湖南省长沙市宁乡市2022-2023学年高一（下）期末物理试卷（含解析）

2022-2023学年湖南省长沙市宁乡市高一（下）期末物理试卷
一、单选题（本大题共10小题，共40.0分）
1. 下列有关物理学史的说法错误的是( )
A. 牛顿提出了万有引力定律，开普勒通过实验测出了万有引力常量
B. 库仑总结出了点电荷间相互作用的规律
C. 法拉第提出了电场的观点，并第一个用电场线描述电场
D. 美国物理学家密立根测出了元电荷的数值
2. 无风天气，跳伞运动员训练，跳伞员跳伞后最初一段时间降落伞并不张开，跳伞员做加速运动。随后，降落伞张开，跳伞员做减速运动。速度减小到一定值后便不再减小，跳伞员以这一速度做匀速运动，直至落地。下列描述该运动过程的图正确的是( )
A. B. C. D.
3. 一部机器与电动机通过皮带连接，机器皮带轮的半径是电动机皮带轮半径的倍，皮带与两轮之间不发生滑动。机器皮带轮上点到转轴的距离为轮半径的一半，、两点为轮边缘。下列说法正确的是( )
A. 线速度：：
B. 角速度：：
C. 向心加速度：：
D. 电动机皮带轮与机器皮带轮的转速之比：：
4. 在下面列举的各个实例中，机械能守恒的是( )
A. 不计空气阻力，抛出的铅球在空中运动
B. 跳伞运动员带着张开的降落伞在空气中匀速下落
C. 拉着一个金属块使它沿光滑的斜面匀速上升
D. 在光滑水平面上运动的小球碰到一个弹簧，把弹簧压缩后，又被弹回来
5. 如图，质量为的物体，在汽车的牵引下由静止开始运动，当物体上升高度时，汽车的速度为，细绳与水平面间的夹角为，则下列说法中正确的是( )
A. 此时物体的速度大小为
B. 上升过程中绳子对物体做功为
C. 上升过程中物体机械能增量为
D. 若汽车做匀速运动，则绳子上的拉力大于物体的重力
6. 年月日，神舟十六号载人飞船成功将名航天员送入空间站。假定空间站在距地面高度处做理想的匀速圆周运动，每天绕地球大约个圈。某时刻“北斗”系统中的中轨道卫星与空间站相距最近如图所示，该中轨道卫星距地面高度为，地球半径为，卫星和空间站的运行轨道在同一平面内且运行方向相同，则从图示位置往后开始计数不包括图示位置，下列说法正确的是( )
A. 空间站绕地球运动的线速度大于
B. 轨道卫星绕地运动周期大于空间站的周期
C. 轨道卫星绕地运动向心加速度大于空间站的向心加速度
D. 在卫星运行一周时间内，空间站与卫星相距最近的次数为次
7. 有关圆周运动的基本模型，下列说法正确的是已知重力加速度为( )
A. 如图，汽车安全通过拱桥的最大速度不能超过
B. 如图所示圆锥摆，小球质量为，小球运动的向心力为
C. 如图，稳定时，、两小球运动的线速度相等
D. 如图，火车转弯超过规定速度行驶时，轮缘对内轨有挤压作用
8. 如图，在带电体的右侧有两个相互接触的金属导体和，均放在绝缘支座上。下列说法正确的是( )
A. 若先将、分开，再移走，则带正电
B. 若先将、分开，再移走，则带正电
C. 若先将移走，再把、分开，则带正电
D. 若先将移走，再把、分开，则带正电
9. 如图甲所示，、为正对竖直放置的平行金属板，、为两板中心线上的两点。当、板间不加电压时，一带电小球从点由静止释放经时间到达点，此时速度为。若两板间加上如图乙所示的交变电压，时，将带电小球仍从点由静止释放。小球运动过程中始终未接触极板，则时，小球( )
A. 在点上方 B. 在点下方 C. 速度等于 D. 速度小于
10. 如图中实线表示某静电场的电场线，虚线表示该电场的等势面。、和点处电场强度大小分别为、和，电势分别为、和。下列说法正确的是( )
A.
B.
C.
D.
二、多选题（本大题共2小题，共8.0分）
11. 如图所示是一个由电池、电阻与平行板电容器组成的串联电路，在增大电容器两极板距离的过程中，下列说法正确的是( )
A. 电阻中没有电流
B. 电容器的电容变小
C. 电阻中有从流向的电流
D. 电阻中有从流向的电流
12. 如图甲所示，两个等量同种电荷、固定于光滑绝缘水平面上，电荷量C、质量，的小球在该平面上从点由静止释放，沿中垂线运动到电荷连线中点，其图像如图乙中图线所示，其中点处为图线切线斜率最大的位置，图中为过点的切线，则下列说法正确的是( )
A. 、带正电荷 B. 点的场强
C. 、两点间的电势差为 D. 带电小球由运动到点，电势能减小
三、实验题（本大题共2小题，共15.0分）
13. 某同学做如下居家实验：如图甲所示，在小桌旁立一边长为的正方形方格网板背景，使小球沿桌面水平飞出，用数码相机拍摄小球做平抛运动的录像每秒帧。采用逐帧分析的办法，保存并打印各帧的画面。
他大约可以得到______ 帧小球正在空中运动的照片；
他从获得画面中选取四帧，重叠后得到如图乙所示，取，那么，各帧照片的时间间隔 ______ ；小球做平抛运动的水平初速度大小是______ 。
14. 某兴趣小组想自制一个电容器。如图甲所示，他们用两片锡箔纸做电极，在两层锡箔纸中间夹以电容纸某种绝缘介质，一起卷成圆柱形，然后接出引线，再密封在塑料瓶当中，电容器便制成了。
为增加该电容器的电容，应当______ 填正确答案标号；
A.增大电容器的充电电压
B.减小电容器的充电电压
C.锡箔纸面积尽可能大
D.锡箔纸卷绕得尽可能紧
为了测量该电容器电容的大小，由于实验室没有电容计，该小组采用了如图乙所示的电路进行测量。其中电压传感器和电流传感器可以在计算机上显示出电压和电流随时间变化的、图像。先将开关置于端，电压和电流随时间变化图像分别如图丙、图丁所示，则该电容器充满电后所带的电荷量约为 ______ ；电容大小约为 ______ 。结果均保留两位有效数字，图线与坐标轴围的小格为个
四、简答题（本大题共2小题，共24.0分）
15. 如图，真空中平行金属板、之间的距离为，有的带电粒子位于板旁，粒子的电荷量为，给两金属板加直流电压。
求带电粒子所受的静电力的大小。
求带电粒子从板由静止开始运动到达板时的速度。
16. 质量为的汽车，某次平直路面行驶测试，启动后如果保持发动机的输出功率恒为行驶，且行驶过程中受到的阻力大小一定，汽车能够达到的最大速度为。
求行驶过程中汽车受到的阻力大小。
当汽车的车速为时，求汽车的瞬时加速度的大小。
五、计算题（本大题共1小题，共13.0分）
17. 如图所示，在竖直向下的无界匀强电场中有一组合轨道．一个金属小球从距水平面为的光滑斜面轨道上的点由静止释放．匀强电场的电场强度大小为，金属小球的质量为，电荷量为，光滑斜面轨道的倾角为金属小球运动到点时无能量损耗，水平轨道是长为的粗糙水平面，与半径为的处于竖直平面内的光滑半圆形轨道相切于点，为半圆形轨道的最高点，金属小球恰能通过轨道最高点小球的重力大于所受的电场力，重力加速度为求：
金属小球沿光滑斜面轨道运动到点时的速度大小；
金属小球从运动到的过程中摩擦阻力所做的功．
答案和解析
1.【答案】
【解析】解：、牛顿提出了万有引力定律，卡文迪什通过实验测出了万有引力常量，故A错误；
B、库仑利用扭秤实验得出了点电荷间的相互作用规律，故B正确；
C、法拉第提出了电场的观点，并第一个用电场线描述电场，符合史实，故C正确；
D、物理学家密立根测出了元电荷的数值，符合史实，故D正确。
本题选错误的，故选：。
根据物理学史和常识解答，记住著名物理学家的主要贡献即可。
本题考查物理学史，是常识性问题，对于物理学上重大发现、发明、著名理论要加强记忆，这也是考试内容之一。
2.【答案】
【解析】解：速度时间图象的斜率表示加速度，跳伞员跳伞后开始一段时间降落伞并不张开，所以跳伞员做匀加速运动，有向下的加速度；随后降落伞张开，期间跳伞员做减速运动，有向上的加速度，且加速度在减小，速度减小到一定值后便不再减小，跳伞员以这一速度做匀速运动，此时跳伞员的加速度为零，故ABC错误，D正确。
故选：。
运动员经历向下加速运动，加速度方向向下；打开降落伞向下减速运动，加速度向上，为超重状态；匀速运动，加速度为零，速度不随时间变化。
解决本题的关键知道不同阶段跳伞员的运动情况，其中需注意降落伞没打开时物体做匀加速直线运动。
3.【答案】
【解析】解：机器和电动机是皮带传动，所以、点有
其中
则
即
：：
A、点是共轴传动，有
由公式
得
故有
即
故A正确；B错误；
C.由公式
其中
得向心加速度
：：
故C错误；
D.由公式
得电动机皮带轮与机器皮带轮的转速之比
：：
故D错误。
故选：。
传动装置，在传动过程中不打滑，共轴的角速度是相同的；同一传动装置接触边缘的线速度大小是相等的。所以当角速度一定时，线速度与半径成正比；当线速度大小一定时，角速度与半径成反比。因此根据题目条件可知加速度、线速度、转速及角速度。
本题要紧扣隐含条件：共轴的角速度是相同的；同一传动装置接触边缘的线速度大小是相等的。以此作为突破口；同时能掌握线速度、角速度与半径之间的关系。
4.【答案】
【解析】解：、不计空气阻力，抛出的铅球在空中运动过程中，只受到重力作用，只有重力做功，则铅球的机械能守恒，故A正确；
B、跳伞运动员带着张开的降落伞在空气中匀速下落时，伞绳的拉力对运动员做负功，运动员的机械能减小，故B错误；
C、拉着一个金属块使它沿光滑的斜面匀速上升，拉力对金属块做正功，金属块的机械能增加，故C错误；
D、在光滑水平面上运动的小球碰到一个弹簧，把弹簧压缩后，又被弹回来，弹簧对小球的弹力先做负功，后做正功，所以小球的机械能先减小后增大，故D错误。
故选：。
物体机械能守恒的条件是只有重力或者是弹力做功，根据机械能守恒的条件逐个分析物体的受力情况，判断各力做功情况，即可判断物体是否是机械能守恒。
本题是对机械能守恒条件的直接考查，掌握机械能守恒的条件是关键，注意在分析机械能是否守恒时，首先要明确研究对象，再分析各力做功情况。
5.【答案】
【解析】解：、将汽车的速度沿绳与垂直于绳分解，沿绳的分速度等于物体上升的速度，如图所示。
则物体的速度大小为，故A错误；
B、对物体分析，根据动能定理有

解得绳子对物体做功为，故B错误；
C、物体上述过程中，绳子对物体做正功，物体机械能增大，由功能关系可知，物体增大的机械能为，故C错误；
D、由于，若汽车向右做匀速运动，不变，夹角减小，增大，可知物体的速度增大，物体向上做加速运动，加速度方向向上，处于超重状态，可知若汽车做匀速运动时，绳子上的拉力大于物体的重力，故D正确。
故选：。
汽车沿绳子方向的分速度与物体的速度大小相等，将汽车的速度沿绳子方向和垂直于绳子方向分解，从而得到此时物体的速度大小。对物体分析，根据动能定理求绳子对物体做功，由功能关系求物体机械能增量。分析物体的运动情况，根据加速度方向判断绳子拉力和重力的大小关系。
本题是绳端物体速度分解问题，关键要知道汽车沿绳子方向的分速度与物体的速度大小相等，并能根据牛顿第二定律分析拉力的大小。
6.【答案】
【解析】解：第一宇宙速度为卫星绕地球的最大环绕速度，空间站绕地球运动的线速度小于，故A错误；
B.根据开普勒第三定律
，故，故B正确；
C.根据向心加速度公式
轨道卫星运动半径大于空间站，故轨道卫星绕地运动向心加速度小，故C错误；
D.根据开普勒第三定律
从图示位置开始，二者转过的角度相差时可得
解得
故在卫星运行一周时间内，的取值为，共有次相距最近，故D错误。
故选：。
第一宇宙速度为卫星绕地球的最大环绕速度；
根据开普勒第三定律，分析周期关系；
根据向心加速度公式，比较加速度大小；
根据开普勒第三定律求周期比，再根据题意分析，从图示位置开始，二者转过的角度相差相距最近，分析次数。
本题考查学生对开普勒第三定律、向心加速度公式的掌握，其中解题关键是分析出从图示位置开始，二者转过的角度相差时相距最近。
7.【答案】
【解析】解：汽车安全通过拱桥，速度最大时拱桥对汽车的支持力为零，此时重力提供向心力，即
可得
故A正确；
B.对小球进行受力分析可知，绳子拉力的竖直分力与重力平衡，水平分力提供向心力，可得
故B错误；
C.在固定且内壁光滑的圆锥筒内沿、小球所在的圆平面做水平匀速圆周运动，、小球处与圆锥顶点连线的倾角大小相同，根据牛顿第二定律得
解得线速度大小为
轨道半径大的线速度大，所以小球在小球处运动的线速度较大，故C错误；
D.当火车转弯超过规定速度行驶时，支持力与重力的合力不够提供所需向心力，从而轮缘对外轨产生挤压，故D错误。
故选：。
汽车过拱桥所需的向心力由重力、拱桥对汽车支持力的合力提供，速度最大时，支持力为，重力提供向心力；
圆锥摆做圆周运动的向心力由绳子拉力在水平方向的分力提供；
在圆锥筒内做圆周运动的小球根据几何关系得出向心力公式，求出线速度公式判断其大小；
火车转弯速度如果比较快，外轨的挤压将提供足够的向心力。
向心力相关知识的运用在生活当中随处可见，注意向心力并不是物体受到的确定的某个力，而是做圆周运动的物体的向心力要由合力或合力的一部分提供。
8.【答案】
【解析】解：若先将、分开，再移走，根据感应起电原理可知带负电，带正电，故A错误，B正确；
若先将移走，此时导体和的电荷又发生中和，不再带电；再把导体和分开，同样不再带电，所以此时不带电，也不带电，故CD错误。
故选：。
根据感应起电原理同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引分析解答。
本题考查了静电现象的解释，了解静电感应的相关知识是解决本题的关键，平时要注意熟记这些知识。
9.【答案】
【解析】解：、对小球受力分析，小球受到重力和电场力的作用，电场力作周期性变化，且电场力在水平方向，所以小球竖直方向做自由落体运动，与不加电场时相同。
在水平方向小球先做匀加速直线运动，后沿原方向做匀减速直线运动，时速度为零，接着，沿相反方向先做匀加速直线运动，后继续沿反方向做匀减速直线运动，时速度为零。根据对称性可知在时小球的水平位移为零，所以时，小球恰好到达点，故AB错误。
、在时间内，电场力做功为零，小球机械能变化量为零，所以时，小球速度等于，故C正确，D错误。
故选：。
电场的方向在水平方向上，小球在竖直方向上仍然做自由落体运动，根据对称性分析出小球的运动状态，得出在时间内的速度变化和位移情况。
本题由于电场方向不断变化，粒子运动情况比较复杂，分析清楚粒子的运动过程是解题的关键，要注意电场力反向时粒子的运动方向并不是立即反向。
10.【答案】
【解析】解：根据电场线疏密程度可得，电场线越密，电场强度越大，由此可得
故AB错误；
沿电场线方向电势降低，则
故C错误，D正确。
故选：。
电场线的疏密程度表示场强大小；沿电场线方向电势逐渐降低。
本题考查电场线的特点，解题关键是知道电场线的疏密程度表示场强大小，沿电场线方向电势逐渐降低。
11.【答案】
【解析】解：由，当两板间距增大时，电容减小，由知，电容减小，电压不变，则电荷量减小，故电容器放电，板带正电荷，板带负电荷，故放电时通过电阻的电流方向从流向。故BC正确，AD错误。
故选：。
电容器与电源相连，电压不变．增大电容器两板间距离的过程中，电容减小，电量减小，电容器放电，从而即可求解．
本题是电容器动态变化分析问题，关键要抓住不变量．当电容器保持与电源相连时，其电压不变．
12.【答案】
【解析】解：、带正电的小球从点由静止释放，向上做加速运动可知，受到向上的电场力，则线上的电场竖直向上，故两电荷带负电，故A错误；
B、图象上斜率表示加速度在点可得
根牛顿第二定律得
联立解得
故B正确；
C、在由动能定理得
由图乙可得
解得
故C正确
D、由图象乙可知，小球速度一直增大，电场力一直做正功，故电势能一直减小，运动到点时电势能最小，故D正确。
故选：。
从题目所给图象中找出小球从运动到过程中的速度以及加速度变化，再根据速度变化判断合外力方向和动能变化以及、的电性，最后根据电场强度的定义式计算电场强度的大小。
本题综合考查点电荷电场分布、运动图象的理解、力和运动的关系、电场强度的定义等知识点，需要学生有较好的分析能力，注意图象中某点切线斜率代表加速度。
13.【答案】
【解析】解：由图可知桌子高度为，根据竖直方向的运动规律有
解得
数码相机每秒帧，所以该同学大约拍到帧帧照片。
由图可知，从相邻两点的时间间隔相等，设为，竖直方向上有：
解得
水平方向
解得
故答案为：；，。
根据位移时间关系式计算平抛运动时间，再计算拍到的帧数；
根据相邻相等时间位移差为定值计算相邻点迹间的时间间隔，根据匀速运动规律计算初速度。
本题关键掌握平抛运动的规律和特点，根据匀变速直线运动和匀速运动规律计算。
14.【答案】
【解析】解：电容器的电容与充电电压无关，故A、B错误；
根据电容决定式
可知为增加该电容器的电容，可以增大或减小，所以使锡箔纸面积尽可能大或使锡箔纸卷绕得尽可能紧，都可以增大电容，故C、D正确。
故选：。
根据可知，图像与时间轴围成的面积表示电荷量。图像每小格表示的电荷量为
图像与时间轴围成的面积共约个小格，则电容器充满电后所带的电荷量约为
由图像知，充满电后电容器两端电压为，则电容大小约为
故答案为：；，。
由电容决定式知增大或减小都可以增大电容；
根据图像与时间轴围成的面积计算电荷量，根据电容定义式计算电容。
本题考查电容器知识，根据电容决定式以及电容器充放电知识求解。
15.【答案】解：两金属板间的电场强度大小为
代入数据解得：
故带电粒子所受的静电力的大小
由动能定理
得
代入数据解得：
答：带电粒子所受的静电力的大小为；
带电粒子从板由静止开始运动到达板时的速度为。
【解析】已知两金属板间的电压以及板间距离，根据求出电场强度大小，再由计算带电粒子所受的静电力的大小。
根据动能定理求带电粒子从板由静止开始运动到达板时的速度。
本题是带电粒子在匀强电场中加速问题，利用动能定理求加速获得的速度是常用方法，要知道加速获得的速度与板间距离无关。
16.【答案】解：当汽车最大速度时，汽车受到的阻力大小大小等于发动机牵引力，则有：
又最大速度为：
联立可得：
当汽车的车速为时，发动机牵引力为：
由牛顿第二定律有：
可得：
答：行驶过程中汽车受到的阻力大小为；
汽车的瞬时加速度的大小为。
【解析】汽车匀速运动时速度最大，由与平衡条件求出汽车受到的阻力；
由求出汽车的车速为时汽车的牵引力，然后由牛顿第二定律可以汽车的加速度。
本题考查了求汽车的加速度，分析清楚汽车运动过程，应用、平衡条件与牛顿第二定律可以解题；要知道汽车速度最大时的牵引力与阻力相等。
17.【答案】解：设金属小球运动点时的速度为，对金属小球从点运动到点的过程应用动能定理有：
解得：
根据金属小球“恰能”通过轨道最高点有：
设金属小球由运动到的过程中摩擦力所做的功为，对金属小球由运动到的过程有：
由解得：
答：金属小球沿光滑斜面轨道运动到点时的速度大小；
金属小球从运动到的过程中摩擦阻力所做的功．
【解析】对小球运动过程分析，根据动能定理可求得小球到达点时的速度大小；
金属小球恰能通过轨道最高点，由向心力公式可求得临界速度，再对由到过程由动能定理可求得摩擦力所做的功．
本题考查带电粒子在电场中的运动，要注意明确运动过程，确定临界条件的应用，注意分析物理过程，明确受力情况和做功情况，再根据功能关系进行分析即可正确求解．
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