2021-2022学年上海理工大学附中高一（下）期末物理试卷（含解析）

这是一份2021-2022学年上海理工大学附中高一（下）期末物理试卷（含解析），共17页。试卷主要包含了单选题，填空题，计算题等内容，欢迎下载使用。
绝密★启用前2021-2022学年上海理工大学附中高一（下）期末物理试卷  第I卷（选择题） 一、单选题（本大题共12小题，共48.0分）根据相对论的知识分析，下列说法正确的是(    )A. 经过太阳周边的光线弯曲的原因是介质不均匀而非引力作用
B. 牛顿是狭义相对论和广义相对论的创立者
C. 引力场越强的位置，时间进程越快
D. 广义相对论可以解释引力红移现象下列说法中正确的是(    )A. 电场强度反映了电场力的性质，因此场中某点的场强与试探电荷在该点所受的电场力成正比
B. 电场中某点的场强等于，但与试探电荷的受力大小及电荷量无关
C. 电场中某点的场强方向即试探电荷在该点的受力方向
D. 公式和对于任何静电场都是适用的如图所示，、、为三个完全相同的时钟，放在水平地面上，、分别放在以速度、向同一方向飞行的两枚火箭上，且大于，则地面上的观察者认为走得最慢的钟为(    )
A.  B.  C.  D. 无法确定如图所示，在杂技表演中，杂技演员表演了“球内飞车”的杂技。一个由钢骨架和铁丝网构成的球壳固定在水平地面上，杂技演员骑摩托车在球壳内飞速旋转，惊险而刺激。甲演员在图中“赤道”平面做匀速圆周运动，充当向心力的是(    )
 A. 重力 B. 支持力
C. 摩擦力 D. 重力与支持力的合力长征途中，为了突破敌方关隘，战士爬上陡峭的山头，居高临下向敌方工事内投掷手榴弹。战士在同一位置先后投出甲、乙两颗质量均为的手榴弹，手榴弹从投出的位置到落地点的高度差为，在空中的运动可视为平抛运动，轨迹如图所示。重力加速度为，下列说法正确的是(    )A. 甲在空中的运动时间比乙的长
B. 战士对两颗手榴弹做功一样多
C. 两颗手榴弹在落地前瞬间，重力的功率相等
D. 从投出到落地，每颗手榴弹的机械能变化量为若知道太阳的某一颗行星绕太阳运转的轨道半径为，周期为，引力常量为，则可求得(    )A. 该行星的质量 B. 太阳的质量 C. 该行星的密度 D. 太阳的平均密度如图所示光滑的水平面上静止着质量为的三角形物块，一质量为的小球从物块顶端由静止释放，小球滑至底端的过程中物块水平移动了一段距离，下列说法正确的是(    )
A. 小球的重力对小球做负功 B. 物块对小球的支持力不做功
C. 物块对小球的支持力做负功 D. 小球对物块的压力做负功如图所示，是电场中的一条电场线，一带正电粒子沿直线从运动到的图象如图所示，则关于、两点的电场强度和的下列说法正确的是(    )A. ，电场方向从指向
B. ，电场方向从指向
C. ，电场方向从指向
D. 无法确定如图所示，京张高铁将北京到张家口的通行时间缩短在小时内，成为年北京冬奥会重要的交通保障设施。假设此高铁动车启动后沿平直轨道行驶，发动机的功率恒为，且行驶过程中受到的阻力大小恒定。已知动车的质量为，最高行驶速度。则下列说法正确的是(    )
A. 行驶过程中动车受到的阻力大小为
B. 当动车的速度为时，动车的加速度大小为
C. 从启动到速度为的过程中，动车牵引力所做的功为
D. 由题目信息可估算京张铁路的全长为某同学利用无人机玩“投弹”游戏。无人机以的速度水平向右匀速飞行，在某时刻释放了一个小球，此时无人机到水平地面的距离为。空气阻力忽略不计，重力加速度为。根据上述信息，不能求出(    )A. 小球下落的时间 B. 小球运动的轨迹方程
C. 小球的质量 D. 小球释放点与落地点之间的水平距离有一种叫“旋转飞椅”的游乐项目如图所示。钢绳的一端系着座椅，另一端固定在水平转盘上。转盘可绕穿过其中心的竖直轴转动。当转盘匀速转动时，钢绳与转轴在同一竖直平面内。将游客和座椅看作一个质点，不计钢绳的重力，以下分析正确的是(    )
A. 旋转过程中，游客和座椅受到重力、拉力和向心力
B. 根据可知，坐在外侧的游客旋转的线速度更大
C. 根据可知，“飞椅”转动的角速度越大，旋转半径越小
D. 若“飞椅”转动的角速度变大，钢绳上的拉力大小不变滑雪运动深受人民群众喜爱。某滑雪运动员可视为质点由坡道进入竖直面内的圆弧形滑道，从滑道的点滑行到最低点的过程中，由于摩擦力的存在，运动员的速率不变，则运动员沿下滑过程中(    )
 A. 所受合外力始终为零 B. 所受摩擦力大小不变
C. 合外力做功一定为零 D. 机械能始终保持不变第II卷（非选择题） 二、填空题（本大题共6小题，共24.0分）带电量分别为和的两个相同的金属小球和，相距一定距离时并且相距较远，相互作用力的大小为。若把它们接触一下后，再放回原处，它们的相互作用力的大小变为______，、两金属球是通过______传递这种相互作用的。有一种地下铁道，车站的路轨建得高些，车辆进站时要上坡，出站时要下坡，如图所示。坡高为，车辆的质量为，重力加速度为，车辆与路轨有摩擦力。进站车辆到达坡下处时的速度为，此时切断电动机的电源，车辆冲上坡顶到达站台处的速度恰好为。车辆从运动到的过程中克服摩擦力做的功为______，损失的机械能为______。
年月，神舟十三号载人飞船成功发射，若点火不久，火箭竖直发射升空的某一瞬间，仪器显示宇航员对座舱的压力等于他体重的倍，则此时飞船的加速度大小为______；飞船经多次变轨后与空间站组合体完成交会对接，共同沿圆形轨道环绕地球运行，已知运行周期为，地球半径为，则空间站离地面的高度为______。地球表面的重力加速度为在电场中某点放一电荷量为的负电荷，该电荷受到的电场力为，方向水平向东，则该点的电场强度大小为______，方向______。从离地高处自由下落一小球，不计空气阻力，以地面为重力势能零点，经过时间______，小球的重力势能是动能的倍，此时小球的速度大小为______．如图，光滑固定斜面的倾角为，、两物体的质量之比为：用不可伸长的轻绳分别与和地面相连，开始时、离地高度相同。在处剪断轻绳，当落地前瞬间，、的速度大小之比为______，机械能之比为______以地面为零势能面。 三、计算题（本大题共2小题，共28.0分）如图所示，一个质量为的小球，用长为的轻绳悬挂于点的正下方点。若重力加速度。
小球在水平恒力的作用下从点由静止运动到与竖直方向成的点，已知，，求：
此过程中水平恒力、重力、绳拉力分别做的功；
小球在点的速度大小。
若小球在水平拉力作用下从点缓慢地移动到点，求水平拉力做的功。在处理复杂问题时，往往可以类比熟悉的思想方法。比如，在研究平抛运动时采用了运动的合成与分解的方法。那么，在处理其它类似复杂的曲线运动时也可以应用此法。试对下面问题进行分析：一个空心圆柱体内径为，内壁光滑，竖直固定在水平地面上。开始时一个质量为的小物块紧贴在内壁左侧点处，现沿切线方向给小物块一个初速度，小物块将沿着柱体的内壁旋转一周经过点后继续运动，最终落在柱体的底面上，重力加速度为。求：
小滑块在运动中受哪些力的作用？分析这些力是否做功？小滑块在运动过程中机械能是否守恒？
根据研究平抛运动的思想方法，可以将该运动螺旋线运动分解为两个分运动：平行于水平面的分运动：匀速圆周运动如上俯视平面图所示；竖直方向的分运动为另一种基本运动。
问题：说明分运动的线速度和的关系；
问题：描述竖直方向上的分运动是什么运动？
问题：求小滑块在柱体壁上旋转一周所用的时间；
问题：求小滑块到达点时的速度大小。

答案和解析 1.【答案】 【解析】解：、根据广义相对论，物质的引力会使光线弯曲，引力越强，弯曲越厉害，经过太阳周边的光线弯曲的原因是引力引起的，广义相对论可以解释引力红移现象，故A错误，D正确；
B、爱因斯坦是狭义相对论和广义相对论的创立者，故B错误；
C、引力场越强的位置，时间进程越慢，故C错误。
故选：。
广义相对论告诉我们：在非球对称的物质分布情况下，物质运动，或物质体系的质量分布发生变化时，会产生引力波．在宇宙中，有时就会出现如致密星体碰撞并合这样极其剧烈的天体物理过程．过程中的大质量天体剧烈运动扰动着周围的时空，扭曲时空的波动也在这个过程中以光速向外传播出去．因此引力波的本质就是时空曲率的波动，也可以唯美地称之为时空的“涟漪”同时，光线受到强引力的作用也会发生弯曲．
对于广义相对论与狭义相对论的知识，沪课版的教材提到的比较多一些，而人教版的教材提到的比较少，而且对该知识点的要求也不一样，选择该类题目要慎重．
 2.【答案】 【解析】解：、电场强度由比值定义法求得，，但电场强度是电场本身的一种性质，和试探电荷及电场力无关，故A错误；
B、由的分析，B正确；
C、电场中的场强方向是正电荷在该点的受力方向，负电荷受力沿电场的反方向，故C错误；
D、公式是定义式，适用于任意电场，而只能适用于真空中的点电荷，故D错误；
故选B．
为了描述电场力的性质，我们引入了电场强度；在定义电场强度时我们采用了比值定义法，但应注意，电场强度是由电场本身决定的性质，和电场力等无关；
电场的方向我们规定为正电荷在电场中受力的方向．
本题考查对电场强度的理解，要注意比值定义法的应用；可以由力及电荷量的比值定义，但场强是由电场本身所决定的性质，与有没有检验电荷无关．
 3.【答案】 【解析】解：根据公式可知，相对于观察者的速度越大，其上的时间进程越慢，放在地面上，在地面上的人看来，钟没有变化。
、两钟放在两个火箭上，根据爱因斯坦相对论可知，、变慢，由于，钟比钟更慢，所以钟最快，钟最慢，故ACD错误，B正确。
故选：。
狭义相对论有两个显著的效应，即钟慢和尺缩。可以通俗的理解为：运动的钟比静止的钟走得慢，而且，运动速度越快，钟走的越慢，接近光速时，钟就几乎停止了；在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短，这就是所谓的尺缩效应，当速度接近光速时，尺子缩成一个点。
记住并理解狭义相对论的基本假设和几个基本结论是解决此题的关键，掌握时间的相对性的公式即可。
 4.【答案】 【解析】解：甲演员在图中“赤道”平面做匀速圆周运动，充当向心力的是指向轨迹圆圆心的力，此时甲演员车子和人整体做匀速圆周运动，在竖直方向上受重力和摩擦力，在水平方向上受球壳对车的弹力，靠弹力提供向心力，故ACD错误；B正确。
故选：。
物体做匀速圆周运动时，其向心力由合力来提供，且指向轨迹圆的圆心。
本题考查做匀速圆周运动的问题，向心力的来源问题。抓住合力提供向心力这一条件即可。
 5.【答案】 【解析】解：、手榴弹在空中的运动可视为平抛运动，在竖直方向的分运动为自由落体运动，有可知战士在同一位置先后投出甲、乙两颗手榴弹，故相等，故甲乙在空中运动的时间相等，故A错误；
B、手榴弹在水平方向做匀速直线运动，根据可知，甲的初速度大于乙的初速度，在抛出过程中，根据动能定理可知可知，战士对甲手榴弹做功多，故B错误；
C、手榴弹在空中的运动可视为平抛运动，在竖直方向的分运动为自由落体运动，设落地前瞬间手榴弹竖直分速度为，有，此时重力的功率为
由题意相等，故重力的功率相等，故C正确；
D、手榴弹在空中的运动可视为平抛运动，在运动过程中只有重力做功，故手榴弹的机械能守恒，机械能变化为零，故D错误；
故选：。
根据平抛运动的竖直分运动为自由落体运动，利用自由落体运动的运动规律可以判断时间关系；根据平抛运动的竖直分运动为自由落体运动，利用自由落体运动的运动规律求出竖直末速度，结合瞬时功率表达式可以判断重力的功率；根据机械能守恒的条件，手榴弹在运动过程中机械能守恒。
在平常学习中，要注意总结几种常用的功能关系，如重力做功与重力势能变化关系，合外力做功与动能变化关系，除重力以外的其他力做功与机械能变化关系等。
 6.【答案】 【解析】解：、研究行星绕太阳做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力，列出等式：
，知道行星的运动轨道半径和周期，再利用万有引力常量，通过前面的表达式只能算出太阳的质量，也就是中心体的质量，无法求出行星的质量，也就是环绕体的质量．故A错误；
B、通过以上分析知道可以求出太阳的质量，故B正确；
C、本题不知道行星的质量和体积，也就无法知道该行星的平均密度，故C错误．
D、本题不知道太阳的体积，也就不知道太阳的平均密度，故D错误．
故选：．
研究行星绕太阳做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力，列出等式求出中心体的质量．
研究天体运动，运用万有引力提供向心力只能求出中心体的质量．
 7.【答案】 【解析】【分析】
根据物体的受力情况，结合力和位移的夹角判断正功或负功。
本题要注意明确小球和物块的受力以及运动的方向。

【解答】
小球所受重力、支持力和物块所受压力方向如图所示。

A、小球滑至底端的过程中，小球的重力对小球做正功，故A错误。
、物块对小球的支持力与小球位移夹角大于，所以支持力做负功，故B错误，C正确。
D、小球对物块的压力与物块的位移夹角小于，小球对物块的压力做正功，故D错误。
故选：。  8.【答案】 【解析】解：速度图象的斜率增大，则知从运动到过程中带电粒子的加速度增大，根据牛顿第二定律说明电场力增大，由知，所以由运动到，场强增大，所以，电场方向从指向；故B正确。
故选：。
根据速度图象得出带电粒子的加速度越来越大，根据牛顿第二定律说明电场力越来越大，再根据电场强度的定义分析判断．
题根据图象考查对电场的认识，要求学生能从图象中找出加速度的大小及速度的变化，再应用动能定理及牛顿第二定律进行分析判断；同时还需注意，电势能是由电荷及电场共同决定的，故不能忽视了电荷的极性．
 9.【答案】 【解析】【分析】
、根据功率和牵引力的关系，求出动车受到的阻力；利用牛顿第二定律求出当动车的速度为时的加速度大小；
C、利用动能定理，结合题意判断动车牵引力做的功；
D、结合题意，利用题中信息不能估算京张铁路的全长。
在处理机车问题时，要注意当机车的速度达到最大时，机车受到的牵引力和阻力大小相等；另外要注意机车的功率即牵引力的功率。
【解答】
、当动车达到最大速度时，动车受到牵引力等于受到的阻力，根据功率和牵引力的关系可知，有，故行驶过程中动车受到的阻力大小为；
当动车的速度为时，动车受到的牵引力为，则有，根据牛顿第二定律可得

联立整理可得
故A错误，B正确；
C、从启动到速度为的过程中，对动车利用动能定理，可得

故动车牵引力所做的功为
其中表示该过程中克服阻力做的功，故C错误；
D、由题目信息只知道最高时速，无法估计平均速度，故不可估算京张铁路的全长，故D错误。
故选：。  10.【答案】 【解析】解：、根据可得：，所以能够求出小球下落的时间，故A不符合题意；
B、小球在水平方向的位移为：，结合联立解得：，所以能够得到小球运动的轨迹方程，故B不符合题意；
C、根据题中的条件，无法得到小球的质量，故C符合题意；
D、小球释放点与落地点之间的水平距离为：，所以能够得到小球释放点与落地点之间的水平距离，故D不符合题意。
本题选不能求出的物理量，故选：。
已知小球做平抛运动的初速度、下落的高度，根据平抛运动的规律分析能够求解的物理量。
本题主要是考查了平抛运动规律的应用，知道平抛运动可以分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动，能够根据平抛运动的规律结合运动学公式解答。
 11.【答案】 【解析】解：、旋转过程中，游客和座椅受到重力、拉力作用，向心力是重力和拉力的合力。故A正确；
B、根据可知，转动的角速度相同，坐在外侧的游客旋转的半径较大，线速度更大。故B正确；
、“飞椅”转动的角速度越大，其做圆周运动所需的向心力越大，向心力由重力与拉力的合力提供，则钢绳上的拉力变大，钢绳与竖直方向的夹角变大，旋转半径越大。
故CD错误。

故选：。
首先判断“飞椅”向心力的来源，然后分析转动角速度越大，向心力越大，钢绳与竖直方向夹角越大，半径越大。最后根据判断线速度与角速度的关系。
本题考查匀速圆周运动模型，解题关键是向心力的来源及向心力变化时对应的相关物理量的变化情况。属于中等难度的题目。
 12.【答案】 【解析】【分析】
滑雪运动员的速率不变做匀速圆周运动，加速度不为零，运动员所受合外力大小不为，对运动员进行受力分析，结合受力的特点分析摩擦力的变化。摩擦力做功运动员的机械能减小
本题抓住运动员做的是匀速圆周运动，速率不变，而速度、加速度、合外力是变化的。
【解答】
A.滑雪运动员的速率不变，而速度方向是变化的，速度是变化的，运动员的加速度不为零，由牛顿第二定律可知，运动员所受合外力始终不为零，故A错误；
B.运动员下滑过程中受到重力、滑道的支持力与滑动摩擦力，由图可知，运动员从到的过程中，滑道与水平方向之间的夹角逐渐减小，则重力沿斜面向下的分力逐渐减小，运动员的速率不变，则运动员沿滑道方向的合外力始终等于，所以滑动摩擦力也逐渐减小，故B错误；
C.滑雪运动员的速率不变则动能不变，由动能定理可知，合外力对运动员做功为，故C正确；
D.运动员从到下滑过程中的动能不变而重力势能减小，所以机械能减小，故D错误。
故选C。  13.【答案】  电场 【解析】解：接触前库仑力
接触后分开，两小球的电荷量先中和再平分，则电荷量都为，则库仑力
A、两金属球是通过电场传递这种相互作用的。
故答案为：，电场。
两个小球接触后分开，电荷先中和再平分，根据库仑定律相互作用力．
本题主要考查了库仑定律和电荷守恒定律，解决本题的关键掌握接触带电的原则，先中和再平分．以及掌握库仑定律即可。
 14.【答案】  【解析】解：车辆上坡过程重力和摩擦力均做负功，设车辆克服摩擦力做功为，对车辆到的过程运用动能定理得：

解得；
根据功能关系可知，克服摩擦力做的功等于机械能的损失，即。
故答案为：；。
分析车辆受力情况，对车辆从到的过程，运用动能定理列式求出车辆从运动到的过程中克服摩擦力做的功；根据功能关系分析机械能的损失。
本题考查了功能关系和动能定理的基本运用，运用动能定理解题，关键确定研究的过程，分析过程中有哪些力做功，然后根据动能定理列式求解。
 15.【答案】  【解析】解：仪器显示宇航员对座舱的压力等于他体重的倍，由牛顿第三定律可知宇航员受到的支持力，
那么宇航员受到的合外力，故此时飞船的加速度大小；
地球表面，物体重力即万有引力，所以，，所以，；
飞船沿圆形轨道环绕地球运行，万有引力做向心力，所以有，
解得飞船离地面的高度。
故答案为：；。
根据宇航员受力，由牛顿第二定律求得加速度；根据飞船做圆周运动时，万有引力做向心力，求得高度。
本题主要是考查了万有引力定律及其应用；解答此类题目一般要把握两条线：一是在星球表面，忽略星球自转的情况下，万有引力等于重力；二是根据万有引力提供向心力列方程进行解答。
 16.【答案】  水平向西 【解析】解：负电荷受到的电场力方向水平向东，则该点的电场强度方向水平向西；
该点电场强度大小为：。
故答案为：；水平向西。
电场强度方向与放在该点的负电荷所受的电场力方向相反．由求出电场强度大小。
本题主要理解并掌握电场强度的定义式，并理解电场强度的物理意义：反映电场本身的特性，与试探电荷无关。
 17.【答案】   【解析】解：设重力势能为，则由题意可知，动能为：；
设地面为零势能面；由机械能守恒定律可得：
；
解得：；；
解得：；
下落的时间为：
故答案为：，
物体只受重力作用，故机械能守恒，由机械能守恒定律列式即可求得小球离地高度及小球的速度，即可判断出时间．
本题考查机械能守恒定律的应用，关键在于明确题意，能正确解方程组求出待求量．
 18.【答案】：  ： 【解析】解：设距地面的高度为，剪断轻绳后，做自由落体运动，沿斜面向下做匀加速运动，故对可知，，解得，下落时间，对，沿斜面下滑的加速度为，落地时获得的速度，故：：；由于在运动过程中，只受到重力作用，故机械能守恒，故E：：
故答案为：：；：
根据受力分析判断出的运动，利用运动学公式求得各自的速度，由于在运动过程中只受到重力作用，故机械能守恒
本题主要考查了物体在只有重力作用下的机械能守恒，利用运动学公式判断出速度
 19.【答案】拉力做的功为：

重力做的功为：

拉力做的功为：

由动能定理得：

代入数据解得：

故此过程中水平恒力、重力、绳拉力分别做的功为，，，小球在点的速度大小为。
因为缓慢移到点，则小球动能变化为，设拉力做的功为，则有

即
故水平拉力做的功为。
答：此过程中水平恒力、重力、绳拉力分别做的功为，，；
               小球在点的速度大小为。
        水平拉力做的功为。 【解析】拉力做功的表达式由动能定理求小球在点的速度；
小球在缓慢拉动过程中，动能不变拉力做正功，重力做负功，用动能定理求解；
本题考查力的做功，恒力做功用求解，变力做功用动能定理求解。
 20.【答案】解：小滑块在运动过程中只受到支持力和重力的作用。重力做功；支持力的方向始终和速度的方向垂直，所以不做功。该运动中只有重力做功，所以小滑块机械能守恒。
匀速圆周运动的线速度和初速度大小相等。
竖直方向上的分运动是自由落体运动。
小滑块旋转一周所用的时间即为匀速圆周运动的时间周期：
在小滑块从点旋转到点的运动过程中：
根据动能定理有

小滑块旋转到点时的速度大小
答：小滑块在运动过程中只受到支持力和重力的作用。重力做功；支持力的方向始终和速度的方向垂直，所以不做功。该运动中只有重力做功，所以小滑块机械能守恒。
匀速圆周运动的线速度和初速度大小相等。
竖直方向上的分运动是自由落体运动。
小滑块在柱体壁上旋转一周所用的时间为；
小滑块到达点时的速度大小为。 【解析】当只有重力做功时滑块机械能守恒；
根据运动的分解可知水平方向为匀速圆周运动，竖直方向为自由落体运动；
根据运动的分解求得时间，根据动能定理可求末速度。
本题考查运动的分解问题，注意运动的分解中各分运动的运动时间相等是解决本题的关键。