2021-2022年黑龙江省大庆市实验中学高一（下）期末物理试题含解析

大庆实验中学大庆实验中学实验三部2021级高（一）下学期期末考试

物理试题

一、选择题（本题共计13个小题、每个小题4分，共计52分，其中1---8为单项选择题，选对得4分，选错或不答的得0分：913为多项选择题，每小题有多个选项符合题意，选对但不全的得2分，有选错的得0分）

1. 下列关于机械能守恒，下列说法正确的是（　　）

A. 匀速运动的物体机械能一定守恒

B. 合外力对物体做功为零时，机械能一定守恒

C. 物体在空中做平抛运动时，机械能一定守恒

D. 物体不受摩擦力机械能一定守恒

【答案】C

【解析】

【详解】A．若物体在竖直方向内做匀速直线运动，则一定有重力之外的其他力做功，故机械能不守恒。故A错误；

B．合外力做功为零时，机械能不一定守恒，如物体在竖直方向上匀速运动时机械能不守恒。故B错误；

C．平抛运动的物体，只受重力，其机械能一定守恒。故C正确；

D．用力吊着一个物体在竖直平面内做匀速直线运动，物体不受摩擦力，其机械能不守恒。故D错误。

故选C。

2. 随着生活水平的提高，人们越来越重视身体健康。如图所示为某户外运动爱好者随身携带的智能设备记录的一段户外步行信息，已知该爱好者的质量为50kg，每走一步其重心的升降高度为6cm，他这次步行克服重力做功的平均功率为（　　）

A. 50W B. 60W C. 72W D. 98W

【答案】C

【解析】

【详解】由图知该运动员30分钟运动3600步，该过程克服重力做功为

则平均功率为

故选C。

3. 在足球赛场上，某球员截断对方传球并转守为攻，断球前瞬间，足球的初速度大小为、方向水平向左；断球后瞬间，足球的末速度大小为、方向水平向右。若足球的质量为0.5kg，球员的脚与足球接触的时间为0.2s，忽略断球过程中足球受到草地的摩擦力，则对于该过程，下列说法正确的是（　　）

A. 足球动量改变量的大小为

B. 足球动量改变量的大小为

C. 足球受到脚水平方向的平均作用力大小为50N

D. 足球受到脚水平方向的平均作用力方向与初速度方向相同

【答案】A

【解析】

【详解】AB．以方向水平向右为正方向，足球动量改变量为

A正确，B错误；

CD．足球受到脚水平方向的平均作用力方向与初速度方向相反，设平均作用力大小为，根据动量定理可得

解得

CD错误。

故选A。

4. 如图所示，一个质量为m的半圆槽形物体P放在光滑水平面上，半圆槽半径为R，一小物块Q质量为3m，从半圆槽的最左端与圆心等高位置无初速释放，然后滑上半圆槽右端，接触面均光滑，Q从释放到滑至半圆槽右端最高点的过程中，下列说法正确的是（　　）

A. P、Q组成的系统满足动量守恒 B. P的位移大小为

C. Q滑动最低点的速度为 D. Q的位移大小为

【答案】D

【解析】

【详解】A．对P、Q组成的系统进行分析，由于小物块Q在竖直方向上存在加速与减速过程，则系统所受外力的合力不为0，系统仅仅在水平面所受外力的合力为0，即系统动量不守恒，系统在水平方向上动量守恒，A错误；

BD．根据水平方向动量守恒的位移表达式有

P、Q的相对位移

解得

，

B错误，D正确。

C．Q滑动最低点，根据水平方向动量守恒定律有

根据能量守恒定律有

解得

C错误。

故选D。

5. 如图，绝缘光滑圆环竖直放置，a、b、c为三个套在圆环上可自由滑动的空心带电小球，已知小球c位于圆环最高点，ac连线与竖直方向成60°角，bc连线与竖直方向成30°角，三个小球均处于静止状态。下列说法正确的是（　　）

A. a、b、c小球带同种电荷 B. a、b小球带异种电荷，b、c小球带同种电荷

C. a、b小球电量之比为 D. a、b小球电量之比

【答案】D

【解析】

【详解】AB．对a，a受到重力、环的支持力以及b、c对a的库仑力，重力的方向在竖直方向上，环的支持力以及b对a的库仑力均沿圆环直径方向，故c对a的库仑力为引力，同理可知，c对b的库仑力也为引力，所以a与c的电性一定相反，与b的电性一定相同。即：a、b小球带同种电荷，b、c小球带异种电荷，故AB错误；

CD．对c小球受力分析，将力沿水平方向和竖直方向正交分解后可得

又

解得：

故C错误，D正确。

故选D。

6. 如图甲所示，x轴上固定两个点电荷Q1、Q2（Q2位于坐标原点O），其上有M、N、P三点，间距MN=NP，Q1、Q2，在x轴上产生的电势随x变化关系如图乙。则（　　）

A. M点电场场强大小为零

B. 两个点电荷Q1、Q2为异种电荷且

C. M、N之间电场方向沿x轴负方向

D. 一正试探电荷从P移到M过程中，电场力做功

【答案】B

【解析】

【详解】A．图线的切线斜率表示电场强度的大小，所以N处场强为零，M处的场强不为零，故A错误；

B．M点的电势为零，则两电荷在此点产生的电势代数和为零，故点电荷Q1、Q2为异种电荷，且M点离Q2更近，说明Q2的电荷量大小小于Q1，故B正确；

C．M点的电势为零，N点的电势小于零，因沿电场线方向电势降低，故在MN间电场方向沿x轴正方向，故C错误；

D．由图像可知

从P移到M过程中，故

故D错误。

故选B。

7. 甲、乙两球在光滑水平面上沿同一直线、同一方向运动，甲球的动量是p1=5kg·m/s，乙球的动量是p2=7kg·m/s，当甲球追上乙球发生碰撞后，乙球的动量变为p2′=10kg·m/s，设甲球的质量为m1，乙球的质量为m2，则m1、m2的关系可能是（　　）

A. 6m1=m2 B. 4m1=m2 C. 2m1=m2 D. m1=m2

【答案】C

【解析】

【详解】碰撞过程中动量守恒，可知碰后甲球的动量为

p1′=2kg·m/s

由于是甲追碰乙，碰撞前甲的速度大于乙的速度，有

可得

碰撞后甲的速度小于或等于乙的速度，有

可得

碰撞后系统的动能不大于碰前系统的动能，由

可得

解得

联立得

故选C。

8. 作为先进的大都市，上海拥有许多非常高的建筑物，这些大楼不仅设计先进，还安装了风阻尼器。已知风阻尼器的截面积S=10m2，风速为20m/s，空气密度ρ=1.2kg/m3，风垂直吹向阻尼器且遇到风阻尼器后速度立即减为零，则风对风阻尼器产生的作用力大小约为（　　）

A. 4800N B. 2400N C. 240N D. 1200N

【答案】A

【解析】

【详解】设时间内吹到风阻尼器上的空气质量为，则

设阻尼器对空气的作用力大小为F，对时间内吹到阻尼器上的空气，选风的速度方向为正方向，根据动量定理有

解得

根据牛顿第三定律，风对风阻尼器产生的作用力大小约为

故选A。

9. 如图所示，A、B、C、D、E、F为匀强电场中一个正六边形的六个顶点，匀强电场场强方向与正六边形所在平面平行。A、B、C三点的电势分别为1V、2V、4V，AB边长度为2cm。则下列说法中正确的是（　　）

A. F点电势为2V

B. 该匀强电场场强方向沿AB方向由B指向A

C. 将电子从E点移到F点，电场力做的功为2eV

D. 该匀强电场的场强大小E=100V/m

【答案】AD

【解析】

【详解】A．如图所示，连接AC，由匀强电场电势差与场强公式

将AC三等分，则M点的电势为2V，MB是一条等势线，可知F点的电势为2V，A正确；

B．根据电场线与等势线垂直且由高电势指向低电势，可知该匀强电场场强方向沿AD方向由D指向A，B错误；

C．将电子从E点移到F点，电场力做的功为

C错误；

D．该匀强电场的场强大小为

D正确；

故选AD。

10. 如图所示，为某一电荷所形成的一簇电场线，a、b、c三条虚线为三个带电粒子以相同的速度从O点射入电场的运动轨迹，其中b虚线为一圆弧，AB的长度等于BC的长度，且三个粒子的电荷量大小相等，不计粒子重力。则下列说法正确的是（　　）

A. a一定是正粒子的运动轨迹，b和c一定是负粒子的运动轨迹

B. AB的长度等于BC的长度，故

C. a虚线对应的粒子的加速度越来越小，c虚线对应的粒子的加速度越来越大，b虚线对应的粒子的加速度大小不变

D. b虚线对应的粒子的质量大于c虚线对应的粒子的质量

【答案】CD

【解析】

【详解】A．由图只能确定三个粒子的受力方向，由于电场线的方向未知，则无法确定粒子的电性，A错误；

B．根据匀强电场的规律

AB的长度等于BC的长度，而电场线的疏密对应电场强度的大小，方向上电场强度逐渐增大，则有

B错误；

C．电场线的疏密对应电场强度的大小，根据牛顿第二定律可得

a虚线对应的粒子的电场强度越来越弱，加速度越来越小，c虚线对应粒子电场强度越来越强，粒子的加速度越来越大，b虚线对应的粒子做圆周运动，库仑力提供向心力，粒子与场源电荷的距离保持不变，对应的电场强度大小保持不变，粒子的加速度大小不变，C正确；

D．设场源电荷的带电量大小为，粒子带电量大小为，场源电荷与点的距离为，粒子在点的速度大小为，b虚线对应的粒子的质量为，c虚线对应的粒子的质量为，则根据库仑定律可得粒子受到的电场力为

b虚线对应的粒子的做圆周运动，库仑力提供向心力，则有

c虚线对应的粒子的做近心运动，库仑力大于粒子圆周运动所需的向心力

即

由此可知，b虚线对应的粒子的质量大于c虚线对应的粒子的质量，D正确。

故选CD。

11. 足够长的传送带水平放置，在电动机的作用下以速度逆时针匀速转动，一质量为的小煤块以速度滑上水平传送带的左端，且.小煤块与传送带间的动摩擦因数，重力加速度大小为。下列说法正确的是（　　）

A. 煤块在传送带上的痕迹长为

B. 煤块在传送带上的痕迹长为

C. 传送带与煤块摩擦产生的热量为

D. 传送带克服煤块的摩擦力做功为

【答案】BD

【解析】

【详解】AB．小煤块以速度滑上传送带先向右做匀减速运动到速度为零，此过程有

，，

此过程发生的相对位移为

联立解得

小煤块速度为零后开始向左做匀加速运动，直到与传送带达到共速，此过程有

，，

此过程发生的相对位移为

联立解得

煤块在传送带上的痕迹长为

A错误，B正确；

C．传送带与煤块摩擦产生的热量为

C错误；

D．传送带克服煤块的摩擦力做功为

D正确。

故选BD。

12. 沿电场中某条直线电场线方向建立x轴，该电场线上各点的电场强度E随x的变化规律如图所示。将一个带电粒子从位置由静止释放，粒子仅在电场力的作用下由坐标位置运动到原点的过程中，下列说法正确的是（　　）

A. 该粒子带正电

B. 粒子先加速后减速运动

C. 粒子的电势能一直减小

D. 坐标原点和位置的电势差

【答案】CD

【解析】

【详解】ABC．由位置运动到坐标原点O的过程中，电场方向一直为正方向，带电粒子向负方向运动，所以粒子带负电，电场力方向与速度方向相同，电场力对粒子做正功，粒子速度一直增大，电势能一直减小，AB错误，C正确；

D．坐标原点O和位置间的电势差为图像与x轴所围成的面积，即

D正确。

故选CD。

13. 某网球以速度v1竖直向上抛，落回出发点的速度为v2，由于空气阻力影响，网球速度随时间变化关系如图所示，若空气阻力大小与网球速率成正比，则下列说法正确的是（　　）

A. 图像中t1时刻的斜率的绝对值等于重力加速度大小

B. 网球从抛出到落回出发点所用的时间

C. 网球上升过程克服阻力做功等于下降过程克服阻力做功

D. 网球上升、下降过程所受阻力的冲量大小相等

【答案】AD

【解析】

【详解】A．图像中时刻速度大小为零，空气阻力大小与网球速率成正比，可知此时空气阻力为零，网球只受重力，由牛顿第二定律，此时的加速度为重力加速度。因为速度时间图像的斜率表示加速度，所以图像中时刻的斜率的绝对值等于重力加速度大小。A正确；

B．网球从抛出到落回出发点若只受重力作用，则所用的时间

但是由于受 空气阻力作用，网球做非匀变速运动，可知所用的时间不等于，选项B错误；

C．小球运动过程中受到的空气阻力大小与其速率成正比，因上升过程中经过某位置的速率大于下降过程中经过相同位置时的速率，因此上升过程中平均空气阻力大于下降过程中平均空气阻力，上升过程和下降过程位移大小x大小相同，根据

可知，上升过程中克服阻力做功大于下降过程克服阻力做功，C错误；

D．小球运动的v-t图像如图所示

由于上升过程和下降过程位移大小相等，因此图中两阴影部分面积相等；因为

则f-t图像与图像相似，两阴影部分的面积也相等，f-t图像t轴上方图像与坐标轴围成的面积表示上升过程的阻力的冲量大小，t轴下方图像与坐标轴围成的面积表示下降过程的阻力的冲量大小。可知上升和下降过程的阻力的冲量大小相等。D正确。

故选AD。

二、实验题（本题共2小题，14题7分，15题7分，共计14分，把答案填在答题纸相应的横线上）

14. 如图甲是用“落体法”验证机械能守恒定律的实验装置。

（1）下列做法正确的有___________（填正确答案序号）。

A．必须要称出重物的质量

B．图中两限位孔必须在同一竖直线上

C．数据处理时，应选择纸带上距离较近的两点作为初、末位置

D．可以用v=gt或者计算某点速度

（2）选出一条清晰的纸带如图乙所示，其中O点为打点计时器打下的第一个点，A、B、C为三个计数点，打点计时器通过频率为50Hz的交变电流。用刻度尺测得OA=15.55cm，OB=19.20cm，0C=23.23cm，重锤的质量为1.00kg，（g取9.8m/s2）。甲同学根据以上数据算出：当打点计时器打到B点时重锤的重力势能比开始下落时减少了___________J；此时重锤的增加的动能为___________J。（结果均保留三位有效数字）在误差允许的范围内，若△Ek=△Ep，则认为系统的机械能守恒。

（3）某同学利用他自己实验时打出的纸带，测量出了各计数点到打点计时器打下的第一个点的距离h，算出了各计数点对应的速度v，然后以h为横轴、以为纵轴作出了如图丙所示的图线，图线的斜率近似等于___________。由于图线没有过原点，他又检查了几遍，发现测量和计算都没有出现问题，其原因可能是___________。

【答案】    ①. B    ②. 1.88    ③. 1.84    ④. 重力加速度g    ⑤. 先释放纸带，后接通打点计时器，致使计时器打点时，纸带已经具有了一定的速度

【解析】

【详解】（1）[1]A．验证机械能守恒定律的实验是重力势能减少的量等于动能增加的量，即

质量可以约掉，没有必要称出重物的质量，选项A错误；

B．图中两限位孔必须在同一竖直线上，是为了减小阻力，选项B正确；

C．数据处理时，应选择纸带上距离较远的两点作为初、末位置，距离越远，读数时误差越小，选项C错误；

D．重物下落过程不可避免受到一定的阻力，使得实际加速度小于重力加速度g，求速度时利用平均速度等于中间时刻的速度的方法，选项D错误。

故选B。

（2）[2]打点计时器打到B点时重锤的重力势能比开始下落时减少了

[3]相邻计数点的时间间隔为

此时重锤速度为

动能的增加量

（3）[4]由机械能守恒定律，可得

整理，可得

易知，图线的斜率近似等于重力加速度g；

[5]图线明显未过原点的原因可能是先释放纸带，后接通打点计时器，致使计时器打点时，纸带已经具有了一定的速度。

15. 如图所示，用“碰撞实验器“可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系：先安装好实验装置，在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸，记下重垂线所指的位置O。接下来的实验步骤如下：

步骤1：不放小球2，让小球1从斜槽上A点由静止滚下，并落在地面上。重复多次，用尽可能小的圆，把小球的所有落点圈在里面，其圆心就是小球落点的平均位置；

步骤2：把小球2放在斜槽前端边缘位置B，让小球1从A点由静止滚下，使它们碰撞。重复多次，并使用与步骤1同样的方法分别标出碰撞后两小球落点的平均位置：

步骤3：用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置M、P、N离O点的距离，即线段OM、OP、ON的长度。

（1）对于上述实验操作，下列说法正确的是___________；

A.小球1每次必须在斜槽上相同的位置从静止滚下

B.小球1可以在斜槽上不同的位置从静止滚下

C.斜槽轨道末端必须水平

D.斜槽轨道必须光滑

（2）若入射小球质量为m1，半径为r1；被碰小球质量为m2，半径为r2，则___________；

A.m1>m2，r1>r2 B.m1>m2，r1=r2

C.m1<m2，r1>r2 D.m1<m2，r1=r2

（3）上述实验除需测量线段OM、OP、ON的长度外，还需要测量的物理量有___________；

A.A、B两点间的高度差h1 B.B点离地面的高度h2

C.小球1和小球2的质量m1、m2 D.小球1和小球2的半径r1、r2

（4）当所测物理量满足表达式___________（用所测物理量的字母表示）时，即说明两球碰撞遵守动量守恒定律。当所测物理量满足表达式___________（用所测物理量的字母表示）时，即说明两球碰撞是弹性碰撞。

【答案】    ①. AC    ②. B    ③. C    ④.     ⑤.

【解析】

【详解】（1）[1]因为平抛运动时间相等，根据，小球的水平射程大小与水平速度大小成正比，水平距离可以替代速度，所以必须保证斜槽末端水平，为了保证小球到达斜槽末端速度相同，需从同一点静止释放小球，AC正确，B错误，斜槽轨道不需要光滑，D错误；

（2）[2]为防止小球1反弹，小球1的质量应该大于小球2的质量，为保证正碰，两小球的半径应该相同，故选B；

（3）[3]由动量守恒得

由于时间相同，则上式为

所以上述实验除需测量线段OM、OP、ON的长度外，还需要测量的物理量是小球1和小球2的质量m1、m2，故选C；

（4）[4] 由上题知，两球碰撞遵守动量守恒定律需满足

[5]由功能关系知，只要机械能守恒则可证明是弹性碰撞，即

转换成水平距离，消去常数项即

三、计算题（本题共3小题，共34分，16题8分，17题12分，18题14分。在答题卡上解答，应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写最后答案不得分。有数值计算的题，答案应明确写出数值和单位。）

16. 如图所示，A、B、C是匀强电场中的三点，它们构成∠BAC=30°的直角三角形，且BC=20cm，它们所在的平面与电场线平行。将一个电荷量为5×10-6C的带负电的粒子从A移到B，电场力做功4×10-4J；把该粒子从B移到C，克服电场力做功2×10-4J。

（1）求A、B间的电势差UAB及B、C间的电势差UBC；

（2）如果取C点的电势为零，求A、B两点的电势。

【答案】（1），；（2），

【解析】

【详解】（1）A、B间的电势差及B、C间的电势差分别为

（2）因为

解得

17. 如图所示，铁块A质量，木块B质量，一轻质弹簧连接A和B，与A不栓接，静止在光滑的水平面上。质量的磁性金属块C以水平速度向铁块A运动，相碰后粘在一起。求：

（1）磁性金属块C与铁块A碰后瞬间速度大小；

（2）磁性金属块C与铁块A碰后弹簧的最大弹性势能；

（3）弹簧恢复原长时AC块和B块的速度分别为多大。

【答案】（1）；（2）；（3），

【解析】

【详解】（1）设金属块C与铁块A碰后瞬间速度大小为，规定向右为正方向，对A、C由动量守恒得

解得

（2）当A、B、C三者速度相等时弹簧的弹性势能最大，设速度的大小为，对A、B、C由动量守恒得

解得

设最大弹性势能为，C、A碰后到弹簧最短的过程，对A、B、C和弹簧整体由机械能守恒得

解得

（3）C、A碰后到弹簧恢复原长的过程，对A、B、C和弹簧整体由动量守恒可得

由机械能守恒得

解得

，

18. 如图所示，竖直固定的四分之一粗糙圆轨道下端B点水平，半径R1=1m，质量M=1kg的长薄板静置于倾角θ=37°的粗糙斜面CD上，其最上端刚好在斜面顶端C点。一质量为m=1.5kg的滑块（可看作质点）从圆轨道A点由静止滑下，运动至B点时对轨道的压力大小为FN=39N，接着从B点水平抛出，恰好以平行于斜面的速度落到薄板最上端，并在薄板上开始向下运动：当小物体落到薄板最上端时，薄板无初速度释放并开始沿斜面向下运动，其运动至斜面底端时与竖直固定的光滑半圆轨道DE底端粘接在一起。已知斜面CD长L2=7.875m，薄板长L1=2.5m，厚度忽略不计，其与斜面的动摩擦因数μ1=0.25，滑块与长薄板间的动摩擦因数为μ2=0.5，滑块在斜面底端的能量损失和运动过程中空气阻力均忽略不计，g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8，试求：

（1）滑块由A到B运动过程中克服摩擦力做功Wf；

（2）滑块从C到D过程中损失的机械能△E；

（3）如果要使滑块不会中途脱离竖直半圆轨道DE，其半径R2需要满足什么条件？

【答案】（1）3J；（2）41.625J；（3）或

【解析】

【详解】（1）在B点，根据牛顿第三定律可知，轨道对滑块的支持力大小为，方向向上，根据牛顿第二定律得

从A点到B点的过程中，根据动能定理得

（2）从B到C，滑块做平抛运动，在C点

滑块在薄板上向下滑行的加速度a1

薄板在斜面上向下滑行的加速度a2

设经过时间t滑块与薄板共速v1，滑块位移为x1，薄板位移为x2

滑块和薄板的相对位移为

滑块刚好到达薄板的最下端，由于，之后二者一起以a共沿斜面加速下滑

薄板的下端刚好到达D点时速度为vD

以D点为参考平面

（3）若滑块刚好到达圆的顶点，根据牛顿第二定律得

从D到E过程中，滑块机械能守恒

联立得

若滑块刚好到达圆的最左端时速度为零，根据机械能守恒得

如果要使滑块不会中途脱离竖直半圆轨道DE，其半径R2需要满足

或