2020-2021学年湖南省长沙市湖南师范大学附属中学高一（下）期末物理试题（解析版）

湖南师大附中2020- -2021学年度高一第二学期期末考试物理

时量：75分钟  满分：100分

第I卷选择题（共56分）

一、单选题（本题共8小题，每小题4分，共32分）

1. 下列说法正确的是（　　）

A. 参考系是为了描述运动引入的，所以只能以静止的物体为参考系

B. 第一秒末到第二秒初时间间隔是一秒钟

C. 作用力和反作用力总是大小相等

D. 牛顿第一定律表明，物体只有在受外力作用时才具有惯性

【答案】C

【解析】

【详解】A．参考系的选取是任意的，运动的物体或静止的物体都能被选作参考系。故A错误；

B．第一秒末和第二秒初在时间轴上是同一个点，所以第一秒末到第二秒初的时间间隔是零。故B错误；

C．根据牛顿第三定律可知，作用力和反作用力总是大小相等，方向相反。故C正确；

D．牛顿第一定律表明运动和静止的物体都具有惯性，一切物体都具有惯性。故D错误。

故选C。

2. 关于功率，下列说法正确的是（　　）

A. 力对物体做功越多，功率越大

B. 功率是描述力对物体做功快慢的物理量

C. 根据P=Fv，汽车发动机功率一定时，牵引力与速度成正比

D 力对物体做功时间越长，功率越小

【答案】B

【解析】

【详解】AB．功率是描述做功快慢的物理量，单位时间内做功越多，功率越大，如果所用时间长，即使做功多，功率也可能较小，故A错误、B正确；

C．当汽车发动机功率一定时，根据，牵引力与速度成反比，故C错误；

D．根据公式知，功率大小与功与时间的比值成正比，时间长，功率不一定小，故D错误。

故选B。

3. 如图所示，一个圆盘在水平面内匀速转动，盘面上距圆盘中心一定距离处放有一个小木块随圆盘一起转动，木块受哪些力作用（    ）

A. 木块受重力、圆盘的支持力和向心力

B. 圆盘对木块的支持力、静摩擦力和重力

C. 圆盘对木块的静摩擦力、支持力和重力以及向心力作用

D. 圆盘对木块的支持力和静摩擦

【答案】B

【解析】

【详解】小木块做匀速圆周运动，合力指向圆心，对木块受力分析，受重力、支持力和静摩擦力，如图：

重力和支持力平衡，静摩擦力提供向心力，故B正确，A、C、D错误．

点睛：该题主要考查向心力的来源，要明确圆周运动都需要向心力，向心力是由其他的力来充当的，向心力不是一个单独力．

4. 2021年6月17日，我国神舟十二号载人飞船发射成功，顺利将聂海胜、刘伯明、汤洪波3名航天员送人太空，这是中国人首次进入自己的空间站。飞船入轨后，将按照预定程序，与天和核心舱进行自主快速交会对接。组合体飞行期间，航天员将进驻天和核心舱，完成为期3个月的在轨驻留，对接形成的组合体仍沿天和核心舱原来的轨道（可视为圆轨道）运行（　　）

A. 以地面为零势面，“组合体”比“天和核心舱”机械能大 B. “组合体”比“天和核心舱”角速度大。

C. “组合体”比“天和核心舱”周期大 D. “组合体”比“天和核心舱”加速度大

【答案】A

【解析】

【详解】A．假定核心舱轨道半径为r，地球质量为M，引力常数为G，核心舱质量为m1、飞船质量为m2，则对接前核心舱运动的速度为

解得

依题意，对接形成的组合体仍沿天和核心舱原来的轨道、轨道半径不变，则组合体的速度大小相同，但质量变大，动能变大；此外，轨道半径不变，距地面高度不变，因质量变大，可知势能也变大，所以“组合体”比“天和核心舱”机械能大，故A正确；

B．依题意，对接前核心舱运动的角速度为

解得

可知角速度与质量无关，取决于轨道半径大小，由于对接前后轨道半径相同，所以对接前后“组合体”与“天和核心舱”角速度相同，故B错误；

C．依题意，对接前核心舱运动的周期为

解得

可知周期与质量无关，取决于轨道半径大小，由于对接前后轨道半径相同，所以对接前后“组合体”与“天和核心舱”周期相同，故C错误；

D．依题意，对接前核心舱运动的加速度为

解得

可知加速度与质量无关，取决于轨道半径大小，由于对接前后轨道半径相同，所以对接前后“组合体”与“天和核心舱”加速度相同，故D错误。

故选A。

5. 在发射载人飞船过程中，运载火箭在上升的v-t图像如图所示。下列说法正确的是（　　）

A. 在前30s内航天员的加速度恒为2m/s2

B. 在前30s内航天员先处于失重状态，后处于超重状态

C. 在40s内航天员的平均速度小于100m/s

D. 在40s时航天员离地面高度等于4000m

【答案】C

【解析】

【详解】A．图像的斜率表示加速度，所以在前三十秒，航天员的加速度不断变大，故A错误；

B．火箭上升过程中，航天员始终由向上的加速度，所以始终处于超重状态，故B错误；

C．假设航天员在40s内匀加速到200m/s，图像如图

此时的平均速度

图像与坐标轴围成的面积表示位移，即匀加速上升过程的位移大于实际上升过程的位移，又因为时间相等，所以40s内宇航员的平均速度小于100m/s，故C正确；

D．由C可知匀加速时，40s内宇航员上升的高度为

由C可知，宇航员40s时距离地面的高度小于4000m，故D错误。

故选C。

6. 如图所示为某区域的电场线分布，A、B为同一条电场线上的两点，则下列说法中正确的是（　　）

A. B点电势高于A点电势

B. B点电场强度大于A点电场强度

C. 同一负电荷在B点的电势能小于在A点的电势能

D. 将正电荷A点由静止释放，该电荷将沿电场线运动到B点

【答案】B

【解析】

【详解】A．沿着电场线方向，电势逐渐降低，A点电势高于B点，选项A错误；

B．B点电场线比A点的电场线密，B点电场强度比A点的电场强度大，选项B正确；

C．同一负电荷从A运动到B，电场力做负功，电势能增大，负电荷在B点的电势能大于在A点的电势能，选项C错误；

D．因AB之间的电场线是曲线，则将正电荷在A点由静止释放，该电荷不能沿电场线运动到B，选项D错误。

故选B。

7. 如图，空间存在一方向水平向右的匀强电场，两个带电小球P和Q用相同的绝缘细绳悬挂在水平天花板下，两细绳都恰好与天花板垂直，则（　　）

A. P和Q都带正电荷 B. P和Q都带负电荷

C. P带正电荷，Q带负电荷 D. P带负电荷，Q带正电荷

【答案】D

【解析】

【详解】AB．受力分析可知，P和Q两小球，不能带同种电荷，AB错误；

CD．若P球带负电，Q球带正电，如下图所示，恰能满足题意，则C错误D正确，故本题选D．

8. 如图所示，平行板电容器通过一个灵敏电流表和电源相连，下列说法正确的是（　　）

A. 闭合开关S，A板带正电

B. 闭合开关S，将A板向上平移一小段位移，G表中有a→b的电流

C. 断开开关S，将A板向左平移一小段位移，两板间电场变弱

D. 断开开关S，将A板向下平移一小段位移，两板间场强不变

【答案】D

【解析】

【详解】A．闭合开关S，电容器充电，A板与电源负极相连，带负电。故A错误；

B．闭合开关S，充电完毕后，极板间电压保持不变，将A板向上平移一小段位移，极板间距变大，由平行板电容器电容的决定式

可知电容减小，根据公式

易知电容器放电，G表中有b→a的电流。故B错误；

C．断开开关S，极板上电荷量保持不变，将A板向左平移一小段位移，极板正对面积减小，极板间距保持不变，根据

，，

联立可得

可知两板间电场强度变大。

D．同理，断开开关S，将A板向下平移一小段位移，极板间距变小，两板间场强不变。故D正确。

故选D。

二、多选题（本题共4小题，每小题6分，共24分，全选对得6分，选不全得3分，有选错得0分）

9. 物理学中，常常用物理量之比表示研究对象的某种性质。例如，用质量m与体积V之比定义密度ρ，用位移l与时间t之比定义速度v，这样定义一个新的物理量的同时，也就确定了这个新的物理量与原有物理量之间的关系。这种定义方法我们称之为比值定义法，以下物理量中用比值定义法。定义的有（　　）

A. 电场强度 B. 电势 C. 电势能 D. 电容

【答案】ABD

【解析】

【详解】A．电场强度E与放入电场中的电荷无关，反映电场本身的力的性质，所以属于比值法定义，故A正确；

B．电势与放入电场中的电荷无关，反映电场本身的能的性质，所以属于比值法定义，故B正确；

C．电荷在电场中由于受电场作用而具有由位置决定的能叫电势能，与具体电荷有关，电势能的定义不属于比值定义法，故C错误；

D．电容C与Q、U无关，反映电容器容纳电荷的本领大小，所以属于比值法定义法，故D正确。

故选ABD。

10. 《中国制造2025》是国家实施强国战略第一个十年行动纲领，智能机器制造是一个重要方向，其中智能机械臂已广泛应用于各种领域。如图所示，一机械臂铁夹竖直夹起一个金属小球，小球在空中处于静止状态，铁夹与球接触面保持竖直，则（　　）

A. 小球没有掉下去，是由于摩擦力大于小球的重力

B. 若增大铁夹对小球的压力，小球受到的摩擦力变大

C. 小球受到的摩擦力大小与重力相等

D. 机械手臂受到的摩擦力方向竖直向下

【答案】CD

【解析】

【详解】AC．对小球受力分析可知，小球受重力、两侧铁夹的弹力以及摩擦力作用，根据平衡条件可知，小球在竖直方向上受到的摩擦力与重力大小相等，方向相反，选项A错误，C正确；

B．增大铁夹对小球的压力，小球受到的摩擦力仍等于重力，大小不变，选项B错误；

D．小球受到的摩擦力方向竖直方向上，根据牛顿第三定律知机械手臂受到的摩擦力方向竖直向下，选项D正确。

故选CD。

11. 如图所示，小球从高处下落到竖直放置轻弹簧上，那么小球从接触簧开始到将弹簧压缩至最短的过程中（弹簧保持竖直），下列叙述正确的是（　　）

A. 小球的重力势能先增大后减小 B. 小球的机械能不断减小

C. 小球的动能先增大后减小 D. 弹簧的弹性势能先增大后减小

【答案】BC

【解析】

【详解】在小球刚接触弹簧的时候，弹簧的弹力小于物体的重力，合力向下，小球还是向下加速；当弹簧的弹力和物体的重力相等时，小球的速度达到最大，之后弹力大于重力，小球开始减速，直至减为零。

A．小球一直向下运动，小球的重力做正功，重力势能一直减小，故A错误；

B．在下降的过程中，小球要克服弹簧的弹力做功，所以小球的机械能一直在减小，故B正确；

C．根据以上分析，小球的速度先变大后变小，所以动能也是先增大后减小，故C正确；

D．由于弹簧一直处于压缩状态并且形变量越来越大，所以弹簧的弹性势能一直在增大，故D错误。

故选BC。

12. 示波器是用途十分广泛的电子测量仪器，而示波管则是示波器的主要部件，其原理如图1所示。要使荧光屏上呈现的图形如图2所示，电极YY'之间所加电压UYY' ，电极XX'之间所加电压UXX'变化规律可能为（　　）

A.  B.

C.  D.

【答案】AB

【解析】

【详解】在示波器中假定加速电压为U，电极YY'两极板长为L1、两板间距为d1、其右端与光屏间距为；则电子经过加速再经过纵向偏转电场中做类平势运动，有

运动的时间为

根据相似三角形有

则电子打在光屏上在纵向上相对于中心的偏转距离为

同理，假定电极XX'极板长为L2、两板间距为d2、其右端与光屏间距为，电子在横向上相对于中心的偏转距离为

综上所述可知，对于一个确定的示波器，电子在光屏上的位置取决于UYY'和UXX'；依题意，电子的横向坐标不变，则UXX'恒定；纵坐标在一定范围内连续变化、光屏上显示出一线段，则UYY'需在一定范围内连续变化，故CD错误，AB正确。

故选AB。

第II卷非选择题（共44分）

三、实验题（13题每空2分，共6分；14题每空3分，共9分）

13. 如图1所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律。

（1）对于该实验，下列操作正确的是___________。

A．打点计时器应接直流电源            B．应先释放纸带，后接通电源打点

C．重物选用质量和密度较大的金属锤    D．需使用秒表测出重物下落的时间

（2）按正确操作得到了一条完整的纸带，由于纸带较长，图中有部分未画出，如图2所示。纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中O点为纸带上打出的第一个点。

重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出，下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项是___________。

A．OE和DF的长度        B．OB和BC的长度        C．BD和EG的长度

（3）由于重物下落时要克服阻力做功，所以该实验的动能增量总是___________（选填“大于”“等于”或“小于”）重力势能的减少量。

【答案】    ①. C    ②. A    ③. 小于

【解析】

【详解】（1）[1]A．打点计时器使用的是交流电源，故A错误；

B．实验时应先接通电源，打点计时器工作稳定后再松手释放纸带，故B错误；

C．重物选用质量和密度较大的金属锤，可保证下落过程中纸带竖直不松弛，下落过程中所受阻力小，从而减小实验误差，故C正确；

D．该实验利用打点计时器测量重物下落时间，不需要使用秒表，故D错误。

故选C。

（2）[2]A．当使用OE和DF的长度时，根据匀变速直线运动某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，通过DF的长度求得E点的瞬时速度，从而得到O点到E点的动能变化量，另外根据OE间距，可求得重力势能的变化量，因此可以验证机械能守恒，故A正确；

B．当使用OB和BC的长度时，可求得O点到B点的重力势能变化量以及BC中间时刻的瞬时速度，不能求得B点的瞬时速度及O到B点的动能变化量，故不能验证机械能守恒，故B错误；

C．当使用BD和EG的长度时，只能求得C点和F点的瞬时速度，从而求得两点间的动能变化量，而CF间距不知道，无法求得CF间的重力势能变化量，故不能验证机械能守恒，故C错误。

故选A。

（3）[3]由于重物下落时要克服阻力做功，会有一部分机械能转化为内能，根据能量守恒定律可知，该实验的动能增量总是小于重力势能的减少量。

14. 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：

步骤一：把系在丝线上的带电小球先后挂在横杆上的P1、P2、P3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。

（1）该实验采用的方法是___________（填正确选项前的字母）

A．理想实验法          B．控制变量法             C．等效替代法

（2）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”）

（3）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A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___________。

【答案】    ①. B    ②. 减小    ③.

【解析】

【详解】（1）[1]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，故选B；

（2）[2]实验表明，电荷之间的静电力随着电荷量的增大而增大，随着距离的增大而减小；

（3）[3]对物体A由平衡条件可得

四、计算题（15题10分，16题10分，17题9分，共29分）

15. 质量为5kg的物体静止于水平桌面上，在15N的水平拉力作用下做匀加速直线运动，经过2s物体的速度达到2m/s．求：

（1）物体的加速度大小；

（2）物体与水平面间的动摩擦因数．

【答案】（1）1 m/s2；（2）0.2

【解析】

【详解】（1）由v=at可得

（2）由牛顿第二定律可知：

F-f=ma

又

f=μFN，FN=mg

联立解得

μ=0.2

16. 如图所示，在水平向右的匀强电场中，有一电荷量为的负点电荷从A点运动到B点，电场力做功为，AB间距离，与水平方向夹角为60°。求：

（1）电荷的电势能是增加还是减少？增加（减少）了多少？

（2）A、B间电势差是多少？

（3）电场强度E是多大？

【答案】（1）减少，；（2）；（3）

【解析】

【详解】（1）电场力做正功，则电荷的电势能减少；

（2）A、B间电势差

（3）电场强度

17. 有质量、带负电的金属小球A，以的初速度水平抛出，后恰好落入倾斜光滑轨道顶端且与其相切。不计空气阻力，重力加速度g取，求：

（1）A落入轨道时的竖直速度大小；

（2）倾斜光滑轨道倾角，以及A在倾斜光滑轨道上运动时的加速度大小；

（3）倾斜光滑轨道长，轨道底端有和A相同的金属小球B，B不带电。A沿着轨道下滑运动到倾斜光滑轨道底端（与水平轨道平滑连接）时，在水平方向与B发生弹性碰撞（质量相同的两个物体弹性碰撞后交换速度）。B被碰后，接连通过长为的水平粗糙直轨道和半径为R的光滑半圆轨道，恰好能运动到圆轨道的最高点，随后做类平抛运动恰好又落回倾斜轨道底端。已知水平粗糙直轨道与B的动摩擦因数，水平粗糙直轨道和光滑半圆轨道处于竖直向上的匀强电场中，场强大小，不计A、B之间的库仑力，轨道都绝缘，则和各为多少。

【答案】（1）；（2），；（3），

【解析】

【详解】（1）A落入轨道时的竖直速度

（2）根据几何关系可得

解得

根据牛顿第二定律得

解得

（3）物体A刚到斜面的速度

根据运动学公式

解得物体A在斜面底端的速度

发生弹性碰撞后，B球带负电，电荷量为，B球的速度大小

在粗糙水平轨道

解得

则在粗糙水平轨道所受摩擦力

球B从斜面底端到圆轨道最高点过程中，由动能定理得

球B恰能运动到最高点

球B从圆轨道最高点飞出后做类平抛运动，竖直方向

水平方向

联立解得