2024-2025学年上海市曹杨二中高一（下）期末物理试卷（含解析）

这是一份2024-2025学年上海市曹杨二中高一（下）期末物理试卷（含解析），共12页。试卷主要包含了答卷前，考生务必将姓名等内容，欢迎下载使用。
1、答卷前，考生务必将姓名、班级、学号等在指定位置填写清楚。
2、本试卷共有18道试题，满分100分，考试时间60分钟。请考生用黑色水笔或钢笔将答案直接写在答题卷上.
3、本试卷标注“多选”的问题，每小题应选2个或3个选项，选对但不全得部分分，错选、不选不得分；未特别标注的选择类问题，每小题只能选1个选项。
4、本试卷标注“计算”的问题，须给出必要的图示、文字说明、公式、演算等.
5、除特别说明外，本卷所用重力加速度大小g 取9.8m/s .
1.火星探测
我国发射的“天问一号”火星探测器实现了中国在深空探测领域的技术跨越而进入世界先进行列。“天问一号”的名称源于屈原长诗《天问》，寓意探求科学真理征途漫漫，追求科技创新永无止境。已知火星质量约为地球质量的10%，半径约为地球半径的50%。
(1)从地球上发射火星探测器，发射速度需大于地球的______。
A.第一宇宙速度
B.第二宇宙速度
C.第三宇宙速度
(2)“祝融”号火星车在地球表面与在火星表面受到的引力的比值约为______。
A.0.2
B.0.4
C.2.0
D.2.5
(3)已知火星半径为R，探测器环绕火星表面飞行的速率为v，引力常量为G，火星自转的周期为T，则火星的质量为______，火星表面的重力加速度为______，火星同步卫星轨道的半径为______。
2.滑动变阻器
滑动变阻器是能改变接入电路中电阻大小的元件，在电路中有着非常重要的应用。
(1)滑动变阻器接入电路中的电阻改变的原因是：接入电路中金属丝的______(选填：A.材料、B.长度、C.横截面积、D.温度)发生了变化。
(2)为了测量滑动变阻器上金属丝的电阻率，小安用一个已损坏的滑动变阻器进行实验。他截取了滑动变阻器上一段长为L=35.27cm、横截面直径为d=1.156mm的金属丝，测量该金属丝电阻的实验电路图如图1所示。
①在图2中用笔线代替导线，将实物图补充完整。
②通过电流表电流的方向为______(选填：A.M指向N、B.N指向M)
③(计算)若测得金属丝的电阻为R=0.58Ω，求该电阻丝的电阻率ρ(结果保留3位有效数字)。
(3)如图所示电路中，定值电阻R1=1Ω，滑动变阻器连入电路的阻值R2=4Ω，电源内阻r=1Ω，此时滑动变阻器R2两端电压U2=4V。由此可得，电源电动势E= ______= ______V。
(4)如图所示电路中，移动滑动变阻器可得到如图所示的U−I图像，其中U为路端电压，I为通过电源的电流。通过图像可知，电源的电动势E= ______V，电源的内阻r= ______Ω，短路电流为IS= ______A。
3.自行车
近年来，共享单车和电动自行车已成为了人们出行必不可少的交通工具。
(1)某共享单车的传动结构如图甲所示，其中Ⅰ是半径r1=10cm的牙盘(大齿轮)，Ⅱ是半径r2=4cm的飞轮(小齿轮)，Ⅲ是半径r3=36cm的后轮。小理匀速蹬脚踏板，使其每分钟转30圈，则脚踏板的转速为______r/s，牙盘转动的角速度为______rad/s，自行车匀速前进的速度为______m/s(均保留3位有效数字)。
(2)小理骑电动自行车在水平路面行驶，其轨迹如图乙所示，电动车的车速表一直显示15km/ℎ，则______。
A.自行车的速度一直保持不变
B.自行车在沿圆弧弯道BCD运动过程中，加速度保持不变
C.自行车绕跑道一周的平均速度等于零
D.自行车在沿圆弧弯道BCD运动时车身保持竖直
(3)(计算)小安骑着电动自行车从静止开始沿倾角为θ=10°的斜坡向上骑行。小安和电动自行车的总质量为m=120kg，电动车的额定功率为P=2500W，在行驶过程中车始终受到与行驶方向相反的阻力，且该阻力恒为电动自行车对地面压力的0.05倍。若加速过程中电动车始终以额定功率运行，取sin10°=0.174，cs10°=0.985，求：(结果均保留3位有效数字)
①当车速为v=5m/s时，电动车的加速度大小a；
②电动车的最大速度vm。
4.电容器
电容器作为储能器件，在生产生活中有广泛的应用。我们常用图示的电路给平行板电容器充电和放电。
(1)某小组同学通过实验研究电容器充放电的规律。
①若通过图中电流表的电流方向向左，则此时单刀双掷开关S应置于接线柱______(选填：A.1、B.2)，电容器处于______(选填：A.充电、B.放电)过程中。
②(多选)用电压传感器和电流传感器分别代替图中的电压表与电流表，采集所测电路的电压、电流信号，则放电过程中，正确的图像有______。
(2)圆柱形电容器由两个金属圆柱面构成，其截面如图所示实线表示电场线。在该电容器中，有一带电粒子从M点运动到N点，虚线表示其的轨迹。
①内金属壳带______电(选填：A.正、B.负)；
②带电粒子从M点运动到N点的过程中，电势______(选填：A.升高、B.降低)，电势能______(选填：A.增大、B.减小)。
③某电子仅受电场力，在该电容器中做匀速圆周运动，已知该电容器中电场强度满足E=E0r，其中r为该点到圆心的距离，已知元电荷为e，电子质量为m，则该电子做圆周运动的速度大小为______。
(3)平行板电容器的两个极板接在电压为40V的恒定电源上，两极板间距为4cm，电容器两极板的电荷量为分别为4×10−8C和−4×10−8C，则该电容器的电容为______F。
(4)(计算)如图所示，平行板电容器的两个极板M、N长均为L，极板间距离为d、一个质量为m、电荷量为q的带电粒子从M的左端沿板方向以速度v0射入极板间，粒子恰好从N板的右端射出。不计粒子的重力和空气阻力。求M、N间的电压U。
5.无人机
无人机因机动性能好，生存能力强，无人员伤亡风险等优点，被广泛应用在生产生活中。
(1)一质量为m=2.0kg的无人机对一轿车进行拍摄。如图所示，无人机以车中心所在的竖直线为轴线，在地面上方的水平面内做半径为R=4.0m、角速度为ω=1.5rad/s的匀速圆周运动。
①空气对无人机的作用力方向为______。
A.竖直向上
B.斜向上
C.水平方向
②空气对无人机的作用力大小为______N(结果保留3位有效数字)。
(2)某同学利用无人机玩投球游戏。无人机在距地高为H水平面内匀速直线运动，释放可视为质点的小球，小球飞行过程中不计空气阻力，已知重力加速度为g。
①小球在空中飞行过程中，小球加速度方向为______。
②若小球到达水平地面时，速度方向与水平方向间的夹角为θ，则无人机匀速飞行时的速度大小为______。
(3)一质量为m的无人机从地面静止开始竖直向上飞行，该过程中加速度a随上升高度ℎ的变化关系如图所示(图中g为重力加速度)。无人机飞至高为2ℎ0处时，空气对其作用力大小为______；无人机飞至3ℎ0处时的速度为______。
6.计算题
如图所示，水平绝缘轨道AC，其AB段光滑，BC段粗糙且长L=0.75m，CDF为半径R=0.4m的光滑半圆轨道，竖直线BG右侧存在水平向右，场强为E=150N/C的匀强电场质量m=0.5kg、电量q=0.02C可视为质点的带电滑块P与固定于墙边的轻弹簧接触但不连接。从原长B点向左压缩弹簧，当弹性势能Ep=0.25J时，由静止释放滑块。已知滑块与BC间的动摩擦因数μ=0.4，取重力加速度g=10m/s2。求：
(1)滑块在B点的速度大小vB；
(2)滑块在BC段运动的时间t；
(3)滑块在半圆轨道最右端D点时对轨道的压力大小F。
答案解析
1.【答案】B； D； Rv2G，v2R，3Rv2T24π2
【解析】(1)从地球上发射火星探测器，需要飞行较远距离从而被火星捕获，则发射速度需大于地球的第二宇宙速度，故B正确，AC错误。
故选：B。
(2)根据F=GMmR2，而火星质量约为地球质量的10%，半径约为地球半径的50%。“祝融”号火星车在地球表面与在火星表面受到的引力的比值F地F火=GM地mR地2×R火2GM火m=M地R火2M火R地2，代入数据解得F地F火≈2.5，故D正确，ABC错误。
故选：D。
(3)已知火星半径为R，探测器环绕火星表面飞行的速率为v，引力常量为G，火星自转的周期为T，根据GMmR2=mv2R=mg，得则火星的质量M=Rv2G，火星表面的重力加速度g=v2R，又由GMmr2=mr4π2T2，得火星同步卫星轨道的半径r=3Rv2T24π2。
故答案为：(1)B；(2)D；(3)Rv2G，v2R，3Rv2T24π2。
(1)根据宇宙速度知识进行分析解答；
(2)根据万有引力公式列式解答；
(3)根据牛顿第二定律、黄金代换式和万有引力定律的应用进行分析解答。
考查牛顿第二定律和万有引力定律的应用，会根据题意进行准确分析解答。
2.【答案】B； 图见解析；B；该电阻丝的电阻率为1.72×10−6Ω⋅m； U2+U2R2(R1+r)；6； 6.0；2.0；3.0
【解析】(1)滑动变阻器接入电路中的电阻改变的原因是：接入电路中金属丝的长度发生了变化，故选：B。
(2)①如图所示
②通过电流表电流的方向为N指向M，故选：B。
③根据电阻定律有R=ρLπ(d2)2
代入数据解得ρ=1.72×10−6Ω⋅m
(3)根据闭合电路欧姆定律有E=U2+U2R2(R1+r)
代入数据解得E=6V
(4)根据闭合电路欧姆定律有U=E−Ir
则图像的斜率代表电动势E=6.0V
图像的斜率|k|=r=6.0−5.00.5Ω=2.0Ω
短路电流为IS=Er=
故答案为：(1)B；(2)图见解析；B；该电阻丝的电阻率为1.72×10−6Ω⋅m；(3)U2+U2R2(R1+r)；6；(4)6.0；2.0；3.0
(1)根据滑动变阻器的工作原理分析；
(2)根据电路图连接实物图，根据电阻定律计算电阻率；
(3)(4)根据闭合电路欧姆定律分析解答。
本题考查测量电源电动势与内阻的实验，解题关键掌握实验原理，注意电阻定律的运用。
3.【答案】0.500；31.4；2.83； C； ①当车速为v=5m/s时，电动车的加速度大小为1.93m/s2；②电动车的最大速度为9.33m/s
【解析】(1)脚踏板每分钟转30圈，则脚踏板的转速为：n=3060r/s=0.500r/s；
牙盘转动的角速度为：ω=2πn=2×3.14×0.5rad/s=3.14rad/s；
飞轮边缘的线速度与牙盘边缘的线速度大小相等，即v2=ωr1=3.14×0.1m/s=0.314m/s
后轮的角速度与飞轮的角速度相等，则后轮边缘各点的线速度大小为：v3=v2r2r3
解得：v3=2.83m/s，即自行车匀速运动的速度大小为2.83m/s。
(2)A、在经过弯道时，电动车的速度方向在改变，所以速度在变化，故A错误；
B、电动车沿弯道BCD运动的时，加速度方向指向圆心，大小不变、方向变化，所以加速度变化，故B错误；
C、电动车绕跑道一圈，位移为零，则平均速度为零，故C正确；
D、自行车在沿圆弧弯道BCD运动时车身应向内倾斜，故D错误。
故选：C。
(3)①当车速为v=5m/s时，牵引力大小为：F=Pv=25005N=500N
根据牛顿第二定律可得：F−mgsinθ−kmgcsθ=ma，其中：k=0.05
解得：a≈1.93m/s2；
②根据功率计算公式可得：P=F牵vm=(mgsinθ−kmgcsθ)vm
解得：vm≈9.33m/s。
故答案为：(1)0.500；31.4；2.83；(2)C；(3)①当车速为v=5m/s时，电动车的加速度大小为1.93m/s2；②电动车的最大速度为9.33m/s。
(1)转速是单位时间做圆周运动转过的圈数，由此解答；根据角速度计算公式求解角速度大小；根据线速度和角速度的大小关系进行解答；
(2)物体做曲线运动时，速度的方向在改变，加速度也在变化；根据位移和时间求出电动车的平均速度；根据离心运动情况进行分析；
(3)①当车速为v=5m/s时，求出牵引力大小，根据牛顿第二定律求解电动车的加速度大小a；
②根据功率与速度的关系求解电动车的最大速度vm。
本题主要考查了曲线运动、机车启动等问题。注意齿轮传动时，轮边缘上的线速度大小相等，同轴转动两轮的角速度相同。掌握机车启动的两种方式。
4.【答案】B；B；BD； A；B；A； eE0m； 1×10−9； M、N间的电压为2md2v02qL2
【解析】(1)①电流表的电流方向向左，则电容充当电源，单刀双掷开关S应置于接线柱2，电容处于放电状态；
②AB、电容器放电过程中，一开始电容器两极板间电压大，电荷多，放电快，随着两极板间电压减小，放电变慢，故A错误，B正确；
CD、电容器充电时，随着电荷的增加，所以电流逐渐减小且电流减小得越来越慢，电流为零，故C错误，D正确。
故选：BD。
(2)①根据电场线分布可知，金属壳内带正电；
②沿着电场线方向，电势逐渐降低，则从M点运动到N点的过程中，电势降低，粒子受电场力指向轨迹凹侧，与电场方向相反，则粒子带负电，根据Ep=qφ可知，电势能增大；
③根据牛顿第二定律有eE=mv2r
解得v= eE0m
(3)根据电容器的定义式有C=QU
解得C=1×10−9F
(4)粒子在极板间做类平抛运动，水平方向做匀速直线运动，则有L=v0t
设两极板间的场强为E，粒子的加速度为a，则E=Ud
由牛顿第二定律有qE=ma
在垂直于极板方向上则有d=12at2
代入数据可得U=2md2v02qL2
故答案为：(1)B；B；BD；(2)A；B；A； eE0m；(3)1×10−9；(4)M、N间的电压为2md2v02qL2
(1)根据电容的充、放电特点分析；
(2)根据电场线与电势的关系结合电势能公式解答；
(3)根据电容的定义式解答；
(4)由粒子在水平方向做匀速直线运动可得运动时间；在竖直方向由牛顿第二定律和运动学公式可得M、N间电压。
本题考查了电容器的理解、带电粒子在偏转电场中的运动，解题的关键是知道带电粒子在电场中做类平抛运动，水平方向做匀速直线运动，竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动。
5.【答案】①B；②26.9 ①C；② 2gHtanθ 2mg； 5gℎ0
【解析】(1)①对无人机进行受力分析，受重力，空气作用力，重力与空气阻力竖直方向分离等大反向，空气阻力水平分力提供向心力，故空气对无人机的作用力方向为斜向上。故B正确，AC错误；
故选：B。
②因为无人机在水平面内做匀速圆周运动，由牛顿第二定律有F合=mRω2 =2×1.52×4N=18N，其中F合2=F2−(mg)2，联立解得F= F合2+m2g2= 182+202N=26.9N，空气对无人机的作用力大小为26.9N。
(2)①小球在空中飞行过程中，水平方向上有初速度，竖直方向上只受重力作用，故小球做平抛运动，加速度为重力加速度。故C正确，ABD错误；
故选：C。
②小球做平抛运动，在竖直方向上做自由落体运动，有vy2=2gH，又因为tanθ=vyvx，解得vx= 2gHtanθ；
(3)飞机至2ℎ0高处，根据牛顿第二定律可得F−mg=mg，解得F=2mg；
无人机飞至3ℎ0处，根据动能定理可得mg⋅2ℎ0+3ℎ02=12mv2，解得v= 5gℎ0。
故答案为：2mg； 5gℎ0。
故答案为：(1)①B；②26.9。(2)①C；② 2gHtanθ。(3)2mg； 5gℎ0。
(1)对无人机受力分析，根据匀速圆周运动受力特点分析空气对无人机的作用力方向；根据牛顿第二定律和力的合成与分解求解空气对无人机的作用力大小；
(2)根据平抛运动受力特点分析就爱速度方向；平抛运动竖直方向做自由落体运动，根据自由落体运动规律求得竖直方向速度，再根据运动的合成与分解求得无人机匀速飞行时的速度大小；
(3)根据牛顿第二定律结合图像求解空气对飞机作用力大小，由动能定理结合图像列式求解无人机飞至3ℎ0处时的速度。
本题主要考查牛顿第二定律、动能定理、匀速圆周运动和平抛运动规律的应用，理解指向圆心的合力提供向心力、平抛运动水平和竖直方向运动特点是解题关键。
6.【答案】滑块在B点的速度大小为1m/s；
滑块在BC段运动的时间为0.5s；
滑块在半圆轨道最右端D点时对轨道的压力大小为4N
【解析】(1)在A到B过程，弹簧的弹性势能全部转化为滑块的动能，根据能量守恒定律EP=12mvB2
代入数值可知，则vB= 2EPm= 2×
(2)在BC段，N=mg，滑块受到摩擦力f=μN=0.4×0.5×10N=2N
电场力为qE=0.2×15N=3N
根据牛顿第二定律qE−f=ma，则加速度为a=qE−μmgm=3−20.5=2m/s2
再根据运动学公式x=v0t+12at2
则0.75=1t+12×2t2，可得t=0.5s或t=−3s，根据实际情况舍去t=−3s。
(3)设滑块到达C点的速度vC，根据vC2−vB2=2aL，vC=2m/s
从C到D，根据动能定理qER−mgR=12mvD2−12mvC2
代入数值解得：vD2=0.8m2/s2
在D点FN−qE=mvD2R
代入数得解得：FN=4N
根据牛顿第三定律，滑块对轨道的压力大小为4N。
答：(1)滑块在B点的速度大小为1m/s；
(2)滑块在BC段运动的时间为0.5s；
(3)滑块在半圆轨道最右端D点时对轨道的压力大小为4N。
(1)根据能量守恒定律求滑块在B点的速度大小vB；
(2)根据牛顿第二定律结合运动学公式求滑块在BC段运动的时间t；
(3)根据动能定理结合牛顿第二定律求滑块在半圆轨道最右端D点时对轨道的压力大小F。
本题主要考查了带电粒子在电场中的运动，综合考查了动能定理、圆周运动和等效重力场等考点，综合性强，难度较大。