江苏省徐州市铜山区2024-2025学年高二下学期4月期中学情调研（选择考）物理试卷（解析版）

这是一份江苏省徐州市铜山区2024-2025学年高二下学期4月期中学情调研（选择考）物理试卷（解析版），文件包含分层练习12第五章第七讲功和机械能教师版docx、分层练习12第五章第七讲功和机械能学生版docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共25页， 欢迎下载使用。
一、单项选择题：本题共11小题，每小题4分，共44分。每小题只有一个选项符合题意。
1. 如图所示，三个相同物体分别在大小相同的力F的作用下沿水平方向发生了一段位移l，已知位移l的大小相同，下列说法正确的是（ ）
A. 甲图中力F对物体做负功
B. 乙图中力F对物体做正功
C. 丙图中力F对物体做正功
D. 三种情况下，丙图中力F对物体做功最多
【答案】C
【解析】甲图中力F对物体做功为
乙图中力F对物体做功为
丙图中力F对物体做功为
故甲图中力F对物体做正功，乙图中力F对物体做负功，丙图中力F对物体做正功，功的正负只反映动力功还是阻力功，不代表大小，则三种情况下力F对物体做功一样多。
故选C。
2. 假设火星和地球绕太阳均做匀速圆周运动，火星公转周期约687天。则火星（ ）
A. 轨道半径比地球的小B. 线速度比地球的大
C. 加速度比地球的大D. 角速度比地球的小
【答案】D
【解析】A．根据开普勒第三定律，轨道半径的三次方与公转周期的平方成正比，即
火星的周期（687天）大于地球的周期（365天），故火星的轨道半径比地球大，A错误；
B．由
得
火星的轨道半径更大，因此线速度更小，B错误；
C．由
得
火星轨道半径更大，加速度更小，C错误；
D．由，火星的周期更大，角速度更小，D正确。
故选D。
3. 静止电荷会在其周围产生静电场。为了形象地描述电场，法拉第采用了画电场线的方法。如图是某一电场的电场线，下列说法正确的是（ ）
A. 电场线可以形象地描述电场，所以电场线是实际存在的
B. 图中A点的电场强度大于C点的电场强度
C. 图中B点没有画电场线，所以B点的电场强度为零
D. 将带正电的试探电荷从A点由静止释放，它将沿电场线运动到C点
【答案】B
【解析】A．电场线是为了形象地描述电场人为引入的，电场线实际上不存在，故A错误；
B．电场线的疏密程度能够表示电场的强弱，电场线越密集的位置电场强度越大，电场线越稀疏的地方，电场强度小，则图中A点的电场强度大于C点的电场强度，故B正确；
C．电场线的疏密程度能够表示电场的强弱，图中B点位置虽然没有画电场线，但其所在空间区域的电场线分布仍然能够反映一定的疏密程度，可知，该点的电场强度不为0，故C错误；
D．电场线弯曲，则电场力方向改变，将带正电的试探电荷从A点由静止释放，它不会沿电场线运动到C点，故D错误。
故选B。
4. 如图所示，一个小球在真空中做自由落体运动，另一个同样的小球在黏性较大的液体中由静止开始下落。它们都由高度为h1的地方下落到高度为h2的地方。在这两种情况下，两球（ ）
A. 重力势能的变化量相等
B. 动能的变化量相等
C. 机械能都守恒
D. 机械能都不守恒
【答案】A
【解析】A．根据Ep=mgh可知，重力做功相等，则重力势能的变化量相等，故A正确；
B．在真空中时合力为mg，在液体中时合外力mg−f，可知合外力功不相等，根据动能定理可知动能的变化量不相等，故B错误；
CD．在真空中下落时只有重力做功，机械能守恒；在液体中下落时，液体阻力做负功，则机械能减小，故CD错误。
故选A。
5. 地球的公转轨道接近圆，但彗星的公转轨道则是一个非常扁的椭圆，如图为地球与哈雷彗星绕太阳运动的示意图。由图可知，哈雷彗星（ ）
A. 公转周期大于地球的公转周期
B. 在近日点的加速度小于地球的加速度
C. 在近日点的线速度比在远日点的线速度小
D. 与太阳的连线和地球与太阳的连线在任意相等时间内扫过的面积相等
【答案】A
【解析】A．根据开普勒第三定律可知，哈雷彗星公转周期大于地球的公转周期，故A正确；
B．根据万有引力提供向心力有
解得
在近日点哈雷彗星到太阳的距离更近，则哈雷彗星的加速度大于地球的加速度，故B错误；
C．根据开普勒第二定律可知，哈雷彗星在近日点的线速度比在远日点的线速度大，故C错误；
D．由于地球和哈雷彗星不在同一轨道上，则地球与太阳的连线和哈雷彗星与太阳的连线在任意相等时间内扫过的面积不相等，故D错误。
故选A。
6. 小孩站在岸边向湖面依次抛出三个石子，它们的轨迹如图所示（各轨迹的最高点距湖面等高）。已知三个石子质量相等，不计空气阻力，则沿轨迹1运动的石子（ ）
A. 运动时间最长B. 在最高点的速度最大
C. 重力做功最多D. 入水时重力的功率最大
【答案】B
【解析】A．因三个小球达到的最大高度相同，可知运动时间相同，选项A错误；
B．从抛出点到最高点可看做是逆向的平抛运动，根据可知，时间相等；因1运动时水平位移最大，可知水平速度最大，即1在最高点的速度最大，选项B正确；
C．根据W=mgh，因重力大小相同，从抛出到入水的竖直高度相同，则重力做功相同，选项C错误；
D．根据可知入水时竖直速度相等，根据PG=mgvy可知重力的功率相等，选项D错误。
故选B。
7. 如图a是电场中的一条电场线，A、B是电场线上的两点。一个点电荷仅在电场力作用下，从A运动到B过程的v-t图像如图b所示。下列说法正确的是（ ）
A. A点的电势比B点高
B. A点的电势比B点低
C. 点电荷在A点的电势能比在B点小
D. 点电荷在A点的电势能比在B点大
【答案】C
【解析】CD．根据v-t图像可知，从A运动到B的过程中，速度逐渐变小，即动能逐渐变小；由于仅受静电力，则静电力做了负功，根据电场力做功与电势能的关系，则电势能增大，即点电荷在A点的电势能比在B点小，故C正确，D错误；
AB．根据电势与电势能的关系有
由于不知道点电荷的电性，故无法判断电势的高低，故AB错误。
故选C。
8. 如图所示，轻质弹簧下端固定，上端拴接小球，整个装置静止在光滑斜面上。用外力沿斜面向下推小球，直至弹簧压缩最大时撤去外力，小球从最低点向上第一次运动到最高点的过程中（已知当小球在最高点时弹簧处于伸长状态，整个过程中弹簧始终处于弹性限度内）（ ）
A. 小球的加速度先增大后减小
B. 弹簧恢复原长时小球的速度最大
C. 弹簧弹力做的功等于小球动能增加量
D. 弹簧弹力做的功等于小球机械能的增加量
【答案】D
【解析】AB．小球受到的合力先向上减小，后向下增大，由牛顿第二定律知，小球的加速度先减小后增大，当弹簧的弹力等于重力沿斜面向下的分力时，小球受到的合外力等于零，加速度等于零，此时的速度最大，故AB错误；
C．根据动能定理可知，即弹簧弹力做的功与重力做功之和等于小球动能增加量，故C错误；
D．根据，可知弹簧弹力做的功等于小球机械能的增加量，故D正确。
故选D。
9. 某同学研究电容器充、放电的实验电路如图所示。实验中先将开关接1，电路稳定后再将开关接2。下列说法正确的是（ ）
A. 开关接1时，电容器上极板带负电
B. 开关接1时，灵敏电流计G的示数一直增大
C. 开关接2时，电阻R中电流方向从左到右
D. 开关接2时，电容器两极板的电势差一直增大
【答案】C
【解析】AB．开关接1时，电容器充电，则上极板带正电，灵敏电流计G的示数一直减小，选项AB错误；
CD．开关接2时，电容器放电，则电阻R中的电流方向从左到右，电容器带电量一直减小，则两极板的电势差一直减小，选项C正确，D错误。
故选C。
10. 一根轻绳跨过定滑轮，绳的两端各系一个小球A和B，B球的质量是A的3倍。A球静止于地面，用手托住B球，当轻绳刚被拉紧时，B球离地面的高度是h，如图所示。以地面为参考平面，不计一切阻力，将B球从静止释放直至落地，此过程中，A球的重力势能和动能随A球的位移x变化的关系可能正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】根据牛顿第二定律，对球A有T-mg=ma
对球B有3mg-T=3ma
解得T=1.5mg
根据动能定理，则A的动能Ek=（T-mg）h=0.5mgh
A的重力势能Ep=mgh
可知图像A正确。
故选A。
11. 如图甲所示，某装置由多个横截面积相同的金属圆筒依次排列，其中心轴线在同一直线上，序号为奇数的圆筒和交变电源的一个极相连，序号为偶数的圆筒和该电源的另一个极相连。交变电源两极间电势差的变化规律如图乙所示。在时，奇数圆筒相对偶数圆筒的电势差为正值。此时位于和偶数圆筒相连的金属圆板（序号为0）中央有一个电子由静止开始加速。通过设计特定的圆筒长度，使得电子可以在任意两个圆筒缝隙内运动时被加速。已知电子质量为m，电荷量为e，电压绝对值为U，周期为T，电子通过圆筒间隙的时间忽略不计，则（ ）
A. 电子在金属圆筒中运动时也处于加速状态
B. 电子在每个金属圆筒中的运动时间均为T
C. 电子出第n个圆筒瞬间速度为
D. 第n个圆筒长度为
【答案】D
【解析】A．由于静电屏蔽，金属圆筒中的电场强度为0，电子在圆筒内所受电场力为0，电子重力不计，则电子在金属圆筒中做匀速直线运动，故A错误；
B．电子通过圆筒间隙的时间忽略不计，为了确保电子可以在任意两个圆筒缝隙内运动时被加速，则电子在每个金属圆筒中的运动时间均为，故B错误；
C．结合上述，电子在圆筒中做匀速直线运动，则后一次加速可以看为前一次加速的延续部分，根据动能定理有
解得，故C错误；
D．结合上述，电子在每个金属圆筒中匀速运动时间均为，则第n个圆筒长度为
解得，故D正确。
故选D。
二、非选择题：共5题，共65分。其中第13题~第16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。
12. 某同学用图甲所示装置来“验证机械能守恒定律”。让小球从A点由静止下落，经过A点正下方的光电门B时，光电计时器记录下小球通过光电门的时间t，已知当地的重力加速度为g。
（1）为了减小实验误差，以下三个大小相同的球应选用________。
A. 铁球B. 铝球C. 塑料球
（2）用毫米刻度尺测量小球的直径，示数如图乙所示，则其直径为________
（3）调整AB两点之间距离h，记录下小球通过光电门B点的时间t，多次重复上述过程，作出随h的变化图像如图丙所示。若斜率等于________（用题中所给物理量符号表示），可验证小球下落过程中机械能守恒。
（4）实验中发现，小球动能增加量总是略小于重力势能减少量，原因可能是________。
（5）若只考虑“利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度”引起的误差，则小球通过B点动能的测量值________（选填“大于”或“小于”）真实值。
【答案】（1）A （2）2.10 （3） （4）空气阻力的影响 （5）小于
【解析】（1）为了减小实验误差，应选用密度较大的铁球，故选A。
（2）刻度尺的分度值是1mm，读数为2.10cm。
（3）小球经过光电门的速度大小为
根据机械能守恒定律得
解得
图像的斜率为可验证小球下落过程中机械能守恒。
（4）小球动能增加量总是略小于重力势能减少量，原因可能是空气阻力的影响；
（5）小球通过光电门的平均速度等于该过程中间时刻的瞬时速度，因小球做加速运动，在中间时刻时小球球心还没到达光电门位置，所以小球通过光电门的平均速度小于小球球心通过光电门的瞬时速度，计算的动能偏小。
13. 某中子星的质量大约与太阳的质量相等，为M，但是它的半径只有R，引力常量为G。
（1）求此中子星表面的自由落体加速度g。
（2）贴近中子星表面，求沿圆轨道运动的小卫星的速度v。
【答案】（1）；（2）
【解析】（1）在中子星表面有
解得
（2）对贴近中子星表面的圆轨道运动的小卫星有
解得
14. 如图所示，电荷量为的点电荷与均匀带电薄板相距，点电荷到带电薄板的垂线通过板的几何中心，图中，A点的电场强度为零。求：
（1）电荷量为的点电荷产生的电场在A点的电场强度大小；
（2）B点的电场强度大小。
【答案】（1）；（2）
【解析】（1）电荷量为的点电荷产生的电场在A点的电场强度大小
（2）电荷量为的点电荷产生的电场在B点的电场强度大小
方向水平向左，A点的电场强度为零，则带电薄板在A点的电场强度与电荷量为的点电荷产生的电场在A点的电场强度等大反向，则
方向水平向右，A、B点关于带电薄板对称，则带电薄板在B点的电场强度大小
方向水平向左，则B点的电场强度大小
15. 如图所示，质量为m、电荷量为的离子从A处由静止释放，经电场加速后沿图中圆弧虚线匀速率地通过静电分析器，再从P点垂直进入矩形有界匀强电场CDQN，电场左侧QN为离子接收屏。已知静电分析器通道内有均匀辐射方向分布的电场，加速电场的电压为U，圆弧虚线的半径为R，，离子重力不计。求：
（1）离子进入静电分析器时速度v的大小；
（2）静电分析器圆弧虚线所在处电场强度E的大小；
（3）若矩形匀强电场的场强，为确保离子打在屏上，屏QN至少要多长？
【答案】（1） （2） （3）d
【解析】（1）离子在加速电场中加速，根据动能定理可得
解得
（2）离子在辐向电场中电场力提供向心力，根据牛顿第二定律可得
解得
（3）离子做类平抛运动，有
竖直方向，有y=vt
联立解得y=d
确保离子打在屏上，屏QN至少为d。
16. 如图所示，光滑水平面MA上有一根左端固定的轻弹簧（原长小于MA），A点右侧有一个沿顺时针方向匀速运动的水平传送带AB，传送带长度，速度。圆心为O、半径的光滑半圆轨道BCD在B点与传送带相切，OC水平。用一个质量的小物块压紧弹簧，当弹簧的弹性势能时，将小物块由静止释放。已知小物块与传送带间的动摩擦因数，。求：
（1）小物块经过A点的速度大小v；
（2）小物块在传送带上运动时由于摩擦产生的热量Q；
（3）改变弹簧的压缩量，将小物块再次释放，为使其在半圆轨道BCD运动过程中不脱离轨道，释放物块时，弹簧的弹性势能应满足什么条件？
【答案】（1）3m/s （2）1J （3）0＜≤2J或≥33J
【解析】（1）根据机械能守恒定律得
解得v=3m/s
（2）因v＜v0=4m/s，所以小物块滑上传送带后先做匀加速运动，加速至与传送带共速时运动的位移满足
解得x=1.75m＜l=2m
所以小物块在传送带上先匀加速后匀速，匀加速运动的时间为s
小物块与传送带间的相对位移为m
则小物块在传送带上运动时由于摩擦产生的热量为J
（3）情况一：小物块最高只能到达与圆心等高处C点。设小物块恰好能运动到C点时，经过B点的速度为vB1，弹簧的弹性势能为Ep1。
从B到C，根据机械能守恒定律得
解得
在传送带上，若小物块一直加速到B点的速度，根据
解得
根据机械能守恒定律得J
这种情况下，弹簧弹性势能应满足0＜≤2J。
情况二：小物块能通过最高点D。设小物块恰好通过最高点D时的速度为vD，经过B点的速度为vB2，弹簧的弹性势能为。
在最高点D，由牛顿第二定律有
从B到D，由机械能守恒定律得
在传送带上，若小物块一直减速到B点的速度，有
根据机械能守恒定律得J
这种情况下，弹簧的弹性势能应满足≥33J。
综上，弹簧的弹性势能应满足0＜≤2J或≥33J。