2021-2022学年湖南省多所学校高一（下）期末物理试题（解析版）

湖南省高一年级期末考试试卷

物理

注意事项：

1.答题前，考生务必将自己的姓名、考生号、考场号、座位号填写在答题卡上。

2.回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选择其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。

3.考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。

4.本试卷主要考试内容：人教版必修第二册，必修第三册第九、十章。

一、单项选择题：本题共6小题，每小题4分，共21分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。

1. 行星的运动轨迹是椭圆，但与圆十分接近，我们常常按圆轨道处理，我们所指圆轨道半径R为行星绕太阳运转的（　　）

A. 最大距离 B. 椭圆轨道的半长轴

C. 椭圆轨道的半短轴 D. 椭圆轨道长轴与短轴相加的一半

【答案】B

【解析】

【详解】根据开普勒第三定律，所有行星半长轴的三次方与它的公转周期的二次方的比值都相等，即

而圆轨道满足

故B正确。

故选B。

2. 如图所示，光滑的水平地面上放着一个质量为的木箱，拉力F与水平方向成角，，木箱从静止开始运动，4s末，拉力的瞬时功率P为（　　）

A.  B.  C.  D.

【答案】B

【解析】

【详解】木箱的加速度大小

4s末的速度大小

则瞬时功率

故选B。

3. 如图所示，A、B是两个带有绝缘支架的金属球，它们原来均不带电，并彼此接触，现将用丝绸摩擦过的玻璃棒C靠近A（C与A不接触），然后将A、B分开，最后将C移走。关于A、B的带电情况，下列判断正确的是（　　）

A. A带正电，B带负电

B. A带负电，B带正电

C. A、B均不带电

D. A、B均带正电

【答案】B

【解析】

【详解】用丝绸摩擦过的玻璃棒C带正电荷，当玻璃棒C靠近A时，由感应起电可知，A带负电，B带正电，然后将A、B分开，最后将C移走，则A带负电，B带正电。

故选B。

4. 一般的曲线运动可以分成很多小段，每小段都可以看成圆周运动的一部分，即把整条曲线用一系列不同半径的小圆弧来代替。如曲线上A点的曲率圆定义为：过A点和曲线上紧邻A点两侧的两点作一圆，在极限情况下，这个圆就叫作A点的曲率圆，其半径r叫作A点的曲率半径。如图所示，一物块（可视为质点）在竖直平面内以相同速率通过曲线轨道上的A、B两点，且，下列说法正确的是（　　）

A. 在A点，物块处于超重状态

B. 在A、B两点，轨道对物块的支持力相等

C. 在B点，物块所受支持力大于重力

D. 在A、B两点，物块运动的向心加速度大小相等

【答案】C

【解析】

【详解】ABC．在A点有

解得

所以在A点物块处于失重状态。

在B点有

解得

所以在B点物块所受支持力大于重力。

故AB错误，C正确；

D．由，向心加速度公式知

故D错误。

故选C。

5. 2021年10月16日凌晨，“神舟十三号”乘组从酒泉卫星发射中心出发，开始了太空之旅，之后在中国空间站在轨驻留了6个月。“蛟龙号”载人深潜器是我国首台自主设计、自主集成研制的作业型深海载人潜水器，对于我国开发利用深海的资源有着重要的意义。若地球半径为，把地球看成质量分布均匀的球体，不计地球自转的影响，已知质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零，则“蛟龙号”下潜深度为时的重力加速度大小与“神舟十三号”距地面高时的加速度大小之比为（　　）

A.  B.

C.  D.

【答案】C

【解析】

【详解】设地球的密度为，在地球表面，重力和地球的万有引力大小相等

则

由于地球的质量为

因此重力加速度的表达式可转换为

根据题意有，质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零，故在深度为d的地球内部，受到地球的万有引力即为半径等于（）的球体在其表面产生的万有引力，故“蛟龙号”的重力加速度

所以有

根据万有引力提供向心力，有

“神舟十三号”所在处的加速度为

所以

则

故C正确。

故选C。

6. 如图所示，乒乓球的发球器安装在足够大的水平桌面上，可绕竖直转轴OO′转动，发球器O′A部分水平且与桌面之间的距离为h，O′A部分的长度也为h，重力加速度为g。打开开关后，发球器可将乒乓球从A点以初速度v0水平发射出去，≤v0≤2 .设发射出去的所有乒乓球都能落到桌面上，乒乓球可视为质点，空气阻力不计。若使该发球器绕转轴OO′在90°的范围内来回缓慢地水平转动，持续发射足够长时间后，乒乓球第一次与桌面碰撞区域的面积S是（　　）

A. 2πh2 B. 3πh2 C. 4πh2 D. 8πh2

【答案】C

【解析】

分析】

【详解】设乒乓球做平抛运动的时间为t，则

当速度最大时，水平位移具有最大值

当速度最小时，水平位移具有最小值

其中vmax、vmin为v0最大值和最小值，又因为发球器O′A部分长度也为h，故乒乓球的落点距竖直转轴距离的范围为

3h≤x≤5h

乒乓球第一次与桌面碰撞区域是一个圆心角为90°的宽度为2h的环形带状区域，其面积为

故选C。

二、选择题：本题共4小题，每小题5分，共20分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。

7. 某点电荷产生的电场中的一组电场线（方向未画出）如图所示，虚线是一电子只在电场力的作用下由b点到a点的运动轨迹。下列判断正确的是（　　）

A. 点电荷带负电且a点的电场强度小于b点的电场强度

B. 电场中a点的电势低于b点的电势

C. 电子由b运动到a的过程中动能一定逐渐增大

D. 电子在a点电势能一定大于在b点的电势能

【答案】BD

【解析】

详解】AB．如图

电子所受电场力与电场线方向相反，并指向轨迹凹侧，所以电场线方向向左下方发散，所以点电荷带正电，根据沿电场线方向电势降低可知，电场中a点的电势低于b点的电势，故A错误，B正确；

CD．粒子由b运动到a的过程中，所受电场力方向与速度方向的夹角始终大于90°，电场力始终做负功，电子的动能一定逐渐减小，电势能逐渐增加，故C错误，D正确。

故选BD。

8. 如图所示，细绳末端固定有质量为m的小环，现让绳绕过O点的竖直轴以角速度匀速转动，若增大角速度，稳定时，下列说法正确的是（　　）

A. 小环所需的向心力变大 B. 小环做圆周运动的周期变小

C. 小环做圆周运动的线速度大小不变 D. 小环做圆周运动的水平面位置不变

【答案】AB

【解析】

【详解】B．增大角速度，小环做圆周运动的周期，则

减小，故B正确；

AD．由

解得

增大，则变大，故小环再次稳定时，将在更高的水平面做匀速圆周运动，向心力

变大，故A正确，D错误；

C．小环做圆周运动的线速度

变大，故C错误。

故选AB。

9. 如图所示，平行板电容器两平行板正对、倾斜放置，版面与水平面的夹角为30°，两板带等量的异种电荷，一个带电小球系于绝缘细线的一端，另一端栓于O点，静止时细线水平，O点到下板的距离大于细线的长度，缓慢减小两板所带的电荷量，直至两板所带的电荷量为0，关于此过程，下列判断正确的是（　　）

A. 细线的张力先减小后增大

B. 细线的张力先增大后减小

C. 小球的机械能一直减小

D. 小球的电势能一直增大

【答案】ACD

【解析】

【详解】AB．由于平行板电容器所带的电荷量缓慢减小，小球受到的电场力缓慢减小，如图

电场力始终与平行板垂直，根据力的动态平衡分析可知，随着电场力减小，小球受到的细线的张力先减小后增大，故A正确，B错误；

CD．由于只有重力与电场力做功，因此小球的机械能与电势能之和为一定值，由于电场力做负功，机械能不断减小，因此电势能不断增大，故CD正确。

故选ACD。

10. 如图所示，将质量为2m的重物悬挂在轻绳的一端，轻绳的另一端系一质量为m的环，环套在竖直固定的光滑直杆上，光滑的轻定滑轮与直杆的距离为d，杆上的A点与定滑轮等高，杆上的B点在A点下方距离为d处。现将环从A点由静止释放，不计一切摩擦阻力，下列说法正确的是（　　）

A. 环到达B点时，重物上升的高度为

B. 环到达B点时，环与重物的速度大小相等

C. 环从A到B，环减少的机械能等于重物增加的机械能

D. 环能下降的最大高度为

【答案】CD

【解析】

【详解】A．环到达B点时，重物上升的高度

故A错误；

B．环到达B点时，设环的速度为，重物的速度为，由于环沿绳方向的分速度与重物速度大小相等，有

即，故B错误；

C．因为环与重物组成的系统机械能守恒，所以环减少的机械能等于重物增加的机械能，故C正确；

D．设环能下降的最大高度为H，此时环与重物的速度均为零，重物上升的高度为

由机械能守恒定律，得

解得

故D正确。

故选CD。

三、非选择题：共56分。

11. “求知”学习小组设计了以下实验来探究库仑定律。如图所示，在竖直墙上固定一个表面绝缘的压力传感器。一个电荷量为+Q的金属小球紧贴着压力传感器置于绝缘光滑的水平地面上。另一个电荷量也为+Q的相同小球b置于同一个绝缘水平地面上，a、b间的距离为r（r远大于小球的直径）。压力传感器显示作用力为。现将b移到距离a为处（虚线）后固定。

（1）此时传感器显示的作用力为___________N；

（2）另有一个不带电的相同小球c（图中未画出）。若将c与b轻触后把c移走，此时传感器显示的作用力为___________N；若将c与b轻触后放在b球右侧地面上，由静止释放，小球c的加速度将___________（填“增大”或“减小”）。

【答案】    ①. 1.2    ②. 0.6    ③. 减小

【解析】

【详解】（1）[1]依据库仑定律公式可得当两球距离变为之前的一半时，库仑力变为之前的4倍，再根据小球a在水平方向受力平衡得传感器显示的作用力为

（2）[2]小球c与b接触，小球b的电荷量变为之前的一半，库仑力变为之前的一半，传感器显示的作用力为

 [3]由于a、b、c三球带同种电荷，当把小球c放在小球b右侧的地面时，小球c受到a、b两球的排斥力离a、b两球越来越远，库仑力越来越小，故其加速度将减小。

12. 验证机械能守恒定律的实验装置如下图所示。

（1）实验中打点计时器应选择___________（填“电火花计时器”或“电磁打点计时器”）。

（2）安装好实验装置，正确进行实验操作，从打出的纸带中选出符合要求的纸带，如下图所示。图中O点为打出的起始点，其对应的重物的速度为零。选取在纸带上连续打出的点A、B、C、D、E、F作为计数点。测出A、B、C、D、E、F点距起始点O的距离如下图所示。已知打点计时器的打点周期为。根据纸带计算，打下D点时重物的速度大小为___________。（结果保留三位有效数字）

（3）该同学根据纸带算出了各点对应的速度，作出图像如下图所示，则图像斜率的物理意义是___________。

（4）实验结果往往是重力势能的减少量略大于动能的增加量，关于此误差，下列说法正确的___________。

A.该误差属于偶然误差，可以通过多次测量取平均值的方法来减小该误差

B.该误差属于偶然误差，可以通过挂一个小物块来平衡阻力进而消除该误差

C.该误差属于系统误差，可以通过多次测量取平均值的方法来消除该误差

D.该误差属于系统误差，可以通过减小空气阻力和摩擦阻力的影响来减小该误差

【答案】    ①. 电火花计时器    ②. 1.75    ③. 当地重力加速度的2倍    ④. D

【解析】

【详解】（1）[1]电火花计时器对纸带的阻力较小，故实验中打点计时器选择电火花计时器较好。

（2）[2]由题图可知C、E间距离为

则D点的速度大小

（3）[3]由机械能守恒有

得

由此可知图像的斜率

（4）[4]实验结果往往是重力势能的减少量略大于动能的增加量，该误差属于系统误差，可以通过减小空气阻力和摩擦阻力的影响来减小该误差，故D正确，ABC错误。

故选D。

13. 如图所示，一个挂在绝缘细线下端的带正电的小球B静止在图示位置，其左侧固定着另一个带正电的小球A，已知B球的质量为m，带电荷量为q，静止时细线与竖直方向的夹角，A和B在同一条水平线上，整个装置处于真空中（A、B可视为质点，重力加速度大小为g，静电力常量为k，，）。

（1）求此时小球B受到的电场力大小和方向；

（2）若小球A所带电荷量为Q，求A、B间的距离。

【答案】（1），A指向B；（2）

【解析】

【详解】（1）对小球B受力分析，得

解得

方向为由A指向B。

（2）由库仑定律有

解得

14. XCT扫描机可用于对多种病情的探测。图甲是某种XCT机主要部分的剖面图，其中产生X射线部分的示意图如图乙所示。图乙中M、N之间有一电子束的加速电场，虚线框内为偏转元件中的匀强偏转电场，方向竖直，经调节后电子从静止开始沿带箭头的实线所示的方向前进，出电场后速度与水平方向成30°，打到水平圆形靶台上的中心点P，产生X射线（如图中带箭头的虚线所示）。已知MN两端的电压为U0，偏转电场区域水平宽度为L0，竖直高度够长，MN中电子束距离靶台竖直高度为H，忽略电子的重力影响、不考虑电子间的相互作用，不计空气阻力，电子质量为m，电量用e表示。求：

（1）经过加速电场加速后电子的速度v0的大小；

（2）偏转电场强度的大小和方向；

（3）P点到偏转电场右边界的水平距离s。

【答案】（1）；（2），方向竖直向上；（3）

【解析】

【详解】（1）在加速电场中，根据动能定理有

解得

（2）电子偏转时做类平抛运动，有

联立可得

电子显负电性，根据图中电子轨迹，可知偏转电场方向竖直向上。

（3）电子离开偏转电场后水平方向和竖直方向均做匀速运动，则有

代入数据得

15. 如图所示，一长L=1m的水平传送带以v0=1m/s的速度逆时针匀速转动，其右端B处平滑连接着一个固定在竖直平面内、半径R=0.5m的光滑四分之一圆轨道。传送带左端A与光滑水平面平滑连接。一轻质弹簧的左端固定在水平面某处。质量m=1kg的小物块P在外力作用下初次压缩弹簧并处于静止状态，弹簧与小物块不拴接，此时弹簧的弹性势能EP=19J。现撤去外力，弹簧伸长，小物块脱离弹簧后滑上传送带。小物块与传送带之间的动摩擦因数μ=0.2。（g=10m/s2）试求：

（1）小物块第一次经过B点后能够上升的最大高度；

（2）小物块第6次经过圆轨道最低点时对轨道的压力大小；

（3）小物块第20次压缩弹簧的过程中，弹簧弹性势能的最大值。

【答案】（1）h=1.7m；（2）46N；（3）EPm=0.5J

【解析】

【详解】（1）小物块从初位置到过B点达到最高位置的过程中

由能量守恒有

代入数据解得

h=1.7m

 （2）据题意小球从开始到第6次过B点过程中，有5次经过传送带。设第6次过B点的速度大小为vB，由能量守恒有

小球此时在B点由牛顿第二定律有

联立代入数据解得

FN=46N

由牛顿第三定律得压力大小为46N。  

（3）由题意知，小物块每经过传送带且一直做匀减速的过程中，小物块的动能损失量

小物块在从B想A运动的过程中如果想一直减速则速度要比传送带大，因此此时B点最小速度由

其中，可解得

当小物块的能量小于此能量，向左运动先减速在匀速，可知9次以后小物块的能量为1J开始向左最后匀速，匀速以后在从A点向B点运动过程中减速的位移为

没有到达B点即减速为零，反向向A匀加速运动，到达A点速度为

此后重复周期性运动

每一次经过A点的动能均为0.5J。所以，第20次小物块压缩弹簧的初动能就为0.5J。由能量关系有小物块第20次压缩弹簧的最大弹性势能

EPm=0.5J