2021-2022学年江苏省南通市高一(下)期末质量监测物理试题含解析
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2021~2022学年(下)高一期末质量监测物理试卷
注意事项
考生在答题前请认真阅读本注意项及各题答题要求
1.本试卷共6页。包括单项选择题(第1题~第10题,共40分)、简答题(第11题~15题,共60分)。本次考试满分100分,考试时间为75分钟。考试结束后,请将答题卡交回。
2.答题前,请务必将自己的姓名、考试号等用书写黑色字迹的0.5毫米签字笔填写在答题卡上。
3.请认真核对答题卡表头规定填写或填涂的项目是否准确。
4.作答非选择题必须用书写黑色字迹的0.5毫米签字笔写在答题卡上的指定位置,在其它位置作答一律无效。作答选择题必须用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑,如需改动,请用橡皮擦干净后,再选涂其他答案。
一、单项选择题:共10题,每题4分,共40分,每题只有一个选项最符合题意。
1. 如图所示,a、b两带电小球质量都是m,a与悬点间用一根绝缘细线连接,系统处于静止状态,已知重力加速度为g,整个过程中不漏电。则( )
A. 绝缘细线的张力大小等于2mg B. a、b两球可能带同种电荷
C. a的电荷量一定大于b的电荷量 D. 剪断细线瞬时b球的加速度为g
【答案】A
【解析】
【详解】A.以a、b两带电小球整体作为研究对象,根据平衡条件可知,绳子拉力
故A正确;
B.以b带电小球作为研究对象,由平衡条件可知,球对球的库仑力竖直向上,可知库仑力表现为吸引,a、b两球带异种电荷,故B错误;
C.由题意仅可得出两小球间库仑力大小为,无法判断、两球的所带的电量,故C错误;
D.剪断细线瞬时库仑力大小不变,所以受力情况不变,处于平衡状态,加速度为零。故D错误。
故选A。
2. 如图所示的图像中,直线表示某电源的路端电压与电流的关系图线,曲线表示某电阻R的电压与电流的关系图线,虚线为交点处曲线的切线。现把该电源和电阻R连接成闭合电路,则电源的内阻r、电阻R、电源的输出功率P及电源的效率η分别为( )
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】
【详解】A.由电源的图像可知电源内阻
故A错误;
BC.由图可知,电源和电阻R连接成闭合电路的工作电压为3V,电流为1.5A,则电阻和电源的输出功率分别为
故BC错误;
D.电源的效率
故D正确。
故选D。
3. 如图所示,某卫星绕地球做椭圆轨道运动,轨道的半长轴为a,卫星运行周期为T,卫星在近地点A处的速度为v、与地球中心距离为b,卫星质量为m,地球质量为M,万有引力常量为G。则( )
A. 卫星经过A点时的速度最小 B. 卫星从A到C的过程中机械能保持不变
C. 与地球和卫星的质量都有关 D. 卫星在A处满足关系
【答案】B
【解析】
【详解】A.由开普勒第二定律可知,卫星经过A点时的速度最大,A错误;
B.卫星从A到C的过程中只有万有引力做功机械能保持不变,B正确;
C.由开普勒第三定律可知,只与地球质量有关,C错误;
D.卫星在A处时做离心运动,应满足
D错误;
故选B。
4. 空心球形导体壳内放置一正点电荷,球壳内、外电场线分布如图所示。a点位于球壳内,b、c两点分别位于球壳的内、外表面。a、b、c三点电势分别为、、,则( )
A. b点的场强方向与球壳内表面相切,且
B. b点的场强方向与球壳内表面相切,且
C. b点的场强方向沿该点半径方向,且
D. b点的场强方向沿该点半径方向,且
【答案】D
【解析】
【详解】处于电场中的导体是一个等势体,因此b点电势和c点电势相等,沿着电场线方向电势逐渐降低,可知
电场线方向垂直等势面,结合几何关系可知b点的场强方向沿该点半径方向,故D正确,ABC错误。
故选D。
5. 如图所示,a、b两点对称分布在均匀带电塑料薄板的两侧,一固定带正电的点电荷q在a、b的连线上,已知a点的电场强度方向水平向右,则下列说法中正确的是( )
A. 塑料薄板带正电 B. a点的电势低于b点的电势
C. b点的电场强度方向也可能向右 D. 塑料薄板表面处的电场方向都与薄板表面垂直
【答案】B
【解析】
【详解】A.正电荷q在a点的场强水平向左,而a点的合场强水平向右,说明带电塑料薄板在a点的场强水平向右,可知塑料薄板带负电,A错误;
C.由对称性可知,带电塑料薄板在b点的场强水平向左,正电荷q在b点的场强也水平向左,故b点的合场强方向水平向左,C错误;
B.若只有带电塑料薄板,据对称性可知,a、b两点电势相等,正电荷q左侧电场线向左,沿电场线方向电势降低,可知a点的电势低于b点的电势,B正确;
D.只有处于静电平衡的导体表面处的电场方向与表面垂直,而塑料薄板不是导体,D错误。
故选B。
6. 2022年6月5日,神舟十四号载人飞船点火发射,将3位航天员送入“天宫”空间站。空间站距离地表约400km,载入飞船首先到达距离空间站下方约200m的“停泊点”(飞船相对于空间站静止)位置,然后调整姿态,沿径向与空间站自主交会对接。下列说法中正确的是( )
A. 载人飞船在“停泊点”位置的动能大于空间站的动能
B. 径向交会过程中,飞船与空间站绕地球的角速度相同
C. 径向交会过程中,飞船与空间站绕地球的线速度相同
D. 径向交会过程中,宇航员刘洋的加速度为零
【答案】B
【解析】
【详解】A.飞船相对于空间站静止,则飞船与空间站具有相同的角速度,而飞船轨道半径较小,线速度较小,但由于飞船与空间站的质量关系未知,故无法比较他们的动能大小,A错误;
B.径向交会过程中,地球、飞船、空间站始终在一条直线上,飞船与空间站绕地球的角速度相同,B正确;
C.径向交会过程中,飞船绕地球的线速度较小,C错误;
D.径向交会过程中,宇航员随飞船做匀速圆周运动,具有向心加速度,D错误。
故选B。
7. 如图所示电路中,电源电动势为E、内阻为r,为定值电阻,闭合开关S,增大可变电阻R的阻值,电压表、电流表示数变化量的绝对值分别为、,则在电阻R增大的过程中( )
A. 两电表的示数都变大 B. 电容器支路中有向右的电流
C. 电流表的示数大于电阻R中的电流 D. 与的比值增大
【答案】C
【解析】
详解】电阻R增大,电阻中总电阻减小,则电路中电流减小,根据
可知路端电压增大,根据
可知两端电压减小,则电阻两端电压变大,电压表示数变大,根据
可知电容器极板上所带电荷量变大,电容器充电,则电容器支路中有向左的电流,可知电流表示数示数大于电阻R中的电流,电容器充电完成相当于断路,电容器充电过程中,电容器等效为电阻,阻值变小,则相当于与电容器并联部分电路电阻变小,则与的比值变小,故C正确,ABD错误。
故选C。
8. 探究电容器两极板间电势差跟所带电荷量的关系实验电路,如图所示,C1、C2是两个完全相同的电容器,开始不带电,单刀双掷开关S1和开关S2都处于断开状态,实验过程如下:开关S1先接1,再接2,然后断开S1且闭合S2,断开S2且S1接2,…每次操作稳定后数字电压表V示数为U1、U2、U3、U4。则下列说法中正确的是( )
A. , B. ,
C. , D. ,
【答案】A
【解析】
【详解】开关S1先接1,电源对电容C1充电,两端电压为U1,再接2,两电容并联,总电荷量不变,相当于增大横截面积,由
,
可知,总的电容变为原来2倍,电压变为原来,即
然后断开S1,电容C1的电荷量是原来的一半,闭合S2,电容C2的电荷量被中和,电容C1在电容不变的情况下,电压变为最初的一半,即
断开S2且S1接2,同理可知
只有A选项内容完全正确。
故选A。
9. 如图所示,半径为R的光滑圆环固定在竖直平面内,O是圆心,虚线OC水平。两个质量均为m的小球a、b套在圆环上,两球之间用轻杆相连,从图示位置由静止释放,已知重力加速度为g。则( )
A. 运动过程中轻杆对b球始终是推力
B. 运动过程中b球的最大速度为
C. 若要使a、b两球做完整的圆周运动,给a球的初速度至少为
D. 若要使a、b两球做完整的圆周运动,给a球的初速度至少为
【答案】AC
【解析】
【详解】A B.对两球和杆组成的系统,只有重力做功,则系统的机械能守恒,当杆在最低水平位置时,系统的重力势能最小,则速度最大;
根据系统机械能守恒定律得
解得A、B两球的速度达的最大值为
b球运动到最低点时,系统减小的重力势能为mgR,由机械能守恒定律可知,
(2m)v2=mgR
解得
从开始下落到b球运动到最低点,对b用动能定理
解得
可知杆对b为推力;
从b球运动到最低点到杆在最低水平位置时,对b球由动能定理
解得
可知杆对b也为推力;
杆从该水平位置运动到右侧竖直位置,对b球由动能定理
可知杆对b也为推力;同理杆从右侧竖直位置回到左侧竖直位置时,杆上的作用力始终也是推力,则选项A正确,B错误。
CD.若要使a、b两球做完整的圆周运动,则杆在最高点水平位置时速度至少为零,则由机械能守恒可知
解得
选项C正确,D错误;
故选AC。
10. 某物体由静止释放,下落过程中物体所受空气阻力与速度大小成正比。取水平地面为重力零势能面,在物体下落过程中,加速度a、机械能E随时间t变化,动能Ek、重力的瞬时功率P随下落高度h变化的关系图像可能正确的是( )
A. B.
C. D.
【答案】D
【解析】
【详解】A.由牛顿第二定律可得
解得
随着速度v的增大,加速度a减小,物体做加速度减小的加速运动,a-t图像的斜率为
随着加速度a减小,a-t图像斜率绝对值减小,所以a-t图像应是曲线,A错误;
C.由动能定理可得
mgh-fh=Ek-0
即
Ek=(mg-kv)h
随着速度v的增大,Ek-h图像的斜率减小,C错误;
B.机械能的变化量等于克服阻力做的功,随着物体的不断下降,机械能始终在减少,不会出现刚开始一段时间机械能保持不变,B错误;
D.重力的瞬时功率P可表示为
物体做加速度减小的加速运动,当时加速度为零,速度达到最大,可知重力的瞬时功率先增大(图像斜率减小)后保持不变,D正确。
故选D。
二、非选择题:共5题,共60分。其中第12题~第15题解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,只写出最后答案的不能得分;有数值计算时,答案中必须明确写出数值和单位。
11. 在温度为25℃时,合格纯净水的电阻率。现检测某品牌纯净水,将采集的水样注满绝缘性能良好的圆柱形容器,容器两端用金属圆片电极密封,测得该容器两电极间长度为5.0cm,内径圆面积为50cm2除待测水样Rx外,实验室还提供如下器材:
A.电流表A(量程0~600μA,内阻约为100Ω)
B.电压表V(量程0~3V,内阻为5kΩ)
C.滑动变阻器R1,阻值范围0~20Ω,允许的最大电流2A
D.滑动变阻器R2,阻值范围0~100kΩ,允许的最大电流0.5A
E.电阻箱R3
F.电源E(电动势为6V,内阻约2Ω)
G.开关和导线若干;
(1)要将电压表V量程扩大为原来的2倍,应该将电压表V和电阻箱R3___________联(填“串”、“并”),并把电阻箱R3的阻值调为___________Ω;
(2)先用多用电表粗测容器内水样的电阻。一多用电表正确测量了一个19.0Ω的电阻,表盘如图甲所示。现用该表粗测水样电阻,在用红、黑表笔接触容器两端之前,选出必需的步骤,并按操作顺序排列:___________;
A.用螺丝刀调节表盘下中间部位的指针定位螺丝,使表针指向“0”;
B.将红表笔和黑表笔接触;
C.把选择开关旋转到“1k”位置;
D.把选择开关旋转到“100”位置;
E.调节欧姆调零旋钮使表针指向欧姆零点。
(3)按图乙电路测量水样电阻Rx,其中滑动变阻器Rp选择___________(填器材选项代号);合上开关前滑片位于最___________端(填“左”、“右”);
(4)将实验中测得的数据,在U-I坐标系中描点连线,结果如图丙所示,则水样的电阻Rx=___________Ω;
(5)根据实验数据,判断该水样是否合格?___________(选填“是”或“否”)。
【答案】 ①. 串 ②. 5000 ③. CBE ④. C ⑤. 左 ⑥. 10000 ⑦. 否
【解析】
【详解】(1)[1]改装电压表应该将电压表V和电阻箱R3串联;
[2]串联电阻的阻值为
其中
解得
即应把电阻箱R3的阻值调为;
(2)[3]待测水样电阻约为
故应选用“1k”档,在正确测量了一个19.0Ω的电阻后改用“1k”档时应进行的操作是:把选择开关旋转到“1k”位置;将红表笔和黑表笔接触;调节欧姆调零旋钮使表针指向欧姆零点;即按操作顺序排列为CBE;
(3)[4]图乙电路中滑动变阻器采用分压式接法,滑动变阻器应选用阻值较小的R1,故选C;
[5]闭合开关前应使流过测量电路的电流最小,即合上开关前滑片位于最左端;
(4)[6]水样的电阻为
(5)[7]根据实验数据,该水样的电阻率为
小于合格纯净水的电阻率,故该水样不合格。
12. 如图甲所示,电源电动势E=5V,内阻r=0.5Ω,电阻R1=1.0Ω,R2=3.5Ω,微安表内阻不计,闭合开关S,电路稳定后,求:
(1)电源的输出电流I及路端电压U;
(2)断开S后微安表的示数变化如图乙所示,估算电容器的电容C。
【答案】(1)1A,45V;(2)
【解析】
【详解】(1)闭合开关S,电路稳定后,由闭合电路欧姆定律可得
路端电压为
代入数据解得
,
(2)图线与时间轴所围的面积表示流过微安表的电荷量,即电容器存储的电荷量,可得
稳定后电容器两端电压为
电容器电容为
13. 在平行于纸面的圆形区域ABCD内有匀强电场,圆心为O、半径为R。如图甲所示,动点P从A点沿圆周逆时针运动,θ为PO连线转过的角度,转动过程P所在位置的电势随角度θ的变化如图乙所示。求:
(1)电量为+q的带电粒子在A点处的电势能Ep;
(2)匀强电场的场强大小E。
【答案】(1);(2)
【解析】
【详解】(1)由题图可知,A点的电势为,电量为+q的带电粒子在A点处的电势能为
(2)PO从角转到角的过程,恰好转过,故圆周上电势最大值与最小值恰好在一条直径上的两点,其连线与电场线平行,可得场强大小为
14. 如图所示,长度为2L的光滑轻质细管与水平面的夹角为θ,可绕竖直轴O1O2转动,两根轻弹簧分别固定在轻管两端,弹簧的原长都是L,劲度系数均为k,两弹簧间栓接一质量为m的小球。已知重力加速度为g,不计空气阻力。
(1)当轻管静止时,每根弹簧的形变量x0;
(2)当轻管绕竖直轴以角速度ω1匀速转动时,两弹簧刚好恢复原长,求ω1;
(3)当轻管从静止开始绕竖直轴转动,转至弹簧的弹性势能与静止时相等。求外界对转动装置所做的功W。
【答案】(1);(2);(3)
【解析】
【详解】(1)对小球由平衡知识可知
解得
(2)当轻管绕竖直轴以角速度ω1匀速转动时,两弹簧刚好恢复原长,对小球分析可知
解得
(3)当轻管从静止开始绕竖直轴转动,转至弹簧的弹性势能与静止时相等时,此时下边弹簧被拉长x0,上边弹簧被压缩x0,此时小球受弹力大小为
F=2kx0=mgsinθ
方向沿管向下,则
外界对转动装置所做的功
联立解得
15. 如图所示,竖直平面内存在方向相反的两个有界匀强电场,x轴为两电场的交界,电场强度的方向平行于y轴,大小均为,电场的左边界是y轴,右边界与y轴平行,位于x=L处。一质量为m、带电量为q的小球以某初速度从y轴的A点沿水平方向进入电场,A点纵坐标为d1,经偏转后从电场的右侧沿水平方向离开,重力加速度为g,不计空气阻力。
(1)判断粒子的电性;
(2)求小球在下方电场中的竖直方向的最大偏移量d2;
(3)求小球进入电场初速度v0的可能值。
【答案】(1)带正电;(2);(3)
【解析】
【详解】(1)如果粒子带负电,则进入电场后受到向上电场力,向上偏转,沿纵轴方向速度不可能为零,即不可能沿水平方向离开电场,故粒子应带正电。
(2)小球进入下方磁场时的纵轴速度大小为
当纵轴速度再次减为零时
解得
(3)粒子沿纵轴速度周期性变化,第一次纵轴速度减为零所用时间为
解得
如水平离开电场区域,则有
解得
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