[物理]辽宁省七校协作体2023-2024学年高一下学期期末联考试卷(解析版)

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第II卷（选择题46分）
一、选择题（本题共10小题，共46分。在每小题给出的四个选项中，第1~7题只有一项符合题目要求，每小题4分；第8~10题有多项符合题目要求，每小题6分，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错、多选或不选的得0分。）
1. 冬奥会的单板滑雪比赛场地由助滑区、起跳台、着陆坡、终点区构成。运动员与滑雪板一起从高处滑下，通过跳台起跳，完成空翻、转体、抓板等技术动作后落地。分析时，不考虑运动员空翻、转体等动作对整体运动的影响。若空气阻力不可忽略，运动员在空中滑行时所受合力的图示正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】如图运动员在空中滑行时，阻力方向与速度方向相反，即斜向右上，自身重力竖直向下，则合力方向朝右下。故ABD错误；C正确。
故选C。
2. 在物理学的发展历程中，有很多科学家做出了卓越的贡献，下列说法正确的是（ ）
A. 牛顿利用扭秤装置比较准确地测出了万有引力常数
B. 库仑提出电荷的周围存在一种特殊物质叫电场，电场对放入的电荷有力的作用
C. 开普勒研究第谷行星观测记录发现了一些规律，后人称为开普勒行星运动定律
D. 英国物理学家法拉第最先测出了元电荷的数值
【答案】C
【解析】A．卡文迪什利用扭秤装置在实验室里比较准确地测出了引力常量G值，故A错误；
B．法拉第提出电荷的周围存在电场，故B错误；
C．开普勒研究第谷的行星观测记录发现了一些规律，后人称为开普勒行星运动定律，故C正确；
D．美国物理学家密立根用油滴实验最早精确地测出了元电荷e的数值，故D错误。
故选C。
3. 如图所示，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
B. 篮球机械能的变化量为
C. 篮球动能的变化量为
D. 篮球在离开手的瞬间机械能最大
【答案】D
【解析】A．篮球重力势能的增量等于克服重力做功，即为-WG，故A错误；
B．篮球机械能的变化量等于阻力做功，即为Wf，故B错误；
C．根据动能定理可知，篮球动能的增量等于合外力的功，即为WG+Wf，故C错误；
D．由于篮球有空气阻力做功，则篮球在出手时刻的机械能最大，故D正确。
故选D。
4. 宇宙双星系统是由两颗相距较近的恒星组成的系统，它们在相互引力作用下，围绕着共同的圆心运动。它们为天文学家研究恒星的演化提供了很好的素材。已知某双星之间的距离为，相互绕行周期为，引力常量为，可以估算出（ ）
A. 双星的质量之和B. 双星的质量之积
C. 双星的速率之比D. 双星的加速度之比
【答案】A
【解析】AB．由万有引力提供向心力可得
联立可得
所以
又由
可得
质量之和可以估算，质量之积无法求解，故A项正确，B项错误；
C．由线速度与角速度的关系
可得
速率之和可以估算，速率之比无法求解，C项错误；
D．由加速度与角速度的关系
可得
由于双星的半径之比未知，故双星的加速度之比无法求解，D项错误。
故选A。
5. 如图为我国高速铁路使用的“复兴号”动车组，假设动车组运行过程中受到的阻力与速度的平方成正比。若动车以120km/h的速度匀速行驶，发动机的功率为P。 当动车以速度240km/h匀速行驶，则发动机的功率为（ ）
A. PB. 2PC. 4PD. 8P
【答案】D
【解析】动车匀速行驶时，牵引力等于阻力，有
则发动机的功率为
依题意，动车两次行驶速度之比为
联立，可得
故选D。
6. 如图甲所示，在x轴上有一个点电荷Q（图中未画出），O、A、B为轴上三点。放在A、B两点的试探电荷受到的静电力与其所带电荷量的关系如图乙所示。以x轴的正方向为静电力的正方向，则（ ）
A. 点电荷Q一定为正电荷
B. 点电荷Q在A、B之间
C. 点电荷Q在A、O之间
D. A点的电场强度大小为
【答案】B
【解析】ABC．由图乙知，正的试探电荷放在A点和负的试探电荷放在B点所受的静电力的方向都沿x轴的正方向，说明点电荷Q为负电荷且在A、B之间，故AC错误，B正确；
D．由图像的斜率
可知
故D错误。
故选B。
7. 打桩机是基建常用工具。某种简易打桩机模型如图所示，重物A、B和C通过不可伸长的轻质长绳跨过两个光滑且等高的小定滑轮连接，在外力作用下使得C与滑轮等高（A、B和C均在空中），且处于静止状态，C到两定滑轮的距离均为L。重物A和B的质量均为，重物C的质量为。撤除外力，使C由静止开始竖直落下（始终未与地面相碰），A、B、C均可视为质点。则重物C下落的最大距离为（ ）
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】设重物C下落的最大距离为，此时重物A、B和C的速度均为0，根据几何关系可知重物A、B上升的高度均为
根据系统机械能守恒可得
解得
故选C。
8. 一块质量为M的长木板A静止放在光滑的水平面上，质量为m的物体B（视为质点）以初速度从左端滑上长木板A的上表面并从右端滑下，该过程中，物体B的动能减少量为，长木板A的动能增加量为，A、B间摩擦产生的热量为Q（不考虑空气阻力），关于，，Q的数值，下列三个数量关系一定不可能的是（ ）
A. ，，
B. ，，
C. ，，
D. ，，
【答案】CD
【解析】设物体与木板间的摩擦力大小为，木块B的位移为，木板A的位移为，对A有
对B有
且
A和B运动的图像为
图线与坐标轴围成的面积表示物体的位移，可看出
所以有
选不可能的，故选CD。
9. 如图甲所示，小物块（可以看成质点）以一定的初速度从倾角为的斜面底端A点沿斜面向上运动。选择地面为参考平面，上滑过程中，物块的机械能E随物块离A点距离s的变化关系如图乙所示。小物块上滑时离A最远距离为，重力加速度大小g取，则（ ）
A. 物体的质量
B. 物体与斜面间的动摩擦因数
C. 物体上滑过程中的加速度大小
D. 物体回到斜面底端时的速度为
【答案】AD
【解析】A．上升到最高点时物体机械能等于重力势能，则
解得
故A正确；
B．机械能的变化量等于除重力外的其它所做的功，故满足
其中
解得
故B错误；
C．上滑过程中由牛顿第二定律可得
解得
故C错误；
D．下滑过程中由牛顿第二定律可得
解得
由运动学公式可得
解得
故D正确。
故选AD。
10. 某缓冲装置的理想模型如图所示，劲度系数足够大的轻质弹簧与轻杆相连，轻杆足够长，轻杆可在固定的槽内移动，与槽间的滑动摩擦力与插入的距离d成正比（）。固定的槽足够长，装置可安全工作。若一小车分别以初动能Ek1和Ek2撞击弹簧，导致轻杆分别向右移动L和3L。已知轻杆初始时位于槽间的长度为L，装置安全工作时，轻杆与槽间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，且不计小车与地面间的摩擦。比较小车这两次撞击缓冲过程，下列说法正确的是（弹簧的弹性势能）（ ）
A. 小车撞击弹簧的初动能之比大于1:4
B. 系统损失的机械能之比为1:4
C. 两次小车反弹离开弹簧的速度之比为1:2
D. 小车做加速度增大的减速运动
【答案】CD
【解析】A．与槽间的滑动摩擦力与插入的距离成正比，第一次，轻杆克服摩擦力做功为
弹簧弹力大小为2AL，设弹性势能为Ep，小车撞击弹簧的初动能为
第二次，轻杆克服摩擦力做功为
弹簧弹力大小为4AL，弹性势能为4Ep，小车撞击弹簧的初动能为
故
故A错误；
B．系统损失的机械能之比为
故B错误；
C．小车反弹离开弹簧时弹性势能全部转化成动能，可求得速度比为1:2，故C正确；
D．撞击缓冲过程小车做加速度增大的减速运动，故D正确。
故选CD。
第II卷（非选择题54分）
二、实验题（本题共2小题，第11题6分，第12题8分，每空2分，共计14分）
11.
（1）在研究平抛运动的实验中，为了减小实验误差，某同学进行了如下操作，以下操作可行的是_________（填选项前的字母）.
A. 尽量增大钢球与斜槽间的摩擦
B. 使用密度小、体积大的钢球
C. 实验时，让小球每次都从不同位置滚下
D 使斜槽末端切线保持水平
（2）某探究小组在做研究小球做平抛运动”的实验时，做了一段小球运动轨迹的图线.图中，A为小球运动一段时间后的位置，由图可求出小球做平抛运动的初速度为__________m/s，小球做平抛运动的起点位置的坐标是_________（g取10m/s2，计算结果均保留两位有效数字）
【答案】（1）BD （2）2.0 （，）
【解析】
【小问1详解】
A．钢球与斜槽间的摩擦对实验无影响，只要到达斜槽末端的速度相等即可，故A错误；
B．使用密度大、体积小的钢球可减小相对的阻力，从而减小误差，故B正确；
C．实验时，让小球每次都从同一位置由静止开始滚下，以保证初速度相同，故C错误；
D．使斜槽末端切线保持水平，以保证抛出时的初速度水平，故D正确。
故选BD。
【小问2详解】
由于物体竖直方向做自由落体运动，故在竖直方向有
解得
水平方向
解得
小球在B位置的竖直方向的速度为
设小球从抛出点到B位置所用时间为t，则
得
小球从抛出点到B点的水平位移为
小球从抛出点到B点的竖直位移为
所以小球平抛的起点横坐标为
小球平抛的起点纵坐标为
所以小球平抛的起点坐标为（，）。
12. 某同学利用图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。

（1）三个重物的形状、体积相同但质量关系为。为减小空气阻力对实验的影响，纸带下方悬挂的重物应选择_____________。（填写选项字母）

（2）正确实验操作后得到图乙所示的纸带。O点为打点计时器打下的第一个点，连续点A、B、C…与O点之间的距离分别为、、…，若打点计时器的打点频率为f，重物的质量为m，重力加速度为g，则从打O点到打B点的过程中，重物的动能增加量________，重力势能减少量________。（用题中字母表示）
（3）用纵轴分别表示重物动能增加量及重力势能减少量，用横轴表示重物下落的高度h。某同学在同一坐标系中做出了和图像，如图丙所示。由于重物下落过程中受阻力作用，可知图线___________（填“①”或“②”）表示图像。

【答案】（1） A （2） （3） ②
【解析】（1）验证机械能守恒实验中，空气阻力及摩擦阻力的影响越小越好，所以尽量选择密度大、体积小的金属重锤，因三个重物的形状、体积相同，但质量关系为，所以选择质量大的重物A。
故选A。
（2）打点计时器的打点周期为
重物从打O点到打B点的过程中，重物的动能增加量为
重物从打O到打B点的过程中，重力势能减少量为
（3）在重物下落的过程中，由于受到一定阻力的影响，重力势能的减少量会略大于动能的增加量，可知图线②表示图像。
三、计算题（本题共3小题，共40分。解答时应写出必要的文字说明，方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须写出数值和单位）
13. 如图所示，水平地面上方存在大小为的水平向右的匀强电场，一带电小球（大小可忽略）用轻质绝缘细线悬挂于O点，小球带电荷量为q，静止时细线与竖直方向的夹角为，重力加速度为g，不计空气阻力。（，）求：
（1）小球所带电性及小球的质量；
（2）现只将细线剪断，小球落地前的加速度大小；
（3）若只将电场撤去，小球到达最低点时细线对小球拉力的大小。
【答案】（1）负电，；（2）；（3）
【解析】（1）小球处于平衡状态，受到重力，细线的拉力以及电场力。根据三力平衡可知，电场力方向水平向左，因电场强度方向水平向右，故小球带负电，由平衡条件可得
解得
（2）剪去细线后，小球在空中仅受电场力和重力的作用，合力为
小球落地前的加速度大小
（3）撤去电场后，小球做圆周运动，设细线长为，到最低点细线的拉力为，速度为，则根据动能定理有
小球到达最低点时，合力提供向心力，有
联立得到
14. 假定航天员在火星表面利用如图所示的装置研究小球的运动，竖直放置的光滑半圆形管道固定在水平面上，一直径略小于管道内径的小球（可视为质点）沿水平面从管道最低点A进入管道，从最高点B脱离管道后做平抛运动，1s后与倾角为37°的斜面垂直相碰于C点。已知火星的半径是地球半径的倍，质量为地球质量的倍，地球表面重力加速度g=10m/s²，忽略星球自转影响。半圆形管道的半径为r=3m，小球的质量为m=0.5kg， sin37°=0.6，cs37°=0.8.求：
（1）火星表面重力加速度的大小；
（2）C点与B点的水平距离；
（3）小球经过管道的A点时，对管壁压力的大小。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】（1）在地球表面上
在火星表面上
解得
（2）小球与斜面垂直相碰，由几何关系得
解得
C点与B点的水平距离
（3）小球从A到B，由动能定理得
在A点由牛顿第二定律得
由牛顿第三定律得
15. 如下图所示，半径为R的光滑半圆形竖直轨道在最低点与水平直轨道相切，水平直轨道有一段长度为L的粗糙部分，右侧部分光滑。可视为质点、质量为的滑块放在光滑直轨道上，滑块与粗糙轨道间的动摩擦因数为μ。先用手控制滑块使其压缩一根轻质弹簧（弹簧右端固连于墙，弹簧长度小于光滑段长度），然后松手释放滑块，使弹簧将其弹开，滑块离开弹簧水平向左滑过直轨道后冲上半圆形轨道。滑块沿半圆形轨道上滑的最大高度h与滑块通过半圆形轨道最低点时对轨道的压力F之间的关系如下图所示（h为相对于水平轨道平面的竖直高度），重力加速度为g。
（1）若滑块恰好能来到半圆形轨道的最低点，求原本压缩的弹簧储存的弹性势能；
（2）若滑块恰好能来到半圆形轨道的最高点，求这种情况下滑块经过半圆轨道最低点时对轨道的压力F0；
（3）将下图补充完整（请写出具体的分析过程）。
【答案】（1）；（2）6mg；（3）
【解析】（1）若滑块恰好能来到半圆形轨道的最低点，根据动能定理有
W弹－μmgL=0
W弹=Ep
则
Ep=μmgL
（2）若滑块恰好能到达圆轨道最高点，则滑块在圆轨道最低点有

滑块在圆轨道最高点

滑块由圆轨道最低点滑到圆轨道最高点的过程，根据动能定理，
解得
F0=6mg
（3）在0—R之间有，滑块在圆轨道最低点
滑块在h处有速度为零，则滑块由圆轨道最低点沿圆轨道滑到最大高度h的过程，根据动能定理
得
在3mg—6mg间，滑块在圆轨道最低点
滑块在圆轨道脱离最高点
其中
滑块由圆轨道最低点沿圆轨道滑到最大高度h的过程，根据动能定理
得
即
综上，则完整图如图所示