[物理][期末]广西北海市2023-2024学年高一下学期期末教学质量检测试卷(解析版)

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1. 现今世界最著名的两种导弹弹道：钱学森弹道和Sanger弹道，如图所示是导弹分别在两种弹道飞行的轨迹，A、B、C、D为轨迹上的4个点，分别画出导弹经过4点时的速度v与所受合外力F的方向，则所画方向关系可能正确的是（ ）
A. 图中A点B. 图中B点
C. 图中C点D. 图中D点
【答案】C
【解析】做曲线运动的物体的速度方向沿轨迹的切线方向，所受的合外力指向轨迹的凹侧，由图可知导弹运行轨迹C点的速度v和所受合外力F关系正确。
故选C。
2. 从2023年起，每年的4月23日将被命名为世界乒乓球日。关于乒乓球运动，下列说法正确的是（ ）
A. 球拍对乒乓球的弹力越大，乒乓球的动量变化一定越大
B. 球拍将飞来的乒乓球以原速率反向击出的过程，乒乓球的动量和动能均保持不变
C. 乒乓球被球拍击打出的过程，球拍对乒乓球的冲量大小大于乒乓球对球拍的冲量大小
D. 一次击球过程中，球拍对乒乓球冲量大小等于乒乓球对球拍的冲量大小
【答案】D
【解析】A．由动量定理有
则有
可知，乒乓球的动量变化量等于合外力的冲量，即乒乓球的动量变化量除了与力的大小方向有关，还与力的作用时间有关，故A错误；
B．动量是矢量，既有大小又有方向，当球拍以原速率反向击出的过程，乒乓球的速率不变，但是方向发生了改变，因此乒乓球的动量发生了改变，故B错误；
CD．用球拍打击球时，球拍对乒乓球的力与乒乓球对球拍的力是一对相互作用力，大小相等、作用时间相同、冲量大小相等，故C错误，D正确。
故选D。
3. 如图所示，是一种叫作“火箭蹦极”的游戏项目，惊险刺激深受年轻人喜爱。游戏开始前，装置中间的“蹦极球”会被锁定在最低点，此时两侧弹性绳索被拉长，人坐入球中系好安全带后解锁，“蹦极球”就会被向上抛出，上下反复很多来回后最终静止在空中。则下列说法正确的是（ ）
A. 整个过程“蹦极球”、人和弹性绳索组成的系统机械能守恒
B. “蹦极球”从解锁到上升至最高点的过程中，动能一直增大
C. “蹦极球”从解锁到上升至最高点的过程中，重力势能一直增大
D. “蹦极球”从解锁到上升至最高点的过程中，绳索的弹性势能一直减小
【答案】C
【解析】A．由题意可知，有阻力作用，故整个系统机械能不守恒，故A错误；
BCD．从解锁到上升到最高点的过程，动能先增大后减小，高度一直升高，重力势能一直增大，弹性绳索先由拉长恢复形变，后又要被逐渐拉长，故弹性势能先减小后增大，故C正确，BD错误。
故选C。
4. 如图所示是使货物在水平面上转弯的自动流水线装置图及其示意图。货物（可视为质点）从传送带A端传送到B端的弯道可以看成是一段半径为R的半圆弧，传送过程中传送速率保持不变，货物与传送带之间始终不打滑，已知货物与传送带间的动摩擦因数为，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g。则货物在此过程中（ ）
A. 所受合力为零B. 所受合力做正功
C. 所受摩擦力对货物做负功D. 传送速率不能超过
【答案】D
【解析】A．货物做匀速圆周运动，合力提供向心力，则所受合力不为零，故A错误；
BC．受力分析可知，货物的合力等于摩擦力，则摩擦力提供向心力，摩擦力方向与货物的速度方向垂直，故摩擦力不做功，故BC错误；
D．临界状态下，最大静摩擦力提供向心力
解得
则货物始终不打滑的传送速率不能超过，故D正确。
故选D。
5. 如图甲所示，农民用手抛撒谷粒进行水稻播种。某次一颗谷粒被水平抛出的运动轨迹如图乙所示，O为抛出点，Q、P为轨迹上两点，且谷粒在OQ间与QP间运动的时间相等。忽略空气阻力，下列说法正确的是（ ）
A. 谷粒在P点时的速度大小是在Q点速度大小的2倍
B. 谷粒在OQ间竖直方向的位移大小与QP间竖直方向的位移大小相等
C. 谷粒在P点时速度与水平方向间的夹角是在Q点时速度与水平方向间夹角的2倍
D. 谷粒在P点时重力的瞬时功率是在Q点时重力的瞬时功率的2倍
【答案】D
【解析】A．设平抛初速度大小为，OQ、QP间运动时间均为t，则在Q、P点的速度大小分别为
故
故A错误；
B．平抛运动竖直方向做自由落体运动，故从抛出点开始连续相等的两段时间内竖直方向的位移大小之比等于，故B错误；
C．点时速度与水平方向间的夹角大小
在Q点时速度与水平方向间夹角大小
故C错误；
D．在P点时重力的瞬时功率大小
在Q点时重力的瞬时功率大小
故D正确。
故选D。
6. 假若水星和地球在同一平面内沿不同轨道绕太阳做匀速圆周运动，如图所示，在地球上观测，发现水星与太阳可呈现的视角（把太阳和水星均视为质点，它们与眼睛连线的夹角）有最大值，已知最大视角，万有引力常量为G，下列说法正确的是（ ）
A. 地球绕太阳的运行速率大于水星绕太阳的运行速率
B. 地球绕太阳运行的周期小于水星绕太阳运行的周期
C. 水星的公转周期为年
D. 若水星的公转周期为，地球与太阳之间的距离为R，则太阳的质量为
【答案】D
【解析】AB．由
可得
由于地球的轨道半径大于水星的轨道半径，所以地球绕太阳运行的周期大于水星绕太阳运行的周期，地球绕太阳的运行速率小于水星绕太阳的运行速率。故AB错误；
C．由开普勒第三定律可得
结合
年、
可得
年
故C错误；
D．水星、太阳与地球上眼睛连线的夹角即视角最大时，如图
由几何关系，水星、太阳的连线与水星、地球的连线之间的夹角为，若水星与太阳的距离为r，地球与太阳之间的距离为R，则有
可得
由万有引力充当向心力可得
结合
可得
故D正确。
故选D。
7. 如图所示为工厂中用来运输货物的传送带，工人将一质量为的货物（可视为质点）轻放到传送带A点，经t=4s时间，货物运动至B点，且恰好与传送带相对静止。已知传送带以v=4m/s的恒定速率运行，与水平面间的夹角为37°，重力加速度， ， ， 则货物从A到B的过程中，下列说法正确的是（ ）
A. 货物增加的机械能大小为400J
B. 摩擦力对货物做的功为
C. 传送带因为传送货物多消耗电能为2800J
D. 传送带因为传送货物增加的平均功率为1400W
【答案】D
【解析】A．货物增加的机械能为增加的动能与重力势能之和，则有
A错误；
B．由功能关系可知，摩擦力对货物做的功等于货物机械能变化量，故摩擦力对货物做的功为2800J， B错误；
C．传送带与货物的位移之差为

根据牛顿第二定律得

根据速度公式得

解得

产生的热量为

传送带因为传送货物多消耗的电能
C错误；
D．传送带因为传送货物增加的功率为
D正确。
故选D。
二、多选题：本大题共3小题，共12分。
8. 一物体静止在光滑水平面上，从时刻起，受到的水平外力F如图所示，以向右运动为正方向，物体质量为，则下列说法正确的是（ ）
A. 物体先做变速直线运动后做匀速直线运动
B. 在第1s内力F对物体的冲量为
C. 时物体回到出发点
D. 时物体的速度大小为
【答案】BD
【解析】A．开始物体受力随时间均匀变化，根据牛顿第二定律可得故先做变速直线运动，在2s后，拉力为定值，故做匀加速直线运动，故A错误；
B．由图像可知，所围面积即为冲量大小，故前1s内力F对物体冲量为
故B正确；
C．根据牛顿第二定律可得出，物体的加速度随时间的变化图像如图所示
则在内，物体向右加速，内向右减速，2s时，速度刚好减为零，2s内物体一直向右运动，故C错误；
D．第3s内，物体从静止开始向右做匀加速运动，则
则3s末物体的速度的大小为
故D正确。
故选BD。
9. 目前新能源的开发和使用已经非常的普遍了。如图所示是某同学自制的太阳能驱动小车，光电板利用太阳能产生电流经电动机带动小车前进。若小车在一段平直路面上做直线运动，由静止开始匀加速启动，经过时间t，速度达到最大值，已知电动机的额定输出功率为P，整个过程小车所受的阻力恒定。则下列说法正确的是（ ）
A. 小车运动过程所受的阻力大小为
B. 小车匀加速阶段的加速度大小为
C. 小车匀加速运动结束时达到最大速度，此后做匀速直线运动
D. 小车匀加速运动结束后，做加速度减小的加速运动至达到最大速度后做匀速直线运动
【答案】AD
【解析】BCD．小车由静止匀加速启动，匀加速结束后，功率达到额定功率，此后功率不变，速度增大，则牵引力减小，做加速度减小的加速运动，直到速度达到最大值，此后做匀速直线运动，故匀加速阶段的加速度大小不为，故BC错误，D正确；
A．结合上述可知，匀速阶段牵引力大小等于阻力大小，速度达到最大值，则有
故A正确；
故选AD。
10. 如图所示，竖直平面内半径为的半圆形轨道固定在水平地面上，为圆心，与等高，为竖直直径。一长为的轻杆两端分别固定质量均为的小球甲、乙（均可视为质点），初始时轻杆与直径重合处于静止状态，甲球位于点，带有小孔的乙球穿在轨道上位于点。某时刻对乙球轻微扰动，使其沿半圆轨道下滑，重力加速度为，不计一切摩擦及空气阻力。则下列说法正确的是（ ）
A. 乙沿着半圆轨道从滑到的过程，轻杆对甲球做正功
B. 乙沿着半圆轨道从滑到过程，乙球的机械能守恒
C. 乙经过点时，甲的速度大小为
D. 乙沿着半圆轨道从滑到的过程，轻杆对乙球做功为
【答案】AC
【解析】AB．乙沿着半圆轨道从滑到的过程，甲、乙球组成的系统机械能守恒，甲球沿水平面运动，动能增大，则轻杆对甲球做正功，根据能量守恒可知，乙球的机械能减小，故A正确，B错误；
CD．当乙运动到点时，设轻杆与水平方向的夹角为，乙球速度竖直向下，将其分解为沿杆和垂直杆的方向，如图所示，则有乙和甲沿杆方向的速度大小相等，由图可得
由几何关系可得
解得
对甲、乙系统由机械能守恒定律有
联立解得
，
对乙球由动能定理有
解得
故C正确，D错误。
故选AC。
三、实验题：本大题共2小题，共18分。
11. 实验探究小组用如图所示的实验装置来探究影响向心力大小的因素。长槽横臂的挡板C到转轴的距离是挡板A的2倍，长槽横臂的挡板A和短槽横臂的挡板B到各自转轴的距离相等，转动手柄使长槽和短槽分别随变速塔轮匀速转动，槽内的球就做匀速圆周运动。橫臂的挡板对球的压力提供了向心力，球对挡板的反作用力通过横臂的杠杆作用使弹簧测力筒下降，从而露出标尺，标尺上的红白相间的等分格显示出两个球所受向心力的相对大小。
（1）下列实验与本实验中采用的实验方法一致的是______（填字母）。
A. 探究一根弹簧弹力与形变量的关系
B. 探究两个互成角度的力的合成规律
C. 探究加速度与力、质量的关系
（2）关于本实验，下列说法正确的______（填字母）。
A. 探究向心力和角速度的关系时，应将传动皮带套在两塔轮半径不同的轮盘上，将质量相同的小球分别放在挡板B和挡板C处
B. 探究向心力和角速度的关系时，应将传动皮带套在两塔轮半径不同的轮盘上，将质量相同的小球分别放在挡板A和挡板B处
C. 探究向心力和半径的关系时，应将传动皮带套在两塔轮半径相同的轮盘上，将质量相同的小球分别放在挡板A和挡板C处
D. 探究向心力和质量的关系时，应将传动皮带套在两塔轮半径相同的轮盘上，将质量不同的小球分别放在挡板A和挡板B处
（3）若传动皮带套住左、右两个塔轮的半径分别为、，某次实验使；将质量相同的小球分别放在A、B两处，左、右两侧露出的标尺格数之比为______。
【答案】（1）C （2）BD （3）
【解析】
【小问1详解】
A．本实验采用了控制变量法进行实验研究，探究弹簧弹力与形变量的关系没有涉及多个变量的相互影响，没有使用控制变量法，故A错误；
B．探究两个互成角度的力的合成规律采用的是等效替代法，故B错误；
C．探究加速度与力、质量的关系采用了控制变量法，故C正确。
故选C。
【小问2详解】
AB．当探究向心力和角速度关系时，应使两个质量相同的小球放到半径相同的挡板处，以不同的角速度转动，因此应将传动皮带套在两塔轮半径不同的轮盘上，将质量相同的小球分别放在挡板A和挡板B处，故A错误，B正确；
C．探究向心力和半径的关系时，应使两个质量相等的小球放在半径不同的挡板处，以相同的角速度运动，因此应将传动皮带套在两塔轮半径相同的轮盘上，将质量相同的小球分别放在挡板B和挡板C处，故C错误；
D．探究向心力和质量的关系时，应使两个质量不同的小球放到半径相同的挡板处，以相同的线速度运动，因此应将传动皮带套在两塔轮半径相同的轮盘上，将质量不同的小球分别放在挡板A和挡板B处，故D正确。
故选BD。
【小问3详解】
两塔轮用皮带传动，所以塔轮边缘线速度大小相等，根据
解得
所以A、B两处的角速度之比为。由于
解得
所以B、C两处小球所需向心力之比，即左、右标尺露出的长度（格数）之比为。
12. 如图所示，为了验证机械能守恒定律，物理实验小组设计利用自由落体运动验证机械能守恒定律，电源频率为，打点计时器固定在铁架台上，使重锤带动纸带从静止开始自由下落。
（1）按正确实验操作将重锤由静止释放。按实验要求正确地选出纸带，是打下的第一个点，用刻度尺测量连续三点到点的距离，如图乙所示，若重锤的质量，查表可知当地的重力加速度，则从打下点到打下计数点的过程中，重力势能的减少量ΔEp=___________J，动能的增加量ΔEk=___________J（计算结果均保留3位有效数字）。结果发现略大于，原因可能是___________
（2）用代表重锤下落的距离，重锤的动能与变化的关系图像如图丙所示，如果重锤所受阻力恒定，已知图像的斜率为，那么重锤受到的阻力大小为___________（用题中给出相关物理量的字母表示）。
【答案】（1） 0.488 0.475 见解析 （2）
【解析】
【小问1详解】
从起点O到打下计数点B的过程中，重物重力势能的减少量
由于交流电频率50Hz，则打点时间间隔
又因为B点瞬时速度等于AC段的平均速度代入数值计算得
从起点O到打下计数点B的过程中，重物动能的增加量代入数值计算得
重物重力势能的减少量一般会略大于重物动能的增加量，其主要原因是由于纸带运动受到的阻力和重物受到的空气阻力做功产生内能。
【小问2详解】
设重锤所受阻力为，从起点重物下落的过程中，由动能定理有
变形得
可得根据图像可知，斜率为
计算得
四、计算题：本大题共3小题，共30分。
13. 2024年6月2日上午6时23分，嫦娥六号着陆器和上升器组合体在鹊桥二号中继星支持下，成功着陆在月球背面南极的艾特盆地，已知地球质量是月球质量的p倍，地球半径是月球半径的q倍。忽略星球自转的影响。
（1）求月球表面与地球表面的重力加速度大小的比值；
（2）月球与地球的第一宇宙速度的比值。
【答案】（1）；（2）
【解析】（1）设地球半径为R，月球半径为r，则在地球表面有
解得地球表面的重力加速度大小为
同理可得月球表面的重力加速度大小为
则有
（2）设地球的第一宇宙速度，则有
解得
同理可知月球表面第一宇宙速度
则有
14. 如图所示，半径分别为、的半圆轨道BC和AB固定在竖直面内，在轨道最高点B点平滑连接，两半圆的圆心在同一竖直线上，半圆轨道AB在最低点A与水平轨道平滑连接，质量为m=3kg的物块放在P点，P、A间的距离为，用水平向右的恒力拉物块，当物块运动到轨道上与C点等高的D点时，撤去拉力，结果物块刚好能通过轨道最高点B点，重力加速度，物块与水平面间的动摩擦因数为，两个半圆轨道光滑，不计物块的大小和空气阻力。
（1）求水平向右的恒力的大小；
（2）物块从C点抛出后落到圆弧轨道上的Q点（未标出），求从C点到Q点过程中物体下落的高度（说明：结果可保留根号）
【答案】（1）；（2）
【解析】（1）设水平拉力为F，设物体到B点时速度大小为，从P到B的过程根据动能定理有
在B点由牛顿第二定律得
解得
，
（2）设物块运动到C点时速度大小为，由B到C根据机械能守恒有
解得
物块从C点抛出后，做平抛运动，以C点为坐标原点，建立如图所示的坐标系
设物块落到圆弧面上的位置坐标为，则 有
，
其中
解得
此过程物块下落的高度
15. 如图所示，一半径为的光滑圆弧槽被锁定静止在足够长的光滑水平面上，圆弧底端与水平面相切，其最低点的右侧相距一定距离处有厚度不计、上表面粗糙程度处处相同的薄木板，薄木板的最左端放置一小滑块，薄木板右端固定一竖直挡板，挡板左侧连有一轻质弹簧。薄木板、小滑块原来均处于静止状态。现将一小球从圆弧槽最高点正上方的一定高度处由静止释放，小球沿圆弧槽最高点切线处落入圆弧槽后到达圆弧槽最低点速度大小为待小球滑离圆弧槽后，立即撤除锁定装置，此后与小滑块发生弹性正碰（时间极短），小滑块相对薄木板向右滑动，压缩弹簧后反弹，且恰好能回到薄木板的最左端而不滑落。已知小球和圆弧槽的质量均为1kg，小滑块的质量为2kg，薄木板以及固定挡板的总质量为4kg，小球和小滑块均可视为质点，重力加速度，不计空气阻力。求：
（1）释放点距水平地面的高度h；
（2）小球能否再次冲上圆弧槽？若能，计算小球沿圆弧槽上升的最大高度；
（3）该过程中弹簧的最大弹性势能。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】（1）设小球、圆弧槽质量为m，小滑块质量为2m，薄木板总质量为4m，由动能定理有
解得
（2）规定向右为正方向，小球与滑块发生弹性碰撞，设碰后小球速度为，滑块碰后速度为，由动量守恒、机械能守恒有
，
解得
方向向左，故可以再次冲上圆弧槽。
方向向右.水平方向动量守恒及机械能守恒有
，
代入数据联立解得
（3）滑块与薄木板共速时弹簧的弹性势能最大，由动量守恒定律得
解得
因滑块恰好回到薄木板的最左端，故薄木板与滑块间一定有摩擦，且相对薄木板向右运动和返回向左运动的摩擦生热相同，设为Q，则有
滑块恰好回到薄木板的最左端时仍共速，速度仍为v ，故有
解得