陕西省铜川市王益中学2022-2023学年高三上学期期末考试物理试题（Word版含答案）

王益中学2022-2023学年高三上学期期末考试
物理
(测试范围：机械能守恒定律、功能关系、动量守恒定律、动量和能量综合应用)
本试题卷共8页，17题。全卷满分100分。考试用时90分钟。
第I卷
一 、选择题：本题共12小题，每小题4分。在每小题给出的四个选项中，第1～8题只有一项符合题目要求，第9～12题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。
1.在“金星凌日”的精彩天象中，观察到太阳表面上有颗小黑点缓慢走过，持续时间达六个半小 时，那小黑点便是金星，如图所示，下列说法正确的是
A. 发生“金星凌日”现象时，地球在金星与太阳之间
B. 观测“金星凌日”时，可将太阳看成质点
C. 以太阳为参考系，金星绕太阳一周的位移不为零
D. 以太阳为参考系，可以认为金星是
2.2021年4月13日的苏州奥体中心，在近万名现场球迷的加油声中，中国女足战胜韩国女足，拿到了东京奥运会的入场券。如图所示，若运动员将足球以12 m/s的速度踢出，足球在草地 上做加速度大小为2m/s 的匀减速直线运动，踢出足球的同时运动员以恒定速度8m/s去追足球，则该运动员追上足球所需的时间为
A.2 s B.4 s C.6 s D.8 s
3.如图所示，固定的倾斜直杆上套有一个质量为m的小球(可视为质点)和两根原长均为L的 轻弹簧，两根弹簧的一端与小球相连，另一端分别固定在杆上相距为2L的A、B两点。已知 杆与水平面的夹角为θ,两根弹簧的劲度系数均为 ,小球在距B点 ,的P点处
于静止状态，重力加速度为g。则小球在P点时受到的摩擦力为
A. 方向沿杆向下 B. 方向沿杆向上
C. 方向沿杆向下 D. 方向沿杆向上
4.某小组利用频闪照相的方法研究单摆的运动过程，即用在同一张底片上多次曝光的方法，在 远处从与单摆摆动平面垂直的视角拍摄单摆在摆动过程中多个位置的照片。从摆球离开左侧最高点A开始，每隔相同时间曝光一次。得到了一张记录摆球从A点由静止运动到右侧 最高点B的照片，如图所示，其中摆球运动到最低点○时摆线被一把刻度尺挡住。对该实验进行分析，下列说法正确的是
A. 在O点附近摆球影像相邻位置的间隔较大，说明在○点附近摆球
的速率较大，重力功率较大
B. 摆球在A点受到的合力大小等于在B点受到的合力大小
C. 摆球从A点运动到B点的过程中，机械能守恒
D. 摆球从A点运动到B点的过程中，重力的冲量为0
5.如图所示，斜面固定且光滑，分别用力Fi、F2将同一物体由静止以相同的加速度从斜面底端
拉到斜面的顶端。物体到达斜面的顶端时，力Fi、F2的功率分别为P1、P2,则下列说法正确的是
A.Fi=Fz,P=P2 B.Fi=Fz,P

6.如图甲所示是我国首艘“海上飞船”— “翔州1”。“翔州1”在平静的水面上由静止开始沿直线 运动，若运动过程中受到的阻力不变，水平方向的动力F随运动时间t的变化关系如图乙所示，t=50s后，“翔州1”以20m/s的速度做匀速直线运动。则下列说法正确的是
A. “翔州1”所受阻力的大小为2×10 N
B.0～50 s内，“翔州1”所受合外力的冲量大小为1×106N · s
C. “翔州1”的质量为2.5×104kg
D .0～50s内，动力F做的功为5×10
7. 如图所示，平直的水平轨道上P点左侧光滑，右侧粗糙段、光滑段交替排列，每段长度都为 L=0 . 1m。物块A以vo=6m/s的速度向右做匀速直线运动与在P点静止的物块B碰撞， 碰撞后粘在一起。已知A、B两物块均可视为质点，质量均为m=1kg的A、B两物块与各粗 糙段间的动摩擦因数均为μ=0.1,重力加速度g=10 m/s 。则A、B两物块运动过程中经过 粗糙段的个数k为
8.汽车沿平直的公路以恒定功率P从静止开始启动，如图所示为牵引力F随速度v变化的图 象，加速过程共经历的时间t=8s,加速过程通过的路程s=50 m,在图中的N点结束加速，之后汽车做匀速直线运动，汽车运动过程中所受的阻力始终不变，则汽车的质量为
A.2×10 kg B.4.25×10 kg C.6.75×10 kg D.8.75×10 kg
9.质量为1kg的可视为质点的物块以某一初速度沿斜面从底端上滑，其重力势能和动能随上 滑距离s的变化分别如图中直线I、Ⅱ所示，以斜面底端所在水平面为重力势能的零势能面，
重力加速度g=10 m/s ,则下列说法正确的是
A. 物块上滑过程中机械能守恒
B. 物块与斜面间的滑动摩擦力大小为4 N
C. 物块下滑时加速度的大小为4 m/s
D.物块返回到斜面底端时的动能为10 J
10.2021年5月15日7时18分，“天问一号”探测器成功着陆于火星，我国首次火星探测任务着 陆火星取得成功。“天问一号”发射后经过地火转移轨道被火星捕获，进入环火星圆轨道，经 变轨调整后，进入着陆准备轨道，如图所示。已知“天问一号”火星探测器的火星着陆准备轨 道是半长轴为a1、周期为T;的椭圆轨道，我国北斗卫星导航系统的中圆地球轨道卫星的轨道半径为r2,周期为T2,引力常量为G。则下列说法正确的是
A.
B. “天问一号”在A点从环火星圆轨道进入着陆准备轨道时需要开启发动机向前喷气
C. “天问一号”在环火星圆轨道上A点的加速度大于在着陆准备轨道上A点的加速度
D. 由题目已知数据可以估算出火星的质量
11.如图所示，内壁光滑、半径为R的圆轨道固定在竖直面内，质量为m的可视为质点的小球静止在轨道的最低点。现用小锤沿水平方向快速击打小球，使小球瞬间获得速度v,且恰好能到达圆心O的等高处，当小球回到最低点时第二次用小锤快速击打小球，使小球瞬间获得速度vz,且恰好沿圆轨道完成圆周运动，重力加速度为g,下列说法正确的是
A. 速度vi的大小为 √ 2gR
B. 速度vz的大小为 √ 4gR
C. 第二次击打对小球的冲量一定为m( √ 5gR- √ 2gR)
D. 第二次击打后，小球运动至最高点和最低点时与轨道间的弹力之差为6mg
12.第24届冬季奥运会上跳台滑雪是最具观赏性的项目之一，北京跳台滑雪赛道“雪如意”如图 甲所示，其简化图如图乙所示，跳台滑雪赛道由助滑道AB,着陆坡BC,减速停止区CD三部 分组成。比赛过程中质量为m的运动员从A处由静止下滑，运动到B处后水平飞出，运动 员在空中飞行4.5s后落在倾角θ=37°的着陆坡的C点，重力加速度g=10 m/s ,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,下列说法正确的是
甲 乙
A.运动员从B点水平飞出的速度大小为30 m/s
B.运动员从B点飞出后经历1.5s距离着陆坡最远
C. 若运动员从A点运动到B点的过程中有2%的能量损失，则A、B两点间的竖直高度约为
45.9 m
D. 若运动员从B点水平飞出的速率变小，则其落在着陆坡上时的速度方向与着陆坡的夹角
会减小
第Ⅱ卷
二 、非选择题：本题共5小题，共52分。
13 . (7分)
某同学用如图甲所示的装置验证动能定理和测量滑块与长木板之间的动摩擦因数。将木 板固定在水平桌面上，木板左端为一个固定挡板，挡板与滑块之间有一个轻质弹簧，轻质弹簧与挡板固定连接，滑块靠近弹簧，但二者未连接在一起，木板上安装有两个光电门。
甲 乙
(1)用螺旋测微器测量遮光片的宽度，如图乙所示，其读数为d= mm。
(2)给滑块装上遮光片，向左推动滑块，压缩弹簧到适当位置，由静止松开滑块，滑块离开弹 簧后先、后通过光电门1、2,与光电门相连的计时器记录下遮光片通过光电门1、2的时间分别 为△ti和△t2,用刻度尺测出P、Q两点间的距离为1,设滑块连同遮光片的质量为m,滑块与木 板间的动摩擦因数为μ,重力加速度为g,则滑块从P点运动到Q点的过程中验证动能定理的表达式为 (用题中所给的字母表示)。
(3)改变弹簧的压缩程度进行多次实验，并计算得出多组滑块通过P点和Q点的速度vi和v2,根据下表中的数据在坐标纸上描点连线，作出l-v2图象如图丙所示。
产(m · s-2) 1 2 3 4 5 6
2.80 3.61 4.41 4.80 6.45 7.58
項 0.60 1.41 2.25 3.65 4.23 5.40
(4)若重力加速度g=9.8m/s ,用刻度尺测出P、Q两点间的距离l=33.0 cm,由图丙可 得，滑块与木板间的动摩擦因数为 (结果保留两位小数)。
14 . (7分)
如图甲所示，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前、后的动量关系。
甲 乙
(1)实验中，直接测定小球碰撞前、后的速度是不容易的，但是，可以通过仅测量
(填正确答案标号),间接地解决这个问题。
A. 小球mi开始释放时的高度h B. 小球的抛出点距地面的高度H
C. 小球做平抛运动的水平射程
(2)图乙中○点是小球的抛出点在地面上的垂直投影，实验时，先让入射小球mi多次从斜 轨上S处由静止释放，找到其平均落地点P点，测量平抛运动的水平射程OP。然后，把被碰小 球mz静置于轨道水平部分的末端，再将入射小球mi从斜轨上S处由静止释放，与小球mz相
碰，并多次重复。接下来要完成的必要步骤是 (填正确答案标号)。
A. 用天平测量两个小球的质量m1、m2
B. 测量小球mi开始释放时的高度h
C. 测量小球的抛出点距地面的高度H
D. 分别找到小球mi、小球mz相碰后平均落地点的位置M、N
E. 测量平抛运动的水平射程OM、ON
(3)经测定，mi=45.0g,mz=7.5g,小球落地点的平均位置距O点的距离如图乙所示。碰 撞前、后小球m,的动量分别为也i与p’,则p:pi'= :11;若碰撞结束时小球mz的动量为pz’,则p’:pz'=11: 。实验结果表明，碰撞前、后总动量的比值为
(结果保留三位有效数字)。
15. (8分)
如图甲所示，质量为1kg的可视为质点的物块，在水平向右、大小为5 N的恒力F作用下， 沿粗糙水平面由静止开始运动，在运动过程中，物块受到水平向左的空气阻力，其大小随着物块 速度的增大而增大。且当物块速度为零时，空气阻力也为零，物块的加速度a与时间t的关系图线如图乙所示。重力加速度g=10 m/s ,求：
(1)物块与水平面间的动摩擦因数μ;
(2)t=5s时物块的速度大小； (3)t=6 s时物块所受的空气阻力的大小。
甲 乙
16. (14分)
如图所示，可视为质点的甲、乙两滑块的质量分别为1 kg、2 kg,放在静止的足够长的水平 传送带上，两者相距2 m,与传送带间的动摩擦因数均为0.2。t=0时，甲、乙两滑块分别以
6 m/s、2 m/s的初速度开始沿同一直线向右滑行。重力加速度g=10 m/s 。
(1)求甲、乙两滑块经过多长时间发生碰撞；
(2)若甲、乙两滑块发生的是弹性碰撞且碰撞时间极短，则甲、乙两滑块最终静止时，相距的距离为多大；(结果保留三位有效数字)
(3)若从t=0时开始，传送带以vo=4 m/s的速度向右做匀速直线运动，求在0~1s内，电动机为维持传送带匀速运动而多做的功。
17. (16分)
如图所示，物块A和长度L=1.8 m的木板C静止在粗糙水平面上，物块A到木板C左端 的距离为xo=1.5 m,物块B静止放置在木板C的右端。现用水平向右的恒力F由静止开始 向右推动物块A,使物块A向右运动并撞击木板C,碰撞前后力F始终存在，碰后瞬间木板C 的速度大小为3 m/s,已知物块A与木板C的质量均为M=0.5 kg,物块B的质量为m= 0.25kg,物块A与水平面间的动摩擦因数μi=0.4,物块B与木板C之间、木板C与地面之间 的动摩擦因数均为μz=0.25,物块A、B均可看作质点，物块A与木板C的碰撞为弹性碰撞且
碰撞时间极短。重力加速度g=10m/s ,求：
(1)恒力F的大小；
(2)物块A和木板C第一次碰撞后经过多长时间物块B、木板C的速度大小相等；
(3)物块A和木板C从第一次碰撞后到第二次碰撞前的时间及此过程中系统产生的热量。
答案解析
1.D 【解析】“金星凌日”现象的成因是光的直线传播 当金星转到太阳与地球中间且三者在一条直线上时 金星挡住了沿直线传描的太阳光，人们看到太阳上的 黑点实际上是金星，由此可知发生“金星凌日”现象 时、金星位于地球和太阳之间，A 项错误；观测“金星 凌日”时，如果将太阳看成质点，则无法看到“金星凌日”现象，B项错误；以太阳为参考系，金星绕太阳一 周的起点和终点重合，故位移为零，C 项错误；以太阳为参考系，可以认为金星是运动的，D 项正确。
2.B 【解析】设足球的初速度为，运动员的速度为 v,运动员经过时间t追上足球，满足代入数据解得t=4s, 此时足球的速度为v =vo—at=4m/s, 还未停止运动，符合匀减速直线运动规律，故运动员追上足球所需的时间为4 s,B 项正确。
3.A 【解析】小 球 在P 点时受到两根弹簧的弹力大小相等，设此时两根弹簧的弹力大小均为F, 受到的摩擦力大小为f, 根据胡克定律有 ,根据平衡条件有mgsinθ+f=2F, 解得 ,方向船杆向下，故 A 项正确；B,C,D 项错误。
4.A.【解析】设百为覆线与竖直方向的夹角，在〇点附近惯球影像相邻位置的间隔较大，说明在〇点附近摆球的速率较大，其中过〇点时速度最大，方向沿水平方向，而重力竖直向下，由重力的功率P=mgvsinθ可知重力的功率为零，A 项错误；摆球在A点和B点速度大小均为零，所需的向心力为零，则摆球受到 摆线的拉力等于重力沿摆线方向的分力，而摆球的重 力沿垂直摆线方向的力为摆球受到的合外力，大小为 mgsinθ,在 A、B两点摆线与竖直方向的夹角不同，故 摆球的重力沿垂直摆线方向的力不相等，即摆球在 A、B两点受到的合外力不相等，B 项错误；摆球从A 点运动到B 点的过程中，摆线的拉力不做功，只有重 力做功，故机械能守恒，C 项正确；重力的冲量 I= mgt, 摆球从A 点运动到B 点的过程中重力作用的时 间 为t,故冲量不为零，D 项错误。
5.D 【解析】对物体受力分析，根据牛顿第二定律有 F.-mgsin a=ma,F cos a-mgsin a=ma,联立可得 F =F cosa,所 以F 6.C 【解析】r-50s后，“期州1”做句速直线运动，根据图象可知“期州1”所受阻力的大小为1×10*N.A项错误：0~50s内，“期州1”所受合外力的冲量的大小为1=Fx-f&结合图象可得1=5×10*N·s，B项错误：由动量定理可知Fl-J1=mv，解得m=2.5×10'kg，C项正确；0～50 s内，动力F是变力，做变加速直线运动，无法求解功，D项错误。
7.A 【解析】A、B两物块碰撞过程中，由动量守恒定律可得mza=（m＋m）vp，解得vp=3m/s，总动能Ek1（m＋m）☆=9J，A、B两物块每经过一段粗糙段损失的机械能△EL=fL=μ（m＋m）gL=0.2J，则A、EkB两物块运动过程中经过粗糙段的个数为k=△E 9=45，A项正确。0.2
8.D 【解析】由题可得加速过程在N点结束，汽车做匀速直线运动时的牵引力大小为F=2×10$N，汽车做匀速直线运动时有F=f，根据动能定理得Pt一fs=12mmm-0.P=Fv，代入数据解得汽车的质量为8. 75×10 kg，D项正确。
9.BD 【解析】由图可知重力势能和动能之和一直在改变，故机械能不守恒，A项错误；由图可知，物块沿斜而上滑5m的过程中，机械能共减小20J，机械能的减少量等于克服阳力做的功，故△E=fs，解得4 N.B项正确：物块沿斜面上滑5m的过程中，重力势能增加30J.根据△E.一mgh可知上升的高度h=3 m，则斜面倾角的正弦值sin 0= h=0.6.根据牛顿
第二定律可得mgsin0一f=ma，解得a=2m/s ，C项错误；物块返回到斜面底端时，克服阻力做的功W=2/s=40J，返回到斜面底端时的动能Ex=Exo-W=10，D项正确。
10.BD 【解析】由于我国北斗卫星导航系统的中圆地球轨道卫星绕地球运动，而“天问一号”火星探测器在着陆准备轨道上运动时是绕火星运动，中心天体不一样，因此开普勒第三定律不适用，A项错误；“天问一号”在A点从环火星圆轨道进入着陆准备轨道时需要减速，所以需要开启发动机向前喷气，B项正确；“天问一号”在环火星圆轨道上A点受到的万有引力和在着陆准备轨道上A点受到的万有引力相GMm=ma可知加速度相同，C项错误；利用中圆地球轨道卫星可以估算出地球质量M=4m2r2，火星质量和地球质量的比值MaiTS GT1 M则房工贸4π2a M=，D项正确。
11.AD【解析】小球第一次击打后，上升的最大高度度h=R, 由动能定理有,解得 n=√2gR,A项正确：设小球被第二次击打后到达轨道最高点的速度大小为 v. 小球通过最高点时，山向
心力公式有,第二次击打后到最高点的过程中，由动能定理有一mg·2R= m) 一、联立解得 n = √5gR,B 项错误；当小球回到最低点时，若沿小球运动方向第二次击打小球，由动量定理有 Imm=moz—mu, 解 得 Imn=m( √5gR一 √ 2gR), 若沿小球运动反方向第二次击打小球，
由动量定理有 Imx=mv +mv,解得Imx=m( √5gR+ √2gR),C项错误；第二次击打后，小球
在最高点与轨道间的弹力为0,最低点由牛顿第二定律可得 ,解得 N=6mg,故小球运动至最高点和最低点时与轨道间的弹力之差为6mg,D项正确。
12.AC 【解析】运动员从 B 点水平飞出做平抛运动，则有 ,联立解得Un=30 m/s,A项正确；运动员的速度方向平行于着陆坡时距离着陆坡最远，此时竖直分速度大小为 v,=vatan 37°,又 v,=gt, 解得t=2.25s,B项错误；从点运动到B点的过程中有2%的能量损失，则mghA解得h 45,9 m,C项正确；由平抛运动规律可知运动员落在着陆坡上的速度方向与其飞出的速率大小无关，故若运动员从B点水平飞出的速率变小，则其落在着陆坡上时速度方向与着陆坡的夹角不变，D项错误。
二、非选择题
13. (1)4.703(4.701～4.705,2分)
(4)0.34(3分)
【解析】 (1)螺旋测微器的固定刻度为4.5mm, 可动部分为0.01 mm×20.3=0.203mm,所以读数为 d
=4.5 mm+0.203 mm=4.703mm。
(2)遮光片通过光电门1、2的速度分别为 , ,则滑块从P 点运动到Q 点的过程中，由动 能定理可得 故验证动能定理的表达式为 - μmgl
(4)由(2)中可得 vǐ=v +2μgl, 由图丙可知，填=0时，听=2.2,代入数据解得μ≈0.34。
14. (1)C(2分 )
点运动到B点的过程中有2 %的能量损失 ，则mgh
(2)ADE(2分 )
(3)14(1 分) 2.9(1 分) 1.01(1 分 )
【解析】(1)验证动量守桓定律的实验中，即研究两个小球在轨道水平部分磁撞前、后的动量关系，直接测定小球碰撞前、后的速度是不容易的，但可以通过落地高度不变情况下的水平射程来体现速度，C 项正确。
(2)碰撞过程中动量守恒，即m m=m;n+m, 小球离开轨道后微平抛运动，它们抛出点的高度相等，
在空中的运动时间；相等，上式两边同时乘以 t 得m;nyr=m;s +mgvt, 则 m;OP=m;OM+m ON,
因此实验需要测量两个小球的质量，然后找到小球 m:、小球m 相碰后平均落地点的位置 M、N, 再测 量平抛运动的水平射程 OM、ON, 故 A、D、E 项
正确
(3)要验证动量守恒定律，需验证 m v =m v +m v, 由(2)可知即验证 m OP=m;OM+m ON,碰撞前、后小球m; 的动量之 碰撞结束
碰撞 前 、 后 总 动 量 的 比 值
会
1.01.
15. 【解析】(1)由图乙可知当(=0时，加速度 ao=解得F 空=2N (1分)
16. 【解析】(1)甲、乙两滑块做减速运动时的加速度大
小均为 (1分)
设甲、乙两滑块的初速度分别为 u、 , 经过时间1
甲、乙两滑块相遇， =2 m (1分)
解得t=0.5s （1分）
(2)设甲、乙两滑块碰撞前的速度分别为m',v', 由
运动学公式有n′=η-at=5 m/s,w'=w-a/=1 m/s
(1分)
设甲、乙两滑块碰撞后的速度分别为η””,由动量守恒定律有m;3'+m:m'=m;n°+m ”(1分)
由能量守恒定律可知 2 m;h'4 解得 1 2 mv'= (1分) (1分)
甲、乙两滑块最终静止时，相距的距离为
39 m (1分)
(3)滑块甲与传送带共速用时滑块
乙与传送带共速用时 (1分)
此时滑块甲的位移(1分)
滑块乙的位移 (1分)
又 x - x = d (1分)
故 t=1s 时，甲、乙两滑块与传送带共速且恰好不碰
撞。在0～1s 内，传送带的位移为x =vot =4m(1分)
(1分)
则摩擦力对传送带做的功为 W;=(um g— μm g)x
=—8J
故 在 0 - 1 s 内，电动机为维特传送带匀速运动面多做的功为8
17. 【解析】(1)设碰撞后物块A 与木板C 的速度分别为和 v, 则
Mu Mu+Mu ( 1 分 )
(1分)
联立解得 =3 m/s,ī=0对物块A, 根据牛顿第二定律有 F-mMg=Ma
(1分)
又 v=2aix (1分)
联立解得F=3.5 N (1分)
(2)物块A 与木板C 碰撞后，设物块B 的加速度大
小为a , 木板 C 的加速度大小为a , 则
μmg=ma
pmg+μ (m+M)g=Ma
解得a =2.5 m/s (1分)
a =5 m/s (1分)
设经过时间 t, 物块 B、木 板 C 的速度相等，则a h =v-agti
解 得t =0.4s (1分)
(3)从第一次碰撞后到物块B、木 板C 速度相等，木
板 C 的位移
t =0.4 s 之后，物块B、木 板C保持相对静止一起做减速运动，设加速度为ax、则 m(m+M)x=(M+m）a
解 得a;=2.5 m/s 设再经过时间：物块B、木板C a; 解得v=0.4 s ( 1 分 ) 停止运动，有a h = (1 分)
在0.4～0.8s 内 木 板C 的 位 移 为
0.2 m ( 1 分 )
则第一次碰撞后，木板 C 运动的总位移为xc=xci+xα=1m ( 1 分 )
对于物块A, 第 一 次碰撞后做初速度为0的匀加速
运 动 ， 设 其 在 + 的 时 间 内 的 位 移 为 xa,则96 m<1 m
这说明在第二次碰撞前，木板C 已 经 停 止 运 动 。 设
从第 一 次碰撞到第二次碰撞的时间间隔为1,则x解得8 ( 1 分
由于第一次碰撞后到第二次碰撞前，物块 B 和木板
C 均已停止运动，所以第 一次碰撞后木板C 获 得 的
动能全部转化为内能，有 (1 分)
物 块A 和 水 平 面 之 间 产 生 的 热 量Q =μMgxc=
2 J ( 1分 )
所以物块A 和 木 板C 从 第 一 次 碰 撞 后 到 第 二 次 碰撞前系统产生的热量Q=Q +Q =4.25J (1 分 )