山东省德州市2024-2025学年高一下学期期末物理试题（解析版）

这是一份山东省德州市2024-2025学年高一下学期期末物理试题（解析版），共21页。
1．答题前，考生先将自己的姓名、考生号、座号填写在相应位置，认真核对条形码上的姓名、考生号和座号，并将条形码粘贴在指定位置上。
2．选择题答案必须使用2B铅笔正确填涂；非选择题答案必须使用0.5毫米黑色签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。
3．请按照题号在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。保持卡面清洁，不折叠、不破损。
一、单项选择题∶本题共8小题，每小题3分，共24分。每小题只有一个选项符合题目要求。
1. 关于静电的应用和防止，下列说法不正确的是（ ）
A. 为了美观，通常把避雷针顶端设计成球形
B. 静电平衡时导体内部电场强度为零
C. 在地毯中夹杂不锈钢丝导电纤维，是为了防止静电危害
D. 飞机轮胎用导电橡胶制成，是为了在着陆时使机身积累的电荷流入大地
【答案】A
【解析】A．避雷针利用尖端放电效应，顶端应设计成尖锐形状而非球形，故A错误；
B．静电平衡时导体内部场强为零是基本性质，故B正确；
C．地毯中加入导电纤维可导走静电，防止积累，故C正确；
D．导电橡胶轮胎能将机身电荷导入大地，避免静电危害，故D正确。
本题选错误的，故选A。
2. 齿轮是玩具内部常见的传动装置，某玩具内的齿轮如图所示排列，图中四个齿轮自左向右的编号依次为1、2、3、4，它们的半径之比为2∶4∶2∶3，其中齿轮1是主动轮，沿顺时针方向匀速转动，下列说法正确的是（ ）
A. 齿轮3沿逆时针方向转动
B. 齿轮1边缘与齿轮2边缘的角速度大小之比为1∶1
C. 齿轮2边缘的向心加速度与齿轮3边缘的向心加速度大小之比为1∶2
D. 齿轮3的转动周期与齿轮4的转动周期之比为3∶2
【答案】C
【解析】A．当齿轮1沿顺时针方向匀速转动时，齿轮2沿逆时针方向转动，齿轮3沿顺时针方向转动，故A错误；
B．齿轮1边缘与齿轮2边缘的线速度大小相等，则有
可知，故B错误；
C．齿轮2边缘与齿轮3边缘的线速度大小相等，根据向心加速度
则，故C正确；
D．齿轮3边缘与齿轮4边缘的线速度大小相等，根据
则，故D错误。
故选C。
3. 电容器是一种用途广泛的电学元件。如图甲所示，计算机键盘为电容式传感器，其简化图如图乙所示，每个按键下面由相互平行间距为的活动金属片和固定金属片组成，两金属片间有空气间隙，两金属片组成一个平行板电容器，其内部电路示意图如图丙所示。现轻按按键A，两金属片的间距减小为，则下列说法正确的是（ ）
A. 电容器的电容变为原来的3倍
B. 电容器的电量变为原来的倍
C. 按键的过程中，图丙中电流方向从a流向b
D. 两金属片间的电场强度大小变为原来的3倍
【答案】B
【解析】A．根据
可知两板间距变为，则电容器的电容变为原来的倍，选项A错误；
B．根据Q=CU可知两极板间电压不变，则电容器的电量变为原来的倍，选项B正确；
C．按键的过程中，图丙中电容器充电，则电流方向从b流向a，选项C错误；
D．根据
两金属片间的电压不变，两板间距变为原来的，可知电场强度大小变为原来的倍，选项D错误。
故选B。
4. 细胞电转染是生物实验室中常用的基因操纵手段，其原理简化如图所示，两带电的平行金属板间，由于细胞的存在形成如图所示的电场。其中实线为电场线，关于y轴对称分布。虚线为带电的外源DNA分子进入细胞膜的轨迹，M、N为轨迹上的两点，P点与N点关于y轴对称，下列说法正确的是（ ）
A. N、P两点的电场强度相同
B. DNA分子带正电
C. DNA分子在M点的加速度比在N点大
D. DNA分子在M点的电势能比在N点大
【答案】D
【解析】A．N、P两点的电场强度方向沿该点处电场线的切线方向，方向不相同，故A错误；
B．由DNA分子的运动轨迹可知DNA分子受到指向曲线凹侧的电场力，且电场力方向与电场线方向相反，所以DNA分子带负电，故B错误；
C．由电场线疏密表示电场强度的大小可知，N点的电场强度大于M点的电场强度，由牛顿第二定律可知DNA分子在M点的加速度比在N点小，故C错误；
D．DNA分子由M点到N点过程中，根据轨迹可知，电场力做正功，电势能减小，所以DNA分子在M点的电势能比在N点大，故D正确。
故选D。
5. 如图所示，宇宙中有一双星系统，由质量分别为和的A、B两颗星体组成，这两颗星绕它们连线上的某一点在二者万有引力作用下做匀速圆周运动。若A、B两颗星的距离为L，引力常量为G，不计其他星球的影响，则下列说法正确的是（ ）
A. 因为OA＞OB，所以
B. 两颗星做圆周运动的周期为
C. 双星做圆周运动的速率之和
D. 若星体A不断吸附宇宙中的尘埃而使得质量缓慢增大，星体B的质量与双星距离L均不变，则星体A的轨道半径将缓慢增大
【答案】B
【解析】A．双星系统周期、角速度相同，设A、B两颗星体的轨道半径分别为、，双星之间的万有引力提供向心力，则有，
两式联立得
因为，即
所以有，故A错误；
B．因为
且，，
联立解得两颗星做圆周运动的周期为，故B正确；
C．因为
又因为
联立，解得，故C错误；
D．因为
可知若星体A由于不断吸附宇宙中的尘埃而使得质量缓慢增大，其他量不变，则星体A的轨道半径将缓慢减小，故D错误。
故选B。
6. 某平行于轴的静电场，其电势随的分布可简化为如图所示的曲线。一质量为、带电荷量为的粒子（不计重力），以初速度从点进入电场，沿轴正方向运动，能够到达。下列叙述正确的是（ ）
A. 带电粒子从向右运动到运动的过程中先做匀加速直线运动再做匀减速直线运动
B. 带电粒子的最小初速度为
C. 带电粒子从到的过程中，在时的速度最大，若，则最大速度为
D. 带电粒子从到的过程中，动能先减小再增大
【答案】C
【解析】A．因沿电场线电势降低，可知从向右运动到的过程中电场线沿x轴正向，则电场力一直沿x轴正向，则粒子做匀加速直线运动，选项A错误；
B．带电粒子若恰能到达x1位置初速度最小，则由动能定理
解得最小初速度为，选项B错误；
C．带电粒子从到的过程中，在时的电势能最小，则动能最大，即速度最大，若，则由动能定理
解得最大速度为，选项C正确；
D．带电粒子从到的过程中，电场力先做负功（0~x1），再做正功（x1~x3），再做负功（x3~x4），可知动能先减小再增大，再减小，选项D错误。
故选C。
7. “反向蹦极”是一项比蹦极更刺激的运动。如图所示，弹性轻绳的上端与力传感器相连固定于点，拉长后将下端固定在体验者的身上，体验者被固定在地面上的扣环锁定，传感器示数为1800N。打开扣环，体验者从点开始像火箭一样被“竖直发射”，体验者上升到点时绳子恰好处于松弛状态，为体验者上升的最高点。体验者的质量为60kg，体验者可视为质点，不计空气阻力，重力加速度，下列说法正确的是（ ）
A. 打开扣环瞬间，体验者的加速度大小为
B. 在点，体验者的动能最大
C. 体验者从点到点的过程中，弹性绳对体验者做的功等于体验者增加的重力势能
D. 体验者从点到点的过程中，弹性绳对体验者做的功等于体验者机械能的增加量
【答案】D
【解析】A．打开扣环瞬间，对体验者，根据牛顿第二定律有
故A错误；
B．体验者动能最大时绳子弹力等于体验者重力，此时绳子处于拉伸状态，题意可知B点时绳子弹力为0，故B错误；
C．分析可知体验者与绳子构成的系统机械能守恒，体验者从A到B，根据机械能守恒，可知弹性绳做功等于体验者增加的重力势能与动能变化量之和，故C错误；
D．对体验者，除重力外其他力对体验者做功等于体验者机械能的变化量，从A到C，只有弹性绳弹力和重力做功，重力做功不改变机械能，所以弹性绳对体验者做的功等于体验者机械能的增加量，故D正确。
故选D。
8. 如图所示，是半径为的竖直光滑绝缘圆轨道的八等分点，连线竖直，轨道处于水平向右的匀强电场中。若从点静止释放一质量为、电量为的带电小球，小球沿圆弧经点恰好能到达点。当在点给带电小球一个水平向右的初速度（未知），小球恰好能沿轨道做完整的圆周运动。已知重力加速度为，则下列说法正确的是（ ）
A. 小球带负电，电场强度的大小为
B. 小球在点时的速度大小为
C. 小球在点时的速度大小为
D. 小球的初速度的大小为
【答案】C
【解析】A．从点静止释放一带电小球，小球沿圆弧经点恰好能到达点，可知平衡位置在B点，小球带正电，在B点时
可得，选项A错误；
CD．等效最高点在F点则
解得
从A点到F点由动能定理
解得，选项C正确，D错误；
B．从A点到E点由动能定理
解得，选项B错误。
故选C。
二、多项选择题∶本题共4小题，每小题4分，共16分。每小题有多个选项符合题目要求。全部选对得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。
9. 在如图所示的两种电场中，下列说法正确的是（ ）
A. 甲图∶与点电荷等距的a、b两点的电场强度和电势都相同
B. 甲图∶带电粒子沿虚线运动电场力不做功
C. 乙图∶带电粒子在两等量异种电荷连线的中垂线上移动时所受电场力相同
D. 乙图∶两等量异种电荷连线的中垂线上电势相同
【答案】BD
【解析】A．对于点电荷产生的电场，与其等距的a、b两点的电势相同，电场强度大小相同但方向不同，故A错误；
B．甲图中a、b两点在同一个等势面上，所以电场力不做功，故B正确；
C．两等量异种电荷连线的中垂线上，电场强度的方向相同，但是大小不同，所以移动带电粒子时受到的电场力不相同，故C错误；
D．两等量异种电荷连线的中垂线上电势相同且都为0，故D正确。
故选BD。
10. 我国是世界上首个飞往月球背面采集土壤并返回地球的国家，鹊桥卫星是探月活动中的“传话筒”，能够保证探测器和地面指挥系统的实时联系。图中的L点为地—月系统的一个拉格朗日点，在该点的物体能够保持和地球、月球相对位置不变，以和月球相同的角速度绕地球做匀速圆周运动。鹊桥一号围绕L点做圆周运动，同时与月球以相同的周期绕地球做圆周运动。已知地球质量为M，月球质量为m，地球球心与月球球心距离为d，万有引力常量为G，不考虑其它天体对该系统的影响，下列说法正确的是（ ）
A. 鹊桥一号卫星在地球上发射的速度大于地球的第二宇宙速度
B. 鹊桥一号卫星是地球和月球对其引力的合力提供其围绕L点做圆周运动的向心力
C. 月球绕地球做匀速圆周运动周期
D. L点距月球球心的距离x满足关系式
【答案】CD
【解析】A．鹊桥一号卫星没有脱离地球束缚，可知，鹊桥一号卫星在地球上发射的速度大于地球的第一宇宙速度，小于地球的第二宇宙速度，故A错误；
B．鹊桥一号卫星围绕L点做圆周运动，由地球和月球对其引力合力指向L点的分力提供其围绕L点做圆周运动的向心力，故B错误；
C．地球球心与月球球心距离为d，则有
解得，故C正确；
D．L点为地—月系统的一个拉格朗日点，在该点的物体能够保持和地球、月球相对位置不变，以和月球相同的角速度绕地球做匀速圆周运动，则有
其中
解得，故D正确。
故选CD。
11. 如图所示，一质量为m、电荷量大小为q的液滴，在水平向右的匀强电场中运动，运动轨迹在竖直平面内，A、B为其运动轨迹上的两个点。该液滴在A点的速度大小为，方向与竖直方向的夹角为；它运动到B点时速度大小仍为，方向与竖直方向的夹角为。，，重力加速度为g，下列说法正确的是（ ）
A. 液滴带正电，电场强度大小为
B. A点到B点水平距离为
C. 从A点到B点电势能减少
D. 从A点到B点过程重力势能增加，电势能减少，机械能不变
【答案】ABC
【解析】A．将液滴的运动分解，水平方向，
做匀加速直线运动，所以电场力方向与场强方向相同，故液滴带正电。
竖直方向，
水平方向上根据动量定理得
竖直方向上根据动量定理得
联立两式解得
所以，故A正确；
B．水平方向上由
得，故B正确；
C．由A到B 电场力做功
所以电势能减少，故C正确；
D．从A点到B点过程重力势能增加，电势能减少，因电场力做正功，机械能增加，故D错误。
故选ABC。
12. 人们常用“打夯”的方式把松散的地面夯实。如图所示，“打夯”可以简化为如下过程，两人同时通过绳子对质量为的重物分别施加大小均为（为重力加速度的大小）、方向都与竖直方向成的力，重物离开地面高度后，两人停止施力，最后重物自由下落砸入地面的深度为。，不计空气阻力，下列说法正确的是（ ）
A. 重物上升的时间一定大于接触地面前的下落时间
B. 重物克服地面阻力做的功等于
C. 重物上升的最大高度为
D. 地面对重物平均阻力大小为
【答案】AC
【解析】A．重物上升的加速度
可知重物上升的加速度小于下落的加速度，则重物上升的时间一定大于接触地面前的下落时间，选项A正确；
B．由能量关系可知
即重物克服地面阻力做的功等于，选项B错误；
C．由能量关系可知
解得重物上升的最大高度为，选项C正确；
D．由能量关系可知
解得地面对重物平均阻力大小为，选项D错误。
故选AC。
三、非选择题：本题共6小题，共60分。
13. 某研究小组用如图所示装置探究等量同种电荷间库仑力与距离的关系。器材有：专用支架、相同的导体小球和、刻度尺、丝线、米尺、天平、绝缘底座。
（1）下列实验中与本实验采用相同实验方法的是__________。
A. 探究两个互成角度的力的合成规律
B. 探究加速度与力、质量的关系
C. 探究平抛运动的特点
（2）实验中A、B两球带等量同种电荷，用天平测量小球的质量m，悬挂点到小球球心的距离l，将小球B固定在绝缘底座上，A球用丝线悬挂在支架上。某次实验中小球A静止位置和B固定位置如图所示，则A、B小球之间的距离r=______cm。
（3）缓慢移动绝缘底座，得到五组F、r数据，根据库仑定律，拟合的库仑力F与距离r的关系图像可能正确的是______。
A. B. C.
【答案】（1）B （2）2.00 （3）C
【解析】
【小问1解析】
本实验采用的方法是控制变量法，则与本实验采用相同实验方法的是探究加速度与力、质量的关系。故选B。
【小问2解析】
A、B小球之间的距离r=3.40cm-1.40cm=2.00cm
【小问3解析】
根据
则是过原点倾斜的直线。
故选C。
14. 某实验小组用如图所示的装置来验证机械能守恒定律。绕过定滑轮的轻质细线的两端分别悬挂质量均为m的重物A、B且处于静止状态，A与纸带连接，纸带通过固定的打点计时器（电源频率为50Hz），在B的下端再挂质量为m0的重物C。由静止释放重物C，利用打点计时器打出的纸带可研究系统（由重物A、B、C组成）的机械能守恒，重力加速度大小为g，回答下列问题：
（1）实验中，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乙所示。O为第一个点，D、E、F为从合适位置开始选取的三个连续点（其他点未画出），已知打点计时器每隔0.02s打一个点。打点计时器打下计数点E时，重物的速度vE=______m/s。（结果保留3位有效数字）
（2）此实验存在系统误差，由于摩擦和空气阻力的影响，系统总动能的增加量略______总重力势能的减少量（填“小于”或“大于”）；适当______重物A、B、C的质量，可减小本实验的相对误差。（填“增大”或“减少”）
（3）对选取的纸带，若第1个点对应的速度为0，重物A上升的高度为h，通过计算得到三个重物的速度大小为v，然后描绘出v2-h（h为横坐标）关系图像，若系统机械能守恒成立，且m0=，则倾斜直线的斜率k=______。
【答案】（1）1.93 （2）小于 增大 （3）
【解析】
【小问1解析】
打点计时器打下计数点E时，重物的速度
【小问2解析】
此实验存在系统误差，由于摩擦和空气阻力的影响，系统总动能的增加量略小于总重力势能的减少量；适当增大重物A、B、C的质量，可减小本实验的相对误差。
【小问3解析】
若机械能守恒则
即，
则斜率
15. 静电喷涂是使雾化了的带电油漆微粒在静电场的作用下，定向喷向金属工件，并吸附在工件表面的一种技术，其可简化成如图所示的模型。在一半径为的金属圆板P下方平行于P放置一待涂工件，两者间距为。在P和工件间施加恒定电压后两者间形成的匀强电场如图所示。P中央有一小孔，小孔处放置一静电油漆喷枪，喷枪嘴可向各个方向均匀地喷出速度大小均为的带电油漆微粒。若油漆微粒的质量均为、带电量均为，忽略油漆微粒所受重力、空气阻力和带电微粒之间的相互作用力，不计小孔和边缘效应对电场的影响。求：
（1）油漆微粒在电场中的加速度大小；
（2）油漆微粒到达待涂工件时的速度大小；
（3）油漆微粒到达待涂工件的最短时间。
【答案】（1） （2） （3）
【解析】
【小问1解析】
根据牛顿第二定律
其中
解得
【小问2解析】
根据动能定理
得
【小问3解析】
当带电微粒初速度沿垂直于金属圆板方向时，到达待涂工件时间最短，则
解得
16. 如图所示，火星探测器从地球发射后，经过一段时间到达火星轨道，其转移轨道是一个与地球公转轨道外切、与火星公转轨道内切的半椭圆。假定火星轨道与地球轨道共面，地球公转轨道半径为，火星公转轨道半径为，地球公转周期为，引力常量为。求：
（1）太阳的质量；
（2）火星绕太阳公转线速度的大小；
（3）火星探测器从地球运动到火星所需要的时间。
【答案】（1） （2） （3）
【解析】
【小问1解析】
地球围绕太阳做匀速圆周运动
得太阳质量
小问2解析】
火星围绕太阳做匀速圆周运动
得
【小问3解析】
探测器从地球到火星的轨道近似看成围绕太阳运动的椭圆轨道，根据开普勒第三定律
得
火星探测器从地球运动到火星所需要的时间
17. 在如图甲所示的平面坐标系内，有三个不同的静电场：第一象限内有固定在点处的点电荷产生的电场（大小未知），该点电荷的电荷量为，且只考虑该点电荷在第一象限内产生的电场；第二象限内有水平向右的匀强电场（大小未知）；第四象限内有大小为，方向按图乙周期性变化的电场，以水平向右为正方向，变化周期。一质量为，电荷量为的离子从点由静止释放，进入第一象限后恰能绕点做匀速圆周运动，由轴处离开第一象限。以离子到达轴时为计时起点，已知静电力常量为，不计离子重力。求：
（1）离子在第一象限运动时速度大小和第二象限电场的大小；
（2）当时，离子速度的大小和方向；
（3）当时，离子的坐标。
【答案】（1），
（2），方向与水平方向倾斜向下的夹角
（3）
【解析】
【小问1解析】
在第一象限内，由库仑力提供离子圆周运动的向心力
解得
在第二象限内，只有电场力对离子做功，由动能定理得
解得
【小问2解析】
离子在方向有公式，在时，
离子的合速度
，则与水平方向倾斜向下夹角
【小问3解析】
一个周期内，离子在x方向的平均速度
离子在x方向前进
根据乙图中场强的变化规律可判断，y方向上做匀速直线运动，x方向上第一个半个周期向右匀加速运动，第二个半个周期向右匀减速运动，当t=T时速度恰减为零，之后重复此运动过程，其轨迹如图所示
每半个周期沿x正方向运动的距离均相等
因为开始计时时离子坐标为x0，所以nT时，
离子的横坐标为
纵坐标为
在nT时离子的坐标为
18. 某兴趣小组设计了一个游戏装置，如图所示。它由足够长的倾角轨道、水平轨道和、半径的竖直螺旋圆形轨道、上端与轨道相平的6个紧密排列的相同木块组成。圆形轨道上的点与圆心等高，为轨道最高点，轨道和等高平行。一质量的滑块在轨道上某高度处由静止释放，通过水平轨道进入圆形轨道，完成圆周运动后滑上并排的木块。每个木块的质量，宽度，滑块与木块上表面的动摩擦因数，木块下表面与地面的动摩擦因数为。若滑块可看作质点，各轨道均光滑，轨道间平滑连接，不计水平轨道与木块间的间隙，重力加速度。求：
（1）若滑块恰好能通过圆形轨道，滑块释放时距水平轨道的高度；
（2）若滑块从高度处由静止释放，滑块运动到点时对轨道压力的大小；
（3）若滑块恰好能滑到木块5的最右端，则滑块由静止释放时的高度。
【答案】（1）0.25m （2）4N （3）0.41m
【解析】
【小问1解析】
最高点P，由牛顿第二定律满足
根据动能定理
得h=0.25m
【小问2解析】
滑块运动到D点过程根据动能定理
在D点
由牛顿第三定律
【小问3解析】
木块所受水平向右的摩擦力为
滑块向左的加速度
木块下表面所受水平向左的摩擦力为
滑块在木块1-4滑动时木块保持静止，滑到木块5上时，木块5和6开始向右做匀加速直线运动，此时木块下表面所受水平向左的摩擦力大小为
木块5和6向右的加速度为
滑块滑过第4块木块后速度为，滑块滑上木块5到共速过程时间为，则
，
联立得，
滑块从滑上木块1开始到滑过木块4的过程根据动能定理
得
滑块从静止释放到滑上木块1的过程根据动能定理
得