北京市汇文中学2023-2024学年高一下学期期中物理（选考）试题

这是一份北京市汇文中学2023-2024学年高一下学期期中物理（选考）试题，共9页。试卷主要包含了单项选择题，填空题，计算题等内容，欢迎下载使用。

本试卷共10页，共100分。考试时长90分钟。考生务必将答案答在答题卡上，在试卷上作答无效。
一、单项选择题（每题所给的选项中只有一个是符合题意的，将符合题意选项的序号选出，填入答题卡中。本题共14小题，每题3分，共42分。）
1．下列单位中，冲量的单位的是
图1
A．J B．N·m C．kg·m/s D．N·s
下列物理量中，是状态量的是
A．做功 B. 瞬时功率 C. 冲量 D. 速度变化量
3．篮球运动深受同学们喜爱。打篮球时，某同学伸出双手接传来的篮球，双手随篮球迅速收缩至胸前，如图1所示。他这样做的目的是
A．减小篮球对手的冲击力 B．减小篮球的动量变化量
图2
甲
乙
C．减小篮球的动能变化量 D．减小篮球对手的冲量
4．如图2所示，在湖面上有甲、乙两只静止的小船，其中甲船内有位小同学，这位同学猛推了乙船一下，两船分别向相反方向运动。下列判断正确的是
A.同学推乙船的力有可能大于乙船对他的反作用力
B.同学推乙船的力的作用时间有可能大于乙船给同学的反作用力的作用时间
C. 在猛推过程中，同学对乙的作用力和乙对同学反作用力的冲量大小一定相同
D. 在猛推过程中，乙船和同学的位移大小一定相同，因此同学对乙的作用力和乙对同学反作用力的做功一定相同
图3
A
B
5．如图3所示为小明玩蹦床的情景，其中A位置表示床面未受压力时的平衡位置，B位置是他从最高点直立下落的过程中将床面所压到的最低位置。若床面始终在弹性限度内，空气阻力及床面的质量均可忽略不计，对于小明从最高点下落到最低点的过程，下列说法中正确的是
A．床面从A位置下降到B位置的过程中，小明的动能不断变小
B．床面在B位置时，小明所受合外力为零
C．小明接触床面前处于失重状态，接触床面后处于超重状态
D．小明从最高点运动到将床面压至B位置的过程中，重力对他的冲量与床面对他的冲量大小相等
6．如图4所示，在光滑的水平面上，有一质量为m的木板A，通过不可伸长的轻绳与质量2m的足够长的木板B连接。质量为m可看成质点的物块C静止在木板B右端。开始时，A、B、C均静止，绳未拉紧。现在使木板A以v0的速度向右运动，经过一段时间后系统达到稳定状态。绳拉直且B开始运动的瞬间，下图4
列说法中正确的是
A. 木板A的速度大小为v0
B. 木板B的速度大小为 14 v0
C. 物块C的速度大小为0
D. 木板A、B、C共速
图5
7．如图5所示，表演“飞车走壁”的杂技演员骑着摩托车飞驶在圆台形筒壁内，圆台筒固定不动，其轴线沿竖直方向。演员驾驶摩托车先后在M和N两处紧贴着内壁分别在图中虚线所示的水平面内做匀速圆周运动，如果此时不计车轮与筒壁的摩擦力，则
A．M处的线速度一定大于N处的线速度
B．M处的角速度一定大于N处的角速度
C．M处的运动周期一定等于N处的运动周期
D．M处对筒壁的压力一定大于N处对筒壁的压力
图6
8．如图6所示，某同学站在罚球线上，手持篮球保持静止，在裁判员示意后将球斜向上抛出，篮球刚好落入篮筐。篮球从静止到刚好落入篮筐的过程中，已知空气阻力做功为Wf，重力做功为WG，投篮时该同学对篮球做功为W。篮球可视为质点。则在此过程中
A．篮球重力势能的变化量为W-WG+Wf
B．篮球机械能的变化量为WG-Wf
C．篮球动能的变化量为W+WG-Wf
图7
D．篮球在离开手的瞬间机械能最大
9．如图7所示，细线的一端固定于O点，另一端系一小球。在水平拉力作用下，小球以恒定速率在竖直平面内由A点运动到B点。在此过程中拉力的瞬时功率变化情况是
A. 逐渐增大 B. 逐渐减小
C. 先增大，后减小 D. 先减小，后增大
图8
10．北斗卫星导航系统由地球同步静止轨道卫星、与同步静止轨道卫星具有相同周期的地球同步倾斜轨道卫星，以及比它们轨道低一些的中轨道卫星组成。它们均为圆轨道卫星，轨道分布情况如图8所示，则
A．地球同步倾斜轨道卫星可相对静止在北京上空
B．地球同步倾斜轨道卫星的轨道高度大于同步静止轨道卫星的轨道高度
C．所有同步卫星绕地球运动的速率都一定小于中轨道卫星绕地球运动的速率
D．质量相等的中轨道卫星与同步轨道卫星相比，中轨道卫星所具有的机械能较大
图9
11．宇宙中两颗靠得比较近的星体，只受到彼此之间的万有引力而互相绕转，称之为双星系统．设某双星系统中的A、B两星球绕其连线上的O点做匀速圆周运动，如图9所示。若AO>OB，则
A. 星球A的角速度一定大于星球B的角速度
B. 星球A的质量一定小于星球B的质量
C. 若双星间距离一定，双星的总质量越大，其转动周期越大
D. 若双星的质量一定，双星之间的距离越大，其转动周期越小
图10
如图10甲所示，质量为m＝4.0kg的物体静止在水平地面上，在水平推力F作用下开始运动，水平推力F随位移x变化的图像如图乙所示（x＝4.0 m后无推力存在）。已知物体与地面之间的动摩擦因数μ＝0.50，取重力加速度g＝10m/s2。下列选项正确的是
A．物体在水平地面上运动的最大位移是4.0m
B．在物体运动过程中推力做的功为200J
C．物体的最大加速度为25m/s2
D．在距出发点3.0 m位置时物体的速度达到最大
图11
13．如图11所示，圆盘在水平面内以角速度ω绕中心轴匀速转动，圆盘上距轴r处的P点有一质量为m的小物体随圆盘一起转动。某时刻圆盘突然停止转动，小物体由P点滑至圆盘上的某点停止。下列说法正确的是
A．圆盘停止转动前，小物体所受摩擦力的方向沿运动轨迹切线方向
B．圆盘停止转动前，小物体运动一圈所受摩擦力的冲量大小为
C．圆盘停止转动后，小物体沿圆盘半径方向运动
D．圆盘停止转动后，小物体整个滑动过程所受摩擦力的冲量大小为
图12
14．“嫦娥四号”月球探测器登陆月球背面的过程可以简化为如图12所示的情景：“嫦娥四号”首先在半径为r、周期为T的圆形轨道Ⅰ上绕月球运行，某时刻“嫦娥四号”在A点变轨进入椭圆轨道Ⅱ，然后在B点变轨进入近月圆轨道Ⅲ。轨道Ⅱ与轨道Ⅰ、轨道Ⅲ的切点分别为A、B，A、B与月球的球心为O在一条直线上。已知引力常量为G，月球的半径为R，体积，则
A. 月球的平均密度为
B. 探测器在轨道Ⅱ上A、B两点的线速度之比为
C. 探测器在轨道Ⅱ上A、B两点的加速度之比为
D. 探测器从A点运动到B点的时间为
二、填空题（共18分）
15．（8分）用如图13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，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。已知当地图13
打点计时器
纸带
夹子
重锤
重力加速度为g。
（1）除图13中所示的装置之外，还必须使用的器材是 ；
A．直流电源、天平（含砝码）
B．直流电源、刻度尺
C．交流电源、天平（含砝码）
D．交流电源、刻度尺
（2）下面列举了该实验的几个操作步骤：
A．按照图13所示安装好实验器材并连接好电源
B．先打开夹子释放纸带，再接通电源开关打出一条纸带
C．测量纸带上某些点间的距离
D．根据测量的结果比较重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能
其中没有必要进行的或者操作不当的步骤是 （选填步骤前的字母）；
（3）如图14所示，根据打出的纸带，选取纸带上的连续的五个点A、B、C、D、E，通过测量并计算出点A距起始点O的距离为s0，点AC间的距离为s1，点CE间的距离为s2，若相邻两点的打点时间间隔为T，重锤质量为m，根据这些条件计算重锤从释放到下落OC距离时的重力势能变化量ΔEp= ，动能变化量ΔEk= _______；在多次实验中发现，重锤减小的重力势能总是大于重锤增加的动能，其原因主要是 ；
A
s2
s1
B
C
D
E
s0
O
图14
v2
h
O
图15
（4）某同学利用图14中纸带，先分别测量出从A点到B、C、D、E、F、G点的距离h（其中F、G点为E点后连续打出的点，图中未画出），再计算打出B、C、D、E、F各点时重锤下落的速度v和v2，绘制图像，如图15所示，并求得图线的纵轴截距b和斜率k。
①请说明如何根据图像验证重锤下落过程机械能是否守恒？
；
②假设上述实验操作中不受一切阻力影响，此时绘制的图线的斜率k与k的关系最可能的是 。
A．k>k B． k=k C．k16. （10分）探究向心力大小F与物体的质量m、角速度和轨道半径r的关系实验。
（1）本实验所采用的主要探究方法与下列哪些实验是相同的__________；
A．探究小车速度与时间变化规律的实验
B．卡文迪什扭秤实验
C．探究两个互成角度的力的合成规律
D．探究加速度与物体受力、物体质量的关系
（2）某同学用向心力演示器进行实验，实验情景如图16甲、乙、丙三图所示。
图16
a．三个情境中，图________是探究向心力大小F与质量m关系（选填“甲”、“乙”、“丙”）。
图17
b．在甲情境中，若两钢球所受向心力的比值为1:4，则实验中相应选取两个变速塔轮的半径之比为_________。
（3）某物理兴趣小组利用传感器进行探究，实验装置原理如图17所示。装置中水平光滑直槽能随竖直转轴一起转动，将滑块套在水平直槽上，用细线将滑块与固定的力传感器连接。当滑块随水平光滑直槽一起匀速转动时，细线的拉力提供滑块做圆周运动需要的向心力。拉力的大小可以通过力传感器测得，滑块转动的角速度可以通过角速度传感器测得。
a.小组同学先让一个滑块做半径r为0.14m的圆周运动，得到图18甲中①图线。然后保持滑块质量不变，再将运动的半径r分别调整为0.12m、0.10m、0.08m、0.06m，在同一坐标系中又分别得到图甲中②、③、④、⑤四条图线。
图18
b.对①图线的数据进行处理，获得了图像，如图乙所示，该图像是一条过原点的直线，则图像横坐标x代表的是________。
图19
c.对5条图线进行比较分析，得出一定时，的结论。请你简要说明得到结论的方法__________________________________________________________________。
三、计算题（共40分）
17.（9分）如图19所示，竖直平面内的四分之一圆弧轨道半径为R，下端与水平桌面相切，小球A从圆弧轨道顶端无初速滑下，与静止在圆弧轨道底端的小球B相碰，A与B碰撞后结合为一个整体。已知圆弧轨道光滑，A和B的质量均为m，重力加速度为g ，A、B均可视为质点。求：
（1）碰撞前瞬间A的速度大小v；
（2）碰撞后瞬间A和B整体的速度大小v；
（3）碰撞过程中，B对A的冲量。
18．（9分）汽车发动机的最大功率为P=60kW，汽车的质量为m=2.0×103kg。汽车在足够长的水平路面从静止以a=1.0m/s2的加速度先做匀加速直线运动，当牵引力的功率达到最大时，保持最大功率不变，变加速运动了t=20s后小车的速度达到最大vm，已知汽车在行驶中所受路面阻力恒定为重力的0.1倍，重力加速度g=10m/s2，求：
(1)汽车在水平路面能达到的最大速度大小vm；
(2)汽车在水平路面做匀加速运动能维持的时间t1；
(3)小车在加速运动过程中的总位移s的大小。
19．（10分）万有引力定律揭示了天体运动规律与地上物体运动规律具有内在一致性。
（1）用一弹簧秤称量一个相对于地球静止的小物体的重量，随称量位置的变化可能会有不同的结果。已知地球质量为M，自转周期为T，万有引力常量为G。将地球视为半径为R，质量均匀分布的球体，不考虑空气的影响。设在地球北极地面称量时，弹簧秤的读数是F0。
a．若在北极上空高出地面h处称量，弹簧秤读数为F1，求比值F1/F0的表达式，并就h=1.0%R的情形算出具体数值（计算结果保留两位有效数字）；
b．若在赤道地面称量，弹簧秤的读数为F2，求比值F2/F0的表达式。
（2）设想地球绕太阳公转的圆周轨道半径为r，太阳的半径为RS和地球的半径R三者均减小为现在的1.0%，而太阳和地球的密度均匀且不变。仅考虑太阳和地球间的相互作用，以现实地球的1年为标准，计算“设想地球”的一年将变为多长？
20．（12分）如图20所示，半径m的光滑半圆弧轨道固定在竖直平面内，AB是轨道的竖直直径，轨道在B点与倾角的传送带（轮子半径很小）上端点相切；电动机带动传送带以v =8m/s的速度逆时针匀速运动，传送带下端点C与水平面CDO平滑连接，B、C间距L=10m；一轻质弹簧的右端固定在O的挡板上，质量m =10kg的物体靠在弹簧的左端D处，此时弹簧处于原长，弹簧劲度系数k =150N/m，C、D间距x0=4.4m，OD 段光滑，DC段粗糙。现将物块压缩弹簧x =2m后由静止释放，物块经C点滑上和经B点离开传送带时，速度大小不变，方向分别变为沿传送带向上和水平向左。已知物块与传送带间的动摩擦因数为、与CD段间的动摩擦因数为μ2=0.5，且物块可视为质点，重力加速度大小g =10m/s2。求：
（1）物块达到C点时的速度vC；
（2）a.物块在传送带上运动的过程中，系统由于摩擦产生的热量Q；
b.由于运送物块，带动传送带的电动机多做的功∆W。
（3）物块滑上半圆弧轨道后，能否达到A点？
若能，请说明理由；若不能，请在图中画出物块脱离圆弧轨道的位置，并说明理由。
图20
参考答案
一、单项选择题
二、填空题（共18分）
15．（1）D （1分） （2）B（1分）
（3）-mg(s0+s1) （1分）；（1分）；重锤下落过程中受到阻力作用（1分）
（4）①在实验误差允许范围内，若k近似等于2g，则可认为这一过程机械能守恒（2分）②A（1分）
16. （1） D （2）a. 丙 b. 2:1
（3）b. （或等带即可）
c. 探究F与r的关系时，要先控制m和不变，因此可在图像中找到同一个对应的向心力，根据5组向心力F与半径r的数据，在F-r坐标系中描点作图，若得到一条过原点的直线，则说明F与r成正比。
三、计算题（共40分）
17.（9分）
（1）设两小球质量均为m，对小球A从圆弧轨道顶端滑到底端的过程，由机械能守恒定律 （1分）
得 （1分）
（2）对A、B碰撞的过程应用动量守恒定律 （2分）
得 （1分）
（3）对B动量定理： （1分）
（1分）
根据牛顿第三定律，（1分）
B对A的冲量，方向水平向左（1分）
18．（9分）
解：由题意知：f=0.1mg=2000N
(1)当牵引力等于阻力时，速度达到最大，为：
P=Fv=fvm
最大速度为：vm=Pf=60×1032000m/s=30m/s
(2)在匀加速阶段，根据牛顿第二定律可知，F'-f=ma，解得F'=ma+f=2000×1N+2000N=4000N
匀加速达到最大速度时，恰好达到额定功率，根据P=F'v可得v=PF'=60×1034000m/s=15m/s
在匀加速度阶段设运动时间为t1，则v=at1，解得t1=va=151s=15s
(3)匀加速阶段通过的位移为x1=v22a=1522×1m=112.5m
在变加速阶段，根据动能定理可知Pt1-fx2=12mvm2-12mv2
解得x2=262.5m
小车在加速运动过程中的总位移s=x1+x2=375m
19．（10分）
（1）设小物体质量为m。
a．在北极地面
在北极上空高出地面h处
得 （2分）
当h=1.0%R时， （1分）
b．在赤道地面，小物体随着地球自转做匀速圆周运动，受到万有引力和弹簧秤的作用力，有 （2分）
得 （1分）
（2）地球绕太阳做匀速圆周运动，受到太阳的万有引力。设太阳质量为，地球质量为M，地球公转周期为，有 （1分）
得 （2分）
其中ρ为太阳的密度。由上式可知，地球公转周期仅与太阳的密度。地球的公转轨道半径与太阳半径之比有关，因此“设想地球”的1年与现实地球的1年相同。 （1分）
20．（12分）
（1），直接写出的，扣掉1分（需用平均作用力或图像证明） （2分）
（1分）
（2）a. （1分）
，
（1分）
（1分）
b. （3分）
（3）不能，应在圆心左偏上30°处脱离。 （3分）1
2
3
4
5
6
7
D
B
A
C
D
C
A
8
9
10
11
12
13
14
D
A
C
B
B
D
D