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山西省运城市2022届高三上学期理综物理期末考试试卷
一、单选题
1．（2022高三上·运城期末）在物理学发展历程中，科学家们通过对某些重要实验进行认真的观察和深入的研究，最终获得了正确的理论认识。下列图示的实验中，能说明原子具有核式结构的是（ ）
A． B．
C． D．
【答案】B
【知识点】光的双缝干涉；光电效应；α粒子的散射
【解析】【解答】A．光电效应实验，说明了光具有粒子性，A不符合题意；
B．卢瑟福的粒子散射实验导致发现了原子具有核式结构，B符合题意；
C．阴极射线实验，发现了电子，C不符合题意；
D．双缝干涉实验说明了光具有波动性，D不符合题意。
故答案为：B。
【分析】光电效应说明光具有粒子性，粒子散射实验说明原子具有核式结构，双缝干涉说明光具有波动性。
2．（2022高三上·运城期末）如图所示，在光滑的水平地面上有一静止的质量为M的四分之一光滑圆弧滑块，圆弧的半径为R，最低点处刚好与水平地面相切。一质量为m的小球以一定的初速度沿水平地面向右运动，不计小球冲上圆弧滑块过程中的机械能损失。如果圆弧滑块固定，则小球恰能冲到圆弧面上与圆心等高处；如果圆弧滑块不固定，则小球在圆弧面上能到达的最大高度为。则小球与滑块质量之比m∶ M为（ ）
A．1∶2 B．1∶3 C．2∶1 D．3∶1
【答案】C
【知识点】动量守恒定律；机械能守恒定律
【解析】【解答】当圆弧槽固定时
当圆弧槽不固定，取水平向右为正方向，根据系统水平方向动量守恒有mv0=（m+M）v
根据机械能守恒定律有
解得m ：M=2：1
故答案为：C。
【分析】当圆弧槽固定和圆弧槽不固定时根据机械能守恒定律和动量守恒得出小球与滑块质量之比 。
3．（2022高三上·运城期末）在一块固定的倾角为θ的木板上叠放质量均为m的一本英语词典和一本汉语词典，图甲中英语词典在上，图乙中汉语词典在上。已知图甲中两本词典一起沿木板匀速下滑，图乙中两本词典一起沿木板匀加速下滑。已知两本词典的封面材料不同，但每本词典的上、下两面材料都相同，近似认为滑动摩擦力与最大静摩擦力相等，设英语词典和木板之间的动摩擦因数为μ1，汉语词典和木板之间的动摩擦因数为μ2，英语词典和汉语词典之间的动摩擦因数为μ3，则下列说法正确的是（ ）
A．μ2一定小于tanθ
B．μ3一定等于tanθ
C．图乙中汉语词典受到的摩擦力大小一定是μ1mgcosθ
D．图甲中英语词典受到的摩擦力大小一定是μ3mgcosθ
【答案】C
【知识点】共点力平衡条件的应用；受力分析的应用；牛顿第二定律
【解析】【解答】A．对图甲词典整体进行分析，有
则有
A不符合题意；
B．对图甲中的英语词典有，设其受到的静摩擦力为f，则有
即
B不符合题意；
C．对图乙词典整体进行分析，有
对图乙的汉语词典单独分析，有
联立有
C符合题意；
D．图甲中的英语词典受到静摩擦力，有
根据对A选项的分析，可知
故有
D不符合题意。
故答案为：C。
【分析】对图甲词典整体进行分析，结合共点力平衡得出动摩擦因数的表达式，对图甲中的英语词典进行受力分析，从而得出两词典间的动摩擦因数的大小，对图乙词典整体进行分析，根据受力分析以及牛顿第二定律得出图乙中汉语词典受到的摩擦力表达式。
4．（2022高三上·运城期末）如图所示，2020年11月24日，中国长征五号运载火箭搭载着要去月球挖土的嫦娥五号月球探测器在海南文昌航天发射场成功发射，这是我国首次地外天体采样任务。12月6日，嫦娥五号上升器与在环月轨道等待的轨道器返回器组合体成功交会对接，将月球样品容器安全转移至返回器中，这是我国航天器首次实现月球轨道交会对接，轨道器返回器组合体与上升器成功分离后，进入环月等待阶段，准备择机返回地球。若轨道器返回器组合体绕月球做匀速圆周运动，周期为T，离月球表面高度为h，月球半径为R，万有引力常量为G，则（ ）
A．轨道器返回器组合体的运行速度为
B．月球的第一宇宙速度为
C．月球的质量为
D．月球表面的重力加速度为
【答案】B
【知识点】线速度、角速度和周期、转速
【解析】【解答】A．轨道器返回器组合体的运行速度为
A不符合题意；
B．轨道器返回器组合体万有引力充当向心力，有
对于月球表面运行的近月卫星，有
联立可得
B符合题意；
C．由
可得
C不符合题意；
D．对于月球表面的物体，有
又因为
联立可得
D不符合题意。
故答案为：B。
【分析】通过线速度和周期的关系得出组合体的线速度，结合万有引力等于向心力，从而得出月球第一宇宙速度的表达式，在月球表面重力等于万有引力得出重力加速度的表达式。
5．（2022高三上·运城期末）如图所示，半径为R的圆形区域内存在着磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直于纸面向里，一带负电的粒子（不计重力）沿水平方向以速度v正对圆心入射，通过磁场区域后速度方向偏转了60°。如果想使粒子通过磁场区域后速度方向的偏转角度最大，在保持原入射速度的基础上，需将粒子的入射点向上平移的距离d为（ ）
A． B． C． D．
【答案】B
【知识点】带电粒子在匀强磁场中的运动
【解析】【解答】粒子运动轨迹如图所示
根据几何知识可得
当粒子的入射点和出射点的连线是磁场圆的直径时，粒子速度偏转的角度最大。
由图可知
平移距离为
解得
B符合题意ACD不符合题意。
故答案为：B。
【分析】粒子在磁场中做匀速圆周运动，利用几何关系以及洛伦兹力提供向心力 粒子的入射点向上平移的距离 。
6．（2021高三上·西宁期末）如图所示，虚线a、b、c代表电场中的三个等势面，相邻等势面之间的电势差相等，即，实线为一带正电的质点仅在静电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，据此可知下列说法中错误的是（ ）
A．三个等势面中，a的电势最高
B．带电质点通过P点时的电势能较Q点大
C．带电质点通过P点时的动能较Q点大
D．带电质点通过P点时的加速度较Q点大
【答案】C
【知识点】电场强度和电场线；电势差、电势、电势能
【解析】【解答】A．质点所受的电场力指向轨迹内侧，且与等势面垂直，由于电荷带正电，因此电场线垂直于等势面，指向右下方，而沿电场线电势降低，A等势线的电势最高，c等势线的电势最低，A正确，不符合题意；
B．根据质点的受力情况可知，从P到Q过程中电场力做正功，电势能降低，故质点在P点的电势能大于Q点的电势能，B正确，不符合题意；
C．从P到Q过程中电场力做正功，电势能降低，动能增大，故P点的动能小于Q点的动能，C错误，符合题意；
D．等势线密的地方电场线密场强大，故P点位置电场强，电场力较大，根据牛顿第二定律，加速度也较大，D正确，不符合题意。
故答案为：C。
【分析】曲线运动的合力指向轨迹的凹侧，进一步得出电场线的方向，从而得出电势的高低；结合电场力的做功情况得出电势能的变化情况和动能的变化情况。
二、多选题
7．（2022高三上·运城期末）水平面上固定着半径R =60cm的薄圆筒，筒中放置着两个圆柱体，小圆柱体半径cm、重力为=30N，大圆柱体半径cm。圆筒和圆柱体的中心轴均水平，且圆筒的中心O与大、小圆柱体的切点Q的连线恰好竖直，如图所示（圆筒只画了部分）。不计一切摩擦，则（ ）
A．圆筒对小圆柱体的支持力大小为25N
B．大、小圆柱体之间的压力大小为10N
C．大圆柱体的重力大小为10N
D．大圆柱体的重力大小为20N
【答案】A,C
【知识点】共点力平衡条件的应用；受力分析的应用
【解析】【解答】AB，分析小圆柱的受力，如图
平移F、、，三力首尾相连构成的封闭矢量三角形与△相似，由几何关系可得
其中=50cm，OQ=30 cm
解得
又有
解得
A符合题意，B不符合题意；
CD，分析大圆柱的受力，设大圆柱的质量为，如图，平移F′、、，三力首尾相连构成的封闭矢量三角形与△相似，由几何关系可得
解得
C符合题意，D不符合题意。
故答案为：AC。
【分析】对圆柱进行受力分析，根据共点力平衡以及力的合成得出圆通对小圆柱体的支持力以及大圆柱体的重力。
8．（2022高三上·运城期末）两长度相同的金属板M、N正对水平放置，板长为L，板间距为d，连接在图示的电路中。D为理想二极管（正向电阻为0，反向电阻无穷大），滑动变阻器R的最大阻值为2r，定值电阻的阻值R0=r，E为恒压电源，不计电源内阻。将滑片P置于滑动变阻器正中间，闭合开关S，让一电荷量为q、质量为m的粒子（不计重力）从靠近M板左端的位置以水平速度v0射入板间，粒子恰好打在N板的右端。在保持开关S闭合的情况下，下列说法正确的是（ ）
A．若仅将粒子的初速度变为2v0后射入板间，则粒子从M、N板的中线处离开
B．若仅将滑动变阻器的滑片向左滑动，则粒子还是恰好打在N板的右端
C．若仅将N板向上平移，则粒子将打在N板的中点处
D．若仅将滑动变阻器的滑片向右滑动，则粒子不会打在N板上
【答案】B,C
【知识点】带电粒子在电场中的偏转
【解析】【解答】A．粒子做类平抛运动时间为
则有
其中
当初速度变为2v0后，加速度不变，时间为
则有
则粒子从靠近M板的处射出，A不符合题意；
B．滑片向左移，R变大，但因理想二极管原因，电容器Q不变，C不变，则U不变，粒子所受电场力不变，所以粒子还是恰好打在N板的右端，B符合题意；
C．如果将N板向上平移，则有
加速度变为原来的2倍，则有
解得
对板移动之前，有，
可知
所以有
则有
C符合题意；
D．滑片向右移动，R0两端电压变大，则粒子所受电场力变大，粒子加速度变大，粒子仍会打在N板上，D不符合题意。
故答案为：BC。
【分析】粒子平行板电容器中做诶平抛运动，结合平抛运动的规律以及牛顿第二定律进行分析判断。
三、实验题
9．（2021高三上·河南月考）某同学利用手机的连拍照相功能研究平抛运动。实验步骤如下∶
（a）用刻度尺测出每块砖的高度d和长度L。
（b）将小球平行于竖直墙面水平向右抛出，利用连拍照相功能拍摄不同时刻小球位置，得到小球的运动轨迹如图所示。不计小球所受阻力，重力加速度为g。
（1）O点 （填“是”或“不是”）抛出点。
（2）连拍照相的时间间隔T=
（3）小球在位置B的速度大小v=
【答案】（1）不是
（2）
（3）
【知识点】研究平抛物体的运动
【解析】【解答】(1)由于竖直方向相等时间的位移比为1∶2∶3，不是1∶3∶5，因此O不是抛出点；
(2)设频闪照片的照相间隔为T，根据
有
可得
(3)小球抛出的初速度
解得
在竖直方向上根据中间时刻的瞬时速度等于整段的平均速度，ｌ可得在位置B的竖直速度大小为
在位置B的合速度大小
解得v=
【分析】（1）利用竖直方向的位移之比可以判别其O不是抛出点；
（2）利用竖直方向的邻差公式可以求出时间间隔的大小；
（3）利用竖直方向的平均速度公式结合平抛运动的初速度可以求出小球在B点速度的大小。
10．（2022高三上·运城期末）某一小型电风扇额定电压为5.0V，额定功率为2.5W。某实验小组想通过实验描绘出小电风扇的电流与其两端电压的关系。实验中除导线和开关外，还有以下器材可供选择：
A．电源E（电动势为6.0V）
B．电压表V（量程为6V，内阻约8kΩ）
C．电流表A，（量程0.6A，内阻约0.2Ω）
D．电流表A2（量程3A，内阻约0.05Ω）
E.滑动变阻器R，（最大阻值5kΩ，额定电流100mA）
F.滑动变阻器R2（最大阻值25Ω，额定电流1A）
（1）为了便于调节，减小读数误差和系统误差，实验中所用电流表应选用 ，滑动变应选用 （填所选仪器前的字母序号）；
（2）请你为该小组设计实验电路，并把电路图画在答题卡的虚线框内（小电风扇已画出）；
（3）操作过程中发现，电压表读数大于0.5V时电风扇才开始转动。该小组绘出的电风扇流与两端电压的关系曲线如图所示，则电风扇刚开始转动时的电阻为 Ω；
（4）若用电动势为4.5V，内阻为6.0Ω的电源直接对该小风扇供电，则电风扇工作时消耗的电功率为 W。（计算结果均保留两位有效数字）
【答案】（1）C；F
（2）如图所示：
（3）2.5
（4）0.86
【知识点】电功率和电功；电路动态分析
【解析】【解答】(1)[1]电风扇的额定电流为I =A = 0.5A
从读数误差的角度，应让电流到达量程的三分之二左右，则电流表选择C比较合适。
实验小组想通过实验描绘出小电风扇的电流与其两端电压的关系，则应让测量出的电压、电流的范围足够大（电压、电流从零开始测起），故滑动变阻器应用分压式接法，而分压式应选阻值较小的滑动变阻器，则滑动变阻器选择F比较合适。
(2)实验小组想通过实验描绘出小电风扇的电流与其两端电压的关系，则应让测量出的电压、电流的范围足够大（电压、电流从零开始测起），故滑动变阻器应用分压式接法，电风扇的电阻大约为R =Ω = 10Ω
= 40Ω > 10Ω
可见电风扇的电阻为小电阻，则电流表应用外接法，则电路图如下图所示
(3)电压表读数大于0.5V时电风扇才开始转动，则根据欧姆定律R =Ω = 2.5Ω
则小电风扇的电阻为2.5Ω。
(4)作出电动势为4.5V，内阻为6.0Ω的电源的U-I图像如图所示：
由图示图像可知，电风扇的工作电压U=2.1V，工作电流I=0.41A，则电风扇工作时消耗的电功率为P=UI=2.1×0.41W≈0.86W
【分析】（1）根据电功率的表达式得出电风扇的额定电流，从而选择电流表，根据电流和电压的变化情况得出滑动变阻器的连接方式；
（2）利用电功率和电压的关系得出电风扇的电阻，通过电流表连接方式的判断 得出电流表的连接情况； 结合描绘小电风扇的电流与其两端电压的关系的实验原理画出电路图；
（3）根据欧姆定律得出小风扇的电阻；
（4）结合U-I图像和电功率的表达式得出电风扇工作时消耗的电功率 。
四、解答题
11．（2022高三上·运城期末）如图所示，两物体A、B通过轻弹簧相连，B、C两物体用不可伸长的轻绳跨接在一个光滑的轻质定滑轮两侧，C物体放在固定的光滑斜面上。开始时用手固定C使绳拉直但无张力，ab绳竖直，cd绳与斜面平行。已知B的质量为m，C的质量为4m，弹簧的劲度系数为k，固定斜面倾角ɑ=30°。由静止释放C，C在沿斜面下滑过程中，A始终未离开地面，弹簧始终在弹性限度内。重力加速度为g。求∶
（1）刚释放C时，轻绳对B的拉力大小F；
（2）C从开始释放到速度最大的过程中，B上升的高度。
【答案】（1）解：刚释放C时，设B的加速度大小为a，对B、C整体，有
得
对B物体，有
解得
（2）解：设初始时弹簧的压缩量为x1，则kx1=mg
C速度最大时加速度为零，设此时绳上拉力大小为F1，弹簧伸长量为x2
对物体C，有
对B物体，有
B物体上升的高度h=x1+x2
联立以上各式，解得
【知识点】共点力平衡条件的应用；受力分析的应用；牛顿第二定律
【解析】【分析】（1） 对B、C整体和物体B进行受力分析，结合牛顿第二定律得出轻绳对B的拉力；
（2）分别对BC进行受力分析，利用共点力平衡和胡克定律得出B上升的高度。
12．（2022高二下·盐城月考）如图所示，在平面直角坐标系xOy的第I象限有沿y轴负方向的匀强电场，第IV象限有垂直于纸面向外的匀强磁场。现有一质量为m带电荷量为q的正粒子（不计重力）从坐标为[ （2 +）L，L]的P点以初速度v0沿x轴负方向开始运动，接着进入磁场后由坐标原点O射出，射出时速度方向与x轴负方向夹角为60° ，不计重力，求∶
（1）粒子从O点射出时的速度大小v；
（2）电场强度E的大小；
（3）粒子从P点运动到O点所用的时间。
【答案】（1）解：带电粒子在电场中做类平抛运动，由Q点进入磁场，在磁场中做匀速圆周运动，最终由O点射出。（轨迹如图所示）
根据对称性可知，粒子在Q点时的速度大小与粒子在O点的速度大小相等，均为，方向与x轴负方向成60°角，则有
解得
（2）解：在P到Q过程中，由动能定理得
解得
（3）解：设粒子在电场中运动的时间为t1，则有
解得
设粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为r，由几何关系可得
粒子在磁场中的运动时间为
解得
粒子在由P到O过程中的总时间
联立解得
【知识点】速度的合成与分解；动能定理的综合应用；平抛运动
【解析】【分析】（1）根据速度的分解得出粒子从O点射出时的速度；
（2）P到Q过程中 利用动能定理得出电场强度的表达式；
（3）粒子在偏转电场中做类平抛运动，结合平抛运动的规律得出粒子从P点运动到O点所用的时间。
13．（2022高三上·运城期末）某种弹射装置的示意图如图所示，光滑的水平导轨MN右端N处与倾斜传送带理想连接，传送带长度L= 15.0m，并以恒定速率v=5.0m/s顺时针转动，三个质量均为m=1.0kg的滑块A、B、C置于水平导轨上，B、C之间有一段轻弹簧刚好处于原长，滑块B与轻弹簧连接，C未连接弹簧， B、C处于静止状态且离N点足够远，现让滑块A以初速度v0 =6.0m/s沿B、C连线方向向B运动，A与B碰撞后粘连在一起，碰撞时间极短，滑块C脱离弹簧后滑上倾角θ=37°的传送带，并从传送带顶端滑出。已知滑块C与传送带之间的动摩擦因数μ=0.8，重力加速度g取10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8。求∶
（1）轻弹簧长度最短时，所具有的弹性势能Ep；
（2）滑块C在传送带上因摩擦产生的热量Q。
【答案】（1）解：设A与B碰撞后共同速度为，弹簧长度最短时，ABC共同速度为，以向右为正方向，根据动量守恒定律能量守恒
解得EP= 3 J
（2）解：设A、B碰撞后，弹簧第一次恢复原长时A、B整体的速度为，C的速度为
由动量守恒定律有
由机械能守恒定律有
解得
C以滑上传送带，假设做匀加速直线运动的位移为x时与传送带共速，由运动学公式得
由
得
解得
设C在传送带上加速运动的时间为t，有
所以相对位移
摩擦产生的热量
解得
【知识点】动量守恒定律；功的计算；机械能守恒定律
【解析】【分析】（1）AB碰撞的过程根据动量守恒定律和动能不变得出弹簧的弹性势能；
（2）对ABC整体利用动量守恒以及机械能守恒得出C的速度，C滑上传送带后，结合牛顿第二定律和匀变速直线运动的规律 得出匀加速运动的位移，结合恒力做功得出滑块C在传送带上因摩擦产生的热量 。
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山西省运城市2022届高三上学期理综物理期末考试试卷
一、单选题
1．（2022高三上·运城期末）在物理学发展历程中，科学家们通过对某些重要实验进行认真的观察和深入的研究，最终获得了正确的理论认识。下列图示的实验中，能说明原子具有核式结构的是（ ）
A． B．
C． D．
2．（2022高三上·运城期末）如图所示，在光滑的水平地面上有一静止的质量为M的四分之一光滑圆弧滑块，圆弧的半径为R，最低点处刚好与水平地面相切。一质量为m的小球以一定的初速度沿水平地面向右运动，不计小球冲上圆弧滑块过程中的机械能损失。如果圆弧滑块固定，则小球恰能冲到圆弧面上与圆心等高处；如果圆弧滑块不固定，则小球在圆弧面上能到达的最大高度为。则小球与滑块质量之比m∶ M为（ ）
A．1∶2 B．1∶3 C．2∶1 D．3∶1
3．（2022高三上·运城期末）在一块固定的倾角为θ的木板上叠放质量均为m的一本英语词典和一本汉语词典，图甲中英语词典在上，图乙中汉语词典在上。已知图甲中两本词典一起沿木板匀速下滑，图乙中两本词典一起沿木板匀加速下滑。已知两本词典的封面材料不同，但每本词典的上、下两面材料都相同，近似认为滑动摩擦力与最大静摩擦力相等，设英语词典和木板之间的动摩擦因数为μ1，汉语词典和木板之间的动摩擦因数为μ2，英语词典和汉语词典之间的动摩擦因数为μ3，则下列说法正确的是（ ）
A．μ2一定小于tanθ
B．μ3一定等于tanθ
C．图乙中汉语词典受到的摩擦力大小一定是μ1mgcosθ
D．图甲中英语词典受到的摩擦力大小一定是μ3mgcosθ
4．（2022高三上·运城期末）如图所示，2020年11月24日，中国长征五号运载火箭搭载着要去月球挖土的嫦娥五号月球探测器在海南文昌航天发射场成功发射，这是我国首次地外天体采样任务。12月6日，嫦娥五号上升器与在环月轨道等待的轨道器返回器组合体成功交会对接，将月球样品容器安全转移至返回器中，这是我国航天器首次实现月球轨道交会对接，轨道器返回器组合体与上升器成功分离后，进入环月等待阶段，准备择机返回地球。若轨道器返回器组合体绕月球做匀速圆周运动，周期为T，离月球表面高度为h，月球半径为R，万有引力常量为G，则（ ）
A．轨道器返回器组合体的运行速度为
B．月球的第一宇宙速度为
C．月球的质量为
D．月球表面的重力加速度为
5．（2022高三上·运城期末）如图所示，半径为R的圆形区域内存在着磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直于纸面向里，一带负电的粒子（不计重力）沿水平方向以速度v正对圆心入射，通过磁场区域后速度方向偏转了60°。如果想使粒子通过磁场区域后速度方向的偏转角度最大，在保持原入射速度的基础上，需将粒子的入射点向上平移的距离d为（ ）
A． B． C． D．
6．（2021高三上·西宁期末）如图所示，虚线a、b、c代表电场中的三个等势面，相邻等势面之间的电势差相等，即，实线为一带正电的质点仅在静电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，据此可知下列说法中错误的是（ ）
A．三个等势面中，a的电势最高
B．带电质点通过P点时的电势能较Q点大
C．带电质点通过P点时的动能较Q点大
D．带电质点通过P点时的加速度较Q点大
二、多选题
7．（2022高三上·运城期末）水平面上固定着半径R =60cm的薄圆筒，筒中放置着两个圆柱体，小圆柱体半径cm、重力为=30N，大圆柱体半径cm。圆筒和圆柱体的中心轴均水平，且圆筒的中心O与大、小圆柱体的切点Q的连线恰好竖直，如图所示（圆筒只画了部分）。不计一切摩擦，则（ ）
A．圆筒对小圆柱体的支持力大小为25N
B．大、小圆柱体之间的压力大小为10N
C．大圆柱体的重力大小为10N
D．大圆柱体的重力大小为20N
8．（2022高三上·运城期末）两长度相同的金属板M、N正对水平放置，板长为L，板间距为d，连接在图示的电路中。D为理想二极管（正向电阻为0，反向电阻无穷大），滑动变阻器R的最大阻值为2r，定值电阻的阻值R0=r，E为恒压电源，不计电源内阻。将滑片P置于滑动变阻器正中间，闭合开关S，让一电荷量为q、质量为m的粒子（不计重力）从靠近M板左端的位置以水平速度v0射入板间，粒子恰好打在N板的右端。在保持开关S闭合的情况下，下列说法正确的是（ ）
A．若仅将粒子的初速度变为2v0后射入板间，则粒子从M、N板的中线处离开
B．若仅将滑动变阻器的滑片向左滑动，则粒子还是恰好打在N板的右端
C．若仅将N板向上平移，则粒子将打在N板的中点处
D．若仅将滑动变阻器的滑片向右滑动，则粒子不会打在N板上
三、实验题
9．（2021高三上·河南月考）某同学利用手机的连拍照相功能研究平抛运动。实验步骤如下∶
（a）用刻度尺测出每块砖的高度d和长度L。
（b）将小球平行于竖直墙面水平向右抛出，利用连拍照相功能拍摄不同时刻小球位置，得到小球的运动轨迹如图所示。不计小球所受阻力，重力加速度为g。
（1）O点 （填“是”或“不是”）抛出点。
（2）连拍照相的时间间隔T=
（3）小球在位置B的速度大小v=
10．（2022高三上·运城期末）某一小型电风扇额定电压为5.0V，额定功率为2.5W。某实验小组想通过实验描绘出小电风扇的电流与其两端电压的关系。实验中除导线和开关外，还有以下器材可供选择：
A．电源E（电动势为6.0V）
B．电压表V（量程为6V，内阻约8kΩ）
C．电流表A，（量程0.6A，内阻约0.2Ω）
D．电流表A2（量程3A，内阻约0.05Ω）
E.滑动变阻器R，（最大阻值5kΩ，额定电流100mA）
F.滑动变阻器R2（最大阻值25Ω，额定电流1A）
（1）为了便于调节，减小读数误差和系统误差，实验中所用电流表应选用 ，滑动变应选用 （填所选仪器前的字母序号）；
（2）请你为该小组设计实验电路，并把电路图画在答题卡的虚线框内（小电风扇已画出）；
（3）操作过程中发现，电压表读数大于0.5V时电风扇才开始转动。该小组绘出的电风扇流与两端电压的关系曲线如图所示，则电风扇刚开始转动时的电阻为 Ω；
（4）若用电动势为4.5V，内阻为6.0Ω的电源直接对该小风扇供电，则电风扇工作时消耗的电功率为 W。（计算结果均保留两位有效数字）
四、解答题
11．（2022高三上·运城期末）如图所示，两物体A、B通过轻弹簧相连，B、C两物体用不可伸长的轻绳跨接在一个光滑的轻质定滑轮两侧，C物体放在固定的光滑斜面上。开始时用手固定C使绳拉直但无张力，ab绳竖直，cd绳与斜面平行。已知B的质量为m，C的质量为4m，弹簧的劲度系数为k，固定斜面倾角ɑ=30°。由静止释放C，C在沿斜面下滑过程中，A始终未离开地面，弹簧始终在弹性限度内。重力加速度为g。求∶
（1）刚释放C时，轻绳对B的拉力大小F；
（2）C从开始释放到速度最大的过程中，B上升的高度。
12．（2022高二下·盐城月考）如图所示，在平面直角坐标系xOy的第I象限有沿y轴负方向的匀强电场，第IV象限有垂直于纸面向外的匀强磁场。现有一质量为m带电荷量为q的正粒子（不计重力）从坐标为[ （2 +）L，L]的P点以初速度v0沿x轴负方向开始运动，接着进入磁场后由坐标原点O射出，射出时速度方向与x轴负方向夹角为60° ，不计重力，求∶
（1）粒子从O点射出时的速度大小v；
（2）电场强度E的大小；
（3）粒子从P点运动到O点所用的时间。
13．（2022高三上·运城期末）某种弹射装置的示意图如图所示，光滑的水平导轨MN右端N处与倾斜传送带理想连接，传送带长度L= 15.0m，并以恒定速率v=5.0m/s顺时针转动，三个质量均为m=1.0kg的滑块A、B、C置于水平导轨上，B、C之间有一段轻弹簧刚好处于原长，滑块B与轻弹簧连接，C未连接弹簧， B、C处于静止状态且离N点足够远，现让滑块A以初速度v0 =6.0m/s沿B、C连线方向向B运动，A与B碰撞后粘连在一起，碰撞时间极短，滑块C脱离弹簧后滑上倾角θ=37°的传送带，并从传送带顶端滑出。已知滑块C与传送带之间的动摩擦因数μ=0.8，重力加速度g取10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8。求∶
（1）轻弹簧长度最短时，所具有的弹性势能Ep；
（2）滑块C在传送带上因摩擦产生的热量Q。
答案解析部分
1．【答案】B
【知识点】光的双缝干涉；光电效应；α粒子的散射
【解析】【解答】A．光电效应实验，说明了光具有粒子性，A不符合题意；
B．卢瑟福的粒子散射实验导致发现了原子具有核式结构，B符合题意；
C．阴极射线实验，发现了电子，C不符合题意；
D．双缝干涉实验说明了光具有波动性，D不符合题意。
故答案为：B。
【分析】光电效应说明光具有粒子性，粒子散射实验说明原子具有核式结构，双缝干涉说明光具有波动性。
2．【答案】C
【知识点】动量守恒定律；机械能守恒定律
【解析】【解答】当圆弧槽固定时
当圆弧槽不固定，取水平向右为正方向，根据系统水平方向动量守恒有mv0=（m+M）v
根据机械能守恒定律有
解得m ：M=2：1
故答案为：C。
【分析】当圆弧槽固定和圆弧槽不固定时根据机械能守恒定律和动量守恒得出小球与滑块质量之比 。
3．【答案】C
【知识点】共点力平衡条件的应用；受力分析的应用；牛顿第二定律
【解析】【解答】A．对图甲词典整体进行分析，有
则有
A不符合题意；
B．对图甲中的英语词典有，设其受到的静摩擦力为f，则有
即
B不符合题意；
C．对图乙词典整体进行分析，有
对图乙的汉语词典单独分析，有
联立有
C符合题意；
D．图甲中的英语词典受到静摩擦力，有
根据对A选项的分析，可知
故有
D不符合题意。
故答案为：C。
【分析】对图甲词典整体进行分析，结合共点力平衡得出动摩擦因数的表达式，对图甲中的英语词典进行受力分析，从而得出两词典间的动摩擦因数的大小，对图乙词典整体进行分析，根据受力分析以及牛顿第二定律得出图乙中汉语词典受到的摩擦力表达式。
4．【答案】B
【知识点】线速度、角速度和周期、转速
【解析】【解答】A．轨道器返回器组合体的运行速度为
A不符合题意；
B．轨道器返回器组合体万有引力充当向心力，有
对于月球表面运行的近月卫星，有
联立可得
B符合题意；
C．由
可得
C不符合题意；
D．对于月球表面的物体，有
又因为
联立可得
D不符合题意。
故答案为：B。
【分析】通过线速度和周期的关系得出组合体的线速度，结合万有引力等于向心力，从而得出月球第一宇宙速度的表达式，在月球表面重力等于万有引力得出重力加速度的表达式。
5．【答案】B
【知识点】带电粒子在匀强磁场中的运动
【解析】【解答】粒子运动轨迹如图所示
根据几何知识可得
当粒子的入射点和出射点的连线是磁场圆的直径时，粒子速度偏转的角度最大。
由图可知
平移距离为
解得
B符合题意ACD不符合题意。
故答案为：B。
【分析】粒子在磁场中做匀速圆周运动，利用几何关系以及洛伦兹力提供向心力 粒子的入射点向上平移的距离 。
6．【答案】C
【知识点】电场强度和电场线；电势差、电势、电势能
【解析】【解答】A．质点所受的电场力指向轨迹内侧，且与等势面垂直，由于电荷带正电，因此电场线垂直于等势面，指向右下方，而沿电场线电势降低，A等势线的电势最高，c等势线的电势最低，A正确，不符合题意；
B．根据质点的受力情况可知，从P到Q过程中电场力做正功，电势能降低，故质点在P点的电势能大于Q点的电势能，B正确，不符合题意；
C．从P到Q过程中电场力做正功，电势能降低，动能增大，故P点的动能小于Q点的动能，C错误，符合题意；
D．等势线密的地方电场线密场强大，故P点位置电场强，电场力较大，根据牛顿第二定律，加速度也较大，D正确，不符合题意。
故答案为：C。
【分析】曲线运动的合力指向轨迹的凹侧，进一步得出电场线的方向，从而得出电势的高低；结合电场力的做功情况得出电势能的变化情况和动能的变化情况。
7．【答案】A,C
【知识点】共点力平衡条件的应用；受力分析的应用
【解析】【解答】AB，分析小圆柱的受力，如图
平移F、、，三力首尾相连构成的封闭矢量三角形与△相似，由几何关系可得
其中=50cm，OQ=30 cm
解得
又有
解得
A符合题意，B不符合题意；
CD，分析大圆柱的受力，设大圆柱的质量为，如图，平移F′、、，三力首尾相连构成的封闭矢量三角形与△相似，由几何关系可得
解得
C符合题意，D不符合题意。
故答案为：AC。
【分析】对圆柱进行受力分析，根据共点力平衡以及力的合成得出圆通对小圆柱体的支持力以及大圆柱体的重力。
8．【答案】B,C
【知识点】带电粒子在电场中的偏转
【解析】【解答】A．粒子做类平抛运动时间为
则有
其中
当初速度变为2v0后，加速度不变，时间为
则有
则粒子从靠近M板的处射出，A不符合题意；
B．滑片向左移，R变大，但因理想二极管原因，电容器Q不变，C不变，则U不变，粒子所受电场力不变，所以粒子还是恰好打在N板的右端，B符合题意；
C．如果将N板向上平移，则有
加速度变为原来的2倍，则有
解得
对板移动之前，有，
可知
所以有
则有
C符合题意；
D．滑片向右移动，R0两端电压变大，则粒子所受电场力变大，粒子加速度变大，粒子仍会打在N板上，D不符合题意。
故答案为：BC。
【分析】粒子平行板电容器中做诶平抛运动，结合平抛运动的规律以及牛顿第二定律进行分析判断。
9．【答案】（1）不是
（2）
（3）
【知识点】研究平抛物体的运动
【解析】【解答】(1)由于竖直方向相等时间的位移比为1∶2∶3，不是1∶3∶5，因此O不是抛出点；
(2)设频闪照片的照相间隔为T，根据
有
可得
(3)小球抛出的初速度
解得
在竖直方向上根据中间时刻的瞬时速度等于整段的平均速度，ｌ可得在位置B的竖直速度大小为
在位置B的合速度大小
解得v=
【分析】（1）利用竖直方向的位移之比可以判别其O不是抛出点；
（2）利用竖直方向的邻差公式可以求出时间间隔的大小；
（3）利用竖直方向的平均速度公式结合平抛运动的初速度可以求出小球在B点速度的大小。
10．【答案】（1）C；F
（2）如图所示：
（3）2.5
（4）0.86
【知识点】电功率和电功；电路动态分析
【解析】【解答】(1)[1]电风扇的额定电流为I =A = 0.5A
从读数误差的角度，应让电流到达量程的三分之二左右，则电流表选择C比较合适。
实验小组想通过实验描绘出小电风扇的电流与其两端电压的关系，则应让测量出的电压、电流的范围足够大（电压、电流从零开始测起），故滑动变阻器应用分压式接法，而分压式应选阻值较小的滑动变阻器，则滑动变阻器选择F比较合适。
(2)实验小组想通过实验描绘出小电风扇的电流与其两端电压的关系，则应让测量出的电压、电流的范围足够大（电压、电流从零开始测起），故滑动变阻器应用分压式接法，电风扇的电阻大约为R =Ω = 10Ω
= 40Ω > 10Ω
可见电风扇的电阻为小电阻，则电流表应用外接法，则电路图如下图所示
(3)电压表读数大于0.5V时电风扇才开始转动，则根据欧姆定律R =Ω = 2.5Ω
则小电风扇的电阻为2.5Ω。
(4)作出电动势为4.5V，内阻为6.0Ω的电源的U-I图像如图所示：
由图示图像可知，电风扇的工作电压U=2.1V，工作电流I=0.41A，则电风扇工作时消耗的电功率为P=UI=2.1×0.41W≈0.86W
【分析】（1）根据电功率的表达式得出电风扇的额定电流，从而选择电流表，根据电流和电压的变化情况得出滑动变阻器的连接方式；
（2）利用电功率和电压的关系得出电风扇的电阻，通过电流表连接方式的判断 得出电流表的连接情况； 结合描绘小电风扇的电流与其两端电压的关系的实验原理画出电路图；
（3）根据欧姆定律得出小风扇的电阻；
（4）结合U-I图像和电功率的表达式得出电风扇工作时消耗的电功率 。
11．【答案】（1）解：刚释放C时，设B的加速度大小为a，对B、C整体，有
得
对B物体，有
解得
（2）解：设初始时弹簧的压缩量为x1，则kx1=mg
C速度最大时加速度为零，设此时绳上拉力大小为F1，弹簧伸长量为x2
对物体C，有
对B物体，有
B物体上升的高度h=x1+x2
联立以上各式，解得
【知识点】共点力平衡条件的应用；受力分析的应用；牛顿第二定律
【解析】【分析】（1） 对B、C整体和物体B进行受力分析，结合牛顿第二定律得出轻绳对B的拉力；
（2）分别对BC进行受力分析，利用共点力平衡和胡克定律得出B上升的高度。
12．【答案】（1）解：带电粒子在电场中做类平抛运动，由Q点进入磁场，在磁场中做匀速圆周运动，最终由O点射出。（轨迹如图所示）
根据对称性可知，粒子在Q点时的速度大小与粒子在O点的速度大小相等，均为，方向与x轴负方向成60°角，则有
解得
（2）解：在P到Q过程中，由动能定理得
解得
（3）解：设粒子在电场中运动的时间为t1，则有
解得
设粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为r，由几何关系可得
粒子在磁场中的运动时间为
解得
粒子在由P到O过程中的总时间
联立解得
【知识点】速度的合成与分解；动能定理的综合应用；平抛运动
【解析】【分析】（1）根据速度的分解得出粒子从O点射出时的速度；
（2）P到Q过程中 利用动能定理得出电场强度的表达式；
（3）粒子在偏转电场中做类平抛运动，结合平抛运动的规律得出粒子从P点运动到O点所用的时间。
13．【答案】（1）解：设A与B碰撞后共同速度为，弹簧长度最短时，ABC共同速度为，以向右为正方向，根据动量守恒定律能量守恒
解得EP= 3 J
（2）解：设A、B碰撞后，弹簧第一次恢复原长时A、B整体的速度为，C的速度为
由动量守恒定律有
由机械能守恒定律有
解得
C以滑上传送带，假设做匀加速直线运动的位移为x时与传送带共速，由运动学公式得
由
得
解得
设C在传送带上加速运动的时间为t，有
所以相对位移
摩擦产生的热量
解得
【知识点】动量守恒定律；功的计算；机械能守恒定律
【解析】【分析】（1）AB碰撞的过程根据动量守恒定律和动能不变得出弹簧的弹性势能；
（2）对ABC整体利用动量守恒以及机械能守恒得出C的速度，C滑上传送带后，结合牛顿第二定律和匀变速直线运动的规律 得出匀加速运动的位移，结合恒力做功得出滑块C在传送带上因摩擦产生的热量 。
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