山西省浑源县第五中学2020届高三上学期第五次考试物理试题

2019-2020学年上学期山西省浑源县第五中学校高三年级第五次考试物理试题

一、选择题

1. 运动员跳伞将经历加速下降和减速下降两个过程，将人和伞看成一个系统，在这两个过程中，下列说法正确的是

A. 阻力对系统始终做负功

B. 系统受到的合外力始终向下

C. 重力做功使系统的重力势能增加

D. 任意相等的时间内重力做的功相等

【答案】A

【解析】

试题分析：A、阻力的方向始终与人的运动的方向相反，所以阻力对系统始终做负功，故A正确．

B、运动员跳伞将经历加速下降和减速下降两个过程，在减速下降的过程中，由牛顿第二定律可知，此时合力的方向是向上的，所以B错误．

C、在下降的过程中重力做正功，由能的转化和可知此时物体的重力势能减小，所以C错误．

D、由重力做的功W=mgh可知，由于人不是匀速运动的，在相等的时间内下降的高度不同，所以任意相等的时间内重力做的功不相等，故D错误．

故选A．

2. 如图，一轻绳的一端系在固定粗糙斜面上的O点，另一端系一小球．给小球一足够大的初速度，使小球在斜面上做圆周运动．在此过程中（ ）

A. 小球的机械能守恒

B. 重力对小球不做功

C. 绳的张力对小球不做功

D. 在任何一段时间内，小球克服摩擦力所做的功总是等于小球动能的减少

【答案】C

【解析】

试题分析：过程中需要克服摩擦力做功，所以小球的机械能不守恒，A错误；因为在斜面上做圆周运动过程中，小球在竖直方向上会发生位移，所以重力对小球做功，B错误；绳子的张力与小球的运动方向恒垂直，所以张力不做功，C正确；根据除了重力之外的力做功量度机械能的变化，在任何一段时间内，小球克服摩擦力所做的功总是等于小球的机械能的减少，故D错误．

考点：考查了功的计算，功能关系

【名师点睛】物体机械能守恒的条件是只有重力或者是弹力做功，根据机械能守恒的条件逐个分析物体的受力的情况，即可判断物体是否是机械能守恒．知道除了重力之外的力做功量度机械能的变化．

3.一物体沿固定斜面从静止开始向下运动，经过时间t0滑至斜面底端。已知在物体运动过程中物体所受的摩擦力恒定。若用F、v、s和E分别表示该物体所受的合力、物体的速度、位移和机械能，则下列图象中可能正确的是

A.  B.  C.  D.

【答案】AD

【解析】

【详解】试题分析：摩擦力恒定，物体沿斜面下滑时做初速度为零的匀变速直线运动，根据初速度为零匀变速直线运动中合力、速度、位移和机械能所时间变化特点可解答本题．

解：A、物体在斜面上运动时做匀加速运动，根据牛顿第二定律可知，其合外力恒定，故A正确；

B、v﹣t图象中，斜率表示加速度大小，由于物体做匀加速运动，因此其v﹣t图象斜率不变，故B错误；

C、物体下滑位移为：，根据数学知识可知，其位移与时间图象为抛物线，故C错误；

D、设开始时机械能为E总，根据功能关系可知，开始机械能减去因摩擦消耗的机械能，便是剩余机械能，即有： ，因此根据数学知识可知，机械能与时间的图象为开口向下的抛物线，故D正确．

故选：AD．

【点评】对于图象问题要明确两坐标轴、斜率的含义等，对于比较复杂的图象问题可以利用物理规律写出两个物理量的函数关系式，根据数学知识进一步判断图象性质．

4. 一物块由静止开始从粗糙斜面上的某点加速下滑到另一点，在此过程中重力对物块做的功等于

A. 物块动能的增加量

B. 物块重力势能的减少量与物块克服摩擦力做的功之和

C. 物块重力势能的减少量和物块动能的增加量以及物块克服摩擦力做的功之和

D. 物块动能的增加量与物块克服摩擦力做的功之和

【答案】D

【解析】

由物块运动过程可知，重力对物块做正功，摩擦力对物块做负功，二者的代数和为物块动能增量（动能定理），而重力对物体做的功等于物体重力势能的减少量，所以本题选D.

5. 一个质量为0.3kg的弹性小球，在光滑水平面上以6m/s的速度垂直撞到墙上，碰撞后小球沿相反方向运动，反弹后速度大小与碰撞前相等。则碰撞前后小球速度变化量的大小△v和碰撞过程中墙对小球做功的大小W为

A. △v =0 B. △v = 12m/s C. W = 0 D. W =" 8." 10J

【答案】BC

【解析】

试题分析：规定初速度方向为正方向，初速度，碰撞后速度，，负号表示速度变化量的方向与初速度方向相反，所以碰撞前后小球速度变化量的大小为12m/s．故A错误．B正确．运用动能定理研究碰撞过程，由于初、末动能相等，所以

碰撞过程中墙对小球做功的大小W为0．故C正确D错误．

考点：考查了动能定理的应用；运动的合成和分解．

6.物体沿直线运动的v-t关系如图所示，已知在第1秒内合外力对物体做的功为W，则（ ）

A. 从第1秒末到第3秒末合外力做功4W

B. 从第3秒末到第5秒末合外力做功为－2W

C. 从第5秒末到第7秒末合外力做功为W

D. 从第3秒末到第4秒末合外力做功为－0.75W

【答案】D

【解析】

试题分析：物体在第1秒末到第3秒末做匀速直线运动，合力为零，做功为零．故A错误．从第3秒末到第5秒末动能的变化量与第1秒内动能的变化量相反，合力的功相反，等于-W．故B错误．从第5秒末到第7秒末动能的变化量与第1秒内动能的变化量相同，合力做功相同，即为W．故C错误．从第3秒末到第4秒末动能变化量是负值，大小等于第1秒内动能的变化量的，则合力做功为-0.75W．故D正确．

故选D

考点：动能定理的应用．

点评：由动能的变化量求出合力做的功，或由合力做功求动能的变化量，相当于数学上等量代换．

7.不久前欧洲天文学就发现了一颗可能适合人类居住的行星，命名为“格利斯581c”。该行星的质量是地球的5倍，直径是地球的1.5倍。设想在该行星表面附近绕行星沿圆轨道运行的人造卫星的动能为，在地球表面附近绕地球沿圆轨道运行的形同质量的人造卫星的动能为，则为

A. 0.13 B. 0.3 C. 3.33 D. 7.5

【答案】C

【解析】

试题分析：在行星表面运行的卫星其做圆周运动的向心力由万有引力提供，故有，

所以卫星的动能为，故在地球表面运行的卫星的动能

在“格利斯”行星表面表面运行的卫星的动能，所以有；故C正确．故选C．

考点：万有引力定律的应用；动能。

8.如图所示，固定的光滑竖直杆上套着一个滑块，用轻绳系着滑块绕过光滑的定滑轮，以大小恒定的拉力F拉绳，使滑块从A点起由静止开始上升。若A点上升至B点和从B点上升至C点的过程中拉力F做的功分别为W1、W2，滑块经B、C两点时的动能分别为EKB、EKC，图中AB=BC，则一定有(   ) 

A. W1>W2 B. W1<W2 C. EKB>EKC D. EKB<EKC

【答案】A

【解析】

考点：动能定理的应用；功的计算．

分析：根据功的定义式去判断两个过程中功的大小．分析滑块的运动过程，根据受力情况找出滑块可能出现的情况．

解答：解：A、这是一道变力做功的创新题，可进行半定量分析．从A点上升至B点和从B点上升至C点的过程中，根据几何关系我们看出轻绳拉着滑块的拉力与光滑竖直杆的夹角α越来越大．图中AB=BC，即从A点上升至B点的位移等于从B点上升至C点的位移．

轻绳拉着滑块的拉力是恒力，夹角α越来越大，那么cosα越来越小，因为F大小恒定，故F在竖直方向的分量 Fcosα随α的增大而减小，显然从A点上升至B点绳子对滑块拉力做的功大于从B点上升至C点的过程中绳子对滑块拉力做的功．由于用轻绳系着滑块绕过光滑的定滑轮，所以绳子对滑块的拉力做的功与拉力F做的功相等．所以W1＞W2，故A正确．

B、通过以上分析，故B错误．

C、由于在A点由于静止出发，可以肯定最初滑块是加速上升的，也就是说刚开始绳对滑块拉力的竖直分力要大于滑块的重力，但由于绳对滑块拉力的竖直分力是逐渐减小的（对滑块的拉力大小不变，但与竖直方向的夹角在逐渐增大），B到C的过程绳对滑块拉力的竖直分力与重力的大小关系不清楚，所以滑块的运动可能是加速的，也可能是减速的，还可能是先加速后减速的（竖直分力小于重力时做减速运动），所以无法确定滑块在B、C位置哪个位置的速度大，也就无法确定哪个位置的动能大，故C错误．

D、通过以上分析，故D错误．

故选A．

点评：对于功的大小定性比较，我们可以运用功的表达式去比较，也可以从动能定理去比较．

对于不同位置动能的大小比较，我们可以通过受力分析（结合力的变化），分析物体的运动过程，是加速还是减速．

9.如图所示，一物体从光滑斜图AB底端A点以初速度上滑，沿斜面上升的最大高度为h，下列说法中正确的是（设下列情境中物体从A点上滑的初速度仍为）（ ）

A. 若把斜面CB部分截去，物体冲过C点后上升的最大高度仍为h

B. 若把斜面AB变成曲面AEB，物体沿此曲面上升仍能到达B点

C. 若把斜面弯成圆弧形D，物体仍沿圆弧升高h

D. 若把斜面从C点以上部分弯成与C点相切的圆弧状，物体上升的最大高度有可能仍为h

【答案】BD

【解析】

分析：物体上升过程中只有重力做功，机械能守恒；斜抛运动运动最高点，速度不为零；AD轨道最高点，合力充当向心力，速度也不为零．

解答：解：A、若把斜面CB部分截去，物体冲过C点后做斜抛运动，由于物体机械能守恒，同时斜抛运动运动最高点，速度不为零，故不能到达h高处，故A错误；

B、若把斜面AB变成曲面AEB，物体在最高点速度为零，根据机械能守恒定律，物体沿此曲面上升仍能到达B点，故B正确；

C、若把斜面弯成圆弧形D，如果能到圆弧最高点，即h处，由于合力充当向心力，速度不为零，故会得到机械能增加，矛盾，故C错误

D、若把斜面AB与水平面的夹角稍变大，物体上升的最大高度仍为h，故D正确；

故选BD．

点评：本题关键是根据机械能守恒定律分析，同时要知道斜抛运动和沿圆弧内侧运动到达最高点时，速度都不为零．

10.沙河抽水蓄能电站自2003年投入运行以来，在缓解用电高峰电力紧张方面，取得了良好的社会效益和经济效益．抽水蓄能电站的工作原理是，在用电低谷时(如深夜)，电站利用电网多余电能把水抽到高处蓄水池中，到用电高峰时，再利用蓄水池中的水发电．如图所示，蓄水池(上游水库)可视为长方体，有效总库容量(可用于发电)为V，蓄水后水位高出下游水面H，发电过程中上游水库水位最大落差为d.统计资料表明，该电站年抽水用电为2.4×108 kW·h，年发电量为1.8×108 kW·h.则下列计算结果正确的是(水的密度为ρ，重力加速度为g，涉及重力势能的计算均以下游水面为零势能面)

A. 能用于发电的水的最大重力势能Ep＝ρVgH

B. 能用于发电的水的最大重力势能Ep＝ρVg(H－)

C. 电站的总效率达75%

D. 该电站平均每天所发电能可供给一个大城市居民用电(电功率以105 kW计)约10 h

【答案】BC

【解析】

【详解】AB.上游水库的有效库容为V，能用于发电的水的最大重力势能Ep＝ρVg(H－)，A错误，B正确．

C.电站的总效率η＝×100%＝75%，C正确．

D.电站平均每天发电供给一个城市居民用电的时间t＝h≈5 h，D错误．

二、实验题(每小题10分，共20分)

11.如上图所示，两个质量各为m1和m2的小物块A和B，分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端，已知m1＞m2，现要利用此装置验证机械能守恒定律。

（1）若选定物块A从静止开始下落的过程中进行测量，则需要测量的物理量有_______。

①物块质量；

②物块A下落的距离及下落这段距离所用的时间；

③物块B上升的距离及上升这段距离所用的时间；

④绳子的长度。

（2）为提高实验结果的准确程度，某小组同学对此实验提出以下建议：

①绳的质量要轻；

②在“轻质绳”的前提下，绳子越长越好；

③尽量保证物块只沿竖直方向运动，不要摇晃；

④两个物块的质量之差要尽可能小．

以上建议中确实对提高准确程度有作用的是_________。

（3）写出一条上面没有提到的对提高实验结果准确程度有益的建议： _____________。

【答案】(1)①②或①③；（2）①③；（3）例如：“对同一高度进行多次测量取平均值”， “选取受力后相对伸长尽量小的绳子”等等。

【解析】

【详解】（1）通过连结在一起的A、B两物体验证机械能守恒定律，即验证系统的势能变化与动能变化是否相等，A、B连结在一起，A下降的距离一定等于B上升的距离；A、B的速度大小总是相等的，测量物块B上升的距离及上升这段距离所用的时间或物块A上升的距离及上升这段距离所用的时间，两都没一个就行的，还要测A、B的质量，故选①②或①③。

（2）如果绳子质量不能忽略，则A、B组成的系统势能将有一部分转化为绳子的动能，从而为验证机械能守恒定律带来误差；若物块摇摆，则两物体的速度有差别，为计算系统的动能带来误差；绳子长度和两个物块质量差应适当。故选①③

（3）多次取平均值可减少测量误差，绳子伸长量尽量小，可减少测量的高度的准确度。

12.某兴趣小组为测一遥控电动小车的额定功率，进行了如下实验：

①用天平测出电动小车的质量为0.4kg；

②将电动小车、纸带和打点计时器按如图1所示安装；

③接通打点计时器（其打点周期为0.02s）；

④使电动小车以额定功率加速运动，达到最大速度一段时间后关闭小车电源．待小车静止时再关闭打点计时器（设在整个过程中小车所受阻力恒定）．在上述过程中，打点计时器在纸带上所打的点迹如图2甲、乙所示，图中O点是打点计时器打的第一个点．

请你分析纸带数据，回答下列问题：

（1）该电动小车运动的最大速度为_____m/s；

（2）该电动小车运动过程中所受的阻力大小为_____N；

（3）该电动小车的额定功率为_____W．

【答案】    (1). 1.5    (2). 1.6    (3). 2.4

【解析】

【详解】（1）根据纸带可知，当所打的点点距均匀时，表示物体匀速运动，此时速度最大，故有：

vm1.5m/s;

（2）关闭小车电源，小车在摩擦力的作用下做减速运动，由，加速度

，小车受到的摩擦阻力大小为

（3）由P=Fv可得，小车的额定功率为：P=Fv=fvm=1.6×1.5W=2.4W

三、计算题

13.质量为500 t的火车，以恒定功率沿平直轨道行驶，在3 min内行驶1.45 km，速度由18 km/h增加到最大速度54 km/h，求火车的功率(g＝10 m/s2)．

【答案】600 kW

【解析】

【详解】由于整个过程中火车所受的牵引力不是恒力，因此加速度不是恒量，运动学中匀变速直线运动公式不能用．可以由动能定理得W牵＋W阻＝mv－mv2①

其中W阻＝－Ffx，W牵是一个变力的功，但因该力的功率恒定，故可用W牵＝Pt计算．

这样①式变为Pt－Ffx＝mv－mv2②

又因达最大速度时F＝Ff，

联立解得P＝600 kW.

14.如图所示，半径R＝0.4 m的光滑半圆轨道与粗糙的水平面相切于A点，质量为m＝1 kg的小物体(可视为质点)在水平拉力F的作用下，从静止开始由C点运动到A点，物体从A点进入半圆轨道的同时撤去外力F，物体沿半圆轨道通过最高点B后做平抛运动，正好落在C点，已知xAC＝2 m，F＝15 N，g取10 m/s2，试求：

（1）物体在B点时的速度大小以及此时半圆轨道对物体的弹力大小；

（2）物体从C到A的过程中，摩擦力做的功．

【答案】（1）5 m/s   52.5 N （2）－9.5 J

【解析】

【详解】(1)设物体在B点的速度为v，由B到C做平抛运动，有：

2R＝gt2

xAC＝vt

解得：

v＝5 m/s

由此时受力，根据牛顿第二定律有：

FN＋mg＝

解得：

FN＝52.5 N

由牛顿第三定律知，半圆轨道对物体的弹力FN′＝52.5 N.

(2)A到B，机械能守恒：

由C到A应用动能定理可知：

(F－Ff)xAC＝

解得：

Wf＝－Ff·xAC＝－9.5 J

15.如图所示，一水平圆盘绕过圆心的竖直轴转动，圆盘边缘有一质量m＝1.0 kg的小滑块．当圆盘转动的角速度达到某一数值时，滑块从圆盘边缘滑落，经光滑的过渡圆管进入轨道ABC.已知AB段斜面倾角为53°，BC段斜面倾角为37°，滑块与圆盘及斜面间的动摩擦因数均为μ＝0.5，A点离B点所在水平面的高度h＝1.2 m．滑块在运动过程中始终未脱离轨道，不计在过渡圆管处和B点的机械能损失，最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力，取g＝10 m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8.

（1）若圆盘半径R＝0.2 m，当圆盘角速度多大时，滑块从圆盘上滑落？

（2）若取圆盘所在平面为零势能面，求滑块到达B点时的机械能．

（3）从滑块到达B点时起，经0.6 s正好通过C点，求BC之间的距离．

【答案】（1）5 rad/s （2）－4 J（3）0.76 m

【解析】

【详解】(1)滑块在圆盘上做圆周运动时，静摩擦力提供向心力，所以有：

μmg＝mω2R

解得：

ω＝＝5 rad/s.

(2)滑块在A点时速度:

vA＝ωR＝1 m/s

从A→B由动能定理得:

mgh－μmgcos53°·

在B点时的机械能：

EB＝＝－4 J

(3)滑块在B点时的速度vB＝4 m/s

沿BC段向上运动时加速度大小：

a1＝g(sin37°＋μcos37°)＝10 m/s2

返回时的加速度大小：

a2＝g(sin37°－μcos37°)＝2 m/s2

BC间的距离：

sBC＝＝0.76 m

16.如图甲所示，水平传送带的长度L＝6 m，皮带轮的半径R＝0.25 m，皮带轮以角速度ω顺时针匀速转动．现有一质量为1 kg的小物体(视为质点)以水平速度v0从A点滑上传送带，越过B点后做平抛运动，其水平位移为x.保持物体的初速度v0不变，多次改变皮带轮的角速度ω，依次测量水平位移x，得到如图乙所示的x-ω图象．已知重力加速度g＝10 m/s2.回答下列问题：

(1)当0<ω<4 rad/s时，物体在A、B之间做什么运动？

(2)物块的初速度v0为多大？

(3)B端距地面的高度h为多大？

(4)当ω＝24 rad/s时，求传送带对物体做的功．

【答案】（1）匀减速直线运动；（2）5 m/s；（3）1.25 m；（4）5.5 J

【解析】

试题分析：(1)0<ω<4 rad/s时，物体在传送带上一直做匀减速直线运动

(2)由图象看出ω≤ω1＝4 rad/s时，物体在传送带上一直减速，经过B端时的速度大小v1＝ω1R＝1 m/s

当ω≥ω2＝28 rad/s时，物体在传送带上一直加速．经过B端时速度大小v2＝ω2R＝7 m/s

物体的加速度a＝＝μg

v－v＝2μgL，v－v＝2μgL

得v0＝5 m/s

(3)由图可以看出水平速度为1 m/s时，水平距离为0.5 m，下落时间t＝＝0.5 s

得h＝gt2＝1.25 m

(4)当ω＝24 rad/s时，物体先加速运动，当速度v＝rω＝0.25×24 m/s＝6 m/s时，物体和传送带保持相对静止，由动能定理得

W＝mv2－mv

解得W＝5.5 J

考点：牛顿定律及动能定理的应用；平抛运动及圆周运动的规律.