2022-2023学年河北省“五个一”名校联盟高一（下）期末物理试卷（含解析）

2022-2023学年河北省“五个一”名校联盟高一（下）期末物理试卷

学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________

注意事项:
1.答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号填写在答题卡上。
2.回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡对应题目的答案标号涂黑；如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上，写在试卷上无效。
3.考试结束后，本试卷和答题卡一并交回。

第I卷（选择题）

一、单选题（本大题共7小题，共28.0分）

1.  关于物体运动的说法正确的是(    )

A. 匀速圆周运动是匀变速运动 B. 曲线运动的速度一定发生变化
C. 物体在变力作用下不可能做直线运动 D. 物体在恒力作用下一定做直线运动

2.  如图所示，有人在河面上方的岸上用跨过定滑轮的长绳拴住一条小船，人以的恒定速率拉绳使小船靠岸，已知船的质量为，某时刻人的拉力大小为，绳与水面夹角为，，，以下说法错误的是(    )

A. 船是匀加速靠近河岸 B. 船受到重力、浮力、拉力、阻力的作用
C. 此时船受到的浮力大小为 D. 此时船的速度大小为

3.  如图所示的皮带传动装置，传动时皮带与轮之间不打滑，已知大轮半径、轮轴的轮半径和轮轴的轴半径的关系是：：：：，、、分别为大轮、轮轴的轴和轮轴的轮边缘上的点，为大轮圆心，则传动时、、三点中(    )

A. ：：：： B. ：：：：
C. ：：：： D. ：：：：

4.  如图所示，一倾斜的匀质圆盘绕垂直于盘面的固定对称轴以恒定的角速度转动，盘面上离转轴处有一小物体，小物体与圆盘始终保持相对静止，小物体与盘面间的动摩擦因数为。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，盘面与水平面间的夹角为，。则的最大值为(    )

A.  B.  C.  D.

5.  如图所示为三颗卫星、、绕地球沿逆时针方向做匀速圆周运动的示意图，其中、是地球同步卫星，在半径为的轨道上，在半径为的轨道上，此时、恰好相距最近，已知地球质量为，地球自转的角速度为，引力常量为，则(    )

A. 卫星、与地心的连线单位时间扫过的面积相等
B. 卫星与卫星的周期之比为
C. 从此时到卫星和下一次相距最远，还需经过时间
D. 若已知近地卫星的周期为，则可估算得出地球的平均密度

6.  一质量为的汽车在水平公路上行驶，路面对轮胎的最大静摩擦力为，当汽车经过半径为的弯道时，取。下列判断正确的是(    )

A. 汽车转弯时所受的力有重力、弹力、摩擦力和向心力
B. 汽车转弯的速度为时所需的向心力为
C. 汽车转弯的速度为时汽车会发生侧滑
D. 汽车能安全转弯的向心加速度可以超过

7.  如图所示，粗细均匀的形管内装有同种液体，在管口右端用盖板密闭，两管内液面的高度差为，形管中液柱的总长为。现拿去盖板，液体开始流动，不计液体内部及液体与管壁间的阻力，则当两管液面高度相同时，右侧液面下降的速度是重力加速度为(    )

A.
B.
C.
D.

二、多选题（本大题共3小题，共18.0分）

8.  质量为的物体静止放置在粗糙的水平面上，物体与地面之间的动摩擦因数，现对其施加一个大小为、方向与水平方向夹角为的力，如图所示。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，物体在的时间内向前运动了一段距离，，，关于此过程，下列说法正确的是(    )

A. 物体克服摩擦力做的功为 B. 重力的功率为
C. 力对物体做的功为 D. 拉力的平均功率为

9.  如图所示，长为的轻质杆，两端分别固定着球和球，球的质量为，球的质量为，杆绕点在竖直面内转动，轴光滑，点与球的距离为，到球的距离，现让杆从水平位置静止释放，重力加速度为，则当杆摆到竖直位置时(    )

A. 球的速度大小为
B. 球的速度大小为
C. 杆对球施以大小为，方向向上的支持力
D. 球的动能大小为

10.  如图所示，一个以为圆心、半径为的光滑圆环固定在竖直平面，点正上方固定一根竖直的光滑细杆。轻质弹簧套在光滑细杆上，上端固定在点，下端连接套在细杆上的滑块。小球穿在圆环上，通过一根长为的两端有铰链的轻质细杆与滑块连接。初始时小球处于圆环最高点，弹簧处于原长状态。小球受微小扰动初速度视为后沿圆环顺时针滑下。当小球运动到与圆心等高的点时，滑块速度达到最大值。已知滑块和小球的质量均为，弹簧的劲度系数，弹性势能为弹簧的形变量，重力加速度为，滑块和小球均可视为质点，则(    )

A. 小球运动到点的过程中，滑块、小球组成的系统机械能守恒
B. 小球运动到点时速度大小与滑块相等
C. 小球运动到点时受到细杆的弹力为
D. 小球运动到圆环最低点时向心加速度大小为

第II卷（非选择题）

三、实验题（本大题共2小题，共14.0分）

11.  图甲是探究平抛运动的实验装置。用小锤击打弹性金属片后，球沿水平方向抛出，做平抛运动，同时球被释放，做自由落体运动，观察到两球同时落地。改变小锤击打力度，两球仍然同时落地。
图甲现象说明______ 。
A.平抛运动在竖直方向的分运动是自由落体运动
B.平抛运动在水平方向的分运动是匀速直线运动
C.两小球落地时速度相等
D.两小球在空中运动的时间相等
一同学利用频闪相机拍摄小球运动过程，频闪周期，经处理后得到如图乙所示的点迹图像。图中为坐标原点，点在两坐标线交点，、点均在坐标线的中点。则平抛小球在点处的瞬时速度大小 ______ 取，结果可保留根号。

12.  用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律。重锤从高处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带通过打点计时器，打出一系列的点，对纸带上点迹间的距离进行测量，可验证机械能守恒定律。已知当地重力加速度为。

除图中所示的装置之外，还必须使用的器材是______ 。
A.直流电源
B.交流电源
C.天平含砝码
D.刻度尺
如图所示，根据打出的纸带，选取纸带上的连续的五个点、、、、，通过测量并计算出点距起始点的距离为，、两点间的距离为，、两点间的距离为，若相邻两点的打点时间间隔为，重锤质量为，根据这些条件计算重锤从释放到打下点时的重力势能减少量 ______ ，动能增加量 ______ 。用题目中的字母表达
某同学利用图中纸带，先分别测量出从点到、、、、、点的距离其中、点为点后连续打出的点，图中未画出，再计算打出、、、、各点时重锤下落的速度，绘制图像，如图所示，并求得图线的斜率。请说明如何根据图像验证重锤下落过程机械能是否守恒？
在一次测量中，某同学发现略大于，出现这一结果的原因可能是______ 。
A.存在空气阻力和摩擦力
B.接通电源前释放了纸带

四、简答题（本大题共3小题，共40.0分）

13.  一宇航员在半径为、密度均匀的某星球表面，做如下实验：如图所示，在不可伸长的长度为的轻绳一端系一质量为的小球，另一端固定在点，小球绕点在竖直面内做圆周运动，通过最高点时速度为，此时绳的弹力大小与小球重力相等，已知引力常量为。求：
该星球表面的重力加速度；
该星球的第一宇宙速度；
该星球的平均密度。

14.  新能源汽车的研发和使用是近几年的热门话题。一辆测试用的小型电动汽车模型质量在水平的公路上由静止开始匀加速启动，当功率达到后保持功率恒定，匀加速持续的时间是，该车运动的速度与时间的关系如图所示，汽车在运动过程中所受阻力不变，重力加速度取，求：
该车在运动过程中所受阻力大小；
该车在匀加速运动过程中所受牵引力的大小；
从静止开始到末该车所受牵引力所做的功。
从静止开始到末该车前进的距离。

15.  如图所示为杂技演员进行摩托车表演的轨道，它由粗糙倾斜直线轨道、光滑圆弧形轨道、光滑半圆形轨道、光滑水平轨道组成，轨道与圆弧轨道相切，轨道所对应的圆心角为，点距地面的高度差，轨道的半径，轨道的半径，轨道最低点距水平地面的高度差。表演者从点驾驶摩托车由静止开始沿轨道运动，接着沿轨道运动，然后从点离开轨道，最后落到地面上的点。已知表演者与摩托车的总质量，表演者与摩托车可视质点，空气阻力不计，，，。
摩托车与轨道间的动摩擦因数，求通过点时摩托车对轨道的压力大小；
表演者与摩托车恰能经过最高点且安全完成完整表演，求点与点的水平距离。

答案和解析

1.【答案】 

【解析】解：匀速圆周运动加速度方向时刻时刻指向圆心，所以匀速圆周运动的加速度方向时刻变化，不是匀变速运动，故A错误；
B.做曲线运动的物体速度方向在时刻变化，所以曲线运动具有加速度，即曲线运动的加速度不为零，故曲线运动的速度一定发生变化，故B正确；
C.当变力的方向与速度在同一直线上时，物体做直线运动，故C错误；
D.当恒力的方向与速度不在同一直线上时，物体做曲线运动，例如平抛运动，故D错误。
故选：。
匀速圆周运动的加速度方向指向圆心；做曲线运动的物体，速度方向时刻发生变化；当物体受力方向与速度方向共线时，物体做直线运动，当二者不共线时，物体做曲线运动。
要知道向心加速度是矢量，其方向总是指向圆心的。还要知道物体做曲线运动的条件。
 

2.【答案】 

【解析】解：、船运动的速度是沿绳子收缩方向的速度和垂直于船速的分速度的合速度。如左图所示根据平行四边形定则有：


可知随着的增大，船的速度逐渐增大，加速度逐渐变小，故A错误；
B.根据受力分析，可知船受到重力、浮力、拉力、阻力的作用，故B正确；
C.对小船受力分析，如右图所示，竖直方向则有：
因此船受到的浮力：
代入数据解得此时船受到的浮力大小为，故C正确；
D.船运动的速度为
，故D正确；
本题选不正确的，
故选：。
绳子收缩的速度等于人在岸上的速度，连接船的绳子端点既参与了绳子收缩方向上的运动，又参与了绕定滑轮的摆动。根据人拉绳子的速度，结合平行四边形定则求出船的运动速度，及船的加速度；对船进行受力分析，求出船受到的浮力。
解决本题的关键知道船运动的速度是沿绳子收缩方向的速度和绕定滑轮的摆动速度的合速度，并掌握受力分析与理解牛顿第二定律。
 

3.【答案】 

【解析】解：、通过皮带传动，有

B、同轴转动，角速度相同，根据

又：：
可得：
所以：：：：，故A错误；
B.、通过皮带传动，有

又：：
可得：
B、同轴转动，角速度相同，所以：：：：，故B错误；
C.根据

可得：：：：：，故C正确；
D.根据

可得：：：：：，故D错误。
故选：。
传动时皮带不打滑，两轮边缘的线速度大小相等，同一轮上各点的角速度相等，由线速度与角速度的关系式求解线速度大小之比和角速度之比。由求解向心加速度大小之比。
解决本题的关键知道线速度、角速度、向心加速度与半径的关系，以及知道共轴转动的各点角速度相等，靠传送带传动轮子上的点线速度大小相等。
 

4.【答案】 

【解析】解：小物体随圆盘一起做匀速圆周运动，静摩擦力和重力沿圆盘的分力提供了向心力，在最高点有

在最低点有

可知在最低点先达到最大静摩擦力，角速度达到最大，则有

整理解得

故D正确，ABC错误。
故选：。
当物体转到圆盘的最低点，由重力沿斜面向下的分力和最大静摩擦力的合力提供向心力时，角速度最大，由牛顿第二定律求出最大角速度。
本题主要考查了牛顿第二定律在圆周运动中的应用，解题的关键点是分析出临界角速度，结合向心力公式即可完成分析。
 

5.【答案】 

【解析】解：卫星地球做匀速圆周运动，设轨道半径为时，在很短时间内扫过的面积为。
根据万有引力提供向心力可得：，解得线速度大小为：
根据面积计算公式可得：，所以轨道半径越大，在相等的时间内扫过的面积越大，则卫星与地心的连线单位时间扫过的面积大于，故A错误；
B.根据万有引力提供向心力可得：
可得：
则卫星与卫星的周期之比为：，故B错误；
C.根据万有引力提供向心力有：
可得：
由此可知卫星的角速度为：
设卫星和下一次相距最远的时间为，则有：
联立解得：，故C错误；
D.若已知近地卫星的周期为，根据万有引力提供向心力可得：
又：
联立可得：，故D正确。
故选：。
卫星地球做匀速圆周运动，推导出在很短时间内扫过的面积表达式进行分析；根据万有引力提供向心力求解卫星与卫星的周期之比；根据万有引力提供向心力求解卫星的角速度，根据“追及相遇”问题的处理方法进行解答；若已知近地卫星的周期为，根据万有引力提供向心力结合密度计算公式进行解答。
本题主要是考查万有引力定律及其应用，解答本题的关键是能够根据万有引力提供向心力、结合向心力的计算公式进行分析，掌握“追及相遇”问题的处理方法。
 

6.【答案】 

【解析】解：汽车转弯时所受的力有重力、弹力、摩擦力，摩擦力提供向心力，故A错误；
B.汽车转弯的速度为时所需的向心力为，故B错误；
C.汽车转弯的速度为时所需的向心力为，则当汽车转弯的速度为时汽车会发生侧滑，故C正确；
D.汽车能安全转弯的向心力最大为，代入数据解得，则汽车能安全转弯的向心加速度不可以超过，故D错误。
故选：。
汽车做匀速圆周运动，合力提供向心力，指向圆心，结合公式分析即可。
本题关键是明确汽车的运动性质是匀速圆周运动，找到向心力来源，结合向心力公式列式分析，基础题目。
 

7.【答案】 

【解析】解：设管子的横截面积为，液体的密度为。拿去盖板，液体开始运动，因为只有重力做功，所以液体的机械能守恒。
当两管液面高度相等时，右侧液面下降，左侧液面上升，根据机械能守恒定律得
，解得：，故ACD错误，B正确。
故选：。
拿去盖板，液体开始运动，由于只有重力做功，所以液体的机械能守恒，根据机械能守恒定律求解。
本题运用机械能守恒定律研究液体流动的速度问题，要注意液柱不能看成质点，要分析其重心下降的高度。
 

8.【答案】 

【解析】解：对物体受力分析，在竖直方向上，由平衡条件得：
，解得
物体受到的滑动摩擦力为：
在水平方向上，由牛顿第二定律得：

解得：
故两秒内物体运动的位移为：，解得：
物体克服摩擦力做的功为：，故A正确；
B.物体沿水平方向运动，重力不做功，重力的功率为零，故B错误；
C.力对物体做的功为：，故C正确；
D.拉力的平均功率为：，故D正确。
故选：。
根据牛顿第二定律和运动学公式求得物体运动的位移。根据功和功率的定义解答。
本题考查了功与功率的计算问题，掌握功与功率的定义，以及平均功率与瞬时功率求解方法。
 

9.【答案】 

【解析】解：、杆在转动过程中，系统机械能守恒，由机械能守恒定律得
 
球和球在转动过程中角速度相同，由得

联立解得：，，故A正确，B错误；
C、对球，根据牛顿第二定律，有

解得：，方向竖直向上，故C错误；
D、球的动能为，故D正确。
故选：。
球和球在转动过程中角速度相同，两球组成的系统机械能守恒，根据机械能守恒定律和两球速度关系求出当杆摆到竖直位置时两球的速度。由牛顿第二定律求得杆对球的作用力。由动能的计算公式求球的动能大小。
本题主要考查机械能守恒定律和动能定理，要抓住两球在转动过程中角速度相同，再结合机械能守恒定律进行分析即可。
 

10.【答案】 

【解析】解：、小球运动到点的过程中，弹簧对滑块做负功，根据功能关系可知，滑块、小球组成的系统机械能减少，故A错误；
B、小球运动到点时，根据几何关系可知，此时轻杆与竖直方向的夹角满足：，可得此时轻杆与竖直方向的夹角。此时滑块的速度方向竖直向下，小球的速度方向刚好也竖直向下，滑块与小球两者沿杆子方向的分速度大小相等，则有，可得，即小球运动到点时速度大小与滑块相等，故B正确；
C、由于小球运动到与圆心等高的点时，滑块速度达到最大值，所以可知此时滑块的加速度为零，此时弹簧伸长量为
弹簧弹力大小为
 
以滑块为研究对象，根据平衡条件可得：
解得：，则知小球运动到点时受到细杆的弹力为，故C错误；
D、小球运动到圆环最低点时，此时滑块运动到最低点，滑块的速度为零，设此时小球的速度为，此时弹簧的伸长量为
弹簧的弹性势能为
根据小球、滑块和弹簧组成的系统机械能守恒可知
  
小球运动到圆环最低点时向心加速度大小为，联立解得：，故D正确。
故选：。
小球运动到点的过程中，弹簧对滑块做负功，根据功能关系分析滑块、小球组成的系统机械能变化情况；滑块与小球沿杆方向的分速度大小相等，由此列式分析小球运动到点时速度大小与滑块速度关系；小球运动到与圆心等高的点时，滑块速度达到最大值，此时滑块的加速度为零，由几何关系求出此时弹簧伸长量，由胡克定律求出弹簧的弹力大小。以滑块为研究对象，根据受力平衡求出小球运动到点时受到细杆的弹力；小球运动到圆环最低点时，此时滑块运动到最低点，滑块的速度为零。由几何关系求出此时弹簧伸长量，确定弹性势能大小。根据系统机械能守恒求出小球运动到圆环最低点时速度大小，由求向心加速度大小。
本题是含有弹簧的力学问题，要搞清弹簧的状态，由几何关系确定弹簧的形变量大小，关键要明确滑块与小球两者沿杆子方向的速度大小相等，找出速度关系。
 

11.【答案】  

【解析】解：因为两球同时释放，同时落地，所以两球下落的时间相等；故D正确；
球做自由落体运动，则竖直方向上球做自由落体，两小球在竖直方向的加速度相等，该现象不能说明水平方向上的运动情况，故A正确，B错误；
C.根据题意可知两球下落的高度相同，落地时两球竖直方向的速度相同，因为球有初速度，所以球落地的速度比球的落地速度大，故C错误。
故选：。
在竖直方向上，小球做自由落体运动，则

所以点的纵坐标为，点的纵坐标为，点的纵坐标为，之间的竖直距离为
；
在水平方向上

竖直方向上

则
解得：
故答案为：；
根据实验现象得出正确的实验结论；
根据平抛运动在不同方向上的运动特点和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，根据实验原理掌握正确的实验操作，结合平抛运动的特点和运动学公式即可完成分析。
 

12.【答案】      

【解析】解：、打点计时器使用交流电，故A错误，B正确；
C、验证机械能守恒定律时质量在等式两边约去，不需要测质量，故C错误；
D、需要用刻度尺量取纸带上各点间的距离，故D正确。
故选：。
重锤从释放到打下点时的重力势能减少量：
根据匀变速直线运动的推论可得：点时的速度：
所以动能增加量：
若重锤下落过程机械能守恒：
整理得：
可知：在实验误差允许范围内，若近似等于，则认为这一过程机械能守恒
、若存在空气阻力和摩擦力，重锤下落过程中需克服空气阻力和摩擦力做负功，重锤动能减小，故A正确；
B、接通电源前释放了纸带，导致记录的重锤下落距离偏小，会出现小于，故B错误。
故选：。
故答案为：；、；在实验误差允许范围内，若近似等于，则认为这一过程机械能守恒；。
根据实验原理选择合适的实验器材；
根据功能关系得出重力势能的变化量，结合运动学公式和动能的计算公式完成分析；
根据机械能守恒定律推出的表达式，从图象的斜率来说明机械能守恒的条件；
根据实验操作分析误差来源。
本题主要考查了机械能守恒定律的验证实验，根据实验原理掌握正确的实验操作，结合运动学公式和功能关系完成分析。
 

13.【答案】解：小球通过最高点时绳的弹力为，根据牛顿第二定理得：

解得：
对在行星表面附近做匀速圆周运动的质量为的卫星，根据牛顿第二定律得：

解得：
对行星表面质量为的物体，根据万有引力等于重力得：

解得：
根据密度公式得：
答：该星球表面的重力加速度为；
该星球的第一宇宙速度为；
该星球的平均密度为。 

【解析】在最高点，根据牛顿第二定理可求星球表面的重力加速度。
在行星表面根据重力提供向心力，可求第一宇宙速度。
对行星表面质量为的物体，根据万有引力等于重力，求出星球的质量，再根据密度公式可求行星的平均密度。
对于卫星类问题，关键是明确卫星的动力学原理，根据牛顿第二定律列式求解；同时要记住星球表面的重力等于万有引力。
 

14.【答案】解：当牵引力等于阻力时，速度达到最大值，功率也达到最大，根据功率公式有：
可得该车在运动过程中所受阻力大小为：
根据图像可知，匀加速阶段加速度大小为：
根据牛顿第二定律有：
则该车在匀加速运动过程中所受牵引力的大小：
内汽车匀加速运动的位移为：
牵引力做的功为：
变加速过程中，即内，汽车牵引力的功率恒为，所以该过程中牵引力做的功为：

则从静止开始到末该车所受牵引力所做的功：

从静止开始到末由动能定理得：
解得从静止开始到末该车前进的距离：
答：该车在运动过程中所受阻力大小为；
该车在匀加速运动过程中所受牵引力的大小为；
从静止开始到末该车所受牵引力所做的功为；
从静止开始到末该车前进的距离为。 

【解析】根据功率的公式，结合平衡条件求运动过程中受到的阻力；
根据牛顿第二定律求在匀加速过程的牵引力；
分两个阶段分别用和求牵引力所做的功，两者相加即可；
对机车根据动能定理和克服阻力的功求机车前进的距离。
本题考查功率的相关内容，关键要抓住机车的两种启动方式：恒力启动，做匀加速运动，随着速度增加，当功率到达最大时，该过程结束。恒功率启动，随着速度增大，牵引力减小，当牵引力减小到与阻力相等时就匀速运动。
 

15.【答案】解：摩托车和表演者由运动到，下落的高度为

轨道的长度为

由点到点，由动能定理得

对摩托车在点，根据牛顿第二定律得

代入数据解得经过点的轨道对摩托车的支持力：
由牛顿第三定律可知，摩托车对轨道的压力大小
表演者与摩托车恰能经过最高点，在点，由重力提供向心力，由牛顿第二定律可得

从点到点，由机械能守恒可得

解得：
摩托车离开点做平抛运动，平抛运动的竖直位移
所以平抛运动时间为

因此，表演者落点点与点的水平距离

答：通过点时摩托车对轨道的压力大小为；
点与点的水平距离为。 

【解析】由点到点，由动能定理求出摩托车和表演者经过点的速度大小。对摩托车在点应用牛顿第二定律求出轨道对摩托车的支持力，从而得到摩托车对轨道的压力大小；
表演者与摩托车恰能经过最高点时，由重力提供向心力，由牛顿第二定律求出摩托车和表演者经过点的速度大小。从点到点，由机械能守恒求出摩托车和表演者经过点的速度大小。再根据平抛运动的规律求点与点的水平距离。
解答本题时，要理清摩托车的运动过程，把握隐含的临界状态和临界条件，知道表演者与摩托车恰能经过最高点时，由重力提供向心力。动能定理常用于涉及力在空间的效果求速度的情形。