福建省福州市2021年高三上学期期末考试物理试题

第Ⅰ卷(选择题）

一、选择题:本题共10小题，每小题4分,共40分。在每小题给出的四个选项中,第１~６题只有一项符合题目要求，第７~1０题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。

1．伽利略为了研究自由落体的规律，将落体实验转化为著名的“斜面实验”。以下说法符合科学史实的是

A.斜面实验时便于测量小球运动的速度和路程

Ｂ.斜面实验可以通过观察与计算直接得到落体的运动规律 C ．伽利略开创了运用数学推理和实验研究相结合的科学方法 D.小球多次从不同起点滚下的位移与所用时间的比值保持不变 ２．如图1所示,有一倾角为θ的斜面,斜面上有一能绕固定轴B 转动

的木板A Ｂ,木板ＡB 与斜面垂直,把球放在斜面和木板A Ｂ之间,不计摩擦，

球对斜面

的压力为F １,对木板的压力为F 2。将板AB 绕Ｂ点缓慢推到竖直位置的过程

中，则

Ａ.Ｆ１和F 2都增大 B ．F 1和F 2都减小 Ｃ.F 1增大,F ２减小 D. Ｆ1减小,F 2增大

3.均匀带正电荷的球体半径为Ｒ，在空间产生球对称的电场;场强大小沿半径分布

如图2所示，图中E 0已知,E -r 曲线下O ~Ｒ部分的面积恰好等于R ～2R 部分

的面积。则：

Ａ.可以判断 E -r 曲线与坐标ｒ轴所围成的面积单位是库仑

B.球心与球表面间的电势差ΔU ＝RE 0

Ｃ．若电荷量为q 的正电荷在球面R 处静止释放运动到2R 处电场力做功ｑＲＥ０

D.已知带电球在r ≥R 处的场强E ＝kQ /r 2，Q 为带电球体总电量,则该均匀带电球所带的电荷量Q ＝

错误!

4．甲、乙两车沿水平方向做直线运动，某时刻刚好经过同一位置，此时甲的速度为5m/s,乙的速度为１0ｍ/s ，以此时作为计时起点，它们的速度随时间变化的关系如

图所示，则

图1

图2

A ．在ｔ = 4ｓ时，甲、乙两车相距最远

B ．在t = 10s 时,乙车恰好回到出发点

C ．乙车在运动过程中速度的方向保持不变 Ｄ.乙车做加速度先增大后减小的变加速运动

5.在牛顿力学体系中,当两个质量分别为m 1、m 2的质点相距为r 时具有的势能，称为引力势能,其大小为

r

m Gm E P 2

1-

=(规定两物体相距无穷远处时势能为零）。假设“天宫二号”空间实验室在距地面高度为ｈ的轨道绕地球做匀速圆周运动，已知地球的质量为M ，地球的半径为R ,引力常量为Ｇ。则“天宫二

号”的机械能大小为 A.)(h R GMm +-

B.)(2h R GMm

+-

C ．)(h R GMm +2 D.

)(h R GMm + 6.如图４是某共享自行车的传动结构示意图，其中I 是半径为r 1的牙盘(大齿

轮),ＩI 是半径为r ２的飞轮(小齿轮)，II Ｉ是半径为r 3的后轮。若某人在匀速

骑行时每秒踩脚踏板转n 圈,则下列判断正确的是 A.牙盘转动角速度为

n

π

2 B ．飞轮边缘转动线速度为２πnr 2 Ｃ．牙盘边缘向心加速度为2

2

)2r n π（ D ．自行车匀速运动的速度2312r r nr π

7．氢原子能级如图5所示,已知可见光光子的能量在１.61e Ｖ～3.1０ｅＶ范围内,则下列说法正确的是（ )

A.氢原子能量状态由ｎ=２能级跃迁到n ＝1能级， 放出光子为可见光

B.大量氢原子处于n =4能级时,向低能级跃迁 能发出6种频率的光子

C.处于基态的氢原子电离需要释放13.６ｅV 的能量 D ．氢原子处于ｎ=２能级时，可吸收2.86 ｅV 能量 的光子跃迁到高能级

8．如图6所示的理想变压器电路中,原副线圈的匝数比为２∶

1，原、副线

图3

图4

图5

图6

圈的电路中均有一阻值为R 的定值电阻，副线圈电路中定值电阻和滑动变阻器串联, ａ、b 端接电压恒定的正弦交流电，在滑动变阻器滑片P 向右移动的过程中 A.原线圈电路中定值电阻R 消耗的功率在减小 B.副线圈电路中定值电阻R 消耗的功率在增大

C ．原、副线圈电路中定值电阻R 消耗的功率之比恒定为1∶4 D.原、副线圈电路中定值电阻R 两端的电压之比恒定为2∶1

9．如图７所示，匀强电场中的三个点A 、Ｂ、C 构成一个直角三角形,?=∠90ACB ，?=∠

60ABC ，d BC =。把一个带电量为q +的点电荷从 A 点移到到 B 点电场力不做功，从 B 点移动到 C 点电场力做功为W 。若规定 Ｃ点的电势为零,则 A ．Ａ点的电势为－

q

W B ．B 、C 两点间的电势差为q W U BC =

Ｃ．该电场的电场强度大小为

dq

W D ．若从 A 点沿 AB 方向飞入一电子,其运动轨迹可能是甲

10.一根轻弹簧，下端固定在水平地面上,一个质量为ｍ的小球(可视为质点),从距弹簧上端ｈ处自由下落并压缩弹簧，如图8所示。若以小球下落点为x 轴正方向起点，设小球从开始下落到压缩弹簧至最大位置为Ｈ,不计任何阻力,弹簧均处于弹性限度内；小球下落过程中加速

度a ,速度ｖ，弹簧的弹力Ｆ,弹性势能Ｅｐ变化的图像正确的是

第Ⅱ卷(非选择题)

二、实验题（本题共２小题，第１1题６分，第12题10分,共16分。把答案写在答题卡中指定的答题处。） 1１.某实验小组应用如图9所示装置“探究加速度

与物体受力

A B C D

图7

图8

图9

的关系”，已知小车的质量为Ｍ,砝码及砝码盘的总质量为m ，打点计时器所接的交流电的频率为ｆ,定滑轮和动滑轮的阻力可忽略不计。实验步骤如下：?① 按图所示安装好实验装置,其中与定滑轮及弹簧测力计相连的细线竖直；

② 调节长木板的倾角,轻推小车,使小车能沿长木板向下匀速运动,记下此时弹簧秤示数Ｆ0;?③ 挂上砝码盘,接通电源后,再放开小车,打出一条纸带，记下弹簧秤示数F １，由纸带求出小车的加速度a 1；?④ 改变砝码盘中砝码的质量，重复步骤③，求得小车在不同合力作用下的加速度a i . （1）对于该实验方案，下列说法正确的是____＿__＿____＿。 A.平衡摩擦力时,即②步骤中一定不能挂上砝码盘 B ．与小车相连的轻绳与长木板一定要平行 Ｃ．实验过程中一定要保持M >>m

Ｄ．小车在运动中,所受到的合力等于弹簧秤示数Ｆ减去小车匀速下滑时弹簧秤示数Ｆ0,即Ｆ合=Ｆ-F 0 (２)实验中打出的其中一条纸带如图10所示,则打点计时器在打2计数点时,小车速度大小计算公式:＿____＿_＿__＿，加速度大小计算公式:＿＿_____＿____。(以

上公式用字母s 1、s 2和交流电频率ｆ表示） (3）若s 1=6.00cm ，s 2=6.87cm ，s 3=7.75cm,

s 4=8.6４ｃm,ｆ=5０Hz 。则小车的加速度a =______m/s 2。(结果保留两位有效数字）4(?）由本实验

得到的数据作出小车的加速度a 与弹簧测力计的示数F 的关系图象,如图1１所示,与本实验相符合的是_＿_＿_＿.

1２．某实验小组设计了如图12的电路,用于研究热敏电阻R Ｔ的伏安特性曲线，所用电压表量程为３V ，内阻R V 约１0kΩ，电流表量程为0.５ A ，内阻ＲA = 4.0Ω，R 为电阻箱。（以下计算结果均保留2位有效数字)

(1）该实验小组实验操作步骤： ① 按实验电路把电路图连接好 ② 把电阻箱调到最大，闭合开关;

图10

图11

③ 调节电阻箱电阻值，记录下不同电阻箱电阻值R i 和对应的电压表示数Ｕｉ和电流表示数Ｉi ④ 通过上述测量数据，还可得到电源路端电压的计算公

式U 端i ＝_______＿__＿___。

(2）该小组同学，通过正确的测量得到数据，并描

绘在I －U 坐标系中,图线如图13所示,其中A 曲线是热敏电阻

伏安特性曲线，Ｂ斜线为电流随电源路端电压的变化规律。当

电压表

示数为2.00Ｖ时，热敏电阻值R T ＝ Ω;该电源的电动势E = Ｖ,内电阻r = Ω; (3)实验中,当电阻箱的阻值调到1Ω时，热敏电阻消耗的电功率P = Ｗ。

三、计算题：本题共4小题,第1３题8分,第１4题10分，第１5题12分，第16题14分,共4４分。把解答写在指定的答题处,要求写出必要的文字说明、方程式和演算步骤。 13.如图14所示，一个物体始终在一水平恒力F 的作用下，从水平面静止开始运动到斜面顶端。已知恒力F =1０N ，

物体质量

m =1kg,水平面的动摩擦因数μ=0.5，斜面倾角θ=30°，物体在水平面上运动的距离s =１0m,g =10m/

ｓ2。求：

(１) 物体在水平面上运动的加速度ａ； (2) 物体到达斜面底端的速度v ；

(3) 画出物体在斜面上运动时的受力示意图，并求出在斜面上受到的支持力N 。

图12

图13 图14

１４．两根足够长的光滑导轨竖直放置，间距为L ，顶端接阻值为R 的 电

阻。质量为ｍ、电阻为r 的金属棒在距磁场上边界某处由静止释放，金属棒和导

轨接触良好,导轨所在平面与磁感应强度为B 的匀强磁场垂直，如图1５所示，不计导轨的电

阻,重力加速度为g ，求:

（１） 金属棒在磁场中运动时，流过电阻R 的电流方向? （2) 金属棒的速度为v 时，金属棒所受的安培力为大小?

(3) 金属棒以稳定的速度下滑时，电路消耗的热功率为多少？

15.如图1６所示,一个离子以初速度ｖ0沿某方向垂直射入宽度为Ｌ的匀强磁场，在磁场中偏转后垂直射入同宽度的电场，穿出电场的出射点与进入磁场的入射点在同一水平线上，已知电场强度为E ，穿出

电场区域时发生的侧移量为h ，不计离子所受重力。求: （1) 该离子的电性和比荷(即电荷量q 与其质量m 的比值)； （2) 离子在磁场中偏转的半径r 与磁场强度Ｂ;

(3) 试比较离子分别在电场和磁场中运动的时间大小关系，并说出理由。

16.某工地一传输工件的装置可简化为如图所示的情形,ＡB 为一段足够大的

4

1

圆弧固定轨道，圆弧

图15

图16

图17

半径R ＝5.４m ，BC 为水平轨道，C Ｄ为一段

4

1

圆弧固定轨道,圆弧半径ｒ=1m ，三段轨道均光滑。一长为Ｌ=4m 、质量为m 2=1k ｇ的平板小车最初停在BC 轨道的最左端,小车上表面刚好与AB 轨道相切，且与CD 轨道最低点处于同一水平面。一可视为质点、质量为m 1=2kg 的工件从距AB 轨道最低点h 高处沿轨道自由滑下,滑上小车后带动小车也向右运动，小车与CD 轨道左端碰撞（碰撞时间极短）后即被粘在Ｃ处。工件只有从CD 轨道最高点飞出,才能被站在台面上的工人接住。工件与小车的动摩擦因数为μ＝0.５,重力加速度ｇ=１0m/s ２。当工件从h ＝0．５R 高处静止下滑,求： （1）工件到达圆形轨道最低点B 对轨道的压力N B ？

（2)工件滑进小车后,小车恰好到达平台处与工件共速,求BC 之间的距离？

（3)若平板小车长Ｌ′=3.４ｍ，工件在小车与C Ｄ轨道碰撞前已经共速，则工件应该从多高处下滑才能让站台上的工人接住？

参考答案

一、选择题：本题共1０小题，每小题4分,共40分。

1．C 2．A 3.D 4．Ｃ 5．B 6.D 7．B Ｄ 8.B Ｃ 9.ＢＤ 10.A Ｄ 二、实验题：本题共2小题,第１1题6分，第1２题１０分,共１6分。 11.（1)ＢD （２分,答对一个给１分，有错的不给分)

（2）10

)(21f

s s +（１分)，25)(212f s s -(１分）

（3）０.88(1分）（４)C (1分） 12．(1)④i i i A ()U I R R ++(2分）

(2）2０（2分），6.0(2分)，5.0（２分） (3)０.8９(2分,0.85～0．95W 均正确)

三、计算题:本题共４小题，第13题8分,第14题1０分，第15题12分，第１6题１4分,共44分。 13.解：(1) 物体在水平面上做匀加速运动，由牛顿第二定律得： F －μｍｇ＝ma 解得a=5m/ｓ

２

(２分)

(2) 由as v v t 22

02=- 得v =as 2=１0 m ／s （2分）

（3） 物体在斜面上受力分析如图所示 (1分) Ｎ= F 2+Ｇ２= F ｓin30°＋mg cos30°

=(5+53)Ｎ＝ 13.６６ N （3分）

1４．解：(1)金属棒在磁场中向下运动时，由楞次定律知,

流过电阻R 的电流方向为ｂ→a ； （２分） （2)金属棒的速度为v 时,金属棒中感应电动势E ＝BLv （１分)

感应电流I =错误! （1分） 所受的安培力大小为F =B ＩL =错误! （2分)

联立上式求得当安培力Ｆ=mg 时，金属棒下滑速度最大v ｍ （1分) 金属棒的最大速度为ｖm =错误! (1分) 金属棒以稳定的速度下滑时，由能量守恒定律得：

电阻R 和r 的总热功率为P =mgv m =2

mg BL ??

???

(R +r ) (２分)

１5．解:(1） 根据离子在磁场中的偏转方向,利用左手定则或（离子在电场中受到竖直向下的电场力，与电场方向相同），可判断离子带正电 (1分）

离子在匀强电场中做类平抛运动，

水平方向有 t v L 0= （1分) 竖直方向有22

1at h = （1分） 而 m

Eq

a =

(1分）

联立以上各式可得：2

2

2EL hv m q = (２分)

(２)如图,离子在磁场中做半径为r 的匀速圆周运动 由几何关系有:222r L h r =+-)( (１分)

洛仑兹力提供向心力：r

v m B qv 20

0= （1分)

联立以上各式可得：)

(2202h L v EL B +=

(2分)

(３)离子在电场运动的时间小于在磁场中运动的时间,因为离子在电场中运动时，水平方向的分速度与离子在磁场中运动的速度相同,在电场中是匀速直线运动，在磁场中是匀速圆周运动,弧长大于电场的宽度，所以在磁场中运动的时间长。（2分，判断1分，理由1分) １6.解：(1）工件下滑到B 处,速度为ｖ０

此过程机械能守恒：

gh m v m 12

012

1= (2分） 在B 处:R

v m g m N B 20

11=- (1分)

联立以上两式求得12140N B h N m g R ??

=+= ??

? (1分）

由牛顿第三定律得

工件对轨道最低点B 的压力：/

B

B N N ==40N （1分) （2)工件与小车共速为v 1，由动量守恒定律得:m 1v 0=(m １+m 2)v 1

（1分)

小车移动位移s １,由动能定理得:02

1

21211-=v m gs m μ （1分） 联立求得：2

120

1212

2

12122()2()

m m v m m R s m m g

m m μμ=

=

++=1．2m （１分）

∴1BC s L s =+=5.2m （１分）

(３)设工件滑至Ｂ点时速度为0

v ',与小车共速为1v ',工件到达C 点时速度为2v ' 由动量守恒定律得：()1210

1v m m v m '+=' (１分) 由能量守恒定律得:22121220

112

1

2121v m v m v m L g m '-'-'=

'μ （1分）

工件恰好滑到CD 轨道最高点，由机械能守恒定律得：gr m v m 122

12

1

=' (1分） 工件从高为h ′处下滑,则

h g m v m '='120

12

1

（1分） 联立，代入数据解得：h '=3.4７m （１分）