期末学业水平测评卷 （word版含解析）

期末学业水平检测
一、选择题(本题共10小题,每小题4分,共40分。1-5小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。6-10小题给出的选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得4分,有选错的得0分,选对但不全的得2分)
1.(2021山西太原第五十六中学高一月考)许多科学家在物理学的发展过程中做出了重要贡献,下列叙述错误的是 (　　)
A.开普勒首先指出了行星绕太阳运动的轨道不是圆,而是椭圆
B.海王星是人们根据万有引力定律计算出其轨道后才发现的,被称为“笔尖下发现的行星”
C.牛顿的经典力学能够解决分子的运动问题
D.卡文迪许第一次在实验室里测出了引力常量G,被称为“第一个称出地球质量的人”
2.(2020北京西城高一下期末)我们可以用如图所示的实验装置来探究向心力大小与质量、线速度和半径关系。长槽横臂的挡板B到转轴的距离是挡板A到转轴的距离的2倍,长槽横臂的挡板A和短槽横臂的挡板C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。横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。将传动皮带套在两塔轮半径相等的轮盘上,若探究线速度、半径一定时,向心力与质量的关系时,下列说法正确的是 (　　)
A.应将质量相同的小球分别放在挡板A和挡板C处
B.应将质量相同的小球分别放在挡板B和挡板C处
C.应将质量不同的小球分别放在挡板A和挡板C处
D.应将质量不同的小球分别放在挡板B和挡板C处
3.(2021浙江高二期中)2020年6月23日,我国在西昌卫星发射中心成功发射北斗卫星导航系统第55颗导航卫星,至此北斗卫星导航系统星座部署全面完成。北斗卫星导航系统由不同轨道卫星构成,其中北斗卫星导航系统第41颗卫星为地球同步轨道卫星如图中a轨道。它的轨道半径约为4.2×107 m,第44颗卫星为倾斜地球同步轨道卫星如图中b轨道,运行周期等于地球的自转周期24 h,两种同步卫星的绕行轨道都是圆轨道。倾斜地球同步轨道平面与地球赤道平面成一定夹角,如图所示。已知引力常量G=6.67×10-11 N·m2/kg2。下列说法中正确的是 (　　)
A.两种同步卫星都可能经过我国首都北京上空
B.两种同步卫星的所受地球的万有引力大小相等
C.根据题目所提供的数据可以估算出地球的质量
D.倾斜地球同步轨道卫星经过赤道正上方同一位置,一天内只可能有1次
4.(2020山西大学附属中学高一期中)如图甲所示,质量m=2 kg的小物体放在长直的水平地面上,用水平细线绕在半径R=0.5 m的薄圆筒上。t=0时刻,圆筒由静止开始绕竖直中心轴转动,其角速度ω随时间t的变化规律如图乙所示,小物体和地面间的动摩擦因数为0.1。则下列判断正确的是 (　　)
甲
乙
A.细线的拉力大小为4 N
B.细线拉力的瞬时功率满足P=4t
C.小物体的速度随时间的变化关系满足v=4t
D.在0～4 s内,小物体所受合力为1 N
5.(2020山西大学附属中学高一期中)“嫦娥四号”已成功降落月球背面,未来中国还将建立绕月轨道空间站。如图所示,关闭动力的宇宙飞船在月球引力作用下沿地—月转移轨道向月球靠近,并将与空间站在A处对接。已知空间站绕月轨道半径为r,周期为T,引力常量为G,月球的半径为R,下列说法正确的是 (　　)
A.地—月转移轨道的周期小于T
B.宇宙飞船在A处由椭圆轨道进入空间站轨道必须点火减速
C.宇宙飞船飞向A的过程中加速度逐渐减小
D.月球的质量为M=
6.[2021新高考八省(市)1月联考,广东卷]如图所示,排球比赛中运动员将排球从M点水平击出,排球飞到P点时,被对方运动员击出,球又斜向上飞出后落到M点正下方的N点,N点与P点等高,
轨迹的最高点Q与M等高,不计空气阻力,下列说法正确的有 (　　)
A.排球两次飞行过程中加速度相同
B.排球两次飞行过程中重力对排球做的功相等
C.排球离开M点的速率比经过Q点的速率大
D.排球到达P点时的速率比离开P点时的速率大
7.(2021广东汕头澄海中学高一期中)一蹦极运动员身系弹性蹦极绳从水面上方的高台下落,到最低点时距水面还有数米距离。假定空气阻力可忽略,运动员可视为质点,下列说法正确的是 (　　)
A.运动员到达最低点前重力势能始终减小
B.蹦极绳张紧后的下落过程中,弹力做负功,弹性势能增加
C.蹦极过程中,运动员和蹦极绳所组成的系统机械能守恒
D.蹦极过程中,重力势能的改变量与重力势能零点的选取有关
8.(2020四川乐山高一下期中)一辆小汽车在水平路面上由静止启动,在前5 s内做匀加速直线运动,5 s末达到额定功率,之后保持额定功率运动,其v-t图像如图所示。已知汽车的质量为m=2×103 kg,
汽车受到地面的阻力为车重的0.1,则 (　　)
A.汽车在前5 s内的牵引力为4×103 N
B.汽车在前5 s内的牵引力为6×103 N
C.汽车的额定功率为60 kW
D.汽车的最大速度为30 m/s
9.(2020陕西西安中学第二学期期末)如图所示,竖直放置的光滑圆轨道被固定在水平地面上,半径r=0.5 m,最低点处有一小球(半径比r小很多)现给小球一水平向右的初速度v0,则要使小球不脱离圆轨道运动,v0应当满足 (　　)
A.v0≥0　　　　　　B.v0>5 m/s
C.v0≤2 m/s
10.(2021广西高三一模)如图所示为一正方体,现由顶点O沿不同的方向将一系列可视为质点的小物体水平抛出,抛出的方向均在上表面的范围内,经过一段时间所有的物体均直接落在bcd范围内,忽略空气阻力,取abcd所在的平面为重力势能的零势能面。则下列说法正确的是 (　　)
A.物体的最大初速度为最小初速度的2倍
B.落在c点的物体在空中运动的时间最长
C.如果物体落在连线bd上,则落地时的最大机械能是最小机械能的2倍
D.如果物体落在连线ac上,则物体经连线cO瞬间的速度方向均相同
二、非选择题(本题共6小题,共60分)
11.(2021江西九江第三中学高一期中)(6分)小明同学进行了探究平抛运动规律的实验,实验步骤如下:
A.紧贴水平实验桌右后侧竖直固定贴有白纸的木板。在实验桌上固定竖直立柱,轻质弹簧一端固定在立柱上,弹簧水平,自由端在实验桌上的A点;
B.用小球向左压缩弹簧到B点;
C.把小球由静止释放,小球被弹开。观察小球离开桌面的位置O,在白纸上记录O点位置。用重垂线做出过O点的竖直线,画出水平线。然后用带有小孔(小孔直径略大于小球直径)的硬纸板贴近木板上的白纸,注意保持硬纸板水平,调整硬纸板位置,使小球从小孔穿过,在白纸上记录小孔的位置;
D.重复B、C两步骤,在白纸上记录小孔的不同位置;
E.测量记录的小孔位置到所画竖直线的距离x和到水平线的距离y。
回答下列问题:
(1)小球应该采用　　　　;
A.小塑料球　　　　　　B.小木球　　　　　　C.小皮球　　　　　　D.小钢球
(2)实验桌面　　　　(填“需要”或“不需要”)光滑;
(3)小华同学采用频闪照相法拍摄到如图所示的小球做平抛运动的照片,图中每个小方格的边长为L=1.25 cm,则该小球做平抛运动的初速度大小为　　　　 m/s。(g取9.8 m/s2)
12.(2021江苏扬州中学高一下月考)(8分)
甲
利用图甲所示装置做验证机械能守恒定律实验。
(1)为验证机械能是否守恒,需要比较重物下落过程中任意两点间的　　　　。
A.速度变化量和高度变化量
B.动能变化量和势能变化量
(2)实验中,先接通电源,再释放重物,得到一条理想的纸带,在纸带上选连续打出的点A、B、C,测得它们到起始点O的距离如图乙所示,g=9.8 m/s2,重物质量为0.5 kg,打点计时器打点的周期为0.02 s,从O点到B点的过程中,重物的重力势能减少量ΔEp=　　　　 J,动能增加量ΔEk=　　　 J。(保留两位有效数字)
乙
(3)某同学想用下述方法研究机械能是否守恒,在纸带上选取多个计数点,测量它们到起始点O的距离h,计算对应计数点的重物速度v,描绘v2-h图像得到一条过原点的直线,该直线的斜率接近　　　　(填“g”“2g”或“g”),则可认为重物下落过程中机械能守恒。
13.(2021甘肃玉门第一中学高一期中)(8分)高空遥感探测卫星在距地球表面高为h处绕地球转动,如果地球表面的重力加速度为g,地球半径为R,人造卫星质量为m,引力常量为G,试求:
(1)地球的质量;
(2)人造卫星绕地球转动的周期。
14.(2021安徽芜湖南陵家发中学高一月考)(10分)如图所示,一位同学玩飞镖游戏,圆盘最上端有一点P,飞镖抛出时与P在同一竖直面内等高,且距离P点为L。当飞镖以初速度v0垂直盘面瞄准P点抛出的同时,圆盘绕经过盘心O点的水平轴在竖直平面内匀速转动。忽略空气阻力,重力加速度为g,若飞镖恰好击中P点,求:
(1)圆盘的半径;
(2)圆盘转动角速度的值。
15.(2021吉林长春外国语学校高一下期中)(12分)如图甲所示,半径r=1.25 m的光滑半圆弧轨道BC与粗糙水平面相切于B,且固定于垂直平面内。在水平面上距B点3 m处的A点放一质量m=1 kg的小滑块,在水平向右力F的作用下由静止开始运动。已知力F随位移s变化的关系如图乙所示,小滑块与AB间的动摩擦因数μ=0.5,求:
甲
乙
(1)小滑块到达B处时的速度;
(2)若到达B点时撤去力F,小滑块沿半圆弧轨道内侧继续上滑,能否滑至最高点C 通过计算说明理由。
16.(2021福建南平高级中学高一期中)(16分)如图所示,水平轨道BC的左端与固定的光滑竖直圆轨道相切于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3 kg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,已知光滑圆轨道的半径R=0.45 m,水平轨道BC长0.4 m,滑块与水平轨道间的动摩擦因数μ=0.2,光滑斜面轨道CD长0.6 m,求:
(1)滑块第一次经过B点时对轨道的压力;
(2)整个过程中弹簧具有最大的弹性势能;
(3)滑块最终停在何处
答案全解全析
1.C　开普勒首先指出了行星绕太阳运动的轨道不是圆,而是椭圆,A正确;海王星是人们根据万有引力定律计算出其轨道后才发现的,被称为“笔尖下发现的行星”,B正确;经典力学适用于低速运动、宏观物体,不适用于高速和微观物体,C错误;卡文迪许第一次在实验室里测出了引力常量G,被称为测出地球质量第一人,符合史实,D正确。故选C。
2.C　若探究线速度、半径一定时,向心力与质量的关系时,必须使得两球的线速度和转动半径相等,两球的质量不等;A、B两选项中两球质量相等,A、B不符合要求;将质量不同的小球分别放在挡板A和挡板C处,两位置的转动半径相等,线速度相等,C符合要求;将质量不同的小球分别放在挡板B和挡板C处,两处的转动半径不相等,D不符合要求。故选C。
3.C　倾斜地球同步轨道卫星可能经过北京上空,而地球同步轨道卫星一定在赤道平面内,不可能经过北京上空,A错误;两种同步轨道卫星的质量关系未知,故所受地球的万有引力大小不一定相等,B错误;地球同步轨道卫星满足G,整理得M=,代入题中数据可估算出地球的质量,C正确;倾斜地球同步轨道卫星若从南半球上空运行经过赤道正上方某一位置,则12 h后会从北半球上空运行再次经过赤道上空同一位置,故一天内有2次,D错误。故选C。
4.D　根据图象可知,圆筒做匀加速转动,角速度随时间变化的关系式为ω=t,圆筒边缘线速度与物块前进速度大小相同,根据v=ωR得v=ωR=0.5t,物体运动的加速度a==0.5 m/s2,根据牛顿第二定律得F-μmg=ma,解得细线的拉力大小为F=3 N,A、C错误;细线拉力的瞬时功率P=Fv=3×0.5t=1.5t,B错误;物体的合力大小为F合=F-μmg=3 N-0.1×2×10 N=1 N,D正确。故选D。
5.B　根据开普勒第三定律可知,飞船在椭圆轨道的半长轴大于圆轨道的半径,所以地—月转移轨道的周期大于T,A错误;宇宙飞船在椭圆轨道的A点做离心运动,只有在点火减速后,才能进入圆轨道的空间站轨道,B正确;宇宙飞船飞向A的过程中,根据G=ma知半径越来越小,加速度越来越大,C错误;对空间站,根据万有引力提供向心力有Gr,解得M=,其中r为空间站的轨道半径,D错误。故选B。
6.ACD　不计空气阻力,排球在空中的抛体运动只受重力而做匀变速曲线运动,加速度均为重力加速度g,A正确;设排球的抛体高度为h,第一次从M到P,重力做正功为WG=mgh,第二次做斜上抛运动从P到Q到N点,重力做功为零,B错误;排球从M到P和从Q到N都是平抛运动,在M、P点均只有水平方向速度,高度h相同,由h=gt2知运动时间相同,但xNP>xQN,由x=v0t可推出离开M点的速度大于经过Q点的速度,C正确;将排球从P到Q的斜上抛运动由逆向思维法可看成从Q到P的平抛,则由M到P和Q到P的平抛运动比较,运动高度相同,则运动时间相同,竖直分速度vy一样,但M到P的水平位移大,则水平速度v0较大,由v=,可知从Q到P的末速度大小大于从P到Q的初速度大小,D正确。故选A、C、D。
7.ABC　在运动的过程中,运动员一直下降,则重力势能一直减小,A正确;蹦极绳张紧后的下落过程中,弹力与运动方向相反,弹力做负功,弹性势能增加,B正确;蹦极过程中,运动员、地球和蹦极绳所组成的系统,只有重力和系统内弹力做功,系统的机械能守恒,C正确;根据重力做功量度重力势能的变化WG=-ΔEp,而蹦极过程中重力做功不变的,与重力势能零点的选取无关,所以重力势能的改变与重力势能零点的选取无关,D错误。故选A、B、C。
8.BCD　f=kmg=2×103 N,前5 s内a==2 m/s2,由F-f=ma得F=f+ma=6×103 N,故A错,B对;P额=Fv=6×103×10 W=60 kW,C对;vmax==30 m/s,D对。
9.BD　小球能通过圆轨道最高点的临界情况为mg=m,解得v= m/s,根据动能定理得-mg·2r=,解得v0=5 m/s,要使球做完整的圆周运动,必须满足v0≥5 m/s,若小球恰好不通过四分之一圆周,根据动能定理有-mgr=0-,代入数据解得v0= m/s,所以要使小球不脱离圆轨道运动,v0应当满足v0≥5 m/s或v0≤ m/s,故B、D正确,A、C错误。
10.AD　物体落在ac中点时水平位移最小,落在c点时水平位移最大,由几何关系知水平位移的最小值与最大值之比是1∶2,由于运动时间t相等,又由x=v0t,得物体初速度的最小值与最大值之比是1∶2,A正确;物体做平抛运动,由竖直方向的分运动h=,由于物体下落的高度相同,则平抛运动的时间相等,B错误;落在bd线段中点的物体,落地时的机械能最小,落在bd线段上d或b的物体,落地时机械能最大。设落在bd线段中点的物体初速度为v1,水平位移为x1,落在bd线段上d或b的物体初速度为v2,水平位移为x2。由几何关系有x1∶x2=1∶,由x=v0t得v1∶v2=1∶,落地时的机械能等于抛出时的机械能,分别为E1=mgh+,E2=mgh+,可知落地时机械能的最小值与最大值之比不等于1∶2,C错误;设Oc与abcd平面的夹角为α,轨迹与Oc相交的物体,在交点处的速度方向与水平方向的夹角为θ,则有tan α=,tan θ=,则tan θ=2tan α,可知θ一定,则轨迹与Oc线段相交的物体,在交点处的速度方向相同,D正确。故选A、D。
11.答案　(1)D　(2)不需要　(3)0.7(每空2分)
解析　(1)小球应该选用体积较小、质量较大的小钢球,故选D。
(2)实验桌面不需要光滑,只要小球到达O点的速度相等即可。
(3)根据Δy=gT2可得T=
初速度v0= m/s=0.7 m/s。
12.答案　(1)B　(2)0.25 J　0.24 J　(3)2g(每空2分)
解析　(1)如果重物重力势能的减少量与动能的增加量相等,可以验证机械能守恒,故选B。
(2)从O点到B点过程,重物的重力势能变化量为ΔEp=mgh=0.5×9.8×0.0 501 J≈0.25 J,打B点时的速度为vB==0.975 m/s,动能变化量为ΔEk=×0.5×0.9752 J≈0.24 J。
(3)由机械能守恒定律得mgh=mv2,整理得v2=2gh,则v2-h图线的斜率k=2g。
13.答案　(1)　(2)
解析　(1)设地球表面的某一物体的质量为m',根据万有引力定律公式
=m'g (2分)
可得M= (2分)
(2)万有引力提供卫星做圆周运动的向心力,设人造卫星绕地球转动的周期为T,则有G(R+h) (2分)
将M=代入,解得T= (2分)
14.答案　(1)　(2)(k=0,1,2,…)
解析　(1)飞镖水平抛出后做平抛运动,在水平方向做匀速直线运动,因此飞行时间t= (2分)
飞镖击中P点时,P恰好在最下端,则对飞镖在竖直方向有2r=gt2 (2分)
解得圆盘的半径为r= (1分)
(2)飞镖击中P点,则P点转过的角度θ满足θ=π+2kπ(k=0,1,2,…) (3分)
故ω=(k=0,1,2,…) (2分)
15.答案　(1)2 m/s　(2)不能,理由见解析
解析　(1)由题图乙可知,在前2 m内,力F的大小F1=30 N,设滑块在水平轨道AB上运动前2 m过程所用的时间为t,对滑块根据牛顿第二定律可知
F1-μmg=ma1 (1分)
根据运动学公式有x1= (1分)
联立解得t1=0.4 s(1分)
由题图乙可知在第3 m内,力F的大小F2=15 N,方向水平向左,对滑块从A点运动到B点的过程,根据动能定理有F1x1-F2x2-μmgx= (3分)
其中x1=2 m,x2=1 m,x=3 m,代入数据得vB=2 m/s(1分)
(3)小滑块恰能到达最高点C时有最小速度vC
由mg=m m/s(2分)
假设小滑块能滑到C,从B到C的过程,由动能定理
-mg·2r= m/s(2分)
由于v'c= m/s,所以小滑块不能滑到最高点C。 (1分)
16.答案　(1)90 N　(2)2.1 J　(3)距B点0.15 m处
解析　(1)滑块从A点到B点,由动能定理可得
mgR= (1分)
代入数据解得vB=3 m/s(1分)
滑块在B点时,由牛顿第二定律有F-mg=m,代入数据解得F=90 N(2分)
由牛顿第三定律可得,滑块对B点的压力为F'=F=90 N(1分)
(2)设滑块从A点到D点的过程弹簧弹力对滑块做的功为W,由动能定理可得
mgR-μmgLBC-mgLCD sin 30°+W=0 (2分)
代入数据解得W=-2.1 J(1分)
则弹簧最大的弹性势能Ep=-W=2.1 J(1分)
(3)滑块最终停止在水平轨道B、C间,从滑块第一次经过B点到最终停下来的全过程,由动能定理可得
-μmg·s=0- (1分)
解得s=2.25 m(1分)
则物体在BC段上运动的次数为n==5.625 (2分)
说明物体在BC上滑动了5次,又向左运动0.625×0.4 m=0.25 m,故滑块最终停止在BC间距B点0.15 m处(或距C点0.25 m处) (3分)