情景6科技情景-高考物理命题10种情景解读和针对性训练 -2025届高考物理一轮复习

高考物理命题的十种情景解读和针对性训练 物理科考试注重将物理概念、物理规律与国家经济社会发展、科学技术进步、生产生活实际紧密联系起来，通过设置真实的问题情境，要求学生抓住情境的核心要素构建物理模型，考查学生灵活运用物理知识和方法解决实际问题的能力，引导学生从“解题”向“解决问题”转变。物理科考试突出应用性，发挥考试引导教学的作用，引导学生关心身边的物理问题，关注科学发展和社会进步，体会物理学在生产生活中的应用价值，激发学生学习物理的兴趣，培养学生学以致用、知行合一的意识和躬身实践的能力。 情境是运用文字、数据、图表等形式，围绕一定主题加以设置的，为呈现解题信息、设计问题任务、达成测评目标而提供的载体。情境的创设，是为激发学生的认知建构与素养表现搭建的平台，影响学生分析与解决问题的策略与表现。通过对近年高考试题分析研究，物理高考命题情景可以归纳为六类。 情景六、科技情景 所谓科技情景，是指物理命题以科技为情景的试题，如国家重大科技工程（大飞机、北斗导航系统、航空母舰、高铁、电磁弹射、新能源、高压输电等）、古代科技等。物理学是科技的基础，以科技情境命题，遗漏了、有利于拉近科技与中学物理的距离，有利于培养学生学科学、爱科学、钻研科学的意识。以科技情景命题，可以激发学生学科学、爱科学、献身科学，有利于使学生体会到科学技术是第一生产力。 【高考典例】 典例1 （2024高考全国新课程卷第15题）福建舰是我国自主设计建造的首艘弹射型航空母舰。借助配重小车可以进行弹射测试，测试时配重小车被弹射器从甲板上水平弹出后，落到海面上。调整弹射装置，使小车水平离开甲板时的动能变为调整前的4倍。忽略空气阻力，则小车在海面上的落点与其离开甲板处的水平距离为调整前的（ ） A．0.25倍 B．0.5倍 C．2倍 D．4倍 典例2．（2024高考新课程卷）电动汽车制动时可利用车轮转动将其动能转换成电能储存起来。车轮转动时带动磁极绕固定的线圈旋转，在线圈中产生电流。磁极匀速转动的某瞬间，磁场方向恰与线圈平面垂直，如图所示。将两磁极间的磁场视为匀强磁场，则磁极再转过90°时，线圈中（ ） A．电流最小 B．电流最大 C．电流方向由P指向Q D．电流方向由Q指向P 典例3．（2023高考北京卷）（10分）某种负离子空气净化原理如图所示．由空气和带负电的灰尘颗粒物（视为小球）组成的混合气流进入由一对平行金属板构成的收集器．在收集器中，空气和带电颗粒沿板方向的速度保持不变．在匀强电场作用下，带电颗粒打到金属板上被收集，已知金属板长度为L，间距为d．不考虑重力影响和颗粒间相互作用． （1）若不计空气阻力，质量为m、电荷量为的颗粒恰好全部被收集，求两金属板间的电压； （2）若计空气阻力，颗粒所受阻力与其相对于空气的速度v方向相反，大小为，其中r为颗粒的半径，k为常量．假设颗粒在金属板间经极短时间加速达到最大速度． a．半径为R、电荷量为的颗粒恰好全部被收集，求两金属板间的电压； b．已知颗粒的电荷量与其半径的平方成正比，进入收集器的均匀混合气流包含了直径为和的两种颗粒，若的颗粒恰好100%被收集，求的颗粒被收集的百分比． 【针对性训练】 1. (2024江西赣州期末)如图是特高压输电线路上使用的六分裂阻尼间隔棒简化图。间隔棒将六根相同平行长直导线分别固定在正六边形的顶点a、b、c、d、e、f上，O为正六边形的中心。已知通电长直导线周围的磁感应强度B大小与电流I、距离r的关系式为（式中k为常量）。设a、b间距为L，当六根导线通有等大同向电流时，其中a处导线对b处导线的安培力大小为F，则（ ） A. a处导线在O点产生的磁感应强度大小为 B. 六根导线在O点产生的磁感应强度大小为 C. a处导线所受安培力方向沿aO指向O点 D. a处导线对d处导线的安培力大小为 2. （2024广东佛山2月质检）某些肿瘤可以用“质子疗法”进行治疗过程中，来自质子源的质子（初速度为零）先被电场加速到具有较高的能量，然后被磁场引向轰击肿瘤，杀死其中恶性细胞，如图所示．若加速电场可看成单个匀强电场，质子的加速长度为L，加速的末速度为v，质子质量为m，电荷量为e，下列说法正确的是（ ） A. 质子在加速过程中电场力对其做正功，电势能减少 B. 该加速电场的电场强度大小为 C. 若要提高质子飞出时的动能，可在其他条件不变的情况下提高加速电压 D. 质子击中肿瘤时的速度大于质子进入磁场时的速度 3. （2024河北部分高中期末联考） 离子电推引擎，是利用电场将处在等离子状态“工作物质”加速后向后喷出而获得前进动力的一种发动机。这种引擎不需要燃料，也气体全无污染物排放，是环保型机器。引擎获得推力的原理如图所示，进入电离室的气体被电离成正离子和电子，而后正离子飘人电极A、B之间的加速电场（正离子初速度忽略不计），使正离子加速形成离子束，在加速过程中引擎获得恒定的推力。已知A、B间的电压为U，单位时间内飘入加速电场的正离子数目为N，每个离子的质量为m、电荷量为ne（其中n是正整数，e是元电荷），则引擎获得的推力大小为（　　） A. B. C. D. 4. （2024浙江宁波期末）磁悬浮原理如图甲所示，牵引原理如图乙所示（俯视图）。水平面内，边长为L的正方形区域内存在竖直方向的匀强磁场，相邻区域的磁感应强度方向相反、大小均为B。质量为m、总电阻为R的矩形金属线框abcd处于匀强磁场中，ab边长为L。当匀强磁场沿直线向右以速度v匀速运动时，金属线框能达到的最大速度为。已知线框运动时受到的阻力恒为f，则为（　　） A. B. C. D. 5. （2024广东惠州第三次调研）为了确保载人飞船返回舱安全着陆，设计师在返回舱的底部安装了4台完全相同的电磁缓冲装置，如图（a）所示，图（b）为其中一台电磁缓冲装置的结构简图。舱体沿竖直方向固定着两光滑绝缘导轨MN、PQ，导轨内侧安装电磁铁（图中未画出），能产生垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度为B。导轨内的缓冲滑块K内部用绝缘材料填充，外侧绕有n匝闭合矩形线圈abcd，其总电阻为R，ab边长为L。着陆时电磁缓冲装置以速度v0与地面碰撞后，滑块K立即停下，此后在线圈与轨道的磁场作用下使舱体减速，从而实现缓冲。导轨MN、PQ及线圈的ad和bc边足够长，返回舱质量为m（缓冲滑块K质量忽略不计），取重力加速度为g，一切摩擦阻力不计。求： （1）缓冲滑块K刚停止运动时，舱体的加速度大小； （2）舱体着陆时（即导轨MN、PQ刚触地前瞬时）的速度v的大小； （3）若舱体的速度大小从v0减到v的过程中，舱体下落的高度为h，则该过程中每台电磁缓冲装置中产生的焦耳热Q。 6. （2024年2月广东大联考）动能回收系统（KineticEnergyRecoverySystem）是新能源汽车时代一项重要的技术，其主要原理是利用电磁制动回收动能以替代传统的刹车制动模式，其能源节省率高达37%。其原理为，当放开油门进行轻制动时，汽车由于惯性会继续前行，此时回收系统会让机械组拖拽发电机线圈，切割磁场并产生电流对电池进行供电。设汽车的质量为M，若把动能回收系统的发电机看成理想模型：线圈匝数为N，面积为S，总电阻为r，且近似置于一磁感应强度为B的匀强磁场中。若把整个电池组等效成一外部电阻R，则： （1）若汽车系统显示发电机组此时的转速为n，则此时能向外提供多少有效充电电压？ （2）某厂家研发部为了把能量利用达到最大化，想通过设计“磁回收”悬挂装置对汽车行驶过程中的微小震动能量回收，实现行驶更平稳，更节能的目的。其装置设计视图如图甲、乙所示，其中，避震筒的直径为D，震筒内有辐向磁场且匝数为n₁的线圈所处位置磁感应强度均为，线圈内阻及充电电路总电阻为，外力驱动线圈，使得线圈沿着轴线方向往复运动，其纵向震动速度图像如图丙所示，忽略所有的摩擦。试写出此避震装置提供的电磁阻力随时间的表达式。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 高考物理命题的十种情景解读和针对性训练 物理科考试注重将物理概念、物理规律与国家经济社会发展、科学技术进步、生产生活实际紧密联系起来，通过设置真实的问题情境，要求学生抓住情境的核心要素构建物理模型，考查学生灵活运用物理知识和方法解决实际问题的能力，引导学生从“解题”向“解决问题”转变。物理科考试突出应用性，发挥考试引导教学的作用，引导学生关心身边的物理问题，关注科学发展和社会进步，体会物理学在生产生活中的应用价值，激发学生学习物理的兴趣，培养学生学以致用、知行合一的意识和躬身实践的能力。 情境是运用文字、数据、图表等形式，围绕一定主题加以设置的，为呈现解题信息、设计问题任务、达成测评目标而提供的载体。情境的创设，是为激发学生的认知建构与素养表现搭建的平台，影响学生分析与解决问题的策略与表现。通过对近年高考试题分析研究，物理高考命题情景可以归纳为六类。 情景六、科技情景 所谓科技情景，是指物理命题以科技为情景的试题，如国家重大科技工程（大飞机、北斗导航系统、航空母舰、高铁、电磁弹射、新能源、高压输电等）、古代科技等。物理学是科技的基础，以科技情境命题，遗漏了、有利于拉近科技与中学物理的距离，有利于培养学生学科学、爱科学、钻研科学的意识。以科技情景命题，可以激发学生学科学、爱科学、献身科学，有利于使学生体会到科学技术是第一生产力。 【高考典例】 典例1 （2024高考全国新课程卷第15题）福建舰是我国自主设计建造的首艘弹射型航空母舰。借助配重小车可以进行弹射测试，测试时配重小车被弹射器从甲板上水平弹出后，落到海面上。调整弹射装置，使小车水平离开甲板时的动能变为调整前的4倍。忽略空气阻力，则小车在海面上的落点与其离开甲板处的水平距离为调整前的（ ） A．0.25倍 B．0.5倍 C．2倍 D．4倍 解析 配重小车被弹射器从甲板上水平弹出后做平抛运动，由平抛运动规律， x=vt， ，解得x=， 动能变为调整前的4倍，由动能公式，可知初速度v为调整前的2倍，由x=可知，小车在海面上的落点与其离开甲板处的水平距离为调整前的2倍，C正确。 【关键点拨】科技情景大多数是立足于中学物理的基础知识，只要根据题述情景，建立物理模型，利用相应物理规律都可以顺利解答。 典例2．（2024高考新课程卷）电动汽车制动时可利用车轮转动将其动能转换成电能储存起来。车轮转动时带动磁极绕固定的线圈旋转，在线圈中产生电流。磁极匀速转动的某瞬间，磁场方向恰与线圈平面垂直，如图所示。将两磁极间的磁场视为匀强磁场，则磁极再转过90°时，线圈中（ ） A．电流最小 B．电流最大 C．电流方向由P指向Q D．电流方向由Q指向P 参考答案 BD 解题思路 本题考查的考点：交变电流的产生、楞次定律 如图开始线圈处于中性面位置，当磁极再转过90°时，此时穿过线圈的磁通量为0，线圈边垂直切割磁感线，磁通量变化率最大，产生的感应电动势和感应电流最大，A错误B正确；在磁极转动的过程中，穿过线圈的磁通量在减小，根据楞次定律可知，此时感应电流方向由Q指向P。D正确C错误。 典例3．（2023高考北京卷）（10分）某种负离子空气净化原理如图所示．由空气和带负电的灰尘颗粒物（视为小球）组成的混合气流进入由一对平行金属板构成的收集器．在收集器中，空气和带电颗粒沿板方向的速度保持不变．在匀强电场作用下，带电颗粒打到金属板上被收集，已知金属板长度为L，间距为d．不考虑重力影响和颗粒间相互作用． （1）若不计空气阻力，质量为m、电荷量为的颗粒恰好全部被收集，求两金属板间的电压； （2）若计空气阻力，颗粒所受阻力与其相对于空气的速度v方向相反，大小为，其中r为颗粒的半径，k为常量．假设颗粒在金属板间经极短时间加速达到最大速度． a．半径为R、电荷量为的颗粒恰好全部被收集，求两金属板间的电压； b．已知颗粒的电荷量与其半径的平方成正比，进入收集器的均匀混合气流包含了直径为和的两种颗粒，若的颗粒恰好100%被收集，求的颗粒被收集的百分比． 【名师解析】： （1）只要紧靠上极板的颗粒能够落到收集板右侧，颗粒就能够全部收集。 L=v0t，d=, qE=ma, E=U1/d 联立解得：U1=, （2）a。可把颗粒的运动分解为水平方向匀速直线运动和竖直方向运动 颗粒在水平方向，L=v0t， 颗粒极短时间内加速到最大速度后，所受阻力等于电场力，f=kRvmax，f=qU2/d 在竖直方向颗粒匀速下落， d=vmaxt 联立解得：U2= b. q∞r2，10μm带电荷量q的颗粒恰好100%收集， 颗粒极短时间内加速到最大速度后，所受阻力等于电场力，f=kRvmax，f=qU2/d 在竖直方向颗粒匀速下落， d=vmaxt 2.5μm的颗粒带电荷量为q’=q/16， 颗粒极短时间内加速到最大速度后，所受阻力等于电场力，f’=kRv’max，f’=q’U2/d 设只有距离下极板为d’的颗粒被收集，在竖直方向颗粒匀速下落， d’=v’maxt 联立解得：d’=d/4 2.5μm的颗粒被收集的百分比为×100%=25%。 【针对性训练】 1. (2024江西赣州期末)如图是特高压输电线路上使用的六分裂阻尼间隔棒简化图。间隔棒将六根相同平行长直导线分别固定在正六边形的顶点a、b、c、d、e、f上，O为正六边形的中心。已知通电长直导线周围的磁感应强度B大小与电流I、距离r的关系式为（式中k为常量）。设a、b间距为L，当六根导线通有等大同向电流时，其中a处导线对b处导线的安培力大小为F，则（ ） A. a处导线在O点产生的磁感应强度大小为 B. 六根导线在O点产生的磁感应强度大小为 C. a处导线所受安培力方向沿aO指向O点 D. a处导线对d处导线的安培力大小为 【答案】ACD 【解析】 根据几何关系可知，a、O间距为L，则a处导线在O点产生的磁感应强度大小为，故A正确； 根据右手螺旋定则结合对称性可知，a、d两处导线在O点产生的磁感应强度大小相等，方向相反；b、e两处导线在O点产生的磁感应强度大小相等，方向相反；c、f两处导线在O点产生的磁感应强度大小相等，方向相反；则六根导线在O点产生的磁感应强度大小为0，故B错误； 根据方向相同的两根直线电流之间的安培力为吸引力，结合对称性可知，b、f两处导线对a处导线的安培力合力方向沿aO指向O点；c、e两处导线对a处导线的安培力合力方向沿aO指向O点；d处导线对a处导线的安培力方向沿aO指向O点；故a处导线所受安培力方向沿aO指向O点，故C正确； 根据几何关系可知，a、d间距为2L，则a处导线在d点产生的磁感应强度大小为 可知a处导线在d点产生的磁感应强度大小等于a处导线在b点产生的磁感应强度大小的一半，则a处导线对d处导线的安培力大小为，故D正确。 2. （2024广东佛山2月质检）某些肿瘤可以用“质子疗法”进行治疗过程中，来自质子源的质子（初速度为零）先被电场加速到具有较高的能量，然后被磁场引向轰击肿瘤，杀死其中恶性细胞，如图所示．若加速电场可看成单个匀强电场，质子的加速长度为L，加速的末速度为v，质子质量为m，电荷量为e，下列说法正确的是（ ） A. 质子在加速过程中电场力对其做正功，电势能减少 B. 该加速电场的电场强度大小为 C. 若要提高质子飞出时的动能，可在其他条件不变的情况下提高加速电压 D. 质子击中肿瘤时的速度大于质子进入磁场时的速度 【答案】ABC 【解析】 质子在加速过程中，速度增大，电场力对其做正功，电势能减少，故A正确； 根据动能定理有 解得 故B正确； 根据动能定理可知 则若要提高质子飞出时的动能，可在其他条件不变的情况下提高加速电压，故C正确； 质子进入磁场，洛伦兹力不做功，则质子的速度不变，所以质子击中肿瘤时的速度等于质子进入磁场时的速度，故D错误； 3. （2024河北部分高中期末联考） 离子电推引擎，是利用电场将处在等离子状态“工作物质”加速后向后喷出而获得前进动力的一种发动机。这种引擎不需要燃料，也气体全无污染物排放，是环保型机器。引擎获得推力的原理如图所示，进入电离室的气体被电离成正离子和电子，而后正离子飘人电极A、B之间的加速电场（正离子初速度忽略不计），使正离子加速形成离子束，在加速过程中引擎获得恒定的推力。已知A、B间的电压为U，单位时间内飘入加速电场的正离子数目为N，每个离子的质量为m、电荷量为ne（其中n是正整数，e是元电荷），则引擎获得的推力大小为（　　） A. B. C. D. 【参考答案】A 【名师解析】 时间t内飘入加速电场的正离子质量 电荷量 电场对离子加速，由动能定理有 设在加速过程中引擎对离子的作用力大小为F，根据动量定理有 解得 由牛顿第三定律可知，引擎获得的推力大小 故选A。 4. （2024浙江宁波期末）磁悬浮原理如图甲所示，牵引原理如图乙所示（俯视图）。水平面内，边长为L的正方形区域内存在竖直方向的匀强磁场，相邻区域的磁感应强度方向相反、大小均为B。质量为m、总电阻为R的矩形金属线框abcd处于匀强磁场中，ab边长为L。当匀强磁场沿直线向右以速度v匀速运动时，金属线框能达到的最大速度为。已知线框运动时受到的阻力恒为f，则为（　　） A. B. C. D. 【答案】A 【解析】 由于磁场以速度v向右运动，当金属框稳定后以最大速度向右运动，此时金属框相对于磁场的运动速度大小为，根据右手定则可以判断回路中产生的感应电动势E等于ad、bc边分别产生感应电动势之和，即 根据欧姆定律可得，此时金属框中产生的感应电流为 金属框的两条边ad和bc都受到安培力作用，边长等于说明ad和bc边处于的磁场方向一直相反，电流方向也相反，根据左手定则可知它们所受安培力方向一致，故金属框受到的安培力大小为 当金属框速度最大时，安培力与摩擦力平衡，可得 方程联立解得 故选A。 5. （2024广东惠州第三次调研）为了确保载人飞船返回舱安全着陆，设计师在返回舱的底部安装了4台完全相同的电磁缓冲装置，如图（a）所示，图（b）为其中一台电磁缓冲装置的结构简图。舱体沿竖直方向固定着两光滑绝缘导轨MN、PQ，导轨内侧安装电磁铁（图中未画出），能产生垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度为B。导轨内的缓冲滑块K内部用绝缘材料填充，外侧绕有n匝闭合矩形线圈abcd，其总电阻为R，ab边长为L。着陆时电磁缓冲装置以速度v0与地面碰撞后，滑块K立即停下，此后在线圈与轨道的磁场作用下使舱体减速，从而实现缓冲。导轨MN、PQ及线圈的ad和bc边足够长，返回舱质量为m（缓冲滑块K质量忽略不计），取重力加速度为g，一切摩擦阻力不计。求： （1）缓冲滑块K刚停止运动时，舱体的加速度大小； （2）舱体着陆时（即导轨MN、PQ刚触地前瞬时）的速度v的大小； （3）若舱体的速度大小从v0减到v的过程中，舱体下落的高度为h，则该过程中每台电磁缓冲装置中产生的焦耳热Q。 【参考答案】（1）；（2） （3） 【名师解析】 【详解】（1）缓冲滑块K刚停止运动时，单个闭合矩形线圈产生的感应电动势为 回路电流为 返回舱所受单个闭合矩形线圈的安培力为 根据牛顿第二定律得 解得 （2）返回舱向下做减速运动，受到向上的安培力和向下的重力，随着速度的减小，安培力减小，直到安培力减小到与重力大小相等时，速度最小，此后匀速运动，直至舱体着陆时速度大小为v，可得 ，， 由平衡条件可知 解得 （3）由能量守恒 解得 6. （2024年2月广东大联考）动能回收系统（KineticEnergyRecoverySystem）是新能源汽车时代一项重要的技术，其主要原理是利用电磁制动回收动能以替代传统的刹车制动模式，其能源节省率高达37%。其原理为，当放开油门进行轻制动时，汽车由于惯性会继续前行，此时回收系统会让机械组拖拽发电机线圈，切割磁场并产生电流对电池进行供电。设汽车的质量为M，若把动能回收系统的发电机看成理想模型：线圈匝数为N，面积为S，总电阻为r，且近似置于一磁感应强度为B的匀强磁场中。若把整个电池组等效成一外部电阻R，则： （1）若汽车系统显示发电机组此时的转速为n，则此时能向外提供多少有效充电电压？ （2）某厂家研发部为了把能量利用达到最大化，想通过设计“磁回收”悬挂装置对汽车行驶过程中的微小震动能量回收，实现行驶更平稳，更节能的目的。其装置设计视图如图甲、乙所示，其中，避震筒的直径为D，震筒内有辐向磁场且匝数为n₁的线圈所处位置磁感应强度均为，线圈内阻及充电电路总电阻为，外力驱动线圈，使得线圈沿着轴线方向往复运动，其纵向震动速度图像如图丙所示，忽略所有的摩擦。试写出此避震装置提供的电磁阻力随时间的表达式。 【参考答案】（1）；（2） 【名师解析】 （1）由线圈转动产生交变电流电动势最大值为 由题意得，电动势的有效值为 由闭合电路欧姆定律，电池组获得的实际充电电压为 又因 联立解得 （2）电磁避震筒通过切割辐向磁场产生感应电流，其电动势表达式为 由题图可知，阻尼线圈的切割速度函数表达式为 线圈中的总电流 感应电流产生的安培力与运动方向相反且其大小为 联立解得 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 $$