2021-2022学年山西省吕梁市高一下学期期末物理试题 Word版含解析

吕梁市2021—2022学年高一年级第二学期期末考试试题

物理

（本试题满分100分，考试时间90分钟。答案一律写在答题卡上）

一、选择题（1~10为单选题，每题3分，共30分，11~15为多选题，每题4分，共20分）

在每小题列出的四个选项中，只有一项是最符合题目要求的，请将正确选项的字母标号在答题卡相应位置涂黑。

1. 关于曲线运动下列说法正确的是（　　）

A. 做曲线运动的物体所受合力的方向一定是变化的

B. 做曲线运动的物体，合力方向与速度方向可以在同一条直线上

C. 做平抛运动的物体，在任何相等的时间内速度的增量都是相等的

D. 平抛运动是加速度方向变化的曲线运动

【答案】C

【解析】

【详解】AD．做曲线运动的物体所受合力的方向不一定是变化的，如平抛运动，加速度恒定不变，大小为g，方向始终竖直向下，故AD错误；

B．做曲线运动的物体，合力方向与速度方向不在同一条直线上，故B错误；

C．做平抛运动的物体，满足

即在任何相等的时间内速度的增量都是相等的，故C正确；

故选C。

2. 如图所示，某同学在参加引体向上体测，该同学耗时1分钟完成了16次引体向上。已知该同学质量为60kg，完成一次引体向上重心上移约0.7m，下列说法正确的是（　　）

A. 该同学引体向上过程机械能守恒

B. 向上运动过程中，该同学对单杠的作用力大于单杠对他的作用力

C. 完成一次引体向上，该同学克服重力做功约420J

D. 该同学克服重力做功的平均功率约为96W

【答案】C

【解析】

【详解】A．由能量守恒，该同学引体向上过程中体内化学能转化为机械能，所以机械能不守恒，故A错误；

B．向上运动过程，该同学对单杠的作用力与单杠对他的作用力是作用力与反作用力的关系，大小相等，故B错误；

C．完成一次引体向上克服重力做功等于重力势能增量

故C正确；

D．该同学克服重力做功的平均功率

T为完成一次引体向上动作的周期，则

带入可得

故D错误

故选C。

3. A、B两物体通过一根跨过定滑轮的轻绳相连放在水平面上，现物体B以的速度向左匀速运动，如图所示，当绳被拉成与水平面夹角分别是、时。物体A的运动速度为（绳始终有拉力）（　　）

A.  B.  C.  D.

【答案】B

【解析】

【详解】将A物体的速度沿着绳子方向与垂直绳子方向进行分解，则有沿着绳子方向的速度大小为；将B物体的速度沿着绳子方向与垂直绳子方向进行分解，则有沿着绳子方向的速度大小为。由于沿着绳子方向速度大小相等，故有

所以物体A的运动速度为

故选B。

4. “羲和号”是我国首颗太阳探测科学技术试验卫星。如图所示，该卫星围绕地球的运动视为匀速圆周运动，轨道平面与赤道平面接近垂直。卫星每天在相同时刻，沿相同方向经过地球表面A点正上方，恰好绕地球运行n圈。已知地球半径为地轴R，自转周期为T，地球表面重力加速度为g，则“羲和号”卫星轨道距地面高度为（）

A.  B.

C.  D.

【答案】C

【解析】

【详解】地球表面的重力加速度为g，根据牛顿第二定律得

解得

根据题意可知，卫星的运行周期为

根据牛顿第二定律，万有引力提供卫星运动的向心力，则有

联立解得

故选C。

5. 质量为m的汽车、启动后沿平直路面行驶，这一过程中发动机的输出功率恒为P，且行驶过程中受到的阻力大小恒为f，汽车能够达到的最大速度为，达到最大速度所用时间为t，发生的位移为s。速度达到时的加速度为a，下列关系式正确的是（　　）

A.  B.

C.  D.

【答案】C

【解析】

【详解】A．由于启动过程中发动机的输出功率恒为P不变，根据

可得，随着汽车速度v增大，则汽车的牵引了F逐渐减小，根据牛顿第二定律有

可知汽车的加速度逐渐减小，所以汽车做非匀变速直线运动，所以不满足匀变速直线运动的位移关系，即

故A错误；

B．由上述分析可知，当汽车的加速度减小为零时，汽车达到最大速度，此时有

可得

故B错误；

C．从汽车开始运动到汽车达到最大速度，根据动能定理有

故C正确；

D．当汽车速度达到最大速度时有

则汽车的阻力为

当汽车速度达到时，根据

可得，此时汽车的牵引力为

牛顿第二定律有

即

故D错误。

故选C。

6. 早在战国时期，《墨经》就记载了利用斜面提升重物可以省力。某人用轻绳将一重物匀速竖直向上提起一定高度的过程中，拉力的大小为，拉力做的功为；然后用轻绳将同一重物沿倾角为的光滑斜面匀速上拉相同高度的过程中，拉力的大小为，拉力做的功为。下面关系正确的是（　　）

A.

B.

C.

D.

【答案】B

【解析】

【详解】竖直匀速上拉时，根据平衡条件

拉力做功

沿倾角为的光滑斜面匀速上拉时，根据平衡条件

故

故选B。

7. A、B两物体的质量之比，它们在水平面上做匀减速直线运动，直到停止，其图像如图所示。此过程中（　　）

A. A、B两物体与水平面间动摩擦因数之比

B. A、B两物体初动能之比

C. A、B两物体克服摩擦力做功之比

D. A、B两物体所受摩擦力大小之比

【答案】C

【解析】

【详解】AD．根据图像可知，A、B两物体的加速度之比为

物体只受到摩擦力作用，则根据牛顿第二定律有

可知A、B两物体与水平面间动摩擦因数之比为，A、B两物体所受摩擦力大小之比为，故AD错误；

B．由于两物体的初速度相同，根据动能表达式

可知，A、B两物体初动能之比为，故B错误；

C．根据动能定理可知，A、B两物体克服摩擦力做功等于两物体的初动能，所以A、B两物体克服摩擦力做功之比为，故C正确。

故选C。

8. 极限运动是结合了一些难度较高、且挑战性较大的组合运动项目的统称，如图为2022年北京冬奥会跳台滑雪场地“雪如意”的示意图，跳台由助滑区AB、起跳区BC、足够长的着陆坡DE（认为是直线斜坡）组成，极限运动员起跳的时机决定了其离开起跳区时速度的大小和方向。某运动员在“雪如意”场地进行训练时，忽略运动员在空中飞行时的空气阻力，运动员可视为质点。若运动员跳离起跳区时速度大小相等，速度方向与竖直方向的夹角越小，则运动员（　　）

A. 在空中运动的加速度越大 B. 飞行的最大高度越高

C. 在空中运动的时间越短 D. 着陆点距D点的距离一定越远

【答案】B

【解析】

【详解】A．运动的加速度为重力加速度，是不变的，A错误；

B．若运动员跳离起跳区时速度大小相等，速度方向与竖直方向的夹角越小，则竖直分速度越大，则飞行的最大高度越大，B正确；

CD．竖直分速度越大，运动时间越长，但水平分速度越小，则着陆点距点的距离不一定越远，CD错误。

故选B。

9. 如图所示，一轻质弹簧竖直放置在水平地面上，下端固定，将一质量为的物体A从弹簧原长处紧挨弹簧上端由静止释放，物体能下降的最大高度为，弹簧始终处于弹性限度内。若将物体A换为另一质量为的物体B，同样从弹簧原长处紧挨弹簧上端由静止释放。当物体B下降高度时B的速度为（　　）

A. 1m/s B.  C. 2m/s D. 0

【答案】A

【解析】

【详解】当将一质量为m的物体A从弹簧原长处紧挨弹簧上端由静止释放，以物体和弹簧为系统，机械能守恒，减少的重力势能转化为弹性势能，即

mgh=Ep

若将物体A换为另一质量为2m的物体B，同样从弹簧原长处紧挨弹簧上端由静止释放，当物体B下降h，弹簧的形变量相同，弹性势能相同，设此时的速度为v，则由功能关系可得

联立解得

故选A。

10. 小球放在竖直弹簧上，将小球往下按至A位置，如图甲所示。迅速松手后，弹簧把小球弹起，小球升至最高位置C，途中经过位置B时弹簧正好处于自由状态，如图乙所示。已知C、B间距为B、A间距的2倍，弹簧质量和空气阻力均可忽略，下列说法正确的是（　　）

A. 小球由位置A至位置B的过程中，动能先增大后减小，机械能增减不能确定

B. 小球由位置A至位置B过程中，机械能一直不变，弹簧的弹性势能一直减小

C. 小球由位置A至位置B的过程中，小球的动能与弹簧的弹性势能之和一直在减小

D. 小球由位置B至位置C的过程中，机械能不守恒

【答案】C

【解析】

【详解】AB．小球由位置A至位置B的过程中，受到重力和竖直向上弹簧弹力的作用，刚开始时弹力大于重力，小球向上加速，然后弹力逐渐减小，当弹力小于重力时，小球向上减速，所以小球的动能先增大后减小。而此过程中，弹簧的弹性势能转化为小球的机械能，由于弹簧的弹性势能一直在减小，则小球的机械能一直在增大，故AB错误；

C．小球由位置A至位置B过程中，只有弹簧弹力和小球的重力做功，所以小球和弹簧组成的系统机械能守恒。由于此过程中，小球重力势能一直在增加，所以小球的动能与弹簧的弹性势能之和一直在减小，故C正确；

D．小球由位置B至位置C的过程中，只有小球的重力做功，所以小球的机械能守恒，故D错误。

故选C。

11. 质量为的物块，沿着半径为的半球形金属壳内壁滑下，滑到最低点时速度大小为，半球形金属壳竖直固定，开口向上。若物体与球壳之间的摩擦因数为，则物体经过最低点时，下列说法正确的是（　　）

A. 物块受到的摩擦力大小等于

B. 物块受到的摩擦力大小等于

C. 物块受到的合力大小等于

D. 物块受到的合力大小大于

【答案】BD

【解析】

【详解】AB．物块在最低点时，根据牛顿第二定律有

又物块受到的滑动摩擦力为

联立可得，物块受到的摩擦力大小为

故A错误，B正确；

CD．由于小物块在最低点时做变速圆周运动，即小球在最低点时受到水平向左的摩擦力作用、竖直方向的支持力和重力作用。而竖直方向的合力即为，根据平行四边形法则可知，物块受到的合力大小大于，故C错误，D正确。

故选BD。

12. 2022年4月16日上午，翟志刚、王亚平、叶光富乘坐的神舟十三号载人飞船返回舱在东风着陆场预定区域成功着陆，这标志着我国航天事业再上一个新台阶。神舟飞船返回过程如图所示，下列说法正确的是（　　）

A. 神舟飞船在东风着陆场预定区域着陆过程中，宇航员们处于失重状态

B. 飞船在轨道Ⅱ上点的线速度大于在轨道Ⅰ上点的线速度

C. 飞船由轨道Ⅱ变轨进入轨道Ⅰ，需在点点火加速

D. 该飞船在轨道Ⅱ上运行时的机械能大于在轨道Ⅰ上运行时的机械能

【答案】BD

【解析】

【详解】A．神舟飞船在东风着陆场预定区域着陆过程中，做向下减速运动，即加速度向上，则宇航员们处于超重状态，故A错误；

BC．飞船由轨道Ⅱ变轨进入轨道Ⅰ，需要在Q点减速从而做近心运动，则飞船在轨道Ⅱ上点的线速度大于在轨道Ⅰ上点的线速度，故B正确，C错误；

D．飞船从轨道Ⅰ到轨道Ⅱ需要加速，即外力对飞船做正功，故机械能增加，所以该飞船在轨道Ⅱ上运行时的机械能大于在轨道Ⅰ上运行时的机械能，故D正确。

故选BD。

13. 如图所示，粗糙程度相同的水平直轨道AB与竖直面内半圆轨道在B点平滑相接，动摩擦因数为，直轨道AB长度为，半圆轨道半径为。一个质量为的物体将弹簧压缩至A点后由静止释放，在弹力作用下物体获得某一向右速度后脱离弹簧且可顺利通过C点。它经过B点的速度为，图中D点与O点等高，当地重力加速度为。下列说法正确的是（　　）

A. 弹簧压缩至A点时的弹性势能

B. 弹籍压缩至A点时的弹性势能

C. 物体在圆弧BD间克服摩擦力做的功比在圆弧DC间多

D. 物体在圆弧BD间克服摩擦力做的功比在圆弧DC间少

【答案】AC

【解析】

【详解】AB．由题意对从A到B过程由能量守恒定律得

由功能关系知

联立得

故A正确，B错误；

CD．因为物体在圆弧BD间比在圆弧DC间的平均速度大，则对应的平均轨道支持力大，由

可知，物体在圆弧BD间平均摩擦力比在圆弧DC间大，又因为两个过程对应路程相等，则可知物体在圆弧BD间克服摩擦力做的功比在圆弧DC间多，故C正确，D错误。

故选AC。

14. 我国多次成功使用“冷发射”技术发射长征十一号系列运载火箭。如图所示，发射仓内的高压气体先将火箭竖直向上推出，火箭速度接近零时再点火飞向太空。从火箭开始运动到点火的过程中（　　）

A. 火箭的加速度为零时，动能也为零

B. 高压气体释放的能量全部转化为火箭的重力势能

C. 高压气体的推力和空气阻力对火箭做功之和等于火箭机械能的增加量

D. 火箭所受重力、高压气体的推力和空气阻力对火箭做功之和等于火箭动能的增加量

【答案】CD

【解析】

【详解】A．火箭从发射仓发射出来，受竖直向下的重力、竖直向下的空气阻力和竖直向上的高压气体的推力作用，且推力大小不断减小，刚开始向上的时候高压气体的推力大于向下的重力和空气阻力之和，故火箭向上做加速度减小的加速运动，当向上的高压气体的推力等于向下的重力和空气阻力之和时，火箭的加速度为零，速度最大，接着向上的高压气体的推力小于向下的重力和空气阻力之和时，火箭接着向上做加速度增大的减速运动，直至速度为零，故当火箭的加速度为零时，速度最大，动能最大，故A错误；

B．根据能量守恒定律，可知高压气体释放的能量转化为火箭的动能、火箭的重力势能和内能，故B错误；

C．根据功能关系，可知高压气体的推力和空气阻力对火箭做功之和等于火箭机械能的增加量，故C正确；

D．根据动能定理可知，火箭所受重力、高压气体的推力和空气阻力对火箭做功之和等于火箭动能的增加量，故D正确。

故选CD。

15. 如图所示，一物块置于足够长的水平传送带上，弹簧左端固定在竖直墙壁上，弹簧右端与物块接触但不栓接，墙壁与物块间系不可伸长的轻绳使水平方向的弹簧处于压缩状态，压缩量为0.2m（弹性限度内）。已知物块质量为0.5kg。物块与传送带间的动摩擦因数，重力加速度。若传送带不动，剪断轻绳，当弹簧刚好恢复原长时物块的速度为零；若传送带以的速度顺时针匀速转动，则剪断轻绳后（　　）

A. 在弹簧恢复原长的过程中，物块向右做加速运动

B. 弹簧恢复原长时，物块速度大小为2.25m/s

C. 物块在传送带上运动的过程中，摩擦力对物块做功为1.75J

D. 弹簧恢复原长后，物块与传送带之间由于摩擦而产生的热量为2.75J

【答案】AC

【解析】

【详解】AB．若传送带不动，弹簧压缩量为0.2m到恢复原长时物块的速度为零，由动能定理

弹簧弹力做功为

若传送带以3m/s的速度顺时针匀速转动，剪断轻绳后。弹簧恢复原长时，弹簧弹力做功不变，且摩擦力做正功，根据动能定理

弹簧恢复原长时，物块速度大小为

因为

即在弹簧恢复原长的过程中，物块的速度一直小于传送带速度，物块所受的滑动摩擦力一直水平向右，弹力水平向右，则物块向右一直做加速运动，故A正确，B错误；

C．物块与弹簧分离后，在摩擦力的作用下做匀加速直线运动，直至两者共速后做匀速直线运动，匀加速运动过程中，摩擦力做功为，由动能定理得

则物块在传送带上运动的过程中，摩擦力对物块做功为

故C正确；

D．根据牛顿第二定律，物块匀加速运动的加速度大小为

匀加速至共速的时间为

这段时间内，物块运动距离为

传送带运动距离为

则弹簧恢复原长后，物块与传送带之间由于摩擦而产生的热量为

故D错误。

故选AC。

二、实验题（本大题共两个小题，16题6分，17题8分，共14分）

16. 某学生设计一实验来粗略验证向心力的表达式，如图所示。细线下面悬挂一个质量为的钢球，细线上端固定。将画着一个圆的白纸置于水平桌面上，使钢球静止时正好位于圆心，用手带动小球运动使它在放手后恰能在纸面上方沿画好的圆周做匀速圆周运动，调节纸面高度，使纸面贴近小球，但不接触。

（1）在某次实验中，小球沿半径为的圆做匀速圆周运动，用秒表记录了小球运动圈的总时间，则小球做此圆周运动时需要的向心力大小______（用、、、及相关的常量表示）；

（2）用直尺测量悬点到纸面的高度以及小钢球做匀速圆周运动的半径，若测量数据满足______（用题中所给字母表示），就表明向心力公式成立。

【答案】    ①.     ②.

【解析】

【详解】（1）[1]由题意得，周期为

又因为向心力为

联立得

（2）[2]设悬线与竖直方向夹角为，对小球受力分析知

令

解得

17. 某同学为“验证机械能守恒定律”，采用了如图甲所示的装置，将质量相等的两个重物用轻绳连接，放在光滑的轻质滑轮上，系统处于静止状态。该同学在左侧重物上附加一个小铁块，使系统从静止开始运动，滑轮右侧重物拖着纸带打出一系列的点。某次实验打出的纸带如图乙所示，0是打下的第一个点，两相邻点间还有4个点未标出，交流电频率为50Hz，（重力加速度取9.8m/s2）

（1）依据实验装置和操作过程，下列说法正确的是（      ）

A．只需要测出小铁块质量，不需要测出重物质量

B．固定打点计时器时，两个限位孔可以不在同一竖直面内

C．实验过程中先接通电源，待打点计时器工作稳定后再释放纸带

D．数据处理时，应选择纸带上距离较近的两点作为初、末位置

（2）如果重物，小铁块。为了计算从点0到点5的过程中系统动能的增加量，需要先计算点5位置的速度______m/s，系统重力势能的减少量______J（结果保留三位有效数字）；

（3）在误差允许范围内，系统动能的增加量略______系统重力势能的减少量（选填“大于”或“小于”），从而验证机械能守恒定律。

【答案】    ①. C    ②. 0.975    ③. 0.239    ④. 小于

【解析】

【详解】（1）[1]A．设小铁块下落高度为h时，小铁块的速度为v，则实验中系统减小的重力势能为

系统动能的增加量为

即实验需要验证的关系是

所以实验需要测出小铁块质量和重物质量，故A错误；

B．为减小实验误差，固定打点计时器时，两个限位孔必须在在同一竖直面内，故B错误；

C．实验过程中先接通电源，待打点计时器工作稳定后再释放纸带，故C正确；

D．数据处理时，应选择纸带上距离较远的两点作为初、末位置，从而减小实验误差，故D错误。

故选C。

（2）[2]由于两相邻点间还有4个点未标出，则两相邻点间的时间间隔为

结合图乙可得，点5位置的速度为

[3]从点0到点5的过程中，系统重力势能的减少量为

（3）[4]从点0到点5的过程中，系统动能的增加量为

故在误差允许范围内，系统动能的增加量略小于系统重力势能的减少量。

三、计算题（本大题共三个小题，18题10分，19题12分，20题14分，共36分）

解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最终答案不能给分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值单位。

18. 如图所示，一个固定在竖直平面上的光滑半圆形管道，管道里有一个直径略小于管道内径的小球，小球在管道内做圆周运动，从B点脱离后经过0.2s后又恰好与倾角为45°的斜面垂直相碰。已知半圆形管道的半径为，小球可看作质点且质量为，取。（结果可以保留根号）

（1）求小球经过B点时的速率v；

（2）若使小球恰好到达B点，求小球刚进入管道时的速度。

【答案】（1）2m/s；（2）

【解析】

【详解】（1）由题可知，小球从B点脱离后做平抛运动，经过0.2s后又恰好与倾角为45°的斜面垂直相碰，则此时小球的速度偏角为

即有

带入数据可得，小球经过B点时的速率为

（2）若使小球恰好到达B点，则小球在B点时速度恰好为零。小球从A点运动到B点，只有重力对小球做功，动能转化为重力势能，根据机械能守恒有

可得，小球刚进入管道时的速度为

19. 无人配送小车某次性能测试路径如图所示，半径为3m的半圆弧BC与长9m的直线路径AB相切于B点，与半径为4m的半圆弧CD相切于C点。小车（可视为质点）以最大速度从A点驶入路径，到适当位置调整速率运动到B点，然后保持速率不变依次经过BC和CD。为保证安全，小车速率最大为4m/s。在ABC段的加速度最大为，CD段的加速度最大为。求：

（1）小车从B到D运动的最大速率；

（2）小车完成这次配送从A到B的最短时间。

【答案】（1）2m/s；（2）

【解析】

【详解】（1）由得BC段最大速度

CD段的最大速度为

保持速率不变依次经过BC和CD，所以小车从B到D运动的最大速率是。

（2）小车以的加速度把速度从减小到的时间

匀减速运动位移

则匀速运动时间

小车完成这次配送从A到B的最短时间

20. 如图所示，长为的细线，一端固定在O点，另一端系一个可视为质点的质量为的小球，小明同学在最低点A给了小球一个水平向右的初速度，发现小球并未绕悬点O完成完整的圆周运动，而是在圆周上的C位置离开了圆弧。如图所示，OC连线与竖直方向夹角为，，不计空气阻力（已知当地重力加速度为，结果可留根号、分数等）。求：

（1）小球在C点的速率；

（2）小球在最低点A位置的初速度；

（3）小球所能达到的最高点距A点的竖直高度。

【答案】（1）；（2）；（3）

【解析】

【详解】（1）小球在圆周上的C位置离开了圆弧，则将重力沿细线方向与垂直细线方向分解，重力沿细线方向的分力提供向心力，故有

可得，小球在C点的速率为

（2）小球从A位置到C位置过程中，只有重力对小球做功，小球机械能守恒，则有

解得，小球在最低点A位置的初速度为

（3）小球离开C位置后做斜抛运动，则小球到达最高点时，只有水平方向的速度，即为，则根据机械能守恒有

解得，小球所能达到的最高点距A点的竖直高度为