炎德英才大联考湖南省联合体2020-2021学年高二(上)12月联考物理试题

联合体2020年高二12月联考
物理试题
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.意大利著名的物理学家伽利略，通过理想斜槽实验，总结出了“力是改变物体运动状态的原因”，1687年牛顿将伽利略的思想推广到所有力作用的场合，提出了牛顿第二定律，找到了力和运动的关系.关于力和运动的关系，下列说法不正确．．．
的是 A.静止在光滑水平面上的物体，当受到水平推力作用的瞬间，物体立刻获得加速度 B.加速度的方向与合外力的方向总是一致的，但与速度的方向可能相同，也可能不同 C.在初速度为0的匀加速直线运动中，速度、加速度与合外力的方向总是一致的 D.当物体所受合外力变小时，物体的速度也一定变小
2.质量为2kg m =的物体静止于水平桌面上，设物体与桌面间的最大静摩擦力（等于滑动摩擦力）为5N.现将水平面内的三个力同时作用于物体的同一点，三个力的大小分别为2N 、3N 、4N.下列关于物体的受力情况和运动情况的判断正确的是 A.物体一定保持静止
B 物体一定被拉动
C.物体所受静摩擦力可能为4N
D.物体加速度的范围2
04m/s a ≤≤
3.为了提升城市精细化管理水平，交通管理部门开展“车让人，人守规”城市文明劝导活动，得到了社会的一致好评.某次汽车司机发现前方人行横道有行人通过时，立即开始刹车，如图甲所示.汽车刹车过程中的速度平方v 2与位移x 的关系如图乙所示，下列说法正确的是
甲
乙
A.汽车刹车过程中加速度大小为4m/s 2
B.汽车从开始刹车到停止共用了4s
C.2s t =时汽车速度大小为2m/s
D.前3s 汽车位移大小为4m
4.人造地球卫星按离地高度可分为低轨道卫星、中轨道卫星和高轨道卫星，按运行轨道通常有地球同步轨道卫星、太阳同步轨道卫星和极地轨道卫星等.如图所示，有a 、b 、c 三颗卫星沿圆形轨道绕地球运行.a 是极
地轨道卫星，在地球两极上空约1000km 处运行；b 是低轨道卫星，距地球表面高度与a 相等；c 是地球同步卫星，则
A. a 、b 卫星具有相同的速度
B. a 、b 、c 的运行周期满足a b c T T T =>
C. a 、b 的向心加速度大小相等且比c 大
D. a 、b 的动能相同且一定比c 小
5.如图所示的平面内有匀强电场，A 、B 、C 为该平面内的三个点，设4cm AB =，3cm BC =，5cm AC =，若将一个电荷量为8
1.010C -⨯的负点电荷从B 移到C ，电场力做的功为7
1.210J -⨯，而把该点电荷从B 移到A ，克服电场力做的功为7
1.210J -⨯，则该点电荷所受电场力大小为
A.6
3.010N -⨯
B.6
4.010N -⨯
C.6
4.810N -⨯
D.6
5.010N -⨯
6.某物理兴趣小组，利用所学物理知识，设计一套自动闪光装置，设计电路如图（相关电子元件数据已经标注在电路图上），开始时电源E （内阻不计）对电容器C 充电，当C 两端电压达到80V 时，闪光灯瞬间导通并发光，同时C 开始放电.放电后，闪光灯断开并想灭，电源再次对C 充电.这样不断地充电和放电，灯就周期性地发光，达到闪光的效果，该电路
A.电容器充电时，流过R 的电流恒定不变
B.若将R 换成阻值较大的电阻，则闪光灯闪光频率变小
C.若将C 换成电容较大的电容器，则闪光灯闪光一次通过R 的电荷量减小
D.若将E 换成电动势为85V 的电源，闪光灯闪光一次通过的电荷量减小
7.理论研究表明，无限长通电直导线周围某处磁场的磁感应强度大小=I
B k
r
，式中k 为比例常量，I 为电流强度，r 为离导线距离.如图所示，有三根完全相同，质量为m ，且通有恒定电流的长直导线a 、b 、c ，其截面位于等边三角形的三个顶点上，a 、b 、c 通过的恒定电流大小分别为a I 、b I 和c I ，b 、c 位于光滑绝缘水平面上，三根导线均保持静止状态，则
A.导线a 、b 和c 通有同方向的恒定电流
B.导线b 所受地面支持力的大小为
12
mg C.导线a 受到的安培力的合力大小是b 的2倍 D.导线a 、b 、c 上通有的电流大小关系为2a b c I I I ==
8.某运动员在湖边斜坡上做投掷训练，可等效为如图所示的模型，AB 是倾角为37°的斜坡面，BC 为水平湖面.运动员将一物体以6J 的初动能从A 点水平抛出，落到界面（斜面或水平面）上的动能为12J ；若将物体从A 点水平抛出的动能增加为12J ，则关于物体落到界面上的位置和动能下列结论正确的是（已知
sin37=0.6︒，cos37=0.8︒，不考虑物体在界面上的反弹）
A.小球落在斜面上，其动能为16J B 小球落在水平面上.其动能为18J C.小球落在斜面上，其动能为20J
D.小球落在水平面上.其动能为22J
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.物理学是一门自然科学，也是一门应用科学，源于对自然界的观察和研究，与生活有着紧密的联系.下列关于电磁物理知识在生活中的应用的说法正确的是
A.避雷针能够避免建筑物被雷击，是因为带电雷雨云接近避雷针时，由于静电感应，避雷针出现与云层相反的电荷，通过尖端放电，中和空气中的电荷，从而达到避雷目的
B.指南针S 极指向地球南极方向，是因为指南针所在位置的地磁场方向指向地球南极方向
C.超高压带电作业的工人所穿工作服的织物中掺入有金属丝，是为了防护人体免受高压电场的危害
D.霍尔元件具有把电压这个电学量转换为磁感应强度这个磁学量的特性，可以利用该特性测量磁感应强度的大小
10.有一种叫做“魔盘”的娱乐设施，如图所示，“魔盘”转动很慢时，盘上的人都可以随盘一起转动而不至于被甩开，当“魔盘”的转速逐渐增大时，盘上的人便逐渐向边缘滑去，设水平“魔盘”上有A、B、C三个小孩，均可视为质点且与“魔盘”间的动摩擦因数相同，B、C处小孩的质量均为m，A处小孩的质量为2m；A、B、与轴O的距离相等且为r，C到轴的距离为2r，“魔盘”以某一角速度匀速转动时，A、B、C
处的小孩都没有发生滑动现象，下列说法中正确的是
A.A、B、C处小孩的向心加速度之比为1：1：2
B. A、B、C处小孩的静摩擦力之比为1：1：2
C.当转速增大时，最先滑动起来的是B处的小孩
D.当转速增大时，C处小孩最先打滑，然后A、B处的小孩同时打滑
11.如图所示，天花板下面用细线OC悬挂一光滑轻质滑轮，小物块A置于斜面D上，斜面D置于粗糙的水平地面上，A通过细线跨过滑轮与沙漏B连接，滑轮右侧细线与斜面平行，开始时A、B都处于静止状态，OC与竖直方向的夹角为θ，在B中的沙子缓慢流出的过程中
A.小物体A受到的摩擦力一定增大
B小物体A受到的摩擦力可能先减小后增大
C.细线OC与竖直方向的夹角θ可能增加
D.地面对斜面D的摩擦力将缓慢减小
12.如图所示，有一边长为a的正方形ABCD，在ABCD内的适当区域加一垂直正方形ABCD所在平面的匀强磁场.一束电子以某一速度沿正方形ABCD所在平面、且垂直于AB边射入该正方形区域，已知该束电子从AB边上的任意点入射，都只能从C点沿正方形ABCD所在平面射出磁场，不计电子重力，则关于该区
域的磁场方向及最小面积，下列说法正确的是
A.磁场方向垂直于ABCD 所在平面向里
B.磁场方向垂直于ABCD 所在平面向外
C.磁场的最小面积为2
(2)2
a π-
D.磁场的最小面积为
214
a π 三、非选择题：本题共5小题，共60分.
13.（8分）某兴趣小组在做“探究加速度与力、质量的关系”实验时，设计了如图甲所示的实验方案.实验操作步骤如下：
图乙
图丙
（1）图甲中与小车相连的力传感器可以记录小车受到的拉力F 大小，已知小车质量为M ，砝码盘和砝码的总质量为m ，该实验方案__________（填“需要”或“不需要”）满足m 远小于M .
（2）在平衡摩擦力时，若所有的操作均无误，结果打出的纸带如图乙所示，应__________（填“减小”或“增大”）木板的倾角，反复调节，直到纸带上打出的点迹__________为止.
（3）若将图甲中的力传感器移除，改用绳（与长木板平行）直接连接砝码盘，图丙为小车质量一定时，根据实验数据描绘的小车加速度a 与砝码盘和砝码的总质量m 之间的11
a m
-图像.在已经平衡摩擦力的情况下，则小车的质量M =__________kg.
14.（8分）如图甲所示是一种测量电容的实验电路图，实验是通过对高阻值电阻放电的方法，测出电容器充电至电压U 时所带电量Q ，从而求出电容器的电容C .某同学在一次实验时的情况如下：接通开关S ，调节电阻箱R 的阻值，使小量程电流表的指针偏转接近满刻度，记下此时电流表的示数是49I A μ=，电压表
的示数12.0V U =，I 、U 分别是电容器放电时的初始电压和电流.断开开关S ，同时开始计时，每隔5s 测读一次电流I 的值，将测得数据填入表格，并标在图乙坐标纸上（时间t 为横坐标、电流i 为纵坐标），结果如图中小黑点“·”所示.
（1）在图乙中画出i t -图线，图线与坐标轴所围成面积的物理意义是_________________________________. （2）该电容器电容为__________F （结果保留两位有效数字）.
（3）若某同学实验时把电压表接在F 、D 两端，则电容的测量值比它的真实值__________（填大“小”或“相等”）.
甲
乙
15.（12分）粗糙水平面上有一质量为2kg m =的物块，在水平拉力的作用下由静止开始运动，如图1所示，物块在0~6s 内水平拉力随时间的变化情况如图2所示，在0~4s 内物块运动的速度随时间变化的情况如图3所示（4s 后图线未画出）.g 取10m/s 2.求：
图1
图2
图3
（1）物体与水平面间的动摩擦因数；
（2）物体在前6s 的平均速度及6s 末拉力的功率.
16.（14分）如图所示，有一以O 为圆心，AB 为直径的圆形区域，直径长度为D ，在圆所在平面内存在一匀强电场（方向未知），今有一质量为m ，电荷量为q （q >0）的带电粒子在圆形平面内自A 点静止释放，并从C 点以速率0v 穿出电场，已知AC 与AB 的夹角60θ=︒，运动中粒子仅受电场力作用.若将粒子以速度v （v 未知）垂直电场的方向，自A 点射入电场，并从B 点离开电场，试求： （1）电场强度的大小和方向；
（2）粒子自B点离开电场时的速度大小.
17.（18分）在水平桌面上有一小球B和物块C及轻质弹簧组成的系统，B和C的质量均为m，B、C间轻
质弹簧的劲度系数为
4mg
k
l
=（g为重力加速度）.如图1所示.某科技小组设计了个把C提离桌面的小实验，
把轻绳一端与B球连接，另一端穿过一竖直光滑的细管后与质量也为m的小球A相连，如图2所示，用手托住A球，使绳子自然伸直，此时绳子无张力，OA长为l.现保持细管顶端O点高度不变，轻轻摇动细管,让小球A转动一段时间后，物块C刚好被提离桌血，此时A在水平面内做匀速圆周运动，如图3所示.不计空气阻力，求：
图1图2图3
（1）从实验开始到物块C刚好被提离桌面的过程中，B球上升的高度h；
（2）物块C刚好被提离桌面时，OA绳与竖直方向间的夹角θ及小球A做匀速圆周运动的角速度ω；
（3）其他条件不变，将A，从开始摇动细管到物块C刚好被提离桌面的过程中，手所做的功W.
联合体2020年高二12月联考
物理参考答案
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.D 【解析】加速度与力存在瞬时对应关系，它们同时产生、同时消失、同时变化，A 正确；加速度的方向由合外力方向决定，与速度方向无关，B 正确；在初速度为0的匀加速直线运动中，合外力方向决定加速度方向，加速度方向决定末速度方向，C 正确；合外力变小，物体的加速度一定变小，但速度不一定变小，D 错误.
2.C 【解析】三力的合力范围为09N F ≤≤，由于最大静摩擦力为5N ，合外力可以为零，也可以不为零，故A 、B 均错误；三力的合力范围为09N F ≤≤，由于最大静摩擦力为5N ，当三力的合力为4N 时，物体静止，物体所受静摩擦力也为4N ，故C 正确；三力与摩擦力的合力范围04N F ≤≤合，由F ma =可知，物体加速度的范围2
02m/s a ≤≤，故D 错误.故选C.
3.D 【解析】根据2202v v ax -=可知22
02v v ax =+，由图像可知04m/s v =，斜率24k a ==-，则2
2m/s a =-，
A 错误；根据0v v at =+可知2s t =时速度0v =，
B 、
C 错误；由于2s t =时速度0v =，汽车前3s 的位移等于前2s 的位移为2
014m 2
x v t at =+
=，D 正确.
4.C 【解析】万有引力提供向心力，根据牛顿第二定律：2
2Mm v G m r r
=，解得：v =a 、b 的轨道
半径相同，所以速度大小相同，但方向不同，故A 错误；万有引力提供向心力，根据牛顿第二定律；
2
224Mm G m r r T π=，解得：T =a 、b 的周期相等且比 c 小，故B 错误；万有引力提供向心力：02Mm G
ma r =，解得：02
GM
a r =，a 、
b 的轨道半径相同，所以向心加速度大小相同，方向不同，
c 的轨道半径最大，向心加速度最小，故C 正确；由于a 、b 、c 卫星的质量未知，动能无法比较，故D 错误；故选C.
5.D 【解析】由题意可知，781.210V=12V 1.010BC BC
W U q --⨯==--⨯，78
1.210V=12V 1.010BA BA W U q ---⨯==-⨯，设A
点电势0V A ϕ=，则12V B ϕ=，24V C ϕ=，则B 点电势与AC 中点D 处的电势相等，由余弦定理可知
2.5cm BD =，则由△ABD 的面积是△ABC 的一半可知，C 、D 两点沿着电场线方向的距离为2.4cm ，匀强
电场的场强大小为2
12V/m=500V/m 2.410CD U E d -=
=⨯，该点电荷所受电场力大小为500 1.0F qE ==⨯8610N=5.010N --⨯⨯，故D 正确.
6.B 【解析】电容器充电时，电容器两端电压不断增大，由c E U IR =+可知充电电流变小，选项A 错误；当电阻R 增大时，充电电流变小，电容器所充电荷量不变的情况下，充电时间变长，而放电时间不变，故闪光周期变长，闪光频率变小，选项B 正确；若电容C 增大时，根据Q CU =，电容器的带电荷量增大，则闪光灯闪光一次通过R 的电荷量增大，选项C 错误；当电源电动势为85V 时，电源给电容器充电压80V ，所以闪光灯仍然发光，闪光一次通过的电荷量不变，选项D 错误.
7.C 【解析】根据平衡条件可知：长直导线b 与a 是相互排斥，长直导线c 与a 也是相互排斥，长直导线b 与c 是相互吸引，故导线b 和c 为同方向的电流，并与a 的电流方向相反，故A 错误；对长直导线a 、b 、c 整体，根据平衡条件可得光滑绝缘水平面对长直导线b 的支持力等于a 、b 、c 总重力的
12倍，即3
2
Nb F mg =，故B 错误；根据平衡条件可知：长直导线a 受到安培力的合力大小为a F mg =，方向竖直向上；长直导线b 所受的安培力的合力大小为1
2
b F mg =
，方向竖直向下，:2:1a b F F =，故C 正确；对长直导线b 受力分析，在水平方向，根据平衡条件可得cos 60a b c b B I L B I L ︒=，即可得
1
2
a c I I =，对长直导线c 受力分析，同理可得
1
2
a b I I =，所以有：22a b c I I I ==，故D 错误；故选C. 8.B 【解析】当小球以6J 的初动能从A 点水平抛出时，假设小球落在斜面上，设初速度为1v ，在空中运动时间为t ，由平抛运动规律可得212h gt =
，1x v t =，tan 37h
x
︒=，从开始抛出到落到斜面过程，由动能定理可得k k mgh E E =-末初，21k 1=
2
E v 初，联立可得k =19.5J 12J E ≠末，故假设不成立，小球没有落在斜面上，
当小球以6J 的初动能从A 点水平抛出时，小球落在水平面上，由动能定理可得k2k1mgh E E =-，当小球以12J 的初动能从A 点水平抛出时，小球也落在水平面上，由动能定理可得k4k3mgh E E =-，联立可得
k 4=18J E ，故选B.
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.AC 【解析】避雷针工作原理是利用避雷针的尖端放电，当带电雷雨云接近避雷针时，由于静电感应，避雷针出现与云层相反的电荷，通过尖端放电，中和空气中的电荷，从而达到避雷目的，所以A 正确；地磁场的南北极与地理南北极相反，在磁体外部磁场由北极指向南极，所以B 错误；超高压带电作业的工人所穿衣服的织物中掺入金属丝，是为了在穿用后，使处于高压电场中的人体外表面各部位形成一个等电势屏蔽面，从而防护人体免受高压电场的危害，故C 正确；霍尔元件是把磁学量转换为电学量的元件，故D 错误；故选AC.
10.AD 【解析】由题可知，他们的角速度相等，根据向心加速度公式2
a r ω=，A 、B 、C 三处小孩的向心加
速度之比为1：1：2，所以A 正确；由向心力公式2
F mr ω=有：22A F mr ω=，2B F mr ω=，2
2C F mr ω=，
并且小孩做圆周运动的向心力是由静摩擦力提供，所以A 、B 、C 三处小孩的静摩擦力之比为2：1：2，所以B 错误；当转速增大时，每处小孩所需向心力都会增大，当增大到最大静摩擦力时，小孩就会滑动，由题可知A 、B 、C 的最大静摩擦力分别为：m =2A f mg μ，m =B f mg μ，m =C f mg μ，实际所受摩擦力分别
为22A f mr ω=，2B f mr ω=，2
2C f mr ω=，当转速增大时，C 先达到最大静摩擦力，然后A 、B 同时达
到最大静摩擦力，所以最先滑动的是C 处小孩，然后A 、B 同时滑动，所以C 错误，D 正确；故选AD 11.BD 【解析】若开始时斜面D 对A 的摩擦力沿斜面向下，则有：sin B A m g fm g θ=，则随着B 中的沙子缓慢流出，A 受到的摩擦力f 可能缓慢减小或缓慢减小到0后反方向增大；若开始时斜面对A 的摩擦力沿斜面句上，则有：sin B A m g f m g θ+=，则随着B 中的沙子缓慢流出，A 受到的摩擦力f 缓慢增大，选项A 错误，B 正确；因为滑轮两边细线的拉力总是相等的，则两个力合力的方向总是沿着两边细线，细线夹角不变，则OC 与竖直方向的夹角θ不变，选项C 错误；对AD 整体，受到斜向左上的细绳拉力作用，由题意，细绳拉力缓慢减小，所以地面对斜面D 的摩擦力也将缓慢减小，选项D 正确.故选BD.
12.AC 【解析】由于电子要在ABCD 平面内从C 点射出，区域磁场必须垂直区城平面向里，故A 正确，B
错误；磁场的最小面积是一个以B 点为圆心、正方形的边长为半径的四分之一圆和以D 点为圆心、正方形的边长为半径的四分之一圆的公共范围，如图所示，由几何关系得最小面积为2
(2)2
a π-，故C 正确，D 错误，故选AC.
三、非选择题：本题共5小题，共60分.
13.（每空2分，共8分）
（1）不需要（2）增大间距相等（3）0.08
【解析】（1）图甲中与小车相连的力传感器可以记录小车受到的拉力F 大小，不需要mg 代替小车的牵引力，所以该实验方案不需要满足m 远小于M .
(2)平衡摩擦力时，应不挂砝码，打出的纸带如图乙所示说明小车减速运动，故应增大倾角，直到纸带上打出的点迹间隔相等(均匀)为止.
(3)根据()mg M m a =+，变式为111M a g m g
=⋅+， 由题意知M k g =，1b g
=，所以k M b =， 由图像可知0.90.10.0081000k -=
=-，0.1b =，0.08kg M =. 14.（每空2分，共8分）
（1）电容器在开始放电时所带的电荷量
（2）5557.110(6.710
~7.510)---⨯⨯⨯
（3）小 【解析】(1)由Q I t ∆=∆知，电荷量为i t -图像与坐标轴所包围的面积，则面积为电容器在开始放电时所带的电荷量；
(2)查出格子数，由总格子数乘以每个格子的“面积”值求444
8.510(8.010~9.010)Q C C C ---=⨯⨯⨯ 57.110Q C U
-==⨯(556.710~7.510F F --⨯⨯都给分)； (3)电容的测量值比它的真实值偏小，原因是若把电压表接在F 、D 两端，则电容器会从电压表中通过，从而使得通过电流表中的电量小于电容器的带电量，从而使电容的测量值比它的真实值偏小.
15.（12分）【解析】(1)由v t -图像可知，物体在前4s 做匀变速直线运动， 其加速度v a t ∆=∆，得2214m/s =1m/s 4
a =················································································1分 在0~4s 内，由牛顿第二定律有11F mg ma μ-=········································································2分 解得：=0.15μ··················································································································1分
（2）设前4s 的位移为1x ，由位移公式211118m 2
x a t ==·····························································1分 设4s 后物体运动时的加速度为2a ，由22F mg ma μ-=
解得220.5m/s a =-············································································································2分
由图3可知：物体在4s 末时的速度为04m/s v =，设物体6s 末速度为v
则：0223m/s v v a t =+=
所以物体在4~6s 的位移22022217m 2
x v t a t =+=········································································2分 所以物体在前6s 内的位移1215m x x x =+=
物体在前6s 的平均速度12
2.5m/s x v t t ==+·············································································2分 6s 末的拉力功率223W 6W P F v ==⨯=················································································1分
16.（14分）【解析】（1）由题意可知：电场方向由A 指向C ，带电粒子自A 点静止释放，沿AC 方向做匀
加速直线运动，由几何知识可知AC 长为2
D 由动能定理可得：20122
D q
E mv =···························································································2分 可得20mv E qD
=···················································································································2分
（2）将粒子以速度v 垂直电场的方向自A 点射入电场，并从B 点离开电场，粒子做类平抛运动，由类平抛规律得： 沿电场方向有：21cos602qE D t m ︒=
·······················································································2分
沿速度方向有：cos60D vt ︒=······························································································2分
解得02v =
···················································································································2分
由A 到B 电场力做正功，粒子离开B 点时的速率B v ， 由动能定理可得2211cos6022
B W EqD mv mv =︒=-
联立可得0B v =···········································································································2分 17.（18分）【解析】（1）设图1中弹簧的压缩量为1x ，物块C 刚离地时弹簧的伸长量为2x ，
根据平衡条件，对B ：1mg kx =·····························································································1分 对C ：2mg kx =·················································································································1分 B 球上升高度122
l h x x =+=································································································1分
（2）对A 竖直方向：cos T mg θ=························································································1分 水平方向：2
12sin ()sin v T m l x x θθ
=++·················································································1分
对B ：22T mg kx mg =+=··································································································1分 又由于：12()sin v l x x ωθ=++
解得60θ=︒
角速度
ω=分 （3）其他条件不变，将A
时，
对A
竖直方向：cos T α=···························································································1分
水平方向：2
12'sin ()sin v T l x x αα
=++···········································································1分 对B ：22T mg kx mg =+=··································································································1分 解得：30α=︒
'v =·····················································································································2分 由于AB 组成的系统在此过程中，因为12x x =
所以=0W 弹·······················································································································2分
根据动能定理212121()[()cos ]'02
W mg x x l l x x α-+-++==·····························2分
解得11)8
W mgl =-······································································································1分。