吉林省“BEST合作体”2023-2024学年高一下学期期末考试物理试卷（解析版）

这是一份吉林省“BEST合作体”2023-2024学年高一下学期期末考试物理试卷（解析版），共18页。试卷主要包含了选择题，实验题，解答题等内容，欢迎下载使用。
本试卷分客观题和主观题两部分，共15题，共100分，共3页。考试时间为75分钟。考试结束后只交答题卡。
第Ⅰ卷（客观题）
一、选择题（共10小题共46分，1-7为单选题每题4分，8-10题为多选题，每题6分，全对给6分，选对不全给3分，有错选不给分）
1. 一质点做半径为R的匀速圆周运动，则从圆上一点运动至另一点的过程中（ ）
A. 质量动量大小改变，合外力的冲量为0
B. 质量动量大小改变，合外力的冲量不为0
C. 质量动量大小不改变，合外力的冲量为0
D. 质量动量大小不改变，合外力的冲量不为0
【答案】D
【解析】由于匀速圆周运动中速度方向一致在变化，但速度大小不变，故质点从圆上一点运动至另一点的过程中动量大小不改变，但动量是由变化的，相应合外力的冲量不为0，ABC错误，D正确。
故选D。
2. 下列关于电场线的说法中错误的是（ ）
A. 电场线是为了表示电场的强弱和方向而人为引入的假想曲线
B. 电场线越密的地方，同一电荷所受电场力越大
C. 正电荷只在电场力作用下一定沿电场线运动
D. 静电场的电场线是不闭合的
【答案】C
【解析】A．电场线是为了表示电场的强弱和方向而人为引入的假想曲线，选项A正确，不符合题意；
B．电场线越密的地方场强越大，同一电荷所受电场力越大，选项B正确，不符合题意；
C．正电荷只在电场力作用下，只有当电场线是直线且从静止开始运动时才会沿电场线运动， 选项C错误，符合题意；
D．静电场的电场线是不闭合的，选项D正确，不符合题意。
3. 长度不同的两根细绳悬于同一点，另一端各系一个质量相同的小球，使它们在同一水平面内作圆锥摆运动，如图所示， 则两个圆锥摆相同的物理量是（ ）
A. 周期
B. 线速度的大小
C. 向心力
D. 绳的拉力
【答案】A
【解析】对其中一个小球受力分析，如图，受重力，绳子的拉力，由于小球做匀速圆周运动，故合力提供向心力；
将重力与拉力合成，合力指向圆心，由几何关系得，合力：F=mgtanθ ；由向心力公式得到，F=mω2r ；设绳子与悬挂点间的高度差为h，由几何关系，得：r=htanθ ；由三式得，，与绳子的长度和转动半径无关；又由，故周期与绳子的长度和转动半径无关，故A正确；由v=ωr，两球转动半径不等，故线速度不同，故B错误；由F=ma=mω2r，两球转动半径不等，故向心力不同，故C错误；绳子拉力：，故绳子拉力不同，故D错误．
4. 如图所示，为某轿车的手动变速杆，若保持发动机输出功率不变，将变速杆推至不同挡位，可获得不同的运行速度，从“1”—“5”挡速度依次增大，R是倒车挡，某型号轿车发动机的额定功率为60kW，在水平路面上行驶的最大速度可达180km/h，假设该轿车在水平路面上行驶时所受阻力恒定，则该轿车（ ）
A. 若该车想以最大牵引力爬坡，则变速杆应推至“5”挡
B. 该车在水平路面上行驶时所受阻力大小为900N
C. 该车以额定功率在水平路面上以最大速度行驶时，其牵引力大小为1200N
D. 若改变发动机输出功率，汽车以54km/h的速度在同一水平路面上匀速行驶时，发动机的输出功率为35kW
【答案】C
【解析】A．根据
可知以最大牵引力爬坡，变速杆应推至“1”挡，故A错误；
C．以额定功率在水平路面上以最大速度行驶时，其牵引力为
故C正确；
BD．最大速度行驶时，牵引力等于阻力，可知阻力为
若改变发动机输出功率，汽车以54km/h的速度在同一水平路面上匀速行驶时，发动机的输出功率为
故BD错误。
故选C。
5. 如图所示，三角形abc是直角三角形，其中∠a=30°，在a点固定一个电荷量大小为Q₁的点电荷，在b点固定一个电荷量大小为Q₂的点电荷。若c点处的电场强度方向与bc垂直，则的值为（ ）
A. 2B. 4C. 8D. 16
【答案】C
【解析】设bc边长度为r，则AC边长度为2r，根据库仑定律可知，a处点电荷在c点产生的电场强度大小为
b处点电荷在c点产生的电场强度大小为
由几何关系有
解得
故选C。
6. 2024年2月29日中国在西昌卫星发射中心成功发射了高轨卫星01星，标志着中国互联网的效率与质量将进一步提升。已知高轨卫星01星与地球中心的连线在时间t内转过的弧度为，扫过的面积为S，地球的半径为R，引力常量为G，则（ ）
A. 高轨卫星01星可以静止在咸宁的正上方B. 地球的质量为
C. 地球表面的重力加速度为D. 地球的第一宇宙速度为
【答案】B
【解析】A．高轨卫星01星绕地心做匀速圆周运动，轨道平面必过地心，在赤道正上方，因此不可能静止在咸宁的正上方。，故A错误；
B．由题意可知，高轨卫星01星万有引力提供向心力
又

综合解得
故B正确；
C．在地表处
得地球表面的重力加速度
故C错误；
D．贴近地球表面，由万有引力提供向心力，可得
得地球的第一宇宙速度为
故D错误。
故选B。
7. 如图所示，是一个有四分之一圆弧小木块放在粗糙的水平面上，现有一个质量为m的小球从静止开始从圆弧顶端无摩擦滑下，木块始终保持静止，则小球下滑过程中，小木块受到地面的最大静摩擦力是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】D
【解析】设圆弧半径为，小球所处位置与圆心连线和水平方向的夹角为，此时小球速度为，根据动能定理可得
以小球为对象，根据牛顿第二定律可得
联立解得小球受到的支持力大小为
以圆弧小木块为对象，水平方向根据受力平衡可得
可得
可知当时，小木块受到地面的最大静摩擦力为
故选D。
8. 据报道，我国计划发射的“巡天号”望远镜将运行在离地面约的轨道上，其视场比“哈勃”望远镜的更大。已知“哈勃”运行在离地面约的轨道上，若两望远镜绕地球近似做匀速圆周运动，则“巡天号”（ ）
A. 角速度大小比“哈勃”的小B. 线速度大小比“哈勃”的小
C. 运行周期比“哈勃”的小D. 向心加速度大小比“哈勃”的大
【答案】CD
【解析】根据万有引力提供向心力可得
可得
，，，
由于巡天号的轨道半径小于哈勃号的轨道半径，则有
，，，
故选CD。
9. 如图甲所示，质量为m的物体P与物体Q（质量未知）之间拴接一轻弹簧，均静止在光滑的水平地面上，弹簧恰好处于原长。现给物体P一瞬时初速度v0，并把此时记为0时刻，规定向左为正方向，0~2t0时间内物体P、Q运动的a-t图像如图乙所示，其中t轴下方部分的面积大小为S1，t轴上方部分的面积大小为S2，则（ ）
A. 物体Q的质量为m
B. 2t0时刻物体Q的速度大小为S2
C. t0时刻物体P的动量为
D. 0~2t0时间内弹簧对物体Q先做正功后做负功
【答案】BC
【解析】A．时间内Q所受弹力方向向左，P所受弹力方向始终向右，时刻，P、Q所受弹力最大且大小相等，由牛顿第二定律可得
则物体Q的质量为，A错误；
B．由题中图像与坐标轴所围面积表示速度变化可知，时刻物体Q速度
B正确；
C．由题中图像可知，t0时刻物体P的动量为
C正确；
D．由题中图像可知，时间内，物体Q的速度一直增加，弹簧始终对物体Q做正功，D错误。
故选BC。
10. 如图所示，质量为m的小球甲穿过一竖直固定的光滑杆拴在轻弹簧上，质量为4m的物体乙用轻绳跨过光滑的定滑轮与小球甲连接，开始用手托住物体乙，使滑轮左侧绳竖直，右侧绳与水平方向夹角为，轻绳刚好伸直但无拉力，某时刻由静止释放物体乙（距离地面足够高），经过一段时间小球甲运动到Q点，O、Q两点的连线水平，，且小球甲在P、Q两点处时弹簧的弹力大小相等。已知重力加速度为g，，下列说法正确的是（ ）
A. 弹簧的劲度系数
B. 小球甲位于Q点时的速度大小
C. 在小球甲从P点上升到PQ中点的过程中，甲乙总机械能增加量为
D. 在小球甲从P点上升到PQ中点的过程中，甲乙总机械能增加量为
【答案】ABD
【解析】A．小球甲在P、Q两点处时弹簧的弹力大小相等，可知在两点的弹簧的形变量相等，因
则在P点时弹簧的压缩量为
由胡克定律
解得
选项A正确；
B．小球甲位于Q点时，乙的速度为零，则由能量关系
解得小球甲的速度大小
选项B正确；
CD．在小球甲在PQ的中点时弹簧的形变量为零，则小球甲从P点上升到PQ中点的过程中，甲乙总机械能增加量等于弹性势能的减小量，即
选项C错误，D正确。
故选ABD。
第Ⅱ卷（非选择题）
二、实验题（每空2分，共计16分）
11. 某实验小组设计了一个验证机械能守恒定律的实验，器材如图所示，固定转轴位于四分之一圆周的圆心位置，质量可忽略的硬杆连接在固定转轴上，另一端固定着一个体积较小的小球，小球与圆弧紧贴但不接触，圆心的正下方固定着一个光电门，圆周的最右侧竖直放置一个刻度尺，其0刻线与圆周的圆心处于同一水平面上。实验小组每次从不同的高度释放小球前，先读出小球所在位置的刻度，然后释放小球，并从数字记录仪上读出小球从光电门位置经过的速度，已知硬杆的长度，则：
（1）实验过程中，______（填“需要”或“不需要”）测量小球的质量，就能验证机械能守恒定律。
（2）若实验过程中，获得了一系列的实验数据，如下表所示，
小明同学在右侧坐标纸中选取合适的标度，并做出了图像，请你猜想图像是否为正比例图线______（填“是”或者“否”），根据图像可知表格中写“空白1”位置的数据应该是______，“空白2”位置的数据应该是______。（均保留3位有效数字）
（3）假如小明同学在上述实验过程中，得到的实验图像是一条斜率为k的直线，那么当地的重力加速度为______（用k来表示）。
【答案】（1）不需要 （2）否 0.588 3.00 （3）
【解析】
【小问1解析】
要验证机械能守恒定律，由题意得
可以约去质量，故不需要测量小球质量。
【小问2解析】
由，可知
所以图像不是正比例图线。
根据表格中数据，做出图像，如图
根据图像可知表格中写“空白1”位置的数据应该是0.588，“空白2”位置的数据应该是3.00。
【小问3解析】
由，图像是一条斜率为k的直线，则
解得当地的重力加速度为
12. 小英同学在探究向心力大小的表达式实验时：用如图甲所示的装置，已知小球在挡板A、B、C处做圆周运动的轨迹半径之比为1：2：1，变速塔轮自上而下按如图乙所示三种组合方式，左右每层半径之比由上至下分别为1：1、2：1和3：1。回答以下问题：
（1）本实验所采用的实验探究方法与下列哪个实验是相同的__________（填“A”或“B”）。
A. 探究两个互成角度的力的合成规律
B. 探究影响导体电阻的因素
（2）小英同学把质量为的两个小球分别放在B、C位置做实验，若两小球做圆周运动的角速度相等，转动稳定时根据左右两边标尺上的等分格显示可知两个小球所受向心力大小比为8：1，则________。
（3）小英同学在某次实验时，把质量相等的两小球分别放在A、C位置，根据左右两边标尺上的等分格显示可知两个小球所受向心力大小比为1：4，则与皮带连接的两个变速塔轮的半径之比为__________。
【答案】（1）B （2）4：1 （3）2：1
【解析】
【小问1解析】
A．“探究两个互成角度的力的合成规律”应用的是等效替代的设计思路，A错误；
B．“探究电阻的影响因素”应用的是控制变量的设计思路，符合题意，B正确；
故选B。
【小问2解析】
由向心力的公式可知
解得
【小问3解析】
由题可知，、两出的角速度之比
由于传动装置边缘的线速度相等，故有
解得
即变速塔轮的半径之比为
三、解答题
13. 如图所示，悬挂于竖直弹簧下端的小球质量为m，运动速度的大小为v，方向向下。经过时间t，小球的速度大小为v，方向变为向上。忽略空气阻力，重力加速度为g，求该运动过程中：
（1）小球所受合外力所做的功；
（2）小球所受弹簧弹力冲量的大小。
【答案】（1）0；（2）
【解析】（1）以小球为研究对象，根据动能定理
（2）取向上为正方向，根据动量定理
解得
14. 如图所示，一个质量为，带电量为的微粒，从点以大小为的初速度竖直向上射入水平方向的匀强电场中，微粒通过最高点时的速度大小为方向水平向右，求：
（1）该匀强电场的场强大小；
（2）该微粒从点到点过程中速率的最小值。
【答案】（1）；（2）
【解析】（1）沿竖直方向和方向建立直角坐标，带电微粒受到重力及电场力作用，两力分别沿竖直方向和水平方向，将物体的运动分解为竖直方向和水平方向的两个分运动
在竖直方向物体做匀减速运动，加速度为
水平方向物体做匀加速运动，初速度为0，加速度为
点是最高点，竖直分速度为0，有
水平方向有
联立两式得
（2）设重力与电场力合力为，其与水平方向的夹角为，则
开始一段时间内，与速度方向夹角大于90°，合力做负功，动能减小，后来与速度夹角小于90°，合力做正功，动能增加，因此，当与速度的方向垂直时，小球的动能最小，速度也最小，设为。即
，，
联立以上三式得
，，
所以最小速度为
15. 如图所示，半径为R的光滑圆弧槽静止在足够长的光滑水平面上，圆弧底端与水平面相切，其最低点的右侧相距为R处有厚度不计、上表面粗糙程度处处相同的薄木板，薄木板的最左端放置一小滑块，薄木板右端固定一竖直挡板，挡板左侧连有一轻质弹簧。现将一小球从圆弧槽最高点正上方的一定高度处由静止释放，小球落入圆弧槽后从圆弧槽最低点滑离；然后以大小为的速度与小滑块发生对心弹性碰撞，碰撞时间极短；随后小滑块相对薄木板向右滑动，压缩弹簧后反弹，且恰好能回到薄木板的最左端而不滑落。已知小球和圆弧槽的质量均为m，小滑块的质量为2m，薄木板以及固定挡板的总质量为4m，小球和小滑块均可视为质点，重力加速度为g，不计空气阻力。求：
（1）小球开始下落时距离水平地面的高度h；
（2）小球与滑块碰撞的瞬间，小球与圆弧槽底端的距离x；
（3）弹簧的最大弹性势能。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】（1）设小球滑离圆弧槽时，圆弧槽的反冲速度大小为，方向水平向左由动量守恒定得
解得
从小球开始下落至球、槽第一次分离过程，系统机械能守恒。由机械能守恒定律得
解得
（2）设小球从开始下落至刚好滑离圆弧槽，相对地面向右滑过，圆弧槽反冲相对地面后退，由平均动量守恒可得
解得
小球要继续向右滑过，历时，则
圆弧槽在时间内向左继续滑行的距离为
小球与滑块碰撞的瞬间，小球与圆弧槽底端的距离
（3）规定向右为正方向，小球与滑块发生弹性碰撞，动量守恒，机械能守恒
解得
方向向左
方向向右。滑块与薄木板共速时弹簧的弹性势能最大，由动量守恒定律得
解得
因滑块恰好回到薄木板的最左端，故薄木板与滑块间一定有摩擦，且相对薄木板向右运动和返回向左运动的摩擦生热相同，设为，则
滑块恰好回到薄木板的最左端时仍共速，速度仍为，故
解得
1.372
1.176
0980
0.784
空白1
0.392
h（cm）
1.00
2.00
空白2
4.00
5.00
6.00