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2022-2023学年江苏省无锡市滨湖区太湖高级中学高一（下）期中物理试卷(含解析）
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这是一份2022-2023学年江苏省无锡市滨湖区太湖高级中学高一（下）期中物理试卷(含解析），共13页。试卷主要包含了单选题，实验题，简答题等内容，欢迎下载使用。
1.在物理学的发展过程中，许多物理学家做出了贡献，以下说法正确的是( )
A. 洛伦兹提出了分子电流假说，根据这一假说，电子绕核运动可等效为一环形电流
B. 法拉第通过实验发现了电磁感应现象，并制造了世界上第一台手摇发电机
C. 麦克斯韦预言了电磁波的存在，奥斯特用实验证实了电磁波的存在
D. 牛顿发现了万有引力定律，并测出了万有引力引力常量
2.太阳表面的温度约为6000K，所辐射的电磁波中辐射强度最大的在可见光波段；人体的温度约为310K，所辐射的电磁波中辐射强度最大的在红外线波段；宇宙空间内的电磁辐射相当于温度为3K的物体发出的，这种辐射称为“3K背景辐射”若要对“3K背景辐射”进行观测研究，则应选择的观测波段为( )
A. 无线电波B. 紫外线C. X射线D. γ射线
3.如图，分别给出了导线中的电流方向或磁场中某处小磁针静止时N极的指向或磁感线方向.下列判断正确是( )
A. (1)中电流方向向上B. (2)中电流从左侧看是反时针方向
C. (3)中左、右两导线分别接电源正、负极D. (4)中电流方向是顺时针
4.如图所示，匀强磁场方向与圆形线圈平面垂直，b线圈的面积是a线圈面积的2倍，穿过a线圈的磁通量为Φ，则穿过b线圈的磁通量为( )
A. 0B. ΦC. 12ΦD. 2Φ
5.下列四种情境中，说法正确的是( )
A. 甲图中，金属框在匀强磁场中向右运动时产生电流
B. 乙图中，金属框在磁场中按图示方向转动时产生电流
C. 丙图中，通电直导线与金属圆环直径重合，增大导线中的电流时金属环中产生电流
D. 丁图中，磁铁向铝环B靠近时铝环B中产生电流
6.有一根粗细均匀的金属导线，其电阻率为ρ，电阻为R，现将其对折使其长度变为原来的一半，则对折后该金属导线的( )
A. 电阻率为2ρB. 电阻率为12ρC. 电阻为4RD. 电阻为14R
7.如图所示，直线是电源的路端电压和电流的关系图线，曲线为某元件R的U−I特性曲线，两图线的交点坐标为(0.4,3.0)用该电源直接与元件R相连组成闭合电路，由图像可知( )
A. 电源的电动势为5.0V，内阻为1.0Ω
B. 电源的输出功率为1.2W
C. 元件R的阻值为3.75Ω
D. 电源的效率为50%
8.2022年1月22日，位于同步轨道的中国“实践21号”卫星将一颗也位于同步轨道的失效的“北斗2号”卫星拖拽至距地面更远的“墓地轨道”(可视为圆轨道)，此后“实践21号”又回归同步轨道(如图所示)，这标志着中国能够真正意义上实现“太空垃圾清理”。对此，下列说法正确的是( )
A. “北斗2号”在“墓地轨道”的运行周期小于24小时
B. “北斗2号”在“墓地轨道”的速度大于它在同步轨道的速度
C. “实践21号”拖拽“北斗2号”离开同步轨道时需要点火加速
D. “实践21号”完成拖拽任务后离开“墓地轨道”时需要点火加速
9.北沿江高铁将经过泰州，设高铁列车高速运行时所受的空气阻力与车速成正比，当列车分别以200km/ℎ和300km/ℎ的速度匀速运行时，克服空气阻力的功率之比为( )
A. 2：3B. 4：9C. 8：27D. 36：49
10.如图所示，质量为m的蹦极运动员从蹦极台上跃下。设运动员由静止开始下落，且下落过程中(蹦极绳被拉直之前)所受阻力恒定，大小为25mg，在运动员下落ℎ的过程中(蹦极绳未拉直)，下列说法正确的是( )
A. 运动员的动能增加了3mgℎ5
B. 运动员的重力势能减少了3mgℎ5
C. 运动员的机械能减少了3mgℎ5
D. 运动员克服阻力所做的功为3mgℎ5
二、实验题（本题共1小题，共12分）
11.(1)某同学用如图甲所示的实验装置来验证机械能守恒定律，进行如下操作。
①用天平测定小钢球的质量为m=0.0100kg；
②用游标卡尺测出小钢球的直径为d=10.0mm；
③用刻度尺测出电磁铁下端到光电门的距离为ℎ=83.00cm；
④电磁铁先通电，让小钢球吸在下端；
⑤电磁铁断电，小钢球自由下落；
⑥在小钢球经过光电门的时间内，计时装置记下小钢球经过光电门所用时间为t=2.50×10−3s，由此可计算出小钢球经过光电门时的速度为______m/s；
⑦计算此过程中小钢球重力势能的减少量为______J，小钢球动能的增加量为______J(g取9.8m/s2，结果保留2位有效数字)；
⑧可得到结论：______。
(2)另一同学用上述实验装置通过改变光电门的位置，用ℎ表示小钢球到光电门时的下落距离，用v表示小钢球通过光电门的速度，根据实验数据作出了如图乙所示的v2−ℎ图像，则当地的实际重力加速度为g= ______m/s2。
三、简答题（本题共4小题，共48分）
12.人类探测未知天体的步伐从未停止过。现观测到遥远太空中的某一半径为R的天体，其一颗卫星绕它做半径为r，周期为T的匀速圆周运动，万有引力常量为G，不考虑天体自转的影响。求：
(1)该天体的质量；
(2)该天体表面的重力加速度。
13.燃油车的退出已提上日程，在不久的将来，新能源车将全面替代燃油车．某景区电动车载满游客时总质量m=1.75×103kg，以4m/s的速度在水面路面匀速行驶，驱动电机的输入电流I=20A，输入电压U=400V，电动车行驶时所受阻力位车重的110，g取10m/s2，不计电机内部摩擦，只考虑驱动电机的内阻发热损耗能量，求：
(1)驱动电机的输入功率；
(2)电动车行驶时输出的机械功率；
(3)驱动电机的内阻．
14.如图所示，一不可伸长的柔软轻绳跨过光滑的定滑轮，绳两端各系一小球a和b.a球质量为1kg，静止于地面：b球质量为3kg，用手托住，高度为=2.5m，此时轻绳刚好被拉紧。从静止开始释放b球，不计空气阻力和滑轮的大小，重力加速度g取10m/s2。试求：
(1)b球刚落地时，a球速度的大小；
(2)a球可以上升的最大高度。
15.滑板运动是极限运动的鼻祖，许多极限运动项目均由滑板项目延伸而来。如图所示是滑板运动的轨道，BC和DE是两段光滑圆弧形轨道，BC段的圆心为O点，圆心角为60°，半径OC与水平轨道CD垂直，水平轨道CD段粗糙且长8m，一运动员从轨道上的A点以3m/s的速度水平滑出，在B点刚好沿轨道的切线方向滑入圆弧形轨道BC，经CD轨道后冲上DE轨道，到达E点时速度减为零，然后返回。已知运动员和滑板的总质量为60kg，B、E两点与水平面CD的竖直高度分别为ℎ和H，且ℎ=2m，H=2.8m。求：
(1)运动员从A运动到达B点时的速度大小vB和在空中飞行的时间tAB；
(2)轨道CD段的动摩擦因数μ、离开圆弧轨道末端时，滑板对轨道的压力；
(3)通过计算说明，第一次返回时，运动员能否回到B点？如能，请求出回到B点时的速度大小；如不能，则最后停在何处？
答案和解析
1.【答案】B
【解析】解：A、安培提出了分子电流假说，根据这一假说，电子绕核运动可等效为一环形电流，故A错误；
B、1831年，法拉第通过实验发现了电磁感应现象，并制造了世界上第一台手摇发电机，故B正确；
C、麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验证实了电磁波的存在，故C错误；
D、牛顿发现了万有引力定律，但他没有测出万有引力引力常量，万有引力引力常量是卡文迪什测出的，故D错误。
故选：B。
本题根据物理学史和常识解答，记住著名物理学家的主要贡献即可。
本题考查物理学史，是常识性问题，对于物理学上重大发现、发明、著名理论和实验要加强记忆，这也是考试内容之一，要注意准确掌握，不能张冠李戴而出现错误。
2.【答案】A
【解析】【分析】
根据题目信息，温度越低，波长越长，根据该规律确定选择的波段．
本题属于信息题，关键能够从题目中挖掘信息，运用所学的知识进行分析．
【解答】
解：因为随着温度的降低，发出电磁波的波长变长，则温度约为3K时，辐射称为“3K背景辐射”，若要进行“3K背景辐射”的观测，应该选择无线电波。故A正确，B、C、D错误。
故选：A。
3.【答案】C
【解析】解：根据安培定则，各图中电流方向和磁感线方向判定如图所示。
由上分析可知，故C正确，ABD错误，
故选：C。
结合磁场方向，判断出甲图和图乙中导线中电流的方向．运用安培定则，结合电流方向，判断出丙图与丁图中磁场的方向．
通电直导线的磁场可以由安培定则进行判断：用右手握住直导线，大拇指指向电流方向，四指弯曲的方向即为磁场的方向；
根据安培定则，即右手螺旋定则，可知，大拇指指向即为内部磁场方向，而环绕四指指向即为电流的方向．
本题考查左手定则的应用，要注意与左手定则判断出电流受到的安培力的方向区别开来．
4.【答案】B
【解析】解：a线圈和b线圈虽然面积不同，但是放入磁场中的有效面积相同，由Φ=BS可知，两线圈磁通量相同，故B正确，ACD错误。
故选：B。
磁感应强度B与面积S的乘积，叫做穿过这个平面的磁通量；其中S为有效面积，即存在磁场的有效面积。
本题考查了磁通量的定义式和公式Φ=BS的适用范围，只要掌握了磁通量的公式即可，注意S为存在磁场的有效面积。
5.【答案】B
【解析】解：A.甲图中，金属框在匀强磁场中向右运动时，穿过金属框的磁通量不变，不能产生电流，故A错误；
B.乙图中，金属框在磁场中按图示方向转动时，穿过金属框的磁通量会发生变化，会产生电流，故B正确；
C.丙图中，由于通电直导线与金属圆环直径重合，根据安培定则以及对称性可知穿过金属圆环的磁通量始终为零，即使增大导线中的电流，金属环中也不产生电流，故C错误；
D.丁图中，磁铁向铝环B靠近时，铝环B中磁通量变化，但由于铝环B没有构成闭合回路，所以铝环B中不产生电流，故D错误。
故选：B。
明确感应电流产生的条件，知道闭合回路中产生感应电流的条件是，闭合回路中磁通量发生变化。
本题考查感应电流产生的条件，要注意分析两点：一是分析是否为闭合回路，二是分析回路中的磁通量是否发生了变化。
6.【答案】D
【解析】解：AB.金属导线的电阻率由材料和温度决定，对折使其长度变为原来的一半并不能改变其电阻率，故AB错误；
CD.由电阻定律R=ρLS，L是导体的长度，S是导体的横截面积，可知对折使其长度变为原来的一半后，电阻为R′=ρ⋅L22S=ρL4S=14⋅ρLS=R4，故C错误，D正确。
故选：D。
电阻率的大小由材料决定，根据电阻定律R=ρLS判断电阻的变化。
解决本题的关键掌握电阻定律，知道电阻与导线横截面积和长度的关系。
7.【答案】B
【解析】解：A、由电源的U−I图线可知，电源的电动势等于纵轴截距，即E=5.0V。内阻等于图线的斜率绝对值，即r=|ΔUΔI|=5.01.0Ω=5.0Ω，故A错误；
BC、两图线的交点表示该电源直接与元件R相连组成闭合电路时的工作状态，此时元件R的两端电压为U=3.0V，电路中电流为I=0.4A，则电源的输出功率P输出=UI=3.0×0.4W=1.2W，根据欧姆定律，可得R=UI=3.00.4Ω=7.5Ω，故B正确，C错误；
D、电源的效率为η=P出P总×100%=UIEI×100%=3.05.0×100%=60%，故D错误。
故选：B。
由电源的路端电压和电流的关系图线可知，图线与纵轴的交点坐标等于电源的电动势，其斜率大小等于电源的内阻。两图线的交点读出电流与电压，求出电源的输出功率和效率。
对于图像，关键要根据物理规律，从数学角度来理解其物理意义。本题要抓住图线的斜率、交点的意义来理解图像的意义。
8.【答案】C
【解析】解：A、对任意卫星，万有引力提供向心力：GMmr2=m×4π2rT2
得到：T= 4π2r3GM
即轨道半径越大，周期越大，因为同步轨道卫星的周期为24小时，所以“北斗2号”在“墓地轨道”的运行周期大于24小时，故A错误；
B、由万有引力提供向心力：GMmr2=m×v2r
得到：v= GMr
即轨道半径越大，线速度越小，所以“北斗2号”在“墓地轨道”的速度小于它在同步轨道的速度，故B错误；
CD、因为从低轨道到高轨道，需要点火加速，使其万有引力不足以提供需要的向心力，从而发生离心运动到更高的轨道，同理，从高轨道到低轨道需要点火减速，故C正确，D错误。
故选：C。
根据万有引力提供向心力得出线速度和周期与半径的关系，从而完成分析。根据卫星变轨知识分析出在变轨时的速度变化。
本题主要考查了万有引力定律的相关应用，熟练掌握卫星变轨的相关知识，结合向心力公式联立等式即可完成分析。
9.【答案】B
【解析】解：因为列车匀速行驶，所以牵引力和阻力是一对平衡力，大小相等，即F=f=kv
克服空气阻力的功率等于列车的功率为：P=Fv=kv2
故克服空气阻力的功率之比为：P1P2=kv12kv22=49，故B正确，ACD错误。
故选：B。
知道列车匀速行驶，牵引力和阻力是一对平衡力，牵引力等于阻力；由f=kv可知牵引力大小，又知道速度大小，利用P=Fv求出牵引功率之比即为克服空气阻力的功率之比。
本题考查了功率的计算，通过阻力力与速度的关系，得出牵引力，再由功率公式写出P=kv2，是解题的关键。
10.【答案】A
【解析】解：A、对运动员，由动能定理可知，运动员动能增加了ΔEk=mgℎ−25mgℎ=35mgℎ，故A正确；
B、由功能关系可知，运动员重力势能的减少量ΔEP=mgℎ，故B错误；
CD、运动员克服阻力做功W=25mgℎ，运动员克服阻力做的功等于机械能的减少量，由功能关系可知，机械能的减少量ΔE=25mgℎ，故CD错误。
故选：A。
应用动能定理求出动能的增加量；根据重力做功的大小得出重力势能的减少量；由功能关系分析运动员的机械能减少量；根据功的公式求运动员克服阻力所做的功。
解决本题的关键是要知道合力做功与动能的变化关系，重力做功与重力势能的变化关系，以及除重力以外其它力做功与机械能的变化关系。
11.【答案】4 8.1×10−2 8.0×10−2 在误差允许范围内，小钢球自由下落过程中机械能守恒 9.7
【解析】解：
(1)小钢球经过光电门时的速度为：v=dt=10.0×10−32.50×10−3m/s=4m/s
小钢球重力势能的减少量：△EP=mgℎ=0.01×9.8×83.00×10−2J≈8.1×10−2J
小球动能的增加量：△Ek=12mv2−0=12×0.01×42J≈8.0×10−2J
在误差允许范围内，小钢球自由下落过程中机械能守恒。
(2)小球下落过程只有重力做功，机械能守恒，由机械能守恒定律得：mgℎ=12mv2
整理得：v2=2gℎ
由图示v2−ℎ图像可知，图像的斜率：k=2g=
重力加速度：g=k2=19.42m/s2=9.7m/s2
故答案为：(1)⑥4；⑦8.1×10−2；8.0×10−2；⑧在误差允许范围内，小钢球自由下落过程中机械能守恒；(2)9.7。
(1)已知小球的直径与小球经过光电门的时间可以求出小球经过光电门时的速度；根据实验数据应用重力势能的计算公式求出小球重力势能的减少量，根据动能的计算公式求出小球动能的增加量；并根据实验数据得出实验结论。
(2)根据机械能守恒定律求出图象的函数表达式，然后根据图示图象求出重力加速度。
本题考查了验证机械能守恒定律实验，考查了实验数据处理问题，理解实验原理掌握基础知识是解题的前提，应用机械能守恒定律求出图象的函数表达式根据图示图象可以求出重力加速度，注意单位的换算与有效数字的保留。
12.【答案】解：(1)卫星绕该天体做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力得
GMmr2=m(2πT)2r
解得该天体的质量为：M=4π2r3GT2
(2)该天体表面上，根据万有引力等于重力，有
GMm′R2=m′g
联立解得该天体表面的重力加速度为：g=4π2r3R2T2
答：(1)该天体的质量为4π2r3GT2；
(2)该天体表面的重力加速度为4π2r3R2T2。
【解析】(1)卫星绕该天体做匀速圆周运动，根据万有引力充当向心力列式，即可求出该天体的质量；
(2)在该天体表面上，根据万有引力等于重力列式，可求出该天体表面的重力加速度。
本题关键要掌握万有引力提供向心力，以及万有引力等于重力这两条思路，并能灵活选择向心力公式。
13.【答案】解：(1)驱动电动机的输入功率：P入=UI=400V×20A=8000W；
(2)电动机行驶时所受阻力：f=110mg=1.75×103N；
电动机匀速行驶时：F=f，
电动机行驶时输出的机械功率：P出=Fv=1.75×103×4W=7×103W；
(3)驱动电机内阻的发热功率：P热=P入−P出=8000W−7000W=1000W，
根据P热=I2r，有：r=P热I2=1000202Ω=2.5Ω；
答：(1)驱动电机的输入功率为8000W；
(2)电动车行驶时输出的机械功率为7×103W；
(3)驱动电机的内阻为2.5Ω．
【解析】(1)根据P=UI求解电动机的输入功率；
(2)电动车匀速运动，牵引力等于阻力，再根据P=Fv求解机械功率；
(3)先根据P热=P入−P出求解热功率，再根据P热=I2r求解内电阻．
电机是非纯电阻电路，电功等于电热加上输出机械能，结合P=Fv分析输出功率，不难．
14.【答案】解：(1)b球下落的过程中，对a、b组成的系统，由机械能守恒定律得(mb−ma)gℎ=12(mb+ma)v2
解得b球刚落地时，a球速度的大小：v=5m/s
(2)b球着地时，a球上升高度ℎ1=2.5m，之后做竖直上抛运动，由v2=2gℎ2
解得a球继续上升的高度为ℎ2=1.25m，
故a球上升的最大高度为H=ℎ1+ℎ2=2.5m+1.25m=3.75m
答：(1)b球刚落地时，a球速度的大小为5m/s；
(2)a球可以上升的最大高度为3.75m。
【解析】(1)b球下落的过程中，a、b组成的系统机械能守恒，根据系统机械能守恒求出b球球刚落地时a球速度的大小。
(2)b球着地后，a球做竖直上抛运动，根据运动学公式求出a球继续上升的高度，从而得出a球所能达到的最大高度。
本题考查机械能守恒定律和运动学公式的基本运用，要知道在b球下落过程中，a、b组成的系统机械能守恒，但单个小球机械能并不守恒。
15.【答案】解：(1)由题意可知：vB=v0cs60∘
解得：vB=2v0=2×3m/s=6m/s
在B点竖直方向的速度：vBy=vBsin60°=6× 32m/s=3 3m/s
空中飞行的时间：tAB=vByg=3 310s=0.3 3s
(2)由B点到E点，由动能定理可得：mgℎ−μmgxCD−mgH=0−12mvB2
代入数据可得：μ=0.125
由B点到C点，由动能定理可得：mgℎ=12mvC2−12mvB2
在C点由牛顿第二定律知：FNC−mg=mvC2R
由几何知识：R−ℎ=Rcs60°
联立解得：FNC=1335N
根据牛顿第三定律：F压=FNC=1335N，方向竖直向下。
(3)运动员能到达左侧的最大高度为ℎ′，从B到第一次返回左侧最高处，根据动能定理有：mgℎ−mgℎ′−μmg2xCD=0−12mvB2
解得：ℎ′=1.8m<ℎ=2m
所以第一次返回时，运动员不能回到B点，设运动员从B点运动到停止，在CD段的总路程为s，由动能定理可得：mgℎ−μmgs=0−12mvB2
代入数据解得在水平粗糙路段的总路程：s=30.4m
因为：s=3xCD+6.4m
所以运动员最后停在距离D点左侧6.4m处
答：(1)运动员从A运动到达B点时的速度大小vB为6m/s，在空中飞行的时间为0.3 3s；
(2)轨道CD段的动摩擦因数μ为0.125，离开圆弧轨道末端时，滑板对轨道的压力为1335N，方向竖直向下；
(3)运动员不能回到B点，最后停在距离D点左侧6.4m处。
【解析】(1)根据平抛运动的末速度方向公式，结合矢量的合成法则求从A到B的时间；
(2)由动能定理求出到达E点的速度，再根据牛顿第二、三定律求压力；
(3)由动能定理判断并求出最终停止的位置。
本题考查平抛运动和动能定理的综合应用，掌握平抛末速度的方向公式可以解决两种运动的联系问题，还要注意此处摩擦力做负功，由动能定理求得的是物体在粗糙路段的总路程。
1.在物理学的发展过程中，许多物理学家做出了贡献，以下说法正确的是( )
A. 洛伦兹提出了分子电流假说，根据这一假说，电子绕核运动可等效为一环形电流
B. 法拉第通过实验发现了电磁感应现象，并制造了世界上第一台手摇发电机
C. 麦克斯韦预言了电磁波的存在，奥斯特用实验证实了电磁波的存在
D. 牛顿发现了万有引力定律，并测出了万有引力引力常量
2.太阳表面的温度约为6000K，所辐射的电磁波中辐射强度最大的在可见光波段；人体的温度约为310K，所辐射的电磁波中辐射强度最大的在红外线波段；宇宙空间内的电磁辐射相当于温度为3K的物体发出的，这种辐射称为“3K背景辐射”若要对“3K背景辐射”进行观测研究，则应选择的观测波段为( )
A. 无线电波B. 紫外线C. X射线D. γ射线
3.如图，分别给出了导线中的电流方向或磁场中某处小磁针静止时N极的指向或磁感线方向.下列判断正确是( )
A. (1)中电流方向向上B. (2)中电流从左侧看是反时针方向
C. (3)中左、右两导线分别接电源正、负极D. (4)中电流方向是顺时针
4.如图所示，匀强磁场方向与圆形线圈平面垂直，b线圈的面积是a线圈面积的2倍，穿过a线圈的磁通量为Φ，则穿过b线圈的磁通量为( )
A. 0B. ΦC. 12ΦD. 2Φ
5.下列四种情境中，说法正确的是( )
A. 甲图中，金属框在匀强磁场中向右运动时产生电流
B. 乙图中，金属框在磁场中按图示方向转动时产生电流
C. 丙图中，通电直导线与金属圆环直径重合，增大导线中的电流时金属环中产生电流
D. 丁图中，磁铁向铝环B靠近时铝环B中产生电流
6.有一根粗细均匀的金属导线，其电阻率为ρ，电阻为R，现将其对折使其长度变为原来的一半，则对折后该金属导线的( )
A. 电阻率为2ρB. 电阻率为12ρC. 电阻为4RD. 电阻为14R
7.如图所示，直线是电源的路端电压和电流的关系图线，曲线为某元件R的U−I特性曲线，两图线的交点坐标为(0.4,3.0)用该电源直接与元件R相连组成闭合电路，由图像可知( )
A. 电源的电动势为5.0V，内阻为1.0Ω
B. 电源的输出功率为1.2W
C. 元件R的阻值为3.75Ω
D. 电源的效率为50%
8.2022年1月22日，位于同步轨道的中国“实践21号”卫星将一颗也位于同步轨道的失效的“北斗2号”卫星拖拽至距地面更远的“墓地轨道”(可视为圆轨道)，此后“实践21号”又回归同步轨道(如图所示)，这标志着中国能够真正意义上实现“太空垃圾清理”。对此，下列说法正确的是( )
A. “北斗2号”在“墓地轨道”的运行周期小于24小时
B. “北斗2号”在“墓地轨道”的速度大于它在同步轨道的速度
C. “实践21号”拖拽“北斗2号”离开同步轨道时需要点火加速
D. “实践21号”完成拖拽任务后离开“墓地轨道”时需要点火加速
9.北沿江高铁将经过泰州，设高铁列车高速运行时所受的空气阻力与车速成正比，当列车分别以200km/ℎ和300km/ℎ的速度匀速运行时，克服空气阻力的功率之比为( )
A. 2：3B. 4：9C. 8：27D. 36：49
10.如图所示，质量为m的蹦极运动员从蹦极台上跃下。设运动员由静止开始下落，且下落过程中(蹦极绳被拉直之前)所受阻力恒定，大小为25mg，在运动员下落ℎ的过程中(蹦极绳未拉直)，下列说法正确的是( )
A. 运动员的动能增加了3mgℎ5
B. 运动员的重力势能减少了3mgℎ5
C. 运动员的机械能减少了3mgℎ5
D. 运动员克服阻力所做的功为3mgℎ5
二、实验题（本题共1小题，共12分）
11.(1)某同学用如图甲所示的实验装置来验证机械能守恒定律，进行如下操作。
①用天平测定小钢球的质量为m=0.0100kg；
②用游标卡尺测出小钢球的直径为d=10.0mm；
③用刻度尺测出电磁铁下端到光电门的距离为ℎ=83.00cm；
④电磁铁先通电，让小钢球吸在下端；
⑤电磁铁断电，小钢球自由下落；
⑥在小钢球经过光电门的时间内，计时装置记下小钢球经过光电门所用时间为t=2.50×10−3s，由此可计算出小钢球经过光电门时的速度为______m/s；
⑦计算此过程中小钢球重力势能的减少量为______J，小钢球动能的增加量为______J(g取9.8m/s2，结果保留2位有效数字)；
⑧可得到结论：______。
(2)另一同学用上述实验装置通过改变光电门的位置，用ℎ表示小钢球到光电门时的下落距离，用v表示小钢球通过光电门的速度，根据实验数据作出了如图乙所示的v2−ℎ图像，则当地的实际重力加速度为g= ______m/s2。
三、简答题（本题共4小题，共48分）
12.人类探测未知天体的步伐从未停止过。现观测到遥远太空中的某一半径为R的天体，其一颗卫星绕它做半径为r，周期为T的匀速圆周运动，万有引力常量为G，不考虑天体自转的影响。求：
(1)该天体的质量；
(2)该天体表面的重力加速度。
13.燃油车的退出已提上日程，在不久的将来，新能源车将全面替代燃油车．某景区电动车载满游客时总质量m=1.75×103kg，以4m/s的速度在水面路面匀速行驶，驱动电机的输入电流I=20A，输入电压U=400V，电动车行驶时所受阻力位车重的110，g取10m/s2，不计电机内部摩擦，只考虑驱动电机的内阻发热损耗能量，求：
(1)驱动电机的输入功率；
(2)电动车行驶时输出的机械功率；
(3)驱动电机的内阻．
14.如图所示，一不可伸长的柔软轻绳跨过光滑的定滑轮，绳两端各系一小球a和b.a球质量为1kg，静止于地面：b球质量为3kg，用手托住，高度为=2.5m，此时轻绳刚好被拉紧。从静止开始释放b球，不计空气阻力和滑轮的大小，重力加速度g取10m/s2。试求：
(1)b球刚落地时，a球速度的大小；
(2)a球可以上升的最大高度。
15.滑板运动是极限运动的鼻祖，许多极限运动项目均由滑板项目延伸而来。如图所示是滑板运动的轨道，BC和DE是两段光滑圆弧形轨道，BC段的圆心为O点，圆心角为60°，半径OC与水平轨道CD垂直，水平轨道CD段粗糙且长8m，一运动员从轨道上的A点以3m/s的速度水平滑出，在B点刚好沿轨道的切线方向滑入圆弧形轨道BC，经CD轨道后冲上DE轨道，到达E点时速度减为零，然后返回。已知运动员和滑板的总质量为60kg，B、E两点与水平面CD的竖直高度分别为ℎ和H，且ℎ=2m，H=2.8m。求：
(1)运动员从A运动到达B点时的速度大小vB和在空中飞行的时间tAB；
(2)轨道CD段的动摩擦因数μ、离开圆弧轨道末端时，滑板对轨道的压力；
(3)通过计算说明，第一次返回时，运动员能否回到B点？如能，请求出回到B点时的速度大小；如不能，则最后停在何处？
答案和解析
1.【答案】B
【解析】解：A、安培提出了分子电流假说，根据这一假说，电子绕核运动可等效为一环形电流，故A错误；
B、1831年，法拉第通过实验发现了电磁感应现象，并制造了世界上第一台手摇发电机，故B正确；
C、麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验证实了电磁波的存在，故C错误；
D、牛顿发现了万有引力定律，但他没有测出万有引力引力常量，万有引力引力常量是卡文迪什测出的，故D错误。
故选：B。
本题根据物理学史和常识解答，记住著名物理学家的主要贡献即可。
本题考查物理学史，是常识性问题，对于物理学上重大发现、发明、著名理论和实验要加强记忆，这也是考试内容之一，要注意准确掌握，不能张冠李戴而出现错误。
2.【答案】A
【解析】【分析】
根据题目信息，温度越低，波长越长，根据该规律确定选择的波段．
本题属于信息题，关键能够从题目中挖掘信息，运用所学的知识进行分析．
【解答】
解：因为随着温度的降低，发出电磁波的波长变长，则温度约为3K时，辐射称为“3K背景辐射”，若要进行“3K背景辐射”的观测，应该选择无线电波。故A正确，B、C、D错误。
故选：A。
3.【答案】C
【解析】解：根据安培定则，各图中电流方向和磁感线方向判定如图所示。
由上分析可知，故C正确，ABD错误，
故选：C。
结合磁场方向，判断出甲图和图乙中导线中电流的方向．运用安培定则，结合电流方向，判断出丙图与丁图中磁场的方向．
通电直导线的磁场可以由安培定则进行判断：用右手握住直导线，大拇指指向电流方向，四指弯曲的方向即为磁场的方向；
根据安培定则，即右手螺旋定则，可知，大拇指指向即为内部磁场方向，而环绕四指指向即为电流的方向．
本题考查左手定则的应用，要注意与左手定则判断出电流受到的安培力的方向区别开来．
4.【答案】B
【解析】解：a线圈和b线圈虽然面积不同，但是放入磁场中的有效面积相同，由Φ=BS可知，两线圈磁通量相同，故B正确，ACD错误。
故选：B。
磁感应强度B与面积S的乘积，叫做穿过这个平面的磁通量；其中S为有效面积，即存在磁场的有效面积。
本题考查了磁通量的定义式和公式Φ=BS的适用范围，只要掌握了磁通量的公式即可，注意S为存在磁场的有效面积。
5.【答案】B
【解析】解：A.甲图中，金属框在匀强磁场中向右运动时，穿过金属框的磁通量不变，不能产生电流，故A错误；
B.乙图中，金属框在磁场中按图示方向转动时，穿过金属框的磁通量会发生变化，会产生电流，故B正确；
C.丙图中，由于通电直导线与金属圆环直径重合，根据安培定则以及对称性可知穿过金属圆环的磁通量始终为零，即使增大导线中的电流，金属环中也不产生电流，故C错误；
D.丁图中，磁铁向铝环B靠近时，铝环B中磁通量变化，但由于铝环B没有构成闭合回路，所以铝环B中不产生电流，故D错误。
故选：B。
明确感应电流产生的条件，知道闭合回路中产生感应电流的条件是，闭合回路中磁通量发生变化。
本题考查感应电流产生的条件，要注意分析两点：一是分析是否为闭合回路，二是分析回路中的磁通量是否发生了变化。
6.【答案】D
【解析】解：AB.金属导线的电阻率由材料和温度决定，对折使其长度变为原来的一半并不能改变其电阻率，故AB错误；
CD.由电阻定律R=ρLS，L是导体的长度，S是导体的横截面积，可知对折使其长度变为原来的一半后，电阻为R′=ρ⋅L22S=ρL4S=14⋅ρLS=R4，故C错误，D正确。
故选：D。
电阻率的大小由材料决定，根据电阻定律R=ρLS判断电阻的变化。
解决本题的关键掌握电阻定律，知道电阻与导线横截面积和长度的关系。
7.【答案】B
【解析】解：A、由电源的U−I图线可知，电源的电动势等于纵轴截距，即E=5.0V。内阻等于图线的斜率绝对值，即r=|ΔUΔI|=5.01.0Ω=5.0Ω，故A错误；
BC、两图线的交点表示该电源直接与元件R相连组成闭合电路时的工作状态，此时元件R的两端电压为U=3.0V，电路中电流为I=0.4A，则电源的输出功率P输出=UI=3.0×0.4W=1.2W，根据欧姆定律，可得R=UI=3.00.4Ω=7.5Ω，故B正确，C错误；
D、电源的效率为η=P出P总×100%=UIEI×100%=3.05.0×100%=60%，故D错误。
故选：B。
由电源的路端电压和电流的关系图线可知，图线与纵轴的交点坐标等于电源的电动势，其斜率大小等于电源的内阻。两图线的交点读出电流与电压，求出电源的输出功率和效率。
对于图像，关键要根据物理规律，从数学角度来理解其物理意义。本题要抓住图线的斜率、交点的意义来理解图像的意义。
8.【答案】C
【解析】解：A、对任意卫星，万有引力提供向心力：GMmr2=m×4π2rT2
得到：T= 4π2r3GM
即轨道半径越大，周期越大，因为同步轨道卫星的周期为24小时，所以“北斗2号”在“墓地轨道”的运行周期大于24小时，故A错误；
B、由万有引力提供向心力：GMmr2=m×v2r
得到：v= GMr
即轨道半径越大，线速度越小，所以“北斗2号”在“墓地轨道”的速度小于它在同步轨道的速度，故B错误；
CD、因为从低轨道到高轨道，需要点火加速，使其万有引力不足以提供需要的向心力，从而发生离心运动到更高的轨道，同理，从高轨道到低轨道需要点火减速，故C正确，D错误。
故选：C。
根据万有引力提供向心力得出线速度和周期与半径的关系，从而完成分析。根据卫星变轨知识分析出在变轨时的速度变化。
本题主要考查了万有引力定律的相关应用，熟练掌握卫星变轨的相关知识，结合向心力公式联立等式即可完成分析。
9.【答案】B
【解析】解：因为列车匀速行驶，所以牵引力和阻力是一对平衡力，大小相等，即F=f=kv
克服空气阻力的功率等于列车的功率为：P=Fv=kv2
故克服空气阻力的功率之比为：P1P2=kv12kv22=49，故B正确，ACD错误。
故选：B。
知道列车匀速行驶，牵引力和阻力是一对平衡力，牵引力等于阻力；由f=kv可知牵引力大小，又知道速度大小，利用P=Fv求出牵引功率之比即为克服空气阻力的功率之比。
本题考查了功率的计算，通过阻力力与速度的关系，得出牵引力，再由功率公式写出P=kv2，是解题的关键。
10.【答案】A
【解析】解：A、对运动员，由动能定理可知，运动员动能增加了ΔEk=mgℎ−25mgℎ=35mgℎ，故A正确；
B、由功能关系可知，运动员重力势能的减少量ΔEP=mgℎ，故B错误；
CD、运动员克服阻力做功W=25mgℎ，运动员克服阻力做的功等于机械能的减少量，由功能关系可知，机械能的减少量ΔE=25mgℎ，故CD错误。
故选：A。
应用动能定理求出动能的增加量；根据重力做功的大小得出重力势能的减少量；由功能关系分析运动员的机械能减少量；根据功的公式求运动员克服阻力所做的功。
解决本题的关键是要知道合力做功与动能的变化关系，重力做功与重力势能的变化关系，以及除重力以外其它力做功与机械能的变化关系。
11.【答案】4 8.1×10−2 8.0×10−2 在误差允许范围内，小钢球自由下落过程中机械能守恒 9.7
【解析】解：
(1)小钢球经过光电门时的速度为：v=dt=10.0×10−32.50×10−3m/s=4m/s
小钢球重力势能的减少量：△EP=mgℎ=0.01×9.8×83.00×10−2J≈8.1×10−2J
小球动能的增加量：△Ek=12mv2−0=12×0.01×42J≈8.0×10−2J
在误差允许范围内，小钢球自由下落过程中机械能守恒。
(2)小球下落过程只有重力做功，机械能守恒，由机械能守恒定律得：mgℎ=12mv2
整理得：v2=2gℎ
由图示v2−ℎ图像可知，图像的斜率：k=2g=
重力加速度：g=k2=19.42m/s2=9.7m/s2
故答案为：(1)⑥4；⑦8.1×10−2；8.0×10−2；⑧在误差允许范围内，小钢球自由下落过程中机械能守恒；(2)9.7。
(1)已知小球的直径与小球经过光电门的时间可以求出小球经过光电门时的速度；根据实验数据应用重力势能的计算公式求出小球重力势能的减少量，根据动能的计算公式求出小球动能的增加量；并根据实验数据得出实验结论。
(2)根据机械能守恒定律求出图象的函数表达式，然后根据图示图象求出重力加速度。
本题考查了验证机械能守恒定律实验，考查了实验数据处理问题，理解实验原理掌握基础知识是解题的前提，应用机械能守恒定律求出图象的函数表达式根据图示图象可以求出重力加速度，注意单位的换算与有效数字的保留。
12.【答案】解：(1)卫星绕该天体做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力得
GMmr2=m(2πT)2r
解得该天体的质量为：M=4π2r3GT2
(2)该天体表面上，根据万有引力等于重力，有
GMm′R2=m′g
联立解得该天体表面的重力加速度为：g=4π2r3R2T2
答：(1)该天体的质量为4π2r3GT2；
(2)该天体表面的重力加速度为4π2r3R2T2。
【解析】(1)卫星绕该天体做匀速圆周运动，根据万有引力充当向心力列式，即可求出该天体的质量；
(2)在该天体表面上，根据万有引力等于重力列式，可求出该天体表面的重力加速度。
本题关键要掌握万有引力提供向心力，以及万有引力等于重力这两条思路，并能灵活选择向心力公式。
13.【答案】解：(1)驱动电动机的输入功率：P入=UI=400V×20A=8000W；
(2)电动机行驶时所受阻力：f=110mg=1.75×103N；
电动机匀速行驶时：F=f，
电动机行驶时输出的机械功率：P出=Fv=1.75×103×4W=7×103W；
(3)驱动电机内阻的发热功率：P热=P入−P出=8000W−7000W=1000W，
根据P热=I2r，有：r=P热I2=1000202Ω=2.5Ω；
答：(1)驱动电机的输入功率为8000W；
(2)电动车行驶时输出的机械功率为7×103W；
(3)驱动电机的内阻为2.5Ω．
【解析】(1)根据P=UI求解电动机的输入功率；
(2)电动车匀速运动，牵引力等于阻力，再根据P=Fv求解机械功率；
(3)先根据P热=P入−P出求解热功率，再根据P热=I2r求解内电阻．
电机是非纯电阻电路，电功等于电热加上输出机械能，结合P=Fv分析输出功率，不难．
14.【答案】解：(1)b球下落的过程中，对a、b组成的系统，由机械能守恒定律得(mb−ma)gℎ=12(mb+ma)v2
解得b球刚落地时，a球速度的大小：v=5m/s
(2)b球着地时，a球上升高度ℎ1=2.5m，之后做竖直上抛运动，由v2=2gℎ2
解得a球继续上升的高度为ℎ2=1.25m，
故a球上升的最大高度为H=ℎ1+ℎ2=2.5m+1.25m=3.75m
答：(1)b球刚落地时，a球速度的大小为5m/s；
(2)a球可以上升的最大高度为3.75m。
【解析】(1)b球下落的过程中，a、b组成的系统机械能守恒，根据系统机械能守恒求出b球球刚落地时a球速度的大小。
(2)b球着地后，a球做竖直上抛运动，根据运动学公式求出a球继续上升的高度，从而得出a球所能达到的最大高度。
本题考查机械能守恒定律和运动学公式的基本运用，要知道在b球下落过程中，a、b组成的系统机械能守恒，但单个小球机械能并不守恒。
15.【答案】解：(1)由题意可知：vB=v0cs60∘
解得：vB=2v0=2×3m/s=6m/s
在B点竖直方向的速度：vBy=vBsin60°=6× 32m/s=3 3m/s
空中飞行的时间：tAB=vByg=3 310s=0.3 3s
(2)由B点到E点，由动能定理可得：mgℎ−μmgxCD−mgH=0−12mvB2
代入数据可得：μ=0.125
由B点到C点，由动能定理可得：mgℎ=12mvC2−12mvB2
在C点由牛顿第二定律知：FNC−mg=mvC2R
由几何知识：R−ℎ=Rcs60°
联立解得：FNC=1335N
根据牛顿第三定律：F压=FNC=1335N，方向竖直向下。
(3)运动员能到达左侧的最大高度为ℎ′，从B到第一次返回左侧最高处，根据动能定理有：mgℎ−mgℎ′−μmg2xCD=0−12mvB2
解得：ℎ′=1.8m<ℎ=2m
所以第一次返回时，运动员不能回到B点，设运动员从B点运动到停止，在CD段的总路程为s，由动能定理可得：mgℎ−μmgs=0−12mvB2
代入数据解得在水平粗糙路段的总路程：s=30.4m
因为：s=3xCD+6.4m
所以运动员最后停在距离D点左侧6.4m处
答：(1)运动员从A运动到达B点时的速度大小vB为6m/s，在空中飞行的时间为0.3 3s；
(2)轨道CD段的动摩擦因数μ为0.125，离开圆弧轨道末端时，滑板对轨道的压力为1335N，方向竖直向下；
(3)运动员不能回到B点，最后停在距离D点左侧6.4m处。
【解析】(1)根据平抛运动的末速度方向公式，结合矢量的合成法则求从A到B的时间；
(2)由动能定理求出到达E点的速度，再根据牛顿第二、三定律求压力；
(3)由动能定理判断并求出最终停止的位置。
本题考查平抛运动和动能定理的综合应用，掌握平抛末速度的方向公式可以解决两种运动的联系问题，还要注意此处摩擦力做负功，由动能定理求得的是物体在粗糙路段的总路程。
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