2022-2023学年河北省衡水市第二中学高一下学期学科素养评估（四调）物理试题含解析

  高一2022-2023学年下学期学科素养评估（四调）

物理学科试题

（考试时间：75分钟；总分：100分）

注意事项：

1．答题前填写好自己的姓名、班级、考号等信息

2．请将答案正确填写在答题卡上

第I卷（选择题，共45分）

一、选择题：（本大题共12小题，共45分。1－9题为单选题，每小题3分，在每小题列出的四个选项中只有一项符合题意；10—12题为多选题，每小题6分，在每小题列出的四个选项中有两个或两个以上选项符合题意，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，选错或不选的得0分）

1. 假设将发射火箭看成如下模型：静止的实验火箭，总质量M＝2100g，当它以对地速度v0＝840m/s喷出质量Δm＝100g的高温气体后，火箭的速度为（喷出气体过程中重力和空气阻力可忽略，取v0的方向为正方向）（　　）

A. 42m/s B. －42m/s

C. 40m/s D. －40m/s

【答案】B

【解析】

【详解】取火箭及气体为系统，设火箭的速度为v，则系统在向外喷气过程中满足动量守恒定律，取v0方向为正方向，由动量守恒定律得

解得

故选B。

2. 如图所示，将不带电的枕形导体AB放在一个点电荷的电场中，点电荷的电荷量为，与导体AB的中心O的距离为R。当导体AB达到静电平衡时，下列说法正确的是（　　）

A. 导体A端带正电

B. 感应电荷在O点产生的电场强度方向水平向右

C. 感应电荷在O点产生的电场强度大小为零

D. 感应电荷在O点产生电场强度大小为

【答案】D

【解析】

【详解】A．由于点电荷带负电，产生静电感应，根据“近异远同”可知导体A端带负电，B端带正电，故A错误；

BCD．处于静电平衡的导体内部各点的合电场强度为零，则导体中心O点的电场强度为零，故感应电荷在O点产生的电场强度与点电荷在O点的电场强度等大反向，大小为，方向向左，故BC错误，D正确。

故选D。

3. 如图所示，水平地面上有两个质量分别为m和3m的弹性物块A、B，A物块以速度与B物块发生弹性碰撞，物块A、B与地面的动摩擦因数均为，则当两物块均停下时A、B间的距离为（　　）

A.  B.  C.  D.

【答案】A

【解析】

【详解】物块A、B发生弹性碰撞，设向左为正方向，有

解得

，

物块A、B与地面动摩擦因数均为，则加速度大小为

由

可得A、B在水平地面上各自运动的位移为

两物块均停下时A、B间的距离为

故选A。

4. 一位同学从船尾走到船头停下。船后退的距离d，船长L。已知他的自身质量为m，水的阻力不计，船的质量为（　　）

A  B.  C.  D.

【答案】B

【解析】

【详解】设同学在船上走动时船的平均速度大小为v，同学的平均速度大小为v＇，同学从船尾走到船头所用时间为t，则有

取船的速度方向为正方向，由动量守恒定律可得

则有

解得船的质量为

故选B

5. 如图所示，两带电小球1、2用绝缘丝线拴接在天花板上，当系统平衡时，小球1、2处在同一水平线上，两丝线与竖直方向的夹角分别为、，忽略空气的阻力。某时刻两丝线同时断裂，整个过程保持两小球所带的电荷量不变，则下列说法正确的是（　　）

A. 小球1、2的电荷量之比为

B. 小球1、2的质量之比为

C. 小球1、2的落地点到释放点的水平距离之比为

D. 小球1、2落地瞬间的速度之比为

【答案】B

【解析】

【详解】AB．小球1受重力、水平向左的库仑斥力和丝线的拉力，则由力的平衡条件可知

同理对小球2得

两小球1、2间的库仑斥力相等，则由

解得

由于两小球间的库仑力是相互作用力，由库仑定律无法确定电荷量的关系，A错误，B正确；

C．丝线断后两小球在竖直方向上只受重力作用，则两小球在竖直方向上做自由落体运动，又由于下落的高度相同，由公式可知，两小球同时落地，在水平方向上两小球做加速运动，又由牛顿第二定律可知两小球在水平方向上的加速度之比为，所以小球1、2的落地点到释放点的水平距离之比为，C错误；

D．由C选项分析可知，两小球落地瞬间竖直方向的分速度相等，水平方向的分速度之比为，显然两小球落地瞬间的速度大小关系不能确定，D错误。

故选B。

6. 质量分别为2m和m的A、B两个物体，分别在水平恒力F1和F2的作用下沿水平面运动，运动一段时间后，撤去F1、F2，只在摩擦力作用下减速到停止，其v－t图像如图所示。则下列说法正确的是（　　）

A. 物体A、B所受摩擦力之比为2∶1

B. 和之比为3∶1

C. 和对物体A、B做功之比为1∶1

D. 和对物体A、B的冲量之比为2∶1

【答案】C

【解析】

【详解】A．由牛顿第二定律结合vt图像知，A、B两个物体受到的摩擦力大小分别为

则物体A、B所受摩擦力之比为1∶1，选项A错误；

B．在水平恒力F1和F2的作用下有

解得

，

和之比为2∶1，选项B错误；

C．和对A、B做功分别为

和对A、B做功之比为1：1，选项C正确；

D．和对A、B的冲量分别为

和对A、B的冲量之比为1∶1，选项D错误。

故选C。

7. 如图所示，质量相等的甲、乙两个小球，在光滑玻璃漏斗内壁做水平面内的匀速圆周运动，甲在乙的上方。则它们运动的（　　）

A. 向心力大小不相等 B. 线速度

C. 角速度 D. 向心加速度

【答案】B

【解析】

【详解】AD．对甲、乙两球进行受力分析，两球均只受重力和漏斗给的支持力FN，如图所示

设漏斗顶角的一半为，则它们所受向心力

由于两球质量相等，所以两球的向心力相等，向心加速度也相等，故A、D错误；

B．由公式

可得

由于甲球的轨道半径比乙球轨道半径更大，所以

故B正确；

C．由公式

可得

由于甲球的半径比乙球半径更大，所以

故C错误。

故选B。

8. 如图所示，在等腰直角三角形的顶点A、C处分别固定Q1、Q2两个点电荷。已知∠A=90°，Q1、Q2两个点电荷在B点形成的电场方向平行于AC向左，下列说法正确的是（　　）

A. Q1为正电荷、Q2为正电荷 B. Q1 为正电荷、Q2为负电荷

C. Q1的电荷量与Q2的电荷量之比为1:2 D. Q1 的电荷量与Q2的电荷量之比为:4

【答案】D

【解析】

【详解】AB．顶点A、C处分别固定Q1、Q2两个点电荷，两点电荷在B点的电场矢量叠加后沿方向水平向左，根据矢量运算法则可知Q2为正电荷、Q1为负电荷，故AB错误；

CD．根据平行四边形定则可知在B点，A点电荷的电场强度与C点电荷的电场强度关系有

根据点电荷周围电场强度表达式得

整理得

故C错误，D正确。

故选D。

9. 均匀带电的球壳在球外空间产生的电场等效于电荷集中于球心处产生的电场。如图所示，在半球面上均匀分布着正电荷，球面半径为R，为通过半球顶点与球心O的轴线，在轴线上有M、N两点，，已知N点的电场强度大小为，M点的电场强度大小为，静电力常量为k，则半球面所带的总电荷量可表示为（　　）

A.  B.  C.  D.

【答案】C

【解析】

【详解】假设在O点有一个完整的电荷量为2q的带电球壳，设完整球壳在M点产生的电场强度大小为，左半球壳在M点产生的电场强度大小为，右半球壳在M点产生的电场强度大小与左半球壳在N点产生的电场强度大小相等，均为，根据电场叠加原理可得

根据题意

解得

故选C。

10. 国庆节某游乐场在确保安全的情况下燃放烟花。质量的烟花点燃后，在时间内发生第一次爆炸，向下高速喷出少量高压气体（此过程烟花位移可以忽略），然后被竖直发射到距地面的最高点。在最高点时剩余火药在极短时间内发生第二次爆炸，爆炸过程中释放的能量有40%转化为机械能，烟花被炸成两部分，其中质量为的部分以的速度向东水平飞出，不计空气阻力和火药的质量，重力加速度g取10。则（　　）

A. 第一次火药爆炸过程中高压气体对烟花平均作用力大小为600N

B. 第二次火药爆炸后另一部分烟花的速度大小为10m/s，方向水平向西

C. 第二次火药爆炸后两部分烟花落地点间距为120m

D. 第二次火药爆炸中释放的能量为300J

【答案】CD

【解析】

【详解】A．第一次火药爆炸后，设烟花的速度为v，则有

解得

第一次火药爆炸过程对烟花有

解得高压气体对烟花平均作用力大小为

故A错误；

BC．第二次爆炸，水平方向动量守恒，有

解得

所以另一部分烟花的速度大小为40m/s，方向水平向西；

两部分下落的时间相等均为

所以两部分烟花落地点间距为

故B错误，C正确；

D．第二次火药爆炸中释放的能量为

故D正确。

故选CD。

11. 如图所示，平面内直线AB和CD垂直相交于O点，A、B关于O点对称，C、D关于O点对称，M是AO的中点，N是OB的中点，则下列说法正确的是（　　）

A. 若将电荷量为+Q的点电荷放置在O点，则C、M、D、N四点的电场强度相同

B. 若将电荷量为+Q和-Q的点电荷分别放置在A点和B点，则M、N两点电场强度相同

C. 若在M点和N点分别放置等量同种点电荷，一电子从O点沿直线运动到C点的过程中所受静电力的大小是一直增大的

D. 若在M点和N点分别放置等量正点电荷，一电子从C点由静止释放，电子将在C、D间做往返运动

【答案】BD

【解析】

【详解】A．若将电荷量为+Q的点电荷放置在O点，则C、M、D、N四点的电场强度方向不同，A错误；

B．若将电荷量为+Q和-Q的点电荷分别放置在A点和B点，由等量异种点电荷电场中电场线分布的对称性可知，M、N两点的电场强度大小相等，方向均由A指向B，B正确；

C．若在M点和N点分别放置等量同种的点电荷，则O点的电场强度是零，从O点沿MN的中垂线经过C点到无限远处，电场强度大小从零先增大，再减小到零，则电子从O点沿直线运动到C点的过程中，所受静电力的大小可能是一直增大的，也可能是先增大后减小的，C错误；

D．若在M点和N点分别放置等量正点电荷，则MN连线的中垂线上，关于O点对称的两点电场强度等大反向，所以电子在CO间与OD间受力具有对称性，都指向O点，所以将一电子从C点由静止释放，电子将在CD间做往返运动，D正确。

故选BD。

12. 如图所示的装置静止在水平向右的匀强电场中，轻质的细绳与竖直方向的夹角为，绝缘轻质弹簧与竖直方向的夹角为，A和B两球均可视为质点，小球A质量为m且带电，小球B质量为2m且不带电，重力加速度为g，说法正确的是（　　）

A. 一定有

B. 小球A一定带负电

C. 剪断细绳瞬间、小球B的加速度大小为

D. 从与B相连处剪断弹簧瞬间，小球B的加速度大小为

【答案】AC

【解析】

【详解】B．研究A和B两小球组成的系统，由于细绳的拉力有水平向左的分力，因此小球A受到的电场力方向一定水平向右，因此小球A一定带正电，故B错误；

A．小球A受力平衡，有

研究A和B两小球组成的系统，根据受力平衡有

则有

故A正确；

C．研究A和B两小球组成的系统，系统平衡时，细绳的拉力

剪断细绳瞬间，弹簧弹力不变，小球B受到的合外力大小等于F，根据牛顿第二定律可得

解得

故C正确；

D．剪断弹簧瞬间，细绳上的拉力大小发生突变，小球B仅受重力和绳子拉力，将做圆周运动，有

解得

故D错误。

故选AC。

第II卷（非选择题，共55分）

二、实验题（共10分）

13. 某同学采用如图所示的装置进行验证动量守恒定律，并判断实验中两个小球的碰撞是否为弹性碰撞：

（1）若入射小球的质量为，半径为；被碰小球的质量为，半径为，则要求___________           

A．    B．

C．     D．

（2）以下选项中哪些是本次实验必须注意的事项___________ 。

A．斜槽必须光滑

B．斜槽末端必须水平

C．入射小球必须从同一高度释放

D．水平槽放上球时，球落点位置必须在斜面上

（3）实验中，经过多次从同一位置由静止释放入射小球，在记录纸上找到了未放被碰小球时，入射小球的平均落点，以及A球与球碰撞后，、两球平均落点位置、，并测得它们到抛出点的距离分别为、、。已知、两球的质量分别为、，如果、两球在碰撞过程中动量守恒，则、、、、之间需满足的关系式是：___________ 。

（4）如果、两球的碰撞是弹性碰撞，则、、、、之间需满足的关系式是：___________ 。

【答案】    ①. B    ②. BCD    ③.     ④.

【解析】

【详解】（1）［1］为保证两个小球都能从平台上抛出，则，要保证发生正碰，则，故选B。

（2）［2］AC．要求小球A碰撞之前速度相同，只需保证入射小球A从同一高度释放，故A错误，C正确；

B．斜槽末端水平，保证小球做平抛运动，故B正确；

D．B球落点必须在斜面上，这样三个球的落点构成的位移具有相同的斜面倾角，从而能推出碰撞前后的速度，故D正确。

故选BCD。

（3）［3］设碰撞前的A球的速度为v0，碰撞后A球的速度为vA，B球的速度为vB，以向右为正方向，由动量守恒得

两球离开轨道后做平抛运动，设小球位移为L，斜面的倾角为，水平方向

竖直方向

解得

则

整理得

（4）［4］如果小球发生弹性碰撞，碰撞过程中系统机械能守恒，有机械能守恒定理得

整理得

三、解答题（共45分）

14. 在点电荷Q的电场中，Ox轴与它的一条电场线重合，A、B两点的坐标分别为和。在A、B两点分别放置试探电荷（电荷量可调），试探电荷受到的静电力F跟电荷量q的关系如图所示，规定沿x轴正方向为静电力的正方向，已知静电力常量为，求点电荷Q的电荷量及位置坐标xQ。

【答案】；

【解析】

【详解】A、B两点电场力方向均沿x轴正方向，但A、B两点试探电荷电性相反，因此，可以判定A、B两点的电场强度方向相反，点电荷位于A、B两点之间，F-q图中图线斜率的绝对值就是该点电场强度的大小，由此可得

根据点电荷电场强度的公式有

联立以上各式，解得

15. 如图所示，有一摆长为的单摆，将悬线拉至水平后释放摆球A，摆球A在最低点与置于水平面上的B球发生弹性碰撞，导致B球又跟置于同一水平面上的C球发生完全非弹性碰撞。已知A、B、C的质量均为，B、C两球与水平面间的动摩擦因数均为0.2，若B、C两球碰后共同向前运动的距离为0.25m，重力加速度g取10m/s2，求：

（1）碰前B、C两球间的水平距离；

（2）B、C两球碰撞过程中损失的机械能。

【答案】（1）3m；（2）0.5J

【解析】

【详解】（1）设A球到达最低点与B球碰撞前瞬间的速度大小为，则由机械能守恒定律可得

A球与B球发生弹性碰撞，故两球碰撞过程中动量守恒、机械能守恒。设碰后A球的速度大小为；B球的速度大小为，则有

设B、C两球碰后的共同速度为，向前运动的距离为，则有

设B、C两球碰撞前B球的速度大小为，则由动量守恒定律得

设碰前B、C两球间的水平距离为，由匀变速直线运动规律可得

代入数据可解得

（2）由于B、C两球碰撞之前B球的速度大小为，C球的速度为零，碰撞后二者的共同速度，故B、C两球碰撞过程中损失的机械能为

解得

16. 如图所示，距小滑轮O正下方l处的B点用绝缘底座固定一带电荷量为+q的小球1，绝缘轻质弹性绳一端悬挂在定滑轮O正上方处的D点，另一端与质量为m的带电小球2连接，发现小球2恰好在A位置平衡，已知OA长为l，与竖直方向的夹角为60°。由于弹性绳的绝缘效果不是很好，小球2缓慢漏电，一段时间后，当滑轮下方的弹性绳与竖直方向夹角为30°时，小球2恰好在AB连线上的C位置处平衡。已知静电力常量为k，重力加速度为g，弹性绳弹力满足胡克定律，求：

（1）小球2在C位置时所带电荷量；

（2）弹性绳原长。

【答案】（1） ；（2）

【解析】

【详解】（1）小球在C点时，受力分析如图：

由几何关系可得

根据库仑定律得

解得

（2）小球2在A位置时，弹性绳的长度

小球2在C位置时，弹性绳的长度

小球2在A位置时，受到的重力、电场力和绳子的拉力，三个力之间的夹角互为120°，所以三个力的大小相等，即

设弹性绳的劲度系数为k，则

解得弹性绳原长

17. 如图所示，光滑水平面的左侧是倾角为的粗糙斜面，右侧是半径为的竖直半圆形光滑轨道。可看作质点的物块A、B放在水平面上，两者用细线相连，A、B间有一压缩弹簧。某时刻烧断细线，A、B被弹簧弹开，物块A向左运动滑上斜面，沿斜面上升的最大高度是。物块B向右运动进入半圆轨道，离开半圆轨道最高点后又落在水平面上。已知物块A质量为物块B质量的2倍，物块A与斜面间的动摩擦因数为0.25，重力加速度g取，。求：

（1）物块A被弹簧弹开时获得的初速度大小；

（2）物块B经过半圆轨道最高点时所受弹力与其重力之比；

（3）物块B经过半圆轨道后落到水平面上的落点与半圆轨道最高点的水平距离。

【答案】（1）；（2）；（3）

【解析】

【详解】（1）设物块B的质量为m，物块A的质量为M，物块A沿斜面上滑过程，加速度的大小为

物块A沿斜面上滑的距离

物块A获得的初速度

（2）A、B分离过程动量守恒

分离后物块B的速度

设物块B在最高点的速度为，沿着半圆轨道上升到最高点机械能守恒

代入数据解得

设在最高点对轨道压力为F

代入数据解得

（3）物块B离开最高点后做平抛运动

在竖直方向有

落点与最高点的水平距离

代入数据解得