物理02卷（人教版2019必修第二册+必修第三册第九章、第十章+选择性必修第一册第一章）——2022-2023学年高一下学期期末模拟测试卷

2022-2023学年高一下学期期末考前必刷卷

物理·全解全析

1．关于物体的动量，下列说法中正确的是（　　）

A．速度大的物体，动量也一定越大

B．做匀速圆周运动的物体，其动量一定不变

C．物体的动能不变时，动量也一定保持不变

D．物体的速度发生变化时，其动量一定变化

【答案】D

【解析】A．质量与速度的乘积是物体的动量，速度越大的物体动量不一定大，故A错误；

B．做匀速圆周运动的物体，动量大小不变，但方向改变，所以其动量改变，故B错误；

C．物体的动能不变，动量大小不变，但方向可以改变，故C错误；

D．质量与速度的乘积是物体的动量，物体的速度发生变化时，其动量一定变化，故D正确。

故选D。

2．三亚梦幻水上乐园有一末端水平的滑梯，质量为30kg的小孩从滑梯顶端由静止开始滑下后落入水中。如图，滑梯顶端到末端的高度，末端到水面的高度，取重力加速度，将小孩视为质点，不计摩擦和空气阻力。则小孩（　　）

A．飞离滑梯时的速度大小为9m/s

B．落水点到滑梯末端的水平距离3m

C．从飞离滑梯到落水的过程，动量变化量的大小为

D．落水时重力的瞬时功率为

【答案】C

【解析】A．根据动能定理

解得

故A错误；

B．根据平抛规律

解得落水点到滑梯末端的水平距离

C．从飞离滑梯到落水的过程，根据动量定理得动量变化量的大小为

故C正确；

D．落水时重力的瞬时功率为

故D错误。

故选C。

3．一小球被细绳拴着，在水平面内做半径为R的匀速圆周运动，向心加速度为a，下列说法正确的是（　　）

A．小球运动的角速度

B．小球在时间t内通过的路程为

C．小球做匀速圆周运动的周期

D．小球在时间t内可能发生的最大位移为R

【答案】B

【解析】A．根据可得小球运动的角速度

A错误；

B．小球运动的线速度

小球在时间t内通过的路程为

B正确；

C．小球做匀速圆周运动的周期

C错误；

D．根据几何关系可知小球在时间t内可能发生的最大位移为圆的直径，即，D错误。

故选B。

4．如图所示，小球A、B分别从2l和l的高度水平抛出后落地，上述过程中A、B的水平位移分别为l和2l。忽略空气阻力，则（　　）

A．A的初速度是B的倍

B．A的初速度是B的倍

C．A的末速度比B的大

D．A的末速度比B的小

【答案】C

【解析】AB．根据题意，竖直方向上，由可得，下落时间为

解得

水平方向上，由可得，初速度为

解得

可知，A的初速度是B的倍，故AB错误；

CD．根据题意，竖直方向上，由可得，落地时的竖直分速度为

解得

则A的落地速度为

B的落地速度为

可知

故D错误，C正确。

故选C。

5．一质量为、发动机额定功率为40kW的汽车在平直公路上在恒定牵引力作用下由静止启动，启动过程的功率—时间图像如图所示，已知行驶过程中受到的阻力恒为，则下列说法正确的是（　　）

A．汽车前做匀加速直线运动，以后匀速运动

B．汽车在第末的速度为

C．第初汽车的加速度为

D．汽车行驶的最大速度为

【答案】B

【解析】A．根据

由于前5s功率与时间成线性关系，牵引力恒定，可知，速度开始于时间成线性关系，可知前5s汽车做匀加速直线运动，当功率达到额定功率时，功率恒定，速度增大，牵引力随之减小，开始做加速度减小的变加速直线运动，当牵引力减小至与阻力大小相等时，开始做匀速直线运动，A错误；

BC．前5s内功率与时间成正比，根据上述有

，，

联立解得

，

B正确，C错误；

D．汽车行驶的最大速度为

D错误。

故选B。

6．如图所示，在竖直平面内固定有两个很靠近的同心圆轨道，外圆光滑，内圆粗糙。一质量为m的小球从轨道的最低点以初速度v0向右运动，球的直径略小于两圆间距，球运动的轨道半径R，不计空气阻力，重力加速度为g。设小球过最低点时重力势能为零，下列说法正确的是（　　）

A．若经过足够长时间，小球最终的机械能可能为mgR

B．若小球运动到最高点时速度为0，则小球运动过程中机械能守恒

C．若使小球始终做完整的圆周运动，则v0一定不小于

D．若小球第一次运动到最高点时速度大小为0，则v0=2

【答案】C

【解析】AC．若使小球始终做完整的圆周运动，则小球在运动过程中始终不能受到摩擦力，即在最高点时恰好由重力提供向心力，设其在做高点时的速度为，在最高点由牛顿第二定律有

从最低点到最高点由机械能守恒定律可得

联立解得

可知，若使小球始终做完整的圆周运动，则v0一定不小于，显然，若初速度大于或等于，小球在运动过程中机械能守恒，且机械能的最小值为

若初速度小于，小球在运动过程中一定与内圆接触，机械能不断减小，经过足够长的时间，小球最终在与圆心等高的两侧运动，此后机械能守恒，最大为

因此小球最终的机械能不可能为，故C正确，A错误；

B．若小球运动到最高点时速度为0，则小球运动过程中一定与内圆接触，受到摩擦力作用，要克服摩擦力做功，小球的机械能一定不守恒，故B错误；

D．若内圆光滑，小球在运动过程中不受摩擦力，机械能守恒，若小球到达最高点时的速度为0，由机械能守恒定律可得

解得小球在最低点的速度为

由于实际上内圆粗糙，小球在运动过程中要克服摩擦力做功，则小球在最低点时的速度一定大于，故D错误。

故选C。

7．如图，一小滑块以某一初动能沿固定斜面向下滑动，最后停在水平面上。滑块与斜面间、滑块与水平面间的动摩擦因素相等，忽略斜面与水平面连接处的机械能损失。则该过程中，滑块的动能EK、机械能E与水平位移x关系的图线可能是（　　）

A． B．

C． D．

【答案】D

【解析】AB．设滑块的初动能为，斜面的倾角为，斜面水平长度为L，在斜面上运动时由动能定理

整理得

在水平面上运动时

整理得

故若，则图像有可能如下图

若，则因为，故图像的斜率在斜面上运动的要小于在水平面上运动的，如下图

故A、B错误；

CD．设滑块开始时的机械能为，斜面的倾角为，斜面水平长度为L，在斜面上运动时

在水平面上运动时

综上所述可得

显然，整个过程E与x成线性关系，且直线斜率保持不变。

故C错误，D正确。

故选D。

8．如图所示，Ⅰ为北斗卫星导航系统中的静止轨道卫星，其对地张角为；Ⅱ为地球的近地卫星。已知地球的自转周期为，万有引力常量为G，根据题中条件，可求出（　　）

A．地球的平均密度为

B．卫星Ⅰ和卫星Ⅱ的加速度之比为

C．卫星Ⅱ的周期为

D．卫星Ⅱ运动的周期内无法直接接收到卫星发出电磁波信号的时间为

【答案】A

【解析】AC．设地球质量为M，卫星Ⅰ、Ⅱ的轨道半径分别为r和R，卫星Ⅰ为同步卫星，周期为，近地卫星Ⅱ的周期为T。根据开普勒第三定律

由题图得

可得卫星Ⅱ的周期为

故C错误；

对于卫星Ⅱ

对于地球

联立以上各式，可得地球的平均密度为

故A正确；

B．对于不同轨道卫星，根据牛顿第二定律得

所以卫星Ⅰ和卫星Ⅱ的加速度之比为

故B错误；

D．当卫星Ⅱ运行到与卫星Ⅰ的连线隔着地球的区域内，其对应圆心角为时，卫星Ⅱ无法直接接收到卫星Ⅰ发出电磁波信号，设这段时间为t。若两卫星同向运行，则有

，

解得

若两卫星相向运行，则有

，

解得

故D错误。

故选A。

9．如图所示，水平光滑直轨道ab与半径为R=0.4m的竖直半圆形光滑轨道bc相切于b点，一质量0.2kg的小球以某速度沿直轨道ab向右运动，进入圆形轨道后刚好能通过c点，然后小球做平抛运动落在直轨道上的d点，重力加速度g=10m/s2，则（　　）

A．小球过c点的速度为2m/s

B．小球过b点时对圆形轨道的压力为10N

C．小球在直轨道上的落点d与b点距离为0.8m

D．小球经过圆形轨道与圆心等高处时对轨道的压力为14N

【答案】AC

【解析】A．小球恰好通过最高点c点，根据重力提供向心力，有

解得

故A正确；

B．小球运动过程中机械能守恒，从b到v根据机械能守恒定律可得

小球过b点时，根据牛顿第二定律有

结合牛顿第三定律解得小球过b点时对圆形轨道的压力为12N，故B错误；

C．小球离开c点后做平抛运动，小球从c点落到d点所需时间为

小球在直轨道上的落点d与b点距离为

故C正确

D．小球从c到与圆心等高处，根据机械能守恒定律可得

根据牛顿第二定律有

结合牛顿第三定律解得小球经过圆形轨道与圆心等高处时对轨道的压力为6N，故D错误。

故选AC。

10．新修订的《未成年人保护法》规定：儿童乘坐汽车应当配备儿童安全座椅。在儿童假人模拟实验中，车速为50km/h的车辆与墙壁发生碰撞，10kg的假人重心相对地面最远移动了0.5m，在此过程中（　　）

A．假人所受合力的方向水平向后

B．车、假人组成的系统水平方向上动量守恒

C．安全座椅对假人水平方向上的平均作用力约2kN

D．由实验可知大人系好安全带抱紧小孩坐车是安全的

【答案】AC

【解析】A．当车辆与墙壁发生碰撞时，假人相对于车向前运动，所以受到向后的摩擦力，而重力和支持力平衡，所以合力水平向后，故A正确；

B．当车辆与墙壁发生碰撞时，墙壁对车有向后的作用力，即系统所受的合外力不为零，所以系统水平方向动量不守恒，故B错误；

C．根据速度位移关系有

代入数据解得

故C正确；

D．在发生碰撞时，若大人系好安全带，大人将受到安全带的作用力减速，但小孩将由于惯性继续向前运动，所以小孩不安全，故D错误。

故选AC。

11．“神舟十三号”返回舱返回地面时，在距离地面大约十公里的地方打开主降落伞，一段时间后返回舱开始沿竖直方向匀速下落，从离地处经到达离地处，此时返回舱上的四台反冲发动机同时点火提供恒定作用力，使返回舱到达地面时速度减为，从而实现软着陆。设返回舱的质量为，取，忽略反冲发动机点火后主降落伞对返回舱的作用和空气对返回舱的作用，下列说法正确的是（　　）

A．匀速下落过程中，降落伞对返回舱做功的功率逐渐减小

B．反冲发动机工作时，舱内航天员的加速度大小为

C．减速过程反冲发动机对返回舱做的功为

D．减速过程反冲发动机对返回舱的冲量大小为

【答案】BD

【解析】A．匀速下落过程中，返回舱对降落伞的作用力不变，所以返回舱对降落伞做功的功率不变，故A错误；

B．返回舱做减速运动的初速度为

则由

可得

反冲发动机工作时，舱内航天员的加速度值大小为3g，故B正确；

C．反冲发动机对返回舱做的功为

故C错误；

D．返回舱减速的时间为

返回舱的合冲量为

反冲发动机对返回舱的冲量为

冲量大小为，故D正确。

故选BD。

12．如图所示，竖直固定的光滑细杆上穿着一个小球B，小球通过一根不可伸长的轻绳绕过轻质光滑定滑轮与质量为的物块A相连，用手将物块A竖直向上托起至定滑轮左侧细绳与竖直方向的夹角为，现突然松手，物块A开始在竖直方向上做往复运动，小球最高能到达点。已知定滑轮到细杆的距离为d，Q点和定滑轮的高度相同，，，重力加速度大小为，定滑轮可看作质点，下列说法正确的是（　　）

A．小球经过点时的加速度大小为

B．小球的质量为

C．绳中的最小张力为

D．该系统的最大总动能为

【答案】ABD

【解析】A．小球经过点时水平方向平衡，在竖直方向仅受到重力作用，加速度大小为。故A正确；

B．根据机械能守恒定律有

解得

故B正确；

C．设小球在最高点的加速度大小为，则物块对应的加速度大小为，则有

解得

故C错误；

D．设轻绳与水平方向的夹角为时，系统的总动能为，有

解得

其中为第一象限内单位圆上的点与定点连线的斜率，所以

故D正确。

故选ABD。

13．某实验小组用如图所示的装置做“验证动量守恒定律”的实验。

（1）如果用天平称出两个大小相同小球的质量m1、m2，实验时用质量为m2的小球作为被碰小球，则m1___________（填“=”“<”或“>”）m2。

（2）实验时先让小球m1多次从斜槽上位置S由静止释放，通过白纸和复写纸找到其平均落地点的位置P，图中O点是小球抛出点在水平地面上的竖直投影，测出平抛射程OP；然后把小球m2静置于轨道的水平部分末端，仍将入射小球从斜槽上位置S由静止释放，与被碰小球发生正碰，并多次重复该操作，两小球平均落地点位置分别为M、N，测出两小球相碰后的平抛射程OM、ON，则在实验误差允许范围内，若满足关系式___________（用所测物理量的字母表示），则可以认为两小球碰撞前后动量守恒。

（3）如果实验时将斜槽固定好后，用闪光频率一定的频闪照相机研究两小球的碰撞过程。先只让小球m1从斜槽上位置S由静止开始释放，小球m1离开斜槽后，频闪照相机连续拍摄小球m1的两位置如图乙所示；再将小球m2放在斜槽的末端，让小球m1仍从位置S处由静止开始释放，使它们碰撞，频闪照相机连续拍摄下两个小球的位置如图丙所示；需要的物理量已经在图中标出。两小球在碰撞过程中若动量守恒，满足的关系式为___________。

【答案】     >         

【解析】（1）[1]为了使小球碰后不被反弹，要求被碰小球质量大于碰撞小球质量，故应。

（2）[2]两小球碰撞过程，根据动量守恒定律有

抛出后各自做平抛运动，则水平方向有

竖直方向有

联立代入可得

可知在实验误差允许范围内，若满足关系式

则可以认为两小球碰撞前后动量守恒。

（3）[3]由于频闪照相的频率固定，因此只需要测量小球的水平位移，即需要在照片中直接测量的物理量有x0、x1、x2；验证的关系式为

14．某实验小组用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。他们将一小钢球用细线系住悬挂在铁架台上，并在小钢球静止位置A点的正下方固定一光电门。小钢球的底部固定一宽度为d的遮光条，并使其与细线在一条直线上。将小钢球拉至M点，测出此时细线与竖直方向之间的夹角为，将小钢球由静止释放，遮光条经过光电门的挡光时间为t。实验测得悬挂点到球心的距离为L。当地的重力加速度大小为g。

（1）用50分度的游标卡尺测量遮光条宽度，示数如图乙所示，其读数为________mm；某次测量中，计时器的示数为0.0025s，则小钢球经过A点时的速度大小为________m/s。

（2）若所测的实验数据在误差允许范围内满足表达式________（用g、L、d、t、表示），即可知小钢球由M点运动至A点的过程中机械能守恒。

（3）多次实验发现，若以A点为重力势能零点，小钢球在M点的重力势能略小于它在A点的动能，造成这一结果的原因是________。

【答案】     4.20     1.68          实验中所测速度为光条通过光电门的速度，大于小钢球在A点的速度

【解析】（1）[1] 宽度的读数为：4mm+10×0.02mm=4.20mm；

[2] 计时器的示数为0.0025s，则小钢球经过A点时的速度大小为

（2）[3]根据机械能守恒定律有

则有

（3）[4] 多次实验发现，若以A点为重力势能零点，小钢球在M点的重力势能略小于它在A点的动能，造成这一结果的原因是实验中所测速度为光条通过光电门的速度，大于小钢球在A点的速度。

15．有人对鞭炮中炸药爆炸的威力产生了浓厚的兴趣，他设计如下实验，一个平板车固定在水平地面上，其右端恰好与光滑的半圆弧轨道的底端相切，在平板车的右端放置两个可视为质点的紧挨着的A、B两个物体（均可看成质点），物体质量均为m，现在在它们之间放少量炸药当初A、B两物静止，点燃炸药让其爆炸，物体B向右运动，恰能到达半圆弧最高点，物体A沿平板车表面向左做直线运动，最后从车上掉下来，落地点离平板车左端的水平距离为s，已知平板车上表面离地面的高度为h，且平板车上表面光滑，不计空气阻力，重力加速度为g。试求：

（1）当A物体离开平板车后，重力对A做功的最大功率是多少？

（2）圆弧的半径和炸药爆炸时对A、B两物体所做的功。

【答案】（1）；（2），

【解析】（1）当A物体离开平板车后，A物体做平抛运动，当A物体落地时竖直方向分速度最大，重力对A做功的瞬时功率最大，则有

联立可得

（2）设爆炸后A的速度大小为，B的速度大小为，A、B爆炸过程动量守恒

A向左离开平板车做平抛运动，由平抛运动规律可得

联立可得

B向右运动达半圆弧最高点的速度为，恰能到达最高点，由牛顿第二定律得

B上升到最高点过程中，由机械能守恒定律得

解得

由功能关系炸药爆炸时对A、B两物体所做的功为

解得

16．双星是两颗相距较近的天体，在相互间的万有引力作用下，绕双星连线上某点做匀速圆周运动。对于两颗质量不等的天体构成的双星系统，如图甲所示，A、B两星相距为L，其中A星的半径为R；绕O点做匀速圆周运动的周期为T，假设我国的宇航员登上了A星，并在A星表面竖直向上以大小为v0的速度抛出一小球，如图乙所示，小球上升的最大高度为h。不计A星的自转和A星表面的空气阻力，引力常量为G，A星的体积V=。求：

（1）A星表面的重力加速度大小g；

（2）A星的平均密度ρ；

（3）B星的质量mB。

【答案】（1）；（2）；（3）

【解析】（1）在A星表面竖直向上以大小为v0的速度抛出一小球，由运动学公式可得

解得     

（2）设绕A星表面附近做匀速圆周运动的物体质量为m，由A星的万有引力提供向心力，可得

由密度公式，可得A星的平均密度为

（3）绕双星连线上某点做匀速圆周运动，可知两星是同轴转动，则有周期相同，角速度相同，对A星则有    

对B星则有

又有

联立以上各式解得

17．某电动机工作时输出功率P与拉动物体的速度v之间的关系如图所示，现用该电动机在水平地面内拉动一物体（可视为质点），运动过程中轻绳始终处在拉直状态，且不可伸长，如图所示，已知物体质量，与地面的动摩擦因数，离出发点左侧s距离处另有一段动摩擦因数为、长为d的粗糙材料铺设的地面。（g取）

（1）若s足够长，启动电动机后，则物体在地面能达到的最大速度是多少？

（2）若，启动电动机后，则物体刚进入粗糙材料时电动机的输出功率和物体刚离开粗糙材料时的速度。

【答案】（1）；（2）1.6W；0.1m/s

【解析】（1）在s段地面，物体所受摩擦力  

假设速度能超过0.5m/s，功率最大后，当速度最大时，摩擦力与牵引力平衡，则最大速度

假设成立，即物体在地面能达到的最大速度是。

（2）在s段地面，速度达到0.5m/s之前，根据P=Fv可知，牵引力恒定，为

做匀加速直线运动，设加速度为，则

速度达到时，运动距离

显然，在到达粗糙材料铺设的地面时，物体速度还小于，物体在达到粗糙材料之前，做初速度为零的匀加速直线运动。

设滑上粗糙面时的速度为，则

此时电动机的输出功率

在粗糙面上滑行时，摩擦力

速度达到0.5m/s之前，加速度大小

离开粗糙材料过程

解得

18．如图所示，竖直平面内固定着轨道，、段水平，段长度为，段粗糙，、段光滑。一轻质弹簧一端固定在O点处的挡板上，另一端紧挨质量为的小滑块（可视为质点），弹簧自然伸长时，小滑块位于P点。一半径为的竖直光滑圆轨道与水平面相切于A点，最高点为B，底部略错开使小滑块可以通过圆轨道。粗糙倾斜轨道CD长为，倾角。光滑轨道上另一轻质弹簧一端固定在点。轨道间均平滑连接，现向右推小滑块，使弹簧的弹性势能为，然后由静止释放小滑块。已知小滑块和、间的动摩擦因数分别为、，不计其他阻力，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，，。

（1）若小滑块能运动到B点，求小滑块经过竖直圆轨道上B点时的最小速度及第二次经过A点时对圆轨道的压力；

（2）若，求上弹簧的最大弹性势能；

（3）若，求小滑块最终停止的位置。

【答案】（1）；，方向竖直向下；（2）；（3）见解析

【解析】（1）滑块恰能通过B点时，则有

可得小滑块经过竖直圆轨道上B点时的最小速度为

对于小滑块，从B点到A点，由动能定理有

对小滑块在A点进行受力分析得

联立解得

根据牛顿第三定律得，小滑块第二次经过A点时对圆轨道的压力为30 N，方向竖直向下。

（2）由于

故小滑块可以通过B点，从释放小滑块到上弹簧弹性势能最大，由功能关系得

解得弹簧最大弹性势能

（3）取OC所在水平面为重力势能零势能面，则小滑块恰能通过B点时，在B点的能量为

每经过AP段、CD段一次，小滑块损失的能量分别为

若，则分析可知小滑块第一次返回经过DC段后瞬间能量为

可知小滑块能够再次通过B点；之后经过段压缩弹簧再次返回圆轨道时，上升的最大高度为，由功能关系得

解得

可知小滑块刚好滑到圆心等高处返回，由于

可知小滑块最终停在P点。