2021-2022学年河南省商开大联考高一（下）期末物理试卷（含解析）

绝密★启用前

2021-2022学年河南省商开大联考高一（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. 关于做曲线运动的物体，下列说法正确的是(    )

A. 物体的动能一定时刻发生变化 B. 物体的速度一定时刻发生变化
C. 物体的加速度一定时刻发生变化 D. 物体所受的合外力一定时刻发生变化

2. 如图所示，某齿轮传动机械中的三个齿轮的半径之比为：：，当齿轮转动的时候，小齿轮边缘的点和大齿轮边缘的点的线速度大小之比和周期之比分别为(    )

A. ：；： B. ：；： C. ：；： D. ：；：

3. 如图所示，一小圆环从光滑竖直杆上的点由静止开始下滑，轻杆固定在地面上的点，下滑过程中不计空气阻力，则圆环的动能正比于(    )

A. 下降的高度
B. 下降的时间
C. 下降的速度
D. 距点的高度

4. 年月日，我国在太原卫星发射中心使用长征二号丁运载我火箭，成功将吉林一号宽幅卫星送入预定轨道．已知该卫星先以近地点点所在的圆为轨道做圆周运动，稳定后再变轨为如图所示的椭圆轨道，两轨道相切于点．忽略空气阻力和卫星质量的变化，则(    )

A. 宽幅卫星在椭圆轨道上运动的周期小于在圆轨道上运动的周期
B. 宽幅卫星在椭圆轨道上运动时，在点的线速度小于在点的线速度
C. 宽幅卫星由圆轨道变为椭圆轨道时需要在处点火加速
D. 宽幅卫星从点运动到点的过程中，卫星的动能增大
 

5. 某同学站在楼上玩水枪游戏时，枪口离地高度为，若水从枪口沿水平方向射出的速度大小为，水射出后落到水平地面上．不计空气阻力，重力加速度大小取，则(    )

A. 射出的水的位移大小为
B. 射出的水在空中的运动时间为
C. 射出的水落到地面上时速度大小为
D. 射出的水落到地面上时速度方向与地面夹角的正切值为

6. 长为的轻绳末端系一小球可视为质点，用手握住经绳另一端使小球在水平面内做匀速圆周运动．已知轻绳能承受的最大拉力为小球重力的倍，则小球做圆周运动的最大半径为(    )

A.  B.  C.  D.

7. 如图所示，宇宙中存在着离其他恒星较远的、由质量均为的三颗星组成的三星系统，可忽略其他星体对三星系统的影响．三颗星位于边长为的等边三角形的三个顶点上，并沿三角形的外接圆运行，引力常量为则运行的周期为(    )

A.  B.  C.  D.

8. 在大型货场，常通过斜面将货物送上货车，这个过程简化为如图所示模型：固定光滑斜面的倾角为，质量为的物块，在沿斜面向上的恒力作用下，由静止开始从斜面的底端向上做匀加速直线运动，经时间物块运动至斜面点图中未标出，然后撤去外力，再经过时间物块速度减为零．已知外力做的功为，则撤去外力时物块的动能为(    )

A.  B.  C.  D.

二、多选题（本大题共4小题，共16.0分）

9. 如图所示，一质量为的小球从坡面上点由静止下滑至点，已知、两点间的高度差为，点与点的高度差为，不计空气阻力，重力加速度为，下列说法正确的是(    )

A. 小球在点的重力势能一定为
B. 小球从点到点过程中机械能守恒
C. 小球从点到点过程中重力做功为
D. 小球在点的速度大小可能为

10. 一小船渡河，河宽，河水的流速与船离一侧河岸的距离的变化关系如图所示，船在净水中的速度，若要使船以最短的时间渡河，则(    )

A. 船在行驶过程中，船头与上游河岸成角
B. 船运动的轨迹不可能是直线
C. 船渡河的最短时间是
D. 船在河水中的最大速度是

11. 年月日，天舟四号货运飞船与天和核心舱完成自主快速交会对接．天和核心舱绕地球运行的轨道可视为圆轨道且离地面的高度约为，地球半径约为，地球同步卫星离地面的高度约为，下列说法正确的是(    )

A. 核心舱在轨道上运行的周期小于地球同步卫星在轨道上运行的周期
B. 航天员在空间站内自由漂浮是因为其所受引力近似为零
C. 天和核心舱运行的速度小于地球第一宇宙速度
D. 宇航员在空间站内处于平衡状态

12. 如图所示，质量为的甲物体用细线跨过定滑轮及轻质弹簧与质量为的乙物体相连，用手托着物体甲使弹簧处于原长，开始时细绳刚好绷直，物体乙静止在地面上，弹簧的劲度系数为，已知弹簧的弹性势能与形变量之间的关系为，重力加速度大小为，不计一切摩擦及空气阻力，则从物体甲开始下落至物体乙刚要离开地面的过程中物体甲未触地，下列说法正确的是(    )

A. 物体甲下落的高度为
B. 物体甲和弹簧组成的系统机械能守恒
C. 物体乙刚要离开地面时，弹簧的弹性势能为
D. 物体乙刚要离开地面时，物体甲的速度大小为

第II卷（非选择题）

三、实验题（本大题共2小题，共12.0分）

13. 某学习小组的三个同学根据不同的实验条件，进行了探究平抛运动规律的实验：
    
    甲同学采用如图甲所示的装置．为了验证做平抛运动的小球在竖直方向上做自由落体运动，小锤打击弹性金属片，球水平抛出，同时球被松开，自由下落．关于该实验，下列说法中正确的有______．
    A.两球的质量应相等
    B.两球应同时落地
    C.应改变装置的高度，多次实验
    D.实验也能说明球在水平方向上做匀速直线运动
    乙同学采用如图乙所示的装置．两个相同的弧形轨道、，分别用于发射小铁球、，其中的末端可看作与光滑的水平板相切水平板足够长，两轨道上端分别装有电磁铁、；调节电磁铁、的高度使，从而保证小铁球、在轨道出口处的水平初速度相等．现将小铁球、分别吸在电磁铁、上，然后切断电源，使两小球能以相同的初速度同时分别从轨道、的末端射出．实验可观察到的现象是______；仅仅改变弧形轨道的高度，重复上述实验，仍能观察到相同的现象．
    丙同学采用频闪摄影的方法拍摄到如图丙所示的小球做平抛运动的照片，图中背景方格的边长均为，如果重力加速度取，则照相机的闪光频率是______；小球经过点时的速度大小为______．
14. 某同学“验证机械能守恒定律”的实验装置如图甲所示，质量的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列点，如图乙所示为选取的一条符合实验要求的纸带，为所打的第一个点，、，为从合适位置开始选取的三个连续点其他点未画出已知所用交流电源的频率为，当地重力加速度取回答下列问题：
    
    取图中点和点来验证机械能守恒定律：计时器打点时重物的速度大小为______；从点到点，重物的重力势能减少量______，动能增加量______J.结果保留三位有效数字
    实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是______填选项前的字母．
    A.利用公式计算重物速度
    B.利用公式计算重物速度
    C.存在空气阻力和摩擦阻力的影响
    D.没有采用多次实验取平均值的方法

四、简答题（本大题共1小题，共8.0分）

15. 年月日，神舟十四号载人飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，名航天员进驻核心舱并计划在轨驻留个月。假设核心舱绕地球做匀速圆周运动，核心舱距离地球表面的高度为，在轨运行的周期为，地球半径为，万有引力常量为，求：
    地球的质量；
    地球的第一宇宙速度。

五、计算题（本大题共3小题，共32.0分）

16. 在时刻，一质量为的物块在水平外力的作用下在光滑水平地面上从静止开始运动，物块的加速度一时间关系图像如图所示，求：
    在第末，外力的功率；
    在外力做的总功．

17. 如图所示，长度为的轻绳，一端拴着一质量的小球在竖直面内做圆周运动，小球可视为质点且在运动过程中绳子始终处于绷紧状态．斜面左上端与圆相切于点，斜面倾角为，高为，重力加速度取，，，忽略空气阻力．
    若小球刚好通过最高点，求小球此时的速度大小；
    若轻绳能承受的最大张力为，求小球在最低点时速度的最大值；
    若小球达到问中速度的最大值时绳子刚好断裂，此后小球从光滑宽阔的斜面处水平射入斜面，最后从处离开斜面，求小球从处到达处所用的时间和沿初速度方向的位移大小．
18. 如图所示，倾角为的传送带足够长以恒定速率顺时针转动，在时，将质量的物体可视为质点轻放在传送带上，物体在做初速度为零的匀加速直线运动，加速度大小为，物体在时速度达到传送带速度后，在继续向下做匀加速直线运动，加速度大小，已知，，重力加速度取求：
    物体与传送带间的动摩擦因数；
    在前内，传送带对物体做的功和物体与传送带间因摩擦产生的热量．

答案和解析

1.【答案】 

【解析】解：、做曲线运动的物体速度方向时刻发生改变，即速度一定变化，但速率可能不变，如匀速圆周运动，动能不变，故A错误、B正确；
、做曲线运动的物体所受的合外力可能不变，加速度也可能不变，如平抛运动，故CD错误．
故选：。
曲线运动的条件的是合外力与速度不在一条直线上，速度方向时刻变化，故曲线运动是变速运动．曲线运动合力一定不能为零．
掌握曲线运动的条件，合外力与速度不在一条直线上，知道曲线运动合外力一定不为零，速度方向时刻变化，大小可以不变，一定是变速运动．
 

2.【答案】 

【解析】解：图中三个齿轮边缘线速度大小相等，则点和点的线速度大小之比为：；
由可知，线速度一定时，周期与半径成正比，则点和点周期之比为：，故C正确，ABD错误；
故选：。
大齿轮和小齿轮是同缘传动，边缘点的线速度大小相等；再根据判断角速度的关系，根据判断出向心加速度的关系。
解决本题的关键知道线速度、角速度与半径的关系，知道大齿轮和小齿轮的线速度大小相等，基础题。
 

3.【答案】 

【解析】解：圆环下降过程中机械能守恒，则，所以圆环的动能正比于下降的高度，故A正确，BCD错误；
故选：。
根据机械能守恒定律解得动能的表达式，从而分析判断。
本题考查机械能守恒定律，解题关键掌握机械能守恒规律的应用。
 

4.【答案】 

【解析】解：、根据开普勒第三定律，卫星的道半长轴越大，周期越大，所以宽幅卫星在椭圆轨道上运动的周期大于在圆轨道上运动的周期，故A错误；
、卫星从点运动到点的过程中，远离地球，地球对卫星的引力做负功，卫星的动能减小，所以在点的线速度大于在点的线速度，故BD错误；
C、卫星在点由圆轨道变为椭圆轨道是离心运动，需要加速，故C正确。
故选：。
根据开普勒第三定律比较周期；根据引力做功的特点，结合动能定理分析；根据变轨原理，将近地点速度与卫星圆周运动的线速度比较，即可求解。
解决本题的关键要理解并掌握卫星变轨的原理，知道开普勒三个定律的内容，并会应用。
 

5.【答案】 

【解析】解：、由平抛运动规律可知
得：
射出的水水平位移，
位移为，故A正确、B错误；
C、落到地面上时竖直分速度，落到地面上速度为，故C错误；
D、落到地面上时速度方向与地面夹角的正切值，故D错误．
故选：。
平抛运动是一种典型的匀变速曲线运动，研究平抛运动的方法是把平抛运动分解到水平方向和竖直方向去研究，水平方向做匀速直线运动，竖直方向做自由落体运动，通过运动学的基本公式解题。
研究平抛运动的方法是把平抛运动分解到水平方向和竖直方向去研究，水平方向做匀速直线运动，竖直方向做自由落体运动，注意区分合速度和水平射程等平抛运动中的概念。
 

6.【答案】 

【解析】解：当轻绳的拉力达到所能承受的最大值时，设此时的轻绳与竖直方向的夹角为，则有，此时小球做圆周运动的半径为，故ABD错误，C正确；
故选：。
根据几何关系结合小球运动半径的分析解答。
本题考查向心力，解题关键掌握圆周运动半径的判断。
 

7.【答案】 

【解析】解：三颗星体之间的距离均为，由几何关系知，三颗星体做圆周运动的半径为，任一星体所受的合力充当向心力，即有，解得，故B正确，ACD错误；
故选：。
选择其中一颗恒星为研究对象，对研究对象受力分析，找到做圆周运动所需向心力的来源，结合牛顿第二定律列式分析。
万有引力定律和牛顿第二定律是力学的重点，在本题中关键是进行正确受力分析，找向心力的来源。
 

8.【答案】 

【解析】解：取沿斜面向上为正方向，则由匀变速直线运动的规律有，匀加速过程，匀减速过程
联立解得，
由牛顿第二定律有：，，
联立解得；
由动能定理可知，撤去外力前，外力对物块做的功为，
合力对物块做的功为，
即撤去外力时物块的动能，故ABD错误，C正确；
故选：。
根据加速过程的末速度和减速过程的初速度大小相等从而分析得到加速和减速过程的加速度大小，根据牛顿第二定律求出外力与重力的关系，由动能定理求解撤去外力时物块的动能。
解决该题需要明确知道物块的运动过程，掌握加速和减速过程中的物理量特征，掌握做功的求解公式以及会用动能定理求解某个过程的动能。
 

9.【答案】 

【解析】解：、重力势能是相对的，是相对于零势能面的，由于未选定零势能面，所以小球在点的重力势能无法确定，故A错误；
B、由于坡面粗糙、光滑未知，小球从点到点过程中机械能不一定守恒，故B错误；
B、重力做功只与始末位置的高度差有关，小球从点到点过程中重力做功为，故C正确；
D、若坡面光滑，则小球的机械能守恒，由机械能守恒定律有，解得小球在点的速度大小，故D正确。
故选：。
重力势能是相对的，是相对于零势能面的，未选定零势能面时重力势能无法确定；小球从点到点过程中，坡面粗糙、光滑未知时，机械能不一定守恒；根据初末位置高度差求重力做功；若坡面光滑，则由机械能守恒定律求出小球在点的速度大小。
解决本题时，要掌握机械能守恒的条件：只有重力或弹力做功，往往要求接触面是光滑的。
 

10.【答案】 

【解析】解：、船头始终与河岸垂直，渡河时间最短，故A错误；
B、由于水流速度变化，船头始终与河岸垂直，所以合速度方向变化，运动的轨迹不可能是直线，故B正确；
C、船在行驶过程中，船头始终与河岸垂直时渡河时间最短，即，故C错误；
D、船在河水中的最大速度为，故D正确．
故选：。
将船的运动分解为垂直于河岸方向和沿河岸方向，当静水速与河岸垂直时，渡河时间最短．当水流速最大时，船在河水中的速度最大．
解决本题的关键将船的运动分解为垂直于河岸方向和沿河岸方向，抓住分运动与合运动具有等时性进行求解．
 

11.【答案】 

【解析】解：、根据万有引力提供向心力有：，解得：，可知轨道半径越大周期越大，同步卫星轨道半径比核心舱轨道半径大，则核心舱在轨道运行周期比同步卫星的运行周期小，故A正确；
B、航天员在空间站内环绕地球做圆周运动过程，引力提供向心力而处于漂浮状态，故B错误；
C、第一宇宙速度为卫星绕地球表面做匀速圆周运动的最大环绕速度，天和核心舱运行的速度小于地球第一宇宙速度，故C正确；
D、宇航员在空间站内处于完全失重状态，故D错误．
故选：。
已知核心舱做匀速圆周运动的轨道半径小于同步卫星的半径，由万有引力提供向心力即可求出运动周期，第一宇宙速度是卫星近表面圆轨道的运行速度。宇航员在空间站内引力提供向心力而处于漂浮状态，处于完全失重状态。
本题的关键抓住万有引力提供向心力，列式求解出周期的表达式是解答的前提条件，注意第一宇宙速度的特点。
 

12.【答案】 

【解析】解：、物体乙刚要离开地面时，对地面恰好无压力，则此时弹簧的弹力为，由胡克定律知，联立解得，所以物体甲下落的高度为，故A错误；
B、物体甲下落过程中，对于甲和弹簧组成的系统，只有重力和弹簧弹力做功，系统机械能守恒，故B正确；
C、物体乙刚要离开地面时，弹簧的弹性势能为，故C正确；
D、从物体甲开始下落至物体乙刚要离开地面的过程中，对甲和弹簧组成的系统，由机械能守恒定律有：

代入数据解得：，故D正确。
故选：。
物体甲下落的高度等于弹簧的伸长量；根据机械能守恒定律的守恒条件进行分析；根据弹簧弹性势能的计算公式求解弹簧的弹性势能；由机械能守恒定律求解速度大小。
本题主要是考查功能关系、机械能守恒定律等，解答本题的关键是能够分析运动过程中各物体的受力情况，掌握机械能守恒定律的守恒条件，能够根据功能关系进行分析。
 

13.【答案】  球击中球     

【解析】解：小锤打击弹性金属片后，球做平抛运动，球做自由落体运动．球在竖直方向上的运动情况与球相同，做自由落体运动，因此两球同时落地．实验时，需、两球从同一高度开始运动，对质量没有要求，但两球的初始高度及打击力度应该有变化，要进行次实验得出结论．本实验不能说明球在水平方向上的运动性质，故BC正确，AD错误。
故选：。
两球在水平方向的运动是相同的，则在相同的时间内水平位移相同，则实验可观察到的现象是球击中球；
从图中看出，、、个点间的水平位移均相等，，因此这个点是等时间间隔点．竖直方向两段相邻位移之差是个定值，即

解得：，则闪光频率；
小球运动中水平分速度的大小
小球经过点的竖直分速度
则经过点的速度
故答案为：；球击中球；；
根据实验原理掌握正确的实验操作；
根据平抛运动的特点得出对应的实验现象；
根据竖直方向上的运动特点得出时间，结合运动学公式得出两个方向上的速度，再根据勾股定理得出合速度即可。
本题主要考查了平抛运动的相关应用，理解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。
 

14.【答案】       

【解析】解：因为为段的中间时刻，根据匀变速直线运动规律可知打点时速度；到过程重物的重力势能减少量：，
动能增加量：．
重物重力势能的减少量大于动能的增加量，是因为重物下落过程中存在空气阻力和摩擦阻力的影响，故C正确，ABD错误；
故选：．
故答案为：，，；
根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度得出速度的大小，从而得出动能的增加量，根据下降的高度求出重力势能的减小量。
根据实验操作与实验原理分析解答。
解决本题的关键掌握纸带的处理方法，会根据纸带求解瞬时速度，从而得出动能的增加量，会根据下降的高度求解重力势能的减小量。
 

15.【答案】解：卫星绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，，
解得地球的质量为：
根据
解得：
答：地球的质量为；
地球的第一宇宙速度为。 

【解析】根据万有引力提供向心力，求解地球质量。
根据第一宇宙速度的公式解得。
本题主要考查了万有引力定律的应用，注意只能计算出中心天体的质量，难度不大，属于基础题。
 

16.【答案】解：由图像知，在内，在内
由牛顿第二定律有
在末，有
又
解得
由图像知，在第末，物块的速度
物块在内，由动能定理有
解得
答：在第末，外力的功率为；
在外力做的总功为． 

【解析】由图可知内和内的加速度，根据速度时间公式结合功率计算公式解得；
根据动能定理解得。
解决本题的关键理清物体在各段时间内的运动规律，结合牛顿第二定律和运动学公式综合求解，过程较复杂，难度适中．
 

17.【答案】解：小球刚好通过最高点时，重力恰好提供向心力，有
解得小球刚好通过最高点时的速度大小
在最低点由牛顿第二定律得
解得
小球受重力和支持力两个力作用，合力沿斜面向下，与初速度方向垂直，做类平抛运动，根据牛顿第二定律知，小球的加速度
小球在沿加速度方向上的位移为，根据
解得小球从处到达处所用的时间
由问知小球运动到点时
小球从处到达处在沿初速度方向的位移大小
解得
答：小球此时的速度大小为；
小球在最低点时速度的最大值为；
小球从处到达处所用的时间为，沿初速度方向的位移大小为． 

【解析】小球刚好通过最高点时，重力恰好提供向心力；
小球运动到圆周的最低点时，由牛顿第二定律列方程进行解答；
根据牛顿第二定律求解小球的加速度，根据位移时间关系求解时间；根据水平方向的匀速直线运动求解小球从处到达处在沿初速度方向的位移大小。
本题主要是考查了类平抛运动规律的应用，知道类平抛运动可以分解为水平方向的匀速直线运动和沿加速度方向的匀加速直线运动，能够根据类平抛运动的规律结合运动学公式解答。
 

18.【答案】解：开始时物体所受摩擦力方向沿传送带向下，物体与传送带速度相等后所受摩擦力方向沿传送带向上，根据牛顿第二定律得
内有：
内有：
联立解得物体与传送带间的动摩擦因数，
在，物体做初速度为零的匀加速直线运动，有
此过程传送带对物体做的功为
在，有
此过程传送带对物体做的功为
在前内，传送带对物体做的功为
解得：
内物体与传送带间的相对位移为
产生的热量为
内物体与传送带间的相对位移为
产生的热量为
则在前内产生的总热量为
解得：
答：物体与传送带间的动摩擦因数为；
在前内，传送带对物体做的功为，物体与传送带间因摩擦产生的热量为。 

【解析】开始阶段物体所受摩擦力方向沿传送带向下，物体与传送带速度相等后所受摩擦力方向沿传送带向上，对这两个加速过程，分别运用牛顿第二列式，即可求出物体与传送带间的动摩擦因数和传送带的倾角。
分和两段时间研究，由运动学公式求出物体的位移，由功的计算公式求传送带对物体做的功。由运动学公式计算出物体与传送带间的相对位移，从而求得物体与传送带间因摩擦产生的热量。
解决本题需要能根据物体的运动情况判断其受力情况，确定摩擦力方向，分段运用牛顿第二定律和运动学公式求解物体的位移和物体与传送带间的相对位移。要知道摩擦生热与相对位移有关。