【物理】河北省唐山市NT20名校联合体2024-2025学年高一下学期期中考试试卷（解析版）

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1．本试卷考试时间为75分钟，满分100分。
2．答题前，考生务必将自己的姓名、准考证号填写在答题卡相应的位置。
一、单选题：本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求。
1. 在“未来科技体验馆”中，小华通过VR设备观察到一种“智能电场模拟器”、它能动态显示电场线并实时分析电场特性，讲解员提到：“现代科技如量子计算机、无线充电等都依赖对电场的精准操控，而电场的可视化模型最早源于物理学家的开创性思想”，结合所学知识。下列说法正确的是（ ）
A. 库仑通过扭秤实验提出了“电场线”的概念，用于描述电场的分布
B. 电场的概念是法拉第首先提出来的，电荷A对电荷B的作用力就是电荷A产生的电场对B的作用
C. 电场强度的定义式表明，电场强度与试探电荷的电荷量成反比
D. 麦克斯韦最早通过实验验证了真空中点电荷的场强满足平方反比规律
【答案】B
【解析】A．库仑通过扭秤实验发现了库仑定律，但“电场线”是法拉第为直观描述电场而提出的假想曲线，故A错误；
B．电场的概念是法拉第首先提出来的，电荷间的相互作用是通过电场发生的，电荷A对电荷B的作用力就是电荷A产生的电场对B的作用，故B正确；
C．电场强度是电场本身的属性，定义式仅体现测量方法，场强与试探电荷q无关，故C错误；
D．库仑通过扭秤实验验证了静电力满足平方反比规律，而麦克斯韦的主要贡献是建立电磁场理论方程组，故D错误。
故选B。
2. “夸父逐日”的故事最早出自《山海经·海外北经》。若夸父“逐日”的足迹遍及全球，且总在地面上，地球看做半径为R的均匀球体，赤道处的重力加速度大小为g，两极处的重力加速度大小，已知引力常量为G，不计空气阻力，下列说法正确的是（ ）
A. 地球的质量为
B. 地球静止卫星的角速度为
C. 地球的平均密度为
D. 地球静止卫星的高度为
【答案】D
【解析】A．设地球质量为M，在两极处万有引力等于重力，则有
解得，A错误；
B．同步卫星角速度等于地球自转角速度，设地球自转角速度为，在赤道处有
解得，B错误；
C．地球的体积为
则地球的平均密度为，C错误；
D．由于地球静止卫星围绕地球转动的周期等于地球自转的周期，故由万有引力定律可得
联立解得地球静止卫星的高度为，D正确。
故选D。
3. 某快递公司用无人机向山区配送急救药品。无人机载药后从卫生院平台由静止竖直起飞，其升力随高度变化规律如图所示。则从起点到升至高度为15m的过程中，升力对无人机做的总功为（ ）
A 100JB. 400JC. 200JD. 300J
【答案】B
【解析】根据，可知图像与横轴围成的面积即为升力F做的功，则有
故选B。
4. 一物流司机上午10点驾驶着满载的厢式货车在平直的高速公路上以120km/h的速度匀速行驶，10点15分，导航提示前方有临时施工限速，司机立即将油门踏板松开一半，货车的功率瞬间减为原来的一半并保持该功率不变。经过1分钟的减速调整，货车恰好匀速通过施工路段。已知货车质量为3000kg，所受阻力为3000N，忽略空气阻力，则减速调整阶段货车走过的路程约为（ ）
A. 1000mB. 1500mC. 1400mD. 2000m
【答案】C
【解析】由题知，货车匀速行驶时的速度为
则此时的功率为
此时牵引力为
代入数据解得
当货车减速调整后，货车仍是匀速直线运动，则仍成立，功率减小一半，则再次匀速时的速度
设减速调整的路程为x，根据动能定理有
代入得
故选C。
5. 科学研究发现：地球和月球实际上也是一个双星伴绕的天体系统，现实中，我们总认为月球围绕地球运行，其实是因为地球和月球共同的圆心O在地球内部，如图所示，虚线分别为地球和月球球心的运动轨迹，它们绕着连线上的一个共同的圆心O，保持距离不变做匀速圆周运动。地球质量是月球质量的81倍，地月距离L，引力常量为G，下列说法正确的是（ ）
A. 地球和月球绕圆心O运转的角速度不同
B. 地球和月球绕圆心O运转的半径相同
C. 地球和月球绕圆心O运转的线速度之比为1:81
D. 地球绕圆心O运转半径为
【答案】C
【解析】A．双星系统两者周期相同，角速度相同，故A错误；
BD．由两者之间的万有引力提供所需的向心力，所以球和月球绕圆心O运转的向心力大小相等；设角速度为，则有
可得地球和月球绕圆心O运转的半径之比为
又
联立解得地球绕圆心O运转半径为
故BD错误；
C．根据，可得地球和月球绕圆心O运转的线速度之比为
故C正确。
故选C。
6. 如图所示，边长为L的正六边形的顶点各固定一个点电荷，其中A、N两点分别为、，B、C两点均为，D、M两点均为，则O点的电场强度大小为（ ）
A B. C. D.
【答案】A
【解析】如下图所示，根据题意，O点的场强可看做三组等量异种电荷产生的电场的叠加。
由点电荷场强公式及场强叠加知识可得
M、B两点的点电荷在O点产生的电场强度
D、C两点的点电荷在O点产生的电场强度
A、N两点的点电荷在O点产生的电场强度
由数学知识及矢量合成知识可得O点的电场强度大小
故选A。
7. 如图所示，长为L的绝缘细线一端固定在O点，另一端与电荷量为，质量为m的小球A相连，O点同时固定有一电荷且为的小球B，小球A静止在O点正下方时，细线恰好伸直且无作用力。现加上平行于竖直面的匀强电场（图中未画出），使得小球A重新静止时，细线与竖直方向的夹角为60°，则匀强电场的电场强度E的最小值为（ ）
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】加匀强电场前，对小球A，由二力平衡则有
加上匀强电场后，对小球受力分析一定有的力重力、库仑力、电场力，可能存在线的拉力。先合成重力和库仑力，设二力合力为，如图所示
平行四边形定则可知
方向与竖直方向成60°，恒定不变，由于细线给小球拉力只能沿线收缩的方向（指向左上方），则细线的拉力与的合力只会更大，则要使电场力最小，即要使电场强度最小，细线的拉力只能为零，此时
故选B。
二、多选题：本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中。有两个或两个以上正确答案，全部选对得6分，选得3分，错选得0分。
8. 如图所示，一光滑绝缘半圆环固定在竖直面内，半径为R，圆环最低点固定一电荷量为的小球a，另一质量为m的小球b恰好静止在与圆心O等高的C点，某时刻起，小球b缓慢漏电，开始在竖直圆环上缓慢运动。下列说法中正确的是（ ）
A. 小球漏电前的电荷量
B. 漏电过程中，圆环对小球b的支持力大小不变
C. 漏电过程中，小球b的电荷量与两球间的距离的平方成正比
D. 漏电过程中，两球间的库仑力逐渐减小
【答案】BD
【解析】A．小球b漏电前的受力分析如下图所示
根据平衡条件有
解得
故A错误；
BCD．漏电过程中，小球b的受力分析如下图所示
根据相似三角形有
由此可知，圆环对小球b的支持力不变，库仑力逐渐减小，b的电荷量与两球间的距离的三次方成正比，故C错误，BD正确。
故选BD。
9. 格林童话《杰克与豌豆》中的神奇豌豆一直向天空生长，长得很高很高。如果长在地球赤道上的这棵豆秧上有与赤道共面且随地球一起自转的三颗果实，其中果实2在地球同步轨道上，A、B、C是分别与1、2、3同轨道且同方向绕地球运转的三颗卫星。若不考虑卫星与豆秧碰撞，下列说法正确的是（ ）
A. 果实1的向心加速度比卫星A的向心加速度大
B. 果实3受到豆秧的作用力沿半径方向背离圆心
C. 果实3的角速度比卫星C的角速度小
D. 果实2成熟自然脱离豆秧后，将做近心运动，卫星B上物体从卫星上自由脱落后依然沿原轨道运行
【答案】ABC
【解析】A．三颗果实随地球一起自转，角速度相等，根据
可知果实1的向心加速度最大。卫星运行时万有引力提供向心力
卫星B的向心加速度比卫星A向心加速度大，果实2和同步卫星B角速度、线速度、向心加速度均等大，因此果实1比卫星A向心加速度大，故A正确；
B．果实2在地球同步轨道上，可知果实2受到的万有引力等于随地球自转所需的向心力，果实3与2角速度相等，比同轨道的卫星C角速度小，所需合外力小于所受的万有引力，因此豆秧给果实的力沿轨道半径方向背离圆心。故B正确；
C．卫星C比卫星B角速度大，果实2和3与卫星B角速度等大，所以果实3比卫星C的角速度小，故C正确；
D．对于果实2和卫星B有
果实2和卫星上的物体受到的万有引力均正好提供随地球自转所需的向心力，故脱落后将沿原轨道继续做圆周运动。故D错误。
故选ABC。
10. 如图甲所示，粗糙的水平地面上有一质量为的长木板A，A的右端放有质量为的物块B，B与A的上表面之间的动摩擦因数，A与对面之间的动摩擦因数。现对长木板A施加如图乙所示外力F，使二者由静止开始运动，恰好未从A左端滑落。已知物块B可看做质点，忽略空气阻力，重力加速度，下列说法正确的是（ ）
A. A的板长为1m
B. 整个过程中外力F做功为72J
C. 整个过程A、B间摩擦生热为3.6J
D. 整个过程A与地面间的摩擦生热98.4J
【答案】ACD
【解析】A．当，二者分开做匀加速直线运动，B的加速度
对A，由牛顿第二定律有
解得
则1s末B的速度
1s末A速度
1~2s内，B的加速度不变，A的加速度改变，对A，由牛顿第二定律有
解得
则2s末B的速度
2s末A的速度
可知2s末二者刚好共速。2~4s内，二者分别开始减速，对A有
解得
A经过
A的速度减为零，后保持静止不动；
B经过
B的速度减为零，后保持静止不动。
由上可知，2s末B运动到A的左端，二者的相对位移为板长，即
故A正确；
BD．0~1s内，A的位移
外力做功
1~2s内，A的位移
外力做功
2s到停下，A的位移
外力做功
则外力F做的总功为
A与地面间的摩擦生热
B错误，D正确；
C．从2s停下，A、B间的相对位移
则A、B间的摩擦生热
故C正确。
三、非选择题：本题共5道小题，共54分。解答应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得分；有数值计算的，答案中必须明确写出数值和单位。
11. 某物理实验小组利用如图所示装置探究机械能守恒定律。

（1）以下实验操作正确的是________；
A. 实验中可以用v2=2gh来计算重物的瞬时速度
B. 实验中应先接通打点计时器的电源，后释放纸带
C. 实验中需要用到天平、刻度尺、秒表
D. 实验中所使用的电源为直流电源
（2）实验中得到图乙所示纸带，在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC，已知当地的重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T，设重物的质量为m，则从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能减小量为ΔEp=________，动能的增加量为ΔEk=________，在误差范围内ΔEp=ΔEk；
（3）该实验通常用体积小、质量大的重物以减小下落过程中受到阻力的作用，请你思考还有哪些方式可以减小阻力？________（只写一条即可）。
【答案】（1）B （2）mghB （3）见解析
【解析】
【小问1解析】
A．计算打下某点时的瞬时速度应用该点前后两点间的平均速度代替，故A错误；
B．实验时，应先接通电源，等打点计时器打点稳定后再释放纸带，故B正确；
C．用图甲所示装置做“验证机械能守恒定律”实验时，若在误差允许范围内有
即
则能够验证机械能守恒定律成立，故实验中不需要测量重物的质量，不需要用到天平，纸带上的点是由打点计时器每个相等的时间打出的，可以直接从纸带上读出时间，不需要秒表，故C错误；
D．实验中所使用的电源为交流电源，故D错误。
故选B。
【小问2解析】
从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能减小量
由于
则
【小问3解析】
打点计时器限位孔应在同一竖直线上，保持纸带竖直后放手，可减小纸带和装置间的阻力；打点计时器选用“电火花打点计时器”；使用光电门，位移传感器等。
12. 某实验小组利用如图甲所示装置探究影响弹性势能大小的相关因素及动摩擦因数。弹簧的左端固定，右端与小滑块接触但不连接，弹簧自然伸长时右端小滑块恰好位于桌面边缘O，O在水平地面上的投影为，测出两点间的高度差为h。重力加速度为g。
（1）将小滑块向左推移至P点，距离为d，然后静止释放小滑块，测出滑块在水平地面上的落点与点的水平距离x，则小滑块离开桌面时的速度为________；（用题干所给的物理量表示）
（2）更换粗糙程度相同，但质量m不同的滑块，且滑块每次均从P点由静止释放，重复上述操作，根据实验数据作的图像如图乙所示，其中图像的斜率为k，纵坐标截距为b，可得弹簧的压缩量为d时，即小滑块位于P点时弹簧的弹性势能________，小滑块和桌面间的动摩擦因数________；（用题干所给的物理量表示）
（3）若将整个装畳放在光滑的水平桌面上，不改变滑块的质量，改变弹簧的压缩量d，重复（1）中操作，根据实验数据得图像如图丙所示，则猜想弹簧的弹性势能与弹簧的形变量d的关系为________。
A. B.
C. D.
【答案】（1） （2） （3）D
【解析】
【小问1解析】
小滑块离开桌面后做平抛运动，则有，
解得小滑块离开桌面时的速度
【小问2解析】
小滑块脱离桌面前的运动过程中，由能量守恒有
整理得
其中，
解得，
【小问3解析】
若为光滑的水平桌面，根据
且在图丙中，可知
故选D。
13. 我国“天问二号”小行星探测器计划于2025年5月发射，主要任务是对近地小行星2016HO3开展伴飞、探测并取样返回。假设在小行星表面采样时发现一个竖直旋转的圆盘边缘上A、B两点的质点同时以相同的速率v从圆盘上脱落，且恰好同时落在水平地面上。A点与圆心O点等高，B点为圆盘边缘最低点，圆盘半径为r，B点到地面的距离为H。不计质点飞出后所受的阻力。
（1）求质点在空中飞行的时间；
（2）若小行星的半径为R，求此小行星的第一宇宙速度和密度。
【答案】（1） （2），
【解析】
【小问1解析】
设小行星表面的重力加速度为g，质点飞行时间为t，根据匀变速运动位移，对A处质点竖直方向，则有
对B处质点
解得
【小问2解析】
根据重力提供向心力，则有
可得第一宇宙速度
由抛体运动规律
结合上述结论解得
代入上式可得
在地球表面忽略自转，重力等于万有引力则有
又有因为
联立解得
14. 在光滑的水平面上建立如图所示的直角坐标系。在第二象限，存在沿x轴正方向的匀强电场，在第一象限存在沿轴负方向的匀强电场（未知），第四象限匀强电场的方向沿x轴负方向，场强大小。现将一电荷量为，质量为m的带电粒子从第二象限的点由静止释放，经过y轴上的点进入第一象限，后从x轴上的点B进入第四象限，此时立即置入一粒子接收器来确定粒子最后的运动位置，B，C两点坐标分别为，。求：
（1）粒子经过A点时速度的大小：
（2）匀强电场的大小；
（3）粒子打到粒子接收器上的位置坐标。
【答案】（1） （2） （3）
【解析】
【小问1解析】
粒子在第二象限做匀加速直线运动，则有
得
【小问2解析】
粒子在第一象限做类平抛运动，x轴方向有
y轴方向有
联立解得
【小问3解析】
粒子在第四象限做类斜抛运动，设粒子经过B点时与x轴正方向间的夹角为θ，则
即
则粒子经过B点时的速度
由几何关系可知，粒子接收器与x轴负半轴间的夹角为
可知粒子在B点的速度方向与垂直，从B点到打到接收器上，垂直方向有
沿方向有
代入解得
由几何关系可知
即粒子正好落在C点，坐标为。
15. 如图所示，长度、顺时针匀速转动的传送带左端平滑连接一水平轨道，右端平滑连接一固定光滑圆弧轨道，一轻弹簧左端固定在水平轨道上，弹簧原长时右端位于O点，水平面上O点左侧光滑，右侧段粗糙，的圆弧轨道上C点处有一沿径向的挡板，C处半径与竖直方向间的夹角为θ（），现将一质量的物块放在弹簧右端，且用一水平向左的外力推动物块压缩弹簧，使得弹簧弹性势能，后撤去外力，物块向右运动。从A点滑上传送带，经B点进入圆弧轨道。已知传送带顺时针转动的速度，物块和间的动摩擦因数，和传送带间的动摩擦因数，水平面，物块和挡板碰撞前后速度大小不变，方向反向，物块可看做质点，忽略空气阻力，重力加速度。求：
（1）物块运动到A点时的速度大小；
（2）物块运动到C点时圆弧轨道对物块的支持力及物块最终停止时的位置与O点间的距离；
（3）若传送带的速度可调，要使物块在圆弧轨道上运动时不脱轨，则传送带速度的范围。
【答案】（1）
（2），方向：由C指向圆心；
（3）或
【解析】
【小问1解析】
物块从开始运动到A点的过程中，根据能量守恒有
解得
【小问2解析】
设物块在传送带上始终做匀加速直线运动，根据运动学公式有
解得
因，故假设成立
物块从过程根据能量守恒有
解得
在C点，根据牛顿第二定律有
解得
方向：由指向圆心
物块和挡板碰撞后原速率返回，回到B点速率不变，向左减速经过传送带回到A点的速率
设物块继续向前运动x停下，根据动能定理有
解得
则停下的位置与O点间的距离
【小问3解析】
若物块运动到C点时和轨道间恰好无相互作用力，则有
解得
物块从过程根据能量守恒有
解得
则时，物块能运动到C点，不会脱轨；
若物块最高能运动到D点，物块从过程根据能量守恒有
解得
则时，物块最高能运动到D点，不会脱轨。
故要使物块在圆弧轨道上运动时不脱轨，则传送带速度的范围为或