2023-2024学年山西省长治市上党联盟高一（下）期末物理试卷（含详细答案解析）

这是一份2023-2024学年山西省长治市上党联盟高一（下）期末物理试卷（含详细答案解析），共15页。试卷主要包含了单选题，多选题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。

1.下列关于生活中的一些静电现象的解释及物理学史的说法正确的是( )
A. 燃气灶的电子点火器点火主要应用了摩擦起电的原理
B. 一些导线内部的导体线芯用一层金属编织网包裹着是利用静电屏蔽的原理降低干扰
C. 元电荷e的数值为1.6×10−19C，最早由英国物理学家密立根通过实验测量得出
D. 牛顿开创了实验与逻辑推理相结合的研究方法，并用这种方法研究了力与运动的关系
2.在一场公路自行车比赛中，一名运动员正减速向左转通过一转弯处，则下列关于该运动员此刻的运动的加速度与速度的矢量关系图可能正确的是( )
A. B. C. D.
3.一固定在水平面上的磁吸式车载手机支架，现牢牢吸住一部手机，手机屏幕正对司机，角度如图所示，始终保持相对静止.则该车在水平路面上匀速直线运动时( )
A. 手机所受重力做正功B. 手机所受的支持力不做功
C. 手机所受摩擦力方向一定沿支架平面向上D. 手机有可能只受三个力作用
4.如图所示为甲、乙两车(均可视为质点)在平直公路上沿两平行车道同向行驶的v−t图像.已知t=0时甲车在乙车前面24m处，在t=6s时两车恰好相遇.则图中v2与v1之差等于( )
A. 16m/sB. 14m/sC. 12m/sD. 10m/s
5.如下图所示，真空中固定一正点电荷+Q，在其附近适当位置由静止释放一带正电的试探电荷+q。将试探电荷到正点电荷间的距离记为r，试探电荷所受静电力记为F，则下列四幅图像中可能正确的是( )
A. B. C. D.
6.2024年6月2日上午6时23分，嫦娥六号着陆器和上升器组合体在鹊桥二号中继星支持下，成功着陆在月球背面的南极-艾特肯盆地.鹊桥二号中继星于4月2日按计划进入周期为24小时环月椭圆“使命轨道”，为嫦娥六号在月球背面进行月球样品采集任务提供通讯支持，如图所示，此次任务完成后，鹊桥二号择机在 P点调整至12小时环月椭圆轨道，为后续月球探测任务提供服务.则下列说法正确的是( )
A. 图中椭圆轨道Ⅱ为“使命轨道”
B. 鹊桥二号由“使命轨道”调整到12小时环月椭圆轨道，需在P点加速
C. 鹊桥二号在轨道Ⅰ上经过P点的加速度比在轨道Ⅱ上经过P点的加速度大
D. 椭圆轨道Ⅰ的半长轴与椭圆轨道Ⅱ的半长轴之比为34:1
7.如图甲所示是公园里常见的一种叫作“椭圆机”的健身器材，深受人们的喜爱。每边由O1O3、O3O4、O4O2三根连杆以及连杆O3O4上的踏板P组成。锻炼者的脚放到踏板P上，双手握住手柄，可通过手脚一起发力驱动装置转动起来，如图乙所示为“椭圆机”某一时刻所处状态，连杆O3O4与地面平行且与连杆O1O3的夹角为α。该时刻连杆O2O4沿着竖直方向，正在顺时针转动，已知连杆O1O3的长度为l1，O2O4的长度为l2且其绕O2转动的角速度为ω，则此时连杆O1O3绕O1转动的角速度为( )
A. ωB. l2ωl1C. l2ωsinαl1D. l2ωl1sinα
二、多选题：本大题共3小题，共18分。
8.如图所示，虚线a、b、c为某电场中的三条电场线，实线为一带电粒子射入电场后，仅在电场力作用下通过该区域时的运动轨迹，P、Q是这条轨迹上的两点，则( )
A. 粒子可能带正电
B. 粒子一定带负电
C. 粒子在P点的加速度一定比在Q点的加速度大
D. 若在P点由静止释放一带电粒子，仅在电场力作用下的运动轨迹可能与电场线a重合
9.如图甲所示，铺设铁路时，弯道处的外轨会略高于内轨.现有一列火车以恒定速率v通过一弯道(视为水平圆周运动)，火车的轮缘恰好不对内、外轨道挤压.如图乙所示为转弯时一节车厢内，放在桌面上的水杯与火车保持相对静止，且杯内的水面与轨道所在平面平行，已知火车轨道所在平面与水平面间的夹角为θ，弯道的转弯半径为R，水杯与水的总质量为m，重力加速度为g.则下列说法正确的是( )
A. v= gRtanθB. v= gRtanθ
C. 水杯对桌面的静摩擦力大小为0D. 水杯对车厢侧壁的压力大小为0
10.将一木块(可视为质点)从距地面8m处由静止释放，其竖直下落过程中动能及机械能随木块下落高度h的变化如图所示，已知重力加速度g=10m/s2，则下列说法正确的是(以地面为重力势能为零的参考平面)( )
A. 图线Ⅰ表示木块机械能变化，图线Ⅱ表示木块动能变化
B. 木块的质量为0.5kg
C. 整个下落过程中，木块所受的合力做的功为15J
D. 木块落地前瞬间重力的瞬时功率为50W
三、实验题：本大题共2小题，共14分。
11.某物理兴趣小组用如图甲所示的装置做“探究平抛运动的特点”的实验：
(1)实验前，先将一张带有小方格的白纸和复写纸固定在装置的背板上，钢球落到倾斜的挡板上后，就会挤压复写纸，在白纸上留下印迹。上下调节挡板，通过多次实验，在白纸上记录钢球所经过的多个位置，取下白纸用平滑的曲线连接各点，从而得到小球做平抛运动的轨迹。下列给出的操作步骤中，该实验必需的是______(填字母序号)；
A.斜槽要尽可能光滑
B.每次实验钢球需要从同一位置由静止释放
C.每次实验，挡板需要下降相同的高度
D.背板必须竖直放置
(2)得到平抛运动的轨迹后，以抛出点为坐标原点O，建立平面直角坐标系，水平向右为x轴，竖直向下为y轴，如图乙所示。已知每个小方格的边长为L，已经在轨迹上确定了坐标为3L,2L的A点，若想得到小球水平方向运动的规律，需要再选取纵坐标为_____的B点，若B点的横坐标为_____，则能初步说明小球在水平方向的运动是匀速直线运动。
12.某同学用如图所示装置做“验证机械能守恒”的实验。半径均为R的光滑半圆轨道AB和光滑四分之一圆弧轨道CD固定在同一竖直面内，过CD部分最高点D的切线水平，A、C、B在同一水平面上，在D点固定一个力传感器，D点在水平地面的投影为O，从A点正上方足够高的P点处由静止释放一个小球，小球沿轨道运动到D点通过D点的力传感器可测得此时对轨道的压力F。(已知当地重力加速度为g，小球可视为质点)
(1)为了完成该实验，还需要测量____________(填选项前的字母序号)；
A.释放点P到A的高度h
B.小球的质量m
C.小球从P到D的运动时间t
(2)若满足关系式F=___________，则验证机械能守恒定律(用题中和所选的测量量的字母符号表示)；
(3)多次改变P到A的高度h，使小球始终能通过D，测得多组h和F的数据，以F为纵轴、h为横轴建立坐标系，作出F−h图像，若图像是一条倾斜直线，图像与纵轴的截距大小为___________，图像斜率为___________，则验证实验结论成立。
四、计算题：本大题共3小题，共40分。
13.如图所示，A、B、C为竖直平面内等边三角形的三个顶点，现在A、B点(A、B位于同一水平面上)分别固定等量异种点电荷。已知三角形边长为L，点电荷电荷量大小为q，静电力常量为k。
(1)求A、B两点电荷在C点处产生的电场强度E；
(2)若在C点处放一个质量为m= 3kq2gL2(g为重力加速度)、电荷量大小也为q的带负电小球(可视为点电荷)并能保持静止状态，可在三角形所在平面内加一匀强电场，求该匀强电场的电场强度E′。
14.如图所示，轨道由倾角为30∘的斜面和半径为R的半圆弧两部分连接组成，连接点M处有一轻质定滑轮，圆心O在斜面的延长线上，N为圆弧最低点且∠MON=60∘，斜面的底端固定一挡板P。物块B、C间由一轻质弹簧拴接置于斜面上(弹簧平行于斜面)，其中C紧靠在挡板P处，B用跨过滑轮的不可伸长的轻绳与小球A相连，开始时将小球A锁定在M处，此时轻绳与斜面平行，且恰好伸直但无张力，B、C处于静止状态。某时刻解锁小球A，当小球A沿圆弧运动到最低点N时(物块B未到达M点)，物块C对挡板的作用力恰好为0。已知小球A的质量为5m，物块B、C的质量均为2m，重力加速度为g，小球与物块均可视为质点，不计一切摩擦。求：
(1)弹簧的劲度系数k；
(2)小球到达N点时，物块A、B的速度大小。
15.如图所示，在竖直墙面的O点系一轻质无弹性的细线，它的另一端系一个可视为质点的小球，在O点正下方某位置的P点(图中未画出)固定一颗表面光滑、足够细的钉子。现将小球拉至A点，细线与水平面间夹角为30∘，且细线恰好绷直，由静止释放小球，使小球平行于竖直墙面向下运动，当细线碰到钉子后，小球以P点为圆心在竖直面内做圆周运动。已知细线长为L，小球质量为m，重力加速度为g，不计空气阻力，小球运动过程中未与墙面接触。
(1)求小球运动到O点正下方，细线与钉子碰前瞬间，小球的速度v的大小；
(2)求小球运动到O点正下方，细线与钉子碰前瞬间，细线上的拉力F的大小；
(3)若细线能承受的最大拉力为Fmax=10mg，要使小球能绕P点做完整的圆周运动，求P点到O点的距离范围。
答案和解析
1.【答案】B
【解析】A.燃气灶的电子点火器点火主要应用了尖端放电的原理，故A错误；
B.静电屏蔽能够避免外界电场的干扰，一些导线内部的导体线芯用一层金属编织网包裹着是利用静电屏蔽的原理降低干扰，故B正确；
C.元电荷e的数值为 1.6×10−19C ，最早由美国物理学家密立根通过实验测量得出，故C错误；
D.伽利略开创了实验与逻辑推理相结合的研究方法，并用这种方法研究了力与运动的关系，故D错误。
故选B。
2.【答案】B
【解析】曲线运动合外力指向轨迹凹侧，一名运动员正减速向左转通过一转弯处；
A.根据曲线运动规律可知，运动员减速向右侧转动，故A错误；
B.根据曲线运动规律可知，运动员减速向左侧转动，故B正确；
C.根据曲线运动规律可知，运动员加速向右侧转动，故C错误；
D.根据曲线运动规律可知，运动员加速向左侧转动，故D错误。
故选B。
3.【答案】C
【解析】【分析】
详细解答和解析过程见【答案】
【解答】
受力分析可知手机受重力、支持力、磁性吸引力、摩擦力，由于车匀速直线运动，由平衡条件可知摩擦力方向一定沿支架平面向上，故可知重力与速度方向始终垂直，则重力不做功，支持力与速度方向成钝角，则支持力做负功，磁性吸引力和摩擦力与速度方向成锐角，故都做正功，C正确，ABD错误。
4.【答案】C
【解析】【分析】
详细解答和解析过程见【答案】
【解答】
v−t图像的面积等于位移，两车相遇时的位移关系为8+v12×6+24=4+v22×6，解得v2−v1=12m/s，C正确，ABD错误.
5.【答案】A
【解析】根据库仑定律有 F=kQqr2 可知， F−1r2 图像为一条过原点的倾斜直线，其它图像均应为曲线。
故选A。
6.【答案】D
【解析】【分析】
详细解答和解析过程见【答案】
【解答】
AD、由开普勒第三定律a13T12=a23T22可知，半长轴大，周期大，则椭圆轨道Ⅰ为“使命轨道”，可得椭圆轨道Ⅰ的半长轴与椭圆轨道Ⅱ的半长轴之比为34:1，A错误，D正确;
BC、鹊桥二号由轨道I调整到轨道Ⅱ，由高轨道到低轨道，需在P点适当减速，P点到月球距离相等，则两轨道P点的加速度大小相等，BC错误.
7.【答案】D
【解析】连杆O1O3的长度为 l1 ， O2O4 的长度为 l2 则 O4 点的线速度
v=ωl2
则 O3 点的线速度沿 O3O4 方向的分量为
v1=v=ωl2
则
ω′⋅l1sinα=ωl2
该时刻连杆O1O3的角速度为
ω′=l2ωl1sinα
故选D。
8.【答案】AC
【解析】AB.根据曲线运动规律电场力方向指向轨迹内侧，若电场线方向从上到下，则粒子带负电；若电场线方向从下到上，则粒子带正电，故A正确，B错误；
C.在同一电场中，电场线越密集的地方电场强度越大，电场线越稀疏的地方电场强度越小，则可知 EP>EQ 。所以点电荷在P处所受的电场力大于在Q处所受的电场力，即 FP>FQ ，则该带电粒子在电场中P点处的加速度比Q点处大，故C正确；
D.电场线a为曲线，带电粒子在电场中仅受到电场力的方向不断变化，且力的方向沿电场线的切线方向。根据曲线运动的规律可知，物体运动的轨迹夹在合外力方向和速度方向之间，故在P点由静止释放一带电粒子，仅在电场力作用下的运动轨迹不可能与电场线a重合，故D错误。
故选AC。
9.【答案】ACD
【解析】【分析】
详细解答和解析过程见【答案】
【解答】
AB、根据牛顿第二定律可得mgtanθ=mv2R，解得v= gRtanθ，则A正确，B错误;
CD、水杯与火车保持相对静止，且水面平行轨道平面，所受重力与桌面的支持力的合力提供向心力，所以桌面对水杯的静摩擦力为零，对车厢侧壁的压力也为0，则CD正确.
10.【答案】BD
【解析】A.物块下落过程中，动能 Ek 增加，重力势能 Ep 减小，机械能 E机=Ek+Ep ，所以图线Ⅱ表示机械能 E机 的变化，Ⅰ表示动能 Ek 的变化，故A错误；
B.由题图可知物块在运动过程中受阻力作用，物块释放位置处
Ep=mgh=40J
物块下落的高度为8m，则物块质量
m=0.5kg
故B正确；
C.根据动能定理可知
Ep=Ek+Wf
解得
Wf=40J−25J=15J
则整个下落过程中，木块所受的合力做的功为
W合=WG−Wf=40J−15J=25J
故C错误；
D.根据
Ek=12mv2=25J
解得
v=10m/s
则木块落地前瞬间重力的瞬时功率为
P=mgv=50W
故D正确。
故选BD。
11.【答案】(1)BD
(2)12L4L

【解析】(1)A.钢球每次均从斜槽同一位置静止释放，钢球克服阻力做功相同，钢球飞出斜槽的初速度大小相同，即斜槽的摩擦对实验没有影响，可知斜槽不需要尽可能光滑，故A错误；
B.为了确保小球飞出斜槽的初速度大小相同，每次实验钢球需要从同一位置由静止释放，故B正确；
C.实验中通过上下调节挡板，多次实验，在白纸上记录钢球所经过的多个位置，从而得到小球做平抛运动的轨迹，每次实验中，挡板并不需要下降相同的高度，故C错误；
D.平抛运动轨迹位于竖直平面内，为了准确描绘出钢球平抛运动的轨迹，背板必须竖直放置，故D正确。
故选BD。
(2)[1]平抛运动竖直方向为自由落体运动，自由落体运动初速度为0，相邻相等时间间隔内的位移之比为奇数之比，则有
yA:yB−yA=1:3
解得
yB=12L
[2]平抛运动竖直方向为自由落体运动，水平方向为匀速直线运动，若A、B纵坐标为上述值，则两点横坐标关系有
xB−xA=xA
解得
xA=4L
12.【答案】(1)AB
(2)F=3mg−2mgR⋅h
(3)3mg −2mgR

【解析】(1)验证机械能守恒，则从P到D的过程中，重力势能和动能相互转换，则需测出从P到A的高度h，但由于需要求解F的大小进行研究，故需要测量质量，也不需要测量时间。
故选AB。
(2)假设从P到D的过程中机械能守恒，则
mg(h−R)=12mv2
在D点，根据牛顿第三定律可知压力大小等于支持力大小，根据牛顿第二定律可知
mg−F=mv2R
则
F=3mg−2mgR⋅h
(3)[1][2]根据上式 F=3mg−2mgR⋅h 可知图像与纵轴的截距大小为 3mg ，图像斜率为 k=−2mgR 。
13.【答案】(1)根据点电荷电场强度的表达式，A、B两点电荷在C点各自产生的电场强度大小相等，均为
E0=kqL2
根据电场强度叠加原理，则C点处产生的电场强度
E=E0=kqL2
方向水平向右。
(2)小球受到重力与点电荷对小球水平向左的电场力的合力为
F= qE2+mg2
解得
F=2kq2L2
令F与水平向左的电场力方向夹角为 θ ，则有
Fcsθ=qE
解得
θ=60∘
小球保持相对静止，则有
E′q=F
解得
E′=2kqL2
根据平衡条件可知，匀强电场对小球的作用力方向与F方向相反，小球带负电，则匀强电场方向斜向左下方，与水平方向夹角为 60∘ 。

【解析】详细解答和解析过程见【答案】
14.【答案】(1)解锁小球A之前，对B进行分析有
2mgsin30∘=kx1
小球A到达N点时，对C进行分析有
2mgsin30∘=kx2
根据几何关系有
x1+x2=R
解得
k=2mgR
(2)小球到达N点时，令物块A、B的速度大小分别为 v1 、 v2 ，则有
5mgR−Rcs60∘=2mgRsin30∘+12×5mv12+12×2mv22
根据速度分解有
v2=v1sin60∘
解得
v1= 6gR13 ， v2= 9gR26

【解析】详细解答和解析过程见【答案】
15.【答案】(1)令小球释放点A关于经过O点的水平线的对称点为B，小球从A到B过程做自由落体运动，则有
mg⋅2Lsin30∘=12mv02
解得
v0= 2gL
小球在B点的瞬间，绳绷紧，沿绳方向的分速度突变为0，垂直于绳的分速度为
v1=v0cs30∘
解得
v1= 6gL2
之后小球运动到O点正下方过程有
mgL−Lsin30∘=12mv2−12mv12
解得
v= 10gL2
(2)细线与钉子碰前瞬间，小球绕O点做圆周运动，则有
F−mg=mv2L
结合上述解得
F=3.5mg
(3)令P点到O点的距离为 x ，小球绕P点圆周运动的轨道半径为
R=L−x
小球能绕P点做完整的圆周运动，则小球需要顺利通过该圆周的最高点，当恰好通过最高点时，在最高点的速度最小，根据牛顿第二定律有
mg=mvmin2R
由最低点到最高点过程有
−mg2R=12mv22−12mv2
其中
v2≥vmin
在最低点，根据牛顿第二定律有
F1−mg=mv2R
其中
F1≤Fmax=10mg
解得
L2≤x≤13L18

【解析】详细解答和解析过程见【答案】