北京师大附中2020－2021学年下学期高一年级期末考试物理试卷

北京师大附中2020－2021学年下学期高一年级期末考试物理试卷

本试卷有四道大题，考试时长90分钟，满分100分。

一、单项选择题（本大题共12小题，共36分）

1. 下列物理量中属于矢量的是

A. 动能 B. 电场强度 C. 电势 D. 功

2. 在国际单位制中，功和能量的单位都是焦耳(J)。焦耳与基本单位米(m)、千克(kg)、秒(s)的关系正确的是

A. 1J=1kg·m/s B. 1J=1kg·m/s² C. 1J=1kg·m²/s D. 1J=1kg·m²/s²

3. 两个分别带有电荷量－Q和+3Q的相同金属小球（均可视为点电荷），固定在相距为r的两处，它们间库仑力的大小为F。两小球相互接触后将其放回原处，则两球间库仑力的大小为

A. 3F B. F C. F/3 D. F/2

4. A为已知电场中的一固定点，在A点放一电量为q的试探电荷，所受电场力为F，A点的场强为E，则

A. 若在A点换上－q，A点场强方向发生变化

B. 若在A点换上电量为2q的电荷，A点的场强将变为2E

C. 若在A点移去电荷q，A点的场强变为零

D. 若在A点移去电荷q，A点的场强大小和方向均不变

5. 下列哪些过程，物体的机械能守恒（均不计空气阻力）

A. 物体在竖直平面内做匀速圆周运动

B. 物体沿倾角为θ的斜面匀速下滑

C. 物体做平抛运动

D. 物体随加速上升的升降机运动

6. 如图所示，a、b两点位于以负点电荷－Q(Q>0)为球心的球面上，c点在球面外，则

A. a点场强的大小比b点大

B. a点场强的大小比b点小

C. b点场强的大小比c点大

D. b点场强的大小比c点小

7. 为纪念中国航天事业的成就，发扬航天精神，自2016年起，将每年的4月24日设立为“中国航天日“。1970年的这一天，中国第一颗人造地球卫星发射成功。至今中国已发射了几百颗环绕地球做匀速圆周运动的人造地球卫星。关于这些人造地球卫星，下列说法正确的是

A. 卫星的轨道半径越大，线速度越大 B. 卫星的轨道半径越大，周期越大

C. 卫星的轨道半径越大，角速度越大 D. 卫星的轨道半径越大，向心加速度越大

8. 如图所示，先用金属网把不带电的验电器罩起来，再使带正电金属球靠近金属网。下列说法中正确的是

A. 验电器的箔片会张开

B. 金属网外表面带负电荷，内表面带正电荷

C. 金属网罩内部电场强度为零

D. 金属网外表面的电场强度为零

9. 物体在合外力作用下做直线运动的v—t图象如图所示，下列表述正确的是

A. 在0～1s内，合外力不做功

B. 在0~2s内，合外力做负功

C. 在1s～2s内，合外力做负功

D. 在0～3 s内，合外力做正功

10. 如图所示，摩天轮是游乐园中常见的大型游乐设施之一。坐满乘客的摩天轮绕中心轴在竖直平面内匀速转动。假设所有乘客的质量均相等，那么当摩天轮匀速转动时，关于乘客的运动下列描述中正确的是

A. 所有乘客的线速度都相同

B. 所有乘客的加速度都相同

C. 每位乘客受到的合外力大小均相等

D. 每位乘客对座椅的压力大小均相等

11. 如图所示，地面上以速度v₀斜抛出一个质量为m的物体，抛出后物体以速度v_t落到比地面低h的海平面上，若以地面为零势能的参考面且不计空气阻力，则下列说法中正确的是

A. 物体落到海平面时的重力势能为mgh

B. 物体在海平面上的机械能为

C. 物体在海平面上的动能为

D. 物体在海平面上的机械能为

12. 下面四幅图均表示两个点电荷在真空中的空间分布情况。其中甲、乙两图中的电荷是等量异种点电荷；丙、丁两图中的电荷是等量同种点电荷。O点均表示两个点电荷连线的中点，a和b相对于O点分别都是对称的两点。其中a、b两点的电场强度相同的是

A. 甲、乙 B. 丙、丁 C. 甲、丙 D. 乙、丁

二、多选题（每题3分，共12分）

13. 真空中静止的点电荷的电场线分布如图所示，A、B为同一条电场线上的两点。已知A点的场强为E_A，B点的场强为E_B，A、B两点之间距离为d，电荷量为+q的试探电荷在A点的电势能为E_pA，在B点的电势能为E_pB。有关A、B两点的说法正确的是

A. 该试探电荷在B点具有的电势能较大

B. 该试探电荷在A点具有的电势能较大

C. A、B两点间的电势差等于

D. A、B两点间的电势差等于

14. 如图所示，质量相同的三个小物块a、b、c处在同一高度。现将小物块a和b由静止释放，则a沿光滑斜面下滑至水平地面，b做自由落体运动到达同一地面；同时将小物块c沿水平方向以某一速度v₀抛出做平抛运动后到达同一地面。不计空气阻力。关于三个物块的运动情况，下列判断不正确的是

A. 三个物块的运动时间相同

B. 重力对三个物块做功相同

C. 三个物块落地时的动能相同

D. 三个物块落地时的重力的功率相同

15. 我国的月球探测计划“嫦娥工程“分为“绕、落、回“三步。“嫦娥五号“的任务是“回“。2020年11月24日，“嫦娥五号“成功发射，它分为四部分：着陆器、上升器、轨道器和返回器。12月3日，载着珍贵“月壤“的嫦娥5号“上升器“发动机点火，以“着陆器“作为发射台，从月面起飞（如图1），回到预定环月轨道，与绕月飞行的“轨道器与返回器组合体“成功交会对接（如图2），将珍贵的“月壤“转移到“返回器“中。12月17日，“返回器“进入月地转移轨道重返地球，以超高速进入大气层。由于速度太快会使得“返回器“与空气剧烈摩擦产生高温，高温会对“月壤“产生不利影响，甚至温度过高，返回器有燃烧殆尽的风险。为避免这些风险，采用“半弹道跳跃式返回“俗称“太空打水漂“的方式两次进入大气层，梯次气动减速（如图3）。最终在预定地点平稳着陆。根据以上信息，判断下列说法正确的是

A. “上升器“从点火上升到回到预定环月轨道的过程中，“月壤“一直处于超重状态

B. “月壤“随“返回器“进入环月轨道后，“返回器“的弹力给“月壤“提供向心力

C. 为了利用地球自转，节省燃料，“嫦娥五号“应采用由西向东发射

D. 为了利用地球自转，降低回收过程中的风险，“返回器“应采用由西向东进入大气层回收

16. 场是物理学中的重要概念。除了静电场，还有重力场、引力场等。物体之间的万有引力就是通过引力场而发生作用的。地球附近的引力场叫做重力场。把物体所受万有引力与质量的比定义为“引力场强度“，把物体的引力势能与质量之比定义为“引力势“，把地球看做质量分布均匀的球体，则下列说法中正确的是

A. 在地球表面附近的任何地点，引力场强度都相同

B. 在地球表面附近的小范围内，引力场是匀强场，引力场强度的大小是g

C. 地球表面以外区域，引力场在某点的的引力场强度大小与该点到地心距离的平方成反比

D. 探月卫星从地球飞向月球的过程中地球的引力场强度和引力势都逐渐减小

三、填空题（共13分）

17. 用如图1所示的实验装置验证机械能守恒定律。重锤从高处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带通过打点计时器，打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。已知当地重力加速度为g。

(1)除图1中所示的装置之外，还必须使用的器材是____________；

A. 直流电源、天平（含砝码）

B. 直流电源、刻度尺

C. 交流电源、天平（含砝码）

D. 交流电源、刻度尺

(2)下面列举了该实验的几个操作步骤：

A. 按照图1所示安装好实验器材并连接好电源

B. 先打开夹子释放纸带，再接通电源开关打出一条纸带

C. 测量纸带上某些点间的距离

D. 根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能其中没有必要进行的或者操作不当的步骤是_____________（选填步骤前的字母）；

(3)图2是实验中得到的一条纸带。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h_A、h_B、h_C。已知重锤的质量为m，当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T。从打下O点到打下B点的过程中，重锤重力势能的减少量|△E_p|=_____________，动能的增加量△E_k=______________。

(4)某同学在纸带上选取计数点后，测量它们到起始点O的距离h，并利用正确的方法测量并计算出打相应计数点时重锤的速度v，通过描绘v²－h图像去研究机械能是否守恒。若实验中重锤所受阻力不可忽略，且阻力大小始终保持不变，那么合理的v²－h图像应该是图3中的_________________。

(5)对于上述实验，有的同学提出研究的运动过程的起点必须选择在O点，你同意这种看法吗？如果同意请你说明理由；如果不同意，请你给出当起点不在O点时，实验中验证机械能守恒的方法。

四、计算题（共39分）

18. 2021年2月10日19时52分，我国首次火星探测任务“天问一号“探测器实施近火捕获制动，成功实现环绕火星运动，成为我国第一颗人造火星卫星。在“天问一号“环绕火星做匀速圆周运动时，周期为T，轨道半径为r。已知火星的半径为R，引力常量为G，不考虑火星的自转。

(1)根据运动学公式，求“天问一号“环绕火星运动的线速度的大小v；

(2)根据引力提供向心力，求火星的质量M;

(3)根据重力等于引力，求火星表面的重力加速度的大小g。

19. 电场对放入其中的电荷有力的作用。如图所示，带电球C置于铁架台旁，把系在丝线上的带电小球A挂在铁架台的P点。小球A静止时与带电球C处于同一水平线上，丝线与竖直方向的偏角为α。已知A球的质量为m，电荷量为+q，重力加速度为g，静电力常量为k，两球可视为点电荷。

(1)画出小球A静止时的受力图，并求带电球C对小球A的静电力F的大小；

(2)写出电场强度的定义式，并据此求出带电球C在小球A所在处产生的电场的场强EA的大小和方向；

(3)若已知小球A静止时与带电球C的距离为r，求带电球C所带的电荷量Q。

20. 某同学用实验室中的过山车模型研究过山车的原理。如图所示，将质量为m的小球从倾斜轨道上的某一位置由静止释放，小球将沿着轨道运动到最低点后进入圆轨道。他通过测量得到圆轨道的半径为R。已知重力加速度为g。

(1)小球能够顺利通过圆轨道最高点的最小速度v为多少？

(2)若不考虑摩擦等阻力，要使小球恰能通过圆轨道的最高点，小球的释放点距轨道最低点的高度差h为多少？

(3)该同学经过反复尝试，发现要使小球恰能通过圆轨道的最高点，小球的释放点距轨道最低点的高度差比(2)的计算结果高△h，则从释放点运动到圆轨道最高点的过程中小球克服摩擦力做功W为多少？

21. 研究原子核的结构时，需要用能量很高的粒子轰击原子核。为了使带电粒子获得很高的能量，科学家发明了各种粒子加速器。

图1为某加速装置的示意图，它由多个横截面积相同的金属圆筒依次排列组成，其轴线在同一直线上，序号为奇数的圆筒与序号为偶数的圆筒分别和交变电源的两极相连，交变电源两极间的电势差的变化规律如图2所示。在t=0时，奇数圆筒相对偶数圆筒的电势差为正值。此时和偶数圆筒相连的金属圆板（序号为0）的中央有一电子，在圆板和圆筒1之间的电场中由静止开始加速，沿中心轴线进入圆筒1。为使电子在圆筒之间的间隙都能被加速，圆筒长度的设计必须遵照一定的规律。