2020-2021学年湖北省武汉市华中师大一附中高一(下)期末物理试卷

第1页（共1页）2020-2021学年湖北省武汉市华中师大一附中高一（下）期末物理试卷一、选择题：（本题共7小题，每小题4分，共28分。每小题的4个选项中，仅有一个选项符合题目要求。选对的得4分，选错或不答的得0分）1．（4分）下列关于物理结论或研究方法的说法中，符合事实的是（）A．迄今为止，实验发现的最小电荷量是电子电量的 B．场强E、电势φ和电势能Ep都是通过物理量之比定义的 C．两个点电荷之间的作用力不因第三个点电荷的存在而改变 D．类比是一种严格的推理，不需要实践检验2．（4分）一只青蛙从荷叶上跳入水中，若不考虑水和空气的阻力。下列表述中正确的是（）A．青蛙与荷叶组成的系统动量守恒 B．起跳时，荷叶对青蛙做正功，青蛙的动能增加 C．全过程中青蛙与荷叶组成的系统机械能可能守恒 D．全过程中青蛙与荷叶组成的系统机械能一定不守恒3．（4分）一个质量为m、带电量为﹣q、直径为d的实心钢球，以初速度v0进入绝缘水平光滑直轨道，正好撞上静止在该轨道上另一个完全相同但不带电的钢球，在整个运动过程中（）A．两球的总动量和机械能都保持不变 B．两球速度相同时，两球静电力小于 C．由于存在静电力作用，系统的动量和机械能都不守恒 D．因为两球完全相同，碰撞后入射球将保持静止4．（4分）根据大气电测量表明：在晴朗天气下，地表附近的场强大小约100V/m，方向向下。假设地球为一个半径R大约为6400km的正球体πR3，表面积S＝4πR2，静电力常量k＝9.0×109N•m2/C2。由此推知（）A．无论是水平面还是倾斜的山坡表面，电场方向都指向地心 B．地核带负电，总电荷量约为4.5×105C C．地球表面带负电，表面电荷密度约8.85×10﹣10C/m2 D．身高为1.70m的人，人体内头与脚之间的电势差为170V5．（4分）在核反应堆中，U235需要慢中子的激发才能发生裂变从而释放核能，同时释放出若干个快中子。为了使核裂变持续发生下去，需要对快中子减速，某快中子（质量为m）以初速度v0与一个静止的氘核（质量为2m）发生弹性正碰，从而实现减速（）A．碰撞后，中子的速度为+ B．碰撞后氘核相对中子的速度等于+v0 C．碰撞后中子的动能减少mv0² D．碰撞后中子的动能减少mv0²6．（4分）如图所示，在竖直圆上过顶点A到与圆周上的C、D两点建两条光滑的直轨道，AB是该圆的直径。让一个小球由静止开始，分别沿AC、AD滑行到C、D两点。设AC、AD与AB的夹角分别为θ1和θ2，下列结论正确的是（）A．两次运动过程中，支持力的冲量之比为1：1 B．两次运动过程中，重力做功之比为cosθ1：cosθ2 C．到达C、D两点的动能之比为cos2θ1：cos2θ2 D．在C、D两点处重力功率之比为cos2θ1：cos2θ27．（4分）一半径为R的金属薄球壳内壁接地，其球心处安置有一个点电荷+Q，如图所示。P为金属球外距离球心2R的一点（）A．金属球壳的外表面带正电 B．金属球壳的内表面不带电 C．在P处引入正点电荷q，受斥力大小为 D．金属球壳感应电荷在P处形成的场强大小为二、选择题：（本题共4小题，每小题4分，共16分。每小题的4个选项中，至少两个选项符合题目要求。全部选对的得4分，选对不全的得2分，有选错或不答的得0分）8．（4分）图为某山地等差等高线地形图，图中A为一山顶处的平地，B为附近另一山峰，图中数字表示该处的海拔高度，单位为m。若此图表示一电场分布情况，下列理解正确的有（）A．A处附近的电场强度为零 B．一带电粒子由A经C到B，电势能一定先减小后增大 C．沿a方向的电场强度小于沿b方向的电场强度 D．电子在C处的电势能为400eV9．（4分）一块很大的不带电的钢板表面敷有一层光滑的绝缘膜，搭成一个倾角为30°的斜面。在钢板上沿斜面取相距L的A、B两点，在与A等高的C处固定一个点电荷+Q，如图所示。将一个质量为m、带电量为+q的小滑块（可视为质点）从A处由静止释放，滑块由A滑到B的过程中（）A．滑块的加速度可能大于 B．滑块的电势能先增大后减小 C．滑到B处时重力的功率为mg D．滑块受重力的冲量大小为2m10．（4分）一对金属板相距为d水平放置，两板保持电压U不变，如图所示。一颗质量为m、带电量为+q的尘埃恰能水平匀速穿过金属板之间。若让这对金属板都绕过它们的中点O、O′的水平轴逆时针转过一个小角度α，由此可知（）A．极板转动前，尘埃的电势能为 B．两板间的电压U＝ C．极板转动后，上述尘埃在板间运动时可能向上偏转 D．极板转动后，上述尘埃在板间运动时不会向上偏转11．（4分）图中AB为一光滑的水平固定直杆，杆上有一个固定钉子C，杆上套一个轻质小环处并让绳与AB平行伸直，然后由静止同时释放轻环和小球。则下列描述正确的是（）A．整个运动过程中，系统的机械能守恒 B．环对C的总冲量小于m C．小球在最低点时绳的拉力为3mg D．小球摆到最低点后将做匀速运动三、实验题：（本题2小题，共15分。）12．（6分）在探究机械能守恒定律实验中，将气垫导轨倾斜放置。具体步骤如下：①测得带有遮光片的滑块质量m、测得遮光片的宽度d，测出气垫导轨的倾角θ；②将劲度较大弹簧放在挡板P和滑块之间，滑块与弹簧不粘连，当弹簧为自由时；③光电门固定在B点，连接好数字计时器；④压缩弹簧，然后固定滑块，此时遮光片中心对准气轨上的O点；⑤用刻度尺测量A、B两点间的距离L；⑥由静止释放滑块，记录遮光片经过光电门时的遮光时间Δt；⑦改变光电门位置，多次重复步骤④⑤⑥。取当地的重力加速度为g，根据实验数据做出的﹣L图像为如图2所示的一条直线﹣L图像斜率为k、纵轴截距为b。（1）根据﹣L图像可求得滑块经过A位置时的速度vA＝；（2）当表达式（用k、d、g、θ表示）成立时，说明滑块与弹簧分离后，在下滑过程中机械能守恒。13．（9分）用半径相同的两小球A、B的碰撞验证动量守恒定律，实验装置示意如图所示，斜槽与水平槽圆滑连接。实验时先不放B球，落到位于水平地面的记录纸上留下痕迹P。再把B球静置于水平槽前端边缘处，让A球仍从C处由静止滚下，二撞后分别落在记录纸上留下各自的痕迹。记录纸上的O点是重垂线所指的位置，若各落点痕迹到O的距离分别为OM、OP和ON1、m2且m1＞m2。（1）若动量守恒，则应成立的表达式为；（2）若碰撞是弹性的，则OMPN（填“＞”、“＝”或“＜”）；（3）考虑到A、B两球有一定大小，导致碰撞前后球A需要再滑行一段才能从水平槽前端飞出，如图所示。A、B两球碰撞且飞出后球A单独滚下落地前水平方向的动量（填“＞”、“＝”或“＜”）。四、解答题：（本题3小题，共41分。）14．一颗质量m的带电量粒子，在一对都带电荷+Q的点电荷的连线的中垂线上运动，如图所示。已知两正电荷相距为2R，P为该连线中垂线上的一点，OP＝0时，正好以大小等于a0的加速度减速通过P点，假定粒子仅受静电力作用，试求：（1）粒子的电性和带电量q；（2）若带电粒子在运动过程中的最大速度为vm＝，则OP间的电势差UOP多大？15．两块金属平板A、B水平放置，其初始距离为d，此时金属平板A、B构成电容器的电容为C，如图所示。将一个质量为m、不带电的金属小球从A板正中的小孔S处由静止释放，金属小球落到金属平板B上与平板碰撞后，同时获得金属板B带电量的α（0＜α＜＜1）倍，由于α很小，对两板间的电场的影响可以忽略，金属小球运动过程中静电感应的影响也可以忽略不计（1）试计算金属球上升的最高点到A板的距离h；（2）在金属小球再次返回，尚未进入小孔S之前，将金属板B下拉一段距离x，电量变为金属板B带电量的α倍，小球再次上穿S到达最高点距离A板为16．一颗质量为m的“智能”小球A，以某一初速度与另一个静止的完全相同的“智能”小球B发生对心碰撞。碰撞过程中，它们的动能只能“损失”一个特定值E。（1）如果“智能”小球A以速度v1入射，与“智能”小球B发生正碰不足以发生动能损失，列式计算求出B球碰撞后的速度vB；（2）若小球A的入射速度增加到v2，A、B两球碰撞时恰好发生动能“损失”，碰后两球速度相同，但不粘连2；（3）当小球A的入射速度为2v2，A、B两球碰撞时系统也“损失”动能E，且该“损失”的动能E全部被小球B存储为其他形式。接着B立即发射一个质量极小、动量大小为p的粒子，且p小于B发射粒子前的动量。试求小球B最终速度大小的范围。

2020-2021学年湖北省武汉市华中师大一附中高一（下）期末物理试卷参考答案与试题解析一、选择题：（本题共7小题，每小题4分，共28分。每小题的4个选项中，仅有一个选项符合题目要求。选对的得4分，选错或不答的得0分）1．（4分）下列关于物理结论或研究方法的说法中，符合事实的是（）A．迄今为止，实验发现的最小电荷量是电子电量的 B．场强E、电势φ和电势能Ep都是通过物理量之比定义的 C．两个点电荷之间的作用力不因第三个点电荷的存在而改变 D．类比是一种严格的推理，不需要实践检验【解答】解：A、迄今为止，故A错误；B、场强E，而电势能Ep＝qφ不是通过物理量之比定义的，故B错误；C、两个点电荷之间的作用力F＝，故C正确；D、类比是一种严格的推理，故D错误。故选：C。2．（4分）一只青蛙从荷叶上跳入水中，若不考虑水和空气的阻力。下列表述中正确的是（）A．青蛙与荷叶组成的系统动量守恒 B．起跳时，荷叶对青蛙做正功，青蛙的动能增加 C．全过程中青蛙与荷叶组成的系统机械能可能守恒 D．全过程中青蛙与荷叶组成的系统机械能一定不守恒【解答】解：A、起跳时，系统竖直方向的合外力不为零，故A错误；B、起跳时，荷叶对青蛙做负功，故B错误；CD、全过程中，则青蛙与荷叶组成的系统机械能一定不守恒，D正确。故选：D。3．（4分）一个质量为m、带电量为﹣q、直径为d的实心钢球，以初速度v0进入绝缘水平光滑直轨道，正好撞上静止在该轨道上另一个完全相同但不带电的钢球，在整个运动过程中（）A．两球的总动量和机械能都保持不变 B．两球速度相同时，两球静电力小于 C．由于存在静电力作用，系统的动量和机械能都不守恒 D．因为两球完全相同，碰撞后入射球将保持静止【解答】解：AC、对于两球组成的系统，由于两球在水平轨道上运动，所以系统受到的重力和支持力的合力为零。两球相撞后，两球间存在静电斥力，静电斥力对两球要做正功，故AC错误；B、两球碰撞的过程中，此时碰撞小球的电荷已经平分，每个小球均带了，假设把每部分电荷看做点电荷，两球的形变非常小）此种情况的库仑力为：F'＝k＝，所以实际的库仑力还要小些，故B正确；D、由于碰撞后，两球间存在静电斥力，所以碰撞后入射球不可能静止。故选：B。4．（4分）根据大气电测量表明：在晴朗天气下，地表附近的场强大小约100V/m，方向向下。假设地球为一个半径R大约为6400km的正球体πR3，表面积S＝4πR2，静电力常量k＝9.0×109N•m2/C2。由此推知（）A．无论是水平面还是倾斜的山坡表面，电场方向都指向地心 B．地核带负电，总电荷量约为4.5×105C C．地球表面带负电，表面电荷密度约8.85×10﹣10C/m2 D．身高为1.70m的人，人体内头与脚之间的电势差为170V【解答】解：A.地表附近的场强大小约100V/m，方向向下，故A错误；B.地球表面处产生的电场强度等效于地球球心处的一个带电量为Q的点电荷在地面产生的电场强度，地表附近的场强方向向下，则E＝求得总电荷量约为Q＝4.55×102C，故B错误；C.地球表面的面电荷密度ρ电＝，代入数据解得ρ电＝8.85×10﹣10C/m²，故C正确D.因为地球表面不是匀强电场，则根据U＝Eh＝170V不成立；故选：C。5．（4分）在核反应堆中，U235需要慢中子的激发才能发生裂变从而释放核能，同时释放出若干个快中子。为了使核裂变持续发生下去，需要对快中子减速，某快中子（质量为m）以初速度v0与一个静止的氘核（质量为2m）发生弹性正碰，从而实现减速（）A．碰撞后，中子的速度为+ B．碰撞后氘核相对中子的速度等于+v0 C．碰撞后中子的动能减少mv0² D．碰撞后中子的动能减少mv0²【解答】解：AB、中子与氘核发生弹性碰撞、机械能守恒，设碰撞后中子的速度大小为v1，氘核的速度大小为v2，以碰撞前中子的速度方向为正方向，由动量守恒定律得：mv5＝mv1+2mv5，由机械能守恒定律得：解得：v1＝﹣v0，v2＝v2，负号表示速度方向与正方向相反，碰撞后氘核相对中子的速度v＝v2﹣v1＝v0﹣（﹣v0）＝v8，故A错误，B正确；CD、碰撞后中子的动能减少ΔEk＝＝＝，故CD错误。故选：B。6．（4分）如图所示，在竖直圆上过顶点A到与圆周上的C、D两点建两条光滑的直轨道，AB是该圆的直径。让一个小球由静止开始，分别沿AC、AD滑行到C、D两点。设AC、AD与AB的夹角分别为θ1和θ2，下列结论正确的是（）A．两次运动过程中，支持力的冲量之比为1：1 B．两次运动过程中，重力做功之比为cosθ1：cosθ2 C．到达C、D两点的动能之比为cos2θ1：cos2θ2 D．在C、D两点处重力功率之比为cos2θ1：cos2θ2【解答】解：A.根据几何关系，光滑的直轨道长L＝2Rcosθ，解得a＝gcosθat2，即t＝2，小球到的支持力FN＝mgsinθ，支持力不同，则冲量不相等；B.重力做功之比为＝，故B错误C.根据动能定理WG＝Ek，可得动能之比＝，故C正确；D.根据Ek＝，则速度之比为＝，故D错误故选：C。7．（4分）一半径为R的金属薄球壳内壁接地，其球心处安置有一个点电荷+Q，如图所示。P为金属球外距离球心2R的一点（）A．金属球壳的外表面带正电 B．金属球壳的内表面不带电 C．在P处引入正点电荷q，受斥力大小为 D．金属球壳感应电荷在P处形成的场强大小为【解答】解：AB、正点电荷+Q产生电场使金属球壳处于静电平衡状态，由于静电感应金属球壳内表面带负电荷，故AB错误；C、由于静电屏蔽作用，在P处引入正点电荷q，故C错误；D、P处电场强度为零，金属球壳感应电荷在P处形成的电场强度大小E感＝E+Q＝k＝，故D正确。故选：D。二、选择题：（本题共4小题，每小题4分，共16分。每小题的4个选项中，至少两个选项符合题目要求。全部选对的得4分，选对不全的得2分，有选错或不答的得0分）8．（4分）图为某山地等差等高线地形图，图中A为一山顶处的平地，B为附近另一山峰，图中数字表示该处的海拔高度，单位为m。若此图表示一电场分布情况，下列理解正确的有（）A．A处附近的电场强度为零 B．一带电粒子由A经C到B，电势能一定先减小后增大 C．沿a方向的电场强度小于沿b方向的电场强度 D．电子在C处的电势能为400eV【解答】解：A、根据地理上等高线的特点可知，A处附近没等高线，则A处附近的电场强度为零；B、因为UAC＞0，UCB＜0，但是不知道带电粒子带何种电荷，则电势能的变化情况不确定；C、电场线的疏密表示场强的大小，故C正确；D、电子在C处的电势能为Ep＝e•φC＝﹣400eV，故D错误。故选：AC。9．（4分）一块很大的不带电的钢板表面敷有一层光滑的绝缘膜，搭成一个倾角为30°的斜面。在钢板上沿斜面取相距L的A、B两点，在与A等高的C处固定一个点电荷+Q，如图所示。将一个质量为m、带电量为+q的小滑块（可视为质点）从A处由静止释放，滑块由A滑到B的过程中（）A．滑块的加速度可能大于 B．滑块的电势能先增大后减小 C．滑到B处时重力的功率为mg D．滑块受重力的冲量大小为2m【解答】解：A、由于静电感应，因此小滑块下滑的过程中，整个下滑的过程中，故A错误；B、由于电场力不做功，故B错误；C、从A滑到B的过程中，机械能守恒mgLsin30°＝可得vB＝滑到B处时重力的功率为P＝mgvsin30°＝mg故C正确；D、根据L＝可得从A到B的运动时间重力的冲量I＝mgt联立解得I＝4m故D正确。故选：CD。10．（4分）一对金属板相距为d水平放置，两板保持电压U不变，如图所示。一颗质量为m、带电量为+q的尘埃恰能水平匀速穿过金属板之间。若让这对金属板都绕过它们的中点O、O′的水平轴逆时针转过一个小角度α，由此可知（）A．极板转动前，尘埃的电势能为 B．两板间的电压U＝ C．极板转动后，上述尘埃在板间运动时可能向上偏转 D．极板转动后，上述尘埃在板间运动时不会向上偏转【解答】解：A、旋转前，若以上极板为零电势点p＝qφ＝，若以下板间为零电势点p＝，由于电势能的大小与零电势点的选择有关；B、旋转前，根据平衡条件有：mg＝，故B正确；CD、旋转一个极小的角度α后，其大小F′＝＝y′＝F′cosα＝×cosα＝mgx′＝F′sinα＝＝F合，水平向左，即尘埃受到的合力水平向左，则尘埃沿水平方向做匀减速直线运动，沿直线运动，D正确。故选：BD。11．（4分）图中AB为一光滑的水平固定直杆，杆上有一个固定钉子C，杆上套一个轻质小环处并让绳与AB平行伸直，然后由静止同时释放轻环和小球。则下列描述正确的是（）A．整个运动过程中，系统的机械能守恒 B．环对C的总冲量小于m C．小球在最低点时绳的拉力为3mg D．小球摆到最低点后将做匀速运动【解答】解：AD.轻环运动到阻挡钉C的过程中，轻环和小球在水平方向上动量守恒，所以小球水平速度为零，小球做自由落体运动，小球绕C点做圆周运动，绳子与水平方向的夹角为θcosθ＝＝解得θ＝37°轻环与C碰撞前瞬间，根据动能定理mgLsinθ＝求得小球的速度v＝＝碰撞后瞬间，根据运动的分解可知小球的速度v'＝vcos37°＝即绳子绷直做圆周运动的瞬问有能量损失，系统的机械能不守恒；B.轻环与C碰撞后，小球的速度由竖直方向变为垂直绳子方向，若没有能量损失，则最低点的速度小于I＝mv'即I＜m故B正确；C.最低点的速度小于，根据F﹣mg＝m知F＜3mg故C错误。故选：B。三、实验题：（本题2小题，共15分。）12．（6分）在探究机械能守恒定律实验中，将气垫导轨倾斜放置。具体步骤如下：①测得带有遮光片的滑块质量m、测得遮光片的宽度d，测出气垫导轨的倾角θ；②将劲度较大弹簧放在挡板P和滑块之间，滑块与弹簧不粘连，当弹簧为自由时；③光电门固定在B点，连接好数字计时器；④压缩弹簧，然后固定滑块，此时遮光片中心对准气轨上的O点；⑤用刻度尺测量A、B两点间的距离L；⑥由静止释放滑块，记录遮光片经过光电门时的遮光时间Δt；⑦改变光电门位置，多次重复步骤④⑤⑥。取当地的重力加速度为g，根据实验数据做出的﹣L图像为如图2所示的一条直线﹣L图像斜率为k、纵轴截距为b。（1）根据﹣L图像可求得滑块经过A位置时的速度vA＝d；（2）当表达式d2k＝2gsinθ（用k、d、g、θ表示）成立时，说明滑块与弹簧分离后，在下滑过程中机械能守恒。【解答】解：（1）滑块从A到B做匀加速直线运动，设加速度为a，时间很短，因此有B点的速度为：vB＝根据运动学公式则有：化简为：结合图象可得：b＝，k＝，解得：vA＝d；（2）从A到B的过程中重力势能变化ΔEp＝mgLsinθ；动能的变化ΔEk＝根据，k＝，求得ΔEk＝需满足＝mgLsinθ即d2k＝2gsinθ即可故答案为：（1）d；（2）d4k＝2gsinθ13．（9分）用半径相同的两小球A、B的碰撞验证动量守恒定律，实验装置示意如图所示，斜槽与水平槽圆滑连接。实验时先不放B球，落到位于水平地面的记录纸上留下痕迹P。再把B球静置于水平槽前端边缘处，让A球仍从C处由静止滚下，二撞后分别落在记录纸上留下各自的痕迹。记录纸上的O点是重垂线所指的位置，若各落点痕迹到O的距离分别为OM、OP和ON1、m2且m1＞m2。（1）若动量守恒，则应成立的表达式为m1•OP＝m1•OM+m2•ON；（2）若碰撞是弹性的，则OM＝PN（填“＞”、“＝”或“＜”）；（3）考虑到A、B两球有一定大小，导致碰撞前后球A需要再滑行一段才能从水平槽前端飞出，如图所示。A、B两球碰撞且飞出后＞球A单独滚下落地前水平方向的动量（填“＞”、“＝”或“＜”）。【解答】解：（1）A与B相撞后，B的速度增大，碰前碰后都做平抛运动，落地时间相同，N是碰后B的落地点；根据动量守恒定律可知，应有：m1v0＝m2v1+m2v3；因小球做平抛运动的高度相同，则下落时间相同1v0t＝m8v1t+m2v6t故只需验证m1•OP＝m1•OM+m7•ON即可说明动量守恒；（2）若碰撞又是弹性碰撞，则有满足：＝1式子移到左边，有m2的式子移到右边，然后两方程相除）可得：v5+v1＝v2，两边同乘以时间t后得到：OP+OM＝ON，结合几何关系有：OM＝PN，则该碰撞就是弹性碰撞；（3）由于被碰撞小球的半径不能忽略，那么放入B球后碰撞的位置比不放B球时的位置要提前一段距离，不放B球的A的动量小于放入B球后A球碰撞前的动量。故答案为：（1）m7•OP＝m1•OM+m2•ON；（2）＝四、解答题：（本题3小题，共41分。）14．一颗质量m的带电量粒子，在一对都带电荷+Q的点电荷的连线的中垂线上运动，如图所示。已知两正电荷相距为2R，P为该连线中垂线上的一点，OP＝0时，正好以大小等于a0的加速度减速通过P点，假定粒子仅受静电力作用，试求：（1）粒子的电性和带电量q；（2）若带电粒子在运动过程中的最大速度为vm＝，则OP间的电势差UOP多大？【解答】解：（1）由带电粒子从P点向右做减速运动可知粒子所受电场力向左，粒子带负电；由几何知识可得：场源电荷到P点的间距为r＝，，θ＝30°粒子运动到P点时，据牛顿第二定律可得：联立解得：（2）当粒子运动到O点时，所受合力为零粒子从P点到O的过程中，据动能定理可得：﹣OP间的电势差UOP＝﹣UPO联立解得：答：（1）粒子带负电，带电量q为；（2）OP间的电势差UOP为。15．两块金属平板A、B水平放置，其初始距离为d，此时金属平板A、B构成电容器的电容为C，如图所示。将一个质量为m、不带电的金属小球从A板正中的小孔S处由静止释放，金属小球落到金属平板B上与平板碰撞后，同时获得金属板B带电量的α（0＜α＜＜1）倍，由于α很小，对两板间的电场的影响可以忽略，金属小球运动过程中静电感应的影响也可以忽略不计（1）试计算金属球上升的最高点到A板的距离h；（2）在金属小球再次返回，尚未进入小孔S