2021-2022学年福建省福州第十八中学高三上学期期中考试物理试题含解析

  2021-2022年福州第十八中学高三上期中考试试卷

高三年级物理试卷

一、选择题（本题共8小题，单选题每小题4分，多选题每小题6分。在每小题给出的四个选项中，第1—4题只有一项符合题目要求，第5-8题有多项符合题目要求。多选题全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分，共40分。）

1. 如图所示为某种太阳能无人驾驶试验汽车，安装有5m2的太阳能电池板和蓄能电池，该太阳能电磁板在有效光照条件下单位面积输出的电功率为40W。车上安装有效率为80%电动机。该车在正常启动和行驶时仅由蓄能电池供电。某次，电动机以恒定的机械功率1250W启动，汽车最大行驶速度为90km/h。假设汽车行驶时受到的空气阻力与其速度成正比，则汽车（　　）

A. 以最大速度行驶时牵引力大小为5N

B. 所受阻力与速度的比值为2Ns/m

C. 保持90km/h的速度行驶1h至少需要有效光照6.25h

D. 若仅用太阳能电池板供电时可获得10m/s的最大行驶速度

【答案】B

【解析】

【详解】A．最大速度vm=90km/h=25m/s，根据

得

N

故A错误；

B．当汽车最大行驶速度行驶时，牵引力等于阻力，设空气阻力与速度关系为

f=kv

则

F=f=kvmax

解得

k=2Ns/m

故B正确；

C．电动机做的功为：W=Pt由能量守恒得

1250W×1h=40×5W×t×80%

得

t=8h

即保持最大速度行驶1h至少需要有效光照7.8h，故C错误；

D．由题意知：汽车行驶时受到的空气阻力与其速度成正比，设

f=kv

则速度最大时有

50=k×20

得

k=2.5

当直接用太阳能电池板提供的功率行驶有最大速度时：牵引力等于阻力，即：

40×5×80%=fv=kv2

得

v=8m/s

故D错误。

故选B。

2. 2020年7月23日，我国首次火星探测任务“天问一号”在中国文昌航天发射场踏上征程，使中国人探索火星的梦想更进一步。已知火星半径大致是地球的一半，火星质量约为地球的，火星绕太阳公转的周期约为地球的2倍，忽略火星和地球自转，则（　　）

A. 火星表面的重力加速度约为地球表面的0.2

B. 火星绕太阳的轨道半径约为地球的4倍

C. 火星表面的第一宇宙速度约为地球的

D. 火星受到太阳万有引力约为地球的

【答案】C

【解析】

【详解】A．根据

可知

火星表面重力加速度为地球的0.4，A错误；

B．根据开普勒第三定律

可知，火星公转轨道半径为地球的倍，B错误：

C．根据

可知

选项C正确。

D．根据

可知，火星受到太阳的引力为地球的

选项D错误。

故选C。

3. 如图所示，一根细线绕过光滑斜面上的定滑轮，细线与斜面平行，其两端分别连接物块A、B。物块B通过细线连接物块C，轻弹簧上端与A相连，下端固定于挡板上。已知三个物块的质量均为m，斜面倾角为30°，弹簧始终在弹性限度内，重力加速度为g。下列说法正确的是（　　）

A. 剪断B、C间细线的瞬间，A、B间细线上的弹力大小为

B. 剪断B、C间细线的瞬间，B的加速度大小为g

C. 剪断A、B间细线的瞬间，A的加速度大小为g

D. 剪断A、B间细线的瞬间，B、C间细线上的弹力大小为mg

【答案】A

【解析】

【分析】

【详解】B．开始由平衡条件可得

剪断B、C间细线的瞬间，弹簧的弹力保持不变，AB一起运动，则有

联立解得

所以剪断B、C间细线的瞬间，B的加速度大小为，则B错误；

A．对C分析有

解得

所以A正确；

C．剪断A、B间细线的瞬间，弹簧的弹力保持不变，有

解得

所以C错误；

D．剪断A、B间细线的瞬间，BC一起运动向下做自由落体运动，则B、C间细线上的弹力大小为0，所以D错误；

故选A。

4. 质量为m的小球A和质量为M的物块B用跨过光滑定滑轮的细线连接，物块B放在倾角为θ的固定斜面体C上，当用手托住A球，细线张力为零时，物块B刚好不下滑。将小球A拉至细线与竖直方向夹角为θ的位置由静止释放，小球摆到最低点时，物块B刚好不上滑，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，不计空气阻力，sinθ=0.6，cosθ=0.8。则为（　　）

A.  B.  C.  D.

【答案】A

【解析】

【详解】设物块B与斜面间的动摩擦因数为，则由共点力平衡条件可得

小球由静止释放至运动到最低点过程，根据机械能守恒定律可得

小球运动到最低点时

解得

根据题意

解得，故选A。

5. 在平直公路上甲、乙两车在相邻车道上行驶。甲、乙两车并排行驶瞬间，前方有事故发生，两车同时开始刹车，刹车过程中两车速度的二次方随刹车位移x的变化规律如图所示，则（　　）

A. 乙车先停止运动 B. 甲、乙两车刹车过程中加速度大小之比为4∶1

C. 从开始刹车起经，两车恰好相遇 D. 甲车停下时两车相距12.75 m

【答案】BC

【解析】

【详解】AB．由

得

结合图像有

解得，，则甲、乙两车运动过程中加速度大小之比为，由图像知甲车的初速度，乙车的初速度，则刹车过程，甲车运动时间，乙车运动时间，A错误，B正确；

C．相遇时结合位移关系得

解得或，C正确；

D．甲车停下时，甲车的位移大小，乙车的位移大小

两车相距

D错误。

故选BC。

6. 如图甲所示，轻弹簧竖直放置，下端固定在水平地面上，一质量为 m 的小球，从离弹簧上端高 h 处由静止释放。研究小球落到弹簧上后继续向下运动到最低点的过程，以小球开始下落的位置为原点，沿竖直向下方向建立坐标轴 Ox，做出小球所受弹力 F 的大小随小球下落的位置坐标 x 变化的关系，如图乙所示，不计空气阻力，重力加速度为 g。以下说法正确的是（　　）

A. 小球落到弹簧上向下运动到最低点的过程中，速度始终减小

B. 小球落到弹簧上向下运动到最低点的过程中，加速度先减小后增大

C. 当 x＝h＋2x0时，小球的动能为零

D. 小球动能最大值为

【答案】BD

【解析】

【详解】AB．小球刚落到弹簧上时，弹力小于重力，小球加速度向下，速度增大，随弹力的增加，加速度减小，当弹力等于重力时加速度为零，此时速度最大；然后向下运动时弹力大于重力，小球的加速度向上且逐渐变大，小球做减速运动直到最低点，则小球落到弹簧上向下运动到最低点的过程中，速度先增大后减小，加速度先减小后增大，故A错误，B正确；

C．根据乙图可知，当x=h+x0，小球的重力等于弹簧的弹力，是平衡位置，在x=0处小球的动能不为零，根据对称性可知，在 x＝h＋2x0 位置小球的动能也不为零，选项C错误；

D．小球达到最大速度的过程中，根据动能定理可知

故小球动能最大值为，故D正确；
故选BD。

7. 如图所示，两块相互垂直的光滑挡板OP、OQ，OP竖直放置，小球a、b固定在轻弹簧的两端．水平力F作用于b时，a、b紧靠挡板处于静止状态．现保证b球不动，使挡板OP向右缓慢平移一小段距离，则(     )

A. 弹簧变短

B. 弹簧变长

C. 力F变大

D. b对地面的压力不变

【答案】BD

【解析】

【详解】AB.对a进行受力分析，如图所示，使挡板OP向右缓慢平移一小段距离，θ减小，

θ减小，cosθ增大，F弹减小，再根据胡克定律F=kx，x减小，弹簧变长，故A错误，B正确；

C根据以上分析可知

FN=mgtanθ

θ减小，tanθ减小，FN减小，对于整体ab，在水平方向，根据平衡条件：

F=FN

力F变小，故C错误；

D. 对于整体ab，在竖直方向，根据平衡条件：

Fb=（ma+mb）g

地面对b的支持力不变，根据牛顿第三定律，b对地面的压力也不变，故D正确．

8. 从地面竖直向上抛出一物体，运动过程中，物体除受到重力外还受到一大小不变、方向始终与运动方向相反的外力F作用。以地面为零势能面，物体从抛出到落回地面的过程中，机械能E随路程s的变化关系如图所示，重力加速度大小为。则（　　）

A. 物体到达的最高点距地面的高度为

B. 外力F的大小为

C. 物体动能的最小值为

D. 物体的质量为

【答案】AD

【解析】

【分析】

【详解】A．根据图像可知，物块总共的路程为

故上升的最大高度为1.0m；故A正确；

B．这个过程，由功能关系

根据图像可知

可得

故B错误；

C．到达最高点速度为零，故动能为零，故最小动能为零，故C错误；

D．由图像知

时

此时动能为0，故

故

故D正确。

故选AD。

二、填空题（共4小题，第9题2分，第10题2分，第11题8分，第12题8分，共20分。）

9. 以v0的速度水平抛出一物体，当其水平分位移与竖直分位移相等时，此时速度大小为v=___________

【答案】

【解析】

【详解】[1]由题知物体做平抛运动，且水平分位移与竖直分位移相等，则有

经过计算有

竖直方向的速度为

则合速度为

10. 如图所示，质量分别为3kg、5kg的P、Q两滑块，用轻弹簧连接后置于光滑水平地面上。现用大小的水平拉力拉Q，使P、Q一起向右做匀加速直线运动。则此过程中弹簧的弹力大小为 ________N。

【答案】3

【解析】

【分析】由于两物体一起做匀加速运动，分别对整体和单个物体进行受力分析，联立求解

【详解】对P、Q的整体进行受力分析，由牛顿第二定律

代入数据解得

对P进行受力分析，由牛顿第二定律

解得

【点睛】对于连接体受力问题，分别对整体和受力少的物体进行受力分析，根据牛顿第二定律列等式，联立即可求解。

11. 某同学用如图甲所示装置做验证牛顿第二定律实验。

（1）实验前，用游标卡尺测出遮光片的宽度，示数如图乙所示，则遮光片的宽度为＝__________；再用垫木将长木板没有定滑轮的一端适当垫高，在__________（填“悬挂”或“不悬挂”）钩码的情况下，轻推小车，小车通过光门1时遮光片遮光时间__________（填“＜”“＝”或“＞”）小车通过光门2时遮光片遮光时间，则摩擦力得到平衡。

（2）调节好装置后开始实验，实验测得小车分别通过光电门1、2时，遮光片遮光时间分别为、，小车和遮光片的质量为，悬挂钩码质量为，重力加速度为，力传感器的示数为，两光电门之间的距离为，如果表达式____________（用题目中的字母表示）成立，则牛顿第二定律得到验证。

【答案】    ①. 1.060    ②. 不悬挂    ③. =    ④.

【解析】

【分析】

【详解】（1）[1][2][3]游标卡尺的读数为，游标读数为，则遮光片的宽度10.60mm=1.060cm；在不悬挂钧码的情况下，轻推小车，小车通过光门1时遮光片遮光时间=小车通过光门2时遮光片遮光时间，则摩擦力得到平衡。

（2）[4]设小车通过光电门1、2的加速度为，则

小车受到的合外力

如果表达式

成立，则牛顿第二定律得到验证．

12. 用如图实验装置验证m1、m2组成系统机械能守恒。m2从高处由静止开始下落，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。图中给出的是实验中获取的一条纸带，0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个点（图中未标出），计数点间的距离如图所示。已知m1=50g、m2=150g，则（g取9.8 m/s2，所有结果均保留三位有效数字，打点计时器所用电源频率为50Hz）。

（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量ΔEk=___________J，系统势能的减少量ΔEp=___________J。由此得出的结论是___________。

（3）若某同学作出-h图象如图，则当地的实际重力加速度g′=___________m/s2。

【答案】    ①. 2.40    ②. 0.576    ③. 0.588    ④. 在误差允许范围内， m1和m2组成系统的机械能守恒    ⑤. 9.70

【解析】

【详解】（1）[1]在纸带上打下计数点5时的速度为

（2）[2]在打点0～5过程中系统动能的增量为

[3]系统势能的减少量为

[4]由此得出的结论是在误差允许范围内， m1和m2组成系统的机械能守恒。

（3）[5]对m1和m2组成的系统，根据机械能守恒定律有

整理得

由图可知-h图像的斜率为

解得

三、计算题（第13题10分，第14题12分，第15题18分，共40分）

13. 2020年，中国航天将进一步延续“超级模式”。而在未来，我国还有更多的太空探索行动。比如，将在2030年前后实施的“觅音计划”，对太阳系外是否有适宜人类居住的行星进行探测。设想某年后宇航员登上了某星球表面。宇航员手持小球从高度为h处，沿水平方向以初速度v抛出，测得小球运动的水平距离为L。已知该行星的半径为R，万有引力常量为G，不考虑该星球自转。求：

(1)行星表面的重力加速度；

(2)行星的平均密度。

【答案】(1)；(2)

【解析】

【详解】(1)设小球抛运动了t秒，星球表面重力加速度为g

L=vt

得

(2)设星球质量为M，体积为V，小球质量为m

联立得

14. 如图所示，传送带与地面的倾角θ=37°，从A至B的长度x=16m，传送带以v=10 m/s的速率逆时针转动。在传送带上端A由静止释放一个质量为m=0.5kg的物体，它与传送带之间的动摩擦因数μ=0.5，求：

（1）经过多长时间，物体与传送带的速度相同；

（2）物体到达B端的速度大小（取g=10 m/s2，sin 37°=0.6，cos 37°=0.8）

【答案】（1）1s；（2）12m/s

【解析】

【详解】（1）将物体从传送带的A端释放后，物体由静止开始下滑，当下滑速度小于传送带速度时，物体受到的摩擦力沿斜面向下。设物体的加速度为a1，由牛顿第二定律有

代入数据解得

（2）物体加速至与传送带速度相等时需要的时间

发生的位移

代入数据解得

所以物体加速到时仍未到达B点，此时摩擦力方向改变；设物体的加速度为a2，从速度大于v运动到B的时间为t2，位移为x2，由牛顿第二定律有

代入数据解得

由运动学公式有

解得

15. 如图所示，从A点以v0的水平速度抛出一质量m=1kg的小物块（可视为质点），当小物块运动至B点时，恰好沿切线方向进入固定的光滑圆弧轨道BC，圆弧轨道BC的圆心角α=37°经圆弧轨道后滑上与C点等高、静止在粗糙水平面的长木板上，圆弧轨道C端切线水平。已知长木板的质量M=4kg，A、B两点距C点的高度分别为H=0.6m、h=0.15m，小物块与长木板之间的动摩擦因数μ1=0.5，长木板与地面间的动摩擦因数μ2=0.2，cos37°=0.8，sin37°=0.6，g=10m/s2，求：

（1）小物块水平抛出时，初速度v0的大小；

（2）小物块滑动至C点时，对圆弧轨道C点的压力大小；

（3）长木板至少为多长，才能保证小物块不滑出长木板。

【答案】（1）5m/s；（2）47.3N；（3）2.8m

【解析】

【分析】

【详解】（1）设小物块做平抛运动的时间为，则有

小物块到达点时竖直分速度为

联立解得

由题意，速度方向与水平面的夹角为，则有

解得

则小物块运动到B点时的速度

（2）设小物块到达点时速度为，从至点，由动能定理得

设C点受到的支持力为，则有

由几何关系得

由上式可得

，，

根据牛顿第三定律可知，小物块对圆弧轨道点的压力大小为。

（3）由题意可知小物块对长木板的摩擦力

长木板与地面间的最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力

因

所以小物块在长木板上滑动时，长木板静止不动，设小物块在长木板上做匀减速运动，至长木板最右端时速度刚好为0，则长木板长度为

所以长木板至少为，才能保证小物块不滑出长木板。