2020-2021学年山西省长治第二中学高一下学期期末考试物理试题Word版含解析

这是一份2020-2021学年山西省长治第二中学高一下学期期末考试物理试题Word版含解析，共19页。

一、选择题（本题共12个小题，每小题4分，共48分。第1-8小题中给出的四个选项中，只有一个选项正确；第9-12小题有多个选项正确，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，不选或有选错的得0分。请将选择题答案填涂到答题卡对应栏内。）
1. 下列说法正确的是（ ）
A. 元电荷实质上是指电子和质子本身
B. 尽可能保持印刷厂空气干燥，可以有效防止静电的危害
C. 摩擦起电的实质是摩擦使质子从一个物体转移到了另一个物体上
D. 丝绸摩擦玻璃棒时，电子从玻璃棒上转移到丝绸上，玻璃棒因质子数多于电子数而显示带正电
【1题答案】
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】A．元电荷是最小的电量单位，不是指电子和质子本身，选项A错误；
B．尽可能保持印刷厂空气潮湿，可以有效防止静电的危害，选项B错误；
C．摩擦起电的实质是摩擦使电子从一个物体转移到了另一个物体上，选项C错误；
D．丝绸摩擦玻璃棒时，电子从玻璃棒上转移到丝绸上，玻璃棒因质子数多于电子数而显示带正电，选项D正确。
故选D。
2. 如图所示，把一个不带电枕形导体靠近带正电的小球，由于静电感应，在a、b两端分别出现负、正电荷，则以下说法正确的是
A闭合S1，有电子从枕形导体流向地
B. 闭合S2，有电子从枕形导体流向地
C. 闭合S1，有电子从地流向枕形导体
D. 闭合S2，没有电子通过S2
【2题答案】
【答案】C
【解析】
【分析】（1）感应起电的实质是在带电体上电荷的作用下，导体上的正负电荷发生了分离，使电荷从导体的一部分转移到了另一部分，既然是转移，那么电荷必然守恒．
（2）同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引．
【详解】枕型导体在带正电的金属棒附近时，枕型导体上的自由电子会向金属棒的右边运动，金属棒的右端因有了多余的电子而带负电，左端因缺少电子而带正电；而当闭合任何开关时，导体就会与大地连接，会使大地的电子流入枕形导体，当处于静电平衡时，枕形导体是个等势体；故C正确，ABD错误；故选C．
【点睛】题考查电荷的转移，有一定的难度，关键知道由于异种电荷相互吸引，大地的负电荷（自由电子）会转移到导体上．
3. 如图所示，放在水平地面上的光滑绝缘圆筒内有两个带正电小球A、B，A位于筒底靠在左侧壁处，B在右侧筒壁上受到A的斥力作用处于静止。若A的电量保持不变，B由于漏电而下降少许重新平衡，下列说法中正确的是（ ）
A. 小球A对筒底的压力变小B. 小球B对筒壁的压力变大
C. 小球A、B间的库仑力变小D. 小球A、B间的电势能减小
【3题答案】
【答案】B
【解析】
【详解】A．以整体为研究对象可知，圆筒底部对A球的支持力大小等于A、B两球的重力，由牛顿第三定律可知A对筒底的压力也等于A、B两球的重力，小球A对筒底的压力不变，故A错误；
B．隔离B球受力如图所示
根据受力平衡有
球B由于漏电而下降少许重新平衡，角变大，因此筒壁给球B的支持力增大，根据作用力与反作用力可知B球对筒壁的压力变大，故B正确；
C．小球A、B间的库仑力为
角变大，变小，库仑力变大，故C错误；
D．两球之间的距离减小，电场力做负功，系统电势能增大，即小球A、B间的电势能增大，故D错误。
故选B。
4. 如图所示，实线为某电场的电场线。虚线为一带电粒子仅在电场力作用下的运动轨迹， A、B、C为轨迹上的三点，且AB和BC关于B点所在的电场线对称，不计重力。则下列关于粒子说法正确的是（ ）
A. 在B点的速度大于在A点的速度
B. 在B点的加速度大于在A点的加速度
C. 在B点的电势能大于在A点的电势能
D. 沿轨迹AB和沿轨迹BC电场力做功相同
【4题答案】
【答案】C
【解析】
【详解】AC．由图可知，该粒子受力方向沿电场线反方向，该粒子带负电，在A点时，电场力的方向与速度方向成钝角，电场力做负功，在B点时电场力的方向与速度方向成直角，电场力不做功，在这个过程，电场力一直做负功，动能减小，电势能增大。故A错误，C正确；
B．电场线疏密程度反映电场强度的大小，电场强度决定电场力，电场力大的地方，粒子的加速度越大，A的电场线比B的密集，即粒子在A点的加速度大于B点的加速度，故B错误；
D．沿轨迹AB，电场力做负功，沿轨迹BC，电场力做正功，故D错误。
故选C。
5. 如图所示，一均匀带电荷量为+Q的细棒．在过中点c垂直于细棒的直线上有a、b、d三点，a和b，b和c，c和d之间的距离均为L，在a处有一电荷量为+的固定点电荷，已知b点处的电场强度为零，则d点处的电场强度大小为（k为静电力常量）（ ）
A. B. C. D.
【5题答案】
【答案】D
【解析】
【分析】由题意可知在b点处的场强为零，说明细棍和在b点的电场强度大小相等，方向相反，那么在d点处场强的大小即为两者之和，因此根据点电荷的电场强度为即可求解；
【详解】电荷量为的点电荷在b处产生电场强度为，方向向右
在b点处的场强为零，根据电场的叠加原理可知细棍与在b处产生电场强度大小相等，方向相反，则知细棍在b处产生的电场强度大小为，方向向左
根据对称性可知细棍在d处产生的电场强度大小为，方向向右
而电荷量为的点电荷在d处产生电场强度为，方向向右
所d点处场强的大小为，方向向右，故ABC错误，D正确．
【点睛】考查点电荷与细棍上电荷在某处的电场强度叠加，紧扣电场强度的大小与方向关系，从而为解题奠定基础．
6. 如图所示，平行板电容器与电动势为E的直流电源（内阻不计）连接，下极板接地．一带电油滴位于容器中的P点且恰好处于平衡状态．现将平行板电容器的上极板竖直向上移动一小段距离
A. 带电油滴将沿竖直方向向上运动B. P点的电势将降低C. 带电油滴的电势能将减少D. 若电容器的电容减小，则极板带电量将增大
【6题答案】
【答案】B
【解析】
【详解】A、将平行板电容器的上极板竖直向上移动一小段距离，由于电容器两板间电压不变，根据得知板间场强减小，油滴所受的电场力减小，则油滴将向下运动．故A错误．B、场强E减小，而P点与下极板间的距离不变，则由公式U=Ed分析可知，P点与下极板间电势差将减小，而P点的电势高于下极板的电势，则知P点的电势将降低．故B正确．C、由带电油滴原来处于平衡状态可知，油滴带负电，P点的电势降低，则油滴的电势能将增加．故C错误．D、根据Q=UC，由于电势差不变，电容器的电容减小，故带电量减小，故D错误；故选B．
【点睛】本题运用分析板间场强的变化，判断油滴如何运动．运用推论：正电荷在电势高处电势能大，而负电荷在电势高处电势能小，来判断电势能的变化．
7. 如图所示，空间有一正三棱锥P-ABC，D点是BC边上的中点，O点是底面 ABC 的中心，现在顶点P点固定一正的点电荷，则下列说法正确的是（ ）
A. A、B、C三点电场强度相同
B. 底面ABC为等势面
C. 若O、B、C三点的电势为，则有
D. 将一正的试探电荷沿直线从B点经D点移到C 点，静电力对该试探电荷先做负功后做正功
【7题答案】
【答案】D
【解析】
【详解】A.A、B、C三点到P点的距离相同，故三点的电场强度的大小相等，但方向不同，A错误；
B．A、B、C三点到P点的距离相同，三点电势相等，但底面ABC其他点电势与三点电势不相同，故底面ABC不为等势面，B错误；
C．由于B、C两点电势相等，因此三点电势满足
C错误；
D．由于B、C两点到P点的距离相等，且大于D点到P点的距离，将一正的试探电荷沿直线从 B点经D点移到C点，试探电荷先靠近P点再远离P点，由于带同种电荷，静电力对该试探电荷先做负功后做正功，D正确；
故选D。
8. 如图一根不可伸长的绝缘细线一端固定于O点，另一端系一带电小球，置于水平向右的匀强电场中，现把细线水平拉直，小球从A点静止释放，经最低点B后，小球摆到C点时速度为0，则
A. 小球在B点时的速度最大
B. 从A到C的过程中小球的电势能一直增大
C. 小球从A到C的过程中，机械能先减少后增大
D. 小球在B点时的绳子拉力最大
【8题答案】
【答案】B
【解析】
【分析】小球受电场力、重力和绳子拉力作用，在复合场中摆动，当重力与电场力的合力与绳子的拉力在同一直线上时，小球处于等效最低点．据对称性可找出等效最低点的位置，从而判断在小球在B点时的速度、小球在B点时的绳子拉力是否最大．据电场力的方向，可得从A到C的过程中电场力做功的正负，判断从A到C的过程中小球的电势能的变化．据功能关系可得小球从A到C的过程中小球机械能的变化．
【详解】AD：小球受电场力、重力和绳子拉力作用，在复合场中摆动，当重力与电场力的合力与绳子的拉力在同一直线上时，小球处于等效最低点．据对称性可知B点不是等效最低点，则球在B点时的速度不是最大，小球在B点时的绳子拉力不是最大．故AD两项错误．
BC：据小球的摆动情况知，小球所受电场力的方向水平向右，则从A到C的过程中小球所受电场力一直做负功，从A到C的过程中小球的电势能一直增大．据功能关系可得小球从A到C的过程中小球机械能变化等于电场力做的功，则从A到C的过程中小球的机械能一直减小．故B项正确，C项错误．
【点睛】本题是复合场中等效最低点的问题，带电物体在电场中圆周运动的问题，常利用等效最低点的特点与电场力做功与电势能和机械能变化关系来分析解决．
9. 下面各图A球系在绝缘细线的下端，B球固定在绝缘平面上，它们带电的种类以及位置已在图中标出。A球能保持静止的是（ ）
A. B. C. D.
【9题答案】
【答案】AD
【解析】
【分析】
【详解】A．图中，对A球进行受力分析：
根据力的合成，可知道三个力合力可以为0，故A正确；
B．图中，对A球进行受力分析：
根据力的合成，可知道任意两个力的合力的方向不可能与第三个力方向相反．故B错误；
C．图中，对A球进行受力分析：
根据力的合成，可知道任意两个力的合力的方向不可能与第三个力方向相反．故C错误；
D．图中，对A球进行受力分析：
根据力的合成，可知道任意两个力的合力的方向可能与第三个力等大反向，故D正确。
故选AD。
10. 一带负电的粒子只在电场力作用下沿x轴正向运动，其电势能E随位移x变化的关系如图所示，其中0～x2段是对称的曲线，x2～x3段是直线，则下列说法正确的是（ ）
A. x1处电场强度为零
B. x1、x2、x3处电势φ1、φ2、φ3的关系为φ1＞φ2＞φ3
C. 粒子在0～x2段做匀变速运动，x2～x3段做匀速直线运动
D. x2～x3段是匀强电场
【10题答案】
【答案】ABD
【解析】
【详解】根据电势能与电势的关系：Ep=qφ，场强与电势的关系：E=，得：，由数学知识可知Ep-x图象切线的斜率等于Eq，x1处切线斜率为零，则x1处电场强度为零，故A正确；根据电势能与电势的关系：Ep=qφ，粒子带负电，q＜0，则知：电势能越大，粒子所在处的电势越低，所以有：φ1＞φ2＞φ3．故B正确；由图看出在0～x1段图象切线的斜率不断减小，由上式知场强减小，粒子所受的电场力减小，加速度减小，做非匀变速运动．x1～x2段图象切线的斜率不断增大，场强增大，粒子所受的电场力增大，做非匀变速运动．x2～x3段斜率不变，场强不变，即电场强度大小和方向均不变，是匀强电场，粒子所受的电场力不变，做匀变速直线运动，故C错误，D正确；故选ABD.
【点睛】解决本题的关键要分析图象斜率的物理意义，判断电势和场强的变化，再根据力学基本规律：牛顿第二定律进行分析电荷的运动情况.
11. 如图所示，从灯丝发出电子经过加速电场加速后，进入偏转电场，若加速电场的电压为U1，偏转电压U2，要使电子在电场中的偏转量y增大为原来的2倍，可供选择的方法有（ ）
A. 使偏转电场极板的长度减小为原来的
B. 使U1减小为原来的
C. 使偏转电场极板的长度增大为原来的2倍
D. 使U2增大为原来的2倍
【11题答案】
【答案】BD
【解析】
【分析】
【详解】电子在加速电场中加速时，由动能定理得
eU1=mv02
电子在偏转电场中做类平抛运动，则有：在水平方向
L=v0t
在竖直方向
a=
射出电场时的偏转量y为
y=at2
联立以上四式得
则得要使电子在电场中的偏转量y增大为原来的2倍，可U1减小为原来的、U2增大为原来的2倍、使偏转板的长度L增大为原来倍；
故BD正确，AC错误；
故选BD。
12. 如图所示，在一个匀强电场中有一个四边形ABCD，其中，M为AD的中点，N为BC的中点。一个电荷量为3.010-7C带正电的粒子，从A点到B点，电场力做功WAB＝3.010-8J；将该粒子从D点移动到C点，电场力做功为WDC＝6.010-8J，下列说法正确的是（ ）
A. A、B两点之间的电势差为0.1V
B. 若将该粒子从M点移动到N点，电场力做功WMN＝4.510-8J
C. 若A、B之间的距离为1.0cm，该电场的场强一定是E＝10V/m
D. 若B、C两点电势相等，将该粒子从A点移动到D点，电场力做功WAD＝3.010-8J
【12题答案】
【答案】AB
【解析】
【分析】
【详解】A．A、B两点之间的电势差为
故A正确；
B．因为电场是匀强电场，在同一条电场线上，M点的电势是A、D两点电势的平均值；N点的电势是B、C两点电势的平均值，即
所以：
故B正确；
C．A、B两点之间的电势差为0.1 V，但电场方向不一定沿着AB方向，该电场的场强不一定是E＝10 V/m，故C错误．
D． D、C两点之间的电势差为
若B、C两点电势相等，则
将该粒子从A点移动到D点，电场力做功
选项D错误。
故选AB。
二、实验题（本题共14分，13题4分，14题10分）。
13. 在研究平抛物体运动的实验中，用一张印有小方格的纸记录轨迹，小方格的边长L＝1.25cm。若小球在平抛运动途中的几个位置如图中的a、b、c、d 所示，则小球平抛的初速度的计算式为V0＝__（用L、g 表示），其值是______（取g＝9.8m/s2）。
【13题答案】
【答案】 ①. ②. 0.7m/s
【解析】
【详解】设相邻两点间的时间间隔为T
竖直方向：
2L-L=gT2
得到
水平方向：
代入数据解得
14. 测量小物块Q与平板P之间的动摩擦因数的实验装置如图所示．AB是半径足够大的、光滑的四分之一圆弧轨道，与水平固定放置的P板的上表面BC在B点相切，C点在水平地面的垂直投影为C′．重力加速度为g．实验步骤如下：
①用天平称出物块Q的质量m；
②测量出轨道AB的半径R、BC的长度L和的高度h；
③将物块Q在A点由静止释放，在物块Q落地处标记其落地点D；；
④重复步骤③，共做10次；
⑤将10个落地点用一个尽量小的圆围住，用米尺测量圆心到C′的距离s．
（1）用实验中的测量量表示：
（ⅰ）物块Q到达B点时的动能EkB＝__________；
（ⅱ）物块Q到达C点时的动能EkC＝__________；
（ⅲ）在物块Q从B运动到C的过程中，物块Q克服摩擦力做的功Wf＝__________；
（ⅳ）物块Q与平板P之间的动摩擦因数μ＝__________．
（2）回答下列问题：
（ⅰ）实验步骤④⑤的目的是____________．
（ii）已知实验测得μ值比实际值偏大，其原因除了实验中测量量的误差之外，其它的可能是__________________（写出一个可能的原因即可）
【14题答案】
【答案】 ①. mgR ②. ③. mgR－ ④. ⑤. 减小实验结果的误差 ⑥. 圆弧轨道存在摩擦
【解析】
【分析】
【详解】（1）（ⅰ）［1］从A到B，由动能定理得
mgR=EkB-0
则物块到达B时的动能
EkB=mgR
（ⅱ）［2］离开C后，物块做平抛运动，水平方向
s=vCt
竖直方向
h=gt2
物块在C点的动能
EkC=mvC2
解得
EkC=
（ⅲ）［3］由B到C过程中，由动能定理得
-Wf=mvC2-mvB2
克服摩擦力做的功
Wf=mgR-
（ⅳ）［4］B到C过程中，克服摩擦力做的功
Wf=μmgL=mgR-
则
μ=
（2）（ⅰ）［5］实验步骤④⑤的目的，是通过多次实验减小实验结果的误差；
（ii）［6］实验测得的μ值比实际值偏大，其原因除了实验中测量量的误差之外，其他的可能是圆弧轨道存在摩擦，接缝B处不平滑等．
考点：探究影响摩擦力的大小的因素
三、计算题（本题共4小题，共38分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写最后答案的不给分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。）
15. 如图所示，倾角为30°的粗糙绝缘斜面固定在水平地面上，整个装置处在垂直斜面向上的匀强电场之中，一质量为m、电量为-q的小滑块恰能沿斜面匀速下滑，已知滑块与斜面之间的动摩擦因数为，求该匀强电场场强E的大小。
【15题答案】
【答案】
【解析】
【分析】
【详解】受力分析如图所示
由题意得
解得
16. 如图所示，质量为0.2kg的物体带电量为+4×10-4C，从半径为1.0m的光滑的圆弧的绝缘滑轨上端静止下滑到底端，然后继续沿水平面滑动。物体与水平面间的滑动摩擦系数为0.4，整个装置处于E=103N/C水平向左的匀强电场中，求：
（1）物体滑到A点时的速度；
（2）物体在水平面上滑行的最大距离。
【16题答案】
【答案】（1）v=4m/s；（2）x=0.5m
【解析】
【分析】
【详解】（1）由动能定理有
代入数据得：
（2）当E水平向左时，物体在水平面滑动时要克服电场力和摩擦力做功，设物体在水平面上滑行的最大距离为x，由动能定理得到
代入数据得
17. 如图所示，用长为L的绝缘细线拴住一个质量为m、带电量为+q的小球（可视为质点）后悬挂于O点，整个装置处于水平向右的匀强电场E中，将小球拉至使悬线呈水平的位置A后，由静止开始将小球释放，小球从A点开始向下摆动，当悬线转过60°角到达位置B时，速度恰好为零，求
（1）B、A两点的电势差;
（2）电场强度E;
（3）小球到达B点时，悬线对小球的拉力T．
【17题答案】
【答案】（1）（2） （3）
【解析】
【详解】试题分析: （1）小球由A到B过程中，由动能定理得：，
所以
B、A间电势差为
（2）根据公式，可得场强
（3）小球在AB间摆动，由对称性得知，B处绳拉力与A处绳拉力相等，而在A处，由水平方向平衡有：
所以
考点：考查带电粒子在电场中的运动、动能定理、圆周运动．
18. 如图甲所示，质量为m、电荷量为e的电子经加速电压U1，加速后，在水平方向沿O1O2垂直进入偏转电场．已知形成偏转电场的平行板电容器的极板长为L（不考虑电场边缘效应），两极板间距为d，O1O2为两极板的中线，P是足够大的荧光屏，且屏与极板右边缘的距离也为L．求：
（1）粒子进入偏转电场的速度v的大小；
（2）若偏转电场两板间加恒定电压，电子经过偏转电场后正好打中屏上的A点，A点与极板M在同一水平线上，求偏转电场所加电压U2；
（3）若偏转电场两板间的电压按如图乙所示作周期性变化，要使电子经加速电场后t=0时刻进入偏转电场后水平击中A点，试确定偏转电场电压U0以及周期T分别应该满足的条件．
【18题答案】
【答案】粒子进入偏转电场的速度v的大小．
偏转电场所加电压．
偏转电场电压2，3，，周期2，3，
【解析】
【详解】（1）电子经加速电场加速：
解得：
（2）由题意知，电子经偏转电场偏转后做匀速直线运动到达A点，设电子离开偏转电场时的偏转角为，则由几何关系得：
解得：
又
解得：
（3）要使电子在水平在水平方向击中A点，电子必向上极板偏转，且vy=0，则电子应在时刻进入偏转电场，且电子在偏转电场中运动的时间为整数个周期，设电子从加速电场射出的速度为，则
因为电子水平射出，则电子在偏转电场中的运动时间满足
则
（n=1，2，3，4…）
在竖直方向位移应满足
解得：
（n=1，2，3，4…）
【点睛】带电粒子在电场中的运动，综合了静电场和力学的知识，分析方法和力学的分析方法基本相同．先分析受力情况再分析运动状态和运动过程（平衡、加速、减速，直线或曲线），然后选用恰当的规律解题．解决这类问题的基本方法有两种，第一种利用力和运动的观点，选用牛顿第二定律和运动学公式求解；第二种利用能量转化的观点，选用动能定理和功能关系求解．