2023-2024学年河北省河北名校联盟高一（下）期末物理试卷（含详细答案解析）

这是一份2023-2024学年河北省河北名校联盟高一（下）期末物理试卷（含详细答案解析），共13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.下列说法正确的是( )
A. 电荷量是不能连续变化的物理量
B. 只要带电体的电荷量足够小，该带电体就可以视为点电荷
C. 电场线总是从负电荷或无限远出发，终止于无限远或负电荷
D. 当一个带电体靠近导体时，导体靠近带电体的一端带同种电荷
2.我国古人最早发现了尖端放电现象，并将其用于生产生活，避雷针就利用了尖端放电现象。避雷针上方有雷雨云时，避雷针附近的电场线分布如图所示，图中中央的竖直黑线AB表示避雷针，CD为水平地面。在M、N、P、Q四点中，电场强度最大的是()
A. M点B. N点C. P点D. Q点
3.两位同学穿着旱冰鞋，面对面站立不动，互推后均向相反的方向运动。不计摩擦阻力，下列说法正确的是( )
A. 互推过程中两同学的总机械能守恒
B. 互推过程中两同学所受合力的冲量大小相等
C. 互推过程中两同学的总动量增大
D. 分离时质量大的同学速度大
4.停高空球是足球运动中的一项基本技能。某次足球比赛中，足球(视为质点)从5m高处由静止开始竖直落下，将要落地时被运动员稳稳停在脚背上。已知足球的质量为0.4kg，取重力加速度大小g=10m/s2，不计空气阻力，则运动员停球过程中对足球做的功为()
A. 10JB. −10JC. 20JD. −20J
5.如图所示，小球从平台边缘以大小为v的速度水平飞出。若不计空气阻力，则关于小球落地之前的运动，下列说法正确的是()
A. 竖直墙面上垂直投影的运动是匀速运动B. 竖直墙面上垂直投影的运动是匀加速运动
C. 水平地面上垂直投影的运动速度大于vD. 水平地面上垂直投影的运动速度小于v
6.甲、乙两滑块的质量分别为2m和m，它们以相同的速率v在光滑水平面上相向运动并发生碰撞。若碰撞后两滑块黏合在一起，则碰撞过程中系统损失的机械能为( )
A. 43mv2B. mv2C. 23mv2D. 12mv2
7.如图所示，O为固定半圆轨道的最低点，O点与半圆轨道圆心的连线竖直，将一小球从轨道左端最高点由静止释放，小球运动到右侧P点时的速度为零，M、N两点等高。下列说法正确的是( )
A. 小球在P点时的加速度为零
B. 小球在O点时的速度最大
C. 小球在M、N两点时的动能相等
D. 小球从M点运动到O点的时间比小球从O点运动到N点的时间短
8.关于如图所示的四种圆周运动模型，下列说法正确的是()
A. 如图甲所示，汽车安全通过拱桥最高点时，车对桥面的压力小于车受到的重力
B. 如图乙所示，在水平面内做匀速圆周运动的小球，受重力、拉力和向心力
C. 如图丙所示，某同学用一次性杯子做的“水流星”，杯子恰好过最高点的速度为零
D. 如图丁所示，火车以某速度经过外轨高于内轨的弯道时，车轮可能对内外轨均无侧向压力
二、多选题：本大题共2小题，共12分。
9.一辆质量为1500kg的汽车在平直的公路上以某一初速度运动，运动过程中输出功率保持不变，其加速度a随速度的倒数1v的变化规律如图所示，汽车受到的阻力恒定。取重力加速度大小g=10m/s2。下列说法正确的是( )
A. 汽车的输出功率为20kWB. 汽车行驶的最大速度为20m/s
C. 汽车受到的阻力大小为1000ND. 无法求出汽车行驶的初速度大小
10.绝缘水平面内某处隐藏一带电体(视为点电荷)，如图所示，将电荷量为q的正试探电荷放在O点时，试探电荷所受静电力的大小为4F、方向向右(沿x轴正方向)，将试探电荷向右移动至到O点距离为d的A点时，试探电荷所受静电力的大小为F、方向向右。静电力常量为k，不考虑其他电场的影响。下列说法正确的是()
A. 带电体带负电B. O点的电场强度大于A点的电场强度
C. 带电体在A点右侧到A点距离为d的位置D. 带电体的电荷量为4Fd2kq
三、实验题：本大题共2小题，共16分。
11.某同学用如图所示的装置验证动量守恒定律。将斜槽轨道固定在水平桌面上，轨道末端水平，右侧端点在水平木板上的投影为O，木板上叠放着白纸和复写纸。实验时先将小球a从斜槽轨道上Q处由静止释放，a从轨道右端水平飞出后落在木板上；重复多次，测出a落点的平均位置P与O点的距离xP，将与a半径相等的小球b置于轨道右侧端点，再将a从Q处由静止释放，两球碰撞后均落在木板上；重复多次，分别测出a、b落点的平均位置M、N与O点的距离xM、xN。已测得a的质量是b的质量的kk>1倍。
(1)斜槽是否光滑对实验结果___(填“有”或“无”)影响。
(2)实验中，用小球落点与O点的距离来代替小球水平飞出时的速度，依据是___。
(3)若在实验误差范围内满足关系式___(用xP、xM、xN和k表示)，则验证了两小球在碰撞中满足动量守恒定律。
12.回答以下关于“验证机械能守恒定律”实验的相关问题。打点计时器的工作频率为50Hz。
(1)下列四幅图是实验时释放纸带前的瞬间状态图，其中重物和手的位置合理的是__________。
A. B.
C. D.
(2)某次打出的一条较理想的纸带如图所示，其中O点为打点计时器打下的第一个点，A、B、C为三个计数点，在计数点A和B、B和C之间还各有一个计时点，A、B、C三点到O点的距离均已在图中标出。已知重物的质量为1.00kg，取重力加速度大小g=9.80m/s2，则在打点计时器打下O点到打点计时器打下B点的过程中，重物重力势能的减少量ΔEp=_________J，重物动能的增加量ΔEk=_________J。(结果均保留三位有效数字)
四、计算题：本大题共3小题，共38分。
13.如图所示，用长度为L的轻质绝缘细绳系住质量为m的带电小球(视为质点)，并将带电小球悬挂于电场强度为E的匀强电场中，带电小球静止时，细绳向左偏离竖直方向的角度为θ。重力加速度大小为g，不计空气阻力。
(1)判断小球的电性(不用说明理由)；
(2)求小球所带的电荷量q；
(3)若撤去电场，求小球到达最低点时的速度大小v。
14.2024年5月3日，嫦娥六号探测器成功发射，于6月2日成功着陆在月球背面南极-艾特肯盆地预选着陆区。假设某宇航员登月后，在月球表面完成下面的实验：在竖直固定光滑圆轨道内部最低点静置一可视为质点的小球，如图所示，当给小球一瞬时冲量时，小球恰好能在竖直平面内做完整的圆周运动，且通过圆轨道最高点时的速度大小为v。已知小球的质量为m，月球的半径为R，圆轨道的半径为r，求：
(1)月球的重力加速度大小g；
(2)月球的第一宇宙速度v1；
(3)该瞬时冲量的大小I。
15.如图所示，圆心角θ=53∘的弧形槽竖直静置于足够大的水平面上，圆弧AB与水平面相切于底端B点，弧形槽的右方固定一竖直弹性挡板。锁定弧形槽后，将一小球(视为质点)从P点以大小v0=6m/s的初速度水平向右抛出，小球恰好从顶端A点沿切线方向进入弧形槽。已知小球的质量m=0.5kg，圆弧AB的半径R=1m，取重力加速度大小g=10m/s2，sin53∘=0.8，cs53∘=0.6，不计一切摩擦，不计空气阻力，小球与挡板碰撞过程中无机械能损失。
(1)求P、A两点间的高度差h和水平距离x；
(2)求小球通过B点时对弧形槽的压力大小N；
(3)若其他情况不变，仅将弧形槽解锁，结果小球与挡板碰撞并反弹后恰好不会滑上弧形槽，求弧形槽的质量m′(结果可保留分号)。
答案和解析
1.【答案】A
【解析】A.任何电荷所带的电量只能是元电荷的整数倍，则电荷量是不能连续变化的物理量，选项A正确；
B.带电体看作点电荷的条件是带电体的大小及带电量对所研究的问题有无影响。带电体的电荷量足够小，也不一定将该带电体视为点电荷，选项B错误；
C.电场线总是从正电荷或无限远出发，终止于无限远或负电荷，选项C错误；
D.当一个带电体靠近导体时，导体靠近带电体的一端带异种电荷，选项D错误。
故选A。
2.【答案】B
【解析】电场线越密集，电场强度越大，在M、N、P、Q四点中，电场强度最大的是N点。
故选B。
3.B
【详解】A.互推过程中两同学对对方都做正功，则总机械能增加，故A错误；
B.互推过程中两同学所受合力的冲量大小相等，方向相反，故B正确；
C.互推过程中两同学的系统受合外力为零，则总动量守恒，故C错误；
D.根据动量守恒
m1v1−m2v2=0
可知，分离时质量大的同学速度小，故D错误。
故选B。
3.【答案】B
【解析】A.互推过程中两同学对对方都做正功，则总机械能增加，故A错误；
B.互推过程中两同学所受合力的冲量大小相等，方向相反，故B正确；
C.互推过程中两同学的系统受合外力为零，则总动量守恒，故C错误；
D.根据动量守恒
m1v1−m2v2=0
可知，分离时质量大的同学速度小，故D错误。
故选B。
4.【答案】D
【解析】根据动能定理
mgh+W=0−0
得运动员停球过程中对足球做的功
W=−mgh=−20J
故选D。
5.【答案】B
【解析】AB.小球做平抛运动，竖直方向做自由落体运动，竖直墙面上垂直投影的运动是匀加速运动，故A错误，B正确；
CD.小球做平抛运动，水平方向做匀速直线运动，水平地面上垂直投影的运动速度等于v，故CD错误。
故选B。
6.【答案】A
【解析】碰撞前后动量守恒，则
2mv−mv=(2m+m)v′
解得
v′=v3
碰撞过程中系统损失的机械能为
ΔE=12×2mv2+12mv2−12×(2m+m)v′2=43mv2
故选A。
7.【答案】D
【解析】A.小球在P点时加速度不等于零，加速度沿着切线向下，A错误；
B.小球在O点左侧某点时受到重力、支持力、摩擦力作用，这三个力的合力为零，小球在该点速度最大，B错误；
C.小球从M点运动到N点的过程中，摩擦力做负功，机械能减少，小球在N点的机械能小于在M点的机械能；又因为M、N两点等高，重力势能相等，所以小球在M时的动能大于在N点时的动能，C错误；
D.因为小球小球在M时的动能大于在N点时的动能，所以
vM>vN
由此可知，在任意水平线上的两点E、F
vE>vF
左侧比右侧快，小球从M点运动到O点的时间比小球从O点运动到N点的时间短，D正确。
故选D。
8.【答案】D
【解析】A.如图甲所示，汽车安全通过拱桥最高点时，根据牛顿第二定律有
mg−FN=mv2r
可得桥面对车的支持力小于车受到的重力，根据牛顿第三定律，车对桥面的压力小于车受到的重力，故A正确；
B.如图乙所示，在水平面内做匀速圆周运动的小球，受重力、拉力的作用，重力、拉力的合力提供向心力，故B错误；
C.如图丙所示，某同学用一次性杯子做的“水流星”，杯子恰好过最高点，重力提供向心力
mg=mv2r
得
v= gr >0
故C错误；
D.火车以规定速度经过外轨高于内轨的弯道，向心力由火车所受重力和支持力的合力提供，此时车轮对内外轨均无侧向压力，故D正确。
故选D。
9.【答案】BD
【解析】根据
a=F−fm=Pv−fm=Pm⋅1v−fm
由图像可知
Pm=10.05=20
fm=1
可得汽车的输出功率和阻力为
P=20×1500W=30kW
f=1500N
则最大速度
vm=Pf=300001500m/s=20m/s
根据题中条件无法求出汽车行驶的初速度大小。
故选BD。
10.【答案】BD
【解析】AC.由于试探电荷(带正电)在O、A两点所受静电力方向均向右，且试探电荷在A点所受静电力小于它在O点所受静电力，因此带电体带正电，且在O点的左侧，故AC错误；
B.O点距离带电体较近，则O点的电场强度大于A点的电场强度，故B正确；
D.设带电体的电荷量为Q，带电体到A点的距离为s，根据库仑定律有
4F=kQqs2
F=kQq(s+d)2
解得
Q=4Fd2kq
故D正确。
故选BD。
11.【答案】(1)无
(2)小球离开斜槽末端后做平抛运动，下落的高度相同，下落时间相同，水平方向做匀速直线运动，因此小球水平飞出时的速度与其平抛运动的水平位移成正比
(3)kxP=kxM+xN

【解析】(1)斜槽是否光滑对实验结果无影响，只要小球到达底端时速度相同即可。
(2)小球离开斜槽末端后做平抛运动，下落的高度相同，则下落时间相同，水平方向做匀速直线运动，因此小球水平飞出时的速度与其平抛运动的水平位移成正比，则可以用小球落点与O点的距离来代替小球水平飞出时的速度。
(3)要验证的关系式
mav0=mav1+mbv2
两边乘以t可得
mav0t=mav1t+mbv2t
即
maxP=maxM+mbxN
因
ma=kmb
可得
kxP=kxM+xN
12.【答案】(1)C
(2)

【解析】(1)为了减小实验误差，释放前必须保持提起的纸带处于竖直位置，并且使重物靠近打点计时器，故合理的位置应为C图。
故选C。
(2)[1][2]在打点计时器打下O点到打点计时器打下B点的过程中，重物重力势能的减少量
ΔEp=mghOB=1×9.8×19.41×10−2J=1.90J
相邻两计数点间的时间间隔
T=2×1f=2×150s=0.04s
打点计时器打下B点速度
v=xAC2T=27.94−12.412×0.04×10−2m/s=1.94m/s
重物动能的增加量
ΔEk=12mv2=12×1×1.942J=1.88J
13.【答案】(1)小球带负电；(2)q=mgtanθE ；(3)v= 2gL1−csθ
【解析】(1)小球受电场力方向与场强方向相反，可知小球带负电。
(2)根据物体的平衡条件有
qEmg=tanθ
解得
q=mgtanθE
(3)根据动能定理有
mgL1−csθ=12mv2−0
解得
v= 2gL1−csθ
14.【答案】(1)小球恰好能在竖直平面内做完整的圆周运动，有
mg=mv2r
解得
g=v2r
(2)根据万有引力提供向心力
GMmR2=mv12R
根据万有引力与重力的关系
GMmR2=mg
联立可得
v1= gR=v Rr
(3)设小球在圆轨道最低点时的速度大小为 v0 ，对小球从最低点运动到最高点的过程，根据动能定理有
−mg⋅2r=12mv2−12mv02
解得
v0= 5v
根据动量定理有
I=mv0
解得
I= 5mv0

【解析】详细解答和解析过程见【答案】
15.【答案】(1)小球从P点运动到A点的过程中做平抛运动，设该过程所用的时间为t，有
h=12gt2
x=v0t
经分析可知
gt=v0tanθ
解得
h=3.2m ， x=4.8m
(2)设小球通过B点时的速度大小为 vB ，根据机械能守恒定律有
mgh+R−Rcsθ+12mv02=12mvB2
设小球通过B点时所受弧形槽的支持力大小为 N′ ，有
N′−mg=mvB2R
根据牛顿第三定律有
N=N′
解得
N=59N
(3)经分析可知，当小球通过B点时，小球和弧形槽的速度大小相等、方向相反，在小球沿圆弧AB运动的过程中，小球与弧形槽组成的系统水平方向动量守恒，设当小球通过B点时，小球的速度大小为v，有
mv0=mv−m′v
对该过程，根据机械能守恒定律有
mgh+R−Rcsθ+12mv02=12mv2+12m′v2
解得
m′=16kg

【解析】详细解答和解析过程见【答案】