2024-2025学年天津市河东区高一（下）期末物理试卷（含解析）

这是一份2024-2025学年天津市河东区高一（下）期末物理试卷（含解析），共16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。
1.2021年，马斯克的美国SpaceX公司的星链卫星从距地球表面550公里的运行轨道，下降到我国空间站的运行轨道，空间站采取“紧急避碰”措施，有效规避了碰撞风险。则在轨运行时( )
A. 空间站的周期小于星链卫星的周期B. 空间站的角速度小于星链卫星的角速度
C. 空间站的向心力大于星链卫星的向心力D. 星链卫星的线速度大于7.9km/s
2.下面四幅图用曲线运动知识描述正确的是( )
A. 图甲，制作棉花糖时，糖水因为受到离心力而被甩出去
B. 图乙，火车轨道的外轨略高于内轨，火车拐弯时可能不挤压内外轨道
C. 图丙，自行车在赛道上做匀速圆周运动，其所受的合外力为零
D. 图丁，在一座凹形桥的最低点，汽车对桥面的压力小于汽车的重力
3.我国计划在2030年前实现载人登陆月球，其后将建造月球科研试验站，开展系统、连续的月球探测和相关技术试验。已知月球质量为M、半径为R，引力常量为G，若质量为m的月球探测器围绕月球做半径为r的匀速圆周运动，则探测器的( )
A. 向心加速度为GMR2B. 角速度为 Gmr3
C. 周期为2π r3GMD. 动能为GMm2R
4.如图所示，轻弹簧的上端悬挂在天花板上，下端挂一质量为m的小球，小球处于静止状态。现在小球上加
一竖直向上的恒力F使小球向上运动，小球运动的最高点与最低点之间的距离为H，则此过程中(g为重力加速度，弹簧始终在弹性限度内)下列说法正确的是( )
A. 小球的机械能守恒B. 小球的动能增加(F−mg)H
C. 小球和弹簧组成的系统机械能增加FHD. 小球的重力做功为mgH
5.复兴号动车在世界上首次实现速度350km/ℎ自动驾驶功能，成为我国高铁自主创新的又一重大标志性成果。一列质量为m的动车，从静止开始以恒定功率P在平直轨道上运动，经时间t达到该功率下的最大速度vm，设动车行驶过程所受到的阻力F阻保持不变。动车在时间t内( )
A. 加速度逐渐增大
B. 牵引力的功率P>F阻vm
C. 牵引力做功W=12mvm2
D. 当动车速度为vm2时，加速度大小为Pmvm
6.在科幻电影《流浪地球》中，流浪了2500年的地球终于围绕质量约为太阳质量18的比邻星做匀速圆周运动，进入了“新太阳时代”。若“新太阳时代”地球公转周期与现在绕太阳的公转周期相同，将“新太阳时代”的地球与现在相比较，下列说法正确的是( )
A. 所受引力之比为1：8B. 公转半径之比为2：1
C. 公转速率之比为1：4D. 公转加速度之比为1：2
二、多选题：本大题共4小题，共16分。
7.如图所示，小球a、b分别在轻质细绳和轻质细杆作用下在竖直面内做圆周运动，两小球运动的半径均为R，重力加速度为g，下列说法正确的是( )
A. 小球a经过最高点时的速度可能小于 gR
B. 小球b经过最高点时的速度可能小于 gR
C. 小球a经过最高点时，细绳对小球a可能没有力的作用
D. 小球b经过最高点时，细杆对小球b一定有力的作用
8.我国的“天问三号任务”计划在2028年前后实施两次发射任务。假设天问三号发射过程变轨示意图如图所示。天问三号先进入远火圆轨道1，在A点点火再进入椭圆轨道2，最后在B点点火进入近火圆轨道3，轨道1、2相切于A点，轨道2、3相切于B点。下列说法正确的是( )
A. 天问三号的发射速度大于地球的第二宇宙速度
B. 天问三号在A点点火减速进入椭圆轨道2
C. 天问三号在轨道1上经过A点的加速度小于在轨道2上经过A点的加速度
D. 天问三号在轨道2上运行经过A点的线速度大于经过B点的线速度
9.某无人驾驶汽车在一次试驾中以恒定加速度启动，达到发动机额定功率后继续加速一段时间，直到达到稳定速度。汽车所受阻力恒定，v为汽车速度，P为发动机功率，F为牵引力，下列图像中能正确描述该过程的是( )
A. B.
C. D.
10.中国天宫空间站运行在距离地球表面约400千米高的近地轨道上，而地球同步卫星离地高度约为36000千米。如图所示，a为静止在地球赤道上的物体，b为中国空间站，c为地球同步卫星，下列说法正确的是( )
A. a、b、c三物体，都仅由万有引力提供向心力
B. 线速度的大小关系为va>vb>vc
C. 周期关系为Tbac>aa
三、实验题：本大题共2小题，共14分。
11.某实验小组用如图甲所示装置探究平抛运动的特点。重力加速度g大小取9.8m/s2。
(1)关于实验要点，下列说法正确的是________。
A.斜槽轨道必须光滑
B.斜槽轨道末端必须水平
C.挡板高度必须等间距变化
D.每次应从斜槽上相同的位置无初速度释放小球
(2)在坐标纸上建立坐标轴时，应将小球放在槽口静止时，小球的_______在白纸上投影的位置确定为坐标原点，y轴方向根据重锤线确定。
(3)实验所用方格纸的每格边长为4.9cm，A、B、C为小球做平抛运动经过的三个位置，如图乙所示，则该小球做平抛运动的初速度大小v0=_______m/s，小球在B点的竖直分速度大小vy=_______m/s(计算结果保留3位有效数字)。
12.如图所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律。
(1)对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是________。
A.重物选用质量和密度较大的金属锤
B.两限位孔在同一竖直面内上下对正
C.精确测量出重物的质量
D.用手托稳重物，接通电源后，撤手释放重物
(2)某实验小组利用上述装置将打点计时器接到频率为50Hz的交流电源上，按正确操作得到了一条完整的纸带，由于纸带较长，图中有部分未画出，如图所示。纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中O点为纸带上打出的第一个点。重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出，利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有________。
A.OA、AD和EG的长度 B．OC、BC和CD的长度
C.BD、CF和EG的长度 D．AC、BD和EG的长度
(3)实验发现重物重力势能的减少量通常略大于动能的增加量，关于这个误差下列说法正确的是________。
A.属于偶然误差
B.属于系统误差
C.可以通过多次测量取平均值的方法来减小
D.可以通过减小空气阻力和摩擦阻力来减小
四、计算题：本大题共3小题，共46分。
13.滑板运动由冲浪运动演变而来，已被列为奥运会正式比赛项目。如图所示，某滑板爱好者从斜坡上距平台H=2.5m高处由静止开始下滑，水平离开A点后越过壕沟落在水平地面的B点，A、B两点高度差ℎ=1.8m，水平距离x=3.6m。已知人与滑板的总质量m=60kg，取重力加速度g=10m/s2，不计空气阻力，求：
(1)人与滑板从A点离开时的速度大小；
(2)人与滑板从A点运动到B点重力做功的平均功率；
(3)人与滑板从斜坡下滑到A点过程克服阻力做的功。
14.如图，水平轨道BC的左端与固定的光滑竖直14圆轨道相切与B点，右端与一倾角为30°的光滑斜面轨道在C点平滑连接(即物体经过C点时速度的大小不变)，斜面顶端固定一轻质弹簧，一质量为2kg的滑块从圆弧轨道的顶端A点由静止释放，经水平轨道后滑上斜面并压缩弹簧，第一次可将弹簧压缩至D点，且此时弹簧具有最大的弹性势能为5.2J，已知光滑圆轨道的半径R=0.8m，水平轨道BC长为0.8m，光滑斜面轨道上CD长为0.6m，g取10m/s2，求：
(1)滑块第一次经过B点时对轨道的压力：
(2)滑块与水平轨道BC间的动摩擦因数μ：
(3)若改变BC间材料发现物块只能滑上右侧斜面一次最后停在BC中点，求BC间的动摩擦因数的大小(此小问保留两位有效数字)。
15.如图所示，光滑曲面轨道AB、光滑竖直圆轨道、水平轨道BD、水平传送带DE各部分平滑连接，圆轨道最低点B处的出入口靠近且相互错开，现将一质量m=0.5kg的滑块从AB轨道上距水平轨道高度ℎ=5.4m处由静止释放、经圆轨道、水平轨道、水平传送带，从E点抛出。已知圆轨道半径R=0.8m，水平轨道BD的长度x1=2m，传送带长度x2=9m，以恒定速度v0=6m/s逆时针转动，滑块与水平轨道和传送带间的动摩擦因数均为μ=0.2，不考虑传送带轮的半径对运动的影响，重力加速度g=10m/s2，求滑块：
(1)运动至C点时对圆弧轨道压力的大小FN；
(2)从释放到飞出传送带的过程中，摩擦产生的热量Q。
答案解析
1.【答案】A
【解析】A.万有引力充当向心力，有 GMmr2=m4π2T2r
可解得 T=2π r3GM
所以半径小的周期小，故A正确；
B.万有引力充当向心力，有 GMmr2=mω2r
可解得 ω= GMr3
所以半径小的角速度大，故B错误；
C.万有引力充当向心力，有 F向=GMmr2
不知道空间站与星链卫星的质量，无法判断向心力的大小，故C错误；
D.近地卫星的速度近似等于第一宇宙速度，即7.9km/s
通过 GMmr2=mv2r 可求得 v= GMr
半径越大的线速度越小，星链卫星的速度一定小于7.9km/s，故D错误。
故选A。
2.【答案】B
【解析】解：A.图甲，制作棉花糖时，糖水因为受到合外力不足以提供向心力而被甩出去，故A错误；
B.图乙，火车轨道的外轨略高于内轨，只要火车按照设计速度行驶，则火车拐弯时不挤压内外轨道，故B正确；
C.图丙，自行车在赛道上做匀速圆周运动，其所受的合外力不为零，提供向心力，故C错误；
D.图丁，在一座凹形桥的最低点，根据FN−mg=mv2r，结合牛顿第三定律可知，汽车对桥面的压力大于汽车的重力，故D错误。
故选：B。
根据离心运动，火车转弯以及匀速圆周运动，凹形桥状态下汽车的受力分析进行解答。
考查离心运动，火车转弯以及匀速圆周运动，凹形桥状态下汽车的受力分析，会根据题意进行准确分析解答。
3.【答案】C
【解析】解：A、探测器绕月球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，由牛顿第二定律得GMmr2=ma，解得a=GMr2，故A错误；
B、A、探测器绕月球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，由牛顿第二定律得GMmr2=mω2r，解得ω= GMr3，故B错误；
C、A、探测器绕月球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，由牛顿第二定律得GMmr2=m(2πT)2t，解得T=2π r3GM，故C正确；
D、A、探测器绕月球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，由牛顿第二定律得GMmr2=mv2r，探测的动能Ek=12mv2，解得Ek=GMm2r，故D错误。
故选：C。
探测器绕月球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，应用牛顿第二定律求解。
知道万有引力提供探测器做圆周运动的向心力是解题的前提，应用万有引力公式与牛顿第二定律即可解题。
4.【答案】C
【解析】A.小球出受重力外，还有弹力和向上的恒力做功，机械能不守恒，故A错误；
B.在最高点时，动能为零，从最低到最高的过程中，小球的动能增加量为零，故B错误；
C.除重力以外的其他力做功等于机械能的增加量，可知小球和弹簧组成的系统机械能增加FH，故C正确；
D.重力做负功，WG=−mgH，所以小球克服重力做功mgH，故D错误。
故选C。
5.【答案】D
【解析】解：AB、根据P=Fv，动车的功率不变，随着速度增大，牵引力减小，根据牛顿第二定律得F−f=ma，可知加速度逐渐减小，当牵引力与阻力大小相等时，加速度为0。动车的最大速度为vm，则牵引力的功率为P=Fvm=F阻vm，故AB错误；
C、设动车克服阻力做的功为W阻，根据动能定理得
W−W阻=12mvm2−0
可得W=12mvm2+−W阻，故C错误；
D、当动车速度为vm2时，根据牛顿第二定律得
P vm2−F阻=ma
结合P=F阻vm，解得a=Pmvm，故D正确。
故选：D。
根据功率公式P=Fv和牛顿第二定律相结合分析加速度的变化情况；速度最大时，牵引力与阻力大小相等；根据动能定理求牵引力做功与最大动能的关系；当动车速度为vm2时，根据功率公式P=Fv和牛顿第二定律相结合求加速度大小。
解答本题时，要明确动车以恒定功率在平直轨道上运动时，牵引力是变化的，加速度也在变；根据动能定理求解时不要忘了阻力做的功。
6.【答案】D
【解析】解：B.地球绕中心天体做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力，可得：
GMmr2=m4π2T2r，
解得：
r=3GMT24π2，
由此可知，“新太阳时代”的地球公转半径r1与现在地球公转半径r2之比满足
r1r2=3M1M2=318=12，
故B错误；
A.根据万有引力公式可知，
F=GMmr2，
由此可知，有“新太阳时代”的地球所受万有引力与现在地球所受万有引力之比满足
F1F2=M1M2⋅r22r12=18×2212=12，
故A错误；
C.地球绕中心天体做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力，可得
GMmr2=mv2r，
解得
v= GMr，
由此可知，有“新太阳时代”的地球公转速率与现在地球公转速率之比为
v1v2= M1M2⋅r2r1= 18×21=12，
故C错误；
D.根据牛顿第二定律可得F=ma，
由此可知，有“新太阳时代”的地球公转加速度与现在地球公转加速度之比为
a1a2=F1F2=12，
故D正确；
故选：D。
7.【答案】BC
【解析】A.小球a用细绳，在最高点时，细绳只能提供拉力，根据向心力公式 mg+F=mv2R
因为 F≥0
所以 v≥ gR ，故A错误；
B.小球b用细杆，细杆可提供拉力或支持力，在最高点时，根据向心力公式 mg+F=mv2R
F 可正可负，当 F 为支持力时， v 可以小于 gR ，故B正确；
C.当小球a在最高点速度 v= gR 时， F=0 即细绳对小球a可能没有力的作用，故C正确；
D.当小球b在最高点速度 v= gR 时， F=0 即细杆对小球b没有力的作用，故D错误。
故选BC。
8.【答案】AB
【解析】解：A.地球的第二宇宙速度是脱离地球引力束缚的最小发射速度，天问三号最终环绕火星运动，即最终脱离地球的引力束缚，故其的发射速度大于地球的第二宇宙速度，故A正确；
B.天问三号在A点要减速做近心运动变轨到椭圆轨道2上，则需要在A点点火减速，故B正确；
C.天问三号无论在哪个轨道上经过A点，其在A点受到火星对其万有引力都相同，根据牛顿第二定律可知，天问三号在轨道1上经过A点的加速度等于在轨道2上经过A点的加速度，故C错误；
D.根据开普勒第二定律可知，天问三号在轨道2上由A点到B点其线速度逐渐增大，则在轨道2上运行经过A点的线速度小于经过B点的线速度，故D错误。
故选：AB。
天问三号最终脱离地球的引力束缚而环绕火星运动，根据第二宇宙速度的物理意义解答A选项；天问三号在A点要减速做近心运动变轨到椭圆轨道2上，据此解答B选项；天问三号无论在哪个轨道上经过A点，其在A点受到火星对其万有引力都相同，根据牛顿第二定律解答C选项；根据开普勒第二定律解答D选项。
本题考查了第二宇宙速度的物理意义，卫星变轨问题，以及开普勒第三定律和万有引力定律的应用，基础题目，掌握卫星变轨的原理。
9.【答案】AD
【解析】AB.汽车开始做匀加速直线运动，当功率达到额定功率时，牵引力仍然大于阻力，汽车继续加速，由于 P额=Fv
可知，速度增大，牵引力减小，根据牛顿第二定律可知，加速度减小，汽车开始做加速度减小的变加速运动，当加速度为0时，汽车开始做匀速直线运动，由于 v−t 图像斜率表示加速度，可知，图像开始斜率一定，之后斜率逐渐减小，最后斜率为0，故A正确，B错误；
C.结合上述，汽车开始做匀加速直线运动，根据 P=F0v=F0at
可知，对应 P−t 图像为一条过原点的倾斜直线，达到额定功率后，功率一定，图像为一条平行于时间轴的直线，故C错误；
D.结合上述可知，牵引力开始大于阻力且为一个定值，达到额定功率后牵引力减小，至与阻力大小相等，最后始终大小等于阻力，可知，图中给出的 F−t 图像满足要求，故D正确。
故选AD。
10.【答案】CD
【解析】A.b、c两物体都仅由万有引力提供向心力，a物体由万有引力和地面的支持力的合力提供向心力，选项A错误；
BCD.对ac角速度和周期相同， Ta=Tc
根据 v=ωr 可知 vavc>va
周期关系为 Tbac>aa
选项B错误，CD正确。
故选CD。
11.【答案】(1)BD
(2)球心
(3) 1.47 1.96

【解析】(1)ABD.该实验要求小球每次抛出的初速度要相同，因此要求小球从斜槽上相同的位置无初速度释放，斜槽轨道是否光滑对该实验没有影响，实验中必须保证小球做平抛运动，而平抛运动要求初速度为水平方向且小球只受重力作用，所以斜槽轨道末端必须要水平，故A错误，BD正确；
C.为了确保描绘小球运动轨迹的准确性，记录小球位置时需要多记录几个位置，但并不需要挡板每次必须严格地等距离下降记录小球位置，故C错误。
故选BD。
(2)在坐标纸上建立坐标轴时，应将小球放在槽口静止时，小球的球心在白纸上投影的位置确定为坐标原点，y轴方向根据重锤线确定。
(3)[1]竖直方向由逐差法可知 Δy=5L−3L=gT2
解得 T= 2Lg= 2×4.9×10−29.8s=0.1s
水平方向有 x=3L=v0T
可得该小球做平抛运动的初速度大小为 v0=3LT=3×4.9×10−20.1m/s=1.47m/s
[2]小球在B点的竖直分速度大小 vy=yAC2T=8L2T=8×4.9×10−22×0.1m/s=1.96m/s
12.【答案】(1)AB
(2)BC
(3)BD

【解析】(1)A.为了减小空气阻力的影响，重物应选用质量和密度较大的金属锤，故A正确；
B.两限位孔在同一竖直面内上下对正，可以减少纸带与限位孔间的摩擦，故B正确；
C.验证机械能守恒定律的原理是 mgℎ=12mv22−12mv12 ，重物质量可以消掉，因此无需精确测量出重物的质量，故C错误；
D.实验时应用手捏住纸带上端，而不是托住重物，接通电源后，撒手释放纸带，故D错误。
故选AB。
(2)A.当OA、AD和EG的长度时，只有求得F点与BC的中点的瞬时速度，从而确定两者的动能变化，却无法求解重力势能的变化，故A错误；
B.根据这段时间内的平均速度等于中时刻瞬时速度，结合动能与重力势能表达式，当有OC、BC和CD的长度时，依据BC和CD的长度，可求得C点的瞬时速度，从而求得O到C点的动能变化，因知道OC间距，则可求得重力势能的变化，可以验证机械能守恒，故B正确；
C.当BD、CF和EG的长度时，依据BD和EG的长度，可分别求得C点与F点的瞬时速度，从而求得动能的变化，再由CF确定重力势能的变化，进而得以验证机械能守恒，故C正确；
D.当AC、BD和EG的长度时，依据AC和EG长度，只能求得B点与F点的瞬时速度，从而求得动能的变化，而BF间距不知道，则无法验证机械能守恒，故D错误。
故选BC。
(3)由于阻力作用，使重物重力势能的减少量略大于动能的增加量，该误差属于系统误差，可以通过减小空气阻力和摩擦阻力来减小该误差；通过多次测量取平均值的方法只能减小偶然误差，不能减小该误差。
故选BD。
13.【答案】(1)设人与滑板从A点到B点所用的时间为t
平抛水平位移：x=vAt
平抛竖直位移；ℎ=12gt2
解得：t=0.6s
vA=6m/s
(2)重力做功：WG=mgℎ
平均功率：P=WGt
解得：P=1.8×103W
(3)人与滑板从斜坡下滑过程中
由动能定理：mgH+Wf=12mvA2−0
解得：Wf=−420J
故克服阻力做功为420J。
答：(1)人与滑板从A点离开时的速度大小6m/s；
(2)人与滑板从A点运动到B点重力做功的平均功率1.8×103W；
(3)人与滑板从斜坡下滑到A点过程克服阻力做的功为420J。
【解析】(1)先根据平抛运动竖直方向的自由落体规律求出时间，再利用水平方向匀速直线运动规律求出A点速度；
(2)先计算重力做功，再根据平均功率定义式求解功率；
(3)明确利用动能定理构建等式关系求解克服阻力做的功，整体思路连贯且清晰。
本题综合考查了平抛运动、功和功率以及动能定理等多个重要的物理知识点。平抛运动部分涉及到水平和竖直方向的运动规律分解，功和功率考查了重力做功及平均功率的计算，动能定理则用于求解下滑过程中克服阻力做的功。
14.【答案】(1)根据题意，由机械能守恒定律有 mgR=12mvB2
解得 vB= 2gR=4m/s
在 B 点，由牛顿第二定律有 FN−mg=mvB2R
解得 FN=60N
由牛顿第三定律可知，滑块第一次经过B点时对轨道的压力 F′N=FN=60N
方向竖直向下。
(2)根据题意，滑块由 B 点到 D 点，由能量守恒定律有 12mvB2=μmgxBC+Ep+mgsin30 ∘⋅xCD
解得 μ=0.3
(3)改变BC间材料发现物块只能滑上右侧斜面一次最后停在BC中点，若滑块第一次返回时，停在BC中点，由能量守恒定律有 12mvB2=μ′mgxBC+12xBC
解得 μ′≈0.67
若滑块能够返回 B 点，再次滑上圆轨道后返回，最后停在BC中点，由能量守恒定律有 12mvB2=μ′′mg2xBC+12xBC
解得 μ′′=0.40

【解析】详细解答和解析过程见【答案】
15.【答案】(1)滑块由释放到C点，据机械能守恒定律 mgℎ=mg⋅2R+12mvC2
在C点，据牛顿第二定律 F′N+mg=mvC2R
解得 F′N=42.5N
据牛顿第三定律，滑块对圆弧轨道的压力 FN=F′N=42.5N
(2)滑块从释放到传送带左端，根据动能定理有 mgℎ−μmgx1=12mvD2
根据牛顿第二定律有 μmg=ma
根据速度与位移的关系有 vE2−vD2=−2ax2
根据平均速度规律有 x2=vD+vE2t
传送带位移 x传=v0t
相对位移 x相对=x2+x
摩擦产生的热量 Q=μmgx1+x相对
解得 Q=17J

【解析】详细解答和解析过程见答案