2022-2023学年上海师大附中高三（上）期中物理试卷（含解析）

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※※请※※不※※要※※在※※装※※订※※线※※内※※答※※题※※
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学校
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姓名：
___________
班级：
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考号：
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2022-2023学年上海师大附中高三（上）期中物理试卷
第I卷（选择题）
一、单选题（本大题共12小题，共40.0分）
某同学找了一个用过的“易拉罐”，在靠近底部的侧面打了一个洞，用手指按住洞，向罐中装满水，然后将易拉罐竖直向上抛出，空气阻力不计，则( )
A. 易拉罐上升的过程中，洞中射出的水速度越来越快
B. 易拉罐下降的过程中，洞中射出的水速度越来越快
C. 易拉罐上升、下降的过程中，洞中射出的水速度都不变
D. 易拉罐上升、下降的过程中，水不会从洞中射出
关于做匀变速直线运动的物体速度、位移、加速度、时间之间的关系，下列图像中可能正确的是( )
A. B.
C. D.
年月日，港珠澳跨海大桥正式通车。为保持以往船行习惯，在航道处建造了单面索所有索塔两侧钢索均处在同一竖直面内斜拉桥，其索塔与钢索如图所示。下列说法正确的是( )
A. 增加钢索的数量可减小索塔受到的向下的压力
B. 为了减小钢索承受的拉力，可以适当降低索塔的高度
C. 索塔两侧钢索对称且拉力大小相同时，钢索对索塔的合力竖直向下
D. 为了使索塔受到钢索的合力竖直向下，索塔两侧的钢索必须对称分布
在“研究共点力的合成”的实验中对减小实验误差有益的是( )
A. 两细绳应尽量等长
B. 用两根橡皮条代替两根细绳套
C. 标记同一细绳方向的两点要远些
D. 两个弹簧测力计同时拉时，两测力计的拉力相差应大些
图中点为单摆的固定悬点，现将摆球可视为质点拉至点，此时细线处于张紧状态，释放摆球，摆球将在竖直平面内的、之间来回摆动，摆动到点时用激光烧断细绳，则摆球( )
A. 加速度沿图中所示方向
B. 沿图中所示方向做自由落体运动
C. 加速度沿图中所示方向
D. 沿图中所示方向飞出
如图所示，、是振幅均为的两个水波波源，某时刻它们形成的波峰和波谷分别由实线和虚线表示。则( )
A. 两列波在相遇后各自的周期都发生了变化
B. 此时各点的位移是：，，
C. 处振动始终减弱，、处振动始终加强
D. 点位移大小始终大于点位移大小
如图所示，水平放置的弹簧振子在、之间作简谐运动，是平衡位置；以向右为正方向，其振动图象如图所示，则( )
A. 间的距离为
B. 末，小球位于点
C. 末，小球有正方向的最大速度
D. ，小球从向做减速运动
某物体原先静止于一光滑水平面上，时受水平外力作用开始沿直线运动，内其加速度与时间的关系如图所示，则下列说法正确的是( )
A. 时，物体的速度大小为
B. 内，物体通过的位移大小为
C. 内物体的最大速度为
D. 物体在时与在时的运动方向相反
如图所示为蔡特曼和柯氏改进后测定分子速度大小的装置简图．银蒸汽分子从小炉的细缝中逸出沿虚线通过圆筒上的细缝进入圆筒并落在玻璃板上．已知圆筒的直径为，转速为，银分子在玻璃板上的落点与之间的弧长为则银分子的最大速率为( )
A. B. C. D.
“天问一号”于年月日环绕火星成功。假设“天问一号”绕火星做匀速圆周运动，若其线速度的平方与轨道半径倒数的图象如图中实线，该直线斜率为，已知万有引力常量为，则( )
A. 火星的密度
B. 火星的自转周期为
C. 火星表面的重力加速度大小
D. “天问一号”绕火星运动的最大速度大小
如图，是一段竖直放置的光滑圆弧轨道，相距的，两点等高、距轨道最低点的竖直高度为。一小滑块自点由静止释放并开始计时，其速率随时间变化的图像可能为( )
A. B.
C. D.
“”是高速公路上电子不停车收费系统的简称。若某汽车以恒定功率匀速行驶，为合理通过收费处，司机在时刻使汽车功率减半，并保持该功率行驶，到时刻又做匀速运动；通过收费处后，逐渐增加功率，使汽车做匀加速运动直到恢复原来功率，以后保持该功率行驶。设汽车所受阻力大小不变，则在该过程中，汽车的速度随时间变化图像可能正确的是( )
A. B.
C. D.
第II卷（非选择题）
二、填空题（本大题共5小题，共20.0分）
如图所示是“研究向心力与哪些因素有关”的实验仪器，叫做“向心力实验器”。该实验装置中需要用到力传感器和______传感器，由于该实验涉及多个物理量，所以实验采用的方法是______法。
如图，一列简谐横波平行于轴传播，图中的实线和虚线分别为和时的波形图。已知平衡位置在处的质点，在到时间内运动方向不变。这列简谐波的波速为______，传播方向沿轴______填“正方向”或“负方向”。
一所受重力为的汽车沿倾角为的斜坡匀速上行，当司机发现前方障碍物后便开始刹车，自刹车开始计时，汽车运动的位移与时间的关系为，则汽车在前内的平均速度大小为______ ，该汽车在刹车过程中所受合力大小为______ 。取
如图所示，平板车上有、两块夹板，被三根收缩的弹簧与车底板两两连接在一起，共同夹住一个质量为的光滑圆柱体．若平板车在水平面上向右做匀速直线运动，则、两块夹板对圆柱体作用力的合力方向为______；若平板车在水平面上向右做匀加速直线运动，加速度大小为，则、、对圆柱体作用力的合力大小为______
如图所示，甲、乙两个质量相同的小球分别被两根细绳悬于等高的悬点，绳长，现将细绳拉至水平后由静止释放小球，则甲、乙两球通过最低点时动能大小之比为______；角速度大小之比为______．
三、实验题（本大题共1小题，共10.0分）
如图为“用研究物体的加速度与质量的关系”实验装置。
实验中应保持轨道______且摩擦力足够小；为了研究小车的加速度与质量的关系，应保持______不变。
若测得小车和发射器的总质量为千克，则跨过滑轮的细绳下悬挂的钩码质量最适合用______。
克
克
克
克
某同学用正确的实验方法测得实验数据，作出图线如图。他观察到图线为曲线，于是得出物体的加速度与质量成反比。你认为他的做法正确吗？如果认为正确，请说明理由。如果认为不正确，请给出正确的处理方法。
四、简答题（本大题共1小题，共16.0分）
一个质量的小物块由静止开始沿倾角的斜面匀加速滑下，然后在粗糙水平面上做匀减速直线运动，直到停止。小物块与斜面及水平面间的动摩擦因数均为，下表给出了不同时刻小物块的速率。取，求小物块
时刻
速率
在斜面上的加速度大小和水平面上的加速度大小；
与水平面间的动摩擦因数和斜面的倾角；
滑到斜面底端时的速率；
损失的机械能。
五、计算题（本大题共1小题，共14.0分）
如图所示，长的水平直杆，与高的光滑细弯杆底部和足够长斜杆底部都平滑连接，与水平方向夹角一质量的小环套在杆上，从最高点由静止释放，沿细弯杆运动到点时在小环上加一水平向右的外力，至点撤去，小环冲上斜杆已知小环与杆、间动摩擦因数均为求：
小环在点时的速度大小；
判断小环最终能否静止在斜杆上，通过表达式及计算加以说明；
小环在斜杆上运动的时间。小数点后保留两位
答案和解析
1.【答案】
【解析】解：将易拉罐竖直向上抛出后，由于空气阻力不计，易拉罐及水的加速度等于重力加速度，处于完全失重状态，易拉罐中各层水之间没有压力，在整体过程中，水都不会从洞中射出。故D正确，ABC错误
故选：。
将易拉罐竖直向上抛出，空气阻力不计，易拉罐中的水处于完全失重状态，上层水平对下层水没有压力，水不会从洞中射出。
本题中实验学生可以亲自做一下，用牛顿运动定律分析和理解超重、失重现象，并记住产生超重、失重的条件决定于加速度的方向，加速度向上为超重，加速度向下为失重。
2.【答案】
【解析】解：、匀变速直线运动的速度与时间的关系为，则图象是一条倾斜的直线，故A错误；
B、对于匀加速直线运动，加速度不随位移变化而变化，故B正确；
C、由可知图象是一条抛物线，而图象不符，故C错误；
D、匀变速直线运动的加速度一定，故D错误。
故选：。
匀变速直线运动的加速度一定，速度随时间均匀变化．根据匀变速直线运动的速度公式、位移公式，可分析速度时间图象、位移时间图象形状．
解决本题的关键要掌握匀变速直线运动的基本规律，根据解析式分析图象的形状．
3.【答案】
【解析】
【分析】
做出示意图，将钢索的拉力进行合成，合力竖直向下，根据平行四边形定则作图后根据几何关系列式求解。
本题的关键将钢索、的拉力、进行合成，然后根据正弦定理列式研究。
【解答】
A.钢索拉力的水平分力相互抵消，竖直分力之和与重力大小相等，即钢索对索塔向下的压力恒定不变，故A错误。
B.合力一定，分力间的夹角越小，则分力越小。为了减小钢索承受的拉力，应该增大索塔的高度，达到减小钢索间夹角的目的，故B错误。
C.根据对称性可知，索塔两侧钢索对称分布，拉力大小相同时，水平分力抵消，钢索对索塔的合力竖直向下，故C正确。
D.如图所示：
将钢索、的拉力、进行合成，合力竖直向下，结合正弦定理可知：，得： ： ，故索塔两侧的钢索不必对称分布，故D错误。
故选：。
4.【答案】
【解析】解：、具体实验中，两细绳长度不需要相同，故A错误；
B、橡皮条代替细绳套不会对实验产生影响，效果一样，故B错误；
C、在记录力的方向时，同一细绳方向的两点要远些，作图时产生的角度误差会减小，故C正确；
D、本实验要求两个拉力的大小适当，无需相差很大，故D错误。
故选：。
理解实验步骤和实验目的，了解整个实验过程的具体操作，以及这些具体操作的意义。
该实验采用“等效替代”法，要求两次拉橡皮筋要到同一位置，用平行四边形画出来的是理论值，和橡皮条共线的那个力是实际值，通过理论值与实际值的比较，得到结论。
5.【答案】
【解析】解：由于球在点时速度为零，此时烧断细绳后，小球只受重力作用，由静止开始下落，故小球做加速度为的自由落体运动，故沿图中的方向自由下落，故B正确，ACD错误。
故选：。
明确物体的受力和运动情况，知道小球摆到最高点时速度为零，烧断细绳后小球即不再受拉力作用．
本题考查受力分析以及牛顿第二定律的应用，要注意明确绳子的突变性，绳子在断开的瞬时张力即发生突变．
6.【答案】
【解析】解：、两列波在相遇后各自的周期都不发生变化，故A错误；
B、由图可知，此时点为波峰和波谷相遇，则，点为波谷和波谷相遇，则，点为波峰与波峰相遇，则，故B正确；
、由图可知，两列波的波长不相等，两列波在同一介质中传播速度相等，根据可知，两列波的频率不相等，则不能产生稳定的干涉现象，处振动并不是始终减弱，、处振动也并不是始终加强，则点位移大小不是始终大于点位移大小，故CD错误；
故选：。
两列波在相遇后各自的周期都不发生变化，波的周期是由波源决定的；
点为波峰和波谷相遇，则，点为波谷和波谷相遇，则，点为波峰与波峰相遇，则；
由图可知，两列波的频率不相等，则不能产生稳定的干涉现象，故A处振动并不是始终减弱，、处振动也并不是始终加强。
明确波的周期是由波源决定的，会根据图像判断质点是振动加强点或是振动减弱点。
7.【答案】
【解析】解：、由图可知，间的距离为，故A错误；
B、以向右为正方向，末，小球位于点，故B错误；
C、末，小球在平衡位置点，之后往负方向运动，所以小球有负方向的最大速度，故C错误；
D、，小球从平衡位置点向运动，弹簧弹力向右不断增大，所以小球做减速运动，故D正确。
故选：。
小球做简谐振动，根据图象的位移的大小和正负值判定小球所在位置，结合小球所处位置判断速度最大值以及小球的运动情况。
本题考查简谐振动，要注意把握弹簧振子的平衡位置即合外力为零位置。
8.【答案】
【解析】解：、根据图象与时间轴所围的面积表示速度的变化量，知在内，速度变化量为，而物体在时刻速度为，所以，时，物体的速度大小为，故A错误；
B、内，物体做匀加速直线运动，物体通过的位移大小为，故B错误；
C、内，物体沿正向做加速直线运动，内，物体沿原方向做减速直线运动，则时物体的速度最大，且最大速度为，故C正确；
D、内，物体速度变化量为，则物体在时与在时的运动方向相同，故D错误。
故选：。
根据图象与时间轴所围的面积表示速度的变化量，由几何知识求时速度大小；根据位移时间公式求出内物体通过的位移大小；根据速度变化量关系分析物体在时与在时的运动方向关系。
本题的关键要知道图象与时间轴所围的面积表示速度的变化量，根据几何知识求出各段时间内速度的变化量，从而求出各个时刻的瞬时速度。
9.【答案】
【解析】解：设银分子的速度为，银分子从进入圆筒后打到处，所需要的时间为：，
而圆筒从转动到时间为：，
因此则有：，选项C正确，ABD错误。
故选：。
银分子从进入圆筒后，借助于发生的位移为直径，所需要的时间与圆筒从转动到时间相等，从而列式，即可求解．
考查物体转动的角速度与转动角度的关系，紧扣沿着直径方向运动的时间与沿着圆弧运动的时间相等，从而求解．
10.【答案】
【解析】解：根据万有引力提供向心力得：得：，由题意
A、分析图象可知，“天问一号”的轨道半径最小为，所以火星的半径为，根据，故A正确；
B、根据万有引力提供向心力知只能求环绕火星的周期，无法求火星自转的周期，故B错误；
C、根据万有引力提供向心力得：，解得：，故C错误；
D、根据万有引力提供向心力得：，解得：，故D错误。
故选：。
根据万有引力提供向心力列关于速度、加速度的方程可分别求出密度、表面的加速度、及第一宇宙速度。
此题考查了万有引力定律及其应用，要熟记万有引力的公式和圆周运动的一些关系变换式，解题依据为万有引力提供向心力。
11.【答案】
【解析】解：设圆弧轨道的半径为，根据几何关系可得，解得
小滑块在光滑圆弧轨道上的运动近似为简谐运动，类似于单摆，等效摆长为，则其运动周期为
滑块速率变化周期为，故A正确，BCD错误。
故选：。
小滑块在光滑圆弧轨道上的运动近似为简谐运动，根据求出周期，再确定图像的形状。
本题俗称槽摆，其等效摆长等于圆弧轨道的半径，结合单摆的周期公式来分析。
12.【答案】
【解析】
【分析】
分阶段由P=Fv分析汽车牵引力变化，再分析合力变化，进而分析汽车的速度及加速度的变化。
本题考查了汽车的启动问题，解决此类问题的关键是抓住汽车启动过程中的不变量，然后由P=Fv来分析汽车的运动过程。
【解答】
0～t1阶段，汽车以速度为v0匀速行驶，牵引力与阻力平衡，此时功率恒定为P0，且v0=；
t1～t2阶段，t1时刻使汽车功率减半瞬间，汽车的速度v不变，由P=Fv可知，F突然减小到原来的一半，阻力没有变化，则汽车开始做减速运动，功率保持为P0，由P=Fv知，由于v减小，所以牵引力F增大，由f-F=F合可知，F合减小，则加速度减小，小汽车做加速度减小的减速运动；
t2～t3阶段，t2时刻牵引力又增大到等于阻力，汽车开始匀速运动，此时速度为v==；
t3～t4阶段，通过收费处后，逐渐增加功率，使汽车做匀加速运动直到恢复原来功率P0，这段时间汽车做匀加速直线运动；当汽车牵引力功率刚恢复原来功率瞬间，牵引力仍大于阻力，汽车继续加速，但以后保持该功率行驶，由P=Fv知，速度增加，牵引力减小，则合外力减小，加速度减小，则汽车做加速度减小的加速运动，当牵引力减小到与阻力相等时，汽车开始匀速，速度大小v′=v0=，故C正确，ABD错误。
故选：C。
13.【答案】光电门 控制变量
【解析】解：要研究向心力的决定因素，应测量力和速度，故采用“向心力实验器”进行实验时，应采用力传感器和光电门传感器；
实验中涉及多个物理量，故一定要采用控制变量法进行实验；
故答案为：光电门；控制变量。
明确实验原方法，知道实验中所采用的仪器和实验中的用到的实验方法。
本题考查用“向心力实验器”进行实验的原理，要注意明确实验基本装置和方法。
14.【答案】 负方向
【解析】解：如波向轴正方向传播，则根据平移法有，，，，
如果波向轴的负方向传播，则，，，，
因为在到时间内处的质点运动方向不变，可知时间不大于半个周期，结合以上分析可知，在该段时间内处的质点从波峰振动到平衡位置，
所以，故，
该波沿着轴的负方向传播，
因为，所以波的传播速度为：。
故答案为：，负方向。
根据图象以及所给的限制条件分析所给时间与周期的关系，从而找到周期，根据平移法分析波的传播方向，由求解传播速度。
解决该题的关键是能根据”在到时间内处的质点运动方向不变“这一条件推导出所给时间与周期的关系。
15.【答案】
【解析】解：由题意可知汽车运动的位移为
由分析可知当时，汽车位移最大为
根据平均速度定义式可得在前内的平均速度大小
对比位移时间公式可知
该汽车在刹车过程中的加速度大小为
根据牛顿第二定律可知该汽车在刹车过程中所受合力大小为
又
整理可得
故答案为：；
先求出汽车的最大位移，再根据平均速度公式求出平均速度大小；
根据题意求出刹车过程的加速度，再结合牛顿第二定律求出合力大小。
在处理刹车类问题时，要注意先判断汽车从刹车到停止经历的时间，再来解决问题。
16.【答案】竖直向下；
【解析】
【分析】
平板车匀速运动时，圆柱体的合力为零，由平衡条件分析、两块夹板对圆柱体作用力的合力方向．
若平板车在水平面上向右做匀加速直线运动，由牛顿第二定律和合成法求、、对圆柱体作用力的合力大小．
解决本题的关键是掌握平衡条件和牛顿第二定律，知道加速度方向与合力方向相同，理解牛顿第二定律的矢量性．
【解答】
解：平板车匀速运动时，圆柱体的合力为零，圆柱体受到重力、的支持力和、两块夹板对圆柱体作用力的合力，由平衡条件分析、两块夹板对圆柱体作用力的合力方向竖直向下．
若平板车在水平面上向右做匀加速直线运动，圆柱体的加速度水平向右，合力水平向右，设、、对圆柱体作用力的合力为，则应斜向右上方．
由牛顿第二定律得：
代入数据解得：
故答案为：竖直向下，
17.【答案】：；：
【解析】解：对于任意一球，根据动能定理得：
解得小球通过最低点时动能大小为：
所以甲、乙两球通过最低点时动能大小之比为：．
小球通过最低点时速度大小为：
角速度为：
所以甲、乙两球通过最低点时角速度大小之比为：．
故选：：，：
根据动能定理得到小球的动能表达式，求得动能之比．根据角速度与线速度的关系求角速度之比．
本题关键是根据动能定理和运动学公式推导出线速度、角速度的表达式进行分析，要灵活运用比例法求解．
18.【答案】水平 小车所受拉力
【解析】解：实验中应保持轨道水平且摩擦力足够小；实验采用控制变量法，为了研究小车的加速度与质量的关系，应保持小车所受的拉力不变。
当钩码质量远小于小车质量时可以近似认为小车受到的拉力等于钩码的重力，小车与发射器的总质量为，最合适的钩码质量为，故选A；
作出的图象为一条曲线，该曲线不一定是反比例曲线，根据图线是曲线得出：“物体的加速度与质量成反比”的结论是错误的；
正确的处理方法是计算质量的倒数，然后作出图线，如所得图线为过原点的直线，则与成反比。否则则与不成反比。
故答案为：水平，小车所受拉力；；
某同学做法不正确。
正确的处理方法是计算质量的倒数，然后作出图线，如所得图线为过原点的直线，则与成反比。否则与不成反比。
实验采用控制变量法，探究加速度与质量的关系应控制小车所受拉力保持不变。
当钩码质量远小于小车质量时可以近似认为小车受到的拉力等于钩码的重力。
应用图象法处理实验数据，为方便直观得出实验结论，应选择合适的量作图，使作出的图象为直线；探究加速度与质量关系，应图象。
应用图象法处理实验数据是处理实验数据的常用方法，为方便、直观地得出实验结论，应用图象法处理实验数据时要选择合适的物理量作图，使作出的图象为一条直线。
19.【答案】解：由加速度定义式得：
物块在斜面上加速运动的加速度大小；
物块在水平面上减速运动的加速度大小；
物块在水平面上，由牛顿第二定律得
解得
物块在斜面上，由牛顿第二定律得
解得：；
设物块到斜面底端的时刻是，速度为
在斜面上做匀加速运动，
即：，
在水平面上做匀减速运动，
解得：；
设物块在斜面上的位移为，由，
代入数据得：
以水平地面为零势面，由机械能的概念，减少的机械能：
。
答：在斜面上的加速度大小和水平面上的加速度大小均为；
与水平面间的动摩擦因数为，斜面的倾角为；
滑到斜面底端时的速率为；
损失的机械能为。
【解析】由加速度定义式求解加速度大小；
物块在水平面上，由牛顿第二定律求解动摩擦因数，物块在斜面上，由牛顿第二定律求解斜面倾角；
根据速度时间关系求解速度大小；
根据速度位移关系求解斜面长度，根据能量关系求解减少的机械能。
对于牛顿第二定律的综合应用问题，关键是弄清楚物体的运动过程和受力情况，利用牛顿第二定律或运动学的计算公式求解加速度，再根据题目要求进行解答；知道加速度是联系静力学和运动学的桥梁。
20.【答案】解：对小环，从到的过程中，以水平面为零势面，因只有重力做功，由机械能守恒，有：
代入数据解得：
在斜杆上，小球重力的沿斜面方向分力为：
而最大静摩擦力为：
由于，可得小球能静止在斜杆上。
对小环，在段，由牛顿第二定律知：
代入数据解得：
；
由得：
小环沿斜杆上滑过程中，由牛顿第二定律可得：
，
代入数据解得
由
得
答：小环在点时的速度大小为；
由于，可得小球能静止在斜杆上；
小环在斜杆上运动的时间为。
【解析】对小环，从到的过程中，以水平面为零势面，因只有重力做功，由机械能守恒求解点速度；
在斜杆上，小球重力的沿斜面方向分力，与最大静摩擦力比较可知。
对小环，在段，由牛顿第二定律求解加速度，根据得，小环沿斜杆上滑过程中，由牛顿第二定律可得加速度，根据运动学公式求解时间。
本题考查了牛顿第二定律、动能定理和运动学公式的综合运用，分清运动过程是关键。
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