2023-2024学年陕西省西安市莲湖区高一(下)期末物理试卷

2023-2024学年陕西省西安市莲湖区高一（下）期末物理试卷一、单项选择题：本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项将是符合题目要求的。1．（4分）下列说法正确的是（）A．静电力常量为9.0×106N•m2/C2 B．处于静电平衡状态的导体，其内部的电场强度处处为0 C．存在电荷量为2×10﹣19C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2．（4分）如图所示，曲线表示足球（视为质点）在空中飞行的轨迹，其中一条虚线是轨迹的切线。下列起表示足球在飞行过程中所受重力和空气阻力的示意图，正确的是（）A． B． C． D．3．（4分）甲、乙、丙三个相同的带电导体球，电荷量分别为+1C、﹣3C和﹣5C，先使甲与乙接触，然后再使乙与丙接触，最终乙的电荷量为（）A．﹣4C B．﹣3C C．﹣2C D．﹣1C4．（4分）如图所示，西安欢乐谷摩天轮高达131.4m，外观极具未来感和科幻感，在蓝天的映衬下璀璨夺目。已知当该摩天轮以某一周期做匀速圆周运动时，乘坐该摩天轮的某同学的向心力大小为F，若在其他情况不变的情况下，仅将该摩天轮做匀速圆周运动的线速度大小变为原来的两倍，则此时该同学的向心力大小为（）A．F4 B．F2 C．2F5．（4分）若高铁在平直铁轨上运行时受到的阻力大小f＝kv2，其中k为常量，v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P，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．2P B．4P C．8P D．16P6．（4分）在某一点电荷产生的电场中，A、B两点的电场强度方向如图所示，则A、B两点的电场强度大小之比为（）A．1：3 B．3：1 C．1：4 D．4：17．（4分）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止放置一可视为质点的小球，如图所示，当给小球一大小为v的瞬时速度时，小球恰好能在竖直平面内做完整的圆周运动。已知圆轨道的半径为r，月球的半径为R，则月球的第一宇宙速度为（）A．vrR B．v5rR C．vRr二、多项选择题：本题共3小题，每小题5分，共15分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得5分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。（多选）8．（5分）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（多选）9．（5分）如图所示，原长为l、劲度系数为k的轻弹簧竖直固定在水平地面上，质量为m的小铁球（视为质点）从弹簧正上方距弹簧顶端高度为h处由静止下落，与弹簧接触后压缩弹簧，当弹簧的压缩量为x时，小铁球下落到最低点。重力加速度大小为g，弹簧始终在弹性限度内，不计空气阻力。下列说法正确的是（）A．小铁球重力势能的减少量与零势能面的选取有关 B．当弹簧的压缩量为mgk时，小铁球的动能最大C．弹簧弹性势能的最大值为mg（h+x） D．小铁球在最低点时的加速度大小为kl（多选）10．（5分）飞镖比赛中，某选手先后将三支飞镖a、b、c由同一位置水平投出，三支飞镖插在竖直靶上的状态如图所示。不计空气阻力。下列说法正确的是（）A．飞镖a在空中运动的时间最短 B．飞镖c投出的初速度最大 C．三支飞镖镖身的延长线交于同一点 D．飞镖b插在靶上的位置一定在飞镖a、c插在靶上的位置的正中间三、非选择题：共57分。（1）判11．（8分）学校物理兴趣小组用如图甲所示的装置探究平抛运动的规律。（1）小球a沿水平方向抛出，同时小球b自由落下，用频闪仪拍摄上述运动过程。图乙为某次实验的频闪照片，在误差允许的范围内，根据任意时刻a、b两小球的竖直高度相同，可判断小球a在竖直方向上做运动；根据小球a相邻两位置水平距离相等，（填“能”或“不能”）判断小球a在水平方向做匀速直线运动。（2）实验中拍摄到小球a做平抛运动的照片如图丙所示，图丙中每小格的边长为5cm，并选定了小球a在运动过程中的A、B、C三个位置。取重力加速度大小g＝10m/s2。小球a做平抛运动的初速度大小为m/s，通过B点时的速度大小为m/s。（结果均保留两位有效数字）12．（8分）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。（1）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”）。（2）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ΔEp＝，重物动能的增加量ΔEk＝。若在实验误差允许的范围内满足ΔEk＝ΔEp，则机械能守恒定律得到验证。13．（11分）如图所示，用长度为L的轻质绝缘细绳系住质量为m的带电小球（视为质点），并将带电小球悬挂于电场强度为E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θ。重力加速度大小为g，不计空气阻力。（1）判断小球的电性（不用说明理由）；（2）求小球所带的电荷量q；（3）若撤去电场，求小球到达最低点时的速度大小v。14．（13分）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ω，双星间距为L，引力常量为G。（1）求双星的质量之和m总；（2）若已知其中一颗恒星的质量为m1，求该恒星的线速度大小的v1。15．（17分）如图所示，足够长的水平桌面上有一质量M＝1kg、长度L＝1.5m的木板，木板左端放一质量m＝2kg的物块（视为质点），初始时木板右端到桌子右边缘处挡板的距离x＝0.5m，挡板顶端A点与木板上表面齐平；在桌子右侧竖直面内固定一光滑圆弧轨道，其圆心O和木板上表面在同一水平线上，且A、O、C三点在同一直线上，C点是AO的延长线与轨道的交点，B为轨道的一个端口，OB与竖直线的夹角θ＝37°。现用大小F＝12N的恒力将水平向右拉物块，当木板碰到挡板时，物块恰好到达木板的右端，此时撤去该恒力，一段时间后物块恰好从B点无碰撞地进入圆弧轨道。物块与木板以及木板与桌面间的动摩擦因数分别为μ1＝0.2，μ2＝0.1，取重力加速度大小g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，不计空气阻力。（1）求撤去该恒力时物块的速度大小v1以及此时木板的速度大小v2；（2）求圆弧轨道的半径R；（3）请通过计算判断物块能否通过圆弧轨道的最高点D。

2023-2024学年陕西省西安市莲湖区高一（下）期末物理试卷参考答案与试题解析一、单项选择题：本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项将是符合题目要求的。1．（4分）下列说法正确的是（）A．静电力常量为9.0×106N•m2/C2 B．处于静电平衡状态的导体，其内部的电场强度处处为0 C．存在电荷量为2×10﹣19C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【考点】静电平衡现象、等势体；电荷守恒定律；电荷量与元电荷；库仑扭秤实验和静电力常量．【答案】B【分析】静电力常量为9.0×109N•m2/C2；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。【解答】解：B.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9.0×109N•m2/C2，故A错误；C.带电物体的电荷量仅能为元电荷e＝1.6×10﹣19C的整数倍，而这个电荷量为2×10﹣19C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：B。2．（4分）如图所示，曲线表示足球（视为质点）在空中飞行的轨迹，其中一条虚线是轨迹的切线。下列起表示足球在飞行过程中所受重力和空气阻力的示意图，正确的是（）A． B． C． D．【考点】物体运动轨迹、速度、受力（加速度）的相互判断．【答案】C【分析】根据曲线运动的条件分析解答。【解答】解：足球在空中飞行时受到重力和空气阻力，重力竖直向下，空气阻力与速度方向相反，而速度方向沿曲线在某点的切线，根据这些特点，符合题意的是C，故ABD错误，C正确。故选：C。3．（4分）甲、乙、丙三个相同的带电导体球，电荷量分别为+1C、﹣3C和﹣5C，先使甲与乙接触，然后再使乙与丙接触，最终乙的电荷量为（）A．﹣4C B．﹣3C C．﹣2C D．﹣1C【考点】接触起电．【答案】B【分析】根据“电荷均分原理”分析甲、乙、丙的电荷量变化，并最终确定乙的电荷量。【解答】解：完全相同的导体球接触后，电荷量先中和再平分，则可知，甲和乙接触后，甲、乙均带电量q1=1−32C＝﹣1C；乙再和丙接触后，乙、丙带电量q2故最终乙带电荷量为﹣3C，故B正确，ACD错误。故选：B。4．（4分）如图所示，西安欢乐谷摩天轮高达131.4m，外观极具未来感和科幻感，在蓝天的映衬下璀璨夺目。已知当该摩天轮以某一周期做匀速圆周运动时，乘坐该摩天轮的某同学的向心力大小为F，若在其他情况不变的情况下，仅将该摩天轮做匀速圆周运动的线速度大小变为原来的两倍，则此时该同学的向心力大小为（）A．F4 B．F2 C．2F【考点】向心力的定义及物理意义（受力分析方面）．【答案】D【分析】根据向心力计算公式，计算线速度大小变为原来的两倍时向心力的大小。【解答】解：根据向心力的计算公式F=mv若做匀速圆周运动的线速度大小变为原来的两倍，则F′=m(2v整理解得F′＝4F，故D正确，ABC错误。故选：D。5．（4分）若高铁在平直铁轨上运行时受到的阻力大小f＝kv2，其中k为常量，v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P，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．2P B．4P C．8P D．16P【考点】瞬时功率的计算；共点力的平衡问题及求解．【答案】C【分析】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。【解答】解：当高铁匀速运行时，根据功率和速度的关系式P＝Fv＝fv＝kv2•v＝kv3，当高铁运行速度变为2v时，发动机功率P′＝k（2v）2•2v＝8kv3＝8P，故ABD错误，C正确。故选：C。6．（4分）在某一点电荷产生的电场中，A、B两点的电场强度方向如图所示，则A、B两点的电场强度大小之比为（）A．1：3 B．3：1 C．1：4 D．4：1【考点】点电荷与均匀带电球体（球壳）周围的电场；电场强度的定义和单位．【答案】A【分析】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。【解答】如图所示：O点为电荷所处的位置，则Ea=kOB所以：E故选A。7．（4分）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止放置一可视为质点的小球，如图所示，当给小球一大小为v的瞬时速度时，小球恰好能在竖直平面内做完整的圆周运动。已知圆轨道的半径为r，月球的半径为R，则月球的第一宇宙速度为（）A．vrR B．v5rR C．vRr【考点】机械能守恒定律的简单应用；向心力的表达式及影响向心力大小的因素；万有引力的基本计算；万有引力与重力的关系（黄金代换）；第一、第二和第三宇宙速度的物理意义；天体运动中机械能的变化．【答案】D【分析】结合机械能守恒定律和牛顿第二定律求出月球表面的重力加速度大小，根据月球表面的万有引力等于重力和万有引力提供向心力求出第一宇宙速度。【解答】解：设月球表面的重力加速度为g，小球在最高点的速度为v1，小球从最低点到最高点的过程中机械能守恒：12m小球刚好做完整的圆周运动，在最高点有：mg=mv由以上①②两式可得：g=若在月球表面发射一颗卫星，则重力必须提供向心力，设月球的第一宇宙速度为v2，则有：mg=mv故月球的第一宇宙速度为：v2故ABC错误，D正确。故选：D。二、多项选择题：本题共3小题，每小题5分，共15分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得5分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。（多选）8．（5分）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【考点】根据电场线的疏密判断场强大小；电场及其性质；电场线的定义及基本特征．【答案】AC【分析】AB、根据电场是客观存在的物质，电场线是假想的曲线分析；CD、根据电场线的疏密表示电场的强弱分析。【解答】解：AB、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；CD、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：AC。（多选）9．（5分）如图所示，原长为l、劲度系数为k的轻弹簧竖直固定在水平地面上，质量为m的小铁球（视为质点）从弹簧正上方距弹簧顶端高度为h处由静止下落，与弹簧接触后压缩弹簧，当弹簧的压缩量为x时，小铁球下落到最低点。重力加速度大小为g，弹簧始终在弹性限度内，不计空气阻力。下列说法正确的是（）A．小铁球重力势能的减少量与零势能面的选取有关 B．当弹簧的压缩量为mgk时，小铁球的动能最大C．弹簧弹性势能的最大值为mg（h+x） D．小铁球在最低点时的加速度大小为kl【考点】弹簧类问题中的机械能守恒；零势能面对重力势能的影响．【答案】BC【分析】小铁球重力势能的减少量与零势能面的选取无关；小球动能最大时，受力平衡，根据平衡条件进行解答；根据功能关系可得弹簧弹性势能的最大值；根据牛顿第二定律可得小球的加速度大小。【解答】解：A、小铁球重力势能的减少量为ΔEP＝mgΔh，与零势能面的选取无关，故A错误；B、小球动能最大时，受力平衡，此时弹簧压缩量为x0，则有：kx0＝mg，解得：x0=mgC、小球下落过程中，重力势能全部转化为弹性势能，根据功能关系可得弹簧弹性势能的最大值为：EPm＝mg（h+x）D、小铁球在最低点时，根据牛顿第二定律可得：kx﹣mg＝ma，解得小球的加速度大小为kxm故选：BC。（多选）10．（5分）飞镖比赛中，某选手先后将三支飞镖a、b、c由同一位置水平投出，三支飞镖插在竖直靶上的状态如图所示。不计空气阻力。下列说法正确的是（）A．飞镖a在空中运动的时间最短 B．飞镖c投出的初速度最大 C．三支飞镖镖身的延长线交于同一点 D．飞镖b插在靶上的位置一定在飞镖a、c插在靶上的位置的正中间【考点】飞机投弹问题．【答案】BC【分析】平抛运动在水平方向上做匀速直线运动，在竖直方向上做自由落体运动，根据下落的高度比较运动的时间，结合水平位移和时间比较初速度的大小。【解答】解：A．根据t=2h可知，飞镖a在空中运动的时间最长，飞镖c在空中运动的时间最短，故A错误；B．根据v0可知，飞镖c投出的初速度最大，故B正确；C．三支飞镖镖身的方向是速度的方向，其延长线应该经过水平位移的中点，则应该交于同一点，故C正确；D．飞镖b插在靶上的位置不一定在飞镖a、c插在靶上的位置的正中间，故D错误。故选：BC。三、非选择题：共57分。（1）判11．（8分）学校物理兴趣小组用如图甲所示的装置探究平抛运动的规律。（1）小球a沿水平方向抛出，同时小球b自由落下，用频闪仪拍摄上述运动过程。图乙为某次实验的频闪照片，在误差允许的范围内，根据任意时刻a、b两小球的竖直高度相同，可判断小球a在竖直方向上做自由落体运动；根据小球a相邻两位置水平距离相等，能（填“能”或“不能”）判断小球a在水平方向做匀速直线运动。（2）实验中拍摄到小球a做平抛运动的照片如图丙所示，图丙中每小格的边长为5cm，并选定了小球a在运动过程中的A、B、C三个位置。取重力加速度大小g＝10m/s2。小球a做平抛运动的初速度大小为1.5m/s，通过B点时的速度大小为2.5m/s。（结果均保留两位有效数字）【考点】探究平抛运动的特点．【答案】（1）自由落体，能；（2）1.5，2.5【分析】（1）根据平抛运动的特点完成分析；（2）在竖直方向上，利用位移差公式求时间间隔，结合水平方向上的运动特点得出小球的初速度和B点的速度。【解答】解：（1）根据任意时刻a、b两小球的竖直高度相同，可知两小球在竖直方向由相同的运动情况，可判断小球a在竖直方向上做自由落体运动；根据小球a相邻两位置水平距离相等，且所用时间相等，所以能判断小球a在水平方向做匀速直线运动。（2）竖直方向根据Δy＝gT2可得：T=则小球做平抛运动的初速度大小为v通过B点时的竖直分速度大小为v则通过8点时的速度大小为v故答案为：（1）自由落体，能；（2）1.5，2.512．（8分）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。（1）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，应优先选用电火花计时器（填“电磁打点计时器”或“电火花计时器”）。（2）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h3−h12T；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ΔEp＝mgh2，重物动能的增加量ΔEk＝m(h【考点】验证机械能守恒定律．【答案】（1）电火花计时器；（2）h3−h12T【分析】（1）根据两种打点计时器的误差大小分析判断；（2）根据平均速度公式计算打点计时器打B点时重物的速度，计算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；根据动能表达式计算重物动能的增加量。【解答】解：（1）相同情况下，电火花计时器与纸带间的阻力比电磁打点计时器纸带间的阻力小，则为减小实验误差，应优先选用电火花打点计时器；（2）B为AC的时间中点，则打点计时器打B点时重物的速度vB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ΔEp＝mg•OB＝mgh2重物动能的增加量ΔE故答案为：（1）电火花计时器；（2）h3−h12T13．（11分）如图所示，用长度为L的轻质绝缘细绳系住质量为m的带电小球（视为质点），并将带电小球悬挂于电场强度为E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θ。重力加速度大小为g，不计空气阻力。（1）判断小球的电性（不用说明理由）；（2）求小球所带的电荷量q；（3）若撤去电场，求小球到达最低点时的速度大小v。【考点】带电体在匀强电场中的受力平衡；动能定理的简单应用．【答案】（1）小球带负电；（2）小球所带的电荷量q为mgtanθE（3）若撤去电场，小球到达最低点时的速度大小v为2gL(1−cosθ)。【分析】（1）根据小球受力平衡、电场力与场强的方向分析；（2）根据力的平衡可得电荷量；（3）小球从释放到最低点过程利用动能定理求解。【解答】解：（1）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。（2）由力的平衡则有：qE可得电荷量：q=（3）若撤去电场，从释放到小球到达最低点过程，由动能定理有：mgL(1−cosθ)=可得：v=答：（1）小球带负电；（2）小球所带的电荷量q为mgtanθE（3）若撤去电场，小球到达最低点时的速度大小v为2gL(1−cosθ)。14．（13分）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ω，双星间距为L，引力常量为G。（1）求双星的质量之和m总；（2）若已知其中一颗恒星的质量为m1，求该恒星的线速度大小的v1。【考点】双星系统及相关计算．【答案】（1）双星的质量之和m总为ω2（2）该恒星的线速度大小的v1为ω2【分析】（1）双星靠相互间的万有引力提供向心力，抓住角速度相等，对双星，分别根据万有引力提供向心力列式，即可求得双星的质量之和m总；（2）根据万有引力提供向心力求出该恒星的轨道半径r1′，再由v1＝ωr1′求该恒星的线速度大小的v1。【解答】解：（1）对双星，分别根据万有引力提供向心力，有GMmLGMmL又r1+r2＝L联立可得双星的质量之和为：m（2）若已知其中一颗恒星的质量为m1，设另一颗恒星的质量为m2，则有Gm又r′1+r2′＝L，m解得：r由v1＝ωr1′解得：v答：（1）双星的质量之和m总为ω2（2）该恒星的线速度大小的v1为ω215．（17分）如图所示，足够长的水平桌面上有一质量M＝1kg、长度L＝1.5m的木板，木板左端放一质量m＝2kg的物块（视为质点），初始时木板右端到桌子右边缘处挡板的距离x＝0.5m，挡板顶端A点与木板上表面齐平；