2024-2025学年天津市红桥区高一（下）期末物理试卷（含解析）

这是一份2024-2025学年天津市红桥区高一（下）期末物理试卷（含解析），共13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.做匀速圆周运动的物体，下列物理量变化的是( )
A. 周期B. 速率C. 转速D. 线速度
2.足球被踢出的运动轨迹如图中虚线所示。足球在P点处受到的合力方向可能正确的是( )
A. B.
C. D.
3.中国选手刘诗颖在2020年东京奥运会田径女子标枪决赛中获得金牌。刘诗颖的“冠军一投”的运动简化图如图所示。投出去的标枪做曲线运动，忽略空气阻力作用，下列关于标枪的运动及曲线运动说法正确的是( )
A. 出手后标枪的加速度是变化的B. 标枪升到最高点时速度为零
C. 标枪在相同时间内速度变化量相同D. 曲线运动不可能是匀变速运动
4.2025年2月27日15时08分，我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丙火箭成功将四维高景一号03、04星送入预定轨道。卫星在进入预定轨道之前的某段运动轨迹为椭圆，如图所示，P、Q为椭圆轨道长轴端点，M、N为椭圆轨道短轴端点，卫星运行的方向如箭头所示。已知卫星的绕行周期为T，且仅考虑地球对卫星的引力作用。下列说法正确的是( )
A. 卫星在M点和N点的加速度相同
B. 卫星在P点的加速度小于在Q点的加速度
C. 卫星在P点的动能大于在Q点的动能
D. 卫星从M点经P点运动到N点的时间与从N点经Q点运动到M点的时间相等
5.某摩天轮的直径达120m，转一圈用时1600s。某同学乘坐摩天轮随座舱在竖直平面内做匀速圆周运动，依次从A点经B点运动到C的过程中( )
A. 角速度为3π20rad/s
B. 座舱对该同学的作用力一直指向圆心
C. 重力对该同学做功的功率增大
D. 如果仅增大摩天轮的转速，该同学在B点受座舱的作用力将增大
二、多选题：本大题共3小题，共15分。
6.如图所示为地球的赤道平面，d是静止在赤道地面上的物体，a、b、c均为卫星，其中a是地球静止卫星，c是近地卫星，以下关于a、b、c、d四者的线速度、角速度、周期以及向心加速度的大小关系正确的是( )
A. vb>va>vd
B. ωb>ωa>ωd
C. ad=ac>ab
D. Ta=Td>Tc
7.如图所示的四种电场中均有a、b两点，其中a、b两点的电场强度相同的是( )
A. 甲图中，与点电荷等距的a、b两点
B. 乙图中，两等量异种点电荷连线的中垂线上与连线等距的a、b两点
C. 丙图中，两等量同种点电荷连线的中垂线上与连线等距的a、b两点
D. 丁图中，匀强电场中的a、b两点
8.如图所示，在地面上方的水平匀强电场中，一个质量为m、带正电的电荷量为q的小球，系在一根长为R的绝缘细线的一端，可以在竖直平面内绕O点做圆周运动。AB为圆周的水平直径，CD为竖直直径。已知重力加速度的大小为g，电场强度E= 3mgq。若小球恰能在竖直平面内绕O点做圆周运动，不计空气阻力，则下列说法正确的是( )
A. 小球运动到B点时的机械能最大B. 小球运动过程中的最小速度为 2gR
C. 小球在最高点D点绳子的拉力为零D. 小球在最低点C点绳子的拉力为9mg
三、实验题：本大题共2小题，共12分。
9.某同学设计了一个探究平抛运动规律的实验；在水平桌面上用硬练习本做成一个斜面，让小钢球从斜面上滚下，滚出桌面后做平抛运动，在小钢球抛出后经过的地方，水平放置一木板，木板到桌边缘(抛出点)的高度可以调节，在木板上放一张白纸，在白纸上放有复写纸。已知平抛运动竖直方向上的运动与自由落体的运动相同。
(1)实验时是否要求斜面和桌面光滑______(填“是”或“否”)。
(2)调节好木板到桌边缘的高度为y，让小钢球从斜面上某一位置自由滚下，记下小钢球在白纸上留下的痕迹，用刻度尺测量出痕迹到桌边缘出的水平距离x1。
(3)调节木板到桌边缘的高度为2y，重复(2)过程，痕迹到桌边缘处的水平距离x2。当x1和x2满足______关系时，验证小钢球水平方向做匀速运动。
10.利用如图所示的装置，可验证“机械能守恒定律”。
(1)已准备的器材有：电磁打点计时器(带导线)、纸带、复写纸、带铁夹的铁架台和带夹子的重物，此外还必需的器材有______(选填选项前的字母)。
A.直流电源 B.220V交流电源 C.天平及砝码 D.毫米刻度尺 E.8V交流电源
(2)安装好实验装置，正确进行实验操作，从打出的纸带中造出符合要求的纸带。如图所示(其中一段纸带图中未画出)。图中O点为打出的起始点，且速度为零。选取在纸带上连续打出的点A、B、C、D、E、F、G作为计数点。其中测出D、E、F点距起始点O的距离如图所示。已知打点计时器打点周期为T=0.02s。由此可计算出物体下落到E点时的瞬时速度vk= ______m/s(结果保留三位有效数字)。
(3)若已知当地g=9.80m/s2，利用以上打点纸带所得重物下落时对应E点的动能EkE和相应减少的重力势能EpE，可得本次实验的相对误差EpE−EkEEpE×100%= ______%(结果保留一位有效数字)。
(4)产生(3)中系统误差的主要原因：______。
四、计算题：本大题共3小题，共48分。
11.2024年6月，嫦娥六号探测器在人类历史上首次实现月球背面采样，采样的月壤质量为m，测得其在月球表面的重力为F。已知月球半径为R，引力常量为G。求：
(1)月球表面的重力加速度g；
(2)月球的质量M和密度ρ；
(3)嫦娥六号飞船近月表面环绕的周期T。
12.如图，绝缘光滑半圆环轨道放在竖直向下的匀强电场中，场强为E，在与环心等高处放有一质量为m、带电+q的小球，由静止开始沿轨道运动，求：
(1)小球在刚释放时的加速度；
(2)小球经过环的最低点时的速度大小；
(3)小球经过环的最低点时对轨道压力。
13.有一项荡绳过河的拓展项目，将绳子一端固定，人站在高台边缘抓住绳子另一端，像荡秋千一样荡过河面，落到河对岸的平地上。
为方便研究，将人看作质点A，如图所示。已知人的质量m=60.0kg，A到悬点O的距离L=4.00m，A与平地的高度差ℎ=2.6m，人站在高台边缘时，AO与竖直方向的夹角为θ=37°。
某次过河中，人从高台边缘无初速度离开，在最低点B处松开绳子，落在水平地面上的C点。忽略空气阻力，取重力加速度g=10m/s2，cs37°=0.8，sin37°=0.6，求：
(1)人到达B点时的速率v；
(2)人到达B点，松开绳之前，绳对人的拉力大小F；
(3)若高台边缘到对面河岸共d=4m，请分析人能否安全荡到对岸。
答案解析
1.【答案】D
【解析】解：线速度是矢量，做匀速圆周运动的物体，线速度方向不断改变，周期、速率、转速都是标量，大小不变，故ABC错误，D正确。
故选：D。
周期、速率、转速都是标量，大小不变，线速度是矢量，线速度方向不断改变。
本题中明确描述匀速圆周运动的各个物理量特点是解本题的关键，尤其是注意标量和矢量的区别。
2.【答案】D
【解析】解：根据曲线运动的合外力必须指向曲线的凹侧可知只有D符合题意，故D正确，ABC错误。
故选：D。
根据曲线运动的合外力必须指向曲线的凹侧进行分析解答。
考查曲线运动的受力特点，会根据题意进行准确分析解答。
3.【答案】C
【解析】解：A、忽略空气阻力，标枪出手后只受重力，由牛顿第二定律F=ma=mg，得加速度为重力加速度，加速度不变，故A错误；
B、标枪出手后做斜抛运动，水平方向做匀速直线运动，竖直方向先做匀减速直线运动，后做自由落体运动，故标枪升到最高点时竖直方向速度为零，但水平方向速度不为零，故最高点时速度不为零，故B错误；
C、标枪出手后只受重力，标枪的加速度恒定，在相同时间内速度变化量相同，故C正确；
D、加速度不变的曲线运动是匀变速运动，例如平抛运动，故D错误。
故选：C。
A、标枪出手后只受重力，由牛顿第二定律得加速度为重力加速度，加速度不变；
B、标枪运动到的最高点时竖直方向速度为零，水平方向仍然有速度；
C、标枪出手后只受重力，标枪的加速度恒定，在相同时间内速度变化量相同；
D、结合曲线运动的成立条件和匀变速运动的规律判断。
本题考查学生对斜抛运动规律的理解，其中运用运动的合成与分解思想考虑加速度对斜抛运动的影响为解决本题的关键。
4.【答案】C
【解析】解：AB.因P点到地球中心的距离比Q点到地球中心的距离小，根据万有引力定律，卫星在P点的加速度大于在Q点的加速度，因M点到地球中心的距离和N点到地球中心的距离相同，故加速度大小相等，但方向不同，故AB错误；
C.卫星由P点运动至Q点的过程中，万有引力做负功，根据动能定理可得卫星的动能减小，故C正确；
D.卫星与地球的连线在相同时间内扫过的面积相等，而从M点经P点运动到N点的过程中卫星与地球的连线扫过的面积比从N点经Q点运动到M点的小，故D错误。
故选：C。
根据万有引力定律，结合万有引力做负功，卫星的动能减小，以及卫星与地球的连线在相同时间内扫过的面积相等分析求解。
本题考查了万有引力相关知识，理解万有引力做功与卫星的动能的关系是解决此类问题的关键。
5.【答案】D
【解析】解：A、根据题意可知，角速度为
ω=2πT=2π1600rad/s=π800rad/s
故A错误；
B、某同学乘坐摩天轮，随座舱在竖直平面内做匀速圆周运动，则座舱对该同学的作用力和重力的合力提供向心力，指向圆心，所以座舱对该同学的作用力不一定指向圆心，故B错误；
C、从A点经B点运动到C的过程中，vy先增大后减小，根据重力功率的计算公式
PG=mgvy
可知重力对该同学做功的功率先增大后减小，故C错误；
D、在B点，该同学在竖直方向有
Fy=mg
水平方向上
Fx=mrω2
则该同学在B点受座舱的作用力大小为
F= Fx2+Fy2= (mrω2)2+(mg)2
如果仅增大摩天轮的转速n，根据
ω=2πn
可知ω增大，则该同学在B点受座舱的作用力将增大，故D正确。
故选：D。
根据角速度公式计算A；
根据座舱对该同学的作用力和重力的合力提供向心力分析BD；
根据功率的计算公式分析C。
该题考查了功率的计算、匀速圆周运动的相关知识，知道做匀速圆周运动的物体的合力提供向心力，会分析各位置的受力特点。
6.【答案】AD
【解析】解：A.由GMmr2=mv2r
解得
v= GMr
则可知
vb>va
由题知，a是地球静止卫星，则
ωa=ωd
且
ra>rd
由线速度公式知
v=ωr
解得
va>vd
故vb>va>vd，故A正确；
B.由GMmr2=mrω2
解得
ω= GMr3
则可知
ωb>ωa
故ωb>ωa=ωd，故B错误；
C.由GMmr2=man
解得
an=GMr2
则可知
ac>ab>aa
根据加速度公式知
an=rω2
则可知
aa>ad
故ac>ab>aa>ad，故C错误；
D.由GMmr2=m4π2T2r
解得
T= 4π2r3GM
则可知
Ta>Tc
由地球静止卫星特点知
Ta=Td
故Ta=Td>Tc，故D正确；
故选：AD。
根据万有引力提供向心力，结合向心力的不同表达方式，综合线速度、角速度以及周期的关系分析求解。
本题考查了万有引力相关知识，理解万有引力与向心力的关系是解决此类问题的关键。
7.【答案】BD
【解析】解：A、根据点电荷的电场的特点可知，图中a、b两点的电场强度大小相等，但方向不同，则电场强度不同，故A错误；
B、根据电场线的疏密看出ab两点的电场强度大小相等，而此中垂线是一条等势线，a、b两点的场强方向都与中垂线垂直向左，说明电场强度方向相同，则ab两点的电场强度相同，故B正确；
C、电场线的方向表示电场强度的方向，可看出该电场中的a、b两点电场强度方向不同，故C错误；
D、匀强电场中a、b两点电场强度大小相等，方向相同，故D正确。
故选：BD。
电场强度是矢量，只有两点的场强大小和方向都相同时，电场强度才相同。根据这个条件进行判断。
对于等量异种电荷和等量异种电荷的电场线分布要抓住对称性。等量异种电荷连线的中垂线是一条等势线，其各点的电场强度方向相同。
8.【答案】ABD
【解析】解：A.从小球从A到B过程，电场力对小球一直做正功，小球电势能减小，同理小球从B到A过程，电场力对小球一直做负功，小球电势能增大，则小球运动到B点时的电势能最小，小球运动到B点时的机械能最大，故A正确；
BC.带正电的电荷量为q的小球受到的电场力大小为
F=qE= 3mg
则重力和电场力的合力大小为
F合= F2+(mg)2=2mg
重力和电场力的合力方向与竖直方向的夹角满足
tanθ=Fmg= 3
可得重力和电场力的合力方向与竖直方向的夹角
θ=60°
如图所示
可知小球运动等效最低点G时速度最大，细线的拉力最大；小球运动等效最高H点时速度最小，则有
F合=2mg=mvmin2R
解得
vmin= 2gR
由于D点不是等效最高点，则绳子存在拉力，故B正确，C错误；
D.小球从H点运动到C点，根据动能定理有
mg(R+Rsin30°)+qERsin60°=12mvC2−12mvmin2
根据合外力提供向心力有
T−mg=mvC2R
解得小球在最低点C点绳子的拉力为
T=9mg
故D正确；
故选：ABD。
根据从小球从A到B过程，电场力对小球一直做正功，小球电势能减小，将小球所受重力和电场力的合力等效为重力，结合在等效最高点时的功能关系分析求解。
本题考查了带电粒子在电场中的运动，理解等效最高点的意义，熟练掌握功能关系是解决此类问题的关键。
9.【答案】否； x2= 2x1
【解析】(1)为了保证小球每次抛出时的速度相同，实验时要求小球每次都从同一位置静止释放，但斜面和桌面是否光滑并不影响实验结果。
(3)已知平抛运动竖直方向上的运动与自由落体的运动相同，由自由落体运动规律ℎ=12gt2
可得运动的时间t= 2ℎg
若小钢球水平方向做匀速直线运动，则水平方向位移为x=v0t=v0 2ℎg
当木板到桌边缘的高度为y时，痕迹到桌边缘出的水平距离x1=v0 2yg
当木板到桌边缘的高度为2y时，痕迹到桌边缘出的水平距离x2=v0 2⋅2yg=v0 4yg
可得x2= 2x1
因此，当x1和x2满足x2= 2x1关系时，验证小钢球水平方向做匀速运动。
故答案为：(1)否；(3)x2= 2x1。
(1)根据为了保证小球每次抛出时的速度相同，实验时要求小球每次都从同一位置静止释放分析求解；
(3)根据平抛运动竖直方向上的运动与自由落体的运动相同，水平方向做匀速直线运动分析求解。
本题考查了探究平抛运动规律的实验，理解实验目的、步骤、数据处理以及误差分析是解决此类问题的关键。
10.【答案】DE； 3.01； 5； 摩擦阻力或空气阻力的影响
【解析】(1)电磁打点计时器需要连接8V交流电源；需要用毫米刻度尺测量纸带上计数点间的距离；本实验不需要用天平测质量。
故选：DE。
(2)根据平均速度等于中间时刻速度，物体下落到E点时的瞬时速度为vE=xDF2T=(54.74−42.70)×10−22×0.02m/s=3.01m/s
(3)重物下落时对应E点的动能为EkE=12mvE2
相应减少的重力势能为EpE=mgℎOE
本次实验的相对误差为δ=EpE−EkEEpE×100%
可得δ=gℎOE−12vE2gℎOE×100%=9.80×0.4861−12××0.4861×100%≈5%
(4)产生(3)中系统误差的主要原因是摩擦阻力或空气阻力的影响。
故答案为：(1)DE；(2)3.01；(3)5；(4)摩擦阻力或空气阻力的影响。
(1)根据实验所需器材分析求解；
(2)根据平均速度公式分析求解；
(3)根据重物下落时对应E点的动能，结合相应减少的重力势能分析求解；
(4)根据系统误差的主要原因是摩擦阻力或空气阻力的影响分析求解。
本题考查了验证机械能守恒定律的实验，理解实验目的、步骤、数据处理以及误差分析是解决此类问题的关键。
11.【答案】月球表面的重力加速度g为Fm；
月球的质量M为FR2Gm，密度ρ为3F4πRmG；
嫦娥六号飞船近月表面环绕的周期T为2π mRF
【解析】(1)月壤质量为m，测得其在月球表面的重力为F，则有F=mg
解得g=Fm
(2)在月球表面有GMmR2=mg
联立解得M=FR2Gm
又M=ρ⋅43πR3
解得月球的密度为ρ=3F4πRmG
(3)设嫦娥六号飞船质量为m0，由万有引力提供向心力得GMm0R2=m04π2T2R
解得T=2π mRF
答：(1)月球表面的重力加速度g为Fm；
(2)月球的质量M为FR2Gm，密度ρ为3F4πRmG；
(3)嫦娥六号飞船近月表面环绕的周期T为2π mRF。
(1)根据月壤质量为m，测得其在月球表面的重力为F分析求解；
(2)根据在月球表面万有引力约等于重力分析求解；
(3)根据万有引力提供向心力分析求解。
本题考查了万有引力相关知识，理解万有引力和重力与向心力的关系是解决此类问题的关键。
12.【答案】小球在刚释放时的加速度为mg+qEm，方向竖直向下；
小球经过环的最低点时的速度大小为 2(mg+qE)Rm；
小球经过环的最低点时对轨道压力为3(mg+qE)，方向竖直向下
【解析】(1)由牛顿第二定律可得mg+qE=ma
解得a=mg+qEm
方向竖直向下。
(2)小球从最高点到最低点的过程，根据动能定理可得(mg+qE)R=12mv2−0
解得v= 2(mg+qE)Rm
(3)设小球在最低点所受支持力为N，根据牛顿第二定律可得N−mg−qE=mv2R
联立解得N=3(mg+qE)
由牛顿第三定律可知，小球在最低点对轨道的压力大小为3(mg+qE)，方向竖直向下。
答：(1)小球在刚释放时的加速度为mg+qEm，方向竖直向下；
(2)小球经过环的最低点时的速度大小为 2(mg+qE)Rm；
(3)小球经过环的最低点时对轨道压力为3(mg+qE)，方向竖直向下。
(1)根据牛顿第二定律，结合电场力和场强的关系分析求解；
(2)根据动能定理，对小球从最高点到最低点的过程分析求解；
(3)根据牛顿第二定律，对小球在最低点分析求解。
本题考查了带电粒子在电场中的运动，理解粒子在电场中的运动状态，根据题目合理选取公式是解决此类问题的关键。
13.【答案】人到达B点时的速度大小v为4m/s；
人到达B点松开绳前，绳对人的拉力大小F为840N；
人能够荡到达对岸
【解析】解：(1)人从A到B过程中由机械能守恒定律得：mgL(1−csθ)=12mv2
代入数据得：v=4m/s；
(2)人到达B点时，由牛顿第二定律得：F−mg=mv2L
代入数据得：F=840N
(3)人从B到C过程做平抛运动，根据平抛运动规律得：ℎ−L(1−csθ)=12gt2
落地点C与悬点O间的水平距离：x′=vt
由几何关系知，C点到高台边缘的水平距离：x=x′+Lsinθ
代入数据联立解得：x=4.8m>4m，所以人能够到达对岸。
答：(1)人到达B点时的速度大小v为4m/s；
(2)人到达B点松开绳前，绳对人的拉力大小F为840N；
(3)人能够荡到达对岸。
(1)人从高台边缘无初速度离开，细绳的拉力不做功，机械能守恒，据此定律列式可求得人摆到最低点B时的速度大小；
(2)在最低点，由重力和细绳拉力的合力提供小球的向心力，根据牛顿第二定律求解细绳的拉力大小；
(3)人在B点放开绳子后做平抛运动，由平抛运动的规律求落地点C与悬点O间的水平距离，根据几何关系可求C点到高台边缘的水平距离，从而确定能否到达对岸。
本题是机械能守恒定律、向心力知识和平抛运动的综合，明确向心力的来源，运用运动的分解法研究平抛运动是解题的关键。