山东省烟台市2021届高三上学期期中考试 物理 (含答案)

山东省烟台市2021届高三上学期期中考试

物 理

一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24分。每小题只有一个选项符合题目要求。

1. 下列说法中正确的是（　　）

A. 物体受到变化的合力作用时，速度大小一定改变

B. 物体做匀速圆周运动时，所受合力方向一定与速度方向垂直

C. 物体受到不垂直于速度方向的合力作用时，速度大小可能保持不变

D. 物体做曲线运动时，在某点加速度方向就是通过这一点的曲线的切线方向

【答案】B

【解析】

【详解】A．物体受到变化的合外力作用时，它的速度大小不一定改变，例如物体作匀速圆周运动，故A错误；

B．物体作匀速圆周运动时，合外力的方向一定与速度方向垂直，用来产生向心加速度只改变速度的方向而不改变速度的大小，故B正确；

C．物体受到不垂直于速度方向的合力作用时，即有与速度垂直的分力改变速度的方向，又有与速度共线的分力改变速度的大小，则速度的大小一定改变，故C错误；

D．物体做曲线运动时，在某点的速度方向就是通过这一点的曲线的切线方向，而加速度方向指向轨迹的凹侧，故D错误；

故选B。

2. 一台空调外挂机用两个如图所示的三角形支架固定在外墙上，空调外挂机的重心恰好在支架水平横梁和斜粱的连接点的上方。现保持空调外挂机的质量不变，把斜梁bO缩短一点，仍保持连接点O的位置不变，横梁aO仍然水平。已知横粱对O的拉力始终沿Oa方向，斜粱对O的压力始终沿bO方向，则下列说法正确的是（　　）

A. 横梁aO对O的作用力变小

B. 横梁aO对O的作用力不变

C. 斜粱bO对O的作用力变小

D. 斜粱bO对O的作用力增大

【答案】D

【解析】

【详解】设斜梁bO跟外墙的夹角为θ，对有，竖直方向

解得斜粱bO对O的作用力

斜梁bO缩短一点，仍保持连接点O的位置不变，θ增大，所以斜粱bO对O的作用力增大。水平方向

解得横梁aO对O的作用力

斜梁bO缩短一点，仍保持连接点O的位置不变，θ增大，所以横梁aO对O的作用力增大。故D正确，ABC错误。

故选D。

3. 在水平地面上以初速度v0竖直向上抛出一个小球，已知该小球所受的空气阻力大小与速度大小的平方成正比，则从抛出小球到小球落地的过程中，以竖直向上为矢量的正方向，小球运动的a-t和v-t图像可能正确的是（　　）

A.  B.

C.  D.

【答案】C

【解析】

【详解】上升过程中由牛顿第二定律得

解得

由上式可以看出，上升过程中，随着速度的减小，加速度也减小；

下降过程中由牛顿第二定律得

解得

由上式可以看出，下降过程中，随着速度的增大，加速度也减小；综上所述，加速度在全程中一直减小，速度图像的斜率一直减小，C正确，ABD错误。

故选C。

4. 2017年10月16日晚，全球天文学界联合发布一项重大发现：人类首次直接探测到了双中子星并合产生的引力波及其伴随的电磁信号。从此在浩淼的宇宙面前，人类终于耳聪目明了。如图为某双中子星系统A、B绕其连线上的O点做匀速圆周运动的示意图，若A星的轨道半径小于B星的轨道半径，双星的总质量为M，双星间的距离为L，其运动角速度为。则（　　）

A. A星的质量一定大于B星的质量

B. 双星总质量M一定时，L越大，越大

C. A星运转所需的向心力大于B星所需的向心力

D. A星运转的线速度大小等于B星运转的线速度大小

【答案】A

【解析】

【详解】A．双星圆周运动的向心力由万有引力提供，是同轴转动，角速度相等，恒星A和恒星B轨道半径分别为 和，据万有引力提供向心力

则

因为

所以，A星的质量一定大于B星的质量，A正确；

B．双星圆周运动的向心力由万有引力提供，是同轴转动，角速度相等，恒星A和恒星B轨道半径分别为 和，据万有引力提供向心力，对于恒星A

对于恒星B

结合

解得

B错误；

C．双星靠相互间的万有引力提供向心力，所以向心力相等，C错误；

D．双星系统中两颗恒星间距不变，是同轴转动，角速度相等，根据

因为

所以

D错误。

故选A

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“复兴号”动车，从静止开始在平直的轨道上运动，其发动机的输出功率随时间变化的图像如图所示。已知t1时刻达到某功率Pm，此后保持该功率不变，t2时刻达到该功率下的最大速度vm，动车行驶过程中所受阻力恒定。则（　　）

A.  t1时刻，动车所受的牵引力大小为

B. 0～t1时间内，动车所受牵引力逐渐增大，做加速运动

C. 0～t2时间内，动车所受牵引力恒定，做匀加速直线运动

D. 0～t2时间内，动车克服阻力做功为

【答案】D

【解析】

【详解】A．t1时刻，动车的速度不是vm，动车所受的牵引力大小为，A错误；

B．0～t1时间内

解得

因为0～t1时间内图像是正比例函数，所以比例系数Fa不变，牵引力F不变，B错误；

C． t1～t2时间内， ，v增大，F减小，C错误；

D．0～t2时间内，由动能定理

由图像可得

解得

D正确。

故选D。

6. 跳水运动一直是我国传统的优势体育项目，我们的国家跳水队享有“梦之队”的赞誉。在某次训练中，跳水运动员在跳台上由静止开始竖直落下，进入水中后在水中做减速运动，速度减为零时并未到达池底。不计空气阻力，下列说法正确的是（　　）

A. 运动员在空中运动时，其动量变化量大于重力的冲量

B. 运动员从刚进入水中到速度减为零的过程中，其重力的冲量等于水的作用力的冲量

C. 运动员从开始下落到速度减为零的过程中，其动量的改变量等于水的作用力的冲量

D. 运动员从开始下落到速度减为零的过程中，其重力的冲量与水的作用力的冲量等大反向

【答案】D

【解析】

【详解】A．运动员在空中运动过程中只受重力作用，根据动量定理可知运动员在空中动量的改变量等于重力的冲量，故A错误；

B．运动员在水中运动过程中受到重力和水对他的作用力，动量的变化向上，则其重力的冲量小于水的作用力的冲量，故B错误；

C．整个过程根据动量定理可得I=m△v=0，故运动员整个向下运动过程中合外力的冲量为零，故C错误；

D．整个过程根据动量定理可得

I=IG+IF=m△v=0

所以

IG=-IF

即运动员整个运动过程中重力冲量与水的作用力的冲量等大反向，故D正确；

故选D。

7. 某一质点在平面上运动，在内质点沿x方向的位移—时间图像和沿y方向的速度—时间图像分别如图甲、乙所示，则（　　）

A. 质点可能做直线运动

B. 质点的初速度为1m/s

C. 0~2s内质点运动位移为5m

D. 质点的初速度方向与其合力的方向垂直

【答案】C

【解析】

【详解】A．由图甲的位移—时间图像可知x方向做匀速直线运动，，；由图乙的速度—时间图像可知y方向做匀加速直线运动，，，则两分运动合成后为匀变速曲线运动，故A错误；

B．合成两分运动的初速度，有

故B错误；

C．2s内质点在x方向位移为

y方向的位移为

故2s内的位移为

故C正确；

D．将速度和加速度合成后可知，合加速度沿y轴正向，而合初速度不沿x方向，故质点的初速度方向与其合力的方向不垂直，故D错误；

故选C。

8. 如图所示，在倾角为37°足够长的斜面顶端处，一小球以与斜面成30°角的初速度v抛出，小球最终落在斜面上。不计空气阻力，sin37°=0.6，重力加速度为g，则从抛出小球到小球与斜面的距离最大时，小球飞行时间t为（　　）

A.  B.  C.  D.

【答案】C

【解析】

【详解】将小球的运动分解为沿斜面方向和垂直斜面方向，垂直斜面方向的分速度为

垂直斜面方向上的加速度大小为

当垂直于斜面方向速度减为0时，小球距离斜面最远，飞行时间为

故选C。

二、多项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16分．在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分．

9. 甲、乙两车从t=0开始由同一位置出发，在同一平直道路上行驶，它们运动的图像如图所示，已知甲车从由静止开始做匀加速直线运动，则下列说法中正确的是（　　）

A. 时，甲车的速度为10m/s

B. 时，甲、乙两车速度相等

C. 时，在甲车追上乙车前，两车相距最远

D. 乙车以的加速度做匀变速直线运动

【答案】AC

【解析】

【详解】AD．根据图像可知乙做匀速直线运动，；甲做匀加速直线运动，有

可知甲的加速度为

则2s末甲的速度为

故A正确，D错误；

B．2s末甲的速度为10m/s，乙的速度始终为5m/s，故两者速度不等，故B错误；

C．甲为匀加速直线运动追匀速直线运动的乙，一定追的上，在两者速度相等时距离最大，有

解得

故C正确；

故选AC。

10. 2016年发现了一颗与地球最类似的太阳系外的行星，与地球的相似度为0.98，并且可能拥有大气层和流动的水，这颗名叫Kepler-452b的行星，距离地球约1400光年，公转周期约37年，它的直径约为地球的1.6倍，质量约为地球的2.56倍，已知地球的第一宇宙速度为7.9km/s，则下列说法正确的是（　　）

A. 该行星表面的重力加速度大于地球表面的重力加速度

B. 飞船在Kepler-452b行星表面附近做匀速圆周运动的速度大于7.9km/s

C. 飞船在Kepler-452b行星表面附近做匀速圆周运动的周期约为37年

D. 在地球上发射航天器到达该星球，航天器的发射速度至少要达到地球第三宇宙速度

【答案】BD

【解析】

【详解】A．在行星表面，根据万有引力近似等于重力得

解得

同理可得

根据题意代数可知，行星表面的重力加速度等于地球表面的重力加速度，故A错误；

B．根据万有引力定律得

解得

同理得地球的第一宇宙速度为

代数得

故B正确；

C．由题可知，该行星的公转周期约为37年，故C错误；

D．第三宇宙速度是卫星脱离太阳引力束缚的发射速度，由于该行星是太阳系以外的行星，因此航天器的发射速度至少要达到第三宇宙速度，故D正确。

故选BD。

11. 如图所示，在光滑的水平地面上静止放置一质量为3m的半圆槽，半圆槽内壁光滑，轨道半径为R，轨道的最低点为C，两端A、B与其圆心O处等高。现让一质量为m的小滑块从A点由静止开始释放，小滑块可视为质点，重力加速度为g，则在此后的过程中（　　）

A. 半圆槽与小滑块组成的系统机械能守恒，动量不守恒

B. 小滑块从A到B的过程中，半圆槽运动的位移为

C. 小滑块运动到轨道最低点C时，半圆槽速度恰好为零

D. 小滑块运动到轨道最低点C时，半圆槽对水平地面的压力大于4mg

【答案】ABD

【解析】

【详解】A．半圆槽与小滑块组成系统，只有重力对系统做功，系统的机械能守恒，在竖直方向，重力对小滑块的冲量不为零，系统动量不守恒，系统在水平方向受到的合外力为零，系统在水平方向动量守恒，故A正确；

B．设小滑块从A到B的过程中用时为t，半圆槽位移为x，则下滑块的位移为2R-x；取水平向右为正方向，根据水平方向平均动量守恒得

解得

故B正确；

CD．小滑块运动到轨道最低点C时，设小滑块的速度大小为v1，半圆槽的速度大小为v2，根据水平方向平均动量守恒得

根据机械能守恒定律的

联立解得

，

故C错误；

小滑块在C点时，小滑块相对于半圆槽的速度为

由牛顿第二定律得

联立解得

由牛顿第三定律可知在C点小滑块对半圆槽的压力大小为，方向竖直向下，对半圆槽进行受力分析，可知半圆槽受到重力、地面的支持力和小滑块的压力，则有

由牛顿第三定律可知，半圆槽对水平地面的压力为，大于4mg，故D正确。

故选ABD。

12. 如图所示，在水平地面上固定一倾角为的足够长斜面。有一物块静止在斜面底端O处，现对物块施加一个沿斜面向上的恒力F作用，物块开始沿斜面向上运动。当物块沿斜面向上运动的距离为时，撤去恒力F，已知物块与斜面间的动摩擦因数为。以斜面底端O所在的水平地面为参考平面，则物块从O点开始沿斜面运动的过程中，物块的加速度大小、物块的重力势能、动能、机械能E和物块相对于O点的位移x之间的关系图像中可能正确的是（　　）

A.  B.

C.  D.

【答案】AD

【解析】

【详解】A．段，物块向上做匀加速直线运动，由牛顿第二定律可得

撤去力F后，物体向上做匀减速直线运动直至静止，由牛顿第二定律可得

若，则加速度大小关系可能为，A正确；

B．由于，故整个运动过程中滑块均向上运动，故物块的的重力势能逐渐增大，B错误；

C．段，由动能定理可得

由于恒定不变，因此图线的斜率恒定不变，故段图线应该是一条过原点的直线；设撤去力F时，物块的动能为，则由动能定理可得

转换可得

则撤去力F后，图线斜率恒定不变，图线是一条向下倾斜的直线，C错误；

D．段，机械能的变化量为

由于恒定不变，则图线是一条过原点向上倾斜的直线；

设撤去力F时，机械能为，则机械能变化量为

则

撤去力F后，图线是一条向下倾斜的直线，D正确；

故选AD。

三、非选择题：本题共6小题，共60分。

13. 某同学在实验室中利用如图甲所示的装置做“验证机械能守恒定律”的实验。

(1)实验中操作规范，得到如图乙所示的一条比较理想的纸带。在纸带点迹间隔较大部分连续选取五个计时点A、B、C、D、E，测出A点和C点间的距离为，C点和E点间的距离为，已知打点计时器使用的交流电的频率为，利用这些数据分析：打C点时重锤下落速度的表达式为__________，此过程中重锤下落加速度的表达式为__________。（用题中给定的字母表示）

(2)最终分析实验数据发现，重锤减少的重力势能总是大于重锤增加的动能，其主要原因是重锤在下落过程中受到阻力F的作用。已知重锤的质量为m，当地重力加速度为g。试用这些物理量及纸带上的数据表示重锤在下落过程中受到的阻力F=____________。（用(1) (2)题中给定的字母表示）

【答案】    (1).     (2).     (3).

【解析】

【详解】(1)[1]由题可知，C点为A、E两点的时间中点，根据匀变速直线运动推论可知，C点瞬时速度等于该段的平均速度，即

周期和频率满足

联立得

[2]根据匀变速直线运动的推论

解得

(2) [3]对重锤受力分析，根据牛顿第二定律得

解得

14. 某实验小组做“测量滑块与长木板之间动摩擦因数”实验时，实验装置如图甲所示。

在水平桌面上固定放置一块长木板，长木板的一端固定一轻质定滑轮，靠近定滑轮的B处固定一个光电门，现有一滑块上端固定遮光片，侧面固定另一轻质滑轮，如图甲所示，在绳子的作用下从长木板另一端A处由静止释放，经过一段时间滑块通过B处的光电门。A、B之间的距离保持L=0.5m不变。不计滑轮质量及其与绳子之间的摩擦。

(1)实验时，下列必要的操作是_________（请填正确答案标号）；

A.用天平测出重物的质量

B.将长木板不带滑轮的一端略微垫高，以平衡摩擦力

C.调整滑轮及力传感器的位置，使绳子处于水平状态

D.为减小实验误差，实验中一定要保证重物质量远小于滑块及遮光片的总质量

(2)某次实验时，光电门显示遮光时间为t，此时力传感器示数为F。已知遮光片的宽度为d，则遮光片通过光电门时的速度=________（用给定字母表示），从而可以得到一组（，F）数据；然后多次改变所挂重物的质量进行实验，每次实验时，滑块都从长木板的A处由静止释放，得到多组数据。根据这些数据，作出的滑块的速度平方与力传感器示数F的关系图像如图乙所示，g=10m/s2，则滑块和遮光片的总质量为_________kg，滑块与长木板之间的动摩擦因数为_________。

【答案】    (1). C    (2).     (3). 0.25    (4). 0.4

【解析】

【详解】(1)[1] A．通过力传感器可知直接得出滑块受到的绳子的拉力，不需要测量重物的质量，故A错误；

B．若平衡摩擦力，将无法测量滑块与长木板之间的摩擦因数，故B错误；

C．调整滑轮及力传感器的位置，使绳子处于水平状态，这样可以让绳子拉力和摩擦力处于同一条直线上，便于测量，故C正确；

D．通过力传感器可知直接得出滑块受到的绳子的拉力，不需要保证重物质量远小于滑块及遮光片的总质量，故D错误。

故选C。

(2)[2]因为遮光时间t非常短，遮光时间内的平均速度近似等于滑块通过光电门的瞬时速度，则遮光片通过光电门时的速度为

[3][4]滑块从A到B，根据牛顿第二定律得

根据匀变速直线运动位移公式得

联立得

结合乙图像可知斜率为

截距为

联立解得

，

15. 如图所示，A是地球同步卫星，另一个卫星B的圆轨道位于赤道平面内，卫星B的运行周期为T。已知地球半径为R，地球自转周期为T0，地球表面的重力加速度为g。

(1)求卫星B距离地面高度；

(2)如果卫星B的绕行方向与地球自转方向相同，某时刻A、B两卫星相距最近，则再经过多长时间，它们相距最远?

【答案】(1)；(2) （n=1、2、3…）

【解析】

【详解】(1)设地球的质量为M，则

解得

(2)A卫星

B卫星

依题意得

（n=1、2、3…）

解得

（n=1、2、3…）

16. 如图所示的机械装置，放在两固定斜面上的甲、乙两物块质量分别为1.5kg和1kg，甲、乙两物块被绕过3个滑轮的轻绳连接起来。甲、乙两物块与斜面间的动摩擦因数分别为0.8和，若不计滑轮质量，不计滑轮与轻绳之间的摩擦，物块与斜面间的滑动摩擦力与最大静摩擦力大小相等，重力加速度g=10m/s2，sin37°=0.6。现用力F向下拉最下面的滑轮，求

（1）当F=12N时，甲物块与斜面之间的摩擦力大小；

（2）要使甲、乙两物块均保持静止，F的取值范围。

【答案】(1)；(2)

【解析】

【详解】(1)甲、乙两物块重力沿斜面向下分力

，

甲物块与斜面间的最大静摩擦力

乙物块与斜面间的最大静摩擦力

由分析可知，当F=12N时，甲、乙两物块均保持静止，此时

(2)甲、乙两物块重力沿斜面向下分力均小于与斜面间的最大静摩擦力，拉力的最小值

甲物块将沿斜面向上运动满足

乙物块将沿斜面向上运动满足

由此可知乙先达到最大静摩擦力，故

解得

所以，要使甲、乙两物块均保持静止，F的取值范围为

17. 如图甲所示装置由置物架、运动箱、轻绳、轻质滑轮和配重等构成，该装置能够使运动箱呈现4种不同的运动状态——向下加速、减速和向上加速、减速。轻绳左端固定在置物架的顶端，绕过轻质滑轮，与装有不同质量沙子的塑料袋所构成的配重1和配重2连接，配重1和配重2之间通过一段轻绳连接。运动箱由透明箱体、重物、电子秤、固定的手机等组成，内部结构如图乙所示。手机拍摄电子秤的示数变化，同时可利用相关软件将拍摄到秤的示数同步投影到屏幕上。已知配重1和配重2的质量分别为m1和m2，不计轻绳与滑轮之间的摩擦力，重力加速度为g。

(1)运动箱及内部所有物体的总质量用m表示，则m大小应满足什么条件?

(2)若运动箱及内部所有物体的总质量为m，其中重物的质量为，将运动箱拉至置物架的底板上由静止释放，运动箱向上运动过程中手机拍摄的电子秤的示数先后为和；求：。

(3)在问题(2)中，运动箱向上运动的总时间为t，求运动箱从置物架的底板由静止释放后向上运动的最大距离。

【答案】(1)；(2) ；(3)

【解析】

【详解】(1)装置能够使呈现4种不同的运动状态——向下加速、减速和向上加速、减速配重1和配重2之间轻绳未绷直，运动箱加速度向下，即

配重1和配重2之间轻绳绷直后，运动箱加速度向上，即

解得

(2)重物向上加速过程中，满足

运动箱向上加速过程中，设轻绳上的拉力为F1，则

重物向上减速过程中，满足

运动箱向上减速过程中，设轻绳上的拉力为F2，则

解得

(3)设运动箱在向上运动过程中，最大速度为vm，则

18. 一质量为m的物块放在一质量为4m的平板车上，在水平直公路上以速度v0一起做匀速直线运动，物块与平板车车厢前壁间的距离为d，因发生紧急情况，平板车突然紧急制动，车轮被抱死。已知物块与车厢底板间的动摩擦因数为μ，平板车车轮与地面间的动摩擦因数为3μ，重力加速度为g，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。

(1)平板车开始制动时，物块和平板车的加速度大小；

(2)若物块和车厢前壁不发生碰撞，则d应该满足什么条件?

(3)若平板车停止运动后，物块和车厢前壁发生碰撞，则d应该满足什么条件?

(4)若平板车停止运动前，物块和车厢前壁发生碰撞，且碰撞时间极短，碰后物块与车厢前壁不分开，求平板车从开始制动到停止的过程中，平板车运动的距离。

【答案】(1)；；(2) ；(3) ；(4)

【解析】

【详解】(1)对物块

解得

对平板车

解得

(2)由于，则在制动过程中，物块和车厢发生相对滑动，平板车提前停止运动，物块运动的距离

平板车运动的距离

若物块和车厢前壁在紧急制动时不发生碰撞，则

解得

(3)平板车的制动时间

此过程物块运动的距离

平板车停止运动后，物块和车厢前壁发生碰撞，则

解得

(4)设平板车从开始制动到物块和车厢前壁发生碰撞所经历的时间为t，则

解得

设物块和车厢前壁发生碰撞前瞬间，物块和平板车的速度分别为v1、v2

碰撞过程动量守恒

解得

碰撞后

碰撞前平板车运动的距离

平板车从开始制动到停止的过程中，平板车运动的距离