2021-2022学年黑龙江省鸡西市高一（下）期末物理试卷（含解析）

绝密★启用前

2021-2022学年黑龙江省鸡西市高一（下）期末物理试卷

第I卷（选择题）

一、单选题（本大题共8小题，共32.0分）

1. 爱因斯坦为近代物理开辟了新纪元，如图为写有著名质能方程的爱因斯坦亲笔信。关于相对论时空观与牛顿力学的局限性，下列说法中正确的是(    )

A. 相对论认为在不同的惯性系中，物理规律和形式都是相同的
B. 经典时空观认为时间、长度和质量都与参照系的运动有关
C. 经典力学就是牛顿运动定律，适用于宏观、低速、弱引力的情况
D. 相对论表明真空中的光速在不同的惯性参考系中是不相同的
 

2. 年月日，北京冬奥会花样滑冰双人滑自由滑比赛在首都体育馆举行，中国选手隋文静韩聪夺得双人滑冠军，如图所示，男运动员以自己为转动轴拉着女运动员做圆周运动，关于运动员做圆周运动的向心力、向心加速度，下列说法正确的是(    )

A. 运动员做匀速圆周运动，其向心加速度时刻在改变
B. 运动员向心加速度越大，其速率变化越快
C. 向心力可以改变速度的大小和方向
D. 女运动员重力的分力提供向心力

3. 如图所示，大、小齿轮相互咬合，、分别是大小齿轮边缘上的点，点是大齿轮上的一点，已知、、三点到各自齿轮中心的距离，则、、的向心加速度之比为(    )

A. ：： B. ：： C. ：： D. ：：

4. 小船过河，河宽，水流速度为，船在静水中的速度为，下列说法正确的是(    )

A. 船不可能到达正对岸
B. 船的最短过河时间为
C. 船头指向正对岸过河到达对岸的过程，船的运动轨迹为曲线
D. 船头指向正对岸过河到达对岸，船到达正对岸下游处

5. 如图所示，地球的两颗人造卫星甲、乙分别在圆轨道、椭圆轨道上运动，、分别是椭圆轨道的近地点、远地点，与地心的距离分别为、，两轨道相切于点，则甲、乙的周期之比为(    )

A.  B.  C. ： D. ：

6. 如图所示，一轻绳的一端固定在点，另一端竖直悬挂一小球。在图示最低点给小球一水平初速度，使小球恰好能做圆周运动。不计空气阻力，则小球在最低点的速度大小与在最高点时的速度大小比值为(    )

A.  B.  C.  D.

7. 若某质量为战舰发动机的额定功率为，最大航速为在一次航行中，战舰以大小为的加速度从静止在海平面启动，航行过程中战舰所受阻力不变，当战舰发动机功率达额定功率时，战舰运动的时间为(    )

A.  B.  C.  D.

8. 如图所示，传送带以速度逆时针运转，两传动轮、之间的距离为，在传送带轮的正上方，将一质量为的物块可视为质点轻放在传送带上。已知物块与传送带之间的动摩擦因数。重力加速度取，在物块由处到处的过程中，传送带对物块做的功为(    )

A.  B.  C.  D.

二、多选题（本大题共4小题，共16.0分）

9. 年月日，“天宫课堂”第二课在中国空间站开讲，由航天员在轨演示太空“冰雪”实验、液桥演示实验、水油分离实验、太空抛物实验，空间站轨道高度约为，倾角约，总重量约，地球半径约，已知地球表面重力加速度取，忽略地球自转影响。下列说法正确的有(    )

A. 空间站实质上就是一颗同步卫星
B. 宇航员进驻空间站时为完全失重状态
C. 空间站的环绕地球的速度大于
D. 空间站向心加速度大小约为
 

10. 在竖直方向运动的电梯内，有一个质量的乘客随电梯一起向下做匀速直线运动，当落到离地面时，制动系统开始启动，经电梯匀减速运动到地面时刚好停止，重力加速度取，则乘客匀减速运动过程中(    )

A. 乘客减速时的加速度大小为
B. 乘客受到的支持力大小为
C. 乘客的机械能减少了
D. 乘客受到的合力对乘客做的功为

11. 比赛开始之前，裁判员利用掷硬币的方法让双方球队的队长来挑选一侧的场地，若裁判员以初速度竖直向上掷出一枚质量为的硬币，硬币升到最高点之后，又落回掷出点．假设硬币所受空气阻力大小恒为，运动的最高点距掷出点为，重力加速度大小为则下列说法正确的是(    )

A. 整个过程中空气阻力对硬币做功之和为
B. 整个过程中硬币损失的机械能为
C. 下降过程中有
D. 上升过程中有

12. 年至月，天问一号探测器择机着陆火星．如图所示，假设天问一号探测器环绕火星做匀速圆周运动的周期为，对火星的张角为已知引力常量为，火星半径为，由以上数据可以求得(    )

A. 火星的质量为 B. 火星的密度
C. 火星的第一宇宙速度为 D. 天问一号探测器的线速度大

第II卷（非选择题）

三、实验题（本大题共2小题，共12.0分）

13. 物理实验小组的两同学分别做“研究平抛运动”实验。以下结果均用题目所给字母表示
    甲同学在做研究平抛运动实验时，只在纸上记下轴位置，并描出部分轨迹，如图甲所示。现在曲线上取、两点，用刻度尺分别量出它们到轴的距离，，以及的竖直距离，空气阻力不计，重力加速度为，则小球抛出时的初速度大小为______。
    乙同学借助频闪仪成功拍摄了小球做平抛运动的照片，如图乙所示，若照片中小方格的边长表示的实际长度为，频闪仪的闪光频率为，则小球的平抛初速度大小为______，小球经过点时的速度大小______，当地重力加速度为______．

14. 某实验小组“用落体法验证机械能守恒定律”，实验装置如图甲所示．让重锤从高处由静止开始下落，打点计时器在重锤拖着的纸带上打出一系列的点，对图中纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。
    除带夹子的重物、纸带、铁架台含铁夹、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的器材是______填正确答案标号．
    A.交流电源
    B.刻度尺
    C.天平含砝码
    在该实验中，有几个注意事项，以下描述正确的是______填正确答案标号。
    A.为减小摩擦阻力，需要调整打点计时器的限位孔，使它在同一竖直线上
    B.可以选用质量很大的重锤，先用手托住，等计时器通电后再释放重锤
    C.只有选第、第两打点间隔约的纸带才代表打第点时的速度为零
    选出一条清晰的纸带如图乙所示，其中点为打点计时器打下的第一个点，、、为三个计数点，打点计时器通频率为的交变电流．用分度值为的刻度尺测得，，在计数点和、和之间还各有一个点，重锤的质量为重力加速度取，甲同学根据以上数据算出：当打点计时器打到点时重锤的重力势能比开始下落时减少了______；此时重锤的动能比开始下落时增加了______。结果均保留三位有效数字

四、计算题（本大题共4小题，共40.0分）

15. 如图所示的装置可绕竖直轴匀速转动，可视为质点的小球用细线连接于处．已知小球的质量，细线长，重力加速度大小取，，装置从静止开始缓慢增大转速，细线始终未断裂计算结果可保留根号求：
    当装置转动的角速度时，求细线的拉力大小；
    当细线与竖直轴的夹角时，求装置转动的角速度大小．
16. 年月日，我国成功将天链二号卫星送入预定轨道，发射任务取得圆满成功．假设该卫星绕地球做匀速圆周运动，轨道半径为地球半径的倍．已知地球表面处的重力加速度大小为，引力常量为，忽略地球的自转，求：
    地球的质量和密度；
    卫星绕地球转动的角速度．

17. 如图所示，直挡板固定在斜槽的右侧，小球甲、乙看成质点从光滑的斜槽上不同的高度由静止滑下，离开斜槽的末端点分别做平抛运动，甲打在挡板的点，且速度与挡板的夹角为，乙打在挡板的点，速度与挡板的夹角为，、两点的高度差为，重力加速度，、，求：
    甲、乙做平抛运动的竖直高度之比以及点与竖直挡板之间的水平距离；
    乙平抛运动的时间与甲平抛运动的时间之差。

18. 如图所示，半径的四分之一光滑圆弧轨道竖直固定，其末端切线水平，将一质量的滑块从圆弧最高点由静止释放，再经长且与点等高的粗糙平面滑上静止于光滑水平地面上质量为的足够长的长木板，长木板的上表面与面齐平，与点的间隙可忽略，当滑块滑至长木板上表面的同时施加给一个大小为的水平向右的作用力。已知滑块与粗糙平面及上表面的动摩擦因数均为取。求：
    滑块对圆轨道最低点点的压力；
    当滑块滑到长木板后经多长时间，两者速度相等。

答案和解析

1.【答案】 

【解析】解：、相对论认为在不同的惯性系中，物理规律和形式都是相同的，故A正确；
B、经典时空观认为空间和时间是独立于物体及其运动而存在的，时间，长度和质量都与参照系的运动无关，故B错误；
C、经典力学并不等于牛顿运动定律，牛顿运动定律只是经典力学的基础，故C错误：
D、相对论告诉我们，真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，故D错误。
故选：。
相对论认为在不同的惯性系中，物理规律和形式都是相同的；
经典时空观认为空间和时间是独立于物体及其运动而存在的，时间，长度和质量都与参照系的运动无关；
牛顿运动定律只是经典力学的基础，经典力学不等于牛顿定律；
真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。
明确相对论中的观点，知道牛顿定律与经典力学的关系。
 

2.【答案】 

【解析】解：、匀速圆周运动中，向心加速度大小不变，方向指向圆心，时刻在改变，故A正确；
B、向心加速度和向心力始终指向心，不改变速度的大小，只改变速度的方向，故B错误；
C、做圆周运动的物体，向心加速度和向心力始终指向圆心，与速度方向垂直，不改变速度的大小，只改变速度的方向，故C错误；
D、女运动员所受男运动员对她的拉力的水平分力提供向心力，故D错误。
故选：。
匀速圆周运动中，向心加速度大小不变，方向指向圆心，时刻在改变；向心力只改变速度的方向；女运动员所受男运动员对她的拉力的水平分力提供向心力。
解决本题的关键知道转速与角速度的关系，以及知道女运动员做圆周运动向心力的来源．
 

3.【答案】 

【解析】解：大、小齿轮相互咬合，边缘点的线速度大小相等，即，、两点同轴转动，角速度相等。
A、是转动的大小齿轮边缘的两点，是大轮上的一点。若大轮半径是小轮的两倍，两轮中心、的距离相等，
由可知角速度之比：：：，即，由公式可知向心加速度之比为：：：，由可知：：：，所以，所以向心加速度之比为：：：，故D正确，ABC错误。
故选：。
同缘传动时，边缘点的线速度大小相等；同轴传动时，角速度相等；然后结合，，列式求解。
本题关键明确同缘传动同轴传动的特点是线速度大小相等，再根据描述圆周运动的各物理量间的关系分析求解即可。
 

4.【答案】 

【解析】解：、因船在静水中的速度小于水流速度，则当合速度不可能垂直河岸时，船不可能到达正对岸，故A正确；
B、当船头指向正对岸过河时，渡河时间最短，则最短时间为：，故B错误；
C、船头指向正对岸过河到达对岸的过程，两匀速直线运动的合运动还是匀速直线运动，所以船的运动轨迹为直线，故C错误；
D、船头指向正对岸过河到达对岸，船到达正对岸下游，故D错误。
故选：。
因为水流速度大于静水速度，所以合速度的方向不可能垂直河岸，则小船不可能到达正对岸．当静水速的方向与河岸垂直，渡河时间最短．
解决本题的关键知道当静水速与河岸垂直时，渡河时间最短，当静水速大于水流速，合速度与河岸垂直，渡河航程最短，当静水速小于水流速，合速度与静水速垂直，渡河航程最短．
 

5.【答案】 

【解析】解：甲的轨道半径为，乙的半长轴为，根据开普勒第三定律可得：
解得：：：，故A正确、BCD错误。
故选：。
求出甲的轨道半径为，乙的半长轴，根据开普勒第三定律进行解答。
本题主要是考查开普勒第三定律，解答本题的关键是掌握开普勒第三定律的应用方法。
 

6.【答案】 

【解析】解：根据题意，小球恰好能做圆周运动可知
在最高点，，
解得，
在最高点到最低点过程中，根据动能定理可知，

解得，
即小球在最低点的速度大小与在最高点时的速度大小比值为：，故A正确，BCD错误；
故选：。
在最高点和最低点合外力提供向心力，根据牛顿第二定律、动能定理以及向心力公式列式求解。
解决本题的关键知道“杆模型”与“绳模型”的区别，知道向心力的来源，运用牛顿第二定律进行分析。
 

7.【答案】 

【解析】解：最大航速为，由以及最大速度时可得，战舰受到的阻力；战舰以大小为的加速度运动时，由牛顿第二定律可得，牵引力，解得：，达额定功率时的速度；由可得，战舰运动的时间，故D正确，ABC错误。
故选：。
根据额定功率和最大航速求解阻力大小，根据牛顿第二定律求解牵引力大小，再由即可求出匀加速过程中的最大速度，由即可求解加速时间。
本题考查功率公式的应用，明确轮船速度最大时牵引力与阻力相等，并且注意当达到额定功率时匀加速过程结束。
 

8.【答案】 

【解析】解：设物块在传送带上加速时的加速度为，根据牛顿第二定律得：，代入数据解得：
设物块的速度达到，所用经过的位移为，，
物块前做匀加速直线运动，然后与传送带相对静止一起做匀速直线运动直到离开传送带，
由动能定理可知，物块由处到处的过程中，传送带对物块做的功为，故C正确，ABD错误。
故选：。
应用牛顿第二定律求出物块的加速度，应用运动学公式求出物块离开传送带时的速度大小，应用动能定理求出传送带对物块做的功。
分析清楚物块的运动过程，应用牛顿第二定律、运动学公式与动能定理即可解题；求传送带对物块做的功，也可以用功的计算公式求解。
 

9.【答案】 

【解析】解：、同步卫星位于赤道平面上，即倾角为，而空间站倾角为，空间站不是同步卫星，故A错误，
B、空间站在万有引力作用下匀速圆周运动，处于完全失重状态，宇航员进驻空间站也处于完全失重状态，故B正确；
C、空间站的环绕速度要小于第一宇宙速度，故C错误：
D、根据，得到，故D正确。
故选：。
地球同步卫星的轨道面位于赤道面内；空间站的宇航员对支持物的压力为零，宇航员处于完全失重状态；根据平方反比律计算空间站的向心加速度。
本题的关键在于能用自己所学知识解决生活中的遇到的问题，学以致用。
 

10.【答案】 

【解析】解：、电梯向下做匀减速直线运动，末速度为零，其逆过程是初速度为零的匀加速直线运动，由得，所以乘客减速时的加速度大小为，故A正确；
B、对乘客，由牛顿第二定律得：，解得乘客受到的支持力大小为，故B错误；
C、乘客匀减速运动过程中，支持力对乘客做的功为，根据功能关系可知，乘客的机械能减少等于克服支持力做功大小，为，故C正确；
D、乘客受到的合力大小为，方向竖直向上，合力对乘客做的功为，故D错误。
故选：。
制动系统启动后，电梯做匀减速运动，根据运动学公式求乘客减速时的加速度大小，对乘客，利用牛顿第二定律求乘客受到的支持力大小。乘客的机械能减少等于克服支持力做功大小。由功的计算公式和牛顿第二定律求解乘客受到的合力对乘客做的功。
本题属于知道运动情况确定受力情况和功能关系的类型，关键要熟练运用逆向思维求电梯的加速度。要掌握功能关系，知道除重力以外其它力做的功等于物体机械能的变化。
 

11.【答案】 

【解析】解：、整个过程中空气阻力对硬币一直做负功，空气阻力对硬币做功之和为，故A错误；
B、根据功能关系可知，整个过程中硬币损失的机械能等于克服空气阻力做的功，为，故B正确；
C、设硬币落回掷出点时速度大小为。下降过程中，根据动能定理可得：，即，因，所以，故C错误；
D、上升过程中，根据动能定理可得：，即，故D正确。
故选：。
空气阻力与路程有关。整个过程中硬币损失的机械能等于克服空气阻力做的功。对下降和上升两个过程，分别运用动能定理列式分析。
本题考查动能定理和功能关系的相关应用，关键要知道空气阻力与路程有关，运用动能定理时要注意研究过程的选择。
 

12.【答案】 

【解析】解：探测器所受向心力由万有引力提供，有
由几何关系，有
解得：，所以A正确；
B.火星密度，所以B错误；
C.火星的第一宇宙速度满足

D.探测器的线速度为
代入，得所，以D正确。
故选：。
设火星半径为，根据几何关系求出探测器的轨道半径与的关系，结合万有引力提供向心力求解火星的质量表达式和密度表达式，进而判断是否可用已知量表示；根据足，可求火星的第一宇宙速度；根据线速度公式，求解探测器的线速度。
解决本题的关键在根据万有引力提供向心力求出火星质量表达式和密度表达式，进而再计算火星的第一宇宙速度及天问一号探测器的线速度。
 

13.【答案】      

【解析】解：设初速度为，则从抛出点运动到点所需的时间为
从抛出点运动到点所需的时间
在竖直方向上有
解得：
据频闪照片，水平方向有
解得：
为的时间中点，其竖直分速度

故
在竖直方向上有，有
解得：
故答案为：：；；；。
根据竖直方向的运动特点计算出时间间隔，将时间代入到水平方向计算出初速度。
算出点的竖直速度，然后根据勾股定理求出和速度；由求重力加速度。
本题主要考查了平抛运动的相关应用，根据实验原理掌握正确的实验操作，理解平抛运动在不同方向的运动特点，结合运动学公式完成分析。
 

14.【答案】       

【解析】解：、打点计时器需要交流电源，故A正确；
B、在该实验中需要测量点迹间的距离，需要刻度尺，故B正确；
C、在验证机械能守恒时，，既需要验证即可，故不需要天平，故C错误。
故选：。
、为减小实验误差，应减小阻力对实验的影响，为减小摩擦阻力，需要调整打点计时器的限位孔，使它在同一竖直线上，故A正确；
B、为减小空气阻力对实验的影响，应选择质量大而体积小的重锤，重锤质量应适当大些，但不能很大，故B错误；
C、重锤做自由落体运动，在内的位移，只有选第、第两打点间隔约的纸带才代表打第点时的速度为零，故C正确。
故选：。
打点计时器通频率为的交变电流，计数点和、和之间还各有一个点，相邻计数点间的时间间隔；
做匀变速直线运动的物体在某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，打点时的速度
当打点计时器打到点时，重锤的重力势能减少
此时重锤的动能比开始下落时增加了
故答案为：；；；。
根据实验的原理确定所需测量的物理量，从而确定所需的器材；
根据实验的原理和实验的注意事项分析；
根据下降的高度求出重力势能的减小量；根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出点的瞬时速度，从而得出动能的增加量。
此题考查了验证机械能守恒的实验，解决本题的关键掌握实验的原理，会通过原理确定器材，以及掌握纸带的处理方法，会通过纸带求解瞬时速度的大小，注意理解产生误差的根源。
 

15.【答案】解：设绳与竖直方向上的夹角为，有

解得

当细线与竖直轴的夹角为时，设此时绳的拉力大小为，有 
解得

答：当装置转动的角速度时，细线的拉力大小为；
当细线与竖直轴的夹角时，装置转动的角速度大小为． 

【解析】根据牛顿第二定律解得；
分析小球的运动情况，再根据牛顿第二定律解答。
本题考查牛顿第二定律在圆周运动中的应用，解题关键掌握合力的计算，注意向心力的来源。
 

16.【答案】解：地面上物体所受重力近似等于万有引力，有
解得：

地球密度为：
解得：
卫星绕地球转动，万有引力提供向心力，有

解得：
答：地球的质量为和密度为；
卫星绕地球转动的角速度为． 

【解析】在地球表面处物体受到的重力等于万有引力，结合密度公式解得；
根据万有引力提供向心力可解得；
卫星问题处理的主要思路有两条：一星球表面物体的重力与万有引力相等，二是万有引力提供环绕天体圆周运动的向心力，称为黄金代换式，在卫星问题中经常用到，要熟练掌握。
 

17.【答案】解：设点与竖直挡板之间的距离为，甲、乙平抛运动的高度分别为、。
由平抛运动的推论可知，甲在点速度的反向延长线交于水平位移的中点，乙在点速度的反向延长线交于水平位移的中点
由几何关系可得：，
联立解得：
由题意可得
联立解得：、、；
甲、乙做平抛运动的高度分别为、
乙平抛运动的时间与甲平抛运动的时间之差
联立解得。
答：甲、乙做平抛运动的竖直高度之比为：，点与竖直挡板之间的水平距离为；
乙平抛运动的时间与甲平抛运动的时间之差为。 

【解析】由平抛运动的规律可知，末速度的反向延长线交于水平位移的中点，由此根据几何关系进行解答；
根据竖直方向的自由落体运动求解时间之差。
本题主要是考查了平抛运动规律的应用，知道平抛运动可以分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动，能够根据平抛运动的规律结合运动学公式解答。
 

18.【答案】解：滑块从光滑圆弧轨道下滑的过程中，根据机械能守恒定律得：

得：
在点，对滑块根据牛顿第二定律得：

联立得：
由牛顿第三定律可知，滑块对圆轨道最低点点的压力大小为，方向竖直向下。
由到，由动能定理得：

且
解得
设滑块滑上长木板后，相对长木板滑动时加速度大小为，此过程中长木板的加速度大小为，则
对滑块有 
解得 
对长木板有 
解得 
设滑块滑到长木板后经时间，两者速度相等，则
 
解得
答：滑块对圆轨道最低点点的压力大小为，方向竖直向下；
当滑块滑到长木板后经时间，两者速度相等。 

【解析】滑块从光滑圆弧轨道下滑的过程中，其机械能守恒，由机械能守恒定律求出滑块到达圆轨道最低点点的速度。在点，对滑块根据牛顿第二定律求轨道对滑块的支持力，从而得到滑块对轨道的压力。
滑块由到，根据动能定理求出滑块到达点的速度。滑块滑上长木板后，对两者分别运用牛顿第二定律求出加速度，再根据速度相等列式，即可求出运动时间。
本题首先要分析物理过程，确定研究对象，其次要把握解题的规律，采用机械能守恒定律、动能定理和牛顿第二定律、运动学公式相结合进行解答。