安徽省合肥市肥东县综合高中2022-2023学年高三上学期期末考试物理试题（Word版含答案）

肥东县综合高中2022-2023学年高三上学期期末考试
物理
一、单选题（本大题共6小题，每小题4分，共24分）
1. 如图所示，楔形物块固定在水平地面上，在其斜面上静止着小物块。现用大小一定的力分别沿不同方向作用在小物块上，小物块仍保持静止。则、间的静摩擦力一定增大的是( )
A. B.
C. D.
2. 甲、乙两车在同一直线车道上，均以相同的初速度向正方向运动，其加速度随时间变化的规律如图所示。则下列说法正确的是( )
A. 时刻，甲的速度小于乙的速度 B. 时刻，甲的速度大于乙的速度
C. 时间内，甲的位移小于乙的位移 D. 时间内，甲的位移大于乙的位移
3. 如图所示，一质点以某一速度从斜面斜面足够长底端斜向上抛出，落到斜面上时速度方向水平向左．现将该质点以的速度从斜面底端沿同样方向抛出。则质点两次落到斜面上时( )
A. 落点不同，速度方向相同 B. 落点相同，速度方向不同
C. 落点相同，速度方向相同 D. 落点不同，速度方向不同
4. “北斗来了不迷路”，从跟跑到并跑，随着中国北斗三号全球卫星导航系统最后一颗、也就是第颗组网卫星成功发射，中国北斗卫星导航系统终于来到了和世界其他系统并肩前行的位置北斗卫星导航系统空间段由颗卫星组成，包括颗静止轨道卫星、颗中地球轨道卫星、颗倾斜地球同步轨道卫星其中中地球轨道卫星离地高度约万千米，静止轨道卫星和倾斜地球同步轨道卫星离地高度均约为万千米以下说法正确的是( )
A. 倾斜地球同步轨道卫星和静止轨道卫星线速度相同
B. 地球赤道上的随地球一起自转的石块线速度比中地球轨道卫星线速度要大
C. 中地球轨道卫星的运行周期小于地球自转周期
D. 静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星的发射速度一定要超过，中地球轨道卫星的发射速度可以小于
5. 如图所示，电荷量为的点电荷与均匀带电薄板相距，点电荷到带电薄板的垂线通过板的几何中心，图中，点的电场强度为零。下列说法正确的是( )

A. 薄板带负电，电子在点所具有的电势能一定为零
B. 、两点间的电势差与、两点间的电势差相等
C. 电子在点所具有的电势能小于在点所具有的电势能
D. 带电薄板产生的电场在图中点的电场强度为
6. 如图所示，在直角三角形内存在垂直纸面向外的匀强磁场，边长度为，，现垂直边以相同的速度射入一群质量均为、电荷量均为的带正电粒子不考虑电荷间的相互作用，已知垂直边射出的粒子在磁场中运动的时间为，运动时间最长的粒子在磁场中的运动时间为，则下列判断中正确的是( )
A. 粒子在磁场中运动的轨道半径一定是
B. 粒子在磁场中运动的速度一定是
C. 该匀强磁场的磁感应强度大小一定是
D. 如果粒子带的是负电，不可能有粒子垂直边射出磁场
二、多选题（本大题共4小题，共16分。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。）
7. 如图所示，电路的、端接有电压有效值为的正弦交流电，变压器为理想变压器，电路中电阻，和的阻值均相同，电流表为理想电表。当开关断开时，电流表的示数为，当开关闭合时，电流表的示数为，则( )
A. 开关闭合后，副线圈两端的电压降低 B. 流过电阻的电流将变小
C. 理想变压器原、副线圈的匝数比为 D. 的阻值为
8. 如图所示，为坐标系负半轴上的一点，空间有平行于坐标平面的匀强电场，一个质量为、电荷置为的带正电粒子以初速度从点沿与轴正方向成角斜向右上方射入电场。粒子只在电场力作用下运动，经过正半轴上的点图中未标出，则下列说法正确的是( )
A. 若粒子在点速度方向沿轴正方向，则电场方向可能平行于轴
B. 若粒子运动过程中在点速度最小，则点为粒子运动轨迹上的电势最低点
C. 若粒子在点速度大小也为，则、两点电势相等
D. 若粒子在点的速度为零，则电场方向一定与方向相反
9. 如图甲所示，游乐园中的过山车虽然惊险刺激，但也有多种措施保证了它的安全运行。其中磁力刹车是为保证过山车在最后进站前的安全而设计的一种刹车形式。磁场很强的钕磁铁安装在轨道上，刹车金属框安装在过山车底部。简化为图乙所示的模型，将刹车金属框看作为一个边长为，总电阻为的单匝正方形线框，则过山车返回水平站台前的运动可以简化如下：线框沿着足够长的光滑斜面由某位置静止下滑，下边框进入匀强磁场时恰好做匀速直线运动。已知斜面与水平面的夹角为，过山车的总质量为，磁场区上下边界间的距离也为，磁感应强度大小为，方向垂直斜面向上，重力加速度为。则下列说法正确的是( )
A. 开始下滑位置到磁场上边界的距离
B. 线框刚进入磁场上边界时，感应电流的大小为
C. 线框穿过磁场的过程中产生的焦耳热为
D. 线框进入磁场的过程中，通过线框横截面的电荷量为
10. 如图所示，在空间中存在竖直向上的匀强电场，质量为、电荷量为的物块从点由静止开始下落，加速度为，下落高度到点后与一轻弹簧接触，又下落后到达最低点，整个过程中不计空气阻力，且弹簧始终在弹性限度内，重力加速度为，则带电物块在由点运动到点过程中，下列说法正确的是( )
A. 该匀强电场的电场强度为
B. 带电物块和弹簧组成的系统机械能减少量为
C. 弹簧的弹性势能的增加量为
D. 带电物块电势能的增加量为
三、实验题（本大题共2小题，共15分）
11. （7分）某同学设计出如图所示的实验装置来“验证机械能守恒定律”，让小球从点自由下落，下落过程中经过点正下方的光电门时，光电计时器记录下小球通过光电门时间，当地的重力加速度为。
为了验证机械能守恒定律，该实验还需要测量下列哪些物理量_________。
A.小球的质量
B.之间的距离
C.小球从到的下落时间
D.小球的直径
小球通过光电门时的瞬时速度_________用题中所给的物理量表示。
调整之间距离，多次重复上述过程，作出随的变化图象如图所示，当小球下落过程中机械能守恒时，该直线斜率__________。
在实验中根据数据实际绘出图象的直线斜率为，则实验过程中所受的平均阻力与小球重力的比值_______________用、表示。
12. （8分）三元锂电池是电动汽车上常用的高能量密度电池，某实验小组利用图所示的电路测量一节废旧三元锂电池的电动势和内阻。实验器材如下：
A.废旧三元锂电池一节电动势约，内阻约
B.电压表量程，内阻
C.定值电阻阻值为
D.电阻箱最大阻值为
E.开关、导线若干
回答下列问题：
电路图中将电压表和定值电阻串联，相当于将电压表的量程增加了__________；
闭合开关，改变电阻箱的阻值，得到多组电压表示数和电阻箱阻值的值，由此作出的图像如图所示，则该锂电池的电动势为_______，内阻________；结果均保留位有效数字
若要对工作电压为、工作电流为的用电器供电，则要使该用电器正常工作，至少需要__________节这样的锂电池串联在一起，此时电路中需要串联的分压电阻为__________。
四、计算题（本大题共4小题，共45分）
13. （9分）如图，磁感应强度大小为匀强磁场垂直纸面向里。点、、、处于一条水平线上，且。处有一个粒子源，竖直向上同时射出速率不同的同种带电粒子，粒子经过以为圆心、为半径的圆周上各点。已知粒子质量为，电量的绝对值为，不计粒子重力和粒子间相互作用力，问：
粒子带正电荷还是负电荷到达和到达处的粒子的速率比
求粒子到达圆周所需的最短时间，及最先到达圆周的粒子的速度大小。
14. （10分） 如图所示，在平面直角坐标系的第一、三象限分别存在匀强电场、，电场的场强大小，方向与轴负方向成角斜向下．电场的场强大小未知，方向与轴正方向成角斜向上．比荷为的带正电粒子从第三象限的点由静止释放，粒子沿做匀加速直线运动，到达点的速度为不计粒子的重力．求：
、两点间的电势差；
粒子进入电场时，在电场某位置静止释放另外一个完全相同的带电粒子，不计粒子之间的相互作用，使两粒子在离开电场前相遇，若相遇时所需时间最长，求在电场静止释放粒子的位置坐标．
15. （12分）如图所示，质量为的物块，放置在质量足够长木板的中间，物块与木板间的动摩擦因数为，木板放置在光滑的水平地面上在地面上方存在两个作用区，两作用区的宽度均为，边界距离为，作用区只对物块有力的作用：Ⅰ作用区对物块作用力方向水平向右，Ⅱ作用区对物块作用力方向水平向左作用力大小均为将物块与木板从图示位置物块在Ⅰ作用区内的最左边由静止释放，已知在整个过程中物块不会滑离木板取．
在物块刚离开Ⅰ区域时，物块的速度多大
若物块刚进入Ⅱ区域时，物块与木板的速度刚好相同，求两作用区的边界距离
物块与木板最终停止运动时，求它们相对滑动的路程．
16. （14分） 如图甲所示，平行的金属导轨和平行，间距，与水平面之间的夹角，匀强磁场磁感应强度，方向垂直于导轨平面向上，间接有阻值的电阻，质量，电阻的金属杆垂直导轨放置，金属棒与导轨间的动摩擦因数为。现用恒力沿导轨平面向上拉金属杆，使其由静止开始运动，当金属棒上滑的位移时达到稳定状态，对应过程的图像如图乙所示。取，导轨足够长。求：
恒力的大小及金属杆的速度为时的加速度大小；
在时间内通过电阻的电荷量；
从金属杆开始运动到刚达到稳定状态，金属杆上产生的焦耳热。
答案和解析
1. 【解析】不加力时，对物块进行受力分析，将重力分解，根据平衡条件得出：，方向沿斜面向上；
A.如果，则，则摩擦力变小；如果，则。由于不知道的大小，所以摩擦力变化不确定，可能增大，可能减小，也可能大小不变，故A错误；
B.与相似，摩擦力变化不确定，可能增大，可能减小，也可能大小不变，故B错误；
C.受力如图，
根据平衡条件得出：，故摩擦力不变，故C错误；
D.物体受力如图，
则，故摩擦力一定增大，故D正确。

2. 【解析】、由知，图像中图线与轴所围的面积表示速度变化量，由图知，在内甲、乙两车速度的变化量相同，均为，由于甲乙的初速度相同，则时刻，甲、乙两车的速度相同，均为，故AB错误；
、结合图和题知，甲车做加速度增大的加速运动，乙车做加速度减小的加速运动，且两车的初速度相同，末速度也相同，作出两车的图像，如图所示：
图像中图线与轴所围的面积表示位移，由图知，时间内，甲的位移小于乙的位移，故C正确，D错误。
3. 【解析】若质点做平抛运动落在斜面上，速度方向与水平方向的夹角正切值是位移与水平方向夹角正切值的倍，由于位移方向不变，则速度方向不变；将该质点以的速度从斜面底端沿同样方向抛出，根据该推论知，速度方向相同，由于初速度不同，则落点位置不同；
故A正确，BCD错误。故选A。
4. 【解析】倾斜地球同步轨道卫星和静止轨道卫星线速度大小相同，方向不同，故A错误；
B.地球赤道上的随地球一起自转的石块线速度比中轨道卫星线速度小，故B错误；
C.由可知，中轨道卫星周期小于地球同步卫星周期，而同步卫星周期等于地球自转周期，故C正确；
D.各卫星发射速度均大于，故 D错误。故选C。
5. 【解析】A、正电荷在点激发的电场强度方向向左，点的电场强度为零，根据电场的矢量合成，薄板在点激发的电场强度方向向右，指向薄板，知薄板带负电，但零电势点是人为规定的，故电子在点所具有的电势能不一定为零，故A错误；
B、如果没有正电荷，、两点间的电势差与、两点间的电势差相等，现在有正电荷，空间电场线等势面分布不在对称，、两点间的电势差与、两点间的电势差不相等，故B错误；
C、如果没有正电荷，电子在点所具有的电势能等于在点所具有的电势能，现在叠加正电荷的电场，电子由到电场力做正功，电势能减小，故电子在点所具有的电势能小于在点所具有的电势能，故C正确；
D、在点形成的电场强度的大小为：，方向向左；因点场强为零，故薄板在点的场强方向向右，大小也为；由对称性可知，薄板在点的场强也为，方向向左，故D错误；故选：。
6. 【解析】C.带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，画出粒子垂直边离开磁场的轨迹如图所示：
由几何关系可知圆弧对应的圆心角为，则垂直边射出的粒子在磁场中运动的时间是，即，则得周期，由得：，故C正确；
设当粒子的速度为时，有一个粒子的轨迹刚好与边相切从点离开磁场，设此时粒子的轨迹半径为，画出轨迹如图中所示黑色轨迹：
则可知此时粒子在磁场中运动的轨迹对应的圆心角为，运动时间最长，为，由几何关系可得，可得，根据圆周运动规律有：，可得，但若粒子的速度小于，在磁场中运动的轨道半径小，也可以在磁场运动半圈而从边离开，在磁场中的运动最长时间也为，如图中的红色轨迹所示，则可知粒子在磁场运动的轨道半径不一定等于，粒子在磁场运动的速度大小不一定等于，故AB错误；
D.如果粒子带的是负电，只要粒子的速度大小合适且入射点适当，粒子是有可能垂直边射出磁场的，如图所示：
故D错误。故选C。
7. 【解析】设三个电阻的阻值均为，由题意可知，开关断开时，原线圈两端的电压为，当开关闭合后，原线圈两端的电压则为，所以原线圈两端的电压降低，由理想变压器变压公式可知，副线圈两端的电压也降低，则流过的电流减小，AB正确；设原、副线圈的匝数比为，则开关闭合前，有和，开关闭合后，有和，联立可解得，，C正确D错误．
8. 【解析】A.根据粒子在点的速度方向水平向右可得：粒子运动过程中方向的加速度不为零，故电场力沿方向的分力不为零，所以，电场不可能平行于轴，故A错误；
B.粒子在点速度最小，即动能最小，那么，粒子在点的电势能最大，又有粒子带正电，所以，电势最高，故B错误；
C.粒子在点速度和在点速度相等，动能相等，电势能相等，故电势相等，故C正确；
D.粒子在点速度为零，那么，从到的运动过程速度变化方向为的反方向，故加速度为的反方向，所以，电场力方向为的反方向，电场方向为的反方向，故D正确；
故选CD。
9. 【解析】、线框刚进入磁场上边界时，，下边框进入匀强磁场时恰好做匀速直线运动。
，联立得，可得，，故AB正确；
C、线框穿过磁场的过程中，线框穿过磁场的过程根据能量守恒，穿出过程中产生的焦耳热为 ，故C错误；
D、线框进入磁场的过程中，通过线框横截面的电荷量，故D选项正确。
10.
【解析】A.物体静止开始下落时的加速度为，根据牛顿第二定律得：，解得：，故A正确；
B.从到的过程中，除重力和弹力以外，只有电场力做功，电场力做功为：，可知带电物块和弹簧组成的系统机械能减小量为，故B错误；
C.根据动能定理得：，解得弹力做功为：，即弹性势能增加量为，故C正确；
D.从到的过程中，电场力做功为，则电势能增加量为，故D错误。
故选AC。
11.
；
；
。
12.；；；；。
【解析】电路图中将电压表和定值电阻串联，将电压表的量程改为
相当于将电压表的量程增加了；
根据闭合电路欧姆定律
则有变形得
根据图像可得斜率
即根据数学知识可得截距为，即
联立可得，；
若要对工作电压为、工作电流为的用电器供电，总电动势为
又因联立可得
所以至少这样的电池节，此时电路中需要串联的分压电阻为。
13.解：粒子受洛伦兹力向右，由左手定则知，粒子带负电。
从出发经过的粒子半径
从出发经过的粒子半径
联立得；
最先到达圆周上的粒子对应轨迹圆的圆心角最小，轨迹圆的弦切角也最小，如图轨迹圆的弦与磁场圆相切即与磁场圆的半径垂直，经弧到点的粒子最先到达圆周，与初速度的夹角为轨迹圆的弦切角，与大小相等，设为，
粒子圆周运动周期均为
由得
到点的粒子半径
联立得。
14.解：带电粒子由点运动到点，根据动能定理有　
解得
粒子在进入电场后做类平抛运动，设离开电场时与点的距离为，如图所示，则
，
解得
由于两粒子完全相同，所以只需在带电粒子进入电场时的速度方向所在的直线上的段上任一点释放粒子，均可使两者在离开电场前相遇，若相遇所需时间最长，则应在点静止释放另一带电粒子．
故点的横坐标为
点的纵坐标为
解得静止释放另一带电粒子的位置坐标为

15.解：对物块由牛顿第二定律：
得：
由
得：
所以：；
区域内，对木板：由
得：
木板到达区域边缘处：
离开区域后：对物块：由
得：
对木板：
当物块与木板达共同速度时：
得：
两作用区边界距离为：；
由于，所以物块与木板最终只能停在两区域之间，由全过程能量守恒与转化规律：
得：。
答：在物块刚离开Ⅰ区域时，物块的速度为；
若物块刚进入Ⅱ区域时，物块与木板的速度刚好相同，两作用区的边界距离为；
物块与木板最终停止运动时，求它们相对滑动的路程。
16.解：当金属棒匀速运动时，由平衡条件得
其中，其中
解得
当金属杆的速度为时，有
由牛顿第二定律有
解得；
在时间内，由动量定理得
其中，
解得
从金属棒开始运动到达稳定，由动能定理得
又
。