安徽省滁州市定远县民族中学2022-2023学年第二学期高一物理期末试卷（含解析）

2022-2023学年度第二学期高一期末检测试卷
物理试题
注意事项:
1.答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号填写在答题卡上。
2.回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡对应题目的答案标号涂黑；如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上，写在试卷上无效。
3.考试结束后，本试卷和答题卡一并交回。
第I卷（选择题）
一、单项选择题（本大题共8小题，共32分。在每小题列出的选项中，选出符合题目的一项）
1. 地球可看作一个均匀球体，上海的纬度约为北纬。、两物体分别位于赤道和上海，随地球自转做匀速圆周运动，它们的角速度、和线速度、关系正确的是
A.
，
B. ，
C. ， D. ，
2. 图甲和图乙分别是滚筒式和波轮式洗衣机洗衣机脱水时，衣物紧贴着筒壁分别在竖直或水平面内做匀速圆周运动，如图丙、丁所示图丙中，、分别为最高和最低位置，、与脱水筒圆心等高衣物可理想化为质点，下列说法正确的是( )
A. 图丙中衣物在、、、四个位置对筒壁的压力大小相等
B. 图丙中衣物在、位置受到摩擦力的方向相反
C. 图丁中衣物对筒壁的压力保持不变
D. 图丁中脱水过程临近结束时，简转动的角速度越来越小，衣物对筒壁的压力也越来越小
3. 如图所示，电荷量为和的点电荷分别位于边长为的正方体的顶点，设静电力常量为，则正方体中心的电场强度大小为( )
A. B. C. D.
4. 某同学用如图所示的实验电路来研究电容器的充、放电过程，电容器原来不带电，单刀双掷开关先接，稳定后再接，下列说法正确的是( )
A. 接时，电流表的读数逐渐增大
B. 接时，电流从左向右流过电流表
C. 电流表的内阻会影响电容器的最大电压
D. 增大电阻箱的阻值可以延长电容器的放电时间
5. 如图所示，摆球质量为，悬线的长为，把悬线拉到水平位置后放手。设在摆球从点运动到点的过程中空气阻力的大小不变，则下列说法正确的是( )
A. 重力做功为 B. 悬线拉力做负功
C. 空气阻力做功为 D. 空气阻力做功为
6. 如图所示，图中边长为的正三角形的三个顶点分别固定有三个点电荷、、，则该三角形中心点处的场强为( )
A. ，方向由指向 B. ，方向由指向
C. ，方向由指向 D. ，方向由指向
7. 如图所示，利用卷扬机将套在光滑竖直杆上的重物提升到高处。卷扬机以速度匀速缠绕钢丝绳，当重物运动到图示位置时，下列说法正确的是( )
A. 重物的速度等于
B. 重物的速度小于
C. 钢丝绳对重物的拉力与重物的重力的合力一定沿水平方向
D. 钢丝绳对重物的拉力与竖直杆对重物的弹力的合力一定沿着杆向上
8. 年月日“神舟十三号”飞船与“天和”核心舱对接。已知核心舱绕地球运行近似为匀速圆周运动，离地面距离约为，地球半径约为，地球表面的重力加速度取，下列说法正确的是 ( )
A. 核心舱的向心加速度小于
B. 核心舱运行速度大于
C. 由题干条件可以求出地球的质量
D. 考虑到稀薄大气的阻力，无动力补充，核心舱的速度会越来越小
二、多项选择题（本大题共4小题，共16分。每小题有多项符合题目要求，全选对的得4分，选对但不全对的得2分，有选错的得0分。）
9. 如图所示，一轻绳跨过无摩擦的小定滑轮与小球连接，另一端与套在光滑竖直杆上的小物块连接，杆两端固定，开始时用手握住使静止在点，细线伸直。现静止释放，向上运动，经过点时细线与竖直杆成角，此时、的速度大小分别为、，点位置与等高，不计一切摩擦，球未落地，则( )
A.
B.
C. 当物块上升到与滑轮等高时，的速度最大
D. 当物块上升到与滑轮等高时，的速度为零
10. 如图，空间中有一匀强电场区域电场线未画出，矩形，边长为，为边中点，为边上一点，为正三角形，且矩形平面平行于电场方向，已知点电势为，点电势为，点电势为。电子从点垂直电场线方向以不同的初速度射入电场。下列说法正确的是( )
A. 匀强电场中的电场线方向垂直于连线
B. 电场强度大小为
C. 电子从点运动到点的过程中，电场力做功为
D. 仅在电场力作用下，打到点的电子的初速度大于打到点的电子的初速度
11. 年月日时分，神舟十四号与空间站天和核心舱分离，在太空执行任务天陈冬、刘洋、蔡旭哲三名航天员正式踏上回家之路。分离过程简化如图所示，脱离前与天和核心舱同处于半径为的圆轨道，从点脱离后神舟十四号飞船沿轨道返回近地半径为的圆轨道上，点为轨道与轨道轨道的切点，然后再多次调整轨道，顺利着陆在东风着陆场。下列判断正确的是( )
A. 飞船由轨道进入轨道需要在点减速
B. 飞船由到的时间大于在轨道上运行周期的一半
C. 飞船在轨道上经过点的加速度要大于在轨道上经过点的加速度
D. 飞船在轨道与地心连线和在轨道与地心连线在相同时间内扫过的面积相等
12. 如图所示，竖直固定的光滑直杆上套有一个质量为的小球，初始时置于点。一原长为的轻质弹簧左端固定在点，右端与小球相连。直杆上还有、、三点，且与在同一水平线上，，、与夹角均为，与夹角为。现释放小球，小球从点由静止开始下滑，到达点时速度为。在此过程中弹簧始终处于弹性限度内，下列说法中正确的有重力加速度为，，( )
A. 小球在点时加速度为，速度最大
B. 小球在点时动能和重力势能的总和最大
C. 小球在点的速度大小为
D. 小球从点下滑到点的过程中，弹簧的弹性势能增加了
第II卷（非选择题）
三、实验题（本大题共2小题，共15分）
13. （7分）如图所示是探究向心力的大小与质量，角速度和半径之间的关系的实验装置。匀速转动手柄，可以使变速塔轮和塔轮和之间用皮带连接以及长槽和短槽随之匀速转动，槽内的小球也随着做匀速圆周运动。使小球做匀速圆周运动的向心力分别由挡板、、对小球的压力提供。球对挡板的反作用力，通过横臂的杠杆作用使弹簧测力套筒下降，从而露出标尺和标尺。根据两标尺上露出的红白相间等分标记，可以粗略计算出两个球所受向心力比值。
本实验主要采用的实验方法是______。
A.等效法 B.极限法 C.控制变量法
为了研究向心力与半径的关系，应该将两个相同质量的小球分别放在挡板______和挡板______处。均选填“”、“”、“”
某次实验中，两质量相同的小球放置位置如图乙所示，已知用皮带连接的轮塔和的半径之比为：，则标尺，标尺上露出的红白相间的等分格数之比应为______。
14. （8分）某同学利用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。将气垫导轨固定在水平桌面上，调节旋钮使其水平。在气垫导轨的左端固定一光滑的定滑轮，在处固定一光电门，测出滑块及遮光条的总质量为，将质量为的钩码通过细线与滑块连接。打开气源，滑块从处由静止释放，宽度为的遮光条经过光电门挡光时间为，、之间的距离为，实验中钩码始终未与地面接触，重力加速度为。
滑块经过光电门时的速度为 用题中所给字母表示。
滑块由点运动到点的过程中，系统动能增加量为 ，系统重力势能减少量为 用题中所给字母表示。
调整、之间的距离，多次重复上述过程，作出随变化的图像如图乙所示，不考虑空气阻力，若该图线的斜率 用题中字母表示，则验证钩码下落过程中机械能守恒。
若实验结果发现总是略大于，可能的原因是 。
A.存在空气阻力
B.滑块没有到达点时钩码已经落地
C.测出滑块左端与光电门之间的距离作为
D.测出滑块右端与光电门之间的距离作为
四、计算题（本大题共3小题，共37分。解答应写出文字说明，证明过程或演算步骤）
16. （7分）在月球表面，宇航员用弹簧测力计测出一个质量为的砝码重力为。月球可视为质量分布均匀的球体，半径为，忽略其自转，引力常量为，求：
月球的质量
月球的第一宇宙速度。
17. （14分）如图所示的装置放置在真空中，炽热的金属丝可以发射电子，金属丝和竖直金属板之间加一电压，发射出的电子被加速后，从金属板上的小孔射出。装置右侧有两个相同的平行金属极板水平正对放置，板长，相距，两极板间加以电压的偏转电场。从小孔射出的电子恰能沿平行于板面的方向由极板左端中间位置射入偏转电场。已知电子的电荷量，电子的质量，设电子刚离开金属丝时的速度为，忽略金属极板边缘对电场的影响，不计电子受到的重力。求：
电子射入偏转电场时的动能；
电子射出偏转电场时在竖直方向上的侧移量；
电子在偏转电场运动的过程中电场力对它所做的功
15. （16分） 如图所示，光滑斜面与水平传送带的左端在点平滑相接，传送带上的长度为，沿逆时针方向以恒定速度匀速转动，为光滑的水平轨道，点与传送带的右端刚好平齐接触，是竖直放置的半径为的光滑半圆轨道，与相切于点，已知质量为的小滑块可视为质点与传送带间的动摩擦因数，取．
若小滑块从轨道上高处的某点由静止滑下，恰好滑到点，求的值；
若小滑块从轨道上某点由静止滑下，滑上传送带能够通过点，并经过圆弧轨道，从其最高点飞出，最终落在上，如果物块通过点时受到的压力大小为，求落点距点的距离；
满足条件下，求小滑块通过传送带的过程中产生的热量。
答案和解析
1.
2. 【解析】衣物随滚筒一起做匀速圆周运动，合力大小不变，但四个点的受力情况不同，则简壁受到的压力大小不同。故A错误；
B.衣物随滚筒一起做匀速圆周运动，水平方向上合力大小相等，则、位置竖直方向上合力为零，即摩擦力的方向都与重力方向相反，故BD两位置摩擦力方向都竖直向上，故B错误；
C.图丁，水平方向上，简壁做匀速圆周运动，合力提供向心力得，可知，简壁对衣物弹力大小不变，方向变，即衣物对简壁的压力大小不变，方向变。故C错误。
D.图丁，水平方向上，合力提供向心力得可知，简壁转动的角速度越来越小，衣物对简壁的压力也越来越小，故D正确。故选：。
3. 【解析】
如图，
设位于顶点的电荷均带正电，根据对称性， 则正方体中心的电场场强为零，而实际上有两个顶点的电荷带负电，它们在正方体中心产生的电场强度，与负电荷关于点对称的正电荷在该点产生的电场强度大小相等，方向相同，均是从指向负电荷， 即这些负电荷和正电荷产生的电场不能相互抵消，则正方体中心的场强等于和的合场强，为正方体侧面的中心，为连线与和某负电荷连线的夹角，由几何知识可知，，则
，选项ACD错误，B正确，故选B。
4. 【解析】A.接时，电源对电容器充电，随着逐渐充电，电路中电流越来越小，充电完毕后，电路中电流为零，即电流表的读数逐渐减小零后不变，故A错误；
B.接时，电容器充电完毕后上极板带正电，下极板带负电；接时，电容器放电，所以电流从右向左流过电流表，故B错误；
C.电容器的最大电压为电容器充电完毕时，电容器两端的电压，其最大电压值为电源电动势，所以，电流表的内阻不会影响电容器两端的最大电压，故C错误；
D.增大电阻箱的阻值，根据欧姆定律可知，电容器的放电电流将减小，根据可知，一定，则电容器的放电时间将延长，故D正确。
5. 【解析】A.重力做功，故A错误；
B.绳子拉力与摆球的速度方向始终垂直，故悬线拉力不做功，故B错误；
空气阻力与速度方向相反，空气阻力做负功，由微元法求变力做功可得，故C错误，D正确。
6. 【解析】点是三角形的中心，到三个电荷的距离为：
三个电荷在处产生的场强大小均 ，根据对称性和几何知识得知：两个在处产生的合场强为 ，再与在处产生的场强合成，得到点的合场强为：
方向由指向，故C正确，ABD错误。故选C。
7. 【解析】假设此时重物的速度为，绳子与杆的夹角为，将重物速度沿绳和垂直于绳分解，如图所示：
重物沿绳方向的速度与相等，有：，所以重物的速度大于，故AB错误；
夹角将越来越大，不变，所以重物的速度越来越大，因此重物向上做加速运动，故合外力竖直向上，重物受到重力、钢丝绳对重物的拉力以及杆提供的向右的弹力，故钢丝绳对重物的拉力与重物的重力的合力一定斜向左上方，故钢丝绳对重物的拉力与竖直杆对重物的弹力的合力一定沿着杆向上，故C错误，D正确故选D。
8. 【解析】核心舱所处的重力加速度为，根据万有引力定律和牛顿第二定律。而在地面处，由于核心舱做匀速圆周运动，核心舱在该处的万有引力提供向心力，重力加速度等于向心加速度，因此向心加速度小于，A正确。
B.第一宇宙速度是卫星正常运行的最大速度，所以核心舱运行速度不会大于，故B错误。
C.核心舱绕地球运行近似为匀速圆周运动，由可得地球质量的表达式，而题干中只能得到核心舱的轨道半径，其中、、、 均未知，所以不能求出地球的质量；地球表面的物体所受万有引力近似等于重力，由可得，其中引力常量未知，所以不能求出地球的质量，故C错误。
D.考虑到稀薄大气的阻力，若没有补充动力，舱的线速度减小，地球引力大于所需的向心力，舱做向心运动，轨道降低，由，可得核心舱的速度，则运行速度增大，故D错误。
9. 【解析】如图所示
A错误，B正确；
当物块上升到与滑轮等高时
解得
C错误，D正确。故选BD。
10. 【解析】A.由题可知 ，所以连线为等势线，所以电场线垂直于连线指向，故A错误；
B.由得，故B正确；
C. 得，故C错误；
D.电子射入电场后做类平抛运动，打到点的电子垂直于电场方向的位移，
沿电场方向的位移，有
解得
则
打到点的电子垂直于电场方向的位移，沿电场方向的位移，有
解得
则可知，故D正确。
11. 【解析】A、飞船由轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ做近心运动，需要在点减速，故A正确；
B、由图知，轨道Ⅱ的半长轴大于轨道Ⅲ的半径，由开普勒第三定律知，飞船在轨道Ⅱ上运动的周期大于在轨道Ⅲ上运动的周期，而飞船由到的时间等于飞船在轨道Ⅱ上运动的周期的一半，则飞船由到的时间大于在轨道Ⅲ上运行周期的一半，故B正确；
C、由解得飞船运动的加速度，可见飞船在轨道Ⅱ上经过点的加速度等于在轨道Ⅲ上经过点的加速度，故C错误；
D、由开普勒第二定律知，在同一轨道上天体与地心连线在相同时间内扫过的面积相等，在不同轨道运动时，在相同时间内扫过的面积不相等，故D错误。
12.
【解析】A.从到，弹簧对小球有沿弹簧向下的拉力，小球的速度不断增大；从到，弹簧对小球有沿弹簧向上的拉力，开始时拉力沿杆向上的分力小于小球的重力，小球仍在加速，所以小球在点时速度不是最大，此时合力为，则加速度为，故A错误；
B.小球与弹簧组成的系统，只有重力和弹簧弹力做功，系统机械能守恒，在点时弹簧的弹性势能最小为零，所以小球在点时动能和重力势能的总和最大，故B正确；
C.小球从点下滑到点的过程中，由小球和弹簧的系统机械能守恒得：，可得小球在点的速度大小为：，故C错误；
D.小球从点下滑到点的过程中，小球的机械能减少量等于弹簧弹性势能增加量，，解得：，故D正确。故选BD。
13.；；；：
【解析】探究向心力的大小与质量，角速度和半径之间的关系，改变要研究的量，控制其他因素不变，所以实验所采用的方法是控制变量法，故C正确，AB错误。
故选C．
由可知，为了研究向心力与半径的关系，应该将两个相同质量的小球分别放在两边槽内离轴距离不相等的挡板处，即分别放在挡板和挡板处。
皮带连接的轮塔和边缘线速度相等，半径之比为：，由可知，角速度之比为
：，两质量相同的小球放置位置如图乙所示，即质量相同，半径相同，由可知，向心力与角速度平方成正比，则向心力之比为：，故标尺，标尺上露出的红白相间的等分格数之比应为：。
故答案为：；；；：
14. ， ； ；
【解析】由于光电门的宽度很小，所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度。
滑块通过光电门速度为：；
滑块从处到达处时和组成的系统动能增加量为：；
系统的重力势能减少量可表示为：；
钩码下落过程中系统机械能守恒，则有：
整理可得：
故图像斜率为：则验证小球下落过程中机械能守恒。
若存在空气阻力，则有总是略小于，故A错误；
B.滑块没有到达点时钩码已经落地，拉力对滑块做的功会减小，应小于，故B错误；
C.将滑块左端与光电门之间的距离作为，钩码下落的高度算少了，将大于，故C正确。
D.将滑块右端与光电门之间的距离作为，钩码下落的高度算多了，将小于，故D错误。
故选 C．
故答案为： ， ； ；
16.解：在月球表面，有：
不考虑自转，，得月球的质量
万有引力提供向心力：
解得：。
17.解：电子加速过程中只有电场力做功，由动能定理可得：
解得：
电子在垂直于板面的方向受到静电力，由于电场不随时间改变，而且是匀强电场，所以整个运动过程中在垂直于板面的方向上加速度是不变的，做匀加速直线运动，加速度是：
电子射出电场时，在垂直于板面方向偏移的距离为：
其中为飞行时间，由于电子在平行于板面的方向不受力，所以这个方向上做匀速运动，由可求得：
且
将和代入的表达式中，解得：
代入数据得：
即电子射出电场时沿垂直于板面方向偏移的距离；
电场力为恒力，由做功公式可得：
代入数值得：
15.解：由动能定理得
解得
根据牛顿第二定律，在点，有
解得
由平抛运动规律得
解得
对滑块从到过程，由机械能守恒定律得
解得
对滑块从到过程，根据动能定理得
解得
小滑块在传送带上运动的时间为

小滑块与传送带的相对位移
故小滑块通过传送带的过程中产生的热量
。