福建省福州重点名校2021-2022学年高一下学期期中考试物理试卷（含解析）

2021—2022学年第二学期模块考试
高一物理学科
（必修二模块）
（完卷75分钟：满分100分）
一、单项选择题（本题共4小题，每小题4分，共16分。每小题只有一个选项符合题目要求）
1．—辆汽车在水平公路上转弯，沿曲线由M向N行驶，速度逐渐减小。图中分别画出了汽车转弯时所受合力F的四种方向，你认为其中正确的是（　　）
A． B．
C． D．
2．在一次举重比赛中，一名运动员将质量为127.5kg的杠铃举起历时约2s，该运动员在举起杠铃运动中的平均功率约为 (　　)
A．几十瓦左右 B．一千瓦左右
C．几十千瓦左右 D．几百千瓦左右
3．火车轨道在转弯处外轨高于内轨，设斜面倾角为θ，火车质量为m，轨道半径为R，若重力加速度为g，火车转弯的过程中，则下列说法正确的是（　　）
A．火车受到的力有重力、支持力和向心力
B．若火车的速度等于，铁轨对火车的支持力等于
C．火车转弯时，向心力方向沿轨道斜面向下
D．若火车的速度大于，则内轨对车轮边缘有挤压
4．如图所示，把一个带弹簧但质量未知的签字笔笔尖朝上，沿竖直方向压缩到底，无初速释放后笔上升的最大高度为h；再把笔水平放置在桌面上，沿水平方向压缩到底，无初速释放后，笔在桌面上滑行的最大距离为s．忽略空气阻力．则由上述物理量可估算出
A．弹簧的弹性势能的最大值
B．上升过程中重力所做的功
C．水平滑行过程中摩擦力所做的功
D．笔与桌面间的动摩擦因数
二、多项选择题（本题共4小题，每小题6分，共24分，每小题有多个选项符合题目要求。全部选对得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分）
5．如图所示，在光滑水平面上，钉有两个钉子A和B，一根长细绳的一端系一个小球，另一端固定在钉子A上，开始时小球与钉子A、B均在一条直线上（图示位置），且细绳的一大部分沿俯视顺时针方向缠绕在两钉子上，现使小球以初速度v0在水平面上沿俯视逆时针方向做圆周运动，使两钉子之间缠绕的绳子逐渐释放，在绳子完全被释放后与释放前相比，下列说法正确的（　　）
A．小球的线速度变大 B．小球的角速度变大
C．小球的加速度变小 D．细绳对小球的拉力变小
6．如图，一根轻弹簧下端固定，竖立在水平面上。其上方A位置有一小球，小球从静止开始下落到B位置接触弹簧的上端，在C位置小球所受弹力大小等于重力，在D位置小球速度减小到零。不计空气阻力，则（　　）
A．小球的速度最大的位置总在C处，与释放小球的A位置高低无关
B．小球由A至D下落过程中机械能守恒
C．小球由B至D的过程中，动能减小
D．小球从A到D过程，小球重力势能的减少量等于弹簧弹性势能的增加量
7．如图所示，质量为M、长度为l的小车静止在光滑的水平面上，质量为m 的小物块（可视为质点）放在小车的最左端，现有一水平恒力F作用在小物块上，使物块从静止开始做匀加速直线运动，物块和小车之间的摩擦力为f，经过时间t，小车运动的位移为s，物块刚好滑到小车的最右端，以下判断中正确的是（　　）
A．此时物块的动能变化为
B．此时小车的动能变化为
C．这一过程中，物块和小车间产生的内能为
D．这一过程中，物块和小车增加的机械能为
8．如图，第一次，小球从粗糙的圆形轨道顶端A由静止滑下，到达底端B的速度为v1，克服摩擦力做功为W1；第二次，同一小球从底端B以v2冲上圆形轨道，恰好能到达A点，克服摩擦力做功为W2，则
A．v1可能等于v2
B．W1一定小于W2
C．小球第一次运动机械能变大了
D．小球第一次经过圆弧某点C的速率小于它第二次经过同一点C的速率
三、填空和实验题（共4题，共20分）
9．质量为m，发动机的额定功率为P0的汽车沿平直公路行驶，当它的加速度为a时，速度为v，测得发动机的实际功率为P1，假定运动中所受阻力恒定，它在平直的路上匀速行驶的最大速度为__________。
10．如图所示，A、B两点分别位于大、小轮的边缘上，大轮半径是小轮半径的2倍，它们之间靠摩擦传动，接触面不打滑，则A、B两点的角速度之比为________、向心加速度之比为________。
11．用如图甲所示装置研究平抛运动．将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上．钢球沿斜槽轨道PQ滑下后从Q点飞出，落在水平挡板MN上．由于挡板靠近硬板一侧较低，钢球落在挡板上时，钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点．移动挡板，重新释放钢球，如此重复，白纸上将留下一系列痕迹点．
（1）下列实验条件必须满足的有______．
A．斜槽轨道光滑
B．斜槽轨道末端水平
C．挡板高度等间距变化
D．每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球
（2）为定量研究，建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系．
a．取平抛运动的起始点为坐标原点，将钢球静置于Q点，钢球的______（选填“最上端”“最下端”或者“球心”）对应白纸上的位置即为原点：在确定y轴时______（选填“需要”或者“不需要”）y轴与重锤线平行．
b．若遗漏记录平抛轨迹的起始点，也可按下述方法处理数据：如图乙所示，在轨迹上取A、B、C三点，AB和BC的水平间距相等且均为x，测得AB和BC的竖直间距分别是y1和y2，则______（选填“＞”、“＜”或者“=”）．可求得钢球平抛的初速度大小为______（已知当地重力加速度为g，结果用上述字母表示）．
12．在利用如图1所示的装置“验证机械能守恒定律”的实验中，
(1)下列操作正确的是________.
A．打点计时器应接到直流电源上
B．先释放重物，后接通电源
C．释放重物前，重物应尽量靠近打点计时器
(2)实验中，某实验小组得到如图2所示的一条理想纸带，在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC.已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T，重物的质量为m，从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能变化量ΔEp=________，动能变化量ΔEk=________.
(3)大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，主要原因是________.
A．利用公式v=gt计算重物速度
B．利用公式v=计算重物速度
C．存在空气阻力和摩擦阻力的影响
D．没有采用多次实验取平均值的方法
四、计算题（共3题，共40分）
13．如图所示，粗糙的水平面与竖直平面内的光滑弯曲轨道在B点吻接（即水平面是弯曲轨道的切面），一小物块从弯曲轨道上高度为h的A点无初速释放，已知物块与水平面间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g，求：
（1）小物块滑到B点时的速度大小；
（2）小物块沿水平面滑行的位移大小。
14．会展用旋转展示台展示物品，简化如图所示，已知水平圆盘形展台半径为，圆盘平面距水平地面的高度为，绕竖直中心轴OO＇在水平面做匀速圆周运动，某展品（可视为质点）放在展示圆盘上距轴心的位置在静摩擦力作用下随圆盘一起运动，展台正常转动时角速度为，此时展品恰好能随着展台一起转动且无相对滑动，假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，忽略空气阻力，取重力加速度。
（1）求展品与展台间的动摩擦因数μ；
（2）此时展品转动的线速度v为多少？
（3）当展台正常展示时，展台因故突然停止转动，试判断展品能否从圆盘展台上滑落下来，并通过计算说明理由。
15．如图所示，竖直平面内光滑半圆形轨道半径，与水平轨道AB相连接，AB的长度为，一质量为的小球，在水平恒力F作用下由静止开始从A向B运动，小球与水平轨道间的动摩擦因数为，到B点时撤去力F，小球沿圆轨道运动到最高点C时对轨道的压力为，重力加速度。求：
（1）小球通过C点时的速度大小；
（2）水平恒力F的大小；
（3）若将题中小球质量更换为，其它条件不变，到B点时撤去力F，求此后小球运动轨迹最高点相对水平轨道的高度？
五、附加题（10分，只需填写结果）
16．如图，一倾角为θ的光滑斜面上有30个减速带（图中未完全画出），相邻减速带间的距离均为d，减速带的宽度远小于d；一质量为m的无动力小车（可视为质点）从距第一个减速带L处由静止释放。已知小车通过减速带损失的机械能与到达减速带时的速度有关。观察发现，小车通过第20个减速带后，在相邻减速带间的平均速度均相同。小车通过第30个减速带后立刻进入与斜面光滑连接的水平地面，继续滑行距离s后停下。已知小车与地面间的动摩擦因数为μ，重力加速度大小为g。
（1）求小车通过第20个减速带后，经过每一个减速带时损失的机械能；
（2）求小车通过前20个减速带的过程中在每一个减速带上平均损失的机械能。
答案
1．C
解析：
AD．物体做曲线运动时，合力指向轨迹内侧，故AD错误；
BC．汽车沿曲线由M向N行驶，做出速度方向如上图所示，速度逐渐减小，说明合力与速度夹角为钝角，故C正确，B错误。
故选C。
2．B
解析：
杠铃被举起的高度约为2m，则他对杠铃做功
W=mgh=127.5kg×10N/kg×2m=2550J
平均功率
故选B．
3．B
解析：
A．向心力是效果力，不能说物体受到了向心力，A错误；
B．当内外轨都不受力时，火车受到的重力和斜面的支持力的合力提供了向心力，此时有
解得
对火车受力分析，可得铁轨对火车的支持力为
B正确；
C．火车转弯时，火车运动轨迹的圆心在水平方向上，故向心力方向沿水平面方向指向轨迹的凹测，C错误；
D．当内外轨都不受力时，火车受到的重力和斜面的支持力的合力提供了向心力，此时有
解得
若火车的速度大于，则火车需要的向心力增大，故外轨对车轮边缘有挤压，D错误。
故选B。
4．D
解析：
设笔的质量为m，笔竖直上升时，根据能量守恒定律得：弹簧的弹性势能的最大值 Epm=mgh…①
上升过程中重力所做的功 W=-mgh…②
笔在水平滑行过程中，由能量守恒定律得 Epm=μmgs…③
由①③得 μ=，可知，能求出笔与桌面间的动摩擦因数，由于不能求出m，所以其他量不能解出．
A. 弹簧的弹性势能的最大值，与结论不相符，选项A错误；
B. 上升过程中重力所做的功，与结论不相符，选项B错误；
C. 水平滑行过程中摩擦力所做的功，与结论不相符，选项B错误；
D. 笔与桌面间的动摩擦因数，与结论相符，选项D正确；
5．CD
解析：
A．在绳子完全被释放后与释放前相比，由于小球所受的拉力与速度垂直，不改变速度的大小，所以小球的线速度大小不变，故A错误；
B．根据
知两钉子之间缠绕的绳子逐渐释放，v不变，r增大，则角速度减小，故B错误；
CD．由
可知，v不变，r增大，则小球的加速度变小；由牛顿第二定律可知，细绳对小球的拉力
则变小，故CD正确。
故选CD。
6．AD
解析：
AC．小球从B至C过程，重力大于弹力，合力向下，小球加速，小球从C至D过程，重力小于弹力，合力向上，小球减速，所以动能先增大后减小，在C点速度最大，动能最大，与释放小球的A位置高低无关，故A正确，C错误；
B．由A至B下落过程中小球只受重力做正功，其机械能守恒，从B→D过程，小球重力势能和动能都减小转化为弹性势能，其小球的机械能不守恒，故B错误；
D．在D位置小球速度减小到零，小球的动能为零，则从A→D位置过程中，根据系统的机械能守恒得知，小球重力势能的减少量等于弹簧弹性势能的增加量，故D正确。
故选AD。
7．CD
解析：
A．对物块，根据动能定理有
所以物块动能变化为，A错误；
B．物块对小车有摩擦力作用，对小车有
所以小车的动能变化为，B错误；
C．系统产生的内能Q等于系统克服摩擦力做功，为，C正确；
D．由能量守恒定律，有
则物块和小车增加的机械能为
D正确。
故选CD。
8．BD
解析：
从A下滑到B根据动能定理可得： ；从B上滑到A根据动能定理可得，则v2>v1，故A错误；因v2>v1，故第二次小球在轨道上的平均正压力较大，摩擦力较大，故摩擦力做功较多，即W1一定小于W2，故B正确；小球第一次运动因为要克服摩擦力做功，故机械能变小了，故C错误； 小球第一次经过圆弧某点C时满足；它第二次经过同一点C的速率，则 ，则小球第一次经过圆弧某点C的速率小于它第二次经过同一点C的速率，故D正确。
故选BD.
9．
解析：
[1]当速度为时，发动机的实际功率为，此时的牵引力
根据牛顿第二定律有
解得
当牵引力等于阻力时，速度最大
10． 1：2 1：2
解析：
[1]A、B两点靠摩擦传动，具有相同的线速度，根据，半径比为2：1，则角速度之比为1：2；
[2] A、B两点靠摩擦传动，具有相同的线速度，故A、B两点的线速度之比为1：1，则公式可知，A、B两点的向心加速度大小之比为1：2。
11． BD 球心 需要 > x
解析：
(1)[1]ABD.为了能画出平抛运动轨迹，首先保证小球做的是平抛运动，所以斜槽轨道不一定要光滑，但必须是水平的．同时要让小球总是从同一位置释放，这样才能找到同一运动轨迹上的几个点．故A不符合题意，BD符合题意．
C．挡板只要能记录下小球下落在不同高度时的不同的位置即可，不需要等间距变化．故C不符合题意．
(2) a、[2][3]小球在运动中记录下的是其球心的位置，故抛出点也应是小球静置于Q点时球心的位置；故应以球心在白纸上的位置为坐标原点；小球在竖直方向为自由落体运动，故y轴必须保证与重锤线平行．
b、[4][5]如果A点是抛出点，则在竖直方向上为初速度为零的匀加速直线运动，则AB和BC的竖直间距之比为1：3；但由于A点不是抛出点，故在A点已经具有竖直分速度，故竖直间距之比大于1：3；由于两段水平距离相等，故时间相等，根据y2-y1=gt2可知：
t=
则初速度为：
v==x
12． C C
解析：
(1)[1]A．打点计时器应该接在交流电源上，故A错误；
B．开始时应使重物靠近打点计时器处并保持静止，先接通电源，再释放纸带，故B错误；
C．释放重物前，重物应尽量靠近打点计时器，从而使得纸带充分得以利用，故C正确。
故选C
(2)[2]从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能变化量
[3]打B点的速度为
动能变化量
(3)[4]实验中重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是存在空气阻力和摩擦阻力的影响，故ABD错误，C正确。
故选C
13．（1）；（2）
解析：
（1）根据动能定理得
解得
（2）沿水平面滑行，根据动能定理得
解得
14．（1）；（2）；（3）展品不会从展台上滑落，祥见解析
解析：
（1）根据牛顿第二定律得
解得
（2）此时展品转动的线速度v为
（3）根据牛顿第二定律得
解得
展品滑动的最大距离为
展品距离圆心的距离为
展品不会从展台上滑落。
15．（1）；（2）；（3）
解析：
（1）球沿圆轨道运动到最高点C时对轨道的压力为，则根据牛顿第二定律得
解得
（2）小球从A点运动到C点，由动能定理得
解得
（3）若将题中小球质量更换为，若小球能过圆轨道的最高点至少满足
此刻在B点的最小动能为
小球运动要想通过圆心等高处，B点的最小动能为
在拉力F作用下，运动到B点，根据动能定理得
解得
由于，故小球在圆心等高处到C点之间的某一位置脱离轨道，设该点为D点，D点与圆心的连线与竖直方向的夹角为，此刻接触面的弹力为0，根据牛顿第二定律和动能定理得
联立解得
，
小球脱离轨道后做斜抛运动，在最高点得速度为
从B点到小球运动轨迹最高点，由机械能守恒得
联立解得
16．（1）；（2）
解析：
（1）由题意可知小车在光滑斜面上滑行时根据牛顿第二定律有
设小车通过第20个减速带后速度为v1，到达第21个减速带时的速度为v2，则有
因为小车通过第30个减速带后，在相邻减速带间的平均速度均相同，故后面过减速带后的速度与到达下一个减速带均为v1和v2；经过每一个减速带时损失的机械能为
联立以上各式解得
（2）由（1）知小车通过第30个减速带后的速度为v1，则在水平地面上根据动能定理有
从小车开始下滑到通过第20个减速带，根据动能定理有
联立解得
故在每一个减速带上平均损失的机械能为