山东省潍坊市2020-2021学年高二上学期期中考试物理试卷 Word版含解析 19页

- 1 - 高 二 物 理 一、单项选择题：本题共 8 小题，每小题 3 分，共 24 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. 我国是全球第一快递大国。快递在运输易碎物品时，经常用泡沫塑料做填充物，这是为了 减小在搬运过程中（ ） A. 物品受到的冲量 B. 物品的动量 C. 物品的动量变化量 D. 物品的动量变化率 【答案】D 【解析】 【详解】运输易碎器件等物品时，经常用泡沫塑料作填充物，这是为了在运输过程中，延长 了力的作用时间，减小作用力，即使物体的动量变化率减小，不易损坏；物体受到的冲量、 物体的动量以及动量的变化均是无法减小的，故 D 正确，ABC 错误。 故选 D。 2. 四个定值电阻连成如图所示的电路。RA、RC 的规格为“6V 6W”，RB、RD 的规格为“6V 12W”。将该电路接在输出电压 U=11V 的恒压电源上，则（ ） A. RA 的功率最大，为 6W B. RB 的功率最小，为 0. 67W C. RC 的功率最小，为 1.33W D. RD 的功率最大，为 12W 【答案】A 【解析】 【详解】根据规格可算出 RA、RC 的电阻为 6Ω，RB、RD 的电阻为 3Ω，故电路总电阻为 11Ω， 可得回路总电流为 1A，即过 RA、RD 的电流为 1A，过 RB 的电流为 2 3 A，过 RC 的电流为 1 3 A， 根据 2P I R 可得 RA、RB、RC、RD的功率依次是 6W、43W、23W、3W，故 A 正确，BCD 错误。 - 2 - 故选 A。 3. 甲、乙两物体质量分别为 m1 和 m2，两物体碰撞前后运动的位移随时间变化的 x-t 图像如图 所示，则在碰撞前（ ） A. 乙的动能大 B. 甲的动能大 C. 乙的动量大 D. 甲的动量 大 【答案】A 【解析】 【详解】CD．根据位移时间图象的斜率等于速度，可知，碰撞前甲的速度 v1 小于乙的速度 v2， 碰撞后两个物体的速度为零，根据动量守恒有 1 2 0P P  得 1 2P P  故 CD 错误； AB．由上面结论动量大小 1 1 2 2m v m v 1 2v v＜ 则 1 2m m 因为动量 P mv 动能 2 k 1 2E mv 所以 - 3 - 2 k 2 PE m  所以 k1 k 2E E 即乙的动能大，故 A 正确，B 错误。 故选 A。 4. 已知通电长直导线产生的磁场中某点的磁感应强度与电流强度 I 成正比，与该点到直导线 的距离 r 成反比。现有三根平行的通电长直导线 A、C、O，其中 A、C 导线中的电流大小为 I1，O 导线中的电流大小为 I2。与导线垂直的截面内的 B 点与 A、C 组成等腰直角三角形，O 处在 AC 的中点，电流方向如图，此时 B 处的磁感应强度为零，则下列说法正确的是（ ） A. 2I1=I2 B. 2 I1=I2 C. A 导线所受的磁场力向左 D. 若移走 O 导线，则 B 处的磁场将沿 BO 方向 【答案】C 【解析】 【详解】AB．由安培定则得通电长直导线 A、C、O 在 B 处产生的磁感应强度如下图所示 - 4 - 由题意可得通电长直导线产生的磁场中的某点磁感应强度 B 与电流 I 和该点到直导线的距离 r 的关系为 IB k r  ，由此可得 2 0 IB k r  1 2A IB k r  1 cos452 O AB B  联立解得 1 2I I ，故 AB 错误； C．由安培定则可知，A 导线处的磁场方向竖直向下，故由左手定则可知，A 导线所受的磁场 力向左，故 C 正确； D．由上图可知，若移走 O 导线，则 B 处的磁场将沿水平向右方向，故 D 错误。 故选 C。 5. 如图所示，闭合矩形导体框在水平方向的匀强磁场中绕竖直方向的对称轴 OO'勾速转动。 已知匀强磁场的磁感应强度为 1.0T，导体框边长分别为 10cm 和 25cm，导体框从图示位置开 始转动，则（ ） - 5 - A. 此时穿过线框的磁通量最大 B. 转过 60°角时，导体框的磁通量增加了 1 80 Wb C. 转过 60°角时，导体框的磁通量增加了 3 80 Wb D. 转动过程中导体框中没有感应电流 【答案】C 【解析】 【详解】A．图示时刻，穿过线框的磁通量为零，故 A 错误； BC．转过 60°角时，导体框平面与中性面夹角为 30°，故导体框的磁通量增加了 3 3cos30 1.0 0.1 0.25 Wb Wb2 80BS        故 C 正确，B 错误； D．转动过程中导体框中产生正弦交变电流，故 D 错误。 故选 C。 6. 如图所示，质量为 m 的小球 b 与水平轻弹簧相连且静止，放在光滑的水平面上，等质量的 小球 a 以速度 v0 沿弹簧所在直线冲向小球 b。从 a 开始压缩弹簧到分离的整个过程中，下列说 法中正确的是（ ） A. 弹簧对 a 球的冲量大小为 0 1 2 mv B. a 球的最小速度为 0 2 v C. 弹簧具有的最大弹性势能为 2 0 1 2 mv D. b 球的最大动能为 2 0 1 2 mv 【答案】D 【解析】 【详解】A．设 a 与弹簧接触之前到 a 与弹簧分离的过程，a 的速度为 v ，b 的速度为 2v ，在 整个过程中，动量守恒，机械能也守恒，由 - 6 - 0 2mv mv mv  2 2 2 0 2 1 1 1 2 2 2mv mv mv  得 v=0 2 0v v 则弹簧被压缩最短到 a 与弹簧分离的过程，a 的速度为 0，b 的速度为 2v ，从 a 开始压缩弹簧 到分离的整个过程中，根据动量定理，弹簧对 a 球的冲量大小 0I mv 所以 A 错误； Ｂ．a 与弹簧分离时速度最小，为 0，所以 B 错误； Ｃ．设以 v0 的方向为正方向， 整个过程中动量守恒，设当弹簧被压缩到最短，a、b 的速度相 等为 1v ，此时弹簧弹性势能最大为 PE ，根据动量守恒 0 12mv mv 解得 1 00.5v v 由机械能守恒定律  2 2 2 P 0 1 0 1 1 122 2 4E mv m v mv   所以 C 错误； D．根据题意 a 与弹簧分离时 b 的速度最大为 2v ，则此时 b 的动能也最大，根据动量守恒定律 0 2mv mv 解得 2 0v v 则 b 的最大动能为 2 k 0 1 2E mv 所以 D 正确。 - 7 - 故选 D。 7. 由我国自主研发制造的世界上最大的海上风电机 SL5000，它的机舱上可以起降直升机，叶 片直径 128 米，风轮高度超过 40 层楼，是世界风电制造业的一个奇迹。风速为 12m/s 时发电 机满载发电，风通过发电机后速度减为 11m/s，已知空气的密度为 1.3 kg/m3，则风受到的平均 阻力约为（ ） A. 44.0 10 N B. 52.0 10 N C. 62.2 10 N D. 64.4 10 N 【答案】B 【解析】 【详解】叶片 128md  ，所以叶片旋转所形成的圆面积为 2 4 dd  设t 秒内流过该圆面积的风柱体积为 2 1 1 4 d v tV Sv t   风柱的质量为 m V 设风柱受到的平均阻力为 f ，取 1v 的方向为正方向，故 1 12m/sv  2 11m/sv = 根据动量定理有 2 1ft mv mv   带入数据解得 52.0 10 Nf   故选 B。 8. 在某次创新实验大赛中，一实验小组需要使用量程为（0~3A）的电流表和量程为（0~15V） 的电压表。主办方仅给提供一只毫安表（内阻 Rg=99Ω，满偏电流 Ig=6mA），定值电阻 R1=1Ω， - 8 - 以及 0~9999.9Ω的变阻箱 R2。该实验小组根据实验器材设计的电路如图所示，则（ ） A. 电键 K 掷于 1 时，可改装成量程为 0 ~3A 的电流表，此时 R2=40Ω B. 电键 K 掷于 1 时，可政装成量程为 0~15V 的电压表，此时 R2=2401Ω C. 电键 K 掷于 2 时，可改装成量程为 0 ~3A 的电流表，此时 R2=400Ω D. 电键 K 掷于 2 时，可改装成量程为 0~15V 的电压表，此时 R2 =24Ω 【答案】C 【解析】 【详解】A．将电键 K 掷于 1 位置，并联了一个分流电阻 R1，改装电流表最大量程为 g g g g g 1 1 991 6 1 mA 0.6A1 I R RI I IR R                显然量程不足 3A，因 R2 串联于电路中，故改装的电流表量程与 R2 无关，故 A 错误； B．电键 K 掷于 1 时，若改装成量程为 0 ∼ 15V 的电压表，此时变阻箱 R2 的阻值为 3 g g 2 3 g g 3 g 1 15 99 6 10 246 10 996 10 1 U I RR I RI R              故 B 错误； C．将电键 K 掷于 2，若改装成量程为 0 ∼ 3A的电流表，此时变阻箱 R2 的阻值为    g 1 2 g g 3000 6 1 99 4006 I I R R RI              故 C 正确； D．电键 K 掷于 2 时，若改装成量程为 0 ∼ 15V 的电压表，此时变阻箱 R2 的阻值为 2 3 g 15 99 24016 10g UR RI            故 D 错误。 故选 C。 二、多项选择题：本题共 4 小题，每小题 4 分，共 16 分。在每小题给出的四个选 - 9 - 项中，有多项符合题目要求。全部选对的得 4 分，选对但不全的得 2 分，有选错 的得 0 分。 9. 如图所示，一个钢珠自空中自由下落，然后陷入沙坑中，不计空气阻力，把在空中下落的 过程为过程 I，进入沙坑直到停止的过程为过程 II，则（ ） A. 过程 II 中钢珠动量的改变量等于零 B. 过程 II 中阻力冲量的大小等于过程 I 中重力冲量的大小 C. 整个过程中合外力的总冲量等于零 D. 过程 I 中钢珠动量的改变量等于重力的冲量 【答案】CD 【解析】 【详解】A．过程 II 中钢珠的速度变化量不为零，所以钢珠的动量改变量不等于零，所以 A 错误； BC．过程 II 中钢珠受到阻力和重力，在整个过程中根据动量定理总冲量为零，即过程 II 阻力 的冲量等于过程 I 重力冲量和过程 II 重力冲量之和，所以过程 II 阻力冲量的大小大于过程 I 中重力冲量的大小，所以 B 错误，C 正确； D．根据动量定理可知 D 正确。 故选 CD。 10. 如图所示，质量为 M、长度为 L 的船停在平静的湖面上，船头站着质量为 m 的人，M m 。 现在人由静止开始由船头走到船尾，不计船在运动过程中所受的水的阻力。则（ ） A. 人和船运动方向相同 B. 船运行速度小于人的行进速度 C. 由于船的惯性大，当人停止运动时，船还要继续运动一段距离 D. 人相对水面的位移为 M LM m - 10 - 【答案】BD 【解析】 【详解】对于人和船系统，不计船在运动过程中所受的水的阻力，动量守恒，有 0 0mv Mv  所以人和船运动的方向相反，由于 M m ，所以 0v v ，当人停止时，船也停止，根据 0 0( )ms M L s  解得 0 Ms LM m   故选 BD。 11. 如图所示，质量为 1kg 的滑块静止在光滑的水平面上，滑块的弧面光滑，底部与水平轨道 相切，一个质量为 2kg 的小球以 3m/s 的初速度滑上滑块，已知小球不能越过滑块，g 取 10m/s2。 则（ ） A. 小球滑到滑块最高点时，小球的速度大小为零 B. 小球滑到滑块最高点时，滑块的速度大小为 2m/s C. 小球滑到滑块最高点时上升的高度为 0.15m D. 滑块所能获得的最大速度为 4m/s 【答案】BCD 【解析】 【详解】ABC．小球与滑块组成的系统在水平方向所受合外力为零，系统在水平方向动量守 恒，小球到达最高点时小球与滑块的水平速度相等，设为 v，设小球上升的最大高度为 h，小 球的初速度 v0=3m/s，小球质量 m=2kg，滑块质量 M=1kg，以向右为正方向，在水平方向，由 动量守恒定律得 0 ( )mv M m v  整个过程只有重力做功，机械能守恒，由机械能守恒定律得 2 2 0 1 1 ( )2 2mv M m v mgh   - 11 - 代入数据解得 v=2m/s，h=0.15m 故 A 错误，BC 正确； D．小球与滑块分离时滑块的速度最大，设此时小球的速度为 v1，滑块的速度为 v2，系统水平 方向动量守恒，以向右为正方向，由动量守恒定律得 0 1 2mv mv Mv  由机械能守恒定律得 2 2 2 0 1 2 1 1 1 2 2 2mv mv Mv  代入数据解得 2 4m/sv  故 D 正确。 故选 BCD。 12. 如图所示，电路中滑动变阻器最大电阻值及定值电阻的阻值均为 R，电源电动势为 E，内 阻为 r，R 大于 r0。电压表 V1、V2 和电流表 A1、A2 均为理想电表。将滑动变阻器滑片向下滑 动，则（ ） A. A1 示数变大 B. A2 示数变大 C. V1 示数增大 D. V2 示数变 大 【答案】AD 【解析】 【详解】BCD．当滑动变阻器滑片向下滑动时，电阻 R3 阻值减小，则电路中总电阻减小，干 路电流增大， R1、R2 并联电阻不变，故电压表 V2 读数增大；又因为路端电压减小，故电压表 V1 读数减小；从而通过 R4 的电流，即电流表 A2 的读数减小，故 BC 错误 D 正确； A．滑片未滑动时，由于定值电阻阻值与滑动变阻器最大阻值均为 R，电流表 A1 的示数为 0， - 12 - 滑片滑动后，由于 R3 阻值小于 R4 阻值，故流过 R3 的电流大于流过 R4 的电流，电流表 A1 将有 从右向左的电流，故 A1 读数将增大，故 A 正确。 故选 AD。 三、非选择题：本题共 6 小题，共 60 分。 13. 气垫导轨是一种常用的实验仪器，它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫，使滑 块悬浮在导轨上，滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦，如图甲所示。利用气垫导轨，通过 频闪照相运用动量守恒定律的知识，可以测量物体的质量以及判断碰撞过程中的一些特点， 开始时滑块 B 静止，滑块 A、B 碰撞前后的位置情况如图乙所示。请回答以下问题： (1)若该实验在空间站中进行，气垫导轨在安装时______（选填“需要”或“不需要”）处于水平； (2)若滑块 A 的质量为 150g，则滑块 B 的质量为______； (3)该碰撞过程中，系统的机械能______（选填“守恒”或“不守恒”）。 【答案】 (1). 不需要 (2). 50g (3). 守恒 【解析】 【详解】(1)[1]空间站绕地球做圆周运动处于完全失重状态，滑块与气垫导轨间不存在弹力作 用，滑块与气垫导轨间不存在摩擦力作用，气垫导轨在安装时不需要处于水平 (2)[2]设频闪照相的时间间隔是 T，由图乙所示可知，碰撞前滑块 A 的速度 2 0 (20.0 10.0) 10 1 10 xv T T T     碰撞后滑块 A 的速度 2(40.0 35.0) 10 1 20 A A xv T T T     碰撞后滑块 B 的速度 - 13 - 2(61.0 46.0) 10 3 20 B B x T T T      两滑块碰撞过程系统动量守恒，以向右为正方向，由动量守恒定律得 0A A A B Bm v m v m v  代入数据解得 mB=50g (3)[3]碰撞前系统总动能 0k 2 2 2 1 1 1 30.150 ( )2 2 10 4000AE m v T T      碰撞后系统的总动能 2 k 2 2 2 2 1 1 1 1 1 3 30.150 ( ) 0.050 ( )2 2 2 20 2 20 4000A A B BE m v m v T T T           则 k kE E  所以碰撞前后系统机械能相等，系统机械能守恒 14. 某同学欲测量电阻 Rx 的阻值。 (1)用多用电表测量。将多用表选择开关置于×100Ω挡时，发现指针偏转角度过大，于是换用 相邻的另一挡（×10Ω或×1kΩ），欧姆调零后，将红黑表笔分别接电阻 Rx 两端，指针读数如 图甲所示，则所测电阻阻值为______Ω； (2)为了较准确地测定 Rx 的电阻值，他设计了如图乙所示的电路，使用如下器材： A.电压表 V：量程为 2V、内阻较大 B.电阻箱 R1：总阻值为 9999 .9Ω C.干电池一节、开关、导线若干 实验操作如下： ①闭合 S1 和 S3，断开 S2，记录电压表示数 U1； - 14 - ②闭合 S1 和 S2，断开 S3，调节 R1 使电压表示数仍为 U1，记录此时 R1 的阻值 R'。 则电阻 Rx 的电阻值为______； (3)利用该电路还可以测量电池的电动势和内电阻。 闭合 S1，打开 S2、S3，调节 R1，记录外电路的总电阻为 R，读出对应的电压表示数 U，画出 1 U 随 1 R 变化的图线为如图丙所示直线，若直线与纵轴的交点坐标为 b、斜率为 k，则电源电动势 为______，内阻为______。 【答案】 (1). 200 (2). R' (3). 1 b (4). k b 【解析】 【详解】（1）［1］欧姆表的指针偏大，说明挡位过大，应该选用小的挡位，所以应该用×10 Ω ， 所以电阻的阻值为 200 Ω ； （2）②［2］闭合 S1 和 S3，断开 S2，R1 被短路， xR 直接与电源连接，电压表测量 xR 电压；闭 合 S1 和 S2，断开 S3， xR 被短路，R1 直接与电源连接，电压表测量 R1 电压，两次的电压都为 U1，所以两次的电阻也相等，即 xR R R１＝ ＝ ； （3）［3］［4］由欧姆定律 EU IR RR r    整理得 1 1 1R r r U ER E R E     由已知得 1 , rb kE E   整理得 1 , kE rb b   15. 小明同学将“打夯”的情境简化成如图所示的过程，放置于水平地面的平底夯锤质量为 m=50kg，两人同时通过绳子对夯锤施加大小均为 F =500N 的拉力，方向均与竖直方向成θ=37°， 夯锤上升 h=0.5m 时撤去拉力。重物落下与地面作用的时间为 0.05s，已知重力加速度取 10m/s2， cos37°=0.8。求： - 15 - (1)夯锤上升的最大高度； (2)夯锤对地面的冲击力大小。 【答案】(1) 0.8m；(2) 4500N 【解析】 【详解】(1)设重物上升高度为 H，由动能定理得 2 cos37 0Fh mgH－ ＝ 解得 H＝0.8m。 (2)设落地速度为 v，下落过程机械能守恒 21 2mgH mv 以向下为正方向，由动量定理可得 0mgt Ft mv－ － 解得 F =4500N。 16. 如图所示为汽车蓄电池与车灯（电阻不变）启动电动机组成的电路，已知汽车蓄电池电源 电动势 E =12.5V，电动机内部线圈电阻 r1=0.02Ω，电流表和电压表均为理想电表。车灯接通、 电动机未启动时，电流表示数 I1 =10A，电压表示数 U1=12V；保持车灯接通，电动机启动时， 电压表示数变为 U2 =9V。求： (1)电动机启动瞬间通过它的电流； (2)电动机启动时其输出功率。（结果保留 3 位有效数字） 【答案】(1) 62.5A；(2) 484W 【解析】 【详解】（1）车灯接通、电动机未启动时，设车灯电阻 RL,电源内电阻 r,对车灯用欧姆定律 UI R  , 可得 - 16 - 1 1 12 1.210L UR I     由 1 1E U I r  代入数值整理得电源内阻 1 1 12.5 12 0.0510 E Ur I      电动机启动时，由 E=U2 +I2r 得通过电源的电流为 2 2 12.5 9 =70A0.05 E UI r    又因为灯泡的电阻 1.2LR   ，此时过灯泡的电流 IL 为 2 L L 9 7.5A1.2 U RI    所以电动机启动时通过的电流为 I=I2－IＬ=62.5A； （2）电动机启动时的 P P P  热输出 输入 ，所以 2 2 M M 1P U I I r出 － 又因为 I2=70A，IL=7.5A，所以 IM=I2-IL=70-7.5=62.5A 代入数值，整理得 2 2 M M 1 2=9 62.5-62.5 0.02 =484.375 484w P U I I r    出 － 17. 电动自行车已成为城市出行的重要交通工具之一。某品牌电动自行车铭牌标识如下表所 示，一位质量为 60kg 的市民仅靠电机驱动骑着该电动自行车以额定功率沿平直公路从静止启 动，电动车能够达到的最大速度为 7m/s。已知电动自行车所受的阻力是人和车总重力的 0.05 倍，重力加速度 g 取 10m/s2。求： (1)5 分钟内电机所消耗的电能； (2)电机的输出功率； (3)电机线圈内阻 r 大小。 规格 后轮驱动直流永磁电机 - 17 - 车型：20〞电动自行车 额定功率：360W 整车质量：40kg 额定工作电压：36V 【答案】(1) 1.08×105J；(2) 350W；(3) 0.1Ω 【解析】 【详解】(1)5 分钟内，电机所消耗的电能 E W Pt  解得 51.08 10 JE   (2)由匀速运动可知，牵引力 F f 0. 05( )f m M g  电机输出功率 P Fv输出 解得 350P W输出 (3)电机的热功率 P P P热 输出－ 由 P UI 得 = PI U 又 2P I r热 得 0.1r   - 18 - 18. 如图所示，一个小孩做推物块的游戏，质量为 m 的小物块 A 放置在光滑水平面上，紧靠 物块右端有一辆小车 B，小孩蹲在小车上，小孩与车的总质量为 6m，一起静止在光滑水平面 上，物块 A 左侧紧挨着足够长的水平传送带 MN，传送带的上表面与水平面在同一高度，传送 带以速度 v0。顺时针转动。游戏时，小孩将物块 A 以相对水平面大小为 v0 的速度向左推出， 一段时间后 A 返回到传送带右端 N，物块向右追上小孩后又立即被小孩以相对水平面的速度 v0 向左推出，如此反复，直至 A 追不上小孩为止。已知物块 A 与传送带 MN 间的动摩擦因数 为μ，重力加速度为 g。求： （1）物块第一次被推出后，小孩与车的速度大小 v1； （2）物块被小孩第一次推出后到再次追上小孩所用的时间； （3）整个过程中小孩因推物块消耗的体能。 【答案】（1） 0 6 v ；（2） 012 5 v g ；（3） 2 0 55 12 mv 【解析】 【详解】（1）对小物块 A 和小孩，与车组成的系统，动量守恒得 0 16mv mv 解得小孩与车的速度大小 0 1 6v v （2）小物块 A 在传送带上先做匀减速直线运动，再做反向的匀加速直线运动，加速度大小 mga gm    在传送带上返回时速度为 0v ，在带上往返一次的时间为 t1，则 0 1 2t a v 返回后匀速追赶小孩，经上追上小孩，则 2 1 1 1 20t v tv v t  解得 - 19 - 1 2 012 5t t t g v    （3）由第二问可知，小物块 A 回到光滑水平面时速度为 0v v 所以，每经过一次传送带，小物块动量的变化量大小为 02p mv  要使小物块 A 不能追上小车，则小车速度大小需满足 0nv v 假设物块最多能被小孩向左推出的次数为 n，则此时物块与小车小孩组成的系统的动量满足 0 6 np vmn mv   解得 0 6n pnv m mv  解得 n=3.5 n 只能取整数次，所以 n=4 物块 A 最多只能被推出 4 次。 第 4 次推出后车的速度为 07 6nv v 人消耗的体能为 2 2 0 1 1 62 2 nE mv mv   解得 2 0 55 12E mv 