2022-2023学年河南省新乡市高一（下）期末物理试卷（含详细答案解析）

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这是一份2022-2023学年河南省新乡市高一（下）期末物理试卷（含详细答案解析），共15页。试卷主要包含了单选题，多选题，实验题，简答题，计算题等内容，欢迎下载使用。

1.如图所示，小聪、小明和小张同学分别在同一直线上的A、B、C三个位置投掷篮球，若篮球出手时高度相同，结果都垂直击中竖直篮板，篮球在空中经历的时间分别为t1、t2、t3，不计空气阻力，则下列说法正确的是( )
A. t1>t2>t3
B. t1>t2=t3
C. t1D. t1=t2=t3
2.如图甲所示，小球在竖直面内摆动，悬点为O1，轨迹圆的最低点为O2；如图乙所示，小球在水平面内做匀速圆周运动，悬点为O3，轨迹圆的圆心为O4，两小球均视为质点。下列说法正确的是( )
A. 甲图中小球的向心力由重力来提供
B. 乙图中小球的向心力由重力与悬线拉力的合力来提供
C. 甲图中的向心加速度方向指向O2
D. 乙图中的向心加速度方向指向O3
3.如图所示，物体与竖直放置的轻质弹簧相连且处于静止状态。若对物体施一竖直向上的拉力F，使其缓慢向上运动至弹簧恢复原长，则在该过程中( )
A. 物体的重力势能一直增大
B. 物体的机械能守恒
C. 弹簧的弹性势能先减小后增大
D. 拉力F对物体先做正功，后做负功
4.如图所示，在真空中O点固定一带正电的点电荷，在它产生的电场中有a、b两点，aO与ab的夹角为60∘，bO与ba的夹角为30∘。下列说法正确的是( )
A. a点的电场强度方向为从a指向O
B. 若在a点放一检验电荷，则所放的检验电荷的电荷量越大，a点的电场强度越大
C. a点的电场强度大于b点的电场强度
D. a、b两点的电场强度大小相等
5.如图所示，一颗行星和一颗彗星绕同一恒星运行的轨道分别为A和B，其中A是半径为R的圆轨道，B是长轴QQ′为2R(Q点离恒星近)的椭圆轨道。P点为两轨道的交点，不考虑行星与彗星间的万有引力，下列说法正确的是( )
A. 彗星和行星经过P点时的速度相同
B. 彗星和行星经过P点时的加速度相同
C. 彗星和行星绕恒星运动的周期不相同
D. 彗星从Q运动到Q′的过程中，机械能一直增大
6.一艘小船从河岸A处出发渡河，若小船保持船头与河岸垂直，则经过40s到达正对岸下游120m的C处，如图所示。若小船船头保持与河岸成α角方向行驶，则经过50s恰好到达正对岸的B处。小船在静水中的速度大小和水流速度均不变，下列说法正确的是( )
A. 水流速度大小为4m/sB. 船在静水中的速度大小为3m/s
C. 河宽为150mD. sinα=0.8
7.如图甲所示，轻杆一端固定在O点，另一端固定一小球(视为质点)，现让小球绕定点O在竖直面内做圆周运动，小球经过最高点的速度大小为v，此时轻杆对小球的作用力大小为FT，FT(设竖直向上为正)与速度的平方v2的关系如图乙所示。取重力加速度大小g=10m/s2，不计空气阻力。下列说法正确的是( )
A. 小球的质量为0.1kg
B. 轻杆的长度为0.2m
C. 当轻杆水平时，小球的加速度大小为10m/s2
D. 当小球运动到最低点时，轻杆对小球的弹力大小可能小于1N
二、多选题：本大题共3小题，共18分。
8.如图所示，汽车从拱形桥上的A点匀速率运动到B点，B点的位置比A点的位置高，在该过程中( )
A. 汽车受到的合力对汽车不做功
B. 汽车的牵引力做的功与汽车克服摩擦力做的功相等
C. 汽车的牵引力做的功与汽车克服受到的重力做的功相等
D. 汽车所受重力做功的瞬时功率一直在变化
9.如图所示，在a、b两点固定着两个带等量异种电荷的点电荷，c、d两点将a、b两点的连线三等分，e、f是a、b两点连线的中垂线上的两点，且e、f到a、b两点连线的距离相等，则( )
A. 将一带正电的检验电荷从c点由静止释放，该检验电荷从c运动到d的过程中加速度一直增大
B. 将一带正电的检验电荷从c点由静止释放，该检验电荷从c运动到d的过程中速度一直增大
C. 带正电的检验电荷在e点的加速度方向平行于c、d连线向右
D. 带正电的检验电荷在e点的加速度方向为由e指向f
10.我国现已从航天大国向航天强国迈进，目前中国已经建立了自己的空间站，探月三期工程已经结束，下一步将着手月球基地的建立。若我国航天员在月球上登陆后，以速率v0竖直上抛一小球，上升的最大高度为h，已知月球的半径为R，引力常量为G，月球绕地球做圆周运动的轨道半径为r，周期为T，忽略月球的自转，下列说法正确的是( )
A. 月球表面的重力加速度大小v022h
B. 月球的质量r2v022Gh
C. 月球绕地球做圆周运动的向心加速度大小4π2T2r
D. 月球的第一宇宙速度大小为v0 R2h
三、实验题：本大题共2小题，共14分。
11.在某星球上用如图甲所示的装置探究平抛运动的规律。在铁架台的悬点O正下方P点有水平放置的炽热电热丝，当悬线摆至电热丝处时被烧断，之后小球做平抛运动。现利用频闪数码照相机连续拍摄，在有坐标纸的背景屏前拍下了小球做平抛运动的多张照片，经合成后，照片如图乙所示。a、b、c、d、e为连续五次拍下的小球位置，已知照相机拍照的频率为10Hz，该照片的长度与实际背景屏的长度之比为1：10。计算结果均保留两位有效数字。
(1)为了得到小球做平抛运动的轨迹，应该用______(填“直线”、“折线”或“平滑曲线”)连接各点。
(2)根据上述信息，可知a点______(填“是”或“不是”)小球平抛的起点；该星球表面的重力加速度大小为______m/s2。
(3)小球做平抛运动的初速度大小为______m/s。
12.某实验小组利用如图甲所示的装置做“验证机械能守恒定律”实验。
(1)为验证机械能是否守恒，需要比较重物下落过程中在任意两点间的______。
A.速度变化量和高度变化量
B.速度变化量和势能变化量
C.动能变化量和势能变化量
(2)实验中，先接通电源，再释放重物，得到如图乙所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC。
已知当地的重力加速度大小为g，打点计时器打点的周期为T。设重物的质量为m，在打点计时器打下点O到打下点B的过程中，重物重力势能的减少量ΔEp=______，动能的增加量ΔEk=______
(3)从实验结果发现，重物重力势能的减少量大于其动能的增加量，其原因是______。(写出一条即可)
四、简答题：本大题共2小题，共27分。
13.在A、B两点分别固定一带电荷量为3q(q>0)和−2q的点电荷，A、B两点间的距离为r。D为AB延长线上的点，且D点到B点的距离为r，静电力常量为k。
(1)求D点的电场强度大小；
(2)一不带电的点电荷C先与B处的点电荷接触，再与A处的点电荷接触，之后把点电荷C移走，求A、B两点连线的中点的电场强度大小。
14.如图所示，水平放置的圆盘的半径R=0.5m，在其边缘D点固定一个小桶(视为质点)，在圆盘直径CD的左上方放置一条水平的滑道AB，滑道AB与CD平行，滑道的右端B在C点的正上方，其高度差h=0.8m。在滑道左端静止放置一质量m=0.5kg的滑块(视为质点)，滑块与滑道间的动摩擦因数μ=0.2。当用大小F=5N的拉力水平向右拉动滑块时，圆盘从图示位置开始以转速n=0.5r/s绕盘心O在水平面内匀速转动，拉力作用一段时间后撤掉，滑块在滑道上继续滑行，从B点水平抛出，恰好落入小桶内，不计空气阻力，取重力加速度大小g=10m/s2，π2=10。
(1)求拉力作用的最短时间；
(2)滑块落入桶中后立即随桶一起运动，圆盘的转速逐渐增大，求在圆盘转速从n1=1r/s逐渐增大到n2=4r/s的过程中，小桶对滑块做的功。
五、计算题：本大题共1小题，共13分。
15.如图所示，半径R=0.4m的细光滑34圆弧管道竖直固定在水平地面上，B、C为管道的两端，C点与圆心O的连线CO竖直。一质量m=0.1kg、直径略小于管道内径的小球(视为质点)从B点正上方的A点由静止释放，小球从C端飞出时恰好对管道无作用力。取重力加速度大小g=10m/s2，不计空气阻力，求：
(1)A点距离地面的高度h；
(2)小球从C点飞出后的落地点到C点的水平距离x。
答案和解析
1.【答案】D
【解析】解：篮球的末速度垂直于篮板，其逆运动为平抛运动，篮球在空中上升的高度相同，竖直方向上有
h=12gt2
整理有
t= 2hg
则篮球在空中运动的时间相等，故D正确，ABC错误。
故选：D。
采用逆向思维，篮球做平抛运动，根据高度比较运动的时间大小关系。
解决本题的关键知道平抛运动在水平方向和竖直方向上的运动规律，知道运动的时间由高度决定。
2.【答案】B
【解析】解：A.重力的方向竖直向下，图甲中的小球的向心力由拉力和重力沿悬线方向的分力的合力来提供，故A错误；
B.图乙中小球的向心力由重力和悬线拉力的合力来提供，故B正确；
CD.图甲中小球做圆周运动的圆心为O1，则向心加速度方向指向O1，图乙中小球做圆周运动的圆心为O4，则向心加速度方向指向O4，故CD错误。
故选：B。
对甲球进行受力分析，找出向心力；对乙球进行受力分析，根据指向圆心的合力找出向心力，再根据力与运动的关系列式分析即可。
本题考查的是圆周运动中力与运动的关系，能正确找出充当向心力的合外力是解题的关键。
3.【答案】A
【解析】解：AB、物体向上运动到弹簧恢复原长的过程中，拉力F和弹簧一直对物体做正功，物体的重力势能和机械能都一直增大，故A正确，B错误；
C、由于弹簧从压缩到恢复原长，所以弹簧的弹性势能一直减小，故C错误；
D、拉力向上，物体一直是缓慢上升，故拉力一直做正功，故D错误。
故选：A。
物体上升过程中，受到重力、弹力和拉力三个力作用，三个力均对物体做功，根据功能关系可研究拉力F做功与能量变化的关系。
本题着重考查对功能关系的理解：功是能量转化的量度。常常用到下列几对功能关系：重力做功与重力势能变化、合力做功与动能变化、弹力做功与弹性势能变化，除重力、弹力以外做功与机械能变化的关系，这是一一对应的关系，不能搞错。
4.【答案】C
【解析】解：A.正电点电荷，根据正电荷电场分布，a点的电场强度方向从O指向a，故A错误；
BCD.由点电荷场强公式E=kQr2
到O点的距离越大，电场强度越小，与检验电荷无关，与场源电荷有关，a点的电场强度大于b点的电场强度，故BD错误，C正确。
故选：C。
根据正电荷电场分布，确定a点的电场强度方向；
由点电荷场强公式，比较电场强度大小。
本题考查学生对正电荷电场分布、点电荷场强公式的掌握，比较基础。
5.【答案】B
【解析】解：A.两星体经过P点时速度方向肯定不同，故速度不可能相同，故A错误；
B.由题图，行星和彗星在P点时到恒星的距离相同，由
GMmr2=ma
行星和彗星在P点时的加速度相同，故B正确；
C.因圆形轨道的半径和椭圆轨道的半长轴相等，则由开普勒第三定律知，彗星和行星运动的周期相等，故C错误；
D.彗星从Q运动到Q′的过程中，只有万有引力做功，机械能守恒，故D错误。
故选：B。
速度是矢量，要考虑方向；
根据牛顿第二定律，比较加速度；
由开普勒第三定律，分析周期；
只有万有引力做功，机械能守恒。
本题考查学生对矢量、牛顿第二定律、开普勒第三定律、机械能守恒规律的掌握，比较基础。
6.【答案】D
【解析】解：A、小船保持船头与河岸垂直，沿河岸方向有：L=v水t1
将L=120m，t1=40s代入解得：v水=3m/s，故A错误；
BC、根据几何关系可知，小船的合位移垂直河岸时，小船垂直河岸的分速度大小：vy=v船sin⁡α
而：d=vyt2
又因为：d=v船t1
解得：v船=5m/s，d=200m，故BC错误；
D、根据几何关系有：sin⁡α=vyv船=dv船t2=2005×50=0.8，故D正确。
故选：D。
将小船的运动分解为沿河岸方向和垂直于河岸方向，抓住分运动与合运动具有等时性，可以求出水流速度与小艇在静水中的速度，从而可求出河的宽度；
当实际航线与河岸垂直，则合速度的方向垂直于河岸，根据平行四边形定则求出船头与河岸所成的夹角。
解决本题的关键知道分运动和合运动具有等时性，以及会根据平行四边形定则对运动进行合成和分解，注意运动时间单位为秒。
7.【答案】A
【解析】解：A.由题图可知，当小球在最高点的速度为零时，有mg=FT=1N
解得小球的质量m=0.1kg，故A正确；
B.当轻杆对小球无作用力时，有mg=mv2l
其中v=2m/s，解得轻杆的长度l=0.4m，故B错误；
C.当轻杆水平时，小球受到重力和拉力，小球在竖直方向的加速度等于重力加速度10m/s2，可知小球的加速度大小大于10m/s2，故C错误；
D.当小球运动到最低点时，有F′T−mg=mv′2l
可知F′T>1N，故D错误。
故选：A。
在最高点，若v=0，则FT=mg；若FT=0，则mg=mv2R，联立即可求得小球质量和杆l；根据机械能守恒求出小球在最低点的速度，然后根据拉力与重力的合力特点向心力即可求出。
本题主要考查了圆周运动向心力公式的直接应用，要求同学们能根据图象获取有效信息，难度适中．
8.【答案】AD
【解析】解：A.因为汽车的速率不变，动能变化为零，由动能定理知，汽车受到的合力对汽车不做功，故A正确；
BC.设克服摩擦力做的功为Wf，由动能定理得：
WF−mgh−Wf=0
解得：WF=mgh+Wf
即汽车的牵引力做的功等于汽车克服重力做的功与克服摩擦力做的功之和，故B、C错误；
D.重力的功率为：
P=mgvcsα
汽车的速率不变，但是速度方向与竖直方向的夹角α时刻在变，重力的功率一直在变化，故D正确。
故选：AD。
汽车由A匀速率运动到B的过程中受重力、弹力、摩擦力、以及牵引力作用，正确分析这些力及合力做功做功情况，根据动能定理及重力的瞬时功率P=mgvcsα分析即可。
解决本题的关键是抓住物体做曲线运动的条件以及灵活利用动能定理是正确解决本题的关键。
9.【答案】BC
【解析】解：AB、根据等量异种点电荷周围电场线的特点可知，c、d两点关于两点电荷连的中点对称，则可知其电场强度大小相等，且电场的方向由正电荷指向负电荷。c、d两点在两点电荷连线上。因此可知c、d两点的电场强度方向相同，而两点电荷连线中点处的场强最小。故该检验电荷从c运动到d的过程中加速度先减小后增大，可知速度一直增大，故A错误，B正确；
CD、e点的电场强度为两点电荷在e点场强的合场强，作出e点的电场强度如图所示
可知e点的电场强度平行于c、d连线向右，故C正确，D错误。
故选：BC。
根据电场线的方向和疏密判断场强的方向和大小，以及电势的高低。
常见电场的电场线分布及等势面的分布要求我们能熟练掌握，并要注意依据电场线的疏密来判定电场强度的大小，同时注意等量异号电荷形成电场的对称性。加强基础知识的学习，掌握住电场线的特点，即可解决本题。
10.【答案】AD
【解析】解：A.小球做竖直上抛运动，根据运动学公式可知月球表面的重力加速度大小为：g=v022h，故A正确；
B.在忽略自转的前提下，月球表面的物体受到的万有引力等于重力，则有：GMmR2=mg
解得：M=R2v022Gh，故B错误；
C.月球绕地球做圆周运动的轨道半径为r，周期为T，由向心加速度公式可得向心加速度大小为：
an=4π2rT2，故C错误；
D.设月球的第一宇宙速度大小为v1，根据牛顿第二定律可得：
m′g=m′v12R，解得：v1= gR=v0 R2h，故D正确。
故选：AD。
根据运动学公式得出月球表面的重力加速度；忽略自转的前提下，月球表面物体受到的万有引力等于重力，由此列式得出月球的质量；根据向心加速度公式可得向心加速度大小；根据牛顿第二定律得出月球的第一宇宙速度。
本题主要考查了万有引力定律的相关应用，熟悉月球的受力分析，结合牛顿第二定律和运动学公式即可完成解答。
11.【答案】平滑曲线不是 102.0
【解析】解：(1)为了得到小球做平抛运动的轨迹，应该用平滑曲线连接各点。
(2)由于水平间距相等，时间间隔相同，从平抛起点开始竖直高度之比应为1：3：5：⋅⋅⋅，所以a点不是平抛的起点；
频率为10Hz，周期为0.1s，根据
Δy=gT2
解得：g=ΔyT2=
(3)根据水平方向上的运动特点可知初速度为：
v0=xT=
故答案为：(1)平滑曲线；(2)不是；10；(3)2.0
(1)根据实验原理可知需要用平滑的曲线连接各点；
(2)根据竖直方向上的位移的比值关系分析出a点是不是平抛的起点，结合竖直方向上的运动特点得出重力加速度的大小；
(3)根据水平方向上的运动特点，结合运动学公式得出小球做平抛运动的初速度。
本题主要考查了平抛运动的相关应用，理解平抛运动在不同方向上的运动特点，结合运动学公式即可完成分析。
12.【答案】CmghB m(hC−hA)28T2 存在空气阻力，纸带与仪器之间存在摩擦力
【解析】解：(1)根据机械能守恒定律的表达式ΔEp减=ΔEk增，可知验证机械能守恒定律，需测量势能的减小量与动能的增加量，故AB错误，C正确。
故选：C。
(2)在打点计时器打下点O到打下点B的过程中，重物重力势能的减少量ΔEp=mghB
根据匀变速运动中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，因此打下B点的速度为vB=hC−hA2T
所以其动能的增加量ΔEk=12mvB2=m(hC−hA)28T2
(3)由于重物在下落过程中受到空气阻力、纸带与打点计时器之间的摩擦力作用，因此重物要克服阻力做功，使重物重力势能的减少量大于其动能的增加量。
故答案为：(1)C；(2)mghB；m(hC−hA)28T2；(2)存在空气阻力，纸带与仪器之间存在摩擦力。
(1)根据机械能守恒定律的的表达式分析作答；
(2)根据重力势能的定义式求解重力势能的减小量；根据匀变速运动中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度求解打下B点的速度；根据动能的定义式求解动能的增加量；
(3)由于重物在下落过程中受到空气阻力、纸带与打点计时器之间的摩擦力作用，需要克服阻力做功，据此分析作答。
解决本题的关键知道实验的原理，以及知道实验中误差的来源，掌握纸带的处理，会通过纸带求解瞬时速度，从而得出动能的增加量；根据题意应用机械能守恒定律即可解题。
13.【答案】解：(1)设两点电荷产生的电场在D点的电场强度大小分别为E1、E2，有
E1=k3q(2r)2=3kq4r2
E2=k2qr2=2kqr2
D点的电场强度
E′=E1−E2=3kq4r2−2kqr2=−5kq4r2
负号表示方向由D指向A，即D点的电场强度大小为5kq4r2。
(2)点电荷C与A、B两点的点电荷接触后，A、B两点的点电荷所带的电荷量分别为q、−q，此时A、B两点连线的中点的电场强度大小
E′′=kq(r2)2+kq(r2)2=8kqr2
答：(1)D点的电场强度大小为5kq4r2；
(2)A、B两点连线的中点的电场强度大小为8kqr2。
【解析】(1)由点电荷的场强公式结合电场强度矢量的叠加求解；
(2)一不带电的点电荷与带电电荷接触电荷量平分，再根据点电荷的场强公式结合电场强度矢量的叠加求解。
本题考查的是点电荷电场强度的叠加，需注意D点的位置，属于基础题。
14.【答案】解：(1)根据题意可知，滑块由B点抛出后做平抛运动，在竖直方向有
h=12gt2
解得平抛运动的时间为：t=0.4s
滑块离开滑道时的速度大小为
v=2Rt=2×
由牛顿第二定律有
F−μmg=ma1
解得：a1=8m/s2
圆盘转过一周时滑块落入小桶，拉力作用的时间最短，圆盘转过一周的时间
T=2πω=2π2πn=2π2π×0.5s=2s
撤去F后，由牛顿第二定律有
μmg=ma2
解得：a2=2m/s2
滑块在滑道上先加速后减速，有
v=a1t1−a2t2
根据滑块滑行的时间、滑块抛出后在空中的时间与圆盘周期的关系，有
t1+t2+t=T
解得：t1=0.57s
(2)根据题意，由公式可得
v1=2πn1R=2π×1×0.5m/s=πm/s
v2=2πn2R=2π×4×0.5m/s=4πm/s
根据动能定理有，小桶对滑块做的功为
W=12mv22−12mv12
解得：W=37.5J
答：(1)拉力作用的最短时间为0.57s；
(2)小桶对滑块做的功为37.5J。
【解析】(1)滑块由B点抛出后做平抛运动，根据h=12gt2求出平抛运动的时间。由v=2Rt求出滑块离开滑道时的速度大小。根据牛顿第二定律求出撤去F前后滑块的加速度大小。滑块在滑道上先加速后减速，根据速度-时间公式求解拉力作用的最短时间。
(2)先根据n1=1r/s时和n2=4r/s时滑块的线速度，再根据动能定理求小桶对滑块做的功。
解决本题的关键要明确滑块整个过程的运动情况：匀加速直线运动、匀减速直线运动和平抛运动，知道三个过程的运动时间与圆盘转动的时间相等，以及能熟练运用运动学公式。
15.【答案】解：(1)小球从C端飞出时恰好对管道无作用力，重力刚好提供向心力，则有：mg=mvC2R
代入数据解得：vC=2m/s
小球从A点运动到C点的过程中，由机械能守恒定律可得：mg(h−2R)=12mvC2
代入数据解得：h=1m
(2)小球从C点飞出后，在竖直方向上做自由落体运动，则有：2R=12gt2
代入数据解得：t=0.4s
水平方向上有：x=vCt
解得：x=0.8m
答：(1)A点距离地面的高度是1m；
(2)小球从C点飞出后的落地点到C点的水平距离是0.8m。
【解析】(1)小球从C端飞出时恰好对管道无作用力，重力刚好提供向心力，由向心力公式可求小球的速度；小球从初位置到C点的过程机械能守恒，由此求出小球开始时的高度；
(2)小球从C点飞出后做平抛运动，将小球的运动沿水平方向与竖直方向分解即可求出。
本题考查竖直平面内的圆周运动以及平抛运动，要注意明确研究的过程，正确确定初末状态。本题也可以根据动能定理求速度。