湖北省金太阳2023-2024学年高一下学期5月联考物理试卷（含解析）

2023-2024学年湖北省金太阳高一（下）联考物理试卷（5月）
一、单选题：本大题共7小题，共28分。
1.下列说法正确的是( )
A. 牛顿首先通过实验测出了引力常量
B. 地面附近的物体受到的重力就是万有引力
C. 当两个物体紧挨在一起时，两物体间的引力无穷大
D. 地球同步卫星相对地面静止只能在赤道的正上方，且到地心的距离是一定的
2.如图所示，金属鸟笼内的小鸟站在金属架上，某同学用起电机使鸟笼带电。下列说法正确的是( )
A. 小鸟会带电 B. 该同学起电过程中创生了电荷
C. 小鸟身上各处的电场强度为零 D. 小鸟与鸟笼间有很高的电势差
3.如图所示，一玩具小汽车上紧发条压缩弹簧后在水平地面上由静止释放，小汽车沿直线滑行距离s后停下。若小汽车滑行时受到的地面摩擦阻力与空气阻力之和恒为f，则当小汽车由静止释放时，发条的弹性势能为( )
A. 4fs B. 3fs C. 2fs D. fs
4.如图所示，匀强电场中，P、Q两点间的距离为d，PQ与垂直电场线方向的夹角为。若P、Q两点间的电势差为U，则该匀强电场的电场强度大小为( )
A. B. C. D.
5.图示为某电场中的一根电场线，电场线上有A、B、C三点且，一电子从A点出发经B点运动到C点。下列说法正确的是( )
A. 该电场线是客观存在的
B. 在A、B、C三点中，A点的电势最高，C点的电势最低
C. 在A、B、C三点中，A点的电场强度最大，C点的电场强度最小
D. 在A、B、C三点中，电子在A点的电势能最大，在C点的电势能最小
6.2024年3月21日，我国在酒泉卫星发射中心使用长征二号丁运载火箭，成功将云海二号02组卫星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，发射任务获得圆满成功。该卫星主要用于大气环境要素探测、空间环境监测、防灾减灾和科学试验等领域。若云海二号02组卫星入轨后绕地球做匀速圆周运动，且周期比地球同步卫星的周期小，则云海二号02组卫星的( )
A. 轨道半径比同步卫星的轨道半径小 B. 角速度比同步卫星的角速度小
C. 线速度比同步卫星的线速度小 D. 向心加速度比同步卫星的向心加速度小
7.质量为m的汽车行驶在平直的公路上，在运动过程中所受阻力不变。当汽车的加速度大小为a，速度大小为时，发动机的功率为P。若汽车以额定功率行驶的最大速度为，则汽车的额定功率为( )
A. B. C. D.
二、多选题：本大题共3小题，共12分。
8.两点电荷、产生的电场的电场线如图所示，其中带负电。根据电场线的分布情况，下列判断正确的是( )
A. 带正电 B. 带负电
C. 的电荷量大于的电荷量 D. 的电荷量小于的电荷量
9.杂技演员骑摩托车在圆形大铁环内进行刺激而惊险的表演。如图所示，半径为R的铁环竖直固定，杂技演员包括摩托车以一定速度经过最低点时关闭引擎，杂技演员包括摩托车在竖直平面内做圆周运动，刚好能通过最高点。认为铁环内壁光滑，将杂技演员包括摩托车视为质点，重力加速度大小为g。下列说法正确的是( )
A. 杂技演员经过最高点时的速度大小为零
B. 杂技演员经过最高点时的速度大小为
C. 杂技演员经过最低点时的速度大小为
D. 杂技演员经过最低点时的速度大小为
10.如图所示，甲、乙两卫星在同一平面内绕地球同向做匀速圆周运动，其中乙运行的周期为1天，甲在半径为r的轨道上，图示时刻两卫星恰好相距最近。地球的质量为M，地球自转的角速度大小为，引力常量为G。下列说法正确的是( )
A. 甲运行的周期小于1天
B. 甲运行的周期大于1天
C. 从图示时刻起，甲、乙再一次相距最近所需的最短时间为
D. 从图示时刻起，甲、乙再一次相距最近所需的最短时间为
三、实验题：本大题共2小题，共16分。
11.某物理兴趣小组利用图示装置来探究影响电荷间的静电力的因素．A是一个带正电的物体，系在绝缘丝线上的带正电的小球会在静电力的作用下发生偏离，静电力的大小可以通过丝线偏离竖直方向的角度显示出来．他们分别进行了以下操作．
步骤一：把系在丝线上的带电小球先后挂在横杆上的、、等位置，比较小球在不同位置所受带电物体的静电力的大小．
步骤二：使小球处于同一位置，增大或减小小球所带的电荷量，比较小球所受的静电力的大小．
该实验采用的方法是_____填正确选项前的字母
A.理想实验法 控制变量法 等效替代法
实验表明，电荷之间的静电力随着电荷量的增大而增大，随着距离的增大而_____填“增大”、“减小”或“不变”
若物体A的电荷量用Q表示，小球的电荷量用q表示、质量用m表示，物体与小球间的距离用d表示，静电力常量为k，重力加速度为g，可认为物体A与小球在同一水平线上，则小球偏离竖直方向的角度的正切值为_____.
12.学校物理兴趣小组验证机械能守恒定律的实验装置如图甲所示，打点计时器打点的周期为T，重物的质量为m，当地的重力加速度大小为g。
实验室有电磁打点计时器和电火花计时器，为减小实验误差，应优先选用__________填“电磁打点计时器”或“电火花计时器”。
实验中得到的一条纸带如图乙所示，O为打出的第一个点，A、B、C为依次打下的点，根据纸带上的数据，打点计时器打B点时，重物的速度大小为__________;从重物开始下落到打点计时器打下B点，重物重力势能的减少量__________，重物动能的增加量__________。若在实验误差允许的范围内满足，则机械能守恒定律得到验证。
四、计算题：本大题共3小题，共44分。
13.在真空中的某直线上依次固定三个点电荷A、B、C，所带电荷量分别为、2q、，A、B两点电荷之间的距离为d，B、C两点电荷之间的距离为2d。静电力常量为k。
求点电荷B所受库仑力的大小与方向;
若点电荷B不固定，且其在点电荷A、C的库仑力作用下保持静止，求点电荷B静止时与点电荷A之间的距离L。
14.天体运动中，将两颗彼此相距较近的恒星称为双星，它们在万有引力作用下间距始终保持不变，并沿半径不同的同心轨道做匀速圆周运动。某双星系统运动的角速度大小为，双星间距为L，引力常量为G。
求双星的质量之和
若已知其中一颗恒星的质量为，求该恒星的线速度大小。
15.某全自动传送带如图所示，AB为半径的四分之一固定光滑圆弧轨道，A点和圆心O等高，圆弧轨道与水平传送带相切于B点，传送带以大小的速度顺时针匀速运行。一质量的滑块视为质点从A点由静止滑下，并从传送带的右端C飞出。已知滑块与传送带间的动摩擦因数，C点距水平地面的高度，滑块从C点飞出后水平位移大小。取重力加速度大小，不计空气阻力。求：
滑块到达圆弧轨道底端B时对圆弧轨道的压力大小
、C两点的距离
滑块与传送带间因摩擦产生的热量Q。
答案和解析
1.【答案】D
【解析】【分析】
本题考查物理学史、对重力的认识、万有引力定律的应用和对同步卫星的认识，基础题目，逐一分析即可判断。
【解答】
A、卡文迪许首先通过实验测出了引力常量，故A错误；
B、重力是地球附近的物体由于地球的万有引力而产生的，是万有引力的一个分力，故B错误；
C、当两个物体紧挨在一起时，两个物体不能看作质点，万有引力计算公式不适用，故C错误；
D、地球同步卫星相对地面静止只能在赤道的正上方，且到地心的距离是一定的，故D正确。
2.【答案】C
【解析】【分析】
本题考查静电平衡的特征和对电荷的认识，基础题目，逐一分析即可判断。
【解答】
金属鸟笼带电后属带电体，带电体在静电平衡状态时，属等势体；此时电荷只分布在外表面，金属内和空腔内都无电场，可见小鸟不会带电，小鸟身上各处的电场强度为零，小鸟与鸟笼间无电势差，该同学起电过程中并没有创生电荷。故C正确，ABD错误。
3.【答案】D
【解析】【分析】本题考查能量守恒定律的应用，基础题目。
根据能量守恒定律得出发条的弹性势能即可判断。
【解答】由能量守恒定律知，发条的弹性势能，故D正确，ABC错误。
4.【答案】D
【解析】【分析】
匀强电场中，电势差与电场强度满足的关系，其中d为沿电场线方向的有效距离。
【解答】
由题意得，P、Q的距离为d，P、Q两点间沿电场线的有效距离为，P、Q两点间的电势差为U，根据可得，。
故选D。
5.【答案】B
【解析】【分析】
电场线是假想线，实际不存在；由于只有一根电场线，不能确定电场线的分布情况，故无法判断场强大小；顺着电场线的方向电势逐渐降低；根据比较电势能的大小。
掌握电场线的特点：电场线的疏密表示电场的强弱，沿电场线方向电势降低，还要会判断电场线做功与电势能、动能的变化关系。
【解答】
A、电场线是为了形象描述电场而假想的线，实际不存在，故A错误；
B、顺着电场线的方向电势逐渐降低，所以A点的电势最高，C点的电势最低，故B正确；
C、电场线的疏密程度反映了电场强度的大小，由于只有一根电场线，不能确定电场线的分布情况，故无法判断场强大小，故C错误；
D、由电势能的公式得：，负电荷在高电势处电势能小，所以电子在A点的电势能最小，在B点的电势能最大，故D错误；
故选：B。
6.【答案】A
【解析】【分析】
由万有引力提供向心力，根据牛顿第二定律得周期、角速度、线速度、向心加速度的表达式，根据表达式，结合轨道半径进行比较。
本题考查了万有引力定律在实际问题中的应用，要求学生掌握卫星围绕地球做匀速圆周运动时，根据万有引力提供向心力，推导出各动力学参数与轨道半径的关系。
【解答】
由万有引力提供向心力，根据牛顿第二定律得：；
A、卫星的周期为：，根据云海二号02组卫星的周期比地球同步卫星的周期小，可知云海二号02组卫星的轨道半径小于地球同步卫星的轨道半径，故A正确；
B、卫星的角速度为：，根据云海二号02组卫星的轨道半径小于地球同步卫星的轨道半径，可得“云海二号02组卫星的角速度大于同步卫星的角速度，故B错误；
C、卫星的线速度为：，根据“云海二号02组卫星的轨道半径小于地球同步卫星的轨道半径，可得云海二号02组卫星的线速度大于同步卫星的线速度，故C错误；
D、卫星的向心加速度为：，根据“云海二号02组卫星的轨道半径小于地球同步卫星的轨道半径，可得云海二号02组卫星的向心加速度大于同步卫星的向心加速度，故D错误。
7.【答案】B
【解析】【分析】
对汽车受力分析，由牛顿第二定律，可以求得汽车运动过程中的受到的阻力的作用，再由可以求得汽车运动过程的阻力；
汽车在运动的过程中受到的阻力的大小不变，当达到最大速度时，汽车的牵引力的大小和阻力的大小相等，这是解本题的关键。
【解答】
对汽车受力分析，设受到的阻力的大小为f，由牛顿第二定律可得，，所以，所以功率，解得，
当速度为时，则，所以B正确．
故选
对汽车受力分析，由牛顿第二定律，可以求得汽车运动过程中的受到的阻力的作用，再由可以求得汽车运动过程的阻力；
汽车在运动的过程中受到的阻力的大小不变，当达到最大速度时，汽车的牵引力的大小和阻力的大小相等，这是解本题的关键．
8.【答案】BD
【解析】【分析】
电场线是电学中重要的物理模型，能够形象描述电场的强弱和方向，并能反映电势的高低．把握电场线的特点即可顺利解决此题。
电场线从正电荷出发到负电荷终止。电场线越密，代表电场强度越大，电场线的切线方向表示电场强度的方向。
【解答】
根据电场线的特点：电场线从正电荷出发到负电荷终止，带负电，结合电荷电场线的特点可知，负电荷，故A错误，B正确。
由电场线的特点：电场线越密，代表电场强度越大，可知周围的电场强度大于周围的电场强度，结合点电荷的电场强度的公式：可知，的电荷量小于的电荷量，故D正确，C错误。
9.【答案】BC
【解析】【分析】
本题考查动能定理和圆周运动的综合，基础题目。
根据恰过最高点的条件得出杂技演员经过最高点时的速度，由动能定理列方程得出杂技演员经过最低点时的速度即可判断。
【解答】
杂技演员恰好经过最高点时，其所受的支持力恰好为0，由牛顿第二定律：，解得杂技演员经过最高点时的速度大小，杂技演员由最低点运动到最高点过程，由动能定理：，解得杂技演员经过最低点时的速度大小。故BC正确，AD错误。
10.【答案】AD
【解析】【分析】
此题考查了人造卫星的相关知识，在卫星问题的处理中主要抓住卫星圆周运动的向心力由万有引力提供。
由开普勒运动定律确定周期关系；卫星绕地球圆周运动的向心力由万有引力提供，由此求出甲的角速度，卫星再次相距最近，则卫星转动的角度差为，由此分析计算即可。
【解答】
根据开普勒第三定律可知，卫星的轨道半径越大，运行的周期越长；因乙运行的周期为1天；故甲运行的周期小于1天，选项A正确，B错误；
卫星甲绕地球做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力有：，解得卫星甲的角速度，同步卫星乙与地球自转角速度相等，为，半径越大角速度越小，卫星由相距最近至再次相距最近时，圆周运动转过的角度差为，所以可得经历的时间，故C错误，D正确。
故选AD。
11.【答案】；减小；
【解析】解：此实验中比较小球在不同位置所受带电物体的静电力的大小，再使小球处于同一位置，增大或减小小球所带的电荷量，比较小球所受的静电力的大小，所以是采用了控制变量的方法；
在研究电荷之间作用力大小的决定因素时，采用控制变量的方法进行，如本实验，根据小球的摆角可以看出小球所受作用力逐渐减小，当Q、q一定，d不同时，由图可知，距离越大，作用力越小。
小球受到重力、绳子的拉力以及库仑力的作用，其中A与小球之间的库仑力：
所以小球偏离竖直方向的角度的正切值：
故答案为：；减小。。
解答本题要了解库仑力的推导过程，由于决定电荷之间作用力大小的因素很多，因此需要采用控制变量的方法进行研究。
现在都知道库仑力的决定因素，但是该实验只是研究了库仑力和距离之间的关系。
根据共点力平衡，结合库仑定律即可求出。
控制变量法是高中物理物理中重要研究方法，要了解控制变量法的应用，同时掌握影响库仑力的因素。
12.【答案】电火花计时器；；；
【解析】【分析】
本题考查机械能守恒定律的实验，熟悉实验原理是解题的关键。
结合两种打点计时器的特征和实验要求分析即可选择；
根据匀变速直线运动规律的推论得出打点计时器打B点时重物的速度，从而得出从重物开始下落到打点计时器打下B点，重物重力势能的减少量和动能的增加量。
【解答】相同情况下，电火花计时器所受的阻力比电磁打点计时器所受的阻力小，则为减小实验误差，应优先选用电火花打点计时器；
为AC的时间中点，则打点计时器打B点时重物的速度，从重物开始下落到打点计时器打下B点，重物重力势能的减少量，重物动能的增加量。
13.【答案】点电荷B受到A由B指向A的库仑力和C由B指向C的库仑力，
根据库仑定律有：，，
由于，故B所受库仑力的方向由B指向A，
点电荷B所受库仑力的大小为：，
解得：。
经分析可知，若点电荷B不固定，则它只能在A、C之间的连线上静止，
有：
解得：。
【解析】本题主要是考查了库仑定律的计算公式；知道真空中静止的两个点电荷之间的作用力与它们的电荷量乘积成正比、与它们之间的距离平方成反比。
点电荷B受到A由B指向A的库仑力和C由B指向C的库仑力，根据库仑定律列方程求解；
经分析可知，若点电荷B不固定，则它只能在A、C之间的连线上静止，根据库仑定律结合平衡条件求解。
14.【答案】解：根据万有引力提供向心力有
又
解得；
设另一颗恒星的质量为，有
又，
且
解得
【解析】因为双星受到同样大小的万有引力作用，且保持距离不变，绕同一圆心做匀速圆周运动，所以具有周期、频率和角速度均相同，而轨道半径、线速度不同的特点．
根据万有引力充电向心力，半径之和为两星之间的距离，求总质量，再根据线速度和角速度的关系求线速度。
15.【答案】解：设滑块通过B点时的速度大小为，对滑块从A点滑至B点的过程，根据机械能守恒定律有
解得
设滑块通过B点时所受圆弧轨道的支持力大小为，根据牛顿第二定律有
根据牛顿第三定律有
解得；
设滑块从C点飞出时的速度大小为，滑块离开C点后在空中运动的时间为t，有
解得
因为，所以滑块在传送带上一直做匀加速直线运动，设运动的加速度大小为a，根据牛
顿第二定律有
根据匀变速直线运动的规律有
解得；
设滑块从B点滑至C点的时间为，有
解得
在时间内，传送带转动的距离
解得
经分析可知
解得。
【解析】本题考查了机械能守恒、竖直面的圆周运动、牛顿运动定律解决传送带模型、平抛运动、摩擦生热等知识点，关键是要认真分析物理过程，把复杂的物理过程分成几个小过程并且找到每个过程遵守的物理规律，列出相应的物理方程解题。