湖南省衡阳市衡阳县第四中学2022-2023学年高一下学期期末物理模拟试卷（一）（含解析）

衡阳县四中2022-2023学年下学期高一期末模拟卷
物 理 （一）
注意事项：
1．答题前，先将自己的姓名、准考证号填写在试题卷和答题卡上，并将准考证号条形码粘贴在答题卡上的指定位置。
2．选择题的作答：每小题选出答案后，用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑，写在试题卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。
3．非选择题的作答：用签字笔直接答在答题卡上对应的答题区域内。写在试题卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。
4．考试结束后，请将本试题卷和答题卡一并上交。
第Ⅰ卷（选择题）
一、选择题：本题共12小题，每小题4分，共48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．若物体在运动过程中受到的合外力不为零，经过一段时间，则(　　)
A．物体的动量可能不变 B．物体的动能一定变化
C．物体的加速度一定变化 D．物体速度方向一定变化
2．如图，从高处跳到低处时，为了安全，一般都要屈腿，这样做是为了(　　)
A．减小冲量
B．减小动量的变化量
C．增大与地面的冲击时间，从而减小冲力
D．增大人对地面的压强，起到安全作用
3．火星探测器天问一号接近火星表面时，要打开反冲发动机减速下降。在探测器减速下降过程中，它在火星表面的重力势能、动能和机械能的变化情况是(　　)
A．动能增加、重力势能减小 B．动能减小、重力势能增加
C．动能减小、机械能减小 D．重力势能增加、机械能增加
4．在光滑的水平地面上放有一质量为M的半圆柱体，在其圆心正上方静止放有一质量为m的光滑小球。某时刻小球受到轻微扰动，由静止开始下滑。当m与M分离时，m的水平位移为xm，则M的位移为(　　)
A． B．
C． D．
5．在发射地球卫星时需要运载火箭多次点火，以提高最终的发射速度。某次地球近地卫星发射的过程中，火箭喷气发动机每次喷出质量m＝800 g的气体，气体离开发动机时的对地速度v＝1000 m/s，假设火箭（含燃料在内）的总质量M＝600 kg，发动机每秒喷气20次，忽略地球引力的影响，则（　　）
A．地球卫星要能成功发射，速度大小至少达到11.2 km/s
B．火箭第三次气体喷出后速度的大小约为4 m/s
C．要使火箭能成功发射至少要喷气500次
D．要使火箭能成功发射至少要持续喷气15 s
6．2023年4月13日，中老铁路从昆明南、万象站双向对开国际旅客列车，昆明至万象间可实现乘火车当日通达。如图为中老高速铁路使用的“复兴号”动车组，假设动车组运行过程中受到的阻力与速度的平方成正比。若动车以的速度匀速行驶，发动机的功率为P。当动车以速度匀速行驶时，发动机的功率为（　　）

A． B． C． D．
7．如图甲所示，一个小球悬挂在细绳下端，由静止开始沿竖直方向运动，运动过程中小球的机械能E与路程x的关系图像如图乙所示，其中O～x1过程的图像为曲线，x1～x2过程的图像为直线。忽略空气阻力。下列说法正确的是(　　)
A．O～x1过程中小球所受拉力总是大于重力
B．小球运动路程为x1时的动能为最大
C．O～x2过程中小球的重力势能一直增大
D．x1～x2过程中小球一定做匀加速直线运动
8．质量为m的木板与直立的轻质弹簧的上端相连，弹簧下端固定在水平地面上，静止时弹簧的压缩量为h，如图所示。现将质量也为m的物块从距木板正上方2h处静止释放，物块与木板碰撞后粘在一起向下运动，到达最低点后又向上运动，它们恰能回到A点。物块可视为质点，空气阻力、木板厚度忽略不计，已知弹簧弹性势能E与形变量x和劲度系数k之间的关系式为，重力加速度大小为g。关于释放物块到回到A点的过程，下列说法正确的是（　　）
A．物块和木板碰撞后一起向下运动过程中的速度一直减小
B．整个运动过程，物块、木板和弹簧组成的系统机械能守恒
C．A点距离木板初始位置的高度小于h
D．物块和木板碰撞后瞬间的共同速度为
9．如图所示，一个质量为0.2 kg的垒球，以20 m/s的水平速度飞至球棒，被球棒打击后反向水平飞回，速度大小变为40 m/s，设球棒与垒球的作用时间为0.01 s，下列说法正确的是（　　）

A．球棒对垒球不做功
B．球棒对垒球做正功
C．球棒对垒球的平均作用力大小为400 N
D．球棒对垒球的平均作用力大小为1200 N
10．载人航天进行宇宙探索过程中，经常要对航天器进行变轨。某次发射Z卫星时，先将Z卫星发射至近地圆轨道Ⅰ，Z卫星到达轨道Ⅰ的A点时实施变轨进入椭圆轨道Ⅱ，到达轨道Ⅱ的远地点B时，再次实施变轨进入轨道半径为（R为地球半径）的圆形轨道Ⅲ绕地球做圆周运动。下列判断正确的是（ ）
A．Z卫星可能是一颗地球同步卫星
B．Z卫星在轨道Ⅱ上运动的周期大于在轨道Ⅲ上运动的周期
C．Z卫星在轨道Ⅲ上经过B点时的速度大于在轨道Ⅱ上经过B点时的速度
D．Z卫星在圆形轨道Ⅲ上运行时的加速度小于它在圆轨道Ⅰ上运行时的加速度
11．一质量为2 kg的物体受水平拉力F作用，在粗糙水平面上做加速直线运动时的a－t图象如图所示，t＝0时其速度大小为2 m/s，滑动摩擦力大小恒为2 N，则(　　)
A．t＝2 s时，水平拉力F的大小为4 N
B．在0～6 s内，合力对物体做的功为396 J
C．在0～6 s内，合力对物体的冲量为36 N·s
D．t＝6 s时，拉力F的功率为180 W
12．一半径为r的小球紧贴竖直放置的圆形管道内壁做圆周运动，如图甲所示。小球运动到最高点时管壁对小球的作用力大小为，小球的速度大小为v，其图像如图乙所示。已知重力加速度为g，规定竖直向下为正方向，不计一切阻力。则下列说法正确的是（　　）

A．小球的质量为
B．圆形管道内侧壁半径为
C．当时，小球受到外侧壁竖直向上的作用力，大小为
D．小球在最低点的最小速度为
第Ⅱ卷（非选择题）
二、非选择题：本题共5小题，共52分。按题目要求作答。解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。
13．(6分)某同学设计了利用一根弹簧和一个小球来探究弹性势能的大小与弹簧形变量的关系的实验方案。
（1）如图所示，将弹簧的左端固定在水平桌面上，此时弹簧的右端恰好到达桌面边缘，然后向左推小球，使弹簧压缩一段距离后由静止释放。
（2）为了减小小球与桌面间的摩擦，在桌面上涂抹了润滑油，这样可认为弹簧被压缩后具有的弹性势能与小球抛出时的动能相等。之后将小球置于弹簧右端开始实验，把弹簧分别压缩、、、、（弹簧始终在弹性限度内）后释放，小球离开桌面水平飞出，已知重力加速度为。
（3）某次测量时，该同学测出桌面的高度为，小球被弹簧弹出后落地点到桌沿的水平距离为，则小球平抛离开桌面时的速度大小为：________。为了测出小球离开弹簧时的动能，该同学还需要的测量工具是：________。
A．秒表 B．打点计时器 C．天平
用测量的物理量表示出弹簧弹性势能的大小为：________。
14．(6分)用如图所示的实验装置验证矩形线框的自由下落过程满足动量定理，已知线框用直径为d（远小于线框的边长）的粗铜线做成；当地重力加速度为g。某次实验中线框下边和上边先后经过光电门的挡光时间分别为t1和t2。
(1)为完成该实验，下列步骤中还必需的是________（填入标号）；
A．用天平测线框的质量m
B．用刻度尺测线框上、下边之间的距离L
C．用秒表测线框上、下边通过光电门的时间间隔Δt
(2)线框下边通过光电门时的速度大小为________（请用测量的物理量和已知量来表示）；
(3)在误差允许范围内，满足关系式________（请用测量的物理量和已知量来表示），则验证了线框自由下落过程中满足动量定理。
15．(8分)如图所示，某人把一个质量m＝3 kg的小球从h＝1 m高处以60°角斜向上抛出，初速度v0＝4 m/s，不计空气阻力，取地面为零势能面。求：
（1）抛出过程中，人对小球做的功；
（2）小球落地时速度大小；
（3）小球抛出后到达最高点过程重力所做的功。
16．(8分)如图所示，在一堆淤泥表面放置一个大爆竹，爆竹爆炸时分裂成A、两部分，A的质量为，的质量为。爆竹爆炸时部分竖直向上飞出，能上升的最大高度为，A部分陷入淤泥中的最大深度为。若爆竹的火药质量以及空气阻力可忽略不计，取重力加速度为。求：
（1）爆竹爆炸结束的瞬间，部分获得的速度大小；
（2）A部分所受淤泥的平均阻力大小。
17．(10分)中国空间站绕地球做匀速圆周运动。已知空间站的质量为m，地球质量为M，地球半径为R，引力常量为G，空间站运行时离地高度为h，空间站的机械能为（取无穷远处引力势能为零）。
（1）求中国空间站运行时的引力势能；
（2）若，，，，，不考虑空气阻力和地球自转的影响，试估算将空间站从地面发送至离地高度为h的轨道处做圆周运动，发射装置对空间站做的功W（保留一位有效数字）。
18．(14分)如图所示，粗糙的水平轨道BC的右端与半径R＝0.45 m的光滑竖直圆轨道在C点相切，左端与光滑的倾斜轨道AB相连，AB与水平方向的夹角为37°，质量m＝0.1 kg的小球从倾斜轨道顶端A点由静止滑下，设小球经过轨道衔接处时没有能量损失，已知倾斜轨道AB的长度l＝2 m，小球与水平轨道间的动摩擦因数μ＝0.375，（sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，g＝10 m/s2）
(1)求小球第一次到达倾斜轨道底端B点时的速度大小（结果可以用根号表示）；
(2)若水平轨道BC的长度为2.5 m，求小球最终停止的位置与B点的距离；
(3)要使小球能够滑上圆轨道，并且第一次在圆轨道运动时小球不脱离轨道，水平轨道BC的长度L应满足什么条件？
参考答案及解析
一、选择题：本题共12小题，每小题4分，共48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．【答案】A
【解析】合外力不为零，但与速度垂直，合外力不做功，比如匀速圆周运动，经过一个周期，物体的动量可能不变，故A正确；如果合外力做的功为零，物体的动能可以不变化，故B错误；如果合外力是恒力，物体的加速度可以不变，故C错误；若合外力与速度同向，物体速度方向可以不变，故D错误。
2．【答案】C
【解析】人在和地面接触时，人的速度减为零，由动量定理可知(F－mg)t＝Δp，而屈腿可以增加人着地的时间，从而减小受到地面的冲击力，所以C正确，ABD错误。
3．【答案】C
【解析】探测器减速下降过程中，速度减小，则动能减小；它在火星表面的重力势能减小，则机械能减小。
4．【答案】D
【解析】M与m水平方向动量守恒，由人船模型可得，解得，故选D。
5．【答案】B
【解析】第一宇宙速度（7.9 km/s）是卫星贴近地面做匀速圆周运动的速度，是最小的发射速度，地球卫星要能成功发射，速度大小至少达到7.9 km/s，故A错误；设喷出三次气体后火箭的速度为v3，以火箭和喷出的三次气体为研究对象，以竖直向上为正方向，由动量守恒定律得(M－3m)v3－3mv＝0，解得v3＝4 m/s，故B正确；要能成功发射，设喷气n次后达到第一宇宙速度，即vn＝7.9 km/s；以火箭和喷出的n次气体为研究对象，以竖直向上为正方向，由动量守恒定律得(M－nm)vn－nmv＝0，代入数据解得n＝666次，至少喷气的时间为，故CD错误。
6．【答案】D
【解析】动车匀速行驶时，牵引力等于阻力，有，则发动机的功率，依题意，动车两次行驶速度之比为，解得P，故选D。
7． 【答案】D
【解析】运动中只受重力和拉力，由于除重力之外的其他力做功等于小球机械能的变化，即FΔx＝ΔE，可得E－x图象的斜率的绝对值等于小球所受拉力的大小，如图可知O～x1过程机械能增加，绳子拉力做正功，小球向上运动，x1～x2过程机械能减小，绳子拉力做负功，小球向下运动，所以在x1位置处速度为零，动能为零，说明O～x1过程小球速度先加速后减速，在减速阶段拉力小于重力，故AB错误；O～x2过程中小球先向上运动后向下运动，即重力势能先增加后减小，故C错误；由于小球在x1～x2过程E－x图象的斜率的绝对值不变，故小球所受的拉力保持不变，又由于在x1位置处速度为零，小球又向下运动，在x1～x2过程小球一定做匀加速直线运动，故D正确。
8．【答案】C
【解析】初始弹簧的弹力大小等于木板的重力，当物块和木板碰后粘在一起向下运动过程，合力先向下，当弹簧的弹力等于重力时速度达到最大，合力向上，两物体向下做减速运动，物块和木板碰后粘在一起向下运动过程中速度先增大后减小，故A错误；物块和木板发生完全非弹性碰撞，因此整个过程中机械能不守恒，故B错误；碰撞前物块做自由落体运动，则物块与木板碰撞前的速度大小为，物块与木板碰撞过程系统内力远大于外力，系统动量守恒，由动量守恒定律得，解得，故D错误；质量为m的木板静止时弹簧的压缩量为h，则mg＝kh，解得，物块与木板碰撞后运动过程中，只有重力与弹力做功，假设物体从相碰位置开始能上升的最大高度为H，且H＜h，由机械能守恒定律得，解得＜h，所以假设成立，由此可知A点距离木板初始位置的高度小于h，故C正确。
9．【答案】BD
【解析】由动能定理可得球棒对垒球做功为，做正功，故A错误，B正确；由动量定理，可得球棒对垒球的平均作用力大小为，故C错误，D正确。
10．【答案】CD
【解析】地球半径为，该卫星的离地高度为，而地球同步卫星的离地高度约为，故卫星不是地球同步卫星，故A错误；根据开普勒第三定律，轨道Ⅱ半长轴小于轨道Ⅲ的半径，则卫星在轨道2上运行的周期小于在轨道3上运行的周期，故B错误；卫星从轨道II上点进入圆轨道Ⅲ，需加速，故正确；卫星绕地运动时，合力为万有引力，根据，，可见离地越远（越大），加速度越小，故卫星在圆形轨道Ⅲ上运行时的加速度小于它在圆轨道Ⅰ上运行时的加速度，故D正确。
11.【答案】BC
【解析】由图象可知，t＝2 s时，加速度a＝m/s2，由牛顿第二定律F－f＝ma，得N，故A错误；根据Δv＝at可知，在a－t图象中图象与坐标轴围成的面积表示速度的增量，则在0～6 s时间内速度增量为Δv＝18 m/s，所以v6＝v0＋Δv＝20 m/s，根据动能定理得W合＝ΔEk＝mv62－mv02，得W合＝396 J，故B正确；根据动量定理得I＝mv6－mv0＝36 N s，故C正确；t＝6 s时，根据牛顿第二定律得F6－f＝ma6，解得F6＝10 N，则P＝F6v6＝200 W，故D错误。
12．【答案】AB
【解析】规定竖直向下为正方向，设圆形管道内侧壁半径为R，小球受到圆形管道的作用力大小为，在最高点，由牛顿第二定律，当时，当时，由重力提供向心力有，解得，当时，由牛顿第二定律有，解得，当时，由牛顿第二定律有，解得，故，故小球的质量为或，故A正确；当时，，解得，故B正确；当时，小球受到外侧壁竖直向下的作用力，由牛顿第二定律有，解得，故C错误；根据能量守恒定律，当小球在最高点具有最小速度（为零）时，其在最低点的速度最小，即，，故D错误。
二、非选择题：本题共5小题，共52分。按题目要求作答。解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。
13．【答案】（3） C
【解析】（3）根据平抛运动规律可得，，解得，小球离开弹簧时的动能为，则还需要测量小球的质量，所以还需要的测量工具是天平，则C正确，AB错误。
根据机械能守恒定律可得，则用测量的物理量表示出弹簧的弹性势能。
14．【答案】(1)C (2) (3) (4)见解析
【解析】(1)根据题干所描述的步骤可以测出线框上边和下边通过光电门时的速度大小。根据动量定理的表达式可知，等式两边均含有m，可以消去，所以不需要测量m，故A错误；本实验要验证的是动量定理，不是机械能守恒定律，故不需要测量线框上、下边之间的距离L，故B错误；根据动量定理的表达式可知，实验还需要测量线框整体经过光电门过程中重力的作用时间，即需要测量线框上、下边通过光电门的时间间隔Δt，故C正确。
(2)本实验中利用线框下边通过光电门的平均速度来代替初速度，故有v1＝。
(3)本实验中利用线框上边通过光电门的平均速度来代替末速度，故有v2＝，根据动量定理有mgΔt＝mv2－mv1，即。
15．【答案】（1）；（2）6m/s；（3）－18J
【解析】（1）小球从静止到抛出根据动能定理得
解得。
（2）小球从抛出到落地根据动能定理得
解得。
（3）抛出后竖直方向初速度
上升过程中竖直方向做竖直上抛运动
解得
小球抛出后到达最高点过程重力所做的功。
16．【答案】（1）；（2）26N
【解析】（1）根据
爆竹爆炸结束的瞬间，部分获得的速度大小。
（2）根据动量守恒
解得爆竹爆炸结束的瞬间，A部分获得的速度大小
根据动能定理
解得，所受淤泥的平均阻力大小f＝26 N。
17．【答案】（1）；（2）
【解析】（1）设中国空间站在轨道运动的速度为v，动能为，根据牛顿运动定律有
又，
解得。
（2）当中国空间站发射前h＝0
设此时引力势能为，有
根据功能关系有
解得
代入数据得。
18．【答案】（1）；（2）L＝LB－L2＝1.8 m；（3）L≤0.2 m或者2 m≤L≤3.2 m
【解析】(1)小球在倾斜轨道上运动，由动能定理知
解得。
(2)最终小球动能为零，停在轨道上，由动能定理知
解得通过的路程L1＝3.2 m
小球到达C点滑上圆弧后返回，返回路程L2＝L1－LBC＝0.7 m
所以返回后距离B点的距离L＝LB－L2＝1.8 m。
(3)小球恰好从B点到C点，由动能定理知
解得L＝3.2 m
要使小球能够滑上圆轨道，应满足L≤3.2 m
在圆轨道运动时小球不脱离轨道，有两种情形
①物体能完成圆周运动
在最高点有
对小物块从B点到圆轨道最高点利用动能定理有
解得L＝0.2 m
小球不脱离轨道应满足L≤0.2 m
②物体运动到圆轨道圆心等高处速度为零
对小物块从B点到圆轨道圆心等高处利用动能定理有
解得L＝2 m
小球不脱离轨道应满足L≥2 m
综合以上可得要使小球能够滑上圆轨道，并且第一次在圆轨道运动时小球不脱离轨道，水平轨道BC的长度L应满足
L≤0.2 m或者2 m≤L≤3.2 m。