山西省2021-2022学年高一下学期期末考试物理试题（Word版含答案）

山西省2021-2022学年高一下学期期末考试
物理
考生注意：
1．本试卷分选择题和非选择题两部分．满分100分，考试时间90分钟．
2．考生作答时，请将答案答在答题卡上．选择题每小题选出答案后，用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑；非选择题请用直径0.5毫米黑色墨水签字笔在答题卡上各题的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效，在试题卷、草稿纸上作答无效．
3．本卷命题范围：必修第一、二册，必修第三册第九章，选择性必修第一册第一章．
一、选择题：本题共12小题，每小题4分，共48分．在每小题给出的四个选项中，第1～8题只有一个选项正确，第9～12题有多个选项正确，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分．
1．历史上，物理学家笛卡尔主张以动量“”来量度运动的强弱，下列与动量有关的说法正确的是（ ）
A．动量变化的方向一定与初末动量的方向都不同
B．物体的动量变化越大，则该物体的速度变化一定越大
C．两物体的动量相等，动能也一定相等
D．物体的速度大，则物体的动量一定大
2．关于生活中的圆周运动，下列说法正确的是（ ）
A．铁路转弯处铁轨的内轨要高于外轨是为了减轻火车轮缘与外轨的挤压
B．汽车通过拱形桥最高点时，速度越大，汽车对路面的压力越大
C．生活中的离心运动都是有危害的，要防止任何离心运动的发生
D．切割砂轮转速很高，若超过规定的最大转速则易破碎，其半径不是越大越好
3．如图所示，在竖直平面内，截面为三角形的小积木悬挂在离地足够高处，一玩具枪的枪口与小积木上P点等高且相距为L．当玩具子弹以水平速度v从枪口向P点射出时，小积木恰好由静止释放，子弹从射出至击中积木所用时间为．不计空气阻力．下列关于子弹的说法正确的是（ ）
A．将击中P点，t大于 B．将击中P点，t等于
C．将击中P点上方，t大于 D．将击中P点下方，t等于
4．小林同学在电梯轿厢内做实验，如图，两个完全相同的条形磁铁，放在水平桌面AB上．开始时电梯停在15层，磁铁保持不动．在电梯从15层由静止下行至1层的过程中，观察到两个条形磁铁碰在一起，则当磁铁开始滑动时，电梯正处于（ ）
A．启动加速状态 B．匀速运行状态
C．制动减速状态 D．停在1层
5．神舟十三号飞船采用“快速返回技术”，在近地轨道上，返回舱脱离天和核心舱，在圆轨道环绕并择机返回地面．则（ ）
A．天和核心舱所处的圆轨道距地面高度越高，环绕速度越大
B．返回舱中的宇航员处于失重状态，不受地球的引力
C．质量不同的返回舱与天和核心舱可以在同一轨道运行
D．返回舱穿越大气层返回地面过程中，机械能守恒
6．2022年2月3日，北京冬奥会冰球比赛在五棵松体育中心场馆举行，绿色环保电车主要用于该场馆的冰务、体育、媒体等领域．有一辆额定功率、质量的绿色环保电车在水平路面上沿直线行驶时，受到的阻力是车重的0.1倍，重力加速度g取．若电车从静止开始，保持额定功率做加速运动，50s后达到最大速度，则此过程中车的位移大小为（ ）
A．1562.5m B．1250m C．937.5m D．850m
7．如图所示，在光滑绝缘水平面上，三个带电质点a、b和c分别位于边长为L的正三角形的三个顶点上，质点c所带电荷量为，整个系统置于沿水平方向并垂直于ab的匀强电场中．已知静电力常量为k，若三个质点均处于静止状态，则下列说法正确的是（ ）
A．质点a、b所带电荷总量为 B．质点a、b带等量异种电荷
C．无法确定匀强电场的具体指向 D．匀强电场的电场强度大小为
6．如图所示，质量均为的小滑块M、N通过铰链用长为的轻杆连接，M套在固定的竖直光滑杆上，N放在光滑水平地面上，轻杆与竖直方向夹角，原长为的轻弹簧水平放置，右端与N相连，左端固定在竖直杆O点上．M由静止释放，下降到最低点时变为，整个运动过程中，M、N始终在同一竖直平面内，弹簧在弹性限度内，忽略一切摩擦，取重力加速度，，．则M下降过程中（ ）
A．M、N组成的系统机械能守恒
B．M、N的速度大小始终相等
C．弹簧弹性势能最大值为3J
D．M达到最大动能时，N受到地面的支持力大小为10N
9．自然界到处都有静电，关于静电的防止与利用，下列说法正确的是（ ）
A．打雷时，在汽车里比在木屋里更危险
B．高压带电作业时穿绝缘衣比穿金属衣更安全
C．三条高压输电线上方的两条接地导线起到静电屏蔽作用
D．在地毯中夹杂一些不锈钢丝纤维，防止静电
10．在火箭发射这一领域，中国走在世界的前列．图示为某竖直升空的飞行器在某段时间内的图像，由图可知（ ）
A．飞行器经过135s落回地面
B．飞行器上升的最大高度为20250m
C．飞行器在0～45s内处于超重状态
D．飞行器在0～45s内所受合力与在45s～135s内所受合力的大小之比为2∶1
11．如图所示，竖直面内固定的均匀带电圆环半径为R，带电量为，在圆环的最高点用绝缘丝线悬挂一质量为m、带电量为q的小球（大小不计），小球在垂直圆环平面的对称轴上处于平衡状态，小球到圆环中心O距离为．已知静电力常量为k，重力加速度为g，则小球所处位置的电场强度为（ ）
A． B． C． D．
12．如图所示，质量为2m的滑块带有半圆弧槽N，且圆弧槽的半径为r，所有接触面的摩擦力均可忽略．在下列两种情况下均将质量为m且可视为质点的小球M由右侧的最高点无初速释放，第一种情况滑块固定不动；第二种情况滑块可自由滑动．下列说法正确的是（ ）
A．只有第一种情况，小球可运动到左侧最高点
B．两种情况下，小球滑到圆弧槽最低点时的速度之比为1∶1
C．第二种情况，小球滑到圆弧槽最低点时，圆弧槽的速度为
D．第二种情况，圆弧槽距离出发点的最远距离为
二、实验题：本题共2小题，共14分．
13．（6分）某同学设计了一个用气垫导轨和光电门等装置测量重力加速度的方案．实验装置结构如图所示．在某次测量中，他用刻度尺测得气垫导轨两端AB间的高度差为h、长度为L．与光电门相连的计时器记录下如下数据：挡光片通过光电门1的挡光时间为，挡光片通过光电门2的挡光时间为，通过两光电门之间的时间t．然后，他又测量滑块上的挡光片宽度为d．完成下列填空．
（1）两个光电门间的距离________（填“近一些”或“远一些”）有利于减小误差；
（2）重力加速度的计算表达式为________（用题中所给字母表示）；
（3）考虑到滑块在运动过程中会受到一定的空气阻力，因此，当地的实际重力加速度会________（填“略大于”或“略小于”）测量值．
14．（8分）某同学做“验证机械能守恒定律”的实验装置如图甲所示，图乙为实验所得的一条纸带．选取纸带上打出的连续五个点A、B、C、D、E，测出A点距起点O的距离为，点A、C间的距离为，点C、E间的距离为，测得重物的质量为，所有交流电源的频率为50Hz，当地重力加速度为．回答下列问题：
（1）下列实验操作和数据处理正确的是__________．
A．图中两限位孔必须在同一竖直线上
B．实验前，手应提住纸带上端，使纸带竖直
C．实验时，先放开纸带，再接通打点计时器的电源
D．数据处理时，应选择纸带上距离较远的两点作为初、末位置
（2）选取O、C两点为初、末位置验证机械能守恒定律，重物减少的重力势能是__________J，打下C点时重物的速度大小是__________m/s．（结果保留三位有效数字）
（3）实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是__________．
A．利用公式计算重物速度 B．利用公式计算重物速度
C．存在空气阻力和摩擦阻力的影响 D．没有采用多次实验取平均值的方法
三、解答或论述题：本题共#小题，共38分．解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤．只写出最后答案的不得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位．
15．（6分）如图所示，为了探索火星，人类首先发射了一个轨道舱，轨道舱围绕火星做匀速圆周运动．已知轨道舱的运行周期为T，火星的半径为R，轨道舱到火星中心的距离为r，引力常量为G．求：
（1）火星的质量．
（2）火星表面的重力加速度g．
16．（7分）物流公司通过滑轨把货物直接装运到卡车中．如图所示，倾斜滑轨与水平面成24°角，长度，水平滑轨长度可调，两滑轨间平滑连接．若货物从倾斜滑轨顶端由静止开始下滑，其与滑轨间的动摩擦因数均为，货物可视为质点（取，，重力加速度取）．
（1）求货物在倾斜滑轨上滑行时加速度的大小；
（2）求货物在倾斜滑轨末端时速度v的大小；
（3）若货物滑离水平滑轨末端时的速度不超过2m/s，求水平滑轨的最短长度．
17．（12分）如图所示的平板车Q质量为停在光滑水平面上，平板车的右端距离竖直挡板的间距为，质量为且可视为质点的滑块P以的速度由平板车的左端冲上，假设平板车与竖直墙壁碰撞没有能量损失，平板车与墙壁碰撞时滑块没有离开平板车．已知滑块与平板车之间的动摩擦因数为，重力加速度取．求：
（1）平板车第一次与竖直墙壁碰前，滑块P与平板车Q的速度分别为多大？
（2）平板车Q的长度至少为多长才能保证滑块不会离开平板车？（结果保留3位有效数字）
18．（13分）如图所示，右侧带有水平轻弹簧的竖直挡板固定在光滑水平地面上，质量为m的小滑块将弹簧压缩至A点后由静止释放，在弹力作用下水平向右运动，脱离弹簧后自B点滑上右侧半径为R的固定竖直半圆轨道BC，恰好通过最高点C，之后落于水平地面上的D点（图中未画出）．已知轨道与水平地面相切于B点，不考虑小滑块落于D点以后的运动过程，忽略空气阻力，重力加速度为g．则：
（1）求小滑块由C运动到D过程中重力的平均功率；
（2）若轨道BC光滑，求小滑块由静止到弹出的过程中，弹簧对小滑块做的功W；
（3）若轨道BC粗糙，小滑块沿半圆轨道运动至M点时恰好脱离轨道，之后落于水平地面上的N点（图中未画出）．已知，OM与竖直方向的夹角，取，忽略空气阻力，求N、B两点间的距离L（本问结果可保留根号）．
山西省2021-2022学年高一下学期期末考试物理
参考答案、提示及评分细则
1．B 动量变化的方向与初末动量的方向可能相同，A错误；由知，B正确；由可知，动量相同时，动能不一定相同，C错误；由于，可见动量的大小由质量m和速度v的乘积大小共同决定，D错误．
2．D 在修筑铁路时，转弯处轨道的内轨要低于外轨，当火车按规定速度行驶时，由重力和轨道的支持力的合力提供向心力，从而减轻火车轮缘与外轨的挤压，选项A错误；汽车通过拱形桥最高点时，在不离开桥面的情况下，速度越大，汽车对路面的压力越小，选项B错误；日常生活中遇到的离心运动不都是有危害的，有时会利用离心运动，例如洗衣机甩水桶，选项C错误；砂轮的转速若超过规定的最大转速，砂轮的各部分将因离心运动而破碎，所以其半径不是越大越好，选项D正确．
3．由题意知枪口与P点等高，子弹和小积木在竖直方向上做自由落体运动，当子弹击中积木时子弹和积木运动时间相同，根据，可知下落高度相同，所以将击中P点；又由于初始状态子弹到P点的水平距离为L，子弹在水平方向上做匀速直线运动，故有，故选B．
4．A 磁铁开始滑动，说明磁铁间的作用力大于磁铁与桌面间的最大静摩擦力，说明磁铁所受弹力减小，则磁铁处于失重状态，具有竖直向下的加速度，所以电梯正处于启动加速状态．故选A．
5．C 可得，可知圆轨道距地面高度越高，环绕速度越小；而只要环绕速度相同，返回舱和天和核心舱可以在同一轨道运行，与返回舱和天和核心舱的质量无关，故A错误，C正确；返回舱中的宇航员处于失重状态，仍然受到地球引力作用，地球的引力提供宇航员绕地球运动的向心力，故B错误；返回舱穿越大气层返回地面过程中，有阻力做功产生热量，机械能减小，故D错误．
6．C 当电车速度达到最大时，电车的牵引力与阻力平衡，即，受到的阻力，，电车在此路面上行驶所能达到的最大速度为，从静止到达到最大速度整个过程牵引力与阻力做功，由动能定理得，此过程中电车的位移大小为．只有选项C正确．
7．D 三个质点均处于静止状态，合力为零，质点c带正电荷，要使质点a、b都静止，则质点a、b所带电荷总量一定为，A错误；点电荷c的a的电场力与对b的电场力在平行于ab方向上的分量大小相等方向相反，即，得，即a、b带等量同种电荷，B错误；电场方向垂直于ab，判定电场向右，C错误；以质点a为研究对象，设质点a带电荷量为q，则在垂直于ab方向上有，得，D正确．
8．C 在M下滑的过程中，对M、N组成的系统，弹簧弹力做负功，则系统机械能减小，选项A错误；将M、N的速度进行分解，如图所示，可得，即有，令当时，，选B项错误；当M下降最低点时，弹簧的弹性势能最大，对M、N及弹簧组成的系统，根据机械能守恒定律，可得，选项C正确；M达到最大动能时，M的速度为零，则M、N、轻杆组成的系统在竖直方向的加速度为零，对系统受力分析可得，此时N受到地面的支持力大小等于M、N的总重力，即，选项D错误．
9．ACD 一辆金属车身的汽车也是最好的“避雷所”，一旦汽车被雷击中，它的金属构架会将闪电电流导入地下，故A正确；高压带电作业时，全身穿戴金属丝网制的衣、帽、手套、鞋，可以对人体起到静电屏蔽作用，使人安全作业，故B不正确；野外高压输电线受到雷击的可能性很大，所以在三条输电线的上方还有两条导线，它们与大地相连，形成一个稀疏的金属“网”，把高压线屏蔽起来，免遭雷击，C正确；在地毯中夹杂一些不锈钢丝纤维，可以及时将产生的静电导走，利于防止静电危害，故D正确．
10．CD 由图像可知，在0～135s时间内，飞行器速度始终竖直向上，经过135s时达到最大高度，根据图像与坐标轴所围的面积表示位移可知飞行器上升的最大高度为，故AB错误；飞行器在0～45s内加速度方向竖直向上，所受合力大于重力，处于超重状态，故C正确；根据图像的斜率表示加速度可知飞行器在0～45s内的加速度大小与在45s～135s内的速度大小，根据牛顿第二定律可知飞行器在0～45s内所受合力与在45s～135s内所受合力的大小，故D正确．
11．BD 由于圆环不能看作点电荷，采用微元法、小球受到库仑力为圆环各个点对小球库仑力的合力，以小球为研究对象，进行受力分析，如图所示．圆环各个点对小球的库仑力的合力，则：，小球到圆环中心O距离为，而竖直面内固定的均匀带电圆环半径为R，那么，解得：．水平方向上，有：，解得：，同时，依据点电荷电场强度公式，将环中电量分成若干份，结合矢量的合成法则及三角知识，则有小球所处位置的电场强度为：．综上所述，BD正确．
12．CD 当圆弧槽固定时，由机械能守恒定律可知，则，小球M能运动到圆弧槽左侧的最高点；当圆弧槽自由滑动时，对于M、N组成的系统，水平方向动量守恒，小球M从圆弧槽的右端最高点由静止释放时，系统动量为零，设小球M到达左侧最高点的速度，则，由机械能守恒定律可知，小球M能运动到圆弧槽左侧的最高点，故A错误；当圆弧槽固定时，小球M到最低点时的速度为，则由机械能守恒定律得，解得；当圆弧槽自由滑动时，设小球M到达最低点时的速率为v，此时圆弧槽的速率为，根据动量守恒定律得，解得，根据机械能守恒定律得，解得，，两种情况下，小球滑到圆弧槽最低点时的速度之比为，B错误C正确；小球M和圆弧槽组成的系统在水平方向上动量守恒，当小球运动到左侧最高点时，圆弧槽向右运动的位移最大，设圆弧槽向右的最大位移，根据动量守恒定律得，，计算得出：，D正确．
13．（1）远一些 （2） （3）略大于（每空2分）
解析：（1）适当增大两光电门之间的距离，可以增加滑块通过两光电门的速度差，有利于减小误差，故选远一些；
（2）经过两光电门的速度为，，加速度为，解得；
（3）考虑到滑块在运动过程中会受到一定的空气阻力，测量的加速度值会偏小，当地的实际重力加速度会略大于测量值．
14．（1）ABD（2分） （2）2.68（2分） 2.28（2分） （3）C（2分）
解析：（1）题图甲中两限位孔必须在同一竖直线上，故A正确；实验前，手应提住纸带上端，并使纸带竖直，以减小纸带与打点计时器限位孔之间的摩擦，故B正确；开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再释放重物，让它带着纸带一同落下，如果先放开纸带让重物下落，再接通打点计时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差，故C错误；数据处理时，应选择纸带上距离较远的两点作为初、末位置，以减小测量的误差，故D正确．
（2）重物减少的重力势能为：，打下C点时重物的速度．
（3）重物重力势能的减少量大于动能的增加量，是因为重物下落过程中存在空气阻力和摩擦阻力的影响，C正确．
15．解：（1）根据万有引力提供向心力，有
（2分）
解得火星质量（1分）
（2）在火星表面，万有引力等于重力，有
（2分）
解得（1分）
16．解：（1）根据牛顿第二定律可得（1分）
代入数据解得（1分）
（2）根据运动学公式（1分）
解得（1分）
（3）根据牛顿第二定律（1分）
根据运动学公式（1分）
代入数据联立解得（1分）
17．解：（1）假设平板车Q与竖直墙壁碰前已与滑块P具有共同的速度，设滑块与平板车达到共同速度时，平板车向右运动的距离为，则
由动量守恒定律有：（1分）
对平板车由动能定理得：（1分）
联立解得：（1分）
由于，可知平板车与竖直墙壁碰撞时，滑块与平板车还未达到共同速度，即假设不成立．设车平板与竖直墙壁碰撞前瞬间滑块P的速度，平板车的速度为，
则由动量守恒定律有：（1分）
对平板车由动能定理有：
联立解得：，（1分）
（2）平板车与竖直墙壁第一次碰后向左减速运动，当平板车速度减为零时，设平板车向左运动的距离为，
由动能定理有：（1分）
由上式解得：（1分）
在滑块P的作用下平板车Q再次向右运动，假设平板车Q与竖直墙壁碰前已与滑块P共速，设当P、Q向右运动达到共同速度时Q向右运动距离为，
由动量守恒定律有：（1分）
对平板车由动能定理有：
解得：，，故假设成立（1分）
P、Q以共同速度向右运动，平板车第二次与竖直墙壁碰撞后，以原速率反弹向左运动．此后由于系统的总动量向左，故最后P、Q将以共同速度向左匀速运动．
由动量守恒定律有：（1分）
解得：
设滑块P在平板车Q上运动的总路程为L（即平板车Q的最小长度），对P、Q组成的系统由功能关系得：
（1分）
代入数据解得：（1分）
18．解：（1）对C到D的过程，由可得由C运动到B的时间
（1分）
该过程中重力做的功（1分）
由得
（1分）
（2）在C点，对小滑块：由可知
（1分）
对A到C的过程，由动能定理可得（1分）
解得（1分）
（3）在M点，对小滑块，由（1分）
得（1分）
此时小滑块在竖直方向的分速度大小
水平方向的分速度大小（1分）
在竖直方向，由运动学公式可知（1分）
解得小滑块由M点运动到N点的时间（1分）
由
得M、N两点间的水平距离（1分）
由几何关系可知（1分）