湖南省长沙市长郡中学2024-2025学年高一（上）期末物理试卷

这是一份湖南省长沙市长郡中学2024-2025学年高一（上）期末物理试卷，共15页。试卷主要包含了单选题，多选题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。
1.2024长沙市长郡中学第40届田径运动会于9月28日开幕，通过3天的比赛，运动员们展现了我校中学生朝气蓬勃、奋发向上的精神风貌和运动风采。下列关于运动会中相关项目的物理知识叙述正确的是( )
A. 在跳高比赛中研究运动员过杆动作时，可以把运动员看作质点
B. 某运动员在起跑瞬间，速度为零，其加速度一定不为零
C. 某运动员在200m比赛中，其总位移一定为200m
D. 某运动员百米跑的成绩是12s，其中12s指时间间隔，他冲刺时的速度大小一定为8.33m/s
2.2023年SUV制动距离排行榜上国产汽车成绩进步明显，如图中吉利车型领克05测试过程中以100km/h的初速度进行刹车制动，经过34m的距离刹停。若制动过程可看成匀减速直线运动，关于此次测试过程，该车( )
A. 刹车时间约为2.4sB. 刹车过程的加速度大小约为147m/s2
C. 刹车过程的平均速度大小为50m/sD. 在第3s末的速度大小约为6m/s
3. 2024年8月3日，中国网球参赛选手郑钦文在巴黎奥运会网球女单比赛中夺冠，为中国网球队创造了历史。如图所示为该选手在巴黎奥运会决赛中比赛的精彩瞬间，她回球时将网球斜向上击出，不计空气阻力，下列说法正确的是( )
A. 网球被郑钦文击出后斜向上运动的过程中处于超重状态
B. 网球在最高点时的速度为0
C. 网球在空中运动的过程中，在相同的时间内，速度变化量相同
D. 若仅增大回球的初速度，网球在空中运动到最高点的时间不变
4.旋转餐桌的水平桌面上，一个质量为m的茶杯(视为质点)到转轴的距离为r，茶杯与旋转桌面间的动摩擦因数为μ，重力加速度大小为g，餐桌带着茶杯以相同转速一起匀速转动时，茶杯与餐桌没有发生相对滑动，假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，下列说法正确的是( )
A. 若减小餐桌的转动转速，则茶杯与餐桌可能发生相对滑动
B. 一起匀速转动时茶杯有沿切线方向滑出去的趋势
C. 让餐桌加速转动，茶杯与餐桌仍保持相对静止，则茶杯受到的摩擦力的方向指向餐桌的中心
D. 将茶杯中的水倒出后仍放在原位置，以相同的转速匀速转动餐桌，茶杯与餐桌仍保持相对静止
5.炎陵黄桃是中国地理标志产品，近似球形，为了筛选大小大致相同的黄桃，某农户采用如图所示的简易筛选装置，两根共面但不平行的直杆倾斜放置(与水平面夹角相等)，黄桃沿两杆向下加速滑动(假设下滑过程黄桃不转动)，大小不同的黄桃会落入不同筐中，则( )
A. 杆对黄桃的弹力是因为黄桃发生形变产生的
B. 杆对黄桃的作用力大于黄桃对杆的作用力
C. 黄桃在运动过程中所受摩擦力不变
D. 同一个黄桃在不同位置对单根杆的压力大小不同
6.甲、乙两物体受水平力的作用，在光滑水平面上沿一条直线运动，其v-t图像如图所示，关于两物体的受力情况和运动情况，下列说法正确的是( )
A. 甲、乙两物体运动方向相反
B. 若甲、乙两物体所受外力之比F甲：F乙=2：3，则质量之比m甲：m乙=3：4
C. 若t=0时甲、乙在同一点，则t=4s时二者相遇
D. 若t=4s时甲、乙相遇，则t=8s时两物体间距离与t=0时相等
7.如图，长为L的轻直棒一端可绕固定轴O在竖直面内转动，另一端固定一质量为m的小球，小球搁在光滑水平升降台上，升降平台以速度v匀速上升。下列说法正确的是( )
A. 小球做匀速圆周运动
B. 棒的角速度逐渐增大
C. 当棒与竖直方向的夹角为α时，小球的速度为vsinα
D. 当棒与竖直方向的夹角为α时，棒的角速度为vLsinα
二、多选题：本大题共3小题，共15分。
8.如图所示，在光滑斜面底端固定一个轻弹簧，弹簧上端固定一个物块A，另一个物块B与物块A并排放置但不粘连，两物块质量相同。现用一个平行于斜面的外力推物块B使弹簧压缩并保持静止，撤去外力后弹簧推动物块运动，并能使物块B离开A后继续沿斜面向上运动，则下列说法正确的是( )
A. 两物块分离前处于相对静止状态B. 两物块分离前一直做加速运动
C. 两物块分离前A对B的弹力一直减小D. 两物块分离时弹簧处于伸长状态
9.如图所示为半球形碗的竖直截面图，O为圆心，C为半球形碗的最低点，AOB为水平直径，碗的半径为r。两个小球甲和乙先后分别从A点、B点以不同的初速度v1、v2沿水平方向相向抛出，小球甲恰好撞到碗上的C点，v2=v12。两小球可视为质点，撞到碗后不反弹。忽略空气阻力，重力加速度为g。则( )
A. 两小球能在空中相遇
B. 小球乙不可能垂直撞击到碗上
C. 小球甲刚要撞到碗时的竖直分速度比乙刚要撞到碗时的竖直分速度大
D. 小球乙的初速度v2= 2gr2
10.如图所示，定滑轮A固定在天花板上，轮轴及滑轮表面均光滑，水平地面上固定铰链B，B在A的正下方，轻质硬直杆一端连接B，另一端连接质量为m的小球C(视为质点)，轻质细线跨过A，一端连接C，另一端与轻质弹簧相连。在弹簧的右端施加一个力F1(未知量)，系统处于第一个静止状态，ABC成边长为d的正三角形，弹簧的长度为1.5l；撤去F1，在弹簧的右端施加力F2(未知量)，使得A、C间的距离为0.5d，系统处于第二个静止状态，弹簧的长度为l，重力加速度为g，弹簧始终在弹性限度内，下列说法正确的是( )
A. 两种状态下，杆对小球的弹力等大
B. F1=1.5F2
C. 弹簧的劲度系数为2mgl
D. 当系统处在第二个静止状态时，弹簧的伸长量为0.5l
三、实验题：本大题共2小题，共16分。
11.某研究小组用如图甲所示装置“探究两个互成角度的力的合成规律”。实验步骤如下：
A.用图钉将白纸固定在水平木板上；
B.将橡皮条的一端固定在木板上A点，另一端系在绳的结点上。将两细线也系在绳的结点上，另一端分别挂弹簧测力计B和C。用互成一定角度、方向平行于木板、大小适当的力拉两个弹簧测力计，使绳的结点静止在O点，用铅笔做标记，并沿细线标记两绳拉力的方向，读出弹簧测力计的示数分别为F1和F2；
C.撤掉一个弹簧测力计，用一个弹簧测力计将绳的结点拉到相应位置，读出弹簧测力计的示数为F'，沿细线标记拉力F'的方向；
D.选择合适标度，在白纸上以F1和F2为邻边作平行四边形，作出合力F的大小和方向；按同一标度在白纸上画出力F'的图示；
E.如图乙，比较F'和F的大小和方向，从而验证是否遵循力的平行四边形定则。
(1)本实验主要采用的科学方法是______。(填正确选项前的字母)
A.控制变量法
B.等效替代法
C.理想实验法
D.建立物理模型法
(2)以下实验注意事项，其中正确的是______。(多选，填正确选项前的字母)
A.步骤B、C中要将橡皮条和绳的结点拉到相同位置
B.两细绳必须等长
C.弹簧测力计、细绳、橡皮条都应与木板平行
D.用两弹簧测力计同时拉细绳时，两弹簧测力计示数之差应尽可能大
(3)某同学在坐标纸上画出了如图丙所示的两个已知力F3和F4，图中小正方形的边长表示2N，请用作图法求得两力的合力大小为______N。
12.利用如图装置可以测量滑块与木板之间的动摩擦因数。长木板水平放置，力传感器固定在墙上，通过绕过两滑轮(分别固定在长木板和滑块上)的轻绳与重物相连，重物离地面足够远。调节两滑轮的位置使轻绳与长木板平行，不计轻绳与各滑轮之间的摩擦，让重物牵引滑块由静止开始运动，记录传感器读数F以及根据纸带信息求出加速度a。改变重物质量，重复上述步骤，测量出5组a、F的值，并作出a-F图像。已知传感器的量程和轻绳耐拉力足够大，重力加速度为g。

(1)安装纸带时，有图2中甲、乙两种穿法，正确的是______(选填“甲”或“乙”)；
(2)打出一条纸带如图3。纸带上相邻的两个计数点之间还有4个点未标出，可以算出滑块的加速度a= ______m/s2(已知打点计时器的频率为50Hz，保留3位有效数字)。

(3)实验中得到的a-F图像如图4所示。图线的斜率为k0，图线在纵轴上的截距绝对值为a0，则测得滑块与木板之间的动摩擦因数为______，滑块的质量M为______。
(4)关于上述实验，下列说法正确的是______。
A.实验中应先释放滑块，再接通打点计时器电源
B.纸带与打点计时器间有摩擦，这给实验带来偶然误差
C.随着重物质量的增大，a-F图像末端可能发生弯曲
D.无论重物质量多大，滑块的加速度也不可能超过g2
四、计算题：本大题共3小题，共40分。
13.长郡中学科技节活动之一就是“水火箭比赛”，同学们积极参与，展示了功能各异的水火箭。某组同学的水火箭可以实现“定点打靶”。将目标靶置于3.2m高的竖直墙面上，水火箭装置置于水平地面上A点，发射位置到墙体的水平距离x=12m，调整发射角度θ(θ为初速度与水平方向夹角)，当初速度为v0时，水火箭恰好垂直墙体击中目标靶。不计空气阻力，取重力加速度大小g=10m/s2，水火箭与目标靶均可视为质点。

(1)求水火箭发射的初速度v0；
(2)若在水火箭前进方向的水平地面上B点放置一枚“拦截型”水火箭，其发射方向竖直向上。发射水火箭的同时也发射拦截火箭，要使拦截火箭拦截成功，则“拦截型”水火箭的发射速度v是多少。
14.传统杂技表演中有一个节目叫“水流星”。表演时，在长为L的轻绳一端系一只质量为m1的水杯，使水杯以绳另一端为圆心，在竖直平面内做圆周运动，如图所示。水杯内的水的质量为m2，重力加速度为g，假设水杯和水杯内的水均看作质点。求：
(1)要想水杯中的水刚好不流出，水杯通过最高点时速度v1的大小；
(2)若绳子能够承受的最大拉力为T，且水杯中的水不流出，则水杯在最低点时的最大角速度ω的大小是多少；
(3)水杯通过最低点的速度大小为v2时，水对容器底部的压力。
15.三明钢铁厂某分厂用传送带把工件传送到高处，图甲为该装置示意图。传送带与水平面的夹角θ=37°，A、B两端相距L1=7m。一可视为质点、质量为m=40kg的工件从A端无初速度释放后运送至B端。已知工件与传送带之间的动摩擦因数μ1=0.8，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力g=10m/s2，sin37°=0.6，cs37°=0.8。
(1)若传送带以v=2m/s的速度顺时针运转，求工件从A端运送至B端所用的时间；
(2)2021年秋冬季开始，因节能减排限时供电，传送带停止运转。为了不影响工作进度，如图乙，工人将工件置于木板最上端，拉动连接木板且与传送带平行的轻绳，完成运送工作。已知木板质量M=10kg，工件与木板之间的动摩擦因数μ2=0.8，木板与传送带之间的动摩擦因数μ3=0.25，木板上端到传送带上端的距离为L2=5.25m，不计轻绳与定滑轮间的摩擦力与空气阻力：
(i)为避免工件与木板相对滑动，求工人所用拉力的最大值；
(ii)若工人用(i)中的最大拉力将工件与木板由静止开始拉动，一段时间后撤去拉力，工件恰好能运动到B端，求拉力的作用时间。
答案和解析
1.B
【解析】A、在跳高比赛中，由于要研究运动员过杆动作，属于对物体本身细节的研究，不能被看作质点，故A错误；
B、某运动员在起跑瞬间，速度为零，之后要加速，故其加速度一定不为零，故B正确；
C、某运动员在200m比赛中，由于并未明确所在跑道情况，其总位移不一定为200m，故C错误；
D、某运动员百米跑的成绩是12s，其中12s指时间间隔，依据平均速度的定义式，该运动员全程的平均速度约为8.33m/s，并不一定为冲刺时的速度，故D错误。
故选：B。
2.A
【解析】初速度大小为v0=100km/h≈27.8m/s。
A、设刹车时间约为t，则有：v02t=x，解得：t=2.4s，故A正确；
B、根据加速度的定义式可得：a≈v0t=，故B错误；
C、刹车过程的平均速度大小为v-=v02=27.82m/s=13.9m/s，故C错误；
D、由于刹车时间约为2.4s，所以在第3s末的速度大小为0，故D错误。
故选：A。
3.C
【解析】AB、落地前，网球做斜上抛运动，加速度为重力加速度，方向竖直向下，网球处于失重状态，最高点竖直速度等于零，水平速度不为零，网球在最高点时的速度不为0，故AB错误；
C、取向下为正方向，根据动量定理可得：Δp=mgΔt，可知在相同时间内，网球的动量变化相同，故C正确；
D、若仅增大击球的初速度，则网球竖直向上分初速度增大，vy=gt，网球在空中飞行的时间变长，故D错误。
故选：C。
4.D
【解析】A.根据题意可知，茶杯转动时，所需的向心力为F向=m⋅(2πn)2r=4π2mn2r，若减小餐桌的转动转速，所需向心力减小，则茶杯与餐桌不可能发生相对滑动，故A错误；
B.匀速转动时，茶杯所受静摩擦力提供茶杯做匀速圆周运动的向心力，力的方向指向圆心，茶杯有背离圆心的运动趋势，故B错误；
C.餐桌加速转动，茶杯与餐桌仍保持相对静止，摩擦力沿着半径方向的分力改变线速度的方向，摩擦力沿着切线方向的分力改变线速度的大小，可知，茶杯受到的摩擦力的方向不指向餐桌的中心，故C错误；
D.餐桌带着茶杯以相同转速一起匀速转动时，茶杯与餐桌恰好没有发生相对滑动时，有μmg=m⋅(2πn)2r=4π2mn2r，解得μg=(2πn)2r=4π2n2r，与质量无关，将茶杯中的水倒出后仍放在原位置，等式仍然成立，可知茶杯与餐桌仍保持相对静止，故D正确。
故选：D。
5.D
【解析】A、杆对黄桃的弹力是因为杆发生形变产生的，故A错误；
B、根据牛顿第三定律可知，杆对黄桃的作用力等于黄桃对杆的作用力，故B错误；
CD、黄桃受到每根杆的弹力的方向都与杆垂直，但由于两杆不平行，两杆对黄桃的弹力方向不断变化，但由于两杆对黄桃的弹力的合力始终与黄桃所受重力垂直于杆方向的分量相等，所以同一个黄桃在不同位置对单根杆的压力大小不同，故摩擦力不同，故C错误，D正确。
故选：D。
6.D
【解析】A.根据两物体的v-t图像，两者速度都是正值，说明二者运动方向相同，故A错误；
B.速度—时间图像斜率表示加速度可知，甲的加速度大小为
a甲=0.50m/s2
乙的加速度大小为
a乙=0.25m/s2
若甲、乙两物体所受外力之比为
F甲：F乙=2：3
根据牛顿第二定律，则质量之比为
m甲：m乙=F甲a甲：F乙a乙,解得m甲：m乙=1：3
故B错误；
C.若t=0时甲、乙在同一点，则t=4s时二者速度相等，根据速度—时间图像面积表示位移可知，t=4s时甲在乙前面6m，故C错误；
D.若t=4s时甲、乙相遇，则t=0时甲在乙后面6m，t=8s时甲在乙后面6m，即t=8s时两物体间距离与t=0时相等，故D正确。
故选：D。
7.C
【解析】棒与平台接触点的实际运动即合运动方向是垂直于棒指向左上，如图所示
合速度v实=ωL，沿竖直方向上的速度分量v满足v=v实sinα，v=ωLsinα，
所以v实=vsinα，ω=vLsinα，升降平台向上匀速运动，v恒定，夹角α增大，角速度减小，小球不是做匀速圆周运动，故ABD错误，C正确。
故选：C。
8.AC
【解析】A、设两物块的质量均为m，斜面倾角为θ，撤去外力瞬间两物块的加速度大小相等，分离前速度也相同，处于相对静止状态，故A正确；
B、刚撤去外力时加速度向上，当两物体恰好分离时，二者之间的弹力为零，故加速度为gsinθ，沿斜面向下，故分离前A、B两物块的加速度先减小后增大，故B错误；
C、A、B两物块分离前A对B的弹力一直减小，分离时弹力为零，故C正确；
D、A、B分离时，对B加速度为gsinθ，沿斜面向下，对A加速度也为gsinθ，故不受弹簧弹力，即弹簧处于原长状态，故D错误。
故选：AC。
9.BC
【解析】A.两个小球甲和乙是先后做的平抛运动，竖直位置肯定不相同，所以两小球不可能会在空中相遇，故A错误；
B.由平抛运动规律可知，速度反向延长线一定过水平位移中点，若小球垂直撞击碗上，则反向延长线就会过O点，所以是不可能的，故B正确；
CD.由平抛运动规律可知，下落高度越大，竖直分速度越大，所以竖直分速度最大时平抛落点为C点，由平抛运动规律可得
r=v1tr=12gt2
解得v1= 2gr2
所以v2=v12= 2gr4，故C正确，D错误。
故选：BC。
10.AD
【解析】对小球C受力分析，受到重力，杆对小球C的支持力，绳子的拉力，如图所示
由数学知识可知，矢量三角形与三角形ABC相似，所以
mgAB=FAC=NBC
两次静止状态下，小球C的重力mg和三角形的边长AB都不变，所以上式中比值不变，两次静止状态下，BC边长度不变，AC边长度变为原来的一半，则N1=N2=mg，F1=2F2=mg
设弹簧原长为l0，劲度系数为k，则k(1.5l-l0)=2k(l-l0)=mg
解得k=mgl，l0=l2
当系统处在第二个静止状态时，弹簧的伸长量为Δx=l-l0=0.5l
故BC错误，AD正确；
故选：AD。
11.B AC 12
【解析】(1)力的合成采用的方法是等效替代法，故B正确，ACD错误；
故选：B。
(2)A.步骤B、C中要将橡皮条和绳的结点拉到相同位置，才能保证合力与分力的作用效果相同，故A正确；
B.两细绳不需要等长，故B错误；
C.为了减小实验误差，弹簧测力计、细绳、橡皮条都应与木板平行，故C正确；
D.用两弹簧测力计同时拉细绳时，两弹簧测力计示数之差不宜太大，故D错误。
故选：AC。
(3)根据平行四边形定则，作出的合力如下图所示
求出的合力大小为F=61×2N=12N。
故答案为：(1)B；(2)AC；(3)12。
12.乙 2.01 a0g 2k D
【解析】(1)安装纸带时，应使纸带穿过限位孔，让复写纸盘压住纸带，故甲错误，乙正确；
(2)相邻计数点之间的时间间隔T=5f=550s=0.1s
根据逐差法，加速度a=CE-AC4T2=(8.61+10.61-)×10-24×0.12m/s2≈2.01m/s2
(3)根据牛顿第二定律2F-μMg=Ma
整理得a=2M⋅F-μg
结合a-F图像，图像的斜率k=2M
解得滑块质量M=2k
图像纵轴上的截距绝对值a0=μg
解得动摩擦因数μ=a0g
(4)A.实验中应先接通打点计时器电源，再释放滑块，故A错误；
B.纸带与打点计时器间有摩擦，这给实验带来系统误差
C.根据实验原理可知，拉力F是通过力传感器来测量的，随着重物质量的增大，a-F图像不会发生弯曲，故C错误；
D.设滑块的加速度为a，则掌握的加速度为2a；
对于重物，根据牛顿第二定律mg-F=2ma
变形得a=g2-F2m
因此无论重物质量多大，滑块的加速度也不可能超g2，故D正确。
故选：D。
故答案为：(1)乙；(2)2.01；(3)a0g；2k；(4)D。
13.(1)当初速度为v0时，水火箭恰好垂直墙体击中目标靶，水火箭做斜抛运动，其逆过程可等效为平抛运动，
水平方向有：x=v1t，
竖直方向有：h=12gt2，
且：v0= v12+(vy)2，vy=gt，
联立可得：t=0.8s，v1=15m/s，v0=17m/s；
则：csθ=v1v0=1517，
则水火箭发射的初速度v0大小为17m/s，方向斜向左上方，且与水平方向的夹角为arccs1517；
(2)由(1)可知，水火箭在A的竖直分速度大小为：vy=gt=10×0.8m/s=8m/s，且水火箭在竖直方向做竖直上抛运动，
由题知，“拦截型”水火箭做竖直上抛运动，两者同时发射，要成功拦截水火箭，则两者竖直方向的运动应完全相同，
则“拦截型”水火箭的发射速度大小为：v=vy=8m/s；
答：(1)水火箭发射的初速度v0大小为17m/s，方向斜向左上方，且与水平方向的夹角为arccs1517；
(2)若在水火箭前进方向的水平地面上B点放置一枚“拦截型”水火箭，其发射方向竖直向上。发射水火箭的同时也发射拦截火箭，要使拦截火箭拦截成功，则“拦截型”水火箭的发射速度v大小为8m/s。
14.(1)水杯中的水刚好不流出，水的重力恰好提供向心力，则
m2g=m2v12L
水杯通过最高点时速度的大小为
v1= gL
(2)水杯在最低点时，根据牛顿第二定律
T-(m1+m2)g=(m1+m2)vm2L
水杯在最低点时的最大角速度为
ω=vL
解得
ω= T-(m1+m2)g(m1+m2)L
(3)水杯通过最低点的速度大小为v2时，对水，根据牛顿第二定律
FN-m2g=m2v22L
根据牛顿第三定律，水对容器底部的压力为
F'=FN=m2g+m2v22L
方向竖直向下。
答：(1)要想水杯中的水刚好不流出，水杯通过最高点时速度v1的大小为 gL；
(2)若绳子能够承受的最大拉力为T，且水杯中的水不流出，则水杯在最低点时的最大角速度ω的大小是 T-(m1+m2)g(m1+m2)L；
(3)水杯通过最低点的速度大小为v2时，水对容器底部的压力大小为m2g+m2v22L，方向竖直向下。
15.(1)工件轻放上传送带时，设工件的加速度大小为a1，加速到与传送带速度相等用时t1，沿传送带方向的位移大小为s1，对工件，由牛顿第二定律得
μ1mgcsθ-mgsinθ=ma1
由匀变速直线运动速度公式有
v=a1t1s1=12vt1
由题意可得，工件与传送带共速后匀速运动到B端，设匀速过程用时t2，位移大小为s2，
s2=L1-s1=vt2
工件从A点运送到B点所用的时间
t=t1+t2
联立代入数据解得：t=6s
(2)(i)当工件受到的静摩擦力取最大值时，拉力取最大值，对工件，由牛顿第二定律有
μ2mgcsθ-mgsinθ=mam
对木板和工件，由牛顿第二定律有
Fm-μ3(M+m)gcsθ-(M+m)gsinθ=(M+m)am
联立解得工件的最大拉力Fm=420N
(ii)设工人施加拉力的时间t3向上运动过程中，由题意可知工件与木板之间不打滑，在拉力作用下，工件与木板一起匀加速直线运动．
撤去力之后一起匀减速直线运动，工件运动到B端时速度为零，对工件和木板，设匀加速直线运动位移大小为s3，匀减速直线运动过程中加速度大小为a2，位移大小为s4，由牛顿第二定律有
μ3 (M+m)gcsθ+(M+m) gsinθ=(M+m)a2
由匀变速直线运动速度公式有
s3=12amt32s4=(amt3)22a2L2=s3+s4
联立解得t3=5s