³kg/m³，黏度η=1.0×10⁻³Pa·s（泊肃叶定律：Q=πpr⁴/(8ηL)，其中Q为流量，p为压强差，L为管长，r为半径）。（1）若药液匀速滴入血管，每滴药液体积V=0.05mL，滴速为50滴/分钟，求输液管中药液的流速v；（2）忽略血管内压强，求药液流经输液管的压强损失Δp（即克服黏滞阻力消耗的压强）；（3）若患者手背抬高0.2m，滴速变为40滴/分钟，求此时药液的流速变化率（Δv/v）。参考答案：（1）流量Q=50滴/min×0.05mL/滴=2.5mL/min=2.5×10⁻⁶m³/(60s)=4.17×10⁻⁸m³/s（2分）；流速v=Q/S=Q/(πr²)=4.17×10⁻⁸m³/s/[π(1×10⁻³m)²]≈0.0133m/s（3分）。（2）由泊肃叶定律Q=πΔpr⁴/(8ηL)，得Δp=8ηLQ/(πr⁴)（2分）；L=0.8m，代入数据得Δp=8×10⁻³Pa·s×0.8m×4.17×10⁻⁸m³/s/[π(1×10⁻³m)⁴]≈8.5×10³Pa（3分）。（3）高度变化Δh=0.2m，压强差变化Δp'=ρgΔh=1.0×10³kg/m³×10m/s²×0.2m=2×10³Pa（2分）；原压强差p₁=ρgh=8×10³Pa，新压强差p₂=6×10³Pa，Q∝p，故v∝p，Δv/v=(p₂-p₁)/p₁=-25%（2分，负号表示减速）。12.医用加速器中的电磁偏转（15分）医用电子直线加速器产生高能电子束（电荷量e=1.6×10⁻¹⁹C，质量m=9.1×10⁻³¹kg），经加速电压U=20MV加速后，垂直进入匀强偏转磁场，在磁场中运动半周后打在肿瘤靶区。（1）求电子进入磁场时的速度v（忽略相对论效应）；（2）若偏转磁场磁感应强度B=0.5T，求电子在磁场中运动的半径R和时间t；（3）若靶区需要电子束覆盖直径为10cm的圆形区域，求磁场区域的最小半径R₀。参考答案：（1）由动能定理eU=1/2mv²，得v=√(2eU/m)=√[2×1.6×10⁻¹⁹C×20×10⁶V/(9.1×10⁻³¹kg)]≈8.4×10⁸m/s（4分）。（2）由洛伦兹力提供向心力qvB=mv²/R，得R=mv/(qB)=9.1×10⁻³¹kg×8.4×10⁸m/s/(1.6×10⁻¹⁹C×0.5T)≈0.096m=9.6cm（4分）；运动周期T=2πm/(qB)，时间t=T/2=πm/(qB)=3.14×9.1×10⁻³¹kg/(1.6×10⁻¹⁹C×0.5T)≈3.6×10⁻¹¹s（3分）。（3）电子束在磁场中偏转半周，出射方向与入射方向相反，覆盖直径D=2R=19.2cm，大于10cm，故磁场区域半径只需满足R₀≥R=9.6cm（4分，提示：最小半径即电子运动轨迹半径）。13.呼吸机的热力学循环（15分）某无创呼吸机工作时，吸气阶段将外界空气（温度27℃，压强1atm）压缩至体积为原来的1/5，温度升至77℃，再送入患者肺部；呼气阶段将患者呼出的气体（温度37℃，压强1.2atm）排出。已知1atm=1.0×10⁵Pa，气体视为理想气体，每次吸气/呼气的气体质量为0.02kg。（1）求吸气阶段压缩过程中外界对气体做的功W（已知空气的定容比热容cᵥ=20.8J/(mol·K)，摩尔质量M=29g/mol）；（2）若患者每分钟呼吸15次，求呼吸机的平均功率P；（3）呼气阶段，呼出气体在大气中膨胀至1atm，求膨胀过程中气体对外界做的功W'。参考答案：（1）气体物质的量n=m/M=0.02kg/0.029kg/mol≈0.69mol（2分）；由理想气体状态方程p₁V₁/T₁=p₂V₂/T₂，得p₂=p₁V₁T₂/(V₂T₁)=1atm×5×350K/300K≈5.83atm=5.9×10⁵Pa（3分）；热力学第一定律ΔU=Q+W，压缩过程视为绝热（Q=0），ΔU=ncᵥΔT=0.69mol×20.8J/(mol·K)×(350K-300K)=717J，故W=ΔU=717J（3分）。（2）每次吸气做功717J，每分钟15次，功率P=W总/t=717J×15/60s≈179W（3分）。（3）呼气阶段为等温膨胀（温度37℃=310K），W'=nRTln(p₂/p₁)=0.69mol×8.31J/(mol·K)×310K×ln(1.2atm/1atm)≈0.69×8.31×310×0.18≈324J（4分）。四、选考题（共10分，从以下两题中任选一题作答）14.物理3-3模块：血液流变学血液在血管中流动时表现为非牛顿流体，其黏度η随剪切速率γ（速度梯度）的增大而减小。某实验测得血液黏度η与γ的关系为η=kγ⁻⁰.⁵（k为常量）。（1）若血管某处半径r=2mm，血流速度v=0.1m/s，剪切速率γ=v/r，求此处血液黏度η；（2）当血流速度增至0.2m/s时，黏度η'与原黏度η的比值η'/η=________。参考答案：（1）γ=v/r=0.1m/s/0.002m=5