湖南省衡阳市衡阳县第四中学2022-2023学年高一下学期期末物理模拟试卷（二）（含解析）

衡阳县四中2022-2023学年下学期高一期末模拟卷
物 理 （二）
注意事项：
1．答题前，先将自己的姓名、准考证号填写在试题卷和答题卡上，并将准考证号条形码粘贴在答题卡上的指定位置。
2．选择题的作答：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，写在试题卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。
3．非选择题的作答：用签字笔直接答在答题卡上对应的答题区域内。写在试题卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。
4．考试结束后，请将本试题卷和答题卡一并上交。
第Ⅰ卷（选择题）
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题只有一项符合题目要求，第9～12题有多项符合题目要求。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．对点电荷的理解，你认为正确的是(　　)
A．点电荷不能是带电荷量很大的带电体
B．点电荷的带电荷量可能是2.56×10－20 C
C．只要是均匀的球形带电体，不管球的大小，都能被看成点电荷
D．当两个带电体的形状对它们的相互作用力的影响可忽略时，这两个带电体都能看成点电荷
2．如图，悬挂在绝缘丝线下的A、B两小球带同种电荷，两小球的带电量qA＜qB，质量mA＞mB，两球都处于静止状态。 A、B两球所受库仑力的大小分别为FA和FB，则（　　）
A．FA＝FB B．FA＜FB C．FA＞FB D．无法确定
3．质量为m的物体，由静止开始下落，由于空气阻力作用，下落的加速度为，在物体下落h的过程中，下列说法正确的是（　　）
A. 物体所受阻力做功为 B. 物体重力做的功为-mgh
C. 物体重力势能减少了mgh D. 物体动能增加了
4. 如图所示，A、B是质量相等的两个小球，A球从高度为h的固定光滑斜面顶端静止下滑，B球从半径为h的四分之一固定光滑圆弧顶端静止下滑。关于A、B两小球的运动，下列说法正确的是（　　）
运动到各自底端时速度变化量相同
B. 运动到各自底端时合外力做的功不同
C. B球运动过程中重力的瞬时功率先增大后减小
D. 运动到斜面底端时重力的瞬时功率相等
5. 如图所示，人用轻绳通过光滑轻质定滑轮拉穿在光滑竖直杆上的物块A，人以恒定速度向左匀速拉绳，某一时刻，定滑轮右侧绳与竖直杆的夹角为，左侧绳与水平面的夹角为，此时物块A的速度为，则人拉绳的速度为（ ）
A. B. C. D.
6．避雷针是利用尖端放电原理保护建筑物避免雷击的一种设施。雷雨天当带有负电的乌云飘过一栋建筑物上空时，避雷针的顶端通过静电感应会带上大量电荷，在避雷针周围形成电场。图中虚线为避雷针周围的等势线，相邻两等势线间的电势差相等。则（　　）
A．避雷针附近的电场是匀强电场
B．避雷针的顶端带负电
C．a、b、c、d四个等势面中，a的电势最低
D．一带负电的雨滴从乌云中落下，电场力做负功
7．如图甲所示，计算机键盘为电容式传感器，每个键下面由相互平行间距为d的活动金属片和固定金属片组成，两金属片间有空气间隙，两金属片组成一个平行板电容器，如图乙所示。其内部电路如图丙所示，已知平行板电容器的电容可用公式计算，式中k为静电力常量，为相对介电常数，S表示金属片的正对面积，d表示两金属片间的距离，只有当该键的电容改变量大于或等于原电容的50%时，传感器才有感应，则下列说法正确的是（　　）

A．按键的过程中，电容器的电容减小
B．按键的过程中，图丙中电流方向从b流向a
C．欲使传感器有感应，按键需至少按下
D．欲使传感器有感应，按键需至少按下
8．如图甲，辘轱是古代民间提水设施，由辘轱头、支架、井绳、水斗等部分构成，如图乙为提水设施工作原理简化图，某次从井中汲取m＝2 kg的水，辘轱绕绳轮轴半径r＝0.1 m，水斗的质量为0.5 kg，井足够深且井绳的质量忽略不计。t＝0时刻，轮轴由静止开始绕中心轴转动向上提水桶，其角速度随时间变化规律如图丙所示，g取10 m/s2，则（　　）
A．水斗速度随时间变化规律为 B．井绳拉力瞬时功率随时间变化规律为
C．0～10 s内水斗上升的高度为4 m D．0～10 s内井绳拉力所做的功为255 J
9．如图，充气后的气球在头发上摩擦，再靠近不带电的空易拉罐，在气球未接触易拉罐的情况下，可观察到易拉罐会朝气球方向滚动，关于这一现象，下列说法正确的是（　　）

A．易拉罐靠近气球一侧的带电性质和气球相反
B．易拉罐远离气球一侧的带电性质和气球相反
C．气球对易拉罐远、近两侧的作用力均为吸引力
D．气球对易拉罐远、近两侧的作用力大小不相等
10．如图所示，ABC为正三角形，AB和AC边上放有带等量异种电荷的绝缘细棒，O为BC边中点，D为BC中垂线上O点右侧的一点，P为BC上的一点，选无穷远处电势为0，则下列说法正确的是（ ）
A．O点和D点场强可能大小相等，方向相同
B．D点的电势一定高于P点
C．将一正检验电荷沿直线从O点运动到D点，电势能不变
D．将一正检验电荷沿直线从O点运动到P点，电场力做负功
11．如图，轻质弹簧一端与垂直固定在斜面上的板C相连，另一端与物体A相连。物体A置于光滑固定斜面上，斜面的倾角。A上端连接一轻质细线，细线绕过光滑的定滑轮与物体B相连且始终与斜面平行。开始时托住B，A静止且细线恰好伸直，然后由静止释放B。已知物体A、B的质量均为m，弹簧的劲度系数为k，当地重力加速度为g，B始终未与地面接触。从释放B到B第一次下落至最低点的过程中，下列说法正确的是（　　）。
A. 刚释放物体B时，物体A受到细线的拉力大小为
B. 物体A到最高点时，A所受合力大小
C. 物体B下落至最低点时，A和弹簧组成系统的机械能最大
D. 物体A的最大速度为
12．如图所示，某快递公司使用电动水平传输机输送快件，皮带在电动机的带动下保持大小为v的恒定速度向右运动。现将一质量为m的邮件由静止轻放在皮带上，邮件和皮带间的动摩擦因数为μ，邮件过一会儿能保持与传送带相对静止，对于邮件从静止释放到相对静止这一过程，下列说法正确的是（　　）
A．邮件在传送带上的相对位移大小为
B．传送带克服摩擦力做的功为
C．电动机多做的功为 D．电动机增加的输出功率为
第Ⅱ卷（非选择题）
二、非选择题：本题共5小题，共52分。按题目要求作答。解答题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能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。
13．(6分)某实验小组用如图所示装置探究“动能定理”。请回答下列问题：
（1）纸带穿过打点计时器，调整长木板的倾斜度，使小车在不受牵引力时能拖动纸带沿长木板做匀速运动。这样做的目的是_______；
（2）纸带穿过打点计时器，小车置于靠近打点计时器的位置，通过绕过定滑轮的细线与钩码相连：启动打点计时器，释放小车，小车在牵引力的作用下运动，得到的一条较为理想的纸带，其中O点为打点计时器打的第一点，A、B、C为连续的三个计数点，相邻两点的时间间隔，如图乙所示。
①以小车为研究对象，若用钩码的重力表示细线对小车的拉力，钩码的质量m和小车的质量M应满足的条件是______。
②此次实验中，钩码的质量m=20g，小车的质量M=400g，根据纸带上提供的数据可知，从O到B的过程中，合力对小车做的功为W=______J；小车动能的变化量为=______J（重力加速度，结果保留3位有效数字）。
（3）改变钩码的质量进行多次实验，发现合力做的功W总是大于动能的变化量，导致这一结果的原因是______。
14．(6分)某同学按图甲所示实验电路进行“观察电容器的充、放电现象”的实验，电源E为直流稳压电源，他先把开关S掷向1端，电容器充电完毕后，再把开关S掷向2端，电容器通过电阻R放电，传感器将电流信息传入计算机，屏幕上显示出电流随时间t的变化情况。
（1）图乙为电容器充电时显示出的电流随时间变化的图像，电容器充电完毕后的电荷量约为_________C（结果保留2位有效数字）；
（2）实验时如果不改变电路其他器材，只将电阻换成另一个阻值较大的电阻进行实验，充电时间将_________（填“变长”、“不变”或“变短”）；
（3）实验时如果不改变电路其他器材，只将电容器换成另一个电容较大的电容器进行实验，则得到的图线与坐标轴圈成的面积将_________（填“变大”、“变小”或“不变”）。
15．(8分)近年来，中国的航天实力表演十分抢眼，假如将来某天我国宇航员乘坐的宇宙飞船到达某适宜人居住的星球，在该星球“北极”距地面处由静止释放一个小球（引力视为恒力，阻力可忽略，远小于该星球半径），经过时间落到地面。已知该星球半径为，自转周期为，引力常量为，求：
（1）该星球的平均密度；
（2）该星球的第一宇宙速度；
（3）如果该星球有一颗同步卫星，其距星球表面的高度为多少。
16．(9分)如图，电量为的正点电荷A固定不动，若要使电量为、质量可变的正点电荷B在A左上方离其距离为，连线与竖直成角处静止，则需在竖直平面内加一个匀强电场，场强为，重力加速度为，静电力常量为。求：
（1）所加电场的方向如何时可使最小，最小场强的大小是多少；
（2）在电场最小的情况下，点电荷B的质量多大；
（3）若所加匀强电场斜向右上方30°，且电荷B仍静止，应为多大。
17．(9分)如图所示，光滑斜倾角为37°，A、B两点距离L＝ m。一质量m＝1×10－2 kg、带电荷量q＝1×10－6 C的小物块置于斜面上，当加上水平向右的匀强电场时，该物体恰能静止在斜面上，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，g＝10 m/s2。求：
(1)该电场的电场强度大小；
(2)求B、A两点间的电势差UBA；
(3)若电场强度变为原来的，当小物块由静止沿斜面从A下滑至B点时，求物块在B处速度的大小。
18．(14分)为了研究过山车的原理，某物理小组提出了下列的设想：取一个与水平方向夹角为θ＝60°，长为L1＝2 m的倾斜轨道AB，通过微小圆弧与长为L2＝m的水平轨道BC相连，然后在C处设计一个竖直完整的光滑圆轨道，出口为水平轨道D，如图所示。现将一个小球从距A点高为h＝0.9 m的水平台面上以一定的初速度v0水平弹出，到A点时速度方向恰沿AB方向，并沿倾斜轨道滑下。已知小球与AB和BC间的动摩擦因数均为μ＝。g取10 m/s2，求：
(1)小球初速度v0的大小；
(2)小球滑过C点时的速率vC；
(3)要使小球不离开轨道，则竖直圆弧轨道的半径R应该满足什么条件。
参考答案及解析
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题只有一项符合题目要求，第9～12题有多项符合题目要求。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．【答案】D
【解析】能否视为点电荷与带电量无关，当两个带电体的形状对它们的相互作用力的影响可忽略时，这两个带电体都能看成点电荷，故AC错误，D正确；点电荷带电量必须是元电荷的整数倍，元电荷电量为1.6×10－19 C，不是整数倍，故B错误。
2．【答案】A
【解析】A、B两球所受库仑力是相互作用力，大小相等，方向相反。故选A。
3．【答案】C
【解析】
【详解】A．根据牛顿第二定律，解得
物体所受阻力做功为，故A错误；
B．物体重力做的功为故B错误；
C．物体重力势能减少量为，故C正确；
D．物体动能增加量为，故D错误。
故选C。
4．【答案】C
【解析】
【详解】AB．根据动能定理可得可得
可知两球运动到各自底端时合外力做的功相同；两球运动到各自底端时速度大小相等，但方向不同，则速度变化量大小相等，方向不同，故AB错误；
CD．重力的瞬时功率为
B球运动过程中的竖直分速度从零先增大后又减小到零，则B球运动过程中重力的瞬时功率先增大后减小；两球运动到斜面底端时，A球的竖直分速度不为零，B球的竖直分速度为零，则两球的重力瞬时功率不相等，故C正确，D错误。
故选C。
5．【答案】D
【解析】
【详解】人拉绳向左运动的速度为，由题意可知，沿绳方向的速度相等，对物块A的速度进行分解，如图所示：
则有，对人的速度进行分解，如图所示，则有
联立可得
6．【答案】C
【解析】匀强电场的等势线应是一簇平行线，由图可知避雷针附近的电场显然不是匀强电场，故A错误；
乌云带负电，则避雷针的顶端感应出正电荷，带正电，故B错误；乌云带负电，则电场线终止于乌云，根据沿电场线方向电势降低可知a、b、c、d等势面中a的电势最低，故C正确；有一带负电的雨点从乌云中下落，雨点所受电场力方向与速度方向夹角小于90°，电场力做正功，故D错误。
7．【答案】B
【解析】根据电容计算公式得，按键过程中，d减小，C增大，故A错误；因C增大，U不变，根据得Q增大，电容器充电，电流方向从b流向a，故B正确；按键过程中，d减小，电容C增大，当电容至少增大为原来的倍时，传感器才有感应，根据得，板间距离至少为，所以按键需至少按下，故CD错误。
8．【答案】D
【解析】由图丙可知，所以水斗速度随时间变化规律为，故A错误；水斗匀加速上升，加速度，由牛顿第二定律，所以井绳拉力大小为，井绳拉力瞬时功率随时间变化规律为，故B错误；水斗匀加速上升，0～10 s内它上升的高度为，故C错误；0～10 s内井绳拉力所做的功为，故D正确。
9．【答案】AD
【解析】根据静电感应，靠近气球一侧与气球带异种电荷，远离一侧与气球带同种电荷，A正确，B错误；气球对易拉罐远侧为斥力，近侧为吸引力，并且对近侧的力大于远侧的力，C错误，D正确。
10．【答案】BC
【解析】将带电体看成无数对等量异种点电荷，等量异种点电荷中垂线AD上的电场方向垂直AD向下，由于D点比O点距离等量异种电荷较远，因此场强较小，故A错误；由等量异种点电荷周围的等势面分布可知，O点和D点处于同一等势面上，O点的电势高于P点的电势，因此D点的电势一定高于P点电势，故B正确；由于O点和D点处于同一等势面上，将一正检验电荷沿直线从O点运动到D点，电场力不做功，因此电势能保持不变，故C正确；由于O点电势高于P点电势，将一正检验电荷沿直线从O点运动到P点，电场力做正功，故D错误。
11.【答案】ACD
【解析】
【详解】A．刚释放物体B时，以A、B组成的系统为研究对象，有
解得
对B研究，解得
故物体A受到细线的拉力大小为，故A正确；
BC．对于A、B物体以及弹簧组成的系统，只有弹簧的弹力和重力做功，系统机械能守恒，B减小的机械能转化为A的机械能以及弹簧的弹性势能，故当B下落至最低点时，A和弹簧组成系统的机械能最大，且此时A上升到最高位置，根据对称性可知B产生的加速度大小也为
故对B受力分析，根据牛顿第二定律可知
解得，故AB整体研究，可得
解得
对A研究，A受到弹簧拉力、重力和绳子的拉力，则
故B错误，C正确；
D．手拖住物块B时，物块A静止，设此时弹簧的压缩量为，对物块A根据平衡条件可得，解得
当物体A上升过程中，当A和B整体的加速度为0时速度达到最大值，此时细线对A的拉力大小刚好等于，设此时弹簧的伸长量为，则
解得，所以此时弹簧的弹性势能与初始位置时相同，对A、B和弹簧组成的系统，根据机械能守恒定律得
解得，故D正确。
故选ACD。
12．【答案】ABC
【解析】邮件达到速度v所需的时间，在这段时间内邮件的位移，传送带的位移，则邮件相对传送带的位移，故A正确；传送带克服摩擦力做的功，故B正确；电动机多做的功转化成了邮件的动能和摩擦生热的内能，邮件在这个过程中获得的动能
由于滑动摩擦力做功，相对位移，则产生的热量，故电动机多做的功，故C正确；电动机增加的功率即为克服摩擦力做功的功率，故D错误。
二、非选择题：本题共5小题，共52分。按题目要求作答。解答题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能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。
13．【答案】 ①. 平衡摩擦力 ②. ③. 0.130 ④. 0.128 ⑤. 绳子的拉力小于钩码的重力；钩码有动能；其他（答出其中任意1条给2分，其他符合情况的答案的情给分）
【解析】
【详解】（1）纸带穿过打点计时器，调整长木板的倾斜度，使小车在不受牵引力时能拖动纸带沿长木板做匀速运动。这样做的目的是能够平衡掉摩擦力，使小车所受的合外力即为绳子拉力。
（2）①以小车为研究对象，若用钩码的重力表示细线对小车的拉力，钩码的质量m和小车的质量M应满足的条件是钩码的质量远小于小车的质量，即
②因为将钩码的重力表示细线对小车的拉力，则合力对小车做的功为
由数据可得下降OB时，小车速度为
则小车动能的变化量为
（3）改变钩码的质量进行多次实验，发现合力做的功W总是大于动能的变化量，导致这一结果的原因是绳子的拉力小于钩码的重力（或者钩码也有动能）。
14．【答案】（1） （2）变长 （3）变大
【解析】（1）电容器所带的电荷量在数值上等于图像与坐标轴所包围的面积，确定每个小方格所对应的电荷量值，纵坐标的每个小格为0.2 mA，横坐标每个小格为0.4 s，则每个小格所代表的电荷量的数值为，曲线下方包含的小正方形的个数约为40个，由曲线下方的方格数与q的乘积即得电容器所带的电荷为。
（2）因为电容的电量是一定的，根据，，可得阻值越大，电流越小，时间会变长。
（3）如果不改变电路其他器材，将电容器换成另一个电容较大的电容器，则由，电容C增大，电压U不变，则Q增大，则得到的图线与坐标轴圈成的面积将变大。
15．【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）设该星球表面的重力加速度为，小球做自由落体运动，则有
解得，根据物体在星球受到的万有引力等于重力，则有
解得星球的质量为，故该星球的平均密度为
（2）星球的第一宇宙速度等于卫星在该星球表面轨道绕星球做匀速运动时的线速度，由万有引力提供向心力得，解得
（3）同步卫星的周期与该行星自转周期相同，均为，设同步卫星的质量为，由万有引力提供向心力得联立解得同步卫星距行星表面的高度为
16.【答案】（1），方向水平向右；（2）；（3）
【解析】（1）对正电荷B受力分析可知，因为质量可变，当静电力水平时静电力取得最小值，此时电场强度最小，方向水平向右，则
解得。
（2）在电场最小的情况下，满足
解得。
（3）若所加匀强电场斜向右上方30°，且电荷B仍静止，受力分析可知
解得。
17．【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】(1)如图所示，小物块受重力、斜面支持力和电场力三个力作用，受力平衡，则有
解得。
(2)B、A两点间的电势差
(3)场强变化后物块所受合力
根据牛顿第二定律得：F＝ma
故代入数据解得：a＝0.3g＝3 m/s2
物块在B处速度的大小
解得。
18.【答案】(1)m/s；(2)3 m/s；(3)0＜R≤1.08 m
【解析】
【详解】(1)小球做平抛运动到达A点，由平抛运动规律知竖直方向有
即，因为在A点的速度恰好沿AB方向，所以小球初速度
(2)从水平抛出到C点的过程中，由动能定理得
解得
(3)小球刚好能通过最高点时，由牛顿第二定律有
小球做圆周运动过程中，由动能定理有
解得
当小球刚好能到达与圆心等高时有
解得
当圆轨道与AB相切时
即圆轨道半径不能超过1.5 m，综上所述，要使小球不离开轨道，R应该满足的条件是