2021-2022学年上海市控江中学高一（下）期末考试物理试卷（含详解）

控江中学2021学年第二学期高一年级物理期末试题

一、选择题（共40分。第1—8题，每题3分，第9—12题，每题4分。每小题只有一个正确答案。）

1. 《流浪地球》讲述了极速衰老的太阳威胁到地球的生存环境，人类带着地球逃亡的故事．若太阳变为了红巨星，此时意味着它处于恒星的（    ）

A. 诞生期 B. 成长期 C. 存在期 D. 死亡期

2. 北斗三号系统最后一颗组网卫星于2020年6月23日在西昌卫星发射中心发射，并于6月30日成功定点到工作轨位。据介绍，该卫星是北斗卫星导航系统第55颗卫星，也是北斗三号全球卫星导航系统中的地球静止轨道卫星，可以定点在赤道上空的某一点。则关于该颗卫星下列说法正确的是（　　）

A. 以地面为参考系，北斗导航卫星静止

B. 以太阳为参考系，北斗导航卫星静止

C. 北斗导航卫星在高空相对赤道上物体一定是运动的

D. 北斗导航卫星相对地面上静止的物体是运动的

3. 转笔是一项用不同的方法与技巧、以手指来转动笔的休闲活动，如图所示。转笔深受广大中学生的喜爱，其中也包含了许多的物理知识，假设某转笔高手能让笔绕其上的某一点O做匀速圆周运动，有关该同学转笔中涉及到的物理知识，下列叙述正确的是（　　）

A. 笔杆上的点离O点越远，角速度越大

B. 笔杆上的点离O点越近，做圆周运动的向心加速度越大

C. 笔杆上各点做圆周运动的向心力是由手的摩擦力提供的

D. 若该同学使用钢笔，钢笔中的墨水有可能因快速转动被甩出

4. 两个相同的金属小球，分别带有同种电荷，相距r时，两球间的静电力大小为F。若将两球接触一下后再分开，仍放回原处，两球间的静电力大小为，则（　　）

A.  B.  C.  D. 都有可能

5. 质量为、初速度为零的物体，在不同变化的合外力作用下都通过位移．下列各种情况中合外力做功最多的是（   ）

A.  B.  C.  D.

6. 如图所示，小球在竖直放置的内壁光滑的圆形细管内做圆周运动，则（　　）

A. 小球通过最高点的最小速度为

B. 小球通过最低点时一定受到外管壁向上的压力

C. 小球通过最低点时可能受到内管壁向下的压力

D. 小球通过最高点时一定受到内管壁向上的支持力

7. 如图，有一条宽为20m的河道，一小船从岸边的某点渡河，渡河过程中保持船头指向与河岸垂直。小船在静水中的速度大小为4m/s，水流速度大小为3m/s。下列说法正确的是（　　）

A. 小船在河水中航行的轨迹是曲线

B. 小船渡河时间是4s

C. 小船渡河过程中的位移大小为25m

D. 小船在河水中的速度是7m/s

8. 如图所示，甲图是等量异种点电荷形成的电场，乙图是等量同种点电荷形成的电场，丙图是孤立点电荷形成的电场，丁图是一对带等量异号电荷的平行金属板形成的电场。某带负电粒子（只受电场力作用且不与形成电场的电荷接触）在这四种电场内的运动情况，说法错误的是（　　）

A. 在甲电场中可以做匀变速直线运动

B. 在乙电场中可以静止不动

C. 在丙电场中可以做匀速圆周运动

D. 在丁电场中可以做曲线运动

9. 两颗人造卫星A、B绕地球作圆周运动，轨道半径之比为，则周期之比和运动速率之比分别为（　　）

A.  ；

B.  ；

C  ；

D.  ；

10. 一带负电的粒子在匀强电场中运动，从a点运动到c点的轨迹如图所示。已知该粒子运动到b点时速度方向与它所受电场力方向恰好互相垂直。不计粒子的重力，则从a点运动到c点的过程中，下列说法正确的是（　　）

A. a点电势大于c点电势

B. 电场方向竖直向下

C. 粒子的电势能先增加后减小

D. 粒子所受的电场力先做正功后做负功

11. ab是长为l的均匀带电细杆，、是位于ab所在直线上的两点，位置如图所示。ab上电荷产生的静电场在处的场强大小为，在处的场强大小为。则以下说法正确的是（　　）

A. 两处的电场方向相同，

B. 两处的电场方向相反，

C. 两处的电场方向相同，

D. 两处的电场方向相反，

12. 如图甲所示，有一物体由O点以初速度v0沿水平面向右滑行，物体始终受到一个水平向左的恒力F，已知物体与水平面间的动摩擦因数μ=0.1，重力加速度g取10m/s2，其动能Ek随离开O点的距离s变化图线如图乙所示，则以下说法正确的是（　　）

A. 物体的质量为m=2kg B. 物体受到水平向左的恒力F=2N

C. 物体与水平面间摩擦力大小Ff=3N D. 由于摩擦力做负功，物体的机械能不断减小

二、填空题（每空2分，共20分）

13. 在速度为v行进的火车车厢正中的闪光灯发一次闪光向周围传播，分别以火车上的人和地面的人看闪光，则闪光传播的速度______（填写“相同”或“不同”），判断依据是________

14. 如图所示，电容器上板A接电源正极、下板B接电源负极，且将上极板接地，电源电压恒定，开关S始终闭合，一带电液滴恰静止在电容器内部P点。现将电容器下极板B向上平移一小段距离，则液滴将______（填“静止不动”、“向下运动”、“向上运动”），P点电势将______（填“升高”、“降低”或“不变”）。

15. 质量为4×103kg的汽车在水平公路上由静止开始行驶，发动机始终保持输出功率为30kW，设所受阻力保持不变，当汽车行驶30m时即达所能达到的最大速度15m/s，在此过程中汽车所受阻力大小为_________N，汽车行驶时间为________s。

16. 如图，半径为的水平圆盘绕过圆心的竖直轴匀速转动，在的正上方有一个小球以初速度水平抛出。为圆盘边缘上一点，小球抛出时，恰与的方向平行，若小球恰好直接落在点，则小球抛出时距的高度___________，圆盘转动的角速度大小___________（重力加速度为） 。

17. 如图所示，一个粗细均匀、内部横截面积均为S的U形管内，装有密度为、总长度为3h的液体，开始时左右两端液面的高度差为h。现打开阀门C，待液体运动到左右液面高度相等时，液体重力势能改变量为______，此时左侧液面下降的速度为______。（重力加速度为g）

三、实验题

18. 某物理兴趣小组利用如图所示装置来探究影响电荷间静电力的因素。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。

（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）若球质量为m，在位置的偏离竖直方向的夹角为，则带电体受的库仑力大小为______。

（3）在实验中，同学让两半径为R小球分别带上和的正电，并使两小球球心相距3R时处于平衡状态，利用公式来计算两球之间的库仑力，你以为该值与第二问的结果相比应该______（选填“偏大”“偏小”或“相等”），理由是：______。

四、计算题（共30分，写出必要的推理过程和解题步骤）

19. 如图所示，高为的光滑斜面AB，倾角为，底端与水平面BD相连，经过B点时无机械能损失，在水平面末端墙上固定一轻弹簧，水平面BC段粗糙，长度为20m，动摩擦因数为，水平面CD段光滑，且等于弹簧原长，质量为的物块，由斜面顶端A点静止下滑（），求：

（1）物块、弹簧、地球组成的系统是否机械能守恒？请说明理由；

（2）弹簧被压缩具有的最大弹性势能；

（3）物块会在BC端上总共运动多少路程？停在距离C点多远的地方？

20. 如图所示，C为固定的、电荷量为Q的正点电荷，A、B两点在C的正上方，它们与C的距离分别为4h和0.25h。将另一质量为m、电荷量未知的正点电荷D从A点由静止释放，运动到B点时速度正好又变为零。已知重力加速度大小为g，点电荷D在B点处的加速度大小为3g，静电力常量为k，求：

（1）点电荷D所带的电荷量q；

（2）点电荷D在A点的加速度大小及方向；

（3）点电荷D从A点下落到B点的过程中速度最大的位置离C点电荷的竖直距离；

（4）求A、B两点间的电势差的大小，并比较A、B两点电势高低。

控江中学2021学年第二学期高一年级物理期末试题

一、选择题（共40分。第1—8题，每题3分，第9—12题，每题4分。每小题只有一个正确答案。）

1. 《流浪地球》讲述了极速衰老的太阳威胁到地球的生存环境，人类带着地球逃亡的故事．若太阳变为了红巨星，此时意味着它处于恒星的（    ）

A. 诞生期 B. 成长期 C. 存期 D. 死亡期

【答案】D

【分析】

【详解】太阳的最终演化过程为：恒星→主序星→红巨星→白矮星,若太阳变为了红巨星，此时意味着它处于恒星的死亡期，故D正确ABC错误。

故选D。

2. 北斗三号系统最后一颗组网卫星于2020年6月23日在西昌卫星发射中心发射，并于6月30日成功定点到工作轨位。据介绍，该卫星是北斗卫星导航系统第55颗卫星，也是北斗三号全球卫星导航系统中的地球静止轨道卫星，可以定点在赤道上空的某一点。则关于该颗卫星下列说法正确的是（　　）

A. 以地面为参考系，北斗导航卫星静止

B. 以太阳为参考系，北斗导航卫星静止

C. 北斗导航卫星在高空相对赤道上物体一定是运动的

D. 北斗导航卫星相对地面上静止的物体是运动的

【答案】A

【详解】A．地球静止轨道卫星相对于地面是静止的，故A正确；
B．以太阳为参考系，北斗导航卫星随地球一起绕太阳运动，故B错误；

C．地球静止轨道卫星相对于地面是静止的，所以相对地面上静止的物体也是静止的，故C错误；

D．根据地球同步卫星同步卫星的特点可知，在高空它相对地面是静止的，故D错误。

故选A。

3. 转笔是一项用不同的方法与技巧、以手指来转动笔的休闲活动，如图所示。转笔深受广大中学生的喜爱，其中也包含了许多的物理知识，假设某转笔高手能让笔绕其上的某一点O做匀速圆周运动，有关该同学转笔中涉及到的物理知识，下列叙述正确的是（　　）

A. 笔杆上的点离O点越远，角速度越大

B. 笔杆上的点离O点越近，做圆周运动的向心加速度越大

C. 笔杆上的各点做圆周运动的向心力是由手的摩擦力提供的

D. 若该同学使用钢笔，钢笔中的墨水有可能因快速转动被甩出

【答案】D

【详解】A．笔杆上的各个点都做同轴转动，所以角速度是相等的，故A错误；

B．由向心加速度公式

an＝ω2R

笔杆上的点离O点越近的，做圆周运动的向心加速度越小，故B错误；
C．笔杆上的点并不都与手接触，故各点不都与手存在摩擦，因此不应该都是由手的摩擦力提供向心力，故C错误；
D．当转速过大时，当提供的向心力小于需要向心力，钢笔中的墨水有可能做离心运动被甩出，故D正确。
故选D。

4. 两个相同的金属小球，分别带有同种电荷，相距r时，两球间的静电力大小为F。若将两球接触一下后再分开，仍放回原处，两球间的静电力大小为，则（　　）

A.  B.  C.  D. 都有可能

【答案】AC

【详解】开始两球的静电力为

后来两球的静电力为

由于

化简得

所以

故AC正确，BD错误。

故选AC。

5. 质量为、初速度为零的物体，在不同变化的合外力作用下都通过位移．下列各种情况中合外力做功最多的是（   ）

A.  B.  C.  D.

【答案】C

【详解】试题分析：根据公式可知图像与坐标轴围成的面积表示做功多少，故C做功最多，C正确；

考点：考查了功的计算

【名师点睛】利用数学图象处理物理问题的方法就是把物理表达式与图象结合起来，根据图象中的数据求解．

6. 如图所示，小球在竖直放置的内壁光滑的圆形细管内做圆周运动，则（　　）

A. 小球通过最高点的最小速度为

B. 小球通过最低点时一定受到外管壁向上的压力

C. 小球通过最低点时可能受到内管壁向下的压力

D. 小球通过最高点时一定受到内管壁向上的支持力

【答案】B

【详解】A．由于细管内能支撑小球，所以小球通过最高点的最小速度为零，不是，故A错误；

BC．小球通过最低点时向心力向上，重力向下，则外管壁对小球的弹力必定向上，故B正确，C错误；

D．若小球通过最高点时速度

小球的向心力小于重力，受到向上的支持力；若

不受圆管的作用力；若

小球的向心力大于重力，受到向下的压力，故D错误。

故选B。

7. 如图，有一条宽为20m的河道，一小船从岸边的某点渡河，渡河过程中保持船头指向与河岸垂直。小船在静水中的速度大小为4m/s，水流速度大小为3m/s。下列说法正确的是（　　）

A. 小船在河水中航行的轨迹是曲线

B. 小船渡河的时间是4s

C. 小船渡河过程中的位移大小为25m

D. 小船在河水中的速度是7m/s

【答案】C

【详解】A．小船垂直于河岸方向做匀速直线运动，沿河岸方向也做匀速直线运动，所以小船的实际运动为匀速直线运动，A错误；

B．由于渡河过程中保持船头指向与河岸始终垂直，故

解得

B错误；

C．小船到达河对岸时，垂直于河岸的位移为20m，沿河岸方向的位移为

总位移为

C正确；

D．小船在河水中的速度为

D错误。

故选C。

8. 如图所示，甲图是等量异种点电荷形成的电场，乙图是等量同种点电荷形成的电场，丙图是孤立点电荷形成的电场，丁图是一对带等量异号电荷的平行金属板形成的电场。某带负电粒子（只受电场力作用且不与形成电场的电荷接触）在这四种电场内的运动情况，说法错误的是（　　）

A. 在甲电场中可以做匀变速直线运动

B. 在乙电场中可以静止不动

C. 丙电场中可以做匀速圆周运动

D. 在丁电场中可以做曲线运动

【答案】A

【详解】A．在甲电场中，根据电场线分布可知，粒子在该电场中受电场力不可能不变，则不可以做匀变速直线运动，选项A错误；

B．在乙电场中，若粒子放在两电荷连线的中点位置，则受电场力为零，可以静止不动，选项B正确；

C．在丙电场中，若速度合适，粒子可以以点电荷为中心做匀速圆周运动，选项C正确；

D．在丁电场中，粒子若速度方向与电场线不共线时可以做曲线运动，选项D正确。

此题选择不正确的选项，故选A。

9. 两颗人造卫星A、B绕地球作圆周运动，轨道半径之比为，则周期之比和运动速率之比分别为（　　）

A.  ；

B.  ；

C.  ；

D.  ；

【答案】C

【详解】人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力有

可得线速度

得

周期

得

故C正确，ABD错误。

故选C

10. 一带负电的粒子在匀强电场中运动，从a点运动到c点的轨迹如图所示。已知该粒子运动到b点时速度方向与它所受电场力方向恰好互相垂直。不计粒子的重力，则从a点运动到c点的过程中，下列说法正确的是（　　）

A. a点电势大于c点电势

B. 电场方向竖直向下

C. 粒子的电势能先增加后减小

D. 粒子所受的电场力先做正功后做负功

【答案】C

【详解】AB．根据曲线运动的特点合外力总是指轨迹弯曲的一面，所以电场力的方向竖直向下，电场强度方向竖直向上，根据匀强电场的等势的分布或利用沿着电场线方向电势逐渐降低，都能判断a点电势低于c点电势，故AB错误；

CD．从a点运动到c点的过程中，电场力先做负功后做正功，所以粒子的电势能先增加后减少，故C正确，D错误；

故选C。

11. ab是长为l的均匀带电细杆，、是位于ab所在直线上的两点，位置如图所示。ab上电荷产生的静电场在处的场强大小为，在处的场强大小为。则以下说法正确的是（　　）

A. 两处的电场方向相同，

B. 两处的电场方向相反，

C. 两处的电场方向相同，

D. 两处的电场方向相反，

【答案】B

【详解】设细杆带正电，由对称性可知，P1左边内的电荷与P1右边内的电荷在P1处产生的电场强度的矢量和为零，即P1处的电场强度是由杆右端内的电荷产生的，方向水平向左；

而P2处的电场强度可看作是由杆右端内的电荷与杆左端内的电荷在P2处的电场强度的矢量和，方向水平向右。设杆左端内的电荷在P2处的电场强度大小为，则

显然有

同理可分析若细杆带负电，两处的电场强度方向也相反。

故选B。

12. 如图甲所示，有一物体由O点以初速度v0沿水平面向右滑行，物体始终受到一个水平向左的恒力F，已知物体与水平面间的动摩擦因数μ=0.1，重力加速度g取10m/s2，其动能Ek随离开O点的距离s变化图线如图乙所示，则以下说法正确的是（　　）

A. 物体的质量为m=2kg B. 物体受到水平向左的恒力F=2N

C. 物体与水平面间摩擦力大小Ff=3N D. 由于摩擦力做负功，物体的机械能不断减小

【答案】A

【详解】AB．根据动能定理得：物体向右运动过程有

-（F+μmg）s=0-Ek0

即

-（F+0.1×m×10）×5=0-25

物体向左运动过程有

（F-μmg）s=Ek

即

（F-0.1×m×10）×5=5

联立解得

m=2kg

F=3N

故A正确，B错误；

C．摩擦力大小

f=μmg=0.1×2×10N=2N

故C错误；

D．物体的重力势能不变，动能先减小后增大，则机械能先减小后增大，故D错误。

故选A。

二、填空题（每空2分，共20分）

13. 在速度为v行进的火车车厢正中的闪光灯发一次闪光向周围传播，分别以火车上的人和地面的人看闪光，则闪光传播的速度______（填写“相同”或“不同”），判断依据是________

【答案】    ①. 相同    ②. 光速不变原理

【详解】[1][2]在速度为v行进的火车车厢正中的闪光灯发一次闪光向周围传播，分别以火车上的人和地面的人看闪光，则闪光传播的速度相同，判断依据是光速不变原理。

14. 如图所示，电容器上板A接电源正极、下板B接电源负极，且将上极板接地，电源电压恒定，开关S始终闭合，一带电液滴恰静止在电容器内部P点。现将电容器下极板B向上平移一小段距离，则液滴将______（填“静止不动”、“向下运动”、“向上运动”），P点电势将______（填“升高”、“降低”或“不变”）。

【答案】    ①. 向上运动    ②. 降低

【详解】[1]液滴恰静止在电容器内部P点知，液滴受电场力向上，大小等于重力。将电容器下极板B向上平移一小段距离，则板间距d减小，由知，板间电场强度增加，则液滴受电场力增加，大于重力，故液滴将向上运动。

[2] P点电势为，由

则

板间电场强度增加，知P点电势降低。

15. 质量为4×103kg的汽车在水平公路上由静止开始行驶，发动机始终保持输出功率为30kW，设所受阻力保持不变，当汽车行驶30m时即达所能达到的最大速度15m/s，在此过程中汽车所受阻力大小为_________N，汽车行驶时间为________s。

【答案】    ①. 2000    ②. 17

【详解】[1]汽车行驶速度最大时，汽车的加速度为零，即汽车的牵引力等于阻力，根据公式可知，

可得

[2]设汽车的运动时间为，汽车运动到最大速度的过程中，由动能定理得

代入数据解得

16. 如图，半径为的水平圆盘绕过圆心的竖直轴匀速转动，在的正上方有一个小球以初速度水平抛出。为圆盘边缘上一点，小球抛出时，恰与的方向平行，若小球恰好直接落在点，则小球抛出时距的高度___________，圆盘转动的角速度大小___________（重力加速度为） 。

【答案】    ①.     ②.

【详解】[1]小球做平抛运动，设运动时间为t，水平方向上有

竖直方向为自由落体运动，因此

[2]由于水平圆盘绕过圆心竖直轴匀速转动，小球恰好直接落在点，因此在运动时间t内，圆盘应转了整数圈，即

因此圆盘的角速度为

17. 如图所示，一个粗细均匀、内部横截面积均为S的U形管内，装有密度为、总长度为3h的液体，开始时左右两端液面的高度差为h。现打开阀门C，待液体运动到左右液面高度相等时，液体重力势能改变量为______，此时左侧液面下降的速度为______。（重力加速度为g）

【答案】    ①.     ②.

【详解】[1]重力势能改变量为

[2]由动能定理得

解得

三、实验题

18. 某物理兴趣小组利用如图所示装置来探究影响电荷间静电力的因素。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。

（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）若球质量为m，在位置的偏离竖直方向的夹角为，则带电体受的库仑力大小为______。

（3）在实验中，同学让两半径为R的小球分别带上和的正电，并使两小球球心相距3R时处于平衡状态，利用公式来计算两球之间的库仑力，你以为该值与第二问的结果相比应该______（选填“偏大”“偏小”或“相等”），理由是：______。

【答案】    ①. B    ②.     ③. 偏大    ④. 同种电荷相互排斥，电荷间等效距离大于3R，库仑力的实际值小于。

【详解】（1）[1] 该实验采用的方法是控制变量法。B正确，故选B。

（2）[2] 对球受力分析，受力示意图如图所示

由平衡条件可得，带电体受的库仑力大小为

（3）[3] 在实验中，同学让两半径为R的小球分别带上和的正电，并使两小球球心相距3R时处于平衡状态，利用公式来计算两球之间的库仑力，你以为该值与第二问的结果相比应该偏大。

[4] 理由是：同种电荷相互排斥，电荷间等效距离大于3R，库仑力的实际值小于。

四、计算题（共30分，写出必要的推理过程和解题步骤）

19. 如图所示，高为的光滑斜面AB，倾角为，底端与水平面BD相连，经过B点时无机械能损失，在水平面末端墙上固定一轻弹簧，水平面BC段粗糙，长度为20m，动摩擦因数为，水平面CD段光滑，且等于弹簧原长，质量为的物块，由斜面顶端A点静止下滑（），求：

（1）物块、弹簧、地球组成的系统是否机械能守恒？请说明理由；

（2）弹簧被压缩具有的最大弹性势能；

（3）物块会在BC端上总共运动多少路程？停在距离C点多远的地方？

【答案】（1）不守恒，理由见解析；（2）60J；（3）50m，10m

【详解】（1）由于水平面BC段粗糙，摩擦生热有能量损失，故物块、弹簧、地球组成的系统机械能不守恒。

（2）弹簧压缩最短时，弹性势能最大，此时物体速度为零，全程由能量守恒得

解得

（3）设物体在BC段运动的总路程为s，则根据能量守恒得

解得

物体被弹簧反弹后，停止在距离C点10m处。

20. 如图所示，C为固定的、电荷量为Q的正点电荷，A、B两点在C的正上方，它们与C的距离分别为4h和0.25h。将另一质量为m、电荷量未知的正点电荷D从A点由静止释放，运动到B点时速度正好又变为零。已知重力加速度大小为g，点电荷D在B点处的加速度大小为3g，静电力常量为k，求：

（1）点电荷D所带的电荷量q；

（2）点电荷D在A点的加速度大小及方向；

（3）点电荷D从A点下落到B点的过程中速度最大的位置离C点电荷的竖直距离；

（4）求A、B两点间的电势差的大小，并比较A、B两点电势高低。

【答案】（1）；（2），竖直向下；（3）；（4），

【详解】（1）对点电荷D在B点时受力分析，根据牛顿第二定律有

又

解得

（2）在A点静止释放，点电荷向下移动，则加速度竖直向下；

由牛顿第二定律得

解得

（3）当点电荷D所受合外力0时，速度最大，有

解得

（4）点电荷D从A点到B点的过程，根据动能定理有

又

解得

则