2023-2024学年辽宁省辽阳市高一（下）期末物理试卷（含解析）

2023-2024学年辽宁省辽阳市高一（下）期末物理试卷
一、单选题：本大题共7小题，共28分。
1.如图所示，斜面体放在光滑水平地面上，其光滑斜面上有一物体由静止开始沿斜面下滑。在物体下滑过程中，物体和斜面体组成的系统( )
A. 机械能守恒，动量不守恒 B. 机械能与动量均不守恒
C. 机械能与动量均守恒 D. 机械能不守恒，动量守恒
2.下列说法正确的是( )
A. 静电力常量为
B. 处于静电平衡状态的导体，其内部的电场强度处处为
C. 存在电荷量为的带电粒子
D. 一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和可能增加
3.关于如图所示的四种圆周运动模型，下列说法正确的是( )
A. 如图甲所示，汽车安全通过拱桥最高点时，车对桥面的压力等于车受到的重力
B. 如图乙所示，在水平面内做匀速圆周运动的小球，受重力、拉力和向心力
C. 如图丙所示，某同学用一次性杯子做的“水流星”，杯子恰好过最高点的速度为零
D. 如图丁所示，火车以某速度经过外轨高于内轨的弯道时，车轮可能对内外轨均无侧向压力
4.若高铁在平直铁轨上运行时受到的阻力大小，其中为常量，为高铁运行的速度，当高铁以某一速度匀速行驶时，发动机的功率为，则当高铁的运行速度增大为原来的两倍时，发动机的功率为( )
A. B. C. D.
5.在某一点电荷产生的电场中，、两点的电场强度方向如图所示，则、两点的电场强度大小之比为( )
A. ： B. ： C. ： D. ：
6.甲、乙两滑块的质量分别为和，它们以相同的速率在光滑水平面上相向运动并发生碰撞。若碰撞后两滑块黏合在一起，则碰撞过程中系统损失的机械能为( )
A. B. C. D.
7.科学研究表明，当天体的逃逸速度即第二宇宙速度，其大小为第一宇宙速度的倍超过光速时，该天体就是黑洞。年月，由中国科学家领导的国际合作团队首次证实了黑洞存在自转，已知引力常量为，则一个质量为、半径最大的黑洞，其自转周期的最小值为( )
A. B. C. D.
二、多选题：本大题共3小题，共18分。
8.电场强度是描述电场的重要概念，电场的基本性质是对放入其中的电荷有力的作用，电场可以用电场线描述，下列关于电场和电场线的说法，正确的是( )
A. 电场是客观存在的，电场线是虚拟的 B. 电场是虚拟的，电场线是客观存在的
C. 同一电场内，电场线越密的地方电场越强 D. 同一电场内，电场线越密的地方电场越弱
9.如图所示，篮球在指尖上绕轴转动。关于球面上做圆周运动的、两点，下列说法正确的是( )
A. 点的转动半径大于点的转动半径
B. 点的线速度大于点的线速度
C. 点的角速度大于点的角速度
D. 点的向心加速度大于点的向心加速度
10.如图所示，粗糙斜面体静置于水平地面上，一木块从斜面底端开始以某一初速度沿斜面上滑，然后又返回出发点，在木块运动的过程中斜面体始终保持静止。下列能大致描述木块整个运动过程中的速度，地面对斜面体的摩擦力、木块动能、木块机械能与时间之间关系的图象是图以初速度方向为正方向，图以水平向左为正方向( )
A. B.
C. D.
三、实验题：本大题共2小题，共14分。
11.某同学用如图甲所示的装置验证动量守恒定律。主要实验步骤如下：
A.左右调整垫块的位置，直至接通电源，轻推小车，纸带上打出一系列分布均匀的小点，断开电源；
B.将另一相同的小车图甲中未画出静置于处，并将质量合适的钩码轻放在小车中；
C.接通电源，沿木板方向推小车，两小车碰撞后粘在一起，打出一系列的小点如图乙所示。
在如图乙所示的纸带中，______填“”或“”对应的点先打出。
若已知打点计时器所接交变电源的频率为，用天平测出小车的质量为，小车包括钩码的质量为，则碰撞前瞬间系统的总动量 ______，碰撞后瞬间系统的总动量 ______，在实验误差允许的范围内满足，动量守恒定律得到验证。
12.某同学用气垫导轨图中未画出，滑块在该导轨上运动时所受阻力可忽略验证机械能守恒定律，实验装置如图所示。主要实验步骤如下：
A.将气垫导轨放在水平桌面上，将导轨调至水平；
B.测出挡光条的宽度和两光电门中心间的距离；
C.用天平测出滑块和挡光条的总质量，再测出托盘和砝码的总质量；
D.用手将滑块固定在光电门左侧某处，将滑块______，要求托盘和砝码落地前挡光条已通过光电门；
E.测出滑块分别通过光电门和光电门时的挡光时间和；
F.处理实验数据。
请将步骤补充完整。
滑块通过光电门和光电门时，可以确定系统包括滑块、挡光条、托盘和砝码的总动能，滑块通过光电门时的速度大小为______。
在滑块从光电门运动到光电门的过程中，确定系统重力势能的______填“增加量”或“减少量”。
若在误差允许的范围内，满足关系式______用、、、、、以及重力加速度大小表示，则可认为验证了机械能守恒定律。
四、简答题：本大题共1小题，共10分。
13.如图所示，用长度为的轻质绝缘细绳系住质量为的带电小球视为质点，并将带电小球悬挂于电场强度为的匀强电场中，带电小球静止时，细绳向左偏离竖直方向的角度为。重力加速度大小为，不计空气阻力。
判断小球的电性不用说明理由；
求小球所带的电荷量；
若撤去电场，求小球到达最低点时的速度大小。
五、计算题：本大题共2小题，共30分。
14.年月日，嫦娥六号探测器成功发射，于月日成功着陆在月球背面南极艾特肯盆地预选着陆区。假设某宇航员登月后，在月球表面完成下面的实验：在竖直固定光滑圆轨道内部最低点静置一可视为质点的小球，如图所示，当给小球一瞬时冲量时，小球恰好能在竖直平面内做完整的圆周运动，且通过圆轨道最高点时的速度大小为。已知小球的质量为，月球的半径为，圆轨道的半径为，求：
月球的重力加速度大小；
月球的第一宇宙速度；
该瞬时冲量的大小。
15.如图所示，足够大的水平平台与水平地面间的高度差为，，为的中点。一物块静止在平台边缘处，质量为的小球从点以某一初速度沿与水平方向夹角的方向斜向上射出，恰好水平击中物块，碰撞后小球反弹落到点。物块与平台间的动摩擦因数为，重力加速度大小为，取，，小球与物块的碰撞为弹性碰撞碰撞时间极短，物块与小球均视为质点，不计空气阻力。求：
小球击中物块前瞬间小球的速度大小；
物块的质量；
物块在平台上滑行的路程。
答案解析
1.
【解析】解：由题知，斜面和地面光滑，物体加速下滑，斜面向左加速，将物体和斜面看作整体分析，水平方向不受外力作用，竖直方向只受重力作用
根据机械能守恒定律“在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能和势能可以相互转化，而总的机械能保持不变”可知，物体和斜面体组成的系统机械能守恒。
根据系统动量守恒定律成立的条件“系统不受外力或者所受外力之和为零，或者系统所受外力远小于内力，可以忽略不计，系统在某一个方向上不受外力或者所受外力之和为零，在该方向上动量守恒”可知，物体和斜面体组成的系统只在水平方向动量守恒，而系统整体动量不守恒。故A正确，BCD错误。
故选：。
斜面光滑，物体加速下滑，斜面向左加速，将物体和斜面看作整体分析，水平方向不受外力，竖直方向受重力作用，动量不守恒，机械能守恒。
机械能守恒定律和动量守恒定律的适用条件一定要掌握好，避免判断错误。
2.
【解析】解：处于静电平衡状态的导体，其感应电荷产生的电场与外电场相互抵消，因此内部场强为零，故B正确；
A.静电力常量应为，故A错误；
C.带电物体的电荷量仅能为元电荷的整数倍，而这个电荷量为的带电粒子不是元电荷的整数倍，所以不存在这样的粒子，故C错误；
D.正负电荷只能成对出现或湮灭，因此与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和不变，故D错误。
故选：。
静电力常量为；处于静电平衡状态的导体，其边缘处的电场与外电场相互抵消，因此内部场强为零；带电物体的电荷量仅能为元电荷的整数倍；正负电荷只能成对出现或湮灭，因此与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和不变。
本题需要学生了解电荷量、库仑定律以及静电平衡的相关知识。
3.
【解析】解：如图甲所示，汽车要安全通过拱桥最高点时，汽车在竖直方向上受到重力和支持力，根据牛顿第二定律可知：，可得桥面对车的支持力小于车受到的重力，根据牛顿第三定律可知，车对桥面的压力小于车受到的重力，故A错误；
B.如图乙所示，在水平面内做匀速圆周运动的小球，受重力、拉力的作用，故B错误；
C.如图丙所示，某同学用一次性杯子做的“水流星”，杯子恰好过最高点，重力提供向心力：，则杯子恰好过最高点的速度为：，故C错误；
D.火车以规定速度经过外轨高于内轨的弯道，向心力由火车所受重力和支持力的合力提供，此时车轮对内外轨均无侧向压力，故D正确；
故选：。
A、根据牛顿第二定律和牛顿第三定律可求出；
B、对物体受力分析可分析出；
C、根据临界条件时重力提供向心力可解出；
D、根据指向圆心的合力充当向心力可以解出。
本题主要考查学生对于圆周运动相关知识掌握得熟练度，对于指向圆心的合力充当向心力这一思想在做题时要时刻考虑到。
4.
【解析】解：当高铁匀速运行时，根据功率和速度的关系式，当高铁运行速度变为时，发动机功率，故ABD错误，C正确。
故选：。
根据功率和速度的关系式结合匀速运动的条件分别列式求解。
考查功率和速度的关系式的应用，会根据题意进行相关的分析和计算。
5.
【解析】如图所示：
点为电荷所处的位置，则；

所以：
故选A。
首先，要理解电场强度的基本性质，之后观察图形信息，应用电场强度的公式，利用比例关系解决此题。
此题是一道考察电场强度基本概念和性质的理解题，它主要检验了学生对点电荷电场中电场强度与距离关系的掌握程度。
6.
【解析】解：取甲速度方向为正方向，碰撞前后动量守恒，则
解得
碰撞过程中系统损失的机械能为
解得
故A正确，BCD错误。
故选：。
两滑块碰撞过程系统的动量守恒，由动量守恒定律求出碰撞后乙滑块的速度，再根据能量守恒定律求碰撞过程中损失的机械能。
解决本题时，要确定研究对象，掌握动量守恒的条件：系统的合外力为零，运用动量守恒定律时要注意规定正方向。
7.
【解析】解：根据万有引力提供向心力
可得天体的第一宇宙速度
根据题意可知
质量为的黑洞，最大半径
黑洞自转不瓦解，需满足
解得
故ACD错误，B正确。
故选B。
根据题设条件，当天体的逃逸速度大于光速时，天体就成为黑洞。而逃逸速度是环绕速度的倍，根据万有引力提供向心力求出环绕速度，即可求出逃逸速度，就能得到满足的条件，进而求出自转周期的最小值。
此题考查了万有引力定律及其应用，属于信息题或新概念题，首先要耐心、细心读题，抓住有效信息，其次建立物理模型。
8.
【解析】解：、电场是客观存在的一种物质，电场线是为了直观形象的描述电场的分布，而引入的假想的曲线，故A正确，B错误；
、电场线的疏密表示电场的强弱，所以在同一电场内，电场线越密的地方电场越强，故C正确，D错误。
故选：。
、根据电场是客观存在的物质，电场线是假想的曲线分析；
、根据电场线的疏密表示电场的强弱分析。
本题考查了电场及其性质、电场线的定义和特点，解题的关键是知道电场虽然看不见，但是是客观存在的物质，知道电场线的疏密表示电场的强弱。
9.
【解析】解：、、两点在水平方向做圆周运动，半径垂直于转轴，根据题图可知：，即点的转动半径大于点的转动半径，故A正确；
C、篮球上的、绕轴做同轴转动，因此、两点做圆周运动的角速度相等，故C错误；
B、根据线速度与角速度的关系可知：，由于，因此，故B正确；
D、根据向心加速度公式可得：，由于，因此，故D正确。
故选：。
、两点在水平方向做圆周运动，根据题图分析、两点做圆周运动的半径的大小；篮球上的、绕轴做同轴转动，据此分析角速度大小关系；根据线速度与角速度的关系分析线速度大小；根据向心加速度公式分析向心加速度大小。
本题主要考查了圆周运动半径的确定、线速度与角速度的关系、向心加速度公式，理解圆周运动的两种传动方式是解题的关键。
10.
【解析】解：设木块和斜面间的动摩擦因数为，斜面倾斜角为，木块的质量为，斜面的质量为
A、对木块进行受力分析，由牛顿第二定律可得：
上滑时，有：
解得：
下滑时，有：
解得：
故上滑时做加速度大小为的匀减速运动，下滑时做加速度为的匀加速运动；
，图象上滑时图象的倾角比下滑时大，故A错误；
B、对木块和斜面整体，根据牛顿第二定律
木块上滑时整体水平方向有：，大小保持不变，方向水平向左，
木块下滑时整体水平方向有：，大小保持不变，方向水平向左，且，故B正确；
C、上滑时，动能为：，所以图象是开口向上的抛物线的一部分在减小，
下滑时，同理可图象是开口向上的抛物线的一部分，在增大，故C正确；
D、根据功能关系可得：，得：知图象是开口向上的抛物线的一部分在减小，故D错误。
故选：。
对木块进行受力分析，根据牛顿第二定律求出上滑和下滑时的加速度，在判断图象的斜率；
将斜面和木块当作一个整体，对整体进行受力分析，判断水平面对斜面的摩擦力；
根据动能的定义式列出动能与时间的关系式，再根据关系式判断图象是否正确；
求出机械能跟时间的关系式，根据关系式分析求解；
解决该题的关键是正确对木块进行受力分析，知道用整体法分析斜面受到的摩擦力作用，能根据表达式分析图象形状；
11.
【解析】解：因小车碰前的速度大于碰后的速度，可知在如图乙所示的纸带中，对应的点先打出。
碰撞前瞬间系统的总动量
碰撞后瞬间系统的总动量
故答案为：；，。
根据碰撞前后的速度变化进行判断；
根据动量的计算公式进行计算。
本题主要考查了动量守恒定律的验证实验，根据实验原理掌握正确的实验操作，结合运动学公式和动量守恒定律即可完成分析。
12.由静止释放 减少量
【解析】解：用手将滑块固定在光电门左侧某处，将滑块由静止释放，要求托盘和砝码落地前挡光条已通过光电门。
由于挡光条的宽度很小，经过光电门的挡光时间很小，可用挡光过程的平均速度代替瞬时速度，则滑块通过光电门时的速度大小为
在滑块从光电门运动到光电门的过程中，托盘和砝码向下运动，所以确定系统重力势能的减少量。
在滑块从光电门运动到光电门的过程中，系统重力势能减少量为
滑块通过光电门时的速度大小为
系统动能增加量为
则若在误差允许的范围内，满足关系式
则可认为验证了机械能守恒定律。
故答案为：由静止释放；；减少量；。
根据实验原理步骤，需要托盘和砝码静止不动时，释放滑块，据此填空；
根据平均速度表示瞬时速度的方法，即可求出滑块经过光电门的速度；
根据高度变化判断系统重力势能增减；
当系统增加的动能与系统减小的重力势能相等，系统机械能守恒，据此写出表达式。
解决本题的关键知道实验的原理，注意研究的对象是系统，知道极短时间内的平均速度等于瞬时速度。
13.解：小球处于静止状态，合力为零，受力分析如下图所示：
由图可知，小球所受电场力与场强的方向相反，可知小球带负电。
由力的平衡则有：
可得电荷量：
若撤去电场，从释放到小球到达最低点过程，由动能定理有：
可得：
答：小球带负电；
小球所带的电荷量为；
若撤去电场，小球到达最低点时的速度大小为。
【解析】根据小球受力平衡、电场力与场强的方向分析；
根据力的平衡可得电荷量；
小球从释放到最低点过程利用动能定理求解。
本题考查了带电粒子在电场中的运动、动能定理，比较简单，解题的关键是正确对小球受力分析。
14.解：小球恰好能在竖直平面内做完整的圆周运动，有
解得
设月球的近地面的卫星质量为
则
解得
设小球在圆轨道最低点时的速度大小为，对小球从最低点运动到最高点的过程，
根据动能定理有
解得
根据动量定理有
解得
答：月球的重力加速度大小为；
月球的第一宇宙速度为；
瞬时冲量的大小为得。
【解析】根据小球恰好能在竖直平面内做完整的圆周运动，重力提供向心力求月球的重力加速度大小；
根据第一宇宙速度公式求解；
根据动能定理和动量定理求瞬时冲量的大小。
本题考查了天体运动和圆周运动的问题，明确不同模型的最高点临界速度，天体运动的第一宇宙速度，题目难度一般。
15.解：设小球从点射出时的竖直分速度大小为，有
且
解得
设小球从点运动到点的时间为，小球与物块碰撞后瞬间小球的速度大小为，、两点间的距离为，有
设小球与物块碰撞后瞬间物块的速度大小为，在小球与物块碰撞的过程中，取向右为正方向，系统的动量与机械能均守恒，有
解得
，
对物块在平台上滑行的过程，根据动能定理有
解得
答：小球击中物块前瞬间小球的速度大小；
物块的质量；
物块在平台上滑行的路程。
【解析】将小球从点射出时的速度分解，根据竖直方向的竖直上抛可以求解竖直分速度大小，结合根据抛出角度可以求解小球击中物块前瞬间小球的速度大小；
为的中点，可以根据抛体知识可以得出小球与物块碰撞后瞬间小球的速度大小，结合系统碰撞过程的动量与机械能守恒，可以求出物块的质量；
结合可以求解出物块碰后速度，在平台上滑行的过程，根据动能定理可以求解物块在平台上滑行的路程。
本题是力学综合题，综合了运动学公式、牛顿第二定律、机械能守恒、动量守恒等多个知识，分析运动过程，明确受力情况，然后再正确选择解题规律是关键。
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