河南省信阳市固始县希望高级中学2021-2022学年高一下学期期末模拟考试物理试题(含答案)
展开固始希望高中高一期末模拟考试卷
班级 姓名 学号 --------
一、单选题(共11小题,每小题5.0分,共55分)
1.做斜上抛运动的物体,到达最高点时( )
A. 速度为零,加速度不为零 B. 速度为零,加速度也为零
C. 速度不为零,加速度也不为零 D. 速度不为零,加速度为零
2.如图所示,两个倾角分别为30°、45°的光滑斜面放在同一水平面上,两斜面间距大于小球直径,斜面高度相等.有三个完全相同的小球a、b、c,开始均静止于同一高度处,其中b小球在两斜面之间,a、c两小球在斜面顶端.若同时释放,小球a、b、c到达该水平面的时间分别为t1、t2、t3.若同时沿水平方向抛出,初速度方向如图所示,到达水平面的时间分别为t1′、t2′、t3′.下列关于时间的关系错误的是( )
A.t1>t3>t2
B.t1=t1′、t2=t2′、t3=t3′
C.t1′>t3′>t2′
D.t1
A.gR B. 2gR C.gR D.Rg
4.如图,粗糙水平圆盘上质量相等的两物体AB叠放在一起,随盘一起转动.下列说法正确的是( )
A. 若圆盘匀速圆周运动,A所受摩擦力指向圆心
B. 若圆盘做匀速圆周运动,B所受合力等于A所受合力的2倍
C. 若圆盘做加速圆周运动,A所受摩擦力仍指向圆心
D. 圆盘加速圆周运动,若AB间的动摩擦因数小于B与圆盘间动摩擦因数,AB将一起滑离圆盘
5.长度为1 m的轻杆OA的A端有一质量为2 kg的小球(半径不计),以O点为圆心,在竖直平面内做圆周运动,如图所示,小球通过最高点时的速度为3 m/s,g取10 m/s2,则此时小球将( )
A. 受到18 N的拉力 B. 受到38 N的支持力
C. 受到2 N的拉力 D. 受到2 N的支持力
6.2019年1月3日,嫦娥四号成功登陆月球背面,全人类首次实现月球背面软着陆.嫦娥四号登陆月球前,在环月轨道上做匀速圆周运动,其与月球中心连线在单位时间内扫过的面积为S,已知月球的质量为M,引力常量为G,不考虑月球的自转,则环月轨道的半径大小为( )
A.4S2GM B.3S 2GM C.2S2GM D.S2GM
7.已知地球半径为R,地面处的重力加速度为g(忽略地球自转的影响),一颗距离地面高度为2R的人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,下列关于卫星运动的说法正确的是( )
A. 线速度大小为gR2 B. 角速度为g27R C. 加速度大小为g4 D. 周期为6πRg
8.放在粗糙水平地面上的物体受到水平拉力的作用,在0~6 s内其速度与时间的图像和水平拉力的功率与时间的图像如图甲、乙所示.下列说法正确的是( )
A.0~6 s内物体的位移大小为20 m
B.0~6 s内拉力做功为100 J
C.滑动摩擦力的大小为5 N
D.0~6 s内滑动摩擦力做功为-50 J
9.质量为m的物体由固定在地面上的斜面顶端匀速滑到斜面底端,斜面倾角为θ,物体下滑速度为v,如图所示,则下列说法中正确的是( )
A.重力对物体做功的功率为mgvcosθ
B.重力对物体做功的功率为mgv
C.物体克服摩擦力做功的功率为mgvsinθ
D.物体克服摩擦力做功的功率为mgv
10.自动扶梯以恒定的速度v运转,运送人员上楼,一个人第一次站到扶梯上后相对扶梯静止不动,扶梯载他上楼过程中对他做功为W1,做功功率为P1.第二次这人在运动的扶梯上又以相对扶梯的速度v同时匀速向上走,这次扶梯对人做功为W2,做功功率为P2.下列说法中正确的是( )
A.W1>W2,P1>P2 B.W1>W2,P1=P2 C.W1=W2,P2>P1 D.W1=W2,P1=P2
11.如图甲所示,长木板A放在光滑的水平面上,质量为m=2 kg的另一物体B(可看成质点)以水平速度v0=2 m/s滑上原来静止的长木板A的上表面.由于A、B间存在摩擦,之后A、B速度随时间变化情况如图乙所示.则下列说法正确的是(g取10 m/s2)( )
A.木板A获得的动能为2 J
B.系统损失的机械能为4 J
C.木板A的最小长度为2 m
D.A、B间的动摩擦因数为0.1
二、多选题(共5小题,每小题5.0分,共25分)
12.(多选)美国科学家通过射电望远镜观察到宇宙中存在一些离其他恒星较远的、由质量相等的三颗星组成的三星系统;三颗星位于同一直线上,两颗环绕星围绕中央星在同一半径为R的圆形轨道上运行.设每个星体的质量均为M,忽略其他星体对它们的引力作用,则( )
A.环绕星运动的角速度为ω=5GM4R2
B.环绕星运动的线速度为v=5GMR
C.环绕星运动的周期为T=4πR35GM
D.环绕星运动的周期为T=2πR3GM
13.(多选)宇宙中两颗相距很近的恒星常常组成一个双星系统.它们以相互间的万有引力为彼此提供向心力,从而使它们绕着某一共同的圆心做匀速圆周运动,若已知某双星系统的运转周期为T,两星到共同圆心的距离分别为R1和R2,引力常量为G,那么下列说法正确的是( )
A.这两颗恒星的质量必定相等
B.这两颗恒星的质量之和为4π2R1+R23GT2
C.这两颗恒星的质量之比m1∶m2=R2∶R1
D.其中必有一颗恒星的质量为4π2R1R1+R22GT2
14.(多选)如图所示为赤道上随地球自转的物体A、赤道上空的近地卫星B和地球同步卫星C的运动示意图,若它们的运动都可视为匀速圆周运动,则比较三个物体的运动情况,以下判断正确的是( )
A.三者的周期关系为TA=TC>TB
B.三者向心加速度的大小关系为aA>aB>aC
C.三者角速度的关系为ωA=ωC<ωB
D.三者线速度的大小关系为vA
A.木板获得的动能为2 J
B.系统损失的机械能为2 J
C.木板A的最小长度为1 m
D.A、B间的动摩擦因数为0.1
16.(多选)如图所示,质量为M、长度为L的小车静止在光滑的水平面上,质量为m的小物块(可视为质点)放在小车的最左端,现用一水平恒力F作用在小物块上,使小物块从静止开始做匀加速直线运动.小物块和小车之间的摩擦力为Ff,小物块滑到小车的最右端时,小物块运动的距离为x,在这个过程中,以下结论正确的是( )
A.小物块到达小车最右端时具有的动能为(F-Ff)·(L+x)
B.小物块到达小车最右端时,小车具有的动能为Ffx
C.小物块克服摩擦力所做的功为Ffx
D.小物块和小车增加的总动能为Fx-FfL
三、实验题(共2小题,每小题10.0分,共20分)
17.用如图所示装置研究平抛运动.将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上.钢球沿斜槽轨道PQ滑下后从Q点飞出,落在水平挡板MN上.由于挡板靠近硬板一侧较低,钢球落在挡板上时,钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点.移动挡板,重新释放钢球,如此重复,白纸上将留下一系列痕迹点.
(1)下列实验条件必须满足的有________(多选).
A.斜槽轨道光滑
B.斜槽轨道末段水平
C.挡板高度等间距变化
D.每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球
(2)为定量研究,建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系.
a.取平抛运动的起始点为坐标原点,将钢球静置于Q点,钢球的________(选填“最上端”“最下端”或者“球心”)对应白纸上的位置即为原点;在确定y轴时________(选填“需要”或者“不需要”)y轴与重垂线平行.
b.若遗漏记录平抛轨迹的起始点,也可按下述方法处理数据;如图所示,在轨迹上取A、B、C三点,AB和BC的水平间距相等且均为x,测得AB和BC的竖直间距分别是y1和y2,则y1y2________13(选填“大于”“等于”或者“小于”).可求得钢球平抛的初速度大小为________(已知当地重力加速度为g,结果用上述字母表示).
(3)为了得到平抛物体的运动轨迹,同学们还提出了以下三种方案,其中可行的是________(多选).
A.从细管水平喷出稳定的细水柱,拍摄照片,即可得到平抛运动轨迹
B.用频闪照相在同一底片上记录平抛小球在不同时刻的位置,平滑连接各位置,即可得到平抛运动轨迹
C.将铅笔垂直于竖直的白纸板放置,笔尖紧靠白纸板,铅笔以一定初速度水平抛出,将会在白纸上留下笔尖的平抛运动轨迹
(4)伽利略曾研究过平抛运动,他推断:从同一炮台水平发射的炮弹,如果不受空气阻力,不论它们能射多远,在空中飞行的时间都一样.这实际上揭示了平抛物体________.
A.在水平方向上做匀速直线运动
B.在竖直方向上做自由落体运动
C.在下落过程中机械能守恒
18.用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律,物块2从高处由静止开始下落,物块1上拖着的纸带打出了一系列的点,对纸带上的点迹进行测量,即可验证机械能守恒定律.图乙给出的是实验中获取的一条纸带,其中0是打下的第一个点,每相邻两计数点间还有4个计时点(图中未标出),计数点间的距离如图乙所示.已知物块1、2的质量分别为m1=50 g、m2=150 g.(电源频率为50 Hz,结果均保留两位有效数字)
(1)在纸带上打下计数点5时的速度v5=________ m/s.
(2)在打点0~5过程中,系统动能的增加量ΔEk=______ J,系统重力势能的减少量ΔEp=________ J.(g取10 m/s2)
(3)若某同学作出的12v2-h图像如图丙所示,则当地的实际重力加速度g=________ m/s2.
四、计算题(共4小题,每小题18.0分,共72分)
19.如图所示,宇航员在某质量分布均匀的星球表面,从一斜坡上的P点沿水平方向以初速度v0抛出一小球,测得小球经时间t落到斜坡上另一点Q,斜面的倾角为α,已知该星球半径为R,引力常量为G,忽略星球自转的影响,求:
(1)该星球表面的重力加速度大小;
(2)该星球的密度;
(3)该星球的第一宇宙速度.
20.2020年7月23日,在中国文昌航天发射场,长征五号遥四运载火箭将中国首次火星探测任务“天问一号”探测器发射升空,飞行2 000多秒后,成功将探测器送入预定轨道,开启火星探测之旅.假设未来一名宇航员登上火星后,在水平面上将一小球从高为L的地方以速度v0水平抛出,测得抛出点和落地点相距2L,不计空气阻力.
(1)求火星表面的重力加速度大小;
(2)若已知火星半径为R,求卫星在距火星表面高为h处做圆周运动的线速度.
21.如图所示,一根轻弹簧左端固定于竖直墙上,右端被质量m=1 kg可视为质点的小物块压缩而处于静止状态,且弹簧与物块不拴接,弹簧原长小于光滑平台的长度.在平台的右端有一传送带,AB长L=5 m,物块与传送带间的动摩擦因数μ1=0.2,与传送带相邻的粗糙水平面BC长s=1.5 m,它与物块间的动摩擦因数μ2=0.3,在C点右侧有一半径为R的光滑竖直圆弧与BC平滑连接,圆弧对应的圆心角为θ=120°,在圆弧的最高点F处有一固定挡板,物块撞上挡板后会以原速率反弹回来.若传送带以v=5 m/s的速率顺时针转动,不考虑物块滑上和滑下传送带的机械能损失.当弹簧储存的Ep=18 J能量全部释放时,小物块恰能滑到与圆心等高的E点,取g=10 m/s2.
(1)求右侧圆弧的轨道半径R;
(2)求小物块最终停下时与C点的距离;
(3)若传送带的速度大小可调,欲使小物块与挡板只碰一次,且碰后不脱离轨道,求传送带速度的可调节范围.
22.某砂场为提高运输效率,研究砂粒下滑的高度与砂粒在传送带上运动的关系,建立如图所示的物理模型.竖直平面内有一倾角θ=37°的直轨道AB,其下方右侧放置一水平传送带,直轨道末端B与传送带间距可近似为零,但允许砂粒通过.转轮半径R=0.4 m、转轴间距L=2 m的传送带以恒定的线速度逆时针转动,转轮最低点离地面的高度H=2.2 m.现将一小物块放在距离传送带高h处静止释放,假设小物块从直轨道B端运动到达传送带上C点时,速度大小不变,方向变为水平向右.已知小物块与直轨道和传送带间的动摩擦因数均为μ=0.5.(sin 37°=0.6,g取10 m/s2)
(1)若h=2.4 m,求小物块到达B端时速度的大小;
(2)若小物块落到传送带左侧地面,求h需要满足的条件;
(3)改变小物块释放的高度h,小物块从传送带的D点水平向右抛出,求小物块落地点到D点的水平距离x与h的关系式及h需要满足的条件.
答案解析
1.【答案】C
【解析】斜上抛运动只受重力,在水平方向是匀速直线运动.竖直方向做匀减速直线运动,故到达最高点时,水平速度不为零,竖直速度为零,即速度不为零,由于重力不变,即加速度恒为重力加速度,故C正确.
2.【答案】D
【解析】设三小球在高为h的同一高度处.由静止释放三小球时,对a:hsin30°=12gsin 30°·t12,则t12=8hg.
对b:h=12gt22,则t22=2hg.
对c:hsin45°=12gsin 45°·t32,则t32=4hg.
所以t1>t3>t2.
当平抛三小球时,小球b做平抛运动,竖直方向运动情况同第一种情况;小球a、c在斜面内做类平抛运动,沿斜面向下方向的运动同第一种情况,所以t1=t1′、t2=t2′、t3=t3′.故选D.
3.【答案】A
【解析】小球能通过竖直圆轨道的最高点的临界条件为重力恰好提供向心力,即mg=mv2R,解得v=gR,选项A正确.
4.【答案】A
【解析】
5.【答案】D
【解析】假设此时轻杆对小球的力为拉力,大小为F,根据向心力公式有F+mg=mv2r,代入数值可得F=-2 N,表示小球受到2 N的支持力,选项D正确.
6.【答案】A
【解析】根据万有引力提供向心力GMmr2=m4π2rT2,解得嫦娥四号做圆周运动的周期为T=2πr3GM.嫦娥四号绕月球做匀速圆周运动的圆的面积为πr2,所以嫦娥四号与月心连线在单位时间内所扫过的面积为S=πr22πr3GM,解得环月轨道的半径大小为r=4S2GM,故选项A正确.
7.【答案】B
【解析】
8.【答案】D
【解析】由题图甲可知,在0~6 s内物体的位移大小为x=12×(4+6)×6 m=30 m,故A错误;P-t图线与时间轴围成的面积表示拉力做的功,则由题图乙可知,0~6 s内拉力做功WF=12×2×30 J+10×4 J=70 J,故B错误;在2~6 s内,v=6 m/s,P=10 W,物体做匀速运动,滑动摩擦力大小Ff=F=Pv=53N,故C错误;在0~6 s内物体的位移大小为30 m,滑动摩擦力做负功,即Wf=-53×30 J=-50 J,D正确.
9.【答案】C
【解析】重力做功的瞬时功率P=mgvcos(90°-θ)=mgvsinθ,故A、B错误.根据物体受力平衡知,摩擦力的大小f=mgsinθ,则克服摩擦力做功的功率P′=fv=mgvsinθ,故C正确,D错误.
10.【答案】B
【解析】在扶梯上,人相对于扶梯静止不动和人相对于扶梯匀速向上运动,相对地面都是做匀速直线运动,两次人均处于平衡状态,两次人的受力情况相同,即扶梯对人向上的支持力等于重力.两次扶梯运动的速度v不变,根据P=Fvcosα知,两次扶梯做功的功率不变,即P1=P2;但两次人通过相同位移所用时间不同,有t1>t2,根据W=Pt知,两次扶梯所做的功不相同,有W1>W2,故正确选项为B.
11.【答案】D
【解析】由题中图像可知,A、B的加速度大小都为1 m/s2,根据牛顿第二定律知二者质量相等,木板A获得的动能为1 J,选项A错误;系统损失的机械能ΔE=12mv02-12·2m·v2=2 J,选项B错误;由vt图像可求出二者相对位移为1 m,即为木板A的最小长度,C错误;分析B的受力,根据牛顿第二定律,可求出μ=0.1,选项D正确.
12.【答案】AC
【解析】对某一个环绕星,GM2R2+GM24R2=Mv2R=MRω2=M4π2T2R,可解得v=5GM4R,ω=5GM4R3,T=4πR35GM,故A、C正确.
13.【答案】BCD
【解析】两星有共同的周期T,由牛顿第二定律得Gm1m2R1+R22=m14π2T2R1=m24π2T2R2,所以两星的质量之比m1∶m2=R2∶R1,故A错误,C正确;由以上各式可得m1=4π2R2R1+R22GT2,m2=4π2R1R1+R22GT2,m1+m2=4π2R1+R23GT2,故B、D正确.
14.【答案】ACD
【解析】随地球自转的物体A与地球同步卫星C的周期相同,即TA=TC,由GMmr2=m4π2T2r可得,T=2πr3GM,又rB
【解析】
16.【答案】CD
【解析】对小物块,由动能定理得Ekm=(F-Ff)x,故A错误;小物块到达小车最右端时,小车运动的距离为x-L,则对小车,由动能定理得EkM=Ff(x-L),故B错误;小物块运动的距离为x,则小物块克服摩擦力所做的功为Ffx,故C正确;小物块和小车因摩擦产生的热量为FfL,则根据能量守恒定律可知,小物块和小车增加的总动能为Fx-FfL,故D正确.
17.【答案】(1)BD (2)a.球心 需要 b.大于 xgy2-y1 (3)AB (4)B
【解析】(1)因为本实验是研究平抛运动,只需要每次实验都能保证钢球做相同的平抛运动,即每次实验都要保证钢球从同一高度无初速度释放并水平抛出,没必要要求斜槽轨道光滑,因此A错误,B、D正确;挡板高度可以不等间距变化,故C错误.
(2)a.因为钢球做平抛运动的轨迹是其球心的轨迹,故将钢球静置于Q点,钢球的球心对应白纸上的位置即为坐标原点(平抛运动的起始点);在确定y轴时需要y轴与重垂线平行.b.由于平抛的竖直分运动是自由落体,故相邻相等时间内竖直方向上位移之比为1∶3∶5…,故两相邻相等时间内竖直方向上的位移之比越来越大.因此y1y2>13;由y2-y1=gT2,x=v0T,联立解得v0=xgy2-y1.
(3)将铅笔垂直于竖直的白纸板放置,笔尖紧靠白纸板,铅笔以一定速度水平抛出,由于铅笔受摩擦力作用,且不一定能保证铅笔水平,铅笔将不能始终保持垂直白纸板运动,铅笔将发生倾斜,故不会在白纸上留下笔尖的平抛运动轨迹,故C不可行,A、B可行.
(4)从同一炮台水平发射的炮弹,如果不受空气阻力,可认为做平抛运动,因此不论它们能射多远,在空中飞行的时间都一样,这实际上揭示了平抛物体在竖直方向上做自由落体运动,故选项B正确.
18.【答案】(1)2.4 (2)0.58 0.60 (3)9.7
【解析】(1)物块做匀变速直线运动,中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度,可知在纸带上打下计数点5时的速度v5=h462T=0.216+0.2642×0.1m/s=2.4 m/s.
(2)在打点0~5过程中,系统动能的增量ΔEk=12(m1+m2)v52≈0.58 J,系统重力势能的减少量ΔEp=(m2-m1)gh5=0.60 J.
(3)根据机械能守恒定律得12(m1+m2)v2=(m2-m1)gh,则有12v2=m2-m1m1+m2gh=12gh,所以12v2-h图像的斜率k=12g=5.821.20m/s2=4.85 m/s2,故g=9.7 m/s2.
19.【答案】(1)2v0tanαt (2)3v0tanα2πRtG (3)2v0Rtanαt
【解析】(1)根据小球做平抛运动的规律可得:
x=v0t
y=12gt2
tanα=yx
解得:g=2v0tanαt
(2)由mg=GMmR2得,M=gR2G=2v0R2tanαGt
ρ=M43πR3=3v0tanα2πRtG
(3)根据星球表面附近万有引力近似等于重力,该力提供向心力,可得:
mg=mv2R
解得:v=2v0Rtanαt.
20.【答案】(1)2v023L (2)v0R23LR+h
【解析】(1)根据几何关系知,水平位移x=2L2-L2=3L,
根据L=12gt2,3L=v0t,
解得g=2v023L.
(2)设火星和卫星的质量分别为M、m,根据万有引力提供向心力,
有GMmR+h2=mv2R+h,
又GM=gR2,解得v=v0R23LR+h.
21.【答案】(1)0.8 m (2)13m (3)37m/s≤v≤43m/s
【解析】(1)物块被弹簧弹出时,由Ep=12mv02,可知v0=6 m/s.
因为v0>v,故物块滑上传送带后先减速.
物块与传送带相对滑动过程中,有
μ1mg=ma1,v=v0-a1t1,x1=v0t1-12a1t12,
解得a1=2 m/s2,t1=0.5 s,x1=2.75 m.
因为x1
代入数据,解得R=0.8 m.
(2)设物块从E点返回至B点的速度为vB,有
12mv2-12mvB2=μ2mg·2s,解得vB=7m/s.
因为vB>0,故物块会再次滑上传送带,物块在恒定摩擦力的作用下先减速至0再反向加速,由运动的对称性,可知其以相同的速率离开传送带,设最终停在距C点x处,有12mvB2=μ2mg(s-x),解得x=13m.
(3)设传送带速度为v1时物块恰能到F点,在F点满足
mgsin 30°=mvF2R,
从B到F过程中,由动能定理,可知
12mv12-12mvF2=μ2mgs+mg(R+Rsin 30°).
解得v1=37m/s.
设传送带速度为v2时,物块撞挡板后返回能再次上滑恰到E点,
则有12mv22=μ2mg·3s+mgR,解得v2=43m/s.
若物块在传送带上一直加速运动,则有
12mvBm2-12mv02=μ1mgL,
知其到B点的最大速度vBm=56m/s.
综合上述分析可知,只要传送带速度37m/s≤v≤43m/s就满足条件.
22.【答案】(1)4 m/s (2)h<3.0 m (3)x=2h-3m h≥3.6 m
【解析】(1)小物块由静止释放到B的过程中,有
mgsinθ-μmgcosθ=ma,
vB2=2ahsinθ,
解得vB=4 m/s.
(2)若要小物块落到传送带左侧地面,设当小物块从距传送带高度为h1处由静止释放时,小物块到达传送带上D点时速度为零,则有
0=mgh1-μmgcosθ·h1sinθ-μmgL,
解得h1=3.0 m.
当h (3)当小物块从右侧抛出时,设小物块到达D点的速度为v,则有
12mv2=mgh-μmgcosθhsinθ-μmgL,
H+2R=12gt2,x=vt,
解得x=2h-3(m).
为使小物块能在D点水平向右抛出,则需满足
mg≤mv2R,
解得h≥3.6 m.
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