2022-2023学年江苏省扬州市宝应中学高一（下）期末模拟物理试题

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一、单项选择题:共10题，每题4分,共40分,每题只有一个选项最符合题意。
1. 关于机械能，下列说法正确的是（ ）
A. 机械能守恒时，物体一定只受重力和弹力作用
B. 物体处于平衡状态时，机械能必守恒
C. 一个系统所受外力为零时，系统机械能守恒
D. 物体所受的外力不等于零，其机械能也可以守恒
【答案】D
【解析】
【详解】物体机械能守恒的条件是只有重力或者是弹力做功，物体除了受重力和弹力的作用，还有可能受其他力的作用，但是其他力做功为零．故A错误．物体处于平衡状态时，所受的合力为零，机械能不一定守恒，例如物体匀速上升，动能不变，重力势能增大，故BC错误；物体所受合外力不等于零时，机械能可能守恒，例如自由下落的物体，故D正确．故选D．
2. 嫦娥五号返回地球的某个阶段中，在轨道半径为的圆形轨道Ⅰ上绕地球运行的周期为，某时刻该卫星在A点变轨进入椭圆轨道Ⅱ（如图），近地点到地心的距离为。不计空气阻力，则（ ）
A. 卫星从轨道Ⅰ向轨道Ⅱ变轨需要加速
B. 卫星在轨道Ⅰ上A点的加速度比轨道Ⅱ上A点的加速度大
C. 卫星在轨道Ⅱ上的点速度大于在轨道Ⅰ上运动的速度
D. 卫星由A到运动的时间为
【答案】C
【解析】
【详解】A．卫星从轨道Ⅰ向轨道Ⅱ变轨做向心运动，需要减速，故A错误；
B．根据
卫星在轨道Ⅰ上A点的加速度等于在轨道Ⅱ上A点的加速度，故B错误；
C．卫星在轨道Ⅱ上的B点做离心运动，其速度大于在本轨道上做圆周运动的速度，根据
在本轨道上做圆周运动的速度要大于在轨道Ⅰ上运动的速度，所以卫星在轨道Ⅱ上的点速度大于在轨道Ⅰ上运动的速度，故C正确；
D．在圆形轨道Ⅰ上绕地球运行的周期为T，在轨道Ⅱ上的周期为，由开普勒第三定律得
卫星由A到运动的时间为
故D错误。
故选C。
3. 如图所示，两个质量均为m完全相同的金属球壳a与b，其壳层的厚度和质量分布均匀，将它们固定于绝缘支架上，两球心间的距离为l，l为球壳外半径r的3倍。若使它们带上等量异种电荷，电荷量的绝对值均为Q，那么，a、b之间的万有引力F1与库仑力F2为（ ）
A. F1=G，F2=k
B. F1≠G，F2≠k
C. F1≠G，F2=k
D. F1=G，F2≠k
【答案】D
【解析】
【详解】虽然两球心间的距离l只有球壳外半径r的3倍，但由于其壳层的厚度和质量分布均匀，两球壳可看作质量集中于球心的质点，因此，可以应用万有引力定律求F1，即
F1=G
而本题中由于a、b两球壳所带异种电荷相互吸引，使它们各自的电荷分布不均匀，即相互靠近的一侧电荷分布比较密集，又因两球心间的距离l只有其外半径r的3倍，不满足的要求，故不能将两带电球壳看成点电荷，所以库仑定律不适用
F2≠k
故选D。
4. 一个质量为m的物体静止放在光滑水平面上，在互成60°角的大小相等的两个水平恒力作用下，经过一段时间，物体获得的速度为v，在力的方向上获得的速度分别为v1、v2，那么在这段时间内，其中一个力做的功为（ ）
A B. C. D.
【答案】B
【解析】
【详解】据动能定理，合力所做的功等于物体动能的增量
两个分力所做的功之和也等于物体动能的增量
而两个分力大小相等，互成度角，两个分力在位移方向上的分力大小相等，所以两个分力所做的功相等
其中一个力作的功就等于，故B正确，ACD错误。
故选B。
5. 一带电粒子从电场中的A点运动到B点，轨迹如图中虚线所示。不计粒子所受重力，则下列说法不正确的是（ ）
A. 粒子带负电荷
B. 粒子加速度逐渐减小
C. 粒子在A点的速度小于在B点的速度
D. 粒子的初速度不为零
【答案】C
【解析】
【详解】A．根据曲线运动的受力特点可知，带电粒子所受的电场力应该指向曲线弯曲的内侧，所以电场力逆着电场线方向，则粒子带负电，故A正确，不符合题意；
B．电场中A点电场线密集，故电场强度大，电场力大，故加速度大，所以粒子的加速度一直减小，故B正确，不符合题意；
C．由于带电粒子是从A到B，带电粒子受电场力的方向大致斜向左下方，故电场力做负功，带电粒子的速度减小，故C错误，符合题意；
D．粒子做曲线运动，初速度不为零。故D正确，不符合题意。
故选C。
6. 图示的仪器叫做库仑扭秤，法国科学家库仑用此装置找到了电荷间相互作用的规律，装置中A、 C为带电金属球，两球间静电力大小为F， B为不带电的平衡小球，现将C球电荷量减半，扭转悬丝使A回到初始位置，则A、C两球间静电力大小为（ ）
A. B. C. FD. 2F
【答案】B
【解析】
【详解】根据库仑定律可知，将C球电荷量减半，扭转悬丝使A回到初始位置，则A、C两球间距离不变，则静电力大小为。
故选B。
7. 某踢出的足球在空中运动轨迹如图所示，足球视为质点，空气阻力不计。用v、E、Ek、P分别表示足球的速率、机械能、动能和重力的瞬时功率大小，用t表示足球在空中的运动时间，下列图像中可能正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】AB．足球做斜上抛运动，机械能守恒，重力势能先增加后减小，故动能先减小后增加，速度先减小后增加，故AB错误；
C．以初始位置为零势能面，踢出时速度方向速度为vy，足球的机械能守恒，则
故C错误；
D．速度的水平分量不变，竖直分量先减小到零，后反向增加，故根据
重力的功率先均匀减小后均匀增加，故D正确。
故选D。
8. 有一款名叫“跳一跳”的微信小游戏，游戏要求操作者通过控制棋子（质量为m）脱离平台时的速度，使其能从一个平台跳到旁边的平台上。如图所示的抛物线为棋子在某次跳跃过程中的运动轨迹，不计空气阻力。则下列说法中正确的是（重力加速度为g）（ ）
A. 棋子从起跳至运动到最高点的过程中，机械能增加mgh
B. 棋子离开平台时的动能为mgh
C. 棋子从离开平台至运动到最高点的过程中，重力势能增加mgh
D. 棋子落到平台上的速度大小为
【答案】C
【解析】
分析】
【详解】A．棋子从起跳至运动到最高点的过程中，因为最高点存在水平方向的速度v，所以机械能增加，A错误；
B．以平台为参考面，则根据机械能守恒得
B错误；
C．棋子从离开平台至运动到最高点的过程中，重力势能增加mgh，C正确；
D．以平台为参考面，则根据机械能守恒得
解得
D错误。
故选C。
9. 如图所示，半径为的光滑圆环固定在竖直平面内，AB、CD是圆环相互垂直的两条直径，C、D两点与圆心O等高。一质量为的光滑小球套在圆环上，一根轻质弹簧一端连在小球上，另一端固定在P点，P点在圆心O的正下方 处。小球从最高点A由静止开始沿逆时针方向下滑，已知弹簧的原长为，弹簧始终处于弹性限度内，重力加速度为。下列说法正确的是（ ）
A. 小球运动到B点时的速度大小为
B. 弹簧长度等于R时，小球的机械能最大
C. 小球运动到B点时重力的功率为
D. 小球在A、B两点时对圆环的压力差为
【答案】B
【解析】
【详解】A．由题分析可知，小球在A、B两点时弹簧的形变量大小相等，弹簧的弹性势能相等，小球从A到B的过程，根据系统的机械能守恒得
解得小球运动到B点时的速度为
故A错误；
B．根据小球与弹簧组成系统的机械能守恒知，弹簧长度等于R时，弹簧的弹性势能为零，则此时小球的机械能最大，故B正确；
C．小球运动到B点时重力与速度方向垂直，则重力的功率为0，故C错误；
D．设小球在A、B两点时弹簧的弹力大小为，在A点，圆环对小球的支持力
在B点，由牛顿第二定律得

解得圆环对小球的支持力为

则
由牛顿第三定律知，小球在A、B两点时对圆环的压力差为，故D错误。
故选B。
10. 如图所示，竖直平面内固定两根足够长的细杆L1、L2，两杆不接触，且两杆间的距离忽略不计，两个小球a、b（视为质点）质量均为m，a球套在竖直杆L1上，b球套在水平杆L2上，a、b通过铰链用长度为l的刚性轻杆L连接，将a球从图示位置（轻杆与L2杆夹角为45°）由静止释放，不计一切摩擦，已知重力加速度为g。在此后的运动过程中，下列说法中正确的是（ ）
A. a球和b球所组成的系统机械能守恒
B. b球的速度为零时，a球的加速度大小为零
C. b球的最大速度为
D. a球的最大速度为
【答案】AC
【解析】
【详解】A．a球和b球组成系统没有外力做功，只有a球和b球的动能和重力势能相互转化，因此a球和b球所组成的系统机械能守恒，故A正确；
B．设轻杆L和水平杆L2的夹角为θ，由运动关联可知
即
可知当b球的速度为零时，轻杆L处于水平位置且与杆L2平行，则此时a球在竖直方向只受重力mg，因此a球的加速度大小为g，故B错误；
C．当杆L和杆L1第一次平行时，a球运动到最下方，b球运动到L1和L2交点位置，b球的速度达到最大，此时a球的速度为0，因此由系统机械能守恒有
解得
故C正确；
D．当轻杆L和杆L2第一次平行时，由运动的关联可知此时b球的速度为零，由系统机械能守恒有

解得
此时a球具有向下的加速度g，故此时a球的速度不是最大，a球将继续向下做加速度减小的加速运动，到加速度为0时速度达到最大，故D错误。
故选AC。
二、非选择题：共5题，共60分。其中第12题～第15题解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分；有数值计算时，答案中必须明确写出数值和单位。
11. 某实验小组利用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。
（1）下列说法中有利于减小实验误差的有___________；
A．必须精确测量出重物的质量 B．重物选用密度较大的铁锤
C．调节打点计时器两限位孔在同一竖直线上 D．先松开纸带，后接通电源
（2）甲同学利用上述装置按正确操作得到了一条如图乙所示的纸带（部分纸带未画出）。纸带上的各点均为连续的计时点，其中O点为打出的第一个点，打点周期为T，重力加速度为g。从纸带上直接测出计时点间的距离，利用下列测量值能验证机械能守恒定律的有___________；
A．OE和DF的长度 B．OA和AF的长度
C．OD和DG的长度 D．AC、BF和EG的长度
（3）乙同学取打下G点时重物的重力势能为零，利用测量数据计算出该重物下落不同高度h时所对应的动能和重力势能，并以h为横轴、和为纵轴，分别绘出了如图丙所示的图线I和图线II，发现两图线的斜率绝对值近似相等，说明___________。
（4）在验证机械能守恒定律的实验中，使质量m=250g的重物拖着纸带自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点。选取一条符合实验要求的纸带如图所示，O为纸带下落的起始点，A、B、C为纸带上选取的三个连续点，已知打点计时器每隔T=0.02s打一个点，当地的重力加速度为g=9.8m/s2，那么：
①计算B点瞬时速度时，甲同学用，乙同学用，丙同学用。其中所选择方法正确的是___________（选填“甲”、“乙”或“丙”）同学（xOB与分别表示纸带上O、B和A、C之间的距离，n为从O到B之间的打点时间间隔数）。
②纸带下落的加速度为___________m/s2，下落过程中受到的阻力f=___________N。
【答案】 ①. BC ②. AD ③. 在实验误差允许范围内，重物下落过程机械能守恒 ④. 丙 ⑤. 9.50##9.5 ⑥. 0.075
【解析】
【详解】（1）[1]A．由
可知，重物质量的大小并不影响测量结果，A错误；
B．使用质量大，体积小的重锤可以减小阻力的影响，B正确；
C．需要调整打点计时器的限位孔，使它在同一直线上，减小摩擦阻力，C正确；
D．打点计时器要先接通电源，再释放重物，使纸带利用率更高，D错误。
故选BC；
（2）[2]要能完成验证机械能守恒定律，需要能计算出这个过程减少的重力势能和增加的动能，即能知道这个过程下落的高度和计算出初末位置的速度大小。
A．利用OE和DF的长度，能得出O到E减少的重力势能和打E时重锤的动能，A能验证；
B．利用OA和AF的长度，能得到O到A或O到F过程重锤减少的重力势能，但无法利用较短时间平均速度表示瞬时速度这个推论得到A或F点的瞬时速度，所以B不能验证；
C．由B中分析知，利用OD和DG的长度无法验证；
D．利用AC、BF和EG的长度，由BF的长度可以得到B到F重锤减少的重力势能，由AC、EG的长度可以得到打B点和打F点的瞬时速度，得到重锤动能的增量，故可以验证。
故选AD；
（3）[3]两图线的斜率绝对值近似相等，说明重物在空中运动过程中动能与重力势能之和不变，即在实验误差允许范围内，重物下落过程机械能守恒；
（4）①[4]甲和乙都用了加速度为g的匀加速直线运动公式，这与实验目标相违背，故选丙。
②[5]由匀变速直线运动推论得纸带下落的加速度为
[6]由牛顿第二定律
代入数据可得
f=0.075N
12. 如图所示，小球以一个未知的初速度v0沿光滑的水平面冲上一个光滑的半圆形轨道，轨道半径为R，小球在轨道的最高点对轨道的压力等于小球的重力。问：
（1）小球离开轨道落到距地面高处时，小球水平位移是多少；
（2）小球落地时速度为多大；
（3）小球初速度v0至少为多大时能通过轨道的最高点。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】(1) 小球在轨道的最高点对轨道的压力等于小球的重力
在最高点速度
平抛运动
水平位移
(2)从最高点到落地，根据动能定理
解得：
(3)在最高点最小速度对应重力提供向心力
从初态到最高点
解得最小速度
13. 如图所示，长的轻质细绳上端固定，下端连接一个可视为质点的带电小球，小球静止在水平向右的匀强电场中，绳与竖直方向的夹角；已知小球所带电荷量，匀强电场的场强，取重力加速度，，。求：
（1）小球所受电场力F的大小；
（2）小球的质量m；
（3）将电场撤去，小球回到最低点时速度v的大小。
【答案】（1）3.0×10－3N；（2）4.0×10－4kg；（3）2.0m/s
【解析】
【详解】（1）根据电场力的计算公式可得电场力
（2）小球受力情况如图所示
根据几何关系可得
所以
（3）电场撤去后小球运动过程中机械能守恒，则
解得
14. 如图所示，长为L的轻质木板放在水平面上，左端用光滑的铰链固定，木板中央放着质量为m的小物块，物块与板间的动摩擦因数为μ.用力将木板右端抬起，直至物块刚好沿木板下滑．最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g。
(1)若缓慢抬起木板，则木板与水平面间夹角θ的正切值为多大时物块开始下滑；
(2)若将木板由静止开始迅速向上加速转动，短时间内角速度增大至ω后匀速转动，当木板转至与水平面间夹角为45°时，物块开始下滑，则ω应为多大；
(3)在(2)的情况下，求木板转至45°的过程中拉力做的功W。
【答案】(1)μ；(2)；(3)
【解析】
【详解】(1)物块恰好开始下滑是受力如图所示，
则有
mgsinθ=μmgcsθ
解得
tanθ=μ
(2)木板转至α=45°时，由向心力公式有
解得
(3)由功能关系有
其中物块线速度为
解得
W=
15. 如图所示，、、是同一竖直面的三段，它们之间平滑连接。其中为光滑圆弧轨道，为圆心，在点的正下方，，半径。段是水平传送带，长为，始终保持匀速传送。段水平，长为。一质量为的小物块从由静止释放，最终恰好停在点。已知物块与段传送带间的动摩擦因数为0.4，与间的动摩擦因数为0.5，重力加速度取。求：
（1）物块经过点时对圆弧轨道的压力大小；
（2）传送带运转速率及方向；
（3）传送带由于传送物块多消耗的电能。
【答案】（1）20N；（2），顺时针；（3）12J
【解析】
【分析】
【详解】（1）A到B的过程
得
vB=4m/s
在B点
得
FN=20N
由牛顿第三定律
（2）C到D的过程
得
vC=6m/s>vB
所以传送带运转方向为顺时针；
假设物块在传送带上一直加速，设到达C点的速度为v，
得
所以传送带速率为。
（3）物块在传送带上匀加速运动的时间为
物块与传送带间的相对位移大小为
传送带多消耗的电能为