湖南省长沙市第一中学2024-2025学年高二上学期开学考试物理试题（解析版）

这是一份湖南省长沙市第一中学2024-2025学年高二上学期开学考试物理试题（解析版），共20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。

时量：75分钟 满分：100分
一、单选题（本题共7小题，每小题4分，共28分。每小题给出的四个选项中，只有一个选项正确）
1. 测量引力常量的实验装置图如图所示，关于该实验说法正确的是（ ）
A. 该实验最早由牛顿完成
B. 该实验应用了“微小量放大”的实验方法
C. 实验测得的引力常量是一个没有单位的常量
D. 引力常量与物体质量有关
【答案】B
【解析】
【详解】A．该实验最早由卡文迪什完成，选项A错误；
B．该实验应用了“微小量放大”的实验方法，选项B正确；
C．实验测得的引力常量是一个带有单位的常量，选项C错误；
D．引力常量与物体质量无关，选项D错误。
故选B。
2. 如图为一块手机电池背面印有的一些符号，下列说法正确的是（ ）
A. 该电池的电动势为4.2V
B. 该电池在工作1小时后达到电流为620mA
C. 当电池给手机供电时，外电路电压为3.7V
D. 若电池以10mA的电流工作，可用62小时
【答案】D
【解析】
【详解】A．该电池的电动势为3.7V，故A错误；
BD．由题图中数据可知，电池的容量为620mAh，即若电池以10mA的电流工作，可用62小时，故B错误，D正确；
C．当电池给手机供电时，由于电池内阻有一定内电压，所以外电路电压小于3.7V，故C错误。
故选D。
3. 如图所示，质量为m的物体，从高度为h的粗糙斜面顶端从静止开始释放，以后停在粗糙程度处处相同的平面上的B点，若该物体从斜面顶端以初速度沿斜面下滑，则停留在C点，恰有。A点有一小段圆弧连接。重力加速度为g，那么物体在斜面上运动时摩擦力做的功为（ ）
A. B. C. D. 条件不足，无法判断
【答案】B
【解析】
【详解】设斜面上运动时摩擦力所做的功为，过程一据动能定理可得
过程二据动能定理可得
联立解得
故选B。
4. 2022年12月8日，地球恰好运行到火星和太阳之间，且三者几乎排成一条直线，此现象被称为“火星冲日”。火星和地球几乎在同一平面内沿同一方向绕太阳做圆周运动，火星与地球的公转轨道半径之比约为3∶2，如图所示。（已知）根据以上信息可以得出（ ）
A. 火星与地球绕太阳运动的周期之比约为27∶8B. 当火星与地球相距最远时，两者的相对速度最小
C. 过1.80年再次出现“火星冲日”D. 过2.25年再次出现“火星冲日”
【答案】D
【解析】
【详解】A．根据开普勒第三定律，火星与地球的公转轨道半径之比约为3：2，火星与地球绕太阳运动的周期之比约为
故A错误；
B．火星和地球绕太阳匀速圆周运动，速度大小均不变，当火星与地球相距最远时，由于两者的速度方向相反，故此时两者相对速度最大，故B错误；
CD．根据火星与地球绕太阳运动的周期之比约为，已知地球的公转周期为
则火星的公转周期为
设经过时间t出现下一次“火星冲日”，则有
解得
故C错误，D正确。
故选D。
5. 质量为1000kg的一跑车在封闭的水平道路上进行性能测试时，其牵引力的功率随时间的变化关系如图所示，已知0~10s内汽车做匀加速直线运动，10s末汽车速度达到20m/s，一段时间后达到最大速度60m/s，运动过程中阻力恒定，下列说法正确的是（ ）
A. 匀加速过程加速度大小为B. 匀加速过程发生的位移大小为200m
C. 速度为时，加速度大小为D. 整个加速过程，持续时间一定大于30s
【答案】D
【解析】
【详解】A．10s末速度20m/s，可得此时牵引力为
一段时间后达到最大速度60m/s，此时牵引力等于阻力，则有
根据牛顿第二定律可得，匀加速过程的加速度大小为
故A错误；
B．匀加速过程发生的位移大小为
故B错误；
C．当速度为30m/s时，牵引力为
根据牛顿第二定律可知，此时的加速度大小为
故C错误；
D．若汽车由静止一直做匀加速到最大速度，则所用时间为
由于汽车在速度到达20m/s后，保持功率不变，则牵引力减小，后面汽车做加速度逐渐减小的加速运动，所以整个加速过程，持续时间一定大于30s，故D正确。
故选D。
6. 如图所示，ab是半径为R=1 m的圆的一条直径，该圆处于平行该圆周平面的匀强电场中。将质子从a点以30eV的动能在该平面内朝着不同方向射出，质子可经过圆周上所有点。其中，到达c点的动能最大为90 eV。已知∠cab=30° ，若不计重力和阻力，且规定圆心O处电势为0，则下列说法正确的是（ ）

A. 电场方向为ac方向
B. 电场强度大小为40 V/m
C. b点电势为20 V
D. 质子经过该圆周时，可能具有5eV动能的同时，其电势能为45eV
【答案】B
【解析】
【详解】A．小球在c点时的动能最大，即c点的电势最低。作过c点与圆周相切的线，切线为等势线，Oc方向即为电场方向，故A错误；
B．根据A选项分析，作出下图

由几何关系可知
根据分析可知
则电场强度的大小
故B正确；
C．根据沿着电场线方向电势逐渐降低结合图可得
解得
故C错误；
D． c点的电势为
根据对称性可知cO延长线与圆相交的另一点电势最高为40V，最大电势能为40eV，故质子经过该圆周时，不可能具有5eV动能的同时其电势能为45eV，故D错误。
故选B。
7. 我们把两个等量异号点电荷组成的系统称为电偶极子。面积足够大的平行板电容器，两极板之间的距离为d，将电容器接在电压恒定的电源两端，规定无穷远处电势为0。将带电量极小的电偶极子用长度为l的绝缘轻杆连接，将其从无穷远处移到电容器两极板之间处于如图所示的状态（杆和极板垂直），移动电偶极子的过程中电场力做功为W；将两极板分别围绕O、点顺时针旋转，如图中虚线所示，仍将绝缘轻杆连接的电偶极子从无穷远处移动到同一位置，此过程中电场力做功为（ ）
A. 0B. WC. D.
【答案】B
【解析】
【详解】设初始时刻电场强度为，则
正负电荷所在点的电势分为和，则其电势能为
则电场力做功
现将两极板旋转，场强变为
则
故
故选B。
二、多选题（本大题共4小题，共20分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求，全部选对得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分）
8. 上课了，老师推门进入教室。如图所示，在教室门被推开的过程中，下列关于教室门上A、B两个位置的圆周运动说法正确的是（ ）

A. A、B位置的线速度相等
B. A、B位置的角速度相等
C. A、B位置的周期相等
D. A、B位置的向心加速度相等
【答案】BC
【解析】
【详解】B．由于A、B位置绕同轴转动，其角速度相等，故B正确；
A．由可知，A、B位置的角速度相等，半径不同，则其线速度不等，故A错误；
C．由可知，A、B位置的角速度相等，则其周期相等，故C正确；
D．由可知，A、B位置的角速度相等，半径不同，则其向心加速度不等，故D错误。
故选BC。
9. 如图所示，两段长度和材料相同、各自粗细均匀金属导线串联连接在电路中，横截面积之比。下列说法正确的是（ ）
A. 两导线电阻之比为B. 两导线中的电场强度之比为
C. 两导线的焦耳热功率之比为D. 自由电子在两导线中移动的速率之比
【答案】CD
【解析】
【详解】A．根据电阻的决定式有
，
可得两导线电阻之比为
故A错误；
B．金属导线a、b串联连接，通过的电流相等，根据
，
可得两导线中的电场强度之比为
故B错误；
C．金属导线a、b串联连接，通过的电流相等，根据
，
可得两导线的焦耳热功率之比为
故C正确；
D．根据电流的微观定义式有
可得自由电子在两导线中移动的速率之比为
故D正确。
故选CD。
10. 如图所示的电路中，定值电阻的阻值均为，电源电动势为，内阻为，为滑动变阻器，电表均为理想电表。开关S闭合后，滑动变阻器的滑片从图示位置向左滑动的过程中，电压表示数变化量的绝对值为，电流表示数变化量的绝对值为，下列判断正确的是（ ）
A. 电压表示数增大B. 消耗功率减小
C. 电源的效率减小D.
【答案】AD
【解析】
【详解】A．滑动变阻器的滑片从图示位置向左滑动的过程中，滑动变阻器接入电路阻值增大，则外电路阻值增大，根据闭合电路欧姆定律
可知干路电流减小，由
可知电压表示数增大，故A正确；
B．根据
可得消耗的功率增大，故B错误；
C．电源的效率为
可知电源的效率增大，故C错误；
D．根据前面选项分析，干路电流减小，并联电路两端电压增大；并联电路中，通过的电流表所在支路电流减小，通过另两个支路的电流均增大，所以电流表示数的减小量大于通过另两个支路的电流的增加量，则有
又
联立可得
故D正确。
故选AD。
11. 如图所示，弹性绳一端固定于A点，另一端连接穿在竖直杆上质量为m的小球，B处是位于AM中点的光滑定滑轮，且AB距离等于弹性绳原长L，此时ABM在同一水平线上，弹性绳劲度系数（g为重力加速度）。小球从M点由静止开始经过时间t滑到距M点为h的N点时速度恰好为零，球与杆间的动摩擦因数为=0.5，则从M到N的过程中（ ）
A. 弹性绳对小球做的功为
B. 摩擦力对小球做的功为－mgh
C. 小球的加速度先减小再增大
D. 小球下落时，速度大小达到最大值
【答案】ACD
【解析】
【详解】B．在小球下降过程中，设滑轮右侧的弹性绳与水平方向的夹角为θ，则弹性绳的弹力大小为
小球所受滑动摩擦力大小为
从M到N的过程中摩擦力对小球做的功为
故B错误；
A．从M到N的过程中，设弹性绳对小球做功为WT，根据动能定理有
解得
故A正确；
C．设小球的加速度为a，取竖直向下为正方向，根据牛顿第二定律有
解得
θ从零开始增大，a先竖直向下并减小，又因为小球末速度为零，所以在N点时小球的加速度竖直向上，综上所述可知加速度先减小后反向增大，故C正确；
D．当小球加速度零时速度达到最大值，此时有
解得此时小球下落高度为
故D正确。
故选ACD。
三、实验题（本大题共2小题，共16分）
12. 如图1所示为验证机械能守恒定律的实验装置。
（1）如图2，释放纸带前的瞬间，重锤和手的位置合理的是________；
（2）由于受阻力的影响，重锤增加的动能与减少的重力势能的大小关系为________（选填“大于”、“小于”或“等于”）
（3）如图是某次实验中打出的一条纸带，O点是打下的第一个点，打点计时器打点的时间间隔为T，重力加速度为g，要验证O点到B点过程机械能是否守恒，则需要验证等式________是否成立。
【答案】（1）丙 （2）小于
（3）
【解析】
【小问1详解】
在验证机械能守恒定律的实验装置中，为了保证重锤和纸带下落过程中，尽可能只受到重力的作用，且保证能充分利用纸带打出较多清晰的点，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，故合理的位置为丙图。
【小问2详解】
由于受阻力的影响，重锤的一部分重力势能转化为内能，导致增加的动能小于减少的重力势能。
【小问3详解】
重锤下落到B点时的速度大小为
要验证O点到B点过程机械能是否守恒，则需要验证等式
即验证表达式
成立即可。
13. 某物理实验小组准备测量未知电阻Rx（约为2kΩ）的阻值和某型号手机锂电池的电动势和内阻。电池已拆开，电动势E标称值为3.4V，允许最大放电电流为100mA。在实验室备有如下实验器材：
A．电压表V（量程4V，内阻RV约为10kΩ）
B．电流表A1（量程100mA，内阻RA为25Ω）
C．电流表A2（量程2mA，内阻R2约为100Ω）
D．滑动变阻器R（0～40Ω，额定电流1A）
E．电阻箱R0（0～9999Ω）
F．开关S一个、导线若干
（1）为了测定电阻Rx阻值，实验小组设计了如图甲所示的电路原理图，电源用待测的锂电池，则电流表应选用______（选填“A1”或“A2”），将电压表的读数除以电流表的读数作为Rx的测量值，则测量值______（选填“大于”“等于”或“小于”）真实值。
（2）该实验小组设计了如图乙所示的电路原理图来测量锂电池的电动势E和内阻r。
①电流表示数的倒数与电阻箱阻值R0之间的关系式为______（用字母E，r，RA表示）；
②在实验中，多次改变电阻箱的阻值，获得多组数据，根据数据作出的图像为图丙所示的直线，根据图像可知该锂电池的电动势E=______V，内阻r=______Ω。（结果均保留两位有效数字）
【答案】（1） ①. A2 ②. 大于
（2） ①. ②. 3.3 ③. 8.3
【解析】
【详解】（1）[1]根据题意，由欧姆定律可得，流过电流表的最大电流约为
则电流表应该选用;
[2]由电路图甲可知，电流表采用的是内接法，由于电流表的分压，电压表的测量值大于真实值，由欧姆定律可知，电阻的测量值大于真实值。
（2）①根据题意及电路图乙，由闭合电路的欧姆定律有
整理得
②[2][3]根据题意，结合图丙可得
，
解得
，
四、计算题（本大题共3小题，14题10分，15题10分，16题16分，共36分）
14. 有一水平足够长的传送带，以的速度沿顺时针方向匀速运转，传送带右端平滑连接了一个倾角为的粗糙斜面，物体与斜面、物体与传送带之间的动摩擦因数均为0.5；现将一质量的物体轻放在距离传送带最右端处，已知，，取，求：
（1）该物块从轻放到第一次到达传送带最右端经过的时间；
（2）该物块从轻放到第一次到达传送带最右端全程产生的热量；
（3）物体最终在斜面上走过的总路程。
【答案】（1）
（2）
（3）
【解析】
【小问1详解】
物块轻放上传送带以后做匀加速直线运动，加速度大小为
设物块到达右端前已经与传送带共速，则物块加速过程的位移大小为
物块匀加速阶段的时间为
物块与传送带共速后，保持匀速运动，有
解得
该物块从轻放到第一次到达传送带最右端经过的时间为
【小问2详解】
该物块从轻放到第一次到达传送带最右端，共速前物体与传送带的相对位移为
因此产生的热量为
【小问3详解】
由于斜面粗糙，小物块以第一次冲上斜面后，再次回到最底端时速度大小小于，在足够长传送带上运动一个来回后，以等大速度再次冲上斜面，第二次返回水平传送带时速度大小小于，如此往复，最终物块将静止在斜面最底端。将物块以速度第一次冲上斜面时作为初状态，将最终静止在斜面底端作为末状态，对全程由动能定理得
解得物体最终在斜面上走过的总路程为
15. 如图所示，一弹射游戏装置，由竖直光滑管道AB、半径的四分之一光滑圆弧轨道BC和倾角为的斜面EF组成。游戏时，将弹簧压缩到某一位置，依靠弹簧弹力将质量为的小球发射出去。现将弹簧压缩至离地面上A点0.2m处释放，小球能沿着圆弧恰好通过最高点C，并垂直击中斜面EF上的D点。已知圆弧轨道的C点和斜面底端E点在同一竖直线上，忽略空气阻力，重力加速度大小取。求：
（1）C、D两点间的竖直高度；
（2）弹簧对小球做的功。
【答案】（1）0.8m；（2）1.95J
【解析】
【详解】（1）小球恰好通过点，则
垂直击中斜面，可得竖直分速度与水平分速度的关系为
竖直方向为匀加速直线运动，则
解得
（2）竖直方向
水平方向
利用几何关系可得
由动能定理
解得
16. 绝缘的粗糙水平地面上方有一竖直方向的矩形区域，该区域由三个水平边长是L，竖直边长是的小矩形区域组成，从左到右依次为区域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，且矩形区域的下边OC与桌面相接。为方便描述建立如图所示的平面直角坐标系；区域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中分别存在沿y轴负方向、y轴正方向、y轴正方向的匀强电场，其场强大小比例为。现有一带正电的滑块（可视为质点）以某一初速度（未知）从O点沿x轴正方向进入区域Ⅰ，滑块最终从P点（图中未标出）离开区域Ⅲ。已知滑块在区域Ⅰ中所受静电力与所受重力大小相等，地面与滑块间的动摩擦因数为0.125，重力加速度为g。求：
（1）滑块进入区域Ⅲ时的速度大小；
（2）滑块在矩形区域运动的总时间；
（3）若滑块以相同大小的初速度（未知）从P点沿x轴负方向进入区域Ⅲ，试确定滑块离开电场区域的位置（Q点）坐标。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）在区域Ⅱ中由于所受静电力与所受重力大小相等，则滑块做匀速直线运动，区域Ⅲ做类平抛运动，竖直方向加速度
根据类平抛运动规律
解得
，
（2）滑块进入区域Ⅲ时，根据动能定理
解得
在区域Ⅰ运动时间
运动的总时间
（3）从P点沿x轴负方向进入区域Ⅲ，则在区域Ⅲ运动时间仍为，竖直方向偏转
竖直方向速度为
区域Ⅱ中做匀速直线运动，区域Ⅰ中做类斜抛运动、水平速度不变，从出区域Ⅲ到上升到最高点竖直位移
由于
可知上升到最高点之前就从上边缘出电场区域。
则在区域Ⅰ中，竖直方向运动实际距离
故滑块离开电场区域的位置即为