2024湖南省雅礼七校高一下学期期末考试物理试卷含解析

这是一份2024湖南省雅礼七校高一下学期期末考试物理试卷含解析，共15页。试卷主要包含了单选题，多选题，填空题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。

1.许多科学家对物理学的发展作出了巨大贡献，也创造出了许多物理学方法，如理想实验法、控制变量法、极限思维法、建立物理模型法、类比法和科学假设法等。下列关于物理学史和物理学方法的叙述错误的是( )
A. 法拉第引入了电场线，以便形象直观地描述场强的大小和方向
B. 卡文迪什巧妙地运用放大法，通过扭秤实验验证库仑定律
C. 牛顿第一定律是利用逻辑思维对事实进行分析的产物，不能用实验直接验证
D. 伽利略在研究自由落体运动过程中，把科学实验和逻辑推理结合起来
2.如图所示，A、B两球用细线悬挂于天花板上且静止不动，两球质量mB=mA，两球间是一个轻质弹簧，如果突然剪断悬线，则在剪断悬线瞬间( )
A. A球加速度为g，B球加速度为0B. A球加速度为0，B球加速度为g
C. A球加速度为2g，B球加速度为0D. A球加速度为0，B球加速度为2g
3.下图是汽车特技表演中的镜头，汽车只有两个轮子着地并在水平地面上做匀速圆周运动，下列关于这个现象的说法正确的是( )
A. 地面对车的摩擦力提供了向心力
B. 支持力和摩擦力的合力提供了向心力
C. 地面对汽车的支持力大于汽车的重力
D. 汽车受到重力、支持力、摩擦力和向心力的作用
4.如图为我国高速铁路使用的“复兴号”动车组，假设动车组运行过程中受到的阻力与速度的平方成正比。若动车以120km/h的速度匀速行驶，发动机的功率为P。当动车以速度240km/h匀速行驶，则发动机的功率为( )
A. PB. 2PC. 4PD. 8P
5.如图所示，在直角三角形ABC中，∠A=30∘，BC=R。A、B两点各固定有点电荷，带电荷量分别为−4Q、+Q，以 C点为球心固定有不带电的金属球壳，球壳半径为12R。已知静电力常量为k，球壳表面的感应电荷在球心 C处产生的电场强度( )
A. 为零B. 大小为kQR2，方向沿BA方向
C. 大小为kQR2，方向与CB方向夹角为60∘D. 大小为2kQR2，方向沿∠ACB平分线
6.如图甲所示，真空中水平放置两块长度为2d的平行金属板P、Q，两板间距为d，两板间加上如图乙所示最大值为U0的周期性变化的电压，在两板左侧紧靠P板处有一粒子源A，自t=0时刻开始连续释放初速度大小为v0，方向平行于金属板的相同带电粒子，t=0时刻释放的粒子恰好从Q板右侧边缘离开电场，已知电场变化周期T=2dv0，粒子质量为m，不计粒子重力及相互间的作用力，则( )
A. 在t=0时刻进入的粒子离开电场时速度大小为 2v0
B. 粒子的电荷量为mv022U0
C. 在t=18T时刻进入的粒子离开电场时电势能减少了18mv02
D. 在t=14T时刻进入的粒子刚好从P板右侧边缘离开电场
二、多选题：本大题共4小题，共16分。
7.如图所示，一定质量的物体通过轻绳悬挂，结点为O。人沿水平方向拉着OB绳，物体和人均处于静止状态。若人的拉力方向不变，缓慢向左移动一小段距离，下列说法正确的是( )
A. OA绳中的拉力逐渐增大B. OB绳中的拉力逐渐减小
C. 人对地面的压力逐渐减小D. 地面给人的摩擦力逐渐增大
8.已知月球的半径为R，月球表面的重力加速度为g，引力常量为G，“嫦娥四号”离月球中心的距离为r，绕月周期为T。根据以上信息可求出( )
A. “嫦娥四号”绕月运行的速度为 r2gRB. “嫦娥四号”绕月运行的速度为 R2gr
C. 月球的平均密度为3πGT2D. 月球的平均密度为3πr3GT2R3
9.b、c、d为某一电场中的等差等势线。一不计重力的带负电粒子飞入电场后只在电场力作用下沿M点到N点运动(如图)，下列说法正确的是( )
A. M点处的电场强度大于N点处的电场强度
B. 带电粒子在N点的速度比在M点处的速度大
C. 带电粒子在N点处的电势能比在M点处的电势能大
D. 四个等势线的电势关系为φa>φb>φc>φd
10.如图甲所示，粗糙、绝缘的水平地面上，一质量m=1kg的带负电小滑块(可视为质点)在x=1m处以v0=2m/s的初速度沿x轴正方向运动，滑块与地面间的动摩擦因数μ=0.05。在x=0及x=5m处有两个电性未知，电荷量分别为Q1、Q2的点电荷场源，滑块在不同位置所具有的电势能Ep如图乙所示，P点是图线最低点，虚线AB是图像在x=1m处的切线，g=10m/s2下列说法正确的选项是( )
A. 滑块在x=3m处所受合外力小于0.5NB. 两场源电荷均带负电，且|Q1|>|Q2|
C. 滑块向右运动过程中，速度始终减小D. 滑块向右一定可以经过x=4m处的位置
三、填空题：本大题共1小题，共4分。
11.电荷的定向移动形成电流，电流表示单位时间内通过导体横截面的电荷量，即I=qt。电流传感器可以像电流表一样测量电流，并且可以和计算机相连，显示出电流随时间变化的图像。利用电流传感器研究电容器的放电过程的电路如图甲所示，其中电源两端电压U=8V。S是单刀双掷开关，C为平行板电容器。先使开关S与2相连，电容器充电结束后把开关S掷向1，电容器通过电阻 R放电。传感器将电流信息传入计算机，屏幕上显示出电流 I随时间t变化的曲线如图乙所示。
(1)其放电电流随时间变化图像如图乙所示，已知图中所围的面积约为40个方格，每一小格8×10−5C，可算出电容器的电容为__________F。
(2)若将电容器上板A接正极，下板 B接负极，且将上极板接地，如图丙所示。有一带电液滴静止在电容器内部 P点，闭合开关 S，现将电容器下极板 B向下平移一小段距离，则液滴__________(填“静止不动”、“向下运动”、“向上运动”)，电容器中P点电势__________(填“升高”、“降低”、“不变”)。
四、实验题：本大题共1小题，共9分。
12.某同学利用下面方法间接测量物体质量M，并利用此装置验证系统机械能守恒。装置如图甲所示，一根轻绳跨过轻质定滑轮与两个相同的重物 P、Q相连，重物 P、Q质量均为m=200g，在重物Q的下面通过轻质挂钩悬挂待测物块Z，重物P的下端与穿过打点计时器的纸带相连，已知当地重力加速度为g=9.8m/s2。
(1)某次实验中，先接通频率为50Hz的交流电源，再由静止释放系统，得到如图乙所示的纸带，其中s1=4.47cm，s2=5.34cm，s3=6.21cm，s4=7.10cm，s5=7.98cm，s6=8.86cm。则系统运动的加速度大小a=__________m/s2，5点的速度大小v5=__________m/s(保留三位有效数字);
(2)忽略各类阻力，求出物块Z质量的测量值为M=__________kg(保留三位有效数字);
(3)利用纸带还可以验证系统机械能守恒，测量纸带得出1点到5点的距离为h，求出1点速度为v1，5点的速度为v5，根据以上数据，可求重物由1点运动到5点时系统重力势能减少量等于__________，系统动能的增加量等于__________，通过数据可得出在误差允许的范围内系统重力势能的减少量等于系统动能的增加量，则系统机械能守恒(表达式用题中M、m、v1、v5、g、h字母表示)。
五、计算题：本大题共3小题，共30分。
13.2024年3月20日上午8时31分，鹊桥二号中继星由长征八号遥三运载火箭在中国文昌航天发射场成功发射升空，按计划开展与嫦娥四号和嫦娥六号的对通测试。已知月球质量 M，月球半径 R，引力常量 G，忽略月球自转影响。
(1)求月球表面的重力加速度g月。
(2)查阅资料知，地表加速度约为月表加速度的6倍，若地面上某位同学以一定初速度竖直起跳，能上升的最大高度是 h，这位同学如果在月球表面以同样的初速度竖直起跳，他能跳多高?
14.如图所示，为一真空示波管的示意图，电子从灯丝K发出(初速度可忽略不计)，经灯丝与A板间的电压U1加速，从 A板中心孔沿中心线KO射出，然后进入两块平行金属板 M、N形成的偏转电场中(偏转电场可视为匀强电场，两平行金属板板长 l，两极板相距 d，两板间所加电压为U2)，然后从板间飞出射到距板l1的荧光屏上(不计重力，荧光屏中点在两板间的中央线上，电子质量 m，电量e)。求：
(1)电子进入偏转电场的速度v大小?
(2)电子离开偏转电场时速度偏转角度的正切值tanθ?
(3)电子在荧光屏上的偏移量Y?
15.如图所示，BCDG是光滑绝缘的34圆形轨道，位于竖直平面内，轨道半径为R，下端与水平绝缘轨道在B点平滑连接，整个轨道处在水平向左的匀强电场中。现有一质量为m、带正电的小滑块(可视为质点)置于水平轨道上，滑块受到的电场力大小为34mg，滑块与水平轨道间的动摩擦因数为0.5，重力加速度为g。
(1)若滑块从水平轨道上距离B点s=3R的A点由静止释放，滑块到达B点时速度为多大;
(2)在(1)的情况下，求滑块到达C点时轨道受到的作用力;
(3)为使滑块始终沿轨道滑行，求滑块在水平轨道上距B点距离s的范围。
答案和解析
1.【答案】B
【解析】A.法拉第引入了电场线，以便形象直观地描述场强的大小和方向，选项A正确；
B.卡文迪什巧妙地运用放大法，通过扭秤实验测得了万有引力常数，选项B错误；
C.牛顿第一定律是利用逻辑思维对事实进行分析的产物，不能用实验直接验证，选项C正确；
D.伽利略在研究自由落体运动过程中，把科学实验和逻辑推理结合起来，选项D正确。
此题选择错误的，故选B。
2.【答案】C
【解析】剪断悬线前绳上的拉力大小为 T ，弹簧拉力大小为F弹 。对A、B分别进行受力分析，有T=mAg+F弹 ， F弹=mBg，剪断细线后的瞬间，拉力T突变为0，弹簧弹力F弹不突变，B球依旧受力平衡。因为A、B球质量相等，即mA=mB，所以在剪断悬线瞬间B球和A球加速度分别为aB=0 ， aA=mAg+F弹mA=mAg+mBgmA=2g，故选C。
3.【答案】A
【解析】ABC.汽车受到重力、支持力、摩擦力作用，重力与支持力平衡，合力等于摩擦力提供向心力，故A正确，BC错误；
D.汽车受到重力、支持力、摩擦力，向心力是效果力，受力分析时不能分析，故D错误。
故选A。
4.【答案】D
【解析】【分析】
由于动车运行中所受阻力与其速度的平方成正比，由此可以求得动车在速度为v=120km/h和v′=2v=240km/h时受到的阻力的大小，再由P=Fv=fv可以求得动车的功率的大小。
当动车匀速运行时，动车的牵引力和受到的阻力大小相等，由此可以求得动车运行时的功率，但需要注意的是动车在以不同的速度运行时受到的阻力的大小是不同的。
【解答】
动车匀速行驶时，牵引力等于阻力，有F=f=kv2，则发动机的功率为P=Fv=kv3，依题意，动车两次行驶速度之比为vv′=12，联立，可得P′=8P，故D正确，ABC错误。
故选D。
5.【答案】C
【解析】解：由几何关系可知，AC之间的距离为2R，A处点电荷在C点产生的电场强度沿CA方向，大小为E1=k4Q(2R)2=kQR2，
B处点电荷在C点产生的电场强度沿BC方向，大小为E2=kQR2=E1，
A、B两处点电荷分别在C点产生的电场强度方向互成120∘，大小相等，所以合电场强度方向如图
大小为E=kQR2，
方向与BC方向夹角为60∘；
由于金属球壳内部电场强度处处为零，感应电荷在球心C处产生的电场强度与A、B两个点电荷在球心处产生的电场强度的矢量合大小相等，方向相反，所以大小为EC=kQR2
方向与CB方向夹角为60∘，故ABD错误，C正确。
故选C。
当导体处于静电平衡状态时，导体内部场强处处为零，球壳上感应电荷在球心O处产生的场强与外电场在O点的场强大小相等，方向相反，由此判断。
解决本题的关键知道静电平衡导体的特点：内部场强处处为零，即外加电场和感应电荷产生电场的合场强为零。
6.【答案】D
【解析】解：A、粒子进入电场后，水平方向做匀速运动，则t=0时刻进入电场的粒子在电场中运动时间t=2dv0 ，此时间正好是交变电场的一个周期；粒子在竖直方向先做加速运动后做减速运动，经过一个周期，粒子的竖直速度为零，故粒子离开电场时的速度大小等于水平速度v0 ，故A错误；
B、粒子在竖直方向，在T2时间内的位移为d2，则12d=12U0 qdm(dv0 ) 2，解得q=mv02U0 ，故B错误；
C、t=T8时刻进入电场的粒子，离开电场时在竖直方向上的位移为d′=2×12a(38T) 2−2×12a(T8) 2=18aT 2=12d，故电场力做功为W=U0 qd×12d=12U0 q=12mv02，故C错误；
D、t=T4时刻进入的粒子，在竖直方向先向下加速运动T4，然后向下减速运动T4，再向上加速T4，向上减速T4，由对称可知，此时竖直方向的位移为零，故粒子从P板右侧边缘离开电场，故D正确；
故选：D
带电粒子垂直电场线进入电场做类平抛运动，将类平抛运动分解为垂直电场方向的匀速直线运动和沿电场线方向的匀加速直线运动，根据类平抛运动的规律求解．
此题关键是要搞清粒子在电场中水平方向和竖直方向的运动特征，主要是结合电场的变化情况研究竖直方向在一个周期内的运动情况，此题还可以结合v−t图象进行分析．
7.【答案】AD
【解析】解：A、将重物的重力进行分解，当人的拉力方向不变，缓慢向左移动一小段距离，则OA与竖直方向夹角变大，
OA的拉力由图中1位置变到2位置，可见OA绳子拉力变大，OB绳拉力逐渐变大；故A正确，B错误；
C、人对地面的压力始终等于人的重力，保持不变；故C错误；
D、OA拉力变大，则绳子拉力水平方向分力变大，根据平衡条件知地面给人的摩擦力逐渐增大；故D正确。
故选：AD。
将重力进行分解，判断OB拉力的变化，根据平衡条件判断摩擦力的变化．
本题考查了动态平衡问题，用图解法比较直观，还可以用函数法或正交分解法．
8.【答案】BD
【解析】AB、月球表面任意一物体重力等于万有引力GMmR2=mg，则有GM=R2g①
“嫦娥四号”绕月运行时，由万有引力提供向心力有：GMmr2=mv2r，解得：v= GMr ②
由①②得v= R2gr，故A错误，B正确；
CD、“嫦娥四号”绕月运行时，根据万有引力提供向心力可得：GMmr2=mr4π2T2，解得M=4π2r3GT2，月球的平均密度为ρ=MV，联立解得：ρ=3πr3GT2R3，故C错误、D正确。
故选：BD。
9.【答案】AC
【解析】【分析】本题主要考查等势线与带电粒子的运动轨迹问题。等差等势线越密集的地方场强越大；结合粒子的运动轨迹和粒子的带电性，可知粒子所受电场力的方向和场强方向，由沿电场线方向电势降低可知四个等势线的电势关系；根据公式Ep=qφ可知带电粒子的电势能大小关系，则可知动能的大小关系，即可知速度的大小关系，由此即可正确求解。
【解答】
A.根据U=Ed，可知等差等势线越密集的地方场强越大，则M点处的电场强度大于N点处的电场强度，故A正确；
D.根据曲线运动的合力方向指向运动轨迹的凹侧，且电场方向与等势线垂直，粒子又带负电，则粒子在电场中的受力和场强方向如图所示：
根据沿电场线方向电势降低可知四个等势线的电势关系为φa<φb<φc<φd，故D错误；
BC.根据Ep=qφ，由于N点的电势小于M点的电势，且粒子带负电，所以带电粒子在N点处的电势能比在M点处的电势能大；由于粒子只受电场力作用，电势能和动能之和保持不变，则带电粒子在N点的动能比在M点处的动能小，带电粒子在N点的速度比在M点处的速度小，故B错误，C正确。
10.【答案】BD
【解析】【分析】
本题考查电场中的Ep−x图像，关键是明确图像的切线斜率表示电场力。结合点电荷的场强公式、能量守恒定律分析解题。
【解答】
A.Ep−x图像斜率的绝对值表示滑块所受电场力的大小，滑块在 x=3m处所受电场力为0，所受合外力
f=μmg=0.5N
故A错误；
B.在x=3m处电场力为0，电场强度为0，则
kQ1r 12=kQ2r 22
由于 r1>r2 ，所以
Q1>Q2
滑块在x=3m处电势能最低，因为滑块带负电，所以x=3m处的电势最高，两场源电荷均带负电，故B正确；
C.滑块在x=1m处所受电场力大小为
F=ΔEpΔx=3−12N=1N
所以在 x=1m 处，滑块所受电场力与滑动摩擦力方向相反，电场力大于摩擦力，则滑块加速运动，故C错误；
D.滑块在x=1m处的电势能与在x=4m处的电势能相等，根据能量守恒定律，若滑块能够经过x=4m处，则应满足
12mv 02≥fΔx
由12mv 02=12×1×22J=2J ， fΔx=0.5×4−1J=1.5J
根据题中数据可知实际情况并满足上式，所以滑块一定可以经过x=4m处的位置，故D正确。
故选BD。
11.【答案】(1)4×10−4；
(2)向下运动；升高。
【解析】【分析】
本题考查了观察电容器的充、放电现象；要注意图象的含义，要求根据图象能知道如何通过图象求电量，掌握电容器的电容公式，理解其比值定义法的应用。
(1)根据电容器充放电的原理判断即可；
(2)由图象面积的含义可知，横轴与纵轴的乘积即为电量，根据电容器的电容C=QU即可求解；
(3)根据场强与极板间的距离有关，分析场强和电势的变化关系，进而判断带电液滴的状态变化情况。
【解答】
(1)根据Q=It，I−t图像与时间轴围成的面积表示电量，由题可知：Q=40×8×10−5C=3.2×10−3C
电容器的电容C=QU=3.2×10−38F=4×10−4F。
(2)电容器的电压不变，而将电容器下极板B向下平移一小段距离，根据E=Ud，则电场强度要减小，电场力将小于重力，故液滴要向下运动；
以大地为零势点，P点距离零电势的距离不变，而电场强度减小，则P点与零电势点之间的电势差减小，又因为P点的电势小于0，则P点的电势升高。
12.【答案】(1)5.50；2.11；
(2)0.512；
(3)Mgh；12(M+2m)(v52−v12)
【解析】【分析】
本题考查测量物体质量M和验证系统机械能守恒的实验。解决问题的关键是清楚实验原理，会处理数据。根据逐差公式求解加速度，根据牛顿第二定律求解物块质量，根据动能公式求解动能的增加量。
【解答】
(1)由题图可知，相邻计数点间的时间间隔为T=2×0.02s=0.04s，根据逐差公式可得，系统运动的加速度为
a=(s4+s5+s6)−(s1+s2+s3)9T2=(7.10+7.98+8.86−4.47−5.34−6.21)×0.019×0.042m/s2=5.50m/s2；
打5点时的速度为v5=s5+s62T=7.98+8.862×0.04×0.01m/s≈2.11m/s。
(2)对Q、Z整体分析，根据牛顿第二定律有(M+m)g−T=(M+m)a，对P分析，根据牛顿第二定律有T−mg=ma，联立解得，物块Z质量的测量值为M≈0.512kg。
(3)重物由1点运动到5点时系统重力势能减少量：△EP=Mgh；
系统动能的增加量等于ΔEk=12(M+2m)v52−12(M+2m)v12=12(M+2m)(v52−v12)。
13.【答案】解：(1)月球表面物体受重力等于万有引力mg月=GMmR2，
得g月=GMR2。
(2)人在地面上，有0−v02=−2gh，
人在月球表面上，有0−v02=−2g月h月，
又g=6g月，
联立得到h月=6h。
【解析】详细解答和解析过程见【答案】
14.【答案】解：(1)电子在加速电场U1中加速，根据动能定理eU1=12mv2
解得v= 2eU1m ①
(2)电子在偏转电场U2里做类平抛运动，水平方向l=vt； ②
竖直方向 加速度a=eEm=eU2md； ③
竖直分速度vy=at④
电子速度偏转角度的正切值tanθ=vyv ⑤
联立①②③④⑤式得：tanθ=U2l2U1d；
(3)离开电场时，速度反向延长交类平抛水平位移中点，据几何知识得：tanθ=Yl2+l1
解得：Y=(l2+l1)tanθ=(l2+l1)U2l2U1d。
【解析】本题考查带电粒子在电场中的运动规律，结合动能定理、牛顿第二定律以及运动的合成与分解内容分析解题。(1)电子在加速电场中运动，据动能定理可求得出加速电场的速度；
(2)电子在偏转电场做类平抛运动，根据水平位移和速度求解时间，竖直方向由牛顿第二定律求加速度，结合时间求竖直分速度，进而求解电子速度偏转角度的正切值tanθ；
(3)根据电子速度偏转角度的正切值tanθ，结合类平抛运动的推论，通过几何知识求电子在荧光屏上的偏移量。
15.【答案】解：(1)设滑块到达B点时的速度为v，由动能定理有：
qEs−μmgs=12mv2，
而：qE=3mg4，
联立解得：v= 6gR2；
(2)设滑块到达C点的速度为vC，
qER−mgR=12mvC2−12mv2，
解得：vC= gR，
水平方向的合力提供向心力为：
F−qE=mvC2R，
解得：F=74mg，方向水平向右。
(3)要使滑块始终沿轨道滑行，如图：
；
讨论一：若滑块恰好能通过圆轨道的“物理最高点“M”，由牛顿第二定律得 (qE)2+(mg)2=mvm2R
解得vm= 5gR2
滑块起始位置到M点，由动能定理得：qE(s−Rsin37∘)−μmgs−mgR(1+ cs37∘)=12mvM2
解得s=232R
讨论二：若滑块恰好滑到N点(ON垂直于OM)，从起始位置到N点，
由动能定理得：qE(s+Rcs37∘)−μmgs−mgR(1+sin37∘)=0
解得s=4R
综上所述，s的大小范围为(0,4R]∪[232R,∝)。
【解析】本题考查了求速度、作用力等问题，分析清楚滑块的运动过程是正确解题的前提，应用动能定理、牛顿第二定律即可正确解题，解题时要注意滑块做圆周运动的临界条件。(1)由动能定理求出滑块的速度；
(2)由牛顿第二定律求出滑块受到的作用力；
(3)分析滑块能够通过的等效最高点和等效最远点，根据动能定理求解。