精品解析：上海市青浦高级中学2023-2024学年高一下学期期末考试物理试卷

上海市青浦高级中学2023学年第二学期期末质量检测 高一物理试卷 考试时间：60分钟 满分：100分 一、无人机种树 近日，在河北省井陉县长峪村山脚下的造林现场，工作人员操控六旋翼无人机，将树苗运送到200m高的山上，实施雨季荒山造林。该无人机净重10kg，采用大容量电池进行供电，续航时间可达2h以上。在运送大质量树苗容器时还可以2~4台无人机协同运载。 1. 某次植树时，无人机一次携带20棵树苗，工作人员控制无人机匀速上升，将树苗运送到200m高的山上，在此过程中（　　） A. 无人机的动能和重力势能均增加 B. 无人机的动能不变，重力势能增加 C. 无人机的机械能增加约10000J D. 树苗的机械能增加约30000J 2. 无人机在电池电量耗尽的时候可以快速充电。如图是无人机电池电量从0%~100%充满过程中充电功率P和充电时间t的关系图像，设充电过程中电池两端电压恒为15V，不计其他能量损耗，则（　　） A. 充电过程的平均功率为400W B. 充电过程的平均功率为600W C. 该电池的容量是30000mA·h D. 该电池的容量是45000mA·h 3. 使用无人机植树时，为保证树种的成活率，将种子连同营养物质包进一个很小的荚里，假设播种时，在离地面10m高处，以15m/s的速度水平匀速飞行的无人机中，播种器利用空气压力把荚以5m/s的速度（相对播种器）竖直向下射出，荚进入地面下10cm深处完成一次播种。已知荚的总质量为20g，不考虑其所受空气阻力及进入土壤后重力的作用，g取。求： （1）离开无人机后，荚在空中运动的时间为多少？ （2）射出荚的过程中，播种器对荚做的功为多少？ 二、天宫课堂 “天宫课堂”是为发挥中国空间站的综合效益，推出的首个太空科普教育品牌。空间站绕地球一圈约90min，驻留期间，航天员进行了“天宫课堂”授课。 4. 神舟十三号与空间站对接过程中，___________（选填“可以”或“不可以”）把神舟十三号看作质点。 5. “天宫课堂”中，航天员掷出的“冰墩墩”近似匀速直线前进，这一过程中“冰墩墩”受到（　　） A. 万有引力 B. 向心力 C. 离心力 6. 空间站绕地球运行的角速度约为___________rad/s。（保留2位有效数字） 7. 2022年10月12日，中国航天员首次在问天实验舱内进行授课。已知中国空间站离地高度为h，运行周期为T，地球半径为R，引力常量为G。求： （1）地球的质量； （2）地球第一宇宙速度。 三、机械能守恒 某同学利用DIS验证机械能守恒定律，实验装置如图所示。保持摆锤释放器在P点位置不变，由静止释放摆锤，分别利用传感器（图中未画出）测出摆锤经过A、B、C、D四个位置的挡光时间t。已知摆锤的直径，质量。取D所在水平面为零势能面，A、B、C三点相对于零势能面的高度如图所示，实验获取的数据如下表： 位置 A 15 0.007826 1.022 B 10 0.005598 1.429 C 5 0.004607 ▲ D 0 0.003998 2.001 8. 本实验使用的是________传感器。 9. 表格中“▲”所代表的物理量的值为_________m/s。 10. 实验中该同学发现传感器所测位置略低于A点，则他经过计算机获得的速度数据与真实值比，________。（选填“偏大”、“偏小”或“不变”） 11. 该同学认为，如果分析t与h的关系，也能验证机械能守恒定律。所以该同学将数据进一步处理，作出“”图，图线如图所示。根据图线和相关数据，可以推算出小摆锤的机械能________J（保留到小数点后第3位）。 四、“高分十三号”卫星 2020年10月12日，我国在西昌卫星发射中心成功将“高分十三号”卫星发射升空，卫星顺利进入预定轨道。其轨道与地球赤道在同一平面内，从地面上看，卫星在一定高度处静止不动。已知地球半径为，“高分十三号”卫星轨道半径为。 12. 地球自转的周期为，“高分十三号”卫星运动的周期为，则（　　） A. B. C. D. 13. 赤道上某点随地球自转的线速度大小为，“高分十三号”卫星运动的线速度大小为，则为（　　） A. B. C. D. 14. 场是一种客观存在的物质，卫星与地球之间的万有引力是通过引力场发生的。与电场强度类似，可以引入引力场强度来描述引力场的强弱。若地球质量为M，卫星质量为m，则“高分十三号”卫星在运动过程中，所经各点的引力场强度的大小（　　） A. 与M、m都有关 B. 与M有关，与m无关 C 与M、m都无关 D. 与M无关，与m有关 15. 卫星A是位于赤道平面内、绕行方向与地球自转方向相同的近地卫星，B是地球同步卫星“高分十三号”，此时刻A、B连线与地心恰在同一直线上且相距最近。已知A的角速度为，地球自转角速度为，引力常量为G。 （1）估算地球的密度； （2）由图示时刻开始，至少经过多长时间A、B相距最远？ 五、平行板电容器 如图所示，已知平行板电容器两极板间距离，充电后两极电势差为，若它的电容为，且P到A板距离为1mm。 16. 若电子电量为，电容器充电后极板间的电场可视作匀强电场，则： （1）每一极板带电量___________C。 （2）一个电子在P点具有的电势能___________J。 （3）两板间的电场强度___________V/m。 17. 电容器作为一种新型储能装置，具有充放电速度快、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。关于电容器，下列说法正确的是（　　） A. 电容表征电容器容纳电荷的本领大小，不同的电容器容纳电荷的本领一般不同 B. 当电容C不变时，由可知，只要Q不断增加，则U可无限制地增大 C. 电容越大的电容器所带电荷量也一定越多，电容器不带电时其电容为零 D. 电容器在充电过程中充电电流恒定，在放电过程中电容器电容减小 18. 如图所示实验装置可用来探究影响平行板电容器电容的因素，其中电容器左侧极板和静电计外壳接地，电容器右侧极板与静电计金属球相连，使电容器带电后与电源断开。 （1）上移左极板，电容器的电容___________，可观察到静电计指针偏转角___________。（均选填“变大”“变小”或“不变”） （2）两板间插入一块玻璃，电容器的电容___________，可观察到静电计指针偏转角___________。（均选填“变大”“变小”或“不变”） 六、带电粒子在电场中的运动 在现代科学实验和技术设备中，常常利用电场来控制带电粒子的运动。利用电场使带电粒子加速就是其中一种情况。一般情况下电子、质子、离子等不用考虑重力，带电颗粒，如尘埃、液滴、小球等，一般要考虑重力。 19. 如图，两种不同的正离子（不计重力）垂直射入偏转电场，从偏转电场射出时具有相同的偏转距离y和偏转角（偏转电压U保持不变），则两种离子进入偏转电场前需要满足的条件是（　　） A. 速度相同 B. 动能相同 C 比荷相同 D. 由静止经同一加速电场加速 20. 如图，有三个质量相等的粒子，分别带正电、带负电和不带电，从两水平放置的金属板左侧中央以相同的水平初速度先后射入电场中，最后落在正极板上的A、B、C三处，则（　　） A. 落到A处的粒子带负电，落到C处的粒子带正电 B. 三种粒子在电场中的运动时间相同 C. 三种粒子到达正极板时速度相同 D. 三种粒子到达正极板时落在A、C处的粒子机械能增大，落在B处的粒子机械能不变 21. 如图，质量为m、带电量为的微粒以初速度v0竖直向上射入两带电平行极板间，两极板间的电场强度为E，微粒垂直打到右极板c处。已知，a为两极板的中点，则微粒打到右极板时的速率___________，两极板的电势差为___________。 22. 如图，以O为圆心，半径为R的圆形区域内有竖直向下的匀强电场。质量为m、电量为q的带正电粒子在纸面内自圆周上M点先后以不同的速率沿水平方向进入电场。其中速率为的粒子，可从直径MN上的N点穿出。直径MN与水平方向的夹角，粒子重力不计。 （1）求电场强度的大小。 （2）以某一速率射入的粒子在电场中运动时间最长，求此粒子动能的增加量。 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $$ 上海市青浦高级中学2023学年第二学期期末质量检测 高一物理试卷 考试时间：60分钟 满分：100分 一、无人机种树 近日，在河北省井陉县长峪村山脚下的造林现场，工作人员操控六旋翼无人机，将树苗运送到200m高的山上，实施雨季荒山造林。该无人机净重10kg，采用大容量电池进行供电，续航时间可达2h以上。在运送大质量树苗容器时还可以2~4台无人机协同运载。 1. 某次植树时，无人机一次携带20棵树苗，工作人员控制无人机匀速上升，将树苗运送到200m高的山上，在此过程中（　　） A. 无人机的动能和重力势能均增加 B. 无人机的动能不变，重力势能增加 C. 无人机的机械能增加约10000J D. 树苗的机械能增加约30000J 2. 无人机在电池电量耗尽的时候可以快速充电。如图是无人机电池电量从0%~100%充满过程中充电功率P和充电时间t的关系图像，设充电过程中电池两端电压恒为15V，不计其他能量损耗，则（　　） A. 充电过程的平均功率为400W B. 充电过程的平均功率为600W C. 该电池的容量是30000mA·h D. 该电池的容量是45000mA·h 3. 使用无人机植树时，为保证树种的成活率，将种子连同营养物质包进一个很小的荚里，假设播种时，在离地面10m高处，以15m/s的速度水平匀速飞行的无人机中，播种器利用空气压力把荚以5m/s的速度（相对播种器）竖直向下射出，荚进入地面下10cm深处完成一次播种。已知荚的总质量为20g，不考虑其所受空气阻力及进入土壤后重力的作用，g取。求： （1）离开无人机后，荚在空中运动的时间为多少？ （2）射出荚的过程中，播种器对荚做的功为多少？ 【答案】1. B 2. A 3 （1）1s；（2）2.5J 【解析】 【1题详解】 无人机匀速上升，所以动能不变，重力势能增加即机械能增加量 J 树苗的动能不变，重力势能增加，无法计算具体数值。 故选B。 【2题详解】 AB．题中P-t图像与坐标轴所围的面积表示电能，所以整个充电过程中充入电池的电能为 E=700×4×60J+400×10×60J+×400×6×60J=4.8×105J 充电过程的平均功率为 W=400W 故A正确，B错误； CD．该电池的容量是 故CD错误。 故选A。 【3题详解】 （1）离开无人机后，荚空中做匀变速直线运动，则有 解得 s （2）荚的水平速度v1=15 m/s，竖直速度v2=5 m/s，根据矢量求和定则可知，荚离开播种机的速度 分析题意可知，播种器对荚做功引起其动能的变化，则 代入数据解得 W=2.5 J 二、天宫课堂 “天宫课堂”是为发挥中国空间站的综合效益，推出的首个太空科普教育品牌。空间站绕地球一圈约90min，驻留期间，航天员进行了“天宫课堂”授课。 4. 神舟十三号与空间站对接过程中，___________（选填“可以”或“不可以”）把神舟十三号看作质点。 5. “天宫课堂”中，航天员掷出的“冰墩墩”近似匀速直线前进，这一过程中“冰墩墩”受到（　　） A. 万有引力 B. 向心力 C. 离心力 6. 空间站绕地球运行的角速度约为___________rad/s。（保留2位有效数字） 7. 2022年10月12日，中国航天员首次在问天实验舱内进行授课。已知中国空间站离地高度为h，运行周期为T，地球半径为R，引力常量为G。求： （1）地球的质量； （2）地球的第一宇宙速度。 【答案】4. 不可以 5. A 6 7. （1）；（2） 【解析】 【4题详解】 神舟十三号与空间站对接过程中，形状不可忽略，不可以把神舟十三号看作质点。 【5题详解】 “冰墩墩”受到地球对其万有引力的作用。 故选A。 【6题详解】 由题知，空间站绕地球一圈约90分钟，根据角速度与周期的关系可知 rad/s=rad/s 【7题详解】 （1）对于空间站有 解得 （2）对于近地卫星有 联立解得 三、机械能守恒 某同学利用DIS验证机械能守恒定律，实验装置如图所示。保持摆锤释放器在P点位置不变，由静止释放摆锤，分别利用传感器（图中未画出）测出摆锤经过A、B、C、D四个位置的挡光时间t。已知摆锤的直径，质量。取D所在水平面为零势能面，A、B、C三点相对于零势能面的高度如图所示，实验获取的数据如下表： 位置 A 15 0.007826 1.022 B 10 0.005598 1.429 C 5 0.004607 ▲ D 0 0.003998 2.001 8. 本实验使用的是________传感器。 9. 表格中“▲”所代表的物理量的值为_________m/s。 10. 实验中该同学发现传感器所测的位置略低于A点，则他经过计算机获得的速度数据与真实值比，________。（选填“偏大”、“偏小”或“不变”） 11. 该同学认为，如果分析t与h的关系，也能验证机械能守恒定律。所以该同学将数据进一步处理，作出“”图，图线如图所示。根据图线和相关数据，可以推算出小摆锤的机械能________J（保留到小数点后第3位）。 【答案】8. 光电门 9. 1.736 10. 偏大 11. 0.016 【解析】 【8题详解】 本实验，采用光电门传感器来测量瞬时速度； 【9题详解】 根据光电门测速原理可知，表格中“▲”所代表的物理量的值为 1.736m/s 【10题详解】 该同学发现传感器所测的位置略低于A点，则重力势能减小量变大，动能增加量变大，则经过计算机获得的速度数据比真实值偏大。 【11题详解】 根据图像可知，当h=0时，重物重力势能为零，只有动能，则机械能 四、“高分十三号”卫星 2020年10月12日，我国在西昌卫星发射中心成功将“高分十三号”卫星发射升空，卫星顺利进入预定轨道。其轨道与地球赤道在同一平面内，从地面上看，卫星在一定高度处静止不动。已知地球半径为，“高分十三号”卫星轨道半径为。 12. 地球自转的周期为，“高分十三号”卫星运动的周期为，则（　　） A. B. C. D. 13. 赤道上某点随地球自转的线速度大小为，“高分十三号”卫星运动的线速度大小为，则为（　　） A. B. C. D. 14. 场是一种客观存在的物质，卫星与地球之间的万有引力是通过引力场发生的。与电场强度类似，可以引入引力场强度来描述引力场的强弱。若地球质量为M，卫星质量为m，则“高分十三号”卫星在运动过程中，所经各点的引力场强度的大小（　　） A. 与M、m都有关 B. 与M有关，与m无关 C. 与M、m都无关 D. 与M无关，与m有关 15. 卫星A是位于赤道平面内、绕行方向与地球自转方向相同的近地卫星，B是地球同步卫星“高分十三号”，此时刻A、B连线与地心恰在同一直线上且相距最近。已知A的角速度为，地球自转角速度为，引力常量为G。 （1）估算地球的密度； （2）由图示时刻开始，至少经过多长时间A、B相距最远？ 【答案】12. C 13. A 14. B 15. （1）；（2） 【解析】 【12题详解】 根据题意可知，“高分十三号”卫星是地球同步静止卫星，其周期与地球自转周期相等，则有 故选C。 【13题详解】 结合上述有 ， 解得 故选A。 【14题详解】 地球与“高分十三号”卫星之间的万有引力 根据类比，则引力场强度为 可知，“高分十三号”卫星在运动过程中，所经各点的引力场强度的大小与M有关，与m无关。 故选B。 【15题详解】 （1）A是近地卫星，轨道半径近似等于地球半径，则有 地球密度为 解得 （2）由图示时刻开始，至少经过时间A、B相距最远，则有 解得 五、平行板电容器 如图所示，已知平行板电容器两极板间距离，充电后两极电势差为，若它的电容为，且P到A板距离为1mm。 16. 若电子电量为，电容器充电后极板间的电场可视作匀强电场，则： （1）每一极板带电量___________C。 （2）一个电子在P点具有的电势能___________J。 （3）两板间的电场强度___________V/m。 17. 电容器作为一种新型储能装置，具有充放电速度快、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。关于电容器，下列说法正确的是（　　） A. 电容表征电容器容纳电荷的本领大小，不同的电容器容纳电荷的本领一般不同 B. 当电容C不变时，由可知，只要Q不断增加，则U可无限制地增大 C. 电容越大的电容器所带电荷量也一定越多，电容器不带电时其电容为零 D. 电容器在充电过程中充电电流恒定，在放电过程中电容器电容减小 18. 如图所示实验装置可用来探究影响平行板电容器电容的因素，其中电容器左侧极板和静电计外壳接地，电容器右侧极板与静电计金属球相连，使电容器带电后与电源断开。 （1）上移左极板，电容器的电容___________，可观察到静电计指针偏转角___________。（均选填“变大”“变小”或“不变”） （2）两板间插入一块玻璃，电容器的电容___________，可观察到静电计指针偏转角___________。（均选填“变大”“变小”或“不变”） 【答案】16. ①. ②. ③. 17. A 18. ①. 变小 ②. 变大 ③. 变大 ④. 变小 【解析】 【16题详解】 [1]每一极板带电量 [3]两板间的电场强度为 [2]PB之间的电势差为 B板接地 故P点电势为 一个电子在P点具有的电势能为 17题详解】 A．电容表征电容器容纳电荷的本领大小，不同的电容器容纳电荷的本领一般不同，故A正确； B．如果加在电容器两端的电压过大，电容器会被击穿，故B错误； C．根据可知，电压相等的条件下，电容越大的电容器，所带的电荷量也一定越多，但是电容器的电容与电容器所带的电荷量无关，故C错误； D．电容器的充电电流随着所带电荷量的增加而减小，电容器的电容与所带电荷量无关，由电容器自身的因素决定，故D错误。 故选A。 【18题详解】 [1]由 可知上移左极板，正对面积S减小，电容器的电容变小。 [2]由 可知电容器的电容变小，电量Q不变，两板间电压U变大，可观察到静电计指针偏转角变大。 [3]两板间插入一块玻璃，介电常数变大，电容器的电容变大。 [4]由 可知电容器的电容变大，电量Q不变，两板间电压U变小，可观察到静电计指针偏转角变小。 六、带电粒子在电场中的运动 在现代科学实验和技术设备中，常常利用电场来控制带电粒子的运动。利用电场使带电粒子加速就是其中一种情况。一般情况下电子、质子、离子等不用考虑重力，带电颗粒，如尘埃、液滴、小球等，一般要考虑重力。 19. 如图，两种不同的正离子（不计重力）垂直射入偏转电场，从偏转电场射出时具有相同的偏转距离y和偏转角（偏转电压U保持不变），则两种离子进入偏转电场前需要满足的条件是（　　） A. 速度相同 B. 动能相同 C. 比荷相同 D. 由静止经同一加速电场加速 20. 如图，有三个质量相等的粒子，分别带正电、带负电和不带电，从两水平放置的金属板左侧中央以相同的水平初速度先后射入电场中，最后落在正极板上的A、B、C三处，则（　　） A. 落到A处的粒子带负电，落到C处的粒子带正电 B. 三种粒子在电场中的运动时间相同 C. 三种粒子到达正极板时的速度相同 D. 三种粒子到达正极板时落在A、C处粒子机械能增大，落在B处的粒子机械能不变 21. 如图，质量为m、带电量为的微粒以初速度v0竖直向上射入两带电平行极板间，两极板间的电场强度为E，微粒垂直打到右极板c处。已知，a为两极板的中点，则微粒打到右极板时的速率___________，两极板的电势差为___________。 22. 如图，以O为圆心，半径为R的圆形区域内有竖直向下的匀强电场。质量为m、电量为q的带正电粒子在纸面内自圆周上M点先后以不同的速率沿水平方向进入电场。其中速率为的粒子，可从直径MN上的N点穿出。直径MN与水平方向的夹角，粒子重力不计。 （1）求电场强度的大小。 （2）以某一速率射入的粒子在电场中运动时间最长，求此粒子动能的增加量。 【答案】19. D 20. A 21. ①. ②. 22. （1）；（2） 【解析】 【19题详解】 加速电场加速过程 在偏转电场中的运动时间 加速度 偏转距离 偏转角θ满足 由上分析可知，两种离子进入同一偏转电场前需要满足：由静止经同一加速电场加速。 故选D。 【20题详解】 B．根据题意，三种粒子在水平方向都做速度为v0的匀速直线运动，由 由于 故 故B错误； A．竖直方向都做初速度为0的匀加速直线运动，粒子到达下极板时，在竖直方向的位移h相等 解得 由 解得 由于平行板间有竖直向上的电场，负电荷受到向下的电场力，向下的合力最大，向下的加速度最大，故落到A处粒子带负电，而正电荷在电场中受到向上的电场力，向下的合力最小，向下的加速度最小，落到C处粒子带正电，故A正确； C．三种粒子水平方向速度相同，竖直方向 由于加速度a不同，故vy不同，又 三种粒子到达正极板时速度v不相同，故C错误； D．由功能关系知，除重力之外的其他力做功改变物体的机械能。A种粒子带负电，电场力做正功，机械能增大；B种粒子不带电，没有电场力做功，机械能守恒；C种粒子带正电，电场力做负功，机械能减小，故D错误。 故选A。 【21题详解】 带电微粒在水平方向做初速度为零的匀加速运动，竖直方向做初速度为v0、加速度为g的匀减速运动，因垂直打在右板上，则竖直速度为0；又因，则根据运动学规律 知两个方向的运动加速度大小相等，竖直方向的初速度等于水平方向的末速度，故在c点的速度即水平方向的末速度，为v0，且 所以 或水平方向上，根据牛顿第二定律 根据运动学规律 解得 【22题详解】 （1）设从N点穿出电场的粒子在电场中运动时间为t，由类平抛运动规律可得 联立解得 （2）如图所示，从图中P点出来的粒子在竖直方向位移最大，在电场中运动时间最长   设粒子初速度大小为，从M到P点过程中由动能定理得 动能的变化量为 解得 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $$