2021-2022学年陕西省汉中市高一（下）期末物理试卷（含解析）

2021-2022学年陕西省汉中市高一（下）期末物理试卷

一、单选题（本大题共9小题，共36分）

1. 下列说法中正确的是(    )

A. 任何能量都可无条件地被人类利用
B. 万有引力定律的发现解释了天体运动的规律，并预言了天王星的存在
C. 做匀速圆周运动的物体，在外界提供的向心力突然变大时将做近心运动
D. 质量、长度、时间的测量结果都不会随物体与观察者的相对运动状态而改变的

2. 如图所示，、两点分别位于大、小轮的边缘上，点位于大轮半径的中点，大轮的半径是小轮半径的倍，它们之间靠摩擦传动，接触面上没有滑动下面说法正确的是(    )

A. A、、三点的线速度大小
B. A、、三点的角速度
C. A、、三点的角速度
D. A、、三点的加速度大小

3. 若做匀速直线运动的列车受到的阻力与其速率成正比，则当列车的速率提升为原来的倍时，其发动机的输出功率变为原来的(    )

A.  B.  C. 倍 D. 倍

4. 壁虎不仅能飞檐走壁，也可以在水面上轻松游动，有一只壁虎要穿过一条宽为的小河到对岸寻找食物已知河岸两侧平行，河水流动的速度为，壁虎在静止水面上的最大游动速度为下列说法正确的是(    )

A. 若壁虎以最短时间渡河，壁虎在水中运动的轨迹是一条曲线
B. 若壁虎以最短时间渡河，其到达对岸的最短运动时间为
C. 若壁虎以最短时间渡河，到达河对岸时在出发点的下游处
D. 若壁虎不以最短时间渡河，能垂直游到河对岸

5. 如图所示，分别用力、、将质量为的物体由静止沿同一光滑斜面以相同的加速度，从斜面底端拉到斜面的顶端在此过程中，力、、做的功和功率分别为、、和、、下列说法正确的是(    )

A.  B.
C.  D.

6. 如图所示，在高出地面的点将小球竖直上抛，初速度为，上升一段距离后落回地面，下列说法中正确的是(    )

A. 小球在点时，重力势能为
B. 小球落到地面时，重力势能为
C. 整个运动过程中，重力势能的变化量为
D. 整个运动过程中，动能的变化量为
 

7. 木匠师傅用铁锤把钉子砸进木梁，每次砸钉的动作完全相同。木匠第一次砸钉就将钉子砸进了一半。已知钉子所受阻力与其进入木梁中的深度成正比，铁锤砸钉的能量全部用来克服钉子前进中的阻力做功，木匠要把一枚钉子全部砸进木梁，他共需砸锤(    )

A. 次 B. 次 C. 次 D. 次

8. 根据开普勒定律可知，火星绕太阳运行的轨道是椭圆，太阳在椭圆的一个焦点上，如图所示。下列说法正确的是(    )

A. 火星绕太阳运行的速度方向始终指向太阳
B. 火星运动到远日点时的加速度最小近日点远日点
C. 火星运动到近日点时的速度最小
D. 火星从远日点向近日点运动的过程中，机械能逐渐增加

9. 如图所示，自由下落的小球，从它接触到竖直放置的轻质弹簧开始，一直到弹簧被压缩到最短的过程中忽略空气阻力，弹簧始终处于弹性限度内，下列说法正确的是(    )

A. 小球的机械能守恒
B. 小球的加速度逐渐变小，速度逐渐变大
C. 小球的动能和弹簧的弹性势能之和始终不变
D. 小球的动能先增大后减小
 

二、多选题（本大题共4小题，共16分）

10. 关于“亚洲一号”地球同步通讯卫星，下列说法正确的是(    )

A. 它的运行速度小于
B. 它的周期是，其轨道平面与赤道平面重合且距地面高度一定
C. 它可以绕过北京的正上方，所以我国能利用其进行电视转播
D. 它距离地面的高度约为地球半径的倍，则它的向心加速度大小约为地球表面上重力加速度的

11. 如图所示，一轻杆一端固定质量为的小球，以另一端为圆心，使小球在竖直平面内做半径为的圆周运动，以下说法正确的是(    )

A. 小球过最高点时，杆所受的弹力可能等于零
B. 小球过最高点时，速度至少为
C. 小球过最高点时，杆对球的作用力一定随速度增大而增大
D. 若把题中的轻杆换为轻绳，其他条件不变，小球过最高点时，速度至少为
 

12. 由于空气阻力的影响，炮弹的实际飞行轨迹不是抛物线，而是“弹道曲线”，如图中实线所示，图中虚线为不考虑空气阻力情况下炮弹的理想运动轨迹，、、、、为弹道曲线上的五点，其中点为发射点，点为落地点，点为轨迹的最高点，、为运动过程中经过的距地面高度相等的两点。下列说法正确的是(    )

A. 到达点时，炮弹的速度为零
B. 炮弹到达点时的加速度为重力加速度
C. 炮弹经过点时的速度大于经过点时的速度
D. 炮弹由点运动到点的时间小于由点运动到点的时间

13. 如图所示，质量为、长度为的长板静止在光滑水平面上，质量为的小物块放在长板的最右端现一方向向左的水平恒力作用在小物块上，使它从静止开始向左运动，小物块和长板之间摩擦力的大小为，当长板运动的位移为时，小物块刚好滑到长板的最左端若小物块可视为质点，则在整个运动过程中，以下结论正确的是(    )

A. 小物块受到的摩擦力做的功与长板受到的摩擦力做功的代数和为负值
B. 整个过程中小物块和长板间因摩擦产生的热量为
C. 长板的末动能为
D. 整个过程中小物块和长板增加的机械能为

三、实验题（本大题共2小题，共16分）

14. 如图所示是某种“研究平抛运动”的实验装置。
    
    为减小空气阻力对实验的影响，应选择的小球是______。填序号
    A.实心小木球
    B.空心小木球
    C.空心小铁球
    D.实心小铁球
    当小球从斜槽末端水平飞出时与小球离地面的高度均为，此瞬间电路断开，使电磁铁释放小球，最终两小球同时落地，改变大小，重复实验，、仍同时落地，该实验结果可表明______。填序号
    A.两小球落地速度的大小相同
    B.两小球在空中运动的时间相等
    C.小球在竖直方向的分运动与小球的运动相同
    D.小球在水平方向的分运动是匀速直线运动
    刘同学做实验时，忘记标记平抛运动的抛出点，只记录了、、三点，于是就取点为坐标原点，建立了如图所示的坐标系，平抛轨迹上的这三点坐标值图中已标出取，则小球平抛的初速度为______，小球抛出点的坐标为______单位。
15. 某同学用图甲所示的实验装置来验证机械能守恒定律。
    
    实验的主要步骤：
    用刻度尺测量挡光片的宽度为；
    用天平称出滑块和挡光条的总质量为，再称出托盘和砝码的总质量为；
    用刻度尺测量点到光电门所在位置点之间的水平距离为；
    滑块从点静止释放已知砝码落地前挡光片已通过光电门；
    读出挡光片通过光电门所用的时间。改变光电门的位置，滑块每次都从点静止释放，测量相应的值并读出值。
    根据上述实验步骤中测得的数据，得出：以下空格均用题中所给的字母表示
    滑块通过光电门时瞬时速度为______；
    当滑块通过光电门时，系统包括滑块、挡光条、托盘和砝码增加的总动能为______；
    在滑块从点到点之的过程中，系统势能的减少量______已知重力加速度为；
    根据实验测得的数据，以为横坐标，为纵坐标，在坐标纸中作出图线，若该图线的斜率______，则系统机械能守恒。

四、计算题（本大题共3小题，共32分）

16. 我们的银河系中的恒星大约四分之一是双星。如图所示，假设在太空中有恒星、双星系统绕点做顺时针匀速圆周运动，运动周期为，它们的轨道半径分别为、，，为的卫星，绕做逆时针匀速圆周运动，周期为，忽略与之间的引力，万引力常量为，考虑双星问题时只考虑双星之间的引力。
    求恒星和的质量之和；
    若也有一颗周期为的卫星，求其轨道半径。
17. 在光滑水平台上开有一光滑小孔，一根轻绳穿过小孔，一端拴一质量为的物体，另一端连接质量为的物体，如图所示，已知与物间的距离为，开始时物与水平地面接触，物绕小孔做匀速圆周运动，重力加速度大小为取，问：
    当物体以角速度旋转时，物对地面的压力。
    当物体刚要脱离地面，物体的角速度为多大。
18. 物流园的包裹流通路线如图所示，斜面长度，倾角。一个质量的包裹从斜面上的点由静止滑下，在斜面底端经过一段可忽略不计的光滑小圆弧从点滑上水平传送带，传送带顺时针匀速转动，包裹与传送带共速后从传送带末端点水平飞出，最后落入地面上的包装盒中。包装盒与点的竖直高度，水平距离为。已知包裹与斜面间动摩擦因数为，包裹与传送带间动摩擦因数为。取，，。求：
    包裹滑上传送带点时的速度大小；
    传送带匀速运动的速度；
    包裹与传送带间因摩擦产生的热量。

答案和解析

1.【答案】 

【解析】解：、能量的转化和转移都是有方向性的，例如：内能不能自发地从低温物体传向高温物体，必须通过消耗其他形式的能量才能实现，由此可见，我们都是在能量的转化或转移的过程中利用能量的，不是任何能量都可以被利用，能量的利用是有条件的，故A错误；
B、万有引力定律的发现解释了天体运动的规律，并预言了海王星的存在，故B错误；
C、做匀速圆周运动的物体，在外界提供的向心力突然变大时，物体做近心运动，故C正确；
D、在狭义相对论中，质量、长度、时间的测量结果都是随物体与观察者的相对运动状态而改变的，即都是相对的，故D错误。
故选：。
能量的转化和转移都是有方向性的，不是任何能量都可以无条件地被人类利用；
明确万有引力定律的主要贡献，知道天王星是观测发现的；
明确离心运动和向心运动的原因；
掌握狭义相对论的基本内容，知道在狭义相对论中，质量、长度、时间都是相对的。
本题考查了能源的利用、万有引力的贡献、向心力以及狭义相对论，要注意牢记狭义相对论的基本假设和几个基本结论。
 

2.【答案】 

【解析】解：、点和点属于同缘传送，具有相同的线速度大小，即；、两点属于同轴转动，角速度大小相等，即；所以：：。再根据，、两点的线速度之比为：；所以：：：：，故A正确；
、由于，根据得：：，所以：：：：，故BC错误；
D、根据向心加速度：，所以：：：：：：，故D错误。
故选：。
从圆周运动的传动模型入手解决问题，大轮上点与小轮上点之间是齿轮传动方式，大轮上的和是共轴传动方式。
本题关键要对传动方式的知识点掌握准确，利用各自传动方式的特点解决问题，难度适中。
 

3.【答案】 

【解析】解：设阻力为，由题知：；
当匀速运动时，牵引力等于阻力，则功率
当列车的速率变为原来的倍，列车发动机的输出功率变为原来的倍，故D正确，ABC错误。
故选：。
列车匀速运动时，阻力大小与速率平方成正比，即：；当列车做匀速运动时，此时牵引力与阻力相等：即，而发动机的输出功率，据此分析判断。
解决本题的关键：一是能够正确的写出阻力与速度大小的表达式，二是利用功率的计算方法。
 

4.【答案】 

【解析】解：、两匀速直线运动的合成也是匀速直线运动，故A错误；
B、当壁虎头的方向始终与河岸垂直时，渡河的时间最短，最短时间为：，故B错误；
C、若壁虎以最短时间渡河，到达对岸时沿河岸方向的位移：，故C正确；
D、由题意可知，壁虎在静水中的速度小于河水流速，根据运动的合成与分解，结合平行四边形定则，则壁虎不可能垂直到达对岸，故D错误。
故选：。
壁虎在河水中参与了两个运动，一是随水流向下的运动，二是船在静水中的运动，则由运动的合成与分解可确定答案．
此为“小船过河模型”，当船头正对河岸运行时渡河时间最短；而当船速大于水速时，船可以垂直河岸过河．
 

5.【答案】 

【解析】解：、三种情况物体的加速度相同，说明物体受到的合力相同，设拉力沿斜面向上的分力大小为，由牛顿第二定律得：，可得，即三种情况拉力沿着斜面方向的分力相同，由于斜面的长度相同，由可知，拉力做功相同，即，故AB错误；
、由于物体的运动情况相同，所以物体运动的时间也相同，根据可知，拉力的功率相同，即，故C错误，D正确。
故选：。
三种情况物体的加速度相同，说明物体受到的合力相同，根据牛顿第二定律分析拉力沿着斜面方向的分力关系，再由功的公式分析拉力做功关系，由分析功率关系。
解决本题的关键要正确分析物体的受力情况，判断拉力沿斜面方向的分力大小，利用功的计算公式判断拉力做功关系。
 

6.【答案】 

【解析】解：、因为未定义零势能面，所以小球在不同位置的重力势能无法确定，故AB错误；
C、整个运动过程中，小球的高度下降了，所以重力势能减小了，即重力势能的变化量为，故C正确；
D、因为小球的末速度未知，且过程中的受力情况不明确，所以小球动能的变化量无法确定，故D错误；
故选：。
根据重力势能的定义完成分析；
根据动能定理分析出小球重力势能和动能的变化量。
本题主要考查了动能定理的相关应用，熟悉动能定理的应用，同时掌握重力势能的定义式即可完成分析，难度不大。
 

7.【答案】 

【解析】解：已知钉子所受阻力与其进入木梁中的深度成正比，作出钉子所受阻力与进入深度的关系图像如图所示。
图像与轴所围的面积表示阻力做功大小，可知前一半深度与后一半深度过程中，阻力做功之比为：，由题意可知，每次砸锤，锤对钉做功相同，则将钉全部砸进木梁需要砸次，故C正确，ABD错误。
故选：。
已知钉子所受阻力与其进入木梁中的深度成正比，画出钉子所受阻力与进入深度的关系图像，根据图像与横轴所围的面积表示克服阻力做功，再求砸锤次数。
解决本题的关键要根据题意作出钉子所受阻力与进入深度的关系图像，知道该图像与横轴所围的面积表示阻力做功大小。
 

8.【答案】 

【解析】解：火星绕太阳做椭圆轨道运动，速度方向始终沿轨道的切线方向，故A错误。
B.根据万有引力及牛顿第二定律，得；远日点大，加速度小，故B正确。
C.根据开普勒第二定律，太阳与火星的连线相同时间扫过的面积相等，所以火星在近日点速率大，故C错误。
D.火星从远日点向近日点运动的过程中，动能和势能相互转化，机械能守恒，故D错误。
故选：。
曲线运动的速度方向始终沿切线方向；火星所受的合力为万有引力，合力产生加速度；开普勒定律，机械能守恒定律的运用。
本题主要考查了曲线运动的速度方向的确定、牛顿第二定律、开普勒第二定律、机械能守恒定律等知识。
 

9.【答案】 

【解析】解：、从接触弹簧开始到将弹簧压缩到最短的过程中，开始时重力大于弹力，小球向下做加速运动，在下降的过程中弹力增大，加速度减小，当弹力和重力相等时加速度减小到零，速度达到最大，然后重力小于弹力，向下做减速运动，到达最低点速度为零，可知，小球的动能先增大后减小，故B错误，D正确；
、小球、弹簧和地球组成的系统机械能守恒，小球重力势能减小，所以小球的动能和弹簧的弹性势能之和始终增大，对于小球和地球组成的系统机械能不守恒，故AC错误；
故选：。
下落过程中正确对小球进行受力分析，然后根据牛顿第二定律即可判断其加速度的变化情况，然后进一步判断速度变化情况，即可分析动能的变化情况；小球、弹簧和地球组成的系统机械能守恒。
本题主要是考查机械能守恒定律、牛顿第二定律的计算公式，关键是弄清楚小球的运动情况和受力情况，正确对小球进行受力分析，能根据牛顿第二定律分析加速度从而判断物体的运动情况，掌握机械能守恒定律的守恒条件。
 

10.【答案】 

【解析】解：是地球卫星最大环绕速度，卫星轨道半径越大，其环绕线速度越小，同步卫星轨道很高，其运行线速度小于，故A正确；
同步卫星轨道在赤道所在平面，只能在赤道正上方，周期为，且距地面高度一定，故B正确，C错误；
D.根据万有引力提供向心力有：，它距离地面的高度约为地球半径的倍，则，所以它的向心加速度大小约为地球表面上重力加速度的，故D错误；
故选：。
是地球卫星最大环绕速度，地球同步卫星即地球同步轨道卫星，又称对地静止卫星，是运行在地球同步轨道上的人造卫星，距离地球的高度约为，卫星的运行方向与地球自转方向相同、运行轨道为位于地球赤道平面上圆形轨道、运行周期与地球自转一周的时间相等，根据万有引力提供向心力分析项．
本题考查了地球卫星轨道相关知识点，地球卫星围绕地球做匀速圆周运动，圆心是地球的地心，万有引力提供向心力，轨道的中心一定是地球的球心；同步卫星有四个“定”：定轨道、定高度、定速度、定周期．本题难度不大，属于基础题．
 

11.【答案】 

【解析】解：小球在最高点时，如果速度恰好为，小球在最高点所需向心力恰好等于重力时，球对杆没有作用力，故A正确；
B.轻杆固定的小球做圆周运动，由于杆能支撑小球，只要小球能够到达最高点就可以了，所以在最高点的速度可以为零，故B错误；
C.小球在最高点时，如果速度恰好为，则此时恰好只有重力作为它的向心力，杆和球之间没有作用力：如果速度小于，重力大于所需要的向心力，杆对球有向上的支持力，重力和支持的合力提供向心力速度越大，杆对球的作用力随速度增大而减小，故C错误；
D.若把轻杆换为轻绳，其他条件不变，小球过最高点时，向心力最小为，根据速度至少为，故D正确。
故选：。
物体做圆周运动需要的向心力是由合力提供，而轻杆既可以提供拉力，又可以提供支持力，所以小球到达最高点时的速度可以等于零，根据牛顿第二定律列式判断；若把轻杆换为轻绳，小球过最高点时，绳的弹力只能向下，向心力最小为。
本题考查了圆周运动的知识，理解区分杆子的作用力可以是支持力也可以是拉力，但是绳子的作用力只能是拉力。
 

12.【答案】 

【解析】解：抛体运动含弹道曲线最高点的竖直速度为零，水平速度不为零，故A错误；
B.炮弹在飞行过程中受重力和阻力作用，加速度不等于重力加速度，故B错误。
C.炮弹经过点到点的过程中，阻力做负功，根据动能定理可知，炮弹的动能减小，所以炮弹经过点时的速度大于经过点时的速度，故C正确。
D.炮弹由点运动到点做减速运动的加速度大于炮弹从点运动到点的加速度，所以炮弹由点运动到点的时间小于由点运动到点的时间时间，故D正确，
故选：。
抛体运动的最高点有水平速度；炮弹在飞行过程中受重力和阻力作用；炮弹经过点到点的过程中，阻力做负功，根据动能定理可得结论；变速运动的加速度分析。
本题考查了弹道曲线最高点的速度、加速度的大小、速度的变化等知识，需要认真分析，
 

13.【答案】 

【解析】解：、小物块受到的摩擦力做的功为，长板受到的摩擦力做功为，则，为负值，故A正确；
B、整个过程中小物块和长板间因摩擦产生的热量等于系统克服摩擦力做功，为，故B错误；
C、对长板，由动能定理得长板的末动能为，故C正确；
D、整个过程中小物块和长板增加的机械能为，故D错误。
故选：。
根据功的计算公式分析小物块受到的摩擦力做的功与长板受到的摩擦力做功的代数和；整个过程中小物块和长板间因摩擦产生的热量等于摩擦力与相对位移的乘积；根据动能定理求长板的末动能。根据功能关系求整个过程中小物块和长板增加的机械能。
解答本题时，要知道功的计算公式中是对地的位移。因摩擦产生的热量与相对位移有关。
 

14.【答案】       

【解析】解：为了减小空气阻力对实验的影响，应选择的小球是实心小铁球，故D正确，ABC错误；
故选：。
改变大小，重复实验，、始终同时落地，说明两小球在空中运动的时间相等，进一步说明小球在竖直方向的分运动与小球的运动相同，故BC正确，AD错误；
故选：。
竖直方向由匀变速直线运动的推论可得：

可得：
则小球的初速度读为

小球到点的竖直速度为

则水平抛出至点所用时间为

则运动至点的水平、竖直位移分别为


故小球抛出点的横、纵坐标分别为
；
小球抛出点的坐标为
故答案为：；；；
根据实验原理选择合适的实验器材；
根据实验现象分析出对应的实验结论；
根据平抛运动在不同方向上的运动特点结合运动学公式即可完成分析。
本题主要考查了平抛运动的相关应用，理解平抛运动下不同方向上的运动特点，结合运动学公式即可完成分析，难度不大。
 

15.【答案】     

【解析】解：很短时间内的平均速度等于瞬时速度，则滑块通过光电门时瞬时速度为。
当滑块经过光电门时，系统增加的总动能为。
在滑块从点到点之的过程中，系统势能的减少量；
由机械能守恒定律可知，系统增加的总动能等于系统势能的减少量，即，整理得：，
描绘出图线，若图线是过原点得倾斜直线，斜率，则系统机械能守恒。
故答案为：；；；。
根据很短时间内的平均速度等于瞬时速度求出滑块经过光电门时的速度；根据动能的计算公式求出动能的增加量；根据重力势能的计算公式求出重力势能的减少量；应用机械能守恒定律求出图像的函数表达式，然后分析答题。
本题考查验证机械能守恒实验，解题关键掌握实验原理，求出滑块的速度，应用动能与重力势能的计算公式、机械能守恒定律即可解题。
 

16.【答案】解：设恒星和的质量分别和，由万有引力提供向心力
对，有
解得：
对，有
解得：
因此双星的质量之和为
设绕运动的卫星质量为，轨道半径为，根据万有引力提供向心力
解得：，将中所求
代入上式得：
答：求恒星和的质量之和为；
若也有一颗周期为的卫星，其轨道半径为。 

【解析】双星靠相互间的万有引力提供向心力，角速度相等，根据转动半径的大小，比较线速度大小．根据万有引力提供向心力求出双星的质量之和；
根据万有引力提供向心力可求行星的卫星的轨道半径。
解决本题的关键知道双星靠相互间的万有引力提供向心力，具有相同的角速度．以及会用万有引力提供向心力进行求解．
 

17.【答案】解：物体做匀速圆周运动轻绳的拉力提供向心力
物体，
由牛顿第三定律，物体对地面的压力
解得方向垂直水平面向下
对物体，
对物体，，
则
答：物对地面的压力为。
当物体刚要脱离地面，物体的角速度为。 

【解析】由向心力公式，及对物体受力分析，求解压力，对刚脱离地面，重新进行受力分析并列式求解。
本题考查向心力，学生需结合受力分析及牛顿第二定律综合求解。
 

18.【答案】解：包裹在斜面上运动过程，由动能定理得：
代入数据解得：
包裹离开传送带后做平抛运动
水平方向：
竖直方向：
代入数据解得：
包裹在传送带上滑动过程，由牛顿第二定律得：
代入数据解得：，
包裹与传送带速度相等需要的时间
包裹相对传送带滑行的距离：
代入数据解得：
因摩擦产生的热量：
答：包裹滑上传送带点时的速度大小是；
传送带匀速运动的速度大小是；
包裹与传送带间因摩擦产生的热量是。 

【解析】应用动能定理可以求出包裹到达点的速度大小。
包裹离开传送带后做平抛运动，应用平抛运动规律求出传送带的速度大小。
求出包裹相对传送带滑行的距离，然后求出因摩擦产生的热量。
根据题意分析清楚包裹的运动过程是解题的前提，应用动能定理、牛顿第二定律与运动学公式、功的计算公式即可解题。