上海市黄浦区格致中学2025-2026学年高二下学期期末 物理试题（含解析）

这是一份上海市黄浦区格致中学2025-2026学年高二下学期期末 物理试题（含解析），共14页。试卷主要包含了计算题等内容，欢迎下载使用。
1.频闪摄影是研究物体运动常用的实验手段，频闪光源每隔一定时间发出一次短暂的强烈闪光，照亮运动的物体，在胶片上记录物体在几个闪光时刻的位置。
(1)如图为两个网球做直线运动时的频闪照片。
①以向右为正方向，网球2的加速度方向______。
A.向左
B.向右
C.不确定，取决于运动方向
②某同学如果想验证网球2是否做匀变速直线运动，他还需测量______。
A.网球2的质量
B.网球2相邻位置间的距离
C.频闪仪的频闪周期
D.照相底片的长度
③照片记录的两小球的运动过程中，网球1与网球2的平均速度大小之比v1−：v2−=______。
(2)频闪光源由常亮光源和遮光风扇组成，风扇转动时扇叶依次遮光形成频闪效果，如图(a)所示。风扇由三片圆心角为60°的扇叶组成，间隔也均为60°，如图(b)所示。风扇以20πrad/s的角速度匀速转动。
①已知扇叶的半径为2cm，则图(b)中扇叶边缘处的a点线速度大小为______m/s。
②该频闪光源在1s时间内的闪光次数为______。
2.如今，无人机应用非常广，涵盖农业、物流、巡检、航拍及军事等十大领域，正深度融入生产生活。
(1)如图甲所示，无人机执行航拍任务时正沿直线朝斜向下匀速运动。用F表示空气对它的作用力，F的方向是图乙______。
(2)某品牌无人机的电池的容量为4000mA⋅ℎ，若该无人机的工作电流为10A，则其续航时间约为______小时；该电池充满时，储存的电荷量约为______个电子的电荷量。
(3)无人机在空中悬停时，______(选填：A、需要；B、不需要)克服重力做功；此时无人机的电机是否做功？为什么？______。
(4)(计算)无人机也被用于发生灾害地区的探测和物资投放。某无人机携带物资从A点沿曲线以大小为v0的速度匀速率飞至B点，如图所示，且到B点时速度方向水平，无人机与物资的总质量为m，A、B两处的高度差为H，重力加速度为g。
①求该过程中空气对无人机做的功为W1；
②无人机在B点处投放物资，求物资到达A点所在平面时的速度大小及速度与水平方向的夹角θ。
3.北斗卫星导航系统是我国自行研制的全球卫星导航系统，目前由五十多颗地球同步卫星及中圆地球轨道卫星组成。卫星绕地球的运动可近似视为匀速圆周运动。地球同步卫星绕地球转动的半径约为地球半径的6.6倍，中圆地球轨道卫星的轨道半径约为地球半径的4倍。
(1)中圆地球轨道卫星在轨道上运行时所受地球引力大小约为它在地球表面所受地球引力大小的______。
A.13
B.14
C.19
D.116
(2)(多选)相比地球同步卫星，中圆地球轨道卫星在轨时具有更大的______。
A.角速度
B.线速度
C.周期
D.向心加速度
(3)一颗地球同步卫星的质量为m，其运行时的线速度为v，则该卫星的动能为______，以无穷远为零势能面，该卫星的引力势能为______。
(4)中圆地球轨道卫星以约3.8km/s的速度绕地球运行。卫星搭载高精度原子钟，但若不修正相对论效应，每天计时将产生偏差。考虑狭义相对论效应，地球上的人会发现卫星上的钟每天变______(选填：A、快；B、慢)7微秒；真空中电磁波在该时间差内可以传播______m。
(5)散热是研制北斗卫星过程中的一项关键技术。为监测散热系统性能，利用某导电材料制成了一个体积恒定为20cm3的圆柱形传感元件，连接方式如图(a)。实验测得该元件的电阻R与长度平方L2的关系如图(b)所示。则该材料的电阻率约为______Ω⋅m。
4.LED称为发光二极管，是现代照明系统中的重要元件。如图所示是LED的实物图和在电路图中的符号。当LED接上正向电压而发光时(b端电势高于a端)，会有电流流过LED，称为正向导通。当接上反向电压时，其等效电阻很大，称为反向截止。
(1)某同学利用电压表、电流表研究LED正向导通时的I−U特性曲线，实验电路图如图a所示，请在图b上用笔划线替代导线补全电路图。
(2)该同学测出某型号LED的I−U特性曲线如图所示。
①由图可知，正向导通后，LED的等效电阻随电压的增大而______。
A.增大
B.减小
C.不变
②当该LED两端的电压为3.8V时，它的功率为______W。(保留两位有效数字)
(3)恒流源指的是输出电流保持恒定的电源。照明用LED通常需要恒流源驱动以保证亮度稳定。现有一恒流源，其输出功率为30～48W，输出电流为1200mA。用该恒流源为某种LED灯珠组成的电路供电，已知该LED灯珠的额定电流为400mA，额定功率为1.5W，为使该LED灯珠正常发光，所搭建的电路应该有______条支路，且该恒流源最多能驱动______个LED灯珠。
(4)如图所示，将一LED与一个线圈A连接成闭合回路，在线圈A下方附近有一线圈B：
①若线圈B中通有图示(俯视时顺时针)方向的电流，则线圈B在其中心O点处产生的磁场方向为______。
A.竖直向上
B.竖直向下
C.水平向左
D.水平向右
②若要使该LED发光，可以在B中通入______。
A.恒定不变的电流
B.不断变化的电流
5.弹力绳球是一根弹性绳的下端连接一质量为m的小球，用手拉住另一端，可以将球向任意方向抛掷，如图所示。
(1)现用手拿住小球并从静止释放，以释放点为坐标原点O，竖直向下为x轴正方向，小球的动能Ek与其位置坐标的关系如图所示。其中，0～x1之间的图像为直线，x1～x4之间的图像为曲线，且x2位置对应图像的最高点。小球可视为质点，弹性轻绳始终在弹性限度内，不计空气阻力，重力加速度为g。
①下降过程中，小球的机械能守恒的位移区间为______。
A.0～x1
B.0～x4
C.x1～x4
D.x1～x3
②弹性绳的劲度系数为______。
A.mgx1
B.mgx2
C.mgx2−x1
D.mgx3−x1
(2)某实验小组想测量弹性绳的劲度系数，设计了如图所示的实验装置，将原长为L0的弹性绳的一端固定在O点，另一端拴接两个绳套，其中一个绳套挂钩码，用手水平拉动另一个绳套，使弹性绳与竖直方向的夹角成θ角，测得弹性绳的长度L和钩码的重力G，则弹性绳的劲度系数k=______。
6.人体的细胞膜由磷脂双分子层组成，双分子层之间存在电压(医学上称为膜电位)，使得只有带特定电荷的粒子才能通过细胞膜进入细胞内。
(1)电场强度的单位用国际单位制中的基本单位表示为______。
A.kg⋅m⋅s−3⋅A−1
B.kg⋅m⋅s−1⋅A
C.V⋅m
D.V⋅m−1
(2)有研究发现，某神经细胞传递信号时，离子从细胞膜一侧流到另一侧形成跨膜电流，若将该细胞膜视为1×10−8F的电容器，在2ms内细胞膜两侧的电势差从−60mV变为20mV，则该过程中跨膜电流的平均值为______。
A.1×10−7A
B.2×10−7A
C.4×10−7A
D.5×10−7A
(3)研究某小块均匀的细胞膜，厚度d=8×10−9m，膜内的电场可看作匀强电场，简化为平行板电容器模型如图所示，初速度可视为零的一价正钾离子仅在电场力的作用下，从图中的A点运动到B点，A、B两点的电势差为60mV。
①膜内电场的方向为______；
②电场力对该钾离子做的功为______eV；
③(论证)该钾离子在细胞膜内从A点运动到B点过程中，电场力对其做的功与其运动路径无关；
④(计算)求细胞膜内电场强度的大小。
答案和解析
1.【答案】B;B;3：5 0.4π;30
【解析】解：(1)①网球1相邻点间距相等，做匀速直线运动；
网球2相邻间隔越来越大，相同时间内位移越来越大，速度向右增大，加速度方向向右。故B正确，AC错误；
故选：B。
②若做匀变速直线运动，则满足Δx=aT2，需要测量相邻位置间的距离，计算位移差是否恒定，周期可由频闪光源得到。故B正确，ACD错误；
故选：B。
③设总位移为x，频闪周期为T
网球1：总时间t1=5T，v−1=x5T
网球2：总时间t2=3T，v−2=x3T
v−1v−2=x5Tx3T=35；
(2)已知ω=20πrad/s，r=2cm=0.02m
①由v=ωr可得a点线速度
va=20π×0.02m/s=0.4πm/s
②风扇叶片与空隙均为60°，转过60°=π3rad，就透光一次，
单次遮光+透光对应的转角Δθ=2π3，则每转一圈闪光次数n0=3
转动周期T0=2πω=2π20π=110s
频率f=1T=1110Hz=10Hz
1s闪光总次数N=10×3=30；
故答案为：(1)①B；②B；③3：5；
(2)①0.4π；②30。
(1)①根据网球间距离随时间变化判断加速度方向；②由Δx=aT2判断需要测量的物理量；③由平均速度公式计算，网球1与网球2的平均速度大小之比。
(2)①由v=ωr可计算a点线速度；②根据风扇转动角速度得到周期、频率，结合题意求得该频闪光源在1s时间内的闪光次数。
本题主要考查匀变速的直线运动规律和圆周运动规律的应用，理解匀变速直线运动推论和圆周运动特点是解题关键。
2.【答案】A 0.4;9×1022 B;此时无人机的电机需要工作，推动空气运动，对空气做功，使空气对无人机有竖直向上的作用力与其重力平衡 ①mgH；②物资到达A点所在平面时的速度大小为 2gH+v02，速度与水平方向的夹角θ为arctan 2gHv0
【解析】解：(1)无人机做匀速直线运动，处于平衡状态，根据平衡条件可知空气对无人机的作用力和无人机的重力是一对平衡力，所以空气对无人机的作用力方向应该是竖直向上的，故A正确，BCD错误。
故选：A。
(2)根据I=qt可得续航时间为t=4000×10−310ℎ=0.4ℎ。该电池充满时，储存的电荷量约为n=qe=4000×10−3×36001.6×10−19个=9×1022个电子电荷量。
(3)无人机在空中悬停时，无人机在重力方向的位移为零，所以不需要克服重力做功，但此时无人机的电机正在做功。因为此时无人机的电机需要工作，推动空气运动，对空气做功，使空气对无人机有竖直向上的作用力与其重力平衡。
(4)①无人机在运动过程中，有重力和空气阻力对无人机做功，对无人机根据动能定理有
−mgH+W1=0
解得W1=mgH
②物资到达A点所在平面时竖直方向的分速度大小为vy= 2gH，所以物资到达A点所在平面时的速度大小为v= v02+vy2，解得v= 2gH+v02。tanθ=vyv0= 2gHv0，则θ=arctan 2gHv0
故答案为：(1)A；(2,0.4,9×1022；(3)B，此时无人机的电机需要工作，推动空气运动，对空气做功，使空气对无人机有竖直向上的作用力与其重力平衡；(4)①mgH；②物资到达A点所在平面时的速度大小为 2gH+v02，速度与水平方向的夹角θ为arctan 2gHv0。
(1)根据平衡条件分析；
(2)根据电流的定义式计算；根据电荷量与电子所带电荷量的关系计算；
(3)跟姐姐做功的条件分析；根据无人机悬停在空中的情况分析；
(4)①根据动能定理计算；
②根据平抛运动规律计算。
本题考查了对电流定义式，以及对平抛运动规律的应用等问题，基础题，本题跨度较大，需要熟练掌握对应的物理模型和规律。
3.【答案】D ABD 12mv2;−12mv2 B;2.1×103 2.4×10−2
【解析】解：(1)中圆地球轨道卫星的轨道半径约为地球半径的4倍，此位置卫星受到的万有引力大小为：F=GMm(4R)2，它在地球表面受到的万有引力大小为：F0=GMmR2，可知FF0=116，故D正确，ABC错误。
故选：D。
(2)卫星绕地球的运动可近似视为匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力得：
GMmr2=mω2r=mv2r=man，解得：ω= GMr3，v= GMr，an=GMr2
中圆轨道卫星的轨道半径更小，可知中圆轨道卫星的角速度ω、线速度v、向心加速度an更大。
根据：T=2πω，可得中圆轨道卫星的周期更小，故ABD正确，C错误。
故选：ABD。
(3)一颗地球同步卫星的质量为m，其运行时的线速度为v，由动能的定义式可得该卫星的动能为12mv2。
卫星的轨道半径趋近于无穷大时，其动能趋近于零。以无穷远为零势能面，卫星的轨道半径趋近于无穷大时，其动能与引力势能均趋近于零，即其机械能趋近于零，由机械能守恒定律可知该卫星的引力势能为−12mv2。
(4)根据狭义相对论的钟慢效应，卫星相对于地球是运动的，因此地球上的人会发现卫星上的钟变慢，故选填B。
已知时间差为Δt=7微秒=7×10−6秒，真空中电磁波的传播速度为c=3×108m/s。
可得真空中电磁波在该时间差内传播的距离为：s=cΔt=3×108m/s×7×10−6s=2.1×103m。
(5)已知材料的体积恒定为V=20cm3=2.0×10−5m3。
根据电阻定律：R=ρLS，圆柱形传感元件的横截面积为：S=VL，可得：R=ρV⋅L2
由R−L2图像的斜率可得：ρV=60.0500×10−4Ω/m2
解得该材料的电阻率约为：ρ=2.4×10−2Ω⋅m。
故答案为：(1)D；(2)ABD；(3)12mv2；−12mv2；(4)B；2.1×103；(5)2.4×10−2。
(1)根据万有引力定律解答。
(2)根据万有引力提供向心力推导出角速度、线速度、向心加速度的表达式，结合角速度与周期的关系进行分析。
(3)根据动能的表达式和引力势能的表达式解答。
(4)根据狭义相对论知识，结合匀速直线运动的规律解答。
(5)根据电阻定律，结合R−L2图像的斜率求解。
本题考查了万有引力定律、机械能守恒定律、电阻定律、狭义相对论的理解和应用，知道狭义相对论内容，理解电阻定律以及图像的认识和处理，涉及的知识点很多，属于中等难度考题。
4.【答案】 B;1.1 3;32 B;B
【解析】解：(1)根据电路图连线，如下图所示
(2)①I−U图像的斜率表示电阻的倒数，由图可知，正向导通后，LED图像的斜率逐渐增大，所以LED的等效电阻随电压的增大而减小，故B正确，AC错误。
故选：B。
②当该LED两端的电压为3.8V时，由图可知此时通过LED的电流为I=0.29A，它的功率为P=UI=3.8×0.29W=1.102W≈1.1W
(3)输出电流为1200mA，LED灯珠的额定电流为400mA，根据并联电路中干路电流和支路电流之间的关系，所搭建的电路应该有N=1200400=3条支路。LED灯珠的额定功率为1.5W，恒流源输出功率为30～48W，所以最多可接灯珠的个数为n=PP额=481.5个=32个
(4)①根据安培定则可知，在圆心O处产生的磁场方向为竖直向下，故B正确，ACD错误。
故选：B。
②若要使该LED发光，可以在B中通入不断变化的电流，这样线圈A处产生的磁场不断的变化，线圈A发生电磁感应现象，产生感应电流，可以使LED发光，故B正确，A错误。
故选：B。
故答案为：(1)
(2)①B；②1.1；(3)3，32；(4)①B；②B。
(1)根据电路图连线即可；
(2)①根据图像斜率的变化分析；
②根据图像读出对应的电流，然后根据功率公式计算；
(3)根据并联电路中电流的特点计算；根据功率关系计算；
(4)①根据安培定则分析；
②根据感应电流产生的条件分析。
掌握串、并联电路电流、功率的特点，知道感应电流产生的条件，以及安培定则的应用是解题的基础。
5.【答案】A;C Gcsθ(L−L0)
【解析】解：(1)①因为0～x1之间的图像为直线，说明小球仅受到重力作用，则在此阶段小球的机械能守恒，在x1～x4之间的图像为曲线，说明小球受到了弹性绳弹力的作用，在此阶段有弹力对小球做功，此阶段弹性绳和小球组成的系统满足机械能守恒，故A正确，BCD错误。
故选：A。
②由图可知在x2位置小球的动能最大，则此位置小球受力平衡，从x1位置小球开始受到弹性绳的弹力位置，设弹性绳的劲度系数为k，根据平衡条件有mg=k(x2−x1)，解得k=mgx2−x1，故C正确，ABD错误。
故选：C。
(2)对结点受力分析，如下图所示
根据平衡条件和胡克定律有Gcsθ=k(L−L0)
解得此弹性绳的劲度系数为k=Gcsθ(L−L0)
故答案为：(1)①A；②C；(2)Gcsθ(L−L0)。
(1)①根据机械能守恒条件分析；
②根据胡克定律和平衡条件计算；
(2)根据胡克定律计算即可。
本题考查了对机械能守恒条件的理解，掌握胡克定律的应用是解题的基础。知道小球受力平衡时速度最大是解题的关键。
6.【答案】A C ①从A指向B；②0.06；③该钾离子在细胞膜内从A点运动到B点过程中，电场力做功为W=EPA−EPB=qφA−qφB=q(φA−φB)=qUAB，所以电场力对其做的功只与A、B间的电势差有关，与其所经过的路径无关；④细胞膜内电场强度的大小为7.5×106V/m
【解析】解：(1)根据E=Fq，F=ma，计算可得E的单位为1NC=1⋅kg⋅m⋅s−2A⋅s=1kg⋅m⋅s−3⋅A−1，故A正确，BCD错误。
故选：A。
(2)该过程中电容器带电荷量的变化量为q=C(U2−U1)，则该过程的平均电流为I=qt，联立代入数据解得I=4×10−7A，故C正确，ABD错误。
故选：C。
(3)①一价正钾离子仅在电场力的作用下，从图中的A点运动到B点，则钾离子受电场力方向从A指向B，所以膜内电场的方向为从A指向B。
②电场力对该钾离子做的功为W=qU=e×60mV=0.06eV
③该钾离子在细胞膜内从A点运动到B点过程中，电场力做功为W=EPA−EPB=qφA−qφB=q(φA−φB)=qUAB，所以电场力对其做的功只与A、B间的电势差有关，与其所经过的路径无关。
④细胞膜内电场强度的大小为E=Ud=60×10−38×10−9V/m=7.5×106V/m
故答案为：(1)A；(2)C；(3)①从A指向B；②0.06；③该钾离子在细胞膜内从A点运动到B点过程中，电场力做功为W=EPA−EPB=qφA−qφB=q(φA−φB)=qUAB，所以电场力对其做的功只与A、B间的电势差有关，与其所经过的路径无关；④细胞膜内电场强度的大小为7.5×106V/m。
(1)根据电场强度的定义式和牛顿第二定律的表达式计算；
(2)根据电容的定义式和电流的定义式计算；
(3)①根据钾离子的受力方向判断；
②根据公式W=qU计算；
③根据电场力做功等于电势能的变化量，电势差和电势的关系分析计算；
④根据电场强度和电势差的关系计算。
本题考查了对电流的定义式、电容的定义式、电场强度的定义式以及与电势差关系式的理解，知道电场力做功的特点等是解题的基础。