2021-2022年上海师范大学附属中学高一（下）期末物理试题含解析

上海师范大学附属中学2021学年高一物理第二学期期末试卷 详解

（考试时间：  40分钟   满分： 100分）

本卷g=10m/s2

一、选择题（共 46 分。第 1-6小题，每小题 3 分，第 7-13 小题，每小题 4 分。每小题只有一个正确答案）

1. 一质点只受一个恒力的作用，其不可能的运动状态为（     ）

①变速直线运动   ②匀速圆周运动   ③曲线运动   ④匀速直线运动

A. ①② B. ②③ C. ②④ D. ③④

【答案】C

【解析】

【详解】①变速直线运动满足的条件是合力和速度共线，若为恒力做匀变速直线运动；故①可能；

②物体做匀速圆周运动时，要有力提供向心力，并且该力的方向要时刻改变，而一质点只受一个恒力的作用，力的方向不变，故恒力不能做匀速圆周运动，故②不可能；

③.当物体所受恒力方向与初速度方向不共线时，物体做匀变速曲线运动，轨迹为抛物线的曲线运动，故③可以；

④物体受到的合力为零时做匀速直线运动，故受恒力不可能做匀速直线运动；则④不可能.

本题选不可能的运动为②④，故选C.

2. 关于平抛运动和圆周运动，下列说法正确的是　　

A. 平抛运动过程中物体在相等时间内速度的改变量一定相等

B. 平抛运动中速度方向不断变化，因而加速度一定是变化的

C. 做圆周运动的物体加速度方向一定指向圆心

D. 匀速圆周运动是加速度不变的运动

【答案】A

【解析】

【分析】平抛运动的加速度不变，做匀变速曲线运动，匀速圆周运动的加速度大小不变，方向时刻改变．

【详解】A、平抛运动过程中速度的改变量，一定，则相等时间内速度的改变量一定相同，故A正确；

B、做平抛运动的物体只受重力，是恒力，故加速度保持不变，恒为g，B错误；

C、做匀速圆周运动的物体，其加速度方向一定指向圆心，做非匀速圆周运动的物体，其加速度方向不指向圆心．故C错误；

D、做匀速圆周运动的物体，加速度方向每时每刻指向圆心，故加速度方向每时每刻发生变化，故D错误；

故本题选A．

【点睛】解决本题的关键知道平抛运动和匀速圆周运动的特点，知道平抛运动的加速度不变，匀速圆周运动的加速度在变化．

3. 站在向右匀速直线运动的车厢内的人向前推车厢的前壁，下列关于人对车厢做功情况说法中正确的是（　　）

A. 做正功 B. 做负功

C. 不做功 D. 无法判定

【答案】C

【解析】

【详解】车厢给人三个力的作用，即向右的摩擦力、向上的支持力和向左的推力。支持力和人的重力是一对平衡力，且不对人做功，车厢给人的摩擦力和推力的合力使人随车厢一起向右做匀速，所以这个合力为零，根据牛顿第三定律知，人给车厢的摩擦力与推力的合力也为零，故人对车厢不做功。故选C。

4. 关于电场，下列说法正确的是（　　）

A. 场强是反映电场能的性质的物理量

B. 电场力一定对正电荷做正功

C. 电场线是实际存在的线，反映电场强度的大小和方向

D. 静电场的电场线总是与等势面垂直，且从电势高的等势面指向电势低的等势面

【答案】D

【解析】

【详解】A．场强是反映电场力的性质的物理量，故A错；

B．如果电场力方向与正电荷运动方向相反，电场力对正电荷做负功，故B错误；

C．电场线是人为假想的曲线，实际并不存在，故C错误；

D．电场中电势相等的各个点构成的面叫做等势面，等势面与电场线垂直，即电场线与等势面垂直；沿着电场线电势越来越低，即电场线由电势高的等势面指向低的等势面，故D正确。

故选D。

5. 重粒子肿瘤治疗装置中的回旋加速器可发生+5价重离子束，其电流强度为，则在1s内发射的重离子个数为（）

A.  B.  C.  D.

【答案】B

【解析】

【详解】根据公式，可得在单位时间内发射的粒子的电荷量为，故个数为个，D正确；

6. 一带正电荷的粒子只在电场力作用下沿轴正方向运动，轴正半轴上的电势随位置变化的关系如图所示，则下列说法中正确的是

A. 处的电场强度均沿轴负方向

B. 该粒子在处的加速度大于在处的加速度

C. 该粒子从处到处的过程中做减速运动

D. 该粒子在处的电势能大于在处的电势能

【答案】D

【解析】

【分析】沿电场线电势降低，可知场强方向；φ-x图像的斜率等于场强；正电荷在高电势点电势能较大.

【详解】由于沿着电场线的方向电势越来越低，则知x1、x2处的电场强度均沿x轴正方向，选项A错误；由于在φ－x图象中，图线上某一点所对应的切线斜率的绝对值表示该点所对应的电场强度的大小，结合qE＝ma可得，该粒子在x1处的加速度小于在x2处的加速度，选项B错误；该粒子从x1处到x2处的过程中做加速运动，选项C错误；由于粒子从x1处到x2处的过程，电场力做正功，粒子的电势能减少，所以该粒子在x1处的电势能大于在x2处的电势能，选项D正确；故选D．

【点睛】本题以φ—x图象为载体考查电势、电场强度及电势能等知识，意在考查考生的理解能力和分析问题的能力．

7. 如图所示，实线MN是正点电荷Q产生的一条电场线（方向未画出），虚线abc是一个电子只在静电力作用下的运动轨迹。下列说法正确的是（　　）

A. 电子可能是从a向c运动，也可能是从c向a运动

B. 正点电荷Q可能在M侧，也可能在N侧

C. 电子在a点时的加速度小于在b点时的加速度

D. 电子在b点时的电势能大于在c点时的电势能

【答案】A

【解析】

【详解】A．由于不知道电子速度变化，由运动轨迹图不能判断电子向那个方向运动，故A正确；

BC．由运动轨迹可知，电场力方向指向凹的一侧即左侧，所以，在MN上电场方向向右，那么Q靠近M端且为正电荷，所以电子在a点时的加速度大于在b点时的加速度，故BC错误；

D．电子所受电场力方向指向左侧，那么，若电子从b向c运动，则电场力做负功，电势能增加；若电子从c向b运动，则电场力做正功，电势能减小，所以，一定有Epb＜Epc，求解过程与Q所带电荷无关，只与电场线方向相关，故D错误。

故选A。

8. 2021年5月，“天问一号”探测器成功在火星软着陆，我国成为世界上第一个首次探测火星就实现“绕、落、巡”三项任务的国家。“天问一号”在火星停泊轨道运行时，近火点距离火星表面2.8102 km、远火点距离火星表面5.9105 km，则“天问一号” （　　）

A. 在近火点的加速度比远火点的小 B. 在近火点的运行速度比远火点的小

C. 在近火点的机械能比远火点的小 D. 在近火点通过减速可实现绕火星做圆周运动

【答案】D

【解析】

【分析】

【详解】A．根据牛顿第二定律有

解得

故在近火点的加速度比远火点的大，故A错误；

B．根据开普勒第二定律，可知在近火点运行速度比远火点的大，故B错误；

C．“天问一号”在同一轨道，只有引力做功，则机械能守恒，故C错误；

D．“天问一号”在近火点做的是离心运动，若要变为绕火星的圆轨道，需要减速，故D正确。

故选D。

9. 为使在额定状态下正常工作的电热丝在相同时间内产生的热量增加一倍，下列措施可行的是（　　）

A. 保持电热丝两端的电压不变，剪去一半电热丝

B. 保持电热丝两端的电压不变，并联一根相同的电热丝

C. 保持电热丝两端的电压不变，串联一根相同的电热丝

D. 保持电热丝不变，使电热丝两端的电压变为原来的倍

【答案】B

【解析】

【详解】ABC．相同时间内热量增加一倍，就是功率变为原来的2倍。若保持电热丝两端的电压不变，根据

可知，应使R减小一半，选项A、B符合要求，选项C错误，又考虑原来电热丝“在额定状态下正常工作”，通过电阻丝的电流已经达到“额定电流”，若将电阻丝剪去一半，而保持电压不变，则实际电流是额定电流的2倍，电阻丝将被烧坏，因此选项A不可行，故AC错误，B正确；

D．同理，当电阻不变，而电压变为原来的倍时，实际电流是额定电流的倍，电阻丝将被烧坏，选项D也不可行，故D错误。

故选B。

10. 取水平地面为重力势能零点。一物块从某一高度水平抛出，在抛出点其动能与重力势能恰好相等。不计空气阻力，该物块落地时的速度方向与水平方向的夹角为（　　）

A.  B.  C.  D.

【答案】B

【解析】

【分析】

【详解】设物块初速度为v0，质量为m，依题意有

设物块落地瞬间水平速度分量为vx，竖直速度分量为vy，则根据平抛运动的规律可得

即

所以物块落地时速度方向与水平方向夹角为

故选B。

11. 如图所示，电源E对电容器C充电，当C两端电压达到80V时，闪光灯瞬间导通并发光，C放电。放电后，闪光灯断开并熄灭，电源再次对C充电。这样不断地充电和放电，闪光灯就周期性地发光。该电路（　　）

A. 充电时，通过R的电流不变

B. 若R增大，则充电时间变短

C. 若C增大，则闪光灯闪光一次通过的电荷量减小

D. 若E减小为85V，闪光灯闪光一次通过的电荷量不变

【答案】D

【解析】

【详解】A．充电时，通过R的电流逐渐减小，故A错误；

B．若R增大，充电的最大电流减小，充电时间变长，故B错误；

C．若C增大，电容器充满电后带的电荷量增多，则闪光灯闪光一次通过的电荷量增大，故C错误；

D．若E减小为85V，电容器充满电后电压仍然大于闪光灯导通需要的电压，所以闪光灯闪光一次通过的电荷量不变，故D正确。

故选D。

12. “ETC”是高速公路上电子不停车收费系统的简称。若某汽车以恒定功率匀速行驶，为合理通过收费处，司机在t1时刻使汽车功率减半，并保持该功率行驶，到t2时刻又做匀速运动；通过收费处后，逐渐增加功率，使汽车做匀加速运动直到恢复原来功率，以后保持该功率行驶。设汽车所受阻力大小不变，则在该过程中，汽车的速度随时间变化图像可能正确的是（　　）

A.  B.

C.  D.

【答案】C

【解析】

详解】0-t1时间内，汽车以恒定功率匀速行驶，则有

t1时刻使汽车功率减半，则有

解得

则汽车做减速运动，速度减小，t1到t2时刻保持该功率行驶，所以牵引力增大，由牛顿第二定律可得

则汽车做加速度逐渐减小的减速运动，t1到t2时间内图像的斜率逐渐减小；

t2到 t3时间内做匀速运动则速度保持不变；

t3到 t4时间内先做匀加速运动有

由于牵引力不变，速度增大，功率增大，当时，保持功率不变，则汽车继续加速运动，其牵引力减小，由牛顿第二定律可知，汽车做加速度逐渐减小的加速度运动，加速度为0时，汽车的速度达到最大值，最后做匀速运动。所以在t3到 t4时间内图像斜率保持不变，再逐渐减小，最后为0。ABD错误，C正确；

故选C。

13. 水上乐园有一末段水平的滑梯，人从滑梯顶端由静止开始滑下后落入水中。如图所示，滑梯顶端到末端的高度，末端到水面的高度。取重力加速度，将人视为质点，不计摩擦和空气阻力。则人的落水点到滑梯末端的水平距离为（　　）

A.  B.  C.  D.

【答案】A

【解析】

【分析】

【详解】人从滑梯由静止滑到滑梯末端速度为，根据机械能守恒定律可知

解得

从滑梯末端水平飞出后做平抛运动，竖直方向做自由落体运动，根据可知落水时间为

水平方向做匀速直线运动，则人的落水点距离滑梯末端的水平距离为

故选A。

二、填空题（每题4分，共20分）

14. 机场严禁携带能量超过160W•h的充电宝搭乘飞机。160W•h相当于_____kg重物下落1m所具有的动能（重力加速度g取10m/s2）。一标有“30000mA•h，5V”的充电宝_____（选填“是”或“否”）可以携带乘机。

【答案】    ①. 5.76×104    ②. 是

【解析】

【详解】(1)[1]E=160W•h=160×3600J=5.76×105J，设物体的质量为m，重物下落1m的动能等于下落1m的重力势能的变化量，即

Ek=mgh

代入解得

m=5.76×104kg

[2]30000mA•h，5V的充电宝储存的电能为

所以能够携带乘机。

15. 动能相等的两人造地球卫星A、B的轨道半径之比，它们的角速度之比____，质量之比_____．

【答案】    ①.     ②. 1:2

【解析】

【详解】[1]对人造卫星，根据万有引力提供向心力：

可得角速度

则：

[2]线速度之比：

动能

可得

16. 如图所示为等量异种电荷的电场线，P、Q为电场线上的两点，可以判断出两点的场强，判断的依据是________；还可以判断出两点的电势，判断的依据是________．

【答案】    ①. P点所在位置处的电场线较Q点处的密    ②. 沿着电场线方向电势降低

【解析】

【详解】根据电场线的疏密可以判断场强的大小，因为P点所在位置处的电场线较Q点处的密，所以；而电场线从正电荷出发终止于负电荷，所以电场线由P指向Q，根据沿电场线方向电势降低，可以判断两点的电势关系：

17. 如图，光滑固定斜面的倾角为30°，A、B两物体的质量之比为4∶1．B用不可伸长的轻绳分别与A和地面相连，开始时A、B离地高度相同．在C处剪断轻绳，当B落地前瞬间，A、B的速度大小之比为_______，机械能之比为_________（以地面为零势能面）．

【答案】    ①. 1:2    ②. 4:1

【解析】

【详解】设剪断细线前两物体离地面的高度均为h；剪断细线后，B做自由落体运动，落到地面的时间 ;B的速度 ；A沿斜面加速下滑，加速度为 ，则当B落地时A的速度；则 ；AB下落过程中机械能守恒，故此时的机械能等于刚开始下落时的重力势能，则机械能之比： 

点睛：此题要搞清剪断细线后两物体的运动特点，结合牛顿第二定律即运动公式求解；两物体下落时只有重力做功，机械能守恒.

18. 质量m=1.67×10-27kg的质子在高能粒子加速器中被加速为动能Ek=1.6×10-10J。某同学根据算出质子的速度v=4.38×108m/s（计算无误）。此速度值不合理之处是__________，说明__________；

【答案】    ①. 速度超过光速    ②. 牛顿力学只适用宏观物体的低速运动，微观、高速粒子运动时不成立

【解析】

【详解】[1]此速度超过真空中的光速，不合理。

[2]这说明牛顿力学是有局限性的，其适用范围是：宏观、低速运动的物体，对于微观、高速运动的粒子不成立。

三、综合题（第19题10分，第20题13分，第21题15分，共38分）

注意：第20、21题在列式计算、逻辑推理以及回答问题过程中，要求给出必要的图示、文字说明、公式、演算等。

19. “用DIS研究机械能守恒定律”的装置如图（a），某组同学在一次实验中，以如下表格和图（b）显示实验的结果。

（1）图（b）的横轴表示摆锤距D点的高度h，纵轴表示摆锤的重力势能EP，、动能Ek，或机械能E。已显示小球的重力势能EP与h变化关系如图线1，请用描点法分别画出动能Ek与h变化关系图线和机械能E与h变化关系图线，并分别标上2、3；（      ）

（2）本实验用到的传感器是________，用“摆锤”而不用“摆球”的原因是_______。

（3）某同学认为：该实验的摆锤质量未知也可以验证机械能守恒定律。该同学的说法_______（选填“正确”或“错误”）。

【答案】    ①.     ②. 光电门传感器    ③. 摆球上不好固定光电门，也不利于确定摆球在下摆过程中的位置    ④. 正确

【解析】

【详解】（1）[1]根据表中数据，用描点法分别画出动能Ek与h变化关系图线和机械能E与h变化关系图线如图所示

（2）[2]实验中摆锤在各点的速度需要利用光电门间接测量出来，从而用DIS测出摆锤在各点的动能，故本实验用到的传感器是光电门传感器

[3]用“摆锤”而不用“摆球”的原因是摆球上不好固定光电门，也不利于确定摆球在下摆过程中的位置；

（3）[4]由于需要验证摆锤机械能守恒的原理表达式两边均与摆锤质量有关，可以约掉，所以即使摆锤质量未知，也可以验证机械能守恒定律。故该同学的说法正确。

20. 某同学制作了如图所示的实验装置。图中水平放置的底板上竖直地固定有M板和N板。M板上部有一半径为R的圆弧形的粗糙轨道，P为最高点，Q为最低点，Q点处的切线水平，距底板高为H。N板上固定有三个圆环。将质量为m的小球从P处静止释放，小球运动至Q飞出后无阻碍地通过各圆环中心，落到底板上距Q水平距离为L处。不考虑空气阻力，重力加速度为g。求：

（1）距Q水平距离为的圆环中心到底板的高度；

（2）小球运动到Q点时对轨道压力的大小和方向；

（3）摩擦力对小球做的功。

【答案】（1）；（2），方向竖直向下；（3）

【解析】

详解】（1）由平抛运动规律可知

同理解得

解得

则到底板的高度为

（2）由平抛规律得Q点速度

在Q点，由牛顿第二定律

解得

由牛顿第三定律知

方向竖直向下。

（3）从P点至Q点，由动能定理

得

21. 如图所示，电子由静止开始经加速电场加速后，沿平行于板面的方向射入偏转电场，并从另一侧射出．已知电子质量为m，电荷量为e，加速电场电压为U0．偏转电场可看作匀强电场，极板间电压为U，极板长度为L，板间距为d．

(1)忽略电子所受重力，求电子射入偏转电场时的初速度v0和从电场射出时沿垂直板面方向的偏转距离Δy；

(2)分析物理量的数量级，是解决物理问题的常用方法．在解决（1）问时忽略了电子所受重力，请利用下列数据分析说明其原因．已知，，，，．

(3)极板间既有静电场也有重力场．电势反映了静电场各点的能的性质，请写出电势的定义式．类比电势的定义方法，在重力场中建立“重力势”的概念，并简要说明电势和“重力势”的共同特点．

【答案】(1)      (2)由于F远大于G，因此不需要考虑电子所受重力  (3) 电势和重力势都是反映场的能的性质的物理量，仅由场自身的因素决定.

【解析】

【详解】(1)根据动能定理，有

则电子射入偏转电场初速度

在偏转电场中，电子的运动时间

偏转距离

(2)考虑电子所受重力和电场力的数量级，有

重力

电场力

由于，因此不需要考虑电子所受重力

(3)电场中某点电势定义为电荷在该点的电势能与其电荷量q的比值，即

由于重力做功与路径无关，可以类比静电场电势的定义，将重力场中物体在某点的重力势能与其质量m的比值，叫做“重力势”，即

电势和重力势都是反映场的能的性质的物理量，仅由场自身的因素决定