山西省太原市2024-2025学年高一下学期期末学业诊断物理试卷（解析版）

这是一份山西省太原市2024-2025学年高一下学期期末学业诊断物理试卷（解析版），共13页。试卷主要包含了单项选择题，多项选择题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。
说明：本试卷分第I卷（选择题）和第II卷（非选择题）两部分。考试时间75分钟，满分100分。
第I卷（选择题，共46分）
一、单项选择题：本题包含7小题，每小题4分，共28分。请将正确选项填入第I卷前的答题栏内。
1. 以下运动中，物体的机械能一定守恒的是（ ）
A. 电梯在竖直方向上做匀速直线运动
B. 飞机在水平跑道上做匀变速直线运动
C. 卫星绕地球在真空中的椭圆轨道上运动
D. 摩天轮的吊舱在竖直平面内做匀速圆周运动
【答案】C
【解析】机械能守恒的条件是只有重力或弹力做功，其他力不做功或做功代数和为零。
A．电梯匀速运动时动能不变，但重力势能变化，需外力做功维持匀速，机械能不守恒，故A错误；
B．飞机在水平跑道上做匀变速运动时动能变化，重力势能不变，机械能不守恒，故B错误；
C．卫星在真空中仅受地球引力（保守力）作用，动能与势能相互转化，总机械能守恒，故C正确；
D．吊舱匀速圆周运动时动能不变，但重力势能周期性变化，机械能不守恒，故D错误。
故选C。
2. 汽车行驶中牵引力为、车速为，根据及汽车行驶的实际情况，下列说法正确的是（ ）
A. 为汽车发动机的额定功率
B. 为汽车行驶过程中发动机的平均功率
C. 汽车匀速行驶中，若阻力一定，车速越大，发动机的功率越小
D. 汽车发动机的功率达到最大时，可通过降低车速来增大牵引力
【答案】D
【解析】A．题目未说明汽车处于额定功率工作状态， 中是实际功率，而不一定是额定功率，选项A错误。
B．公式计算的是瞬时功率，而非平均功率，选项B错误。
C．匀速时牵引力等于阻力，故。若一定，越大，越大，选项C错误。
D．当功率最大时，由可知，降低车速会增大牵引力，选项D正确。
故选D。
3. 如图所示，一个小球在真空中做自由落体运动，另一个完全相同的小球在黏性较大的液体中由静止开始下落。它们都由高度为的地方下落到高度为的地方，下列说法正确的是（ ）
A. 两个小球重力势能的变化量相等
B. 两个小球动能的变化量相等
C. 两个小球动量的变化量相等
D. 两个小球机械能的变化量相等
【答案】A
【解析】A．根据可知，两个小球下落的高度相同，则重力势能的变化量相等，选项A正确；
BC．小球在真空中下落时只受重力作用，在油中下落时受向下的重力和向上的阻力作用，可知在真空下落的小球受合外力较大，合外力功较大，则小球动能的变化量也较大，下落到相同高度时的速度较大，则动量变化也较大，选项BC错误；
D．在真空中下落的小球只有重力做功，机械能守恒；在油中下落的小球由于阻力做负功，则机械能减小，则两个小球机械能的变化量不相等，选项D错误。
故选A。
4. 跳高运动员落地后速度减为0，若落在普通硬地面上容易受伤，而落在软垫上则会降低受伤的风险。下列说法正确的是（ ）
A. 运动员落在硬地面上比落在软垫上动量的变化量大
B. 硬地面与软垫对运动员作用力大小相同，但作用时间不同
C. 软垫对运动员作用力的冲量小于硬地面对运动员作用力的冲量
D. 软垫延长了运动员与其作用的时间，从而减小了对运动员作用力的大小
【答案】D
【解析】A．运动员的动量变化量由速度变化决定，初末速度相同，故动量变化量相同，与接触面无关，故A错误；
B．根据动量定理，冲量相同（因动量变化相同），但软垫作用时间更长，导致平均作用力更小，故B错误；
C．根据动量定理 ，运动员动量变化量相同，所以所受合外力的冲量相同。则支持力的冲量
因为落在软垫上时作用时间t更长，所以软垫对运动员作用力的冲量更大，故C错误；
D．软垫延长作用时间，由动量定理 可知，当增大时，平均作用力减小，故D正确。
故选D。
5. 直径约40~100m的小行星“2016HO3”绕太阳近似做匀速圆周运动，“天问二号”探测器从地面发射，要对该小行星进行探测。下列说法正确的是（ ）
A. “天问二号”在地面附近的发射速度要大于
B. 若“天问二号”绕地球做匀速圆周运动，其最大速度约
C. 若“天问二号”已与小行星在同一轨道上运行，其要追上小行星时需加速
D. 若“天问二号”已在小行星上着陆，为返回地球，其飞离小行星的速度一定要大于11.2km/s
【答案】B
【解析】A．发射速度超过16.7 km/s（第三宇宙速度）意味着脱离太阳系，而“天问二号”仅需探测绕太阳运行的小行星，无需脱离太阳系，发射速度应介于11.2 km/s（脱离地球）和16.7 km/s之间。故A错误。
B．绕地球匀速圆周运动的最大速度为第一宇宙速度7.9 km/s（近地轨道速度），轨道半径越大速度越小，因此B正确。
C．同一轨道上加速会进入更高轨道，周期变长，速度会变小，导致落后，无法追上小行星。正确方法需先减速进入低轨道再加速调整。故C错误。
D．小行星质量极小，逃逸速度远低于地球的11.2 km/s（可能仅几米/秒）。飞离小行星只需达到其逃逸速度，无需超过11.2 km/s。故D错误。
故选B。
6. 如图所示，地球半径为，地球表面的重力加速度为。把物体从距地面不可忽略的高度处水平抛出，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次远。若抛出速度足够大，物体就会在此高度上绕地球做匀速圆周运动，成为人造地球卫星，则此速度为（ ）
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】设地球的质量为，在地球表面有
把物体从距地面的高度处水平抛出，成为人造地球卫星，由万有引力提供向心力得
联立解得此速度为
故选C。
7. 喷灌系统的喷头从水平地面喷出水柱，水柱的初速度与地面的夹角为θ、可到达的最大高度为h、在最高点的速度为v。喷头单位时间内喷出水柱的质量为m，重力加速度为g。若不计空气阻力，则喷头喷水的功率为（ ）
A. B.
C. mghD.
【答案】A
【解析】经过时间t喷出水的质量为
根据动能定理得
根据机械能守恒定律得
解得
故选A。
二、多项选择题：本题包含3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，至少有两个选项正确，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。请将正确选项填入第I卷前的答题栏内。
8. 太阳系各行星几乎在同一平面内沿同一方向绕太阳做匀速圆周运动。当地球恰好运行到某地外行星和太阳之间，且三者几乎排成一条直线，天文学称此现象为“行星冲日”。已知地球及各地外行星绕太阳公转的轨道半径如下表所示。对于表格中各行星，下列说法正确的是（ ）
A. 海王星绕太阳公转的周期最长B. 地球绕太阳公转的线速度最小
C. 火星冲日的周期最短D. 海王星冲日的周期最短
【答案】AD
【解析】A．根据万有引力提供向心力有
解得
由表中数据可知海王星的轨道半径最大，所以海王星绕太阳公转的周期最长，故A正确；
B．根据万有引力提供向心力有
解得
由表中数据可知海王星的轨道半径最大，所以海王星绕太阳公转的线速度最小，故B错误；
CD．设相邻两次冲日的时间间隔为t，则有
解得
可知则行星做圆周运动的周期T行越大，则相邻两次冲日的时间间隔最短；而海王星绕太阳公转的周期最长，所以海王星冲日的周期最短，故C错误，D正确。
故选AD。
9. 科学家发现，实际上地球与月球是绕其连线上某点O做同周期匀速圆周运动的双星系统。科学家找到了航天器能相对地球和月球静止的五个位置L1、L2、L3、L4、L5，这五个位置统称为地月系统中的拉格朗日点。下列说法正确的是（ ）
A. 若航天器位于拉格朗日点时，其所受合力均指向地球的球心
B. 若航天器位于拉格朗日点时，其随地月系统运行的周期均相同
C. 若地月系统总质量不变，地月距离增大，地月系统运行的周期将减小
D. 若地月系统中仅地球质量变大，地月距离不变，O点位置将向地球靠近
【答案】BD
【解析】A．在拉格朗日点的航天器所受合力方向指向地月系统的质心，而非地球球心，故A错误；
B．拉格朗日点的航天器需与月球保持同步绕地球转动，因此运行周期与月球相同。所有拉格朗日点周期均相同，故B正确；
C．设地球绕O点做圆周运动半径r地，月球绕O点做圆周运动半径为r月，则
对地球有
对月球有
联立解得，
可知若总质量不变，地月距离增大，即（r月+r地）增大，则周期T会增大，故C错误；
D．由上述C选项分析可知，天体绕O点做圆周运动的半径r与天体质量成反比，故若地月系统中仅地球质量变大，则r地变小，即O点位置将向地球靠近，故D正确。
故选BD。
10. 如图所示，质量为的物体静止在水平地面上，受到水平向右拉力的作用。物体在第内保持静止，在第初开始做匀加速直线运动，第末撤去拉力后，物体在第末恰好停下。下列选项正确的是（ ）
A. 第1s内拉力冲量的大小为
B. 第内拉力冲量的大小为
C. 第末物体速度的大小为
D. 第末物体速度的大小为
【答案】AD
【解析】A．第1s内拉力冲量的大小为，故A正确；
B．第内拉力冲量的大小为，故B错误；
C． 设物体所受的滑动摩擦力大小为，由题可知，物体在内，速度的变化量为零，根据动量定理有
其中，，，解得
设物体在第末物体速度的大小为，则物体在内根据动量定理有
解得，故C错误；
D．设第末物体速度的大小为，则物体在内根据动量定理有
其中，解得，故D正确。
故选AD。
第II卷（非选择题，共54分）
三、实验题：本题包含2小题，共16分。请将正确答案填在题中横线上或按要求作答。
11. 某实验小组设计如图所示的实验装置来验证“动能定理”。小球的质量为、直径为，小球从释放装置处由静止下落，沿竖直方向通过光电门。请回答下列问题：
（1）用数字计时器测得小球通过光电门的遮光时间为，则小球通过光电门的瞬时速度可表示为___________（用字母、表示）；
（2）用刻度尺测量小球在释放点处球心到光电门的竖直高度，若空气阻力不计，小球下落过程中合力做的功可表示为___________（用字母、、表示）、动能的变化量可表示为___________（用字母表示），根据动能定理，物理量应满足的关系式为___________。
【答案】（1） （2）
【解析】
【小问1解析】
小球经过光电门的速度为
【小问2解析】
若空气阻力不计，小球下落过程中只受重力，则合力做的功可表示为
动能的变化量可表示为
根据动能定理有
代入上述表达式可得
化简可得
12. 某实验小组利用竖直固定的钢管圆形轨道和力传感器来验证“机械能守恒定律”。将力传感器嵌入轨道最高点和最低点，并连接数据采集系统。质量为的钢性小球可在管道内近似无摩擦地运动，经测量小球做圆周运动的半径为，已知当地的重力加速度为。请回答下列问题：
（1）让小球多次从开口处点以较大初速度沿轨道切线方向射入，直到小球经过轨道底部和顶部时力传感器均出现示数，并记录其大小分别为；
（2）小球在轨道底部的速度可表示为，小球在轨道顶部的速度可表示为___________（用、、、表示）；
（3）小球从底部到顶部重力势能变化量的大小为、动能变化量的大小为。根据机械能守恒定律，若满足，则与的差值为___________（用表示）。
【答案】 （2） （3） 6mg
【解析】小球在轨道顶部时，力传感器b有示数为，说明小球对外轨道有力的作用，大小为，方向竖直向上，根据牛顿第三定律可知，外轨道对小球竖直向的作用力，大小也为，方向竖直向下，根据牛顿第二定律有
解得
小球从底部到顶部，根据机械能守恒定律有
则有
代入数据解得
四、计算题：本题包含3小题，共38分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。
13. 质量为的篮球从距离水平地面高处由静止自由下落，篮球着地后沿竖直方向反弹，回到距离水平地面高处。已知篮球与地面接触的时间为，空气阻力不计，重力加速度取。求：
（1）篮球下落的过程中，其重力的冲量；
（2）地面对篮球平均作用力的大小。
【答案】（1），方向竖直向下 （2）
【解析】
小问1解析】
篮球做自由落体运动
解得
重力的冲量
解得
方向竖直向下
【小问2解析】
篮球落地时的速度为，则有
篮球反弹上升时的速度为，则有
解得
地面对篮球的平均作用力为，以竖直向上为正方向，篮球与地面接触过程中，受重力和地面的平均作用力，根据动量定理有
解得
14. 采石场经常用传送带来搬运石头。如图甲所示，倾角为的倾斜传送带逆时针匀速转动，在传送带上端A点无初速度放置石块，石块从A点运动到传送带下端点的过程中，若人为规定石块在A点的重力势能为0，则石块的机械能与其位移的关系如图乙所示。石块可视为质点，质量，重力加速度取，。求：
（1）石块与传送带之间的动摩擦因数；
（2）石块在传送带下端点的动能。
【答案】（1） （2）
【解析】
【小问1解析】
机械能的变化量大小等于滑动摩擦力做功大小，物体运动过程中有
解得
【小问2解析】
根据图像可知传送带的长度为，物体下降高度，根据能量守恒有
解得
15. 如图所示，粗糙水平面上静置一轻弹簧，弹簧自然伸长，其左端固定于点、右端位于点。竖直光滑的圆环轨道与水平面平滑连接，轨道圆心为、半径为、最高点为、最低点为。质量为的小球P从点斜向右上方抛出，P运动到点时速度方向水平向右，对轨道弹力的大小为。P沿轨道内侧运动到点后压缩弹簧并被反弹，P从点再次进入轨道，沿圆弧运动一段时间后从点脱离轨道，与竖直方向的夹角为。P可视为质点且始终在同一竖直平面内运动，不计空气阻力，重力加速度为，求：
（1）P在点速度的大小；
（2）P在点的动能；
（3）粗糙水平面对小球做的功。
【答案】（1） （2） （3）
【解析】
【小问1解析】
小球在点时，根据牛顿第二定律可得
又
解得
【小问2解析】
小球由到过程，根据动能定理可得
解得小球P在点的动能为
【小问3解析】
小球在点脱离轨道，轨道对小球的弹力为0，重力沿半径方向的分力提供向心力，则有
小球由到过程，根据动能定理可得
联立解得粗糙水平面对小球做的功为
地球
火星
木星
土星
天王星
海王星
轨道半径
1.0
1.5
5.2
9.5
19
30