2022-2023学年山东省菏泽市重点大学附中实验学校高一下创新班物理期末模拟考试（二）（含解析）

2022-2023学年山东省菏泽市重点大学附中实验学校高一下创新班期末模拟考试（二）
一、单选题（本大题共8小题，共32.0分）
1. 关于汽车和火车安全行驶时的受力情况，下列说法正确的是( )
A. 汽车匀速率通过凹形路面的最低点时受力平衡
B. 汽车通过凸形桥最高点时对桥面的压力小于汽车的重力
C. 汽车在水平路面转弯时滑动摩擦力提供向心力
D. 火车以不同速率转弯时轨道与车轮间无侧向挤压
2. 如图所示，质点只在恒力作用下在平面内运动，在点时速度大小为，方向沿轴正方向。此后经一段时间运动到点，速度大小仍为，方向沿轴正方向。质点从到的运动过程中，下列说法正确的是( )
A. 做匀速圆周运动 B. 做加速度变大的曲线运动
C. 力先做负功后做正功 D. 力总与速度方向垂直
3. 如图所示为某电场的等势面，两相邻等势面间电势差相同。图中、、、、为电场中的个点，、两点所在等势面电势分别为、，在场中移送一个电子，以下判断正确的是
A. 从移到，电场力做负功 B. 从移到，电场力做功
C. 从移到，电势能减少 D. 点电势为，电场强度为
4. 年月日时分，神舟十二号载人飞船成功对接于天和核心舱构成多舱组合体。已知多舱组合体在地球上空约公里高度处圆轨道上运行，地球半径为，地球表面处重力加速度为。则多舱组合体在轨运行时( )
A. 向心加速度小于 B. 线速度大于
C. 角速度为 D. 周期为小时
5. 如图甲所示，中国女排在进行排球训练。如图乙所示，运动员将排球从点以速度沿水平方向击出，之后落到点，点在正下方且、位于同一水平面上，、高度差为。假设排球质量为，重力加速度为，不计空气阻力，关于排球从到的运动，下列说法正确的是( )
A. 做变加速曲线运动
B. 飞行时间是
C. 落到点时重力的瞬时功率为
D. 落到点时重力的瞬时功率为
6. 如图所示，在水平面内固定三个点电荷、、，其连线为一直角三角形，所受库仑力的合力平行于、的连线，以下判断正确的是
A. 、为同号电荷 B. 、为异号电荷
C. 所受库仑力的合力水平向左 D. 若将由静止释放将做直线运动
7. 天体在引力场中具有的势能叫做引力势能。取无穷远为引力势能的零点，引力势能表达式是，为引力常数，为产生引力场天体中心天体的质量，为研究对象的质量，为两者球心间的距离。北斗导航卫星质量为，在距离地球表面高处圆轨道上运行，地球质量为、半径为。则该卫星
A. 引力势能为 B. 动能为
C. 动能与引力势能的和为 D. 动能与引力势能的和为
8. 如图所示，、为水平平行金属板，上板有一孔，两板相距为，分别与电源两极相连，开关闭合。一带电荷量为、质量为的液滴自孔正上方距离为的点由静止自由下落，到达距离上板的点时速度恰好变为零，重力加速度为，则以下判断正确的是( )
A. 两板间电势差为
B. 板上移一小段距离，液滴仍能到达点
C. 若断开，板上移一小段距离，液滴仍能到达点
D. 若断开，板右移一小段距离，液滴仍能到达点
二、多选题（本大题共4小题，共16.0分）
9. 如图甲所示，、、为一条电场线上的三个点，已知。一正电荷从点由静止释放，仅在电场力作用下沿直线经点向点运动，该电荷运动过程中动能随移动距离的变化规律如图乙所示，则下列说法中正确的是( )
A. 该电场可能是匀强电场
B. 点的电势高于点电势
C. 该电荷在点的电势能大于在点电势能
D. 在段与在段电场力对该电荷做的功相等
10. “复兴号”动车组用多节车厢提供动力，从而达到提速的目的。总质量为的动车组在平直的轨道上行驶。该动车组有四节动力车厢，每节车厢发动机的额定功率均为，若动车组所受的阻力与其速率成正比为常量，动车组能达到的最大速度为。下列说法正确的是( )
A. 动车组在匀加速启动过程中，牵引力恒定不变
B. 若四节动力车厢输出功率均为额定值，则动车组从静止开始做加速度减小的运动
C. 若四节动力车厢输出的总功率为，则动车组匀速行驶的速度为
D. 若四节动力车厢输出功率均为额定值，动车组从静止启动，经过时间达到最大速度，则这一过程中该动车组克服阻力做的功为
11. 如图所示，两根固定绝缘直杆组成“”字形，两杆夹角为，其中杆竖直，杆光滑。在点固定一个带电荷量为的小球，另一带电荷量也为的小球套在杆上，小球沿杆加速下滑到达点时，速度为，越过点后继续下滑。已知垂直于，垂直于，，。关于小球的运动，以下判断正确的( )
A. 在点时，速度为吗
B. 在点时，速度为
C. 从点运动到点的过程中，机械能守恒
D. 从点运动到点的过程中，在点时电势能最大
12. 如图所示，在长为的轻杆的中点和端点处各固定一个质量均为的小球、，杆可绕轴无摩擦的转动。重力加速度为，则杆从水平位置无初速度释放到竖直位置的过程中
A. 球机械能不守恒 B. 球到达最低点时的速率为
C. 球到达最低点时的速率为 D. 轻杆对球做功为
三、填空题（本大题共1小题，共4.0分）
13. 如图所示，一小组设计了以下实验来探究库仑定律。在竖直墙上固定一个表面绝缘的压力传感器，一个带电荷量为的金属小球紧贴着压力传感器置于绝缘水平地面上。另一个带电荷量也为的相同小球置于同一个绝缘水平地面上，、间距离为远大于小球直径，压力传感器显示作用力为。现将移到距离为处后固定。
此时传感器显示作用力为_____；
另有一个不带电的相同小球图中未画出从右侧向左移动，则球左侧会感应出______电荷填“正”或“负”；
将与轻触后把移走，此时传感器显示作用力为_____。
四、实验题（本大题共1小题，共9.0分）
14. 某实验小组受到阿特伍德机工作原理的启发，设计了一个验证机械能守恒定律的实验装置。如图甲所示，两侧共有个钩码左边个、右边个，每个钩码的质量相同，用轻绳连接后跨在定滑轮两端，两侧钩码离地足够高。实验中，始终保证，将遮光片固定在右侧最上面的钩码上，此钩码位于处，在遮光条上方距离为的处安装好光电门，并打开电源，松开固定装置，遮光条向上运动经过光电门时显示挡光时间为，已知遮光条宽度为，重力加速度为。

遮光条到达处时，钩码的速率 ；
遮光条每次释放的位置不变，将光电门的位置逐渐上移，多次实验，记录每次和的数据，利用图像处理数据，作出的图像如图乙所示，若图像的斜率为 ，则可以验证机械能守恒定律；
将右侧钩码逐个加挂在左侧进行多次实验，遮光条每次均从处开始运动，可探究系统动能的变化情况，左侧钩码越多，遮光条运动时，系统的动能将 填“越大”、“越小”、“不变”；
某同学突然想到一个问题，若不考虑其它因素，只在左侧不断增加钩码个数，那么系统的加速度的值会趋于 。用题中所给物理量的符号表示
五、计算题（本大题共4小题，共40.0分）
15. 如图甲所示是潍坊某广场的轮胎滑行娱乐项目，人坐在轮胎上，沿斜面下滑，紧张刺激。简化后如图乙所示，斜面和水平面上铺有安全垫，安全垫与轮胎间的动摩擦因数均为，已知斜面的倾角为，顶端高度为，底端与水平面平滑连接，一儿童乘坐轮胎从斜面的顶端由静止滑下。
求儿童到达点时的速度；
为保证安全，水平地面上安全垫至少多长？
16. 竖直方向上无限大均匀带电平板上有一小孔，平板右侧过点且垂直于板的轴上的电势随距离的变化如图所示。一个电荷量，质量的带电粒子从点以初速度沿轴正方向运动，忽略粒子重力。
求粒子在处所受的电场力；
请通过计算说明粒子能否到达处。若能，求出粒子到达该处的速度大小；若不能，求出粒子向右运动最远点的位置坐标。
17. 一辆汽车的额定功率为。该汽车在平直高速公路上行驶，若汽车从静止开始以恒定加速度做匀加速直线运动达到额定功率，并继续以额定功率做加速运动，直至达到最大速度，整个加速阶段汽车运动位移，随后继续以最大速度运动后关闭发动机，再做匀减速直线运动，直至停止。已知汽车质量，，运动过程中阻力不变。求：
汽车所受的阻力大小；
末汽车的瞬时功率大小；
汽车从静止开始运动直至停止所需的总时间。
18. 如图甲所示，某直线加速器由沿轴线分布的两个金属圆管漂移管、组成，质子从点沿轴线进入加速器并依次向右穿过金属筒，筒接地电势为零，两筒间电压恒定。不同时刻释放的质子进入金属筒时速度均为，进入金属筒时速度均为，从筒右端射出后，沿两水平金属板、间的中心线射入，板长，板间距，加在板上的电压随时间变化的图像如图乙所示。粒子穿过板的极短时间内，电场可视作恒定的。两板右侧放一圆筒，其表面有一层厚度不计的方格坐标纸。筒的左侧边缘与极板右端距离，圆筒绕其轴线匀速转动，周期，筒的周长，筒能接收到通过板后射出的所有质子。质子的比荷为，不计质子重力。
请根据所学知识，解释并说明质子在漂移管内的运动状态；
粒子在之间加速时，求管的电势；
以时刻进入的质子打到圆筒记录纸上的点为坐标原点，取轴竖直向上为正，计算质子打到记录纸上沿轴方向的最大侧移量；
通过计算，在图丙的坐标纸上定量地画出内质子打在记录纸上形成的痕迹图线。
答案和解析
1.【答案】
【解析】解：、汽车匀速率通过凹形路面的最低点时具有竖直向上的向心加速度，处于超重状态，受力不平衡，故A错误；
B、汽车通过凸形桥最高点时具有竖直向下的向心加速度，处于失重状态，其对桥面的压力小于汽车的重力，故B正确；
C、汽车在水平路面转弯时静摩擦力提供向心力，故C错误；
D、设火车以某一速度通过某弯道时，内、外轨道均不受侧压力作用，其所受的重力和支持力的合力提供向心力，
根据牛顿第二定律可得：其中轨道平面与水平面的夹角为
解得
当时，火车受到的重力和支持力的合力不足以提供向心力，火转弯时对外轨道有侧向挤压
当时，火车受到的重力和支持力的合力大于火车所需的向心力，火车转弯时对内轨道有侧向挤压，故D错误。
故选：。
物体具有竖直向上的加速度时处于超重状态，物体具有竖直向下的加速度时处于失重状态；火车转弯时以规定速度行驶时，由火车的重力和支持力的合力提供圆周运动所需的向心力；若速度大于规定速度，重力和支持力的合力不够提供向心力，此时外轨对火车有侧压力；若速度小于规定速度，重力和支持力的合力提供向心力偏大，此时内轨对火车有侧压力。
本题是生活中圆周运动问题，关键是分析受力情况，分析外界提供的向心力与所需要的向心力的关系．
2.【答案】
【解析】解：、做匀速圆周运动的质点受到的合外力的方向始终指向圆心，是不断变化的，该题中质点只在恒力作用下，所以质点不可能做匀速圆周运动，故A错误；
B、质点受到恒力的作用，根据牛顿第二定律可知质点的加速度是恒定的，质点做匀变速曲线运动，故B错误；
、质点在点的速度大小与在点的速度大小相等，则从到力对质点做的总功为零，可知力的方向一定与的连线垂直，结合弯曲的方向可知质点的受力方向如图，由于做曲线运动的质点速度的方向沿轨迹的切线方向，可知力不是总与速度方向垂直，而是的方向先与速度的方向之间的夹角为钝角，然后的方向与速度的方向之间的夹角为锐角，当与速度的方向之间的夹角为钝角时力对质点做负功，当力与速度的方向之间的夹角为锐角时力做正功，故C正确，D错误。
故选：。
根据做匀速圆周运动的条件判断；质点受到恒力的作用，则加速度是恒定的，质点做匀变速曲线运动；根据力的方向与速度方向之间的关系判断。
该题考查曲线运动的特点，解答的关键是根据质点在点的速度大小与在点的速度大小相等，判断出力的方向一定与的连线垂直。
3.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查了电势能与电场力做功、等势面；本题关键是根据电场线及其与等势面的关系判断出电势高低、电场力大小和电势差的大小关系；同时知道等差等势面越密的地方，电场线也越密；当然也可以由电场力做功的正负来确定电势能的增减。
电势差与电场力做功关系公式来判断电场力做功的多少；
根据电场力做功与电势能变化的关系判断电势能的变化；
根据电场线的疏密程度判断电场强度的大小。
【解答】
A.、在同一等势面上，电子从移到，电场力不做功，故A错误；
B.两相邻等势面间电势差相同，可知，，电子从移到，电场力做功，故B正确；
C.电子从移到，电场力做负功，电势能增大，故C错误；
D.点电势为，但电场强度不为，故D错误。
故选B。
4.【答案】
【解析】解：、在地球表面上，物体的重力等于万有引力，有，解得地表重力加速度
对于组合体，根据万有引力提供向心力可得，解得组合体的向心加速度
由此可知：，故A正确；
B、根据万有引力提供向心力可得，
可得组合体的线速度，故B错误；
C、根据万有引力提供向心力可得：，
解得组合体的角速度，故C错误；
D、由于组合体的轨道半径小于地球同步卫星的轨道半径，根据开普勒第三定律可知：组合体的周期小于地球同步卫星的周期，即小于小时，故D错误。
故选：。
在地球表面上，物体所受重力等于万有引力可得地球表面重力加速度，对于组合体，根据万有引力提供向心力可得组合体的向心加速度、线速度、角速度等物理量的表达式，即可分析比较。
比较描述圆周运动的各个物理量时，需要得到各个物理量的表达式，据此进行比较。
5.【答案】
【解析】解：、排球沿水平方向击出后只受重力的作用，故排球做平抛运动，为匀变速曲线运动，故A错误；
B、根据平抛运动规律有，则飞行时间，故B错误；
、由得排球落到点时竖直方向的速度，根据瞬时功率公式可得落到点时重力的瞬时功率为，故C错误，D正确。
故选：。
排球做平抛运动，为匀变速曲线运动；根据平抛运动规律判断排球飞行时间；先由得排球落到点时竖直方向的速度，再根据判断重力的瞬时功率。
本题要注意运用瞬时功率公式判断重力的瞬时功率。
6.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查了库仑定律与力学问题的综合应用；掌握几何关系，与三角形相似比的运用，注意小球的合力方向可能向左，不影响解题的结果。
对小球受力分析，根据库仑定律，与矢量的合成法则，结合几何关系，即可求解。
【解答】
根据同种电荷相斥，异种电荷相吸，且小球所受库仑力的合力的方向平行于，的连线，可知，，的电荷异号，故A错误，B正确；
C.由于电荷、的带电性未知，所受库仑力的合力方向，可能水平向左，可能水平向右，故C错误；
D.若将由静止释放，点电荷受到的库仑力的合力方向不断变化，点电荷做曲线运动，不可能做直线运动，故D错误。
故选B。
7.【答案】
【解析】
【分析】
根据引力势能表达式可求该卫星的引力势能；由万有引力提供向心力结合动能表达式可求出该卫星的动能；则可知动能与引力势能的和。
本题主要考查引力势能、卫星的运行规律、动能表达式。
【解答】
A.根据引力势能表达式，知该卫星的引力势能为，故A错误；
B.由万有引力提供向心力有：，解得卫星在距离地球表面高处运行的动能为：，故B错误；
．该卫星的引力势能为，卫星在距离地球表面高处运行的动能为，该卫星动能与引力势能的和为，故C正确，D错误。
故选C。
8.【答案】
【解析】
【分析】
液滴由点到点，由动能定理得出两板间电势差；电容器始终与电源相连，电压不变，若断开， 电容器电荷量不变，根据和，结合动能定理判断液滴能否到达点。
本题主要考查动能定理、平行板电容器的电容、匀强电场场强公式。
【解答】
A.液滴由点到点，由动能定理得：，即，解得两板间电势差为，故A错误；
B.电容器始终与电源相连，电压不变，板上移一小段距离，板间距离变小，设为，假设液滴能到达点，由动能定理得：，所以液滴不能到达点，故B错误；
C.若断开， 电容器电荷量不变，根据和可得：不变，板上移一小段距离，场强不变，由动能定理得：，所以液滴仍能到达点，故C正确；
D.若断开，电容器电荷量不变，板右移一小段距离，根据和，知场强变大为，假设液滴能到达点，由动能定理得：，所以液滴不能到达点，故D错误。
故选C。
9.【答案】
【解析】解：、根据动能定理可得可知：图像中的斜率代表电场力的大小，由图可知：图像的斜率变小，说明正点电荷所受电场力变小，则该电场不是匀强电场，故A错误；
、由于该正电荷由静止开始运动的，仅受电场力作用从运动到做加速运动，因此该正电荷所受电场力方向由指向，场强方向也从指向，沿电场线电势降低，即有，再根据可知，，即该电荷在点的电势能大于在点电势能，故BC正确；
D、由图可知：段对应的电荷的动能增量大于在段的动能增量，根据动能定理可知电场力在段对该电荷做的功大于在段电场力对该电荷做的功，故D错误。
故选：。
根据带电粒子的图象可知，该带电粒子做加速直线运动，其所受电场力逐渐减小，由此可以判断出电场的方向和电场强度大小、电势高低的变化情况以及点电荷的电势能变化情况；根据功能关系判断电场力做功的情况。
本题结合运动图象考查了电场强度和电势的变化情况，要注意结合图象的含义以及电场线和电场强度与电势的关系求解。
10.【答案】
【解析】
【分析】
解决该题的关键是知道功率与牵引力之间的关系，知道什么时候速度达到最大，应用动能定理求解在额定功率下达到最大速度时克服阻力做的功。
根据受力分析，结合牛顿第二定律分析判断在相关条件下加速度和牵引力的变化；当牵引力和阻力的大小相等时，动车的速度达到最大值，由此可求解最大速率；根据动能定理计算经过时间达到最大速度时克服阻力做的功。
【解答】
A、若动车组做匀加速启动，则加速度不变，而速度增大，则阻力也增大，要使合力不变则牵引力也将增大，故A错误；
B、若动车组输出功率均为额定值，则其加速：，随着速度增大，加速度减小，所以动车组做加速度减小的加速运动，故B正确；
C、当动车组的速度增大到最大时，其加速度为零，则有：，若总功率变为，则同样有：，联立两式可得：，故C正确；
D、对动车组根据动能定理有：，所以克服阻力做的功：，故D错误。
故选：。
11.【答案】
【解析】由几何关系可知
且点和点到点的距离相等，则电势相等，带电小球从点到点电场力做功为零，由动能定理得
代入数据解得 故B正确，A错误；
C.带电小球从点到点的过程中，除了重力做功，还有电场力对其做功，故机械能不守恒，故C错误；
D.由点电荷电势的公式 可知小球产生的电场在点的电势最高，则带正电荷的小球在点的电势能最大
12.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查了动能定律、机械能守恒定律等内容；机械能守恒的条件是只有重力或弹力做功，对组合体的问题，要注意整体法和隔离体法的应用；隔离法求内力。
根据机械能守恒的条件分析球机械能是否守恒；
作为整体机械能守恒，根据机械能守恒和两球角速度相等，求出到达竖直位置时两球的速度；
根据动能定理，可解出杆对做的功。
【解答】
设当杆转到竖直位置时，球和球的速度分别为和；如果把轻杆、两球组成的系统作为研究对象，系统机械能守恒；
若最低点为重力势能参考平面，
可得：；
又因球与球在各个时刻对应的角速度相同，故；
由以上二式得：，，故B错误，C正确；
A.对球运用动能定理可得，解得，说明杆对球做负功，球的机械能减少，故A正确；
D.对有：，所以，故D错误。
故选AC。
13.【答案】；负；
【解析】由库仑力公式可知 现将 移到距离 为 处后固定
联立可知
由于 球带正电，不带电的相同小球 从 右侧向左移动，则 球左侧会感应出负电荷。
将 与 轻触后，此时 球的电量为原来的一半，由库仑力可知此时
14.【答案】 越大
【解析】解：遮光条到达处时，根据速度公式得：
如果系统机械能守恒，重力势能的减少量等于动能的增加量

解得
则图像斜率为，可以验证机械能守恒。
将右侧的钩码逐个加挂在左侧进行多次实验，遮光条每次均从处开始运动，左侧钩码越多，重力差值越大，重力势能减少越多，根据机械能守恒定律，遮光条运动时，系统的动能越大。
只在左侧不断增加钩码的个数，左边重力越来越大，对系统根据牛顿第二定律可知，当右边可忽略不计时，则系统加速度为．
故答案为：越大
根据遮光条向上运动经过光电门时显示挡光时间和遮光条宽度可求得到达的速度大小；
根据系统机械能守恒，列出表达式变形后结合图像分析斜率；
左侧钩码越多，重力差值越大，重力势能减少越多，则系统动能越大；
左边重力越来越大，当右边可忽略不计时，左边趋于自由落体运动。
本题考查验证机械能守恒定律的实验，关键掌握如何利用机械能守恒定律的变形式结合图像分析斜率。
15.【答案】 ；
【解析】从 到 ，由动能定理得
解得
为确保儿童的安全， 段的长度 最小值是当儿童到达 点时速度为零
从 到 由动能定理得 解得
16.【答案】 ，方向水平指向 点；不能到达，
【解析】汽车以最大速度运动时 代入数据解得
汽车做匀加速直线运动，有 代入数据解得
匀加速运动的末速度为 则匀加速运动时间
因为，所以末汽车已经达到最大功率，则时功率为
匀加速阶段所用时间为
设以最大功率运动达到最大速度所需时间为，又匀加速的位移为
则恒定功率阶段的位移为 由动能定理有 解得
匀速运动所需时间
匀减速运动加速度大小为 故匀减速运动所需时间
则总时间
17.【答案】 ； ；
【解析】汽车以最大速度运动时 代入数据解得
汽车做匀加速直线运动，有 代入数据解得
匀加速运动的末速度为 则匀加速运动时间
因为，所以末汽车已经达到最大功率，则时功率为
匀加速阶段所用时间为
设以最大功率运动达到最大速度所需时间为，又匀加速的位移为
则恒定功率阶段的位移为 由动能定理有 解得
匀速运动所需时间
匀减速运动加速度大小为 故匀减速运动所需时间
则总时间
18.【答案】见解析； ； ；见下解释
【解析】由于漂移管的静电屏蔽作用，其内部场强处处为零，故质子在漂移管内做匀速直线运动。
质子在 之间加速，假设 两管之间的电压为 ，根据动能定理得：
代入数据得 由于 管接地，电势为，则 管电势
当质子恰好从 板边缘射出时，打到记录纸上位置最高，记纵坐标为 。
在 板间向上偏转的过程中，质子初速度是 ，水平位移是 ，竖直位移是 ，假设此时对应的偏转电压为 ，偏转时间为 。根据类平抛运动的规律有
代入数据解得 此质子从 板间射出时沿 方向的分速度为
由几何关系得
代入数据解得
质子在 轴上的最大侧移量为
又 ，圆筒转动的一个周期内质子打在圆筒上的最高点不止一个。所对应的时刻分别为 和 。
根据题中关于坐标原点与起始记录时刻的规定，第一个最高点的 坐标为 ，第二个最高点的 坐标为 。
综上所述，质子打在记录纸上最高点的坐标为 或
第1页，共1页