河北省张家口市2022-2023学年高一下学期期末考试物理试题（含解析）

张家口市2022-2023学年高一下学期期末考试
物理试卷
班级______ 姓名______
注意事项：
1.答卷前，考生务必将自己的姓名、班级和考号填写在答题卡上。
2.回答选择题时，选出每小题答案后，用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑，如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。
3.考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。
一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。
1.关于如图甲、乙、丙、丁所示的四种圆周运动模型，下列说法不正确的是（ ）
甲 乙 丙 丁
A.图甲中拱形桥半径为，若车在最高点时速度大小为，车对桥面的压力为零，车将做平抛运动
B.图乙中，在固定圆锥筒（内壁光滑）内做匀速圆周运动的小球，受重力、弹力和向心力的作用
C.图丙中，仅在重力和轻绳拉力作用下，绕点在竖直面内做圆周运动的小球，最容易拉断轻绳的位置一定是最低点
D.图丁中，当火车以大于规定速度经过外轨高于内轨的弯道时，外轨对火车有侧压力，火车易脱轨做离心运动
2.下列有关物理知识和史实的说法，正确的是（ ）
A.伽利略发现了万有引力定律
B.卡文迪什在实验室里通过测量几个铅球之间的万有引力，得出了引力常量的数值
C.地球同步卫星的发射速度应介于与之间
D.哥白尼发现了行星运动的三大规律，为人们解决行星运动学问题提供了依据
3.中国已成为世界上高铁系统技术最全、集成能力最强、运营里程最长、运行速度最高、在建规模最大的国家。据报道称新一代高速列车牵引功率可达，持续运行速度为，则新一代高速列车从北京开到杭州全长约为，则列车在动力上耗电约为（ ）
A. B.
C. D.
4.央视网消息，俄罗斯“乌拉尔航空”公司的一架空客客机在起飞后不久遭遇多只飞鸟撞击，导致两台发动机起火引擎失灵，迫降在离机场不远处的一片玉米地里。假设客机撞鸟时飞行速度大约为，小鸟的总质量约为，撞机时间约为，估算飞机受到的撞击力为（ ）
A. B. C. D.
5.在一棵大树将要被伐倒的时候，有经验的伐木工人就会双眼紧盯着树梢，根据树梢的运动情形就能判断大树正在朝着哪个方向倒下，从而避免被倒下的大树砸伤。为什么要“双眼紧盯树梢”，以下解释正确的是（ ）
A.伐木工人所关注的是树梢的线速度
B.伐木工人所关注的是树梢的角速度
C.伐木工人所关注的是树梢的向心加速度
D.伐木工人所关注的是树梢的向心力
6.如图所示，一个质量为的物体（可视为质点），由斜面底端的点以某一初速度冲上倾角为的固定斜面做加速度大小为的匀减速直线运动，物体沿斜面上升的最大高度为，在此过程中（ ）
A.物体克服摩擦力做功 B.物体的动能损失了
C.物体的重力势能增加了 D.系统机械能损失了
7.如图所示，质量分别为与的两小球、在光滑水平面上沿同一直线做匀速运动，小球的动量，小球的动量（规定向右为正方向），则在小球追上小球并与之碰撞的过程中，两小球的动量变化量和可能分别为（ ）
A.， B.，
C.， D.，
8.如图所示，两根长度相等的轻杆通过质量为的小球连接在一条直线上，质量为的小球固定在一根杆的一端，当整个装置在光滑的水平面上绕另一杆的端点匀速转动时，杆的拉力与杆的拉力之比为（ ）
A. B. C. D.
二、多项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16分。在每小题给出的四个选项中，有多个选项是正确的。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错或不答的得0分。
9.“玉兔号”登月车在月球表面成功登陆，实现了中国人“奔月”的伟大梦想，“玉兔号”在月球表面做了一个自由下落实验，测得物体从静止自由下落高度的时间为，已知月球半径为，自转周期为，引力常量为，则（ ）
A.月球表面的重力加速度为
B.月球的第一宇宙速度为
C.月球同步卫星离月球表面的高度为
D.月球质量为
10.质量为的物体以某一初速度在水平面上滑行，由于摩擦阻力的作用，其动能随位移变化的情况如图所示。已知重力加速度取，下列判断正确的是（ ）
A.物体与水平面间的动摩擦因数为0.30 B.物体与水平面间的动摩擦因数为0.25
C.物体滑行的总时间为 D.物体滑行的总时间为
11.小明骑电动平衡车从静止开始以的恒定加速度在平直公路上启动，达到额定功率后以额定功率继续行驶。小明从启动平衡车开始计时，经速度达到最大。已知小明和电动平衡车的总质量，摩擦阻力恒定不变。下列判断正确的是（ ）
A.平衡车在内一直做匀加速运动 B.平衡车的额定输出功率为
C.平衡车在末的功率为 D.平衡车在内的位移为
12.如图所示，一质量为、半径为的四分之一光滑圆弧槽放在光滑的水平面上，有一质量为的小球由槽顶端静止释放。已知重力加速度为，空气阻力忽略不计，在其下滑至槽末端的过程中，下列说法正确的是（ ）
A.若圆弧槽不固定，小球和槽组成的系统动量不守恒
B.若圆弧槽不固定，小球水平方向移动的位移为
C.圆弧槽在固定和不固定的情形下，小球滑到B点时的速度之比为
D.若圆弧槽固定，则圆弧槽对地面的最大压力为
三、非选择题：本题共6小题，共60分。解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要答题步骤，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）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。
（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______，来间接解决这个问题。
A.小球开始释放的高度
B.小球抛出点距地面的高度
C.小球做平抛运动的水平位移
（2）用天平测量两个小球的质量、。图甲中点是小球抛出点在水平地面上的垂直投影，实验时，先让入射小球多次从斜槽上的位置由静止释放；然后把被碰小球静止放置于轨道的水平部分，再将入射小球从斜槽上的位置由静止释放与小球相撞，并多次重复，分别找到小球的平均落点、、，并测量出、、到点的水平距离、、。若两球相碰前、后的动量守恒，其表达式可表示为______。（用上述步骤中测量的量表示）
甲
（3）完成上述实验后，某实验小组对上述装置进行了改造，如图乙所示。在水平槽末端与水平地面间放置了一个斜面，斜面的顶点与水平槽等高且无缝连接。使小球仍从斜槽上的点由静止释放，重复（2）问的操作步骤，得到两球落在斜面上的平均落点、、。用刻度尺测量斜面顶点到、、三点的距离分别为、、。则验证两球碰撞过程中动量守恒的表达式为______。（用所测物理量的字母表示）
乙
14.（9分）用重锤自由下落验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示。
甲
（1）在实验过程中，下列实验操作和数据处理错误的是______。
A.重锤下落的起始位置靠近打点计时器
B.做实验时，先接通打点计时器的电源，再释放重锤
C.为测量打点计时器打下某点时重锤的速度，可测量该点到起始点点的距离，再根据公式计算，其中应取当地的重力加速度
D.用刻度尺测量某点到起始点点的距离，利用公式计算重力势能的减少量，其中应取当地的重力加速度
（2）如图乙是实验中得到的一条纸带。在纸带上选取五个连续打出的点A、B、C、D、E，测得A、B、C三点到起始点的距离分别为、、.已知重锤的质量为，当地的重力加速度为，打点计时器打点的周期为。从打下点到打下点的过程中，重锤重力势能的减少量______，动能的增加量______。
乙
（3）实验结果往往是重力势能的减少量略大于动能的增加量，关于这个误差下列说法正确的是______。
A.该误差属于偶然误差
B.该误差属于系统误差
C.可以通过多次测量取平均值的方法来减小该误差
D.可以通过减小空气阻力和摩擦阻力的影响来减小该误差
（4）某同学以重锤的速度平方为纵轴，以重锤下落的高度为横轴，作出如图丙所示的图像，则当地的重力加速度______。（结果保留3位有效数字）
丙
15.（10分）如图所示是月亮女神、嫦娥1号绕月球做圆周运动时某时刻的图片，两卫星的转动方向相同，用、、、分别表示月亮女神和嫦娥1号的轨道半径及周期，用表示月球的半径，已知引力常量为。
（1）求从此时起再经多长时间两卫星第一次相距最远；
（2）请用嫦娥1号所给的已知量，估测月球的平均密度。
16.（11分）如图所示，质量为的物块自高台上点以的速度水平抛出后，刚好在点沿切线方向进入半径为的光滑圆弧轨道。物块到达圆弧轨道最底端点后沿粗 的水平面继续运动，最终到达点停下来，已知重力加速度取，与水平面的夹角，，。求：
（1）物块到达点时的速度；
（2）物块到达点时，物块对轨道的厓力大小；
（3）物块与水平面间的动摩擦因数。
17.（11分）如图所示，一固定的楔形木块，其斜面的倾角，另一边与地面垂直，顶上有一定滑轮。一柔软的细线跨过定滑轮，两端分别与物块A和B连接，物块A的质量为，物块B的质量为，开始时将物块B按在地面上不动，然后放开手，让物块A沿斜面下滑而物块B上升。物块A与斜面间无摩擦。设当物块A沿斜面下滑距离后，细线突然断了，已知重力加速度为。求：
（1）细线断时，物块B的速度大小；
（2）细线断时，物块A重力的功率；
（3）物块B离地的最大高度。
18.（13分）如图甲所示，质量相同的小球A、C穿在足够长的光滑水平直杆上。用长为的细线拴着小物块B，B悬挂在下方并处于静止状态。时刻，小球获得沿杆向右的瞬时冲量，小球的速度时间图像如图乙所示。已知重力加速度取。
甲 乙
（1）求物块B的质量；
（2）若在小球运动的过程中，使小球获得沿杆向右的冲量，某时刻小球追上小球并与其发生碰撞，碰后两个小球一起运动，求之后物块上升的最大高度的范围。
张家口市2022-2023学年高一下学期期末考试
物理参考答案
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
答案 B B B C A D D A BD BD BC AC
1.B解析：A.图甲中，在拱形桥最高点对车受力分析，根据牛顿第二定律，有，代入数据可得，车将做平抛运动，A正确，不符合题意；B.图乙中，在固定圆锥筒（内壁光滑）内做匀速圆周运动的小球，受重力和弹力，它们的合力提供小球的向心力，B错误，符合题意；C.图丙中，仅在重力和轻绳拉力作用下，绕点在竖直面内做圆周运动的小球，在最高点有，整理可得，在最低点有，整理可得，根据能量关系可知，故，最容易拉断轻绳的位置一定是最低点，C正确，不符合题意；D.图丁中，火车以大于规定速度经过外轨高于内轨的弯道时，根据公式可知，重力与支持力的合力不足以提供向心力，故外轨对火车有侧压力，火车易脱轨做离心运动，D正确，不符合题意。
2.B解析：A.牛顿发现了万有引力定律，A错误；B.卡文迪什通过扭秤实验，在实验室里通过测量几个铅球之间的万有引力，得出了引力常量的数值，B正确；C.地球同步卫星没有脱离地球的束缚，则其发射速度大于第一宇宙速度，小于第二宇宙速度，即地球同步卫星的发射速度应介于与之间，C错误；D.开普勒发现了行星运动的三大规律，为人们解决行星运动学问题提供了依据，D错误。
3.B解析：列车从北京开到杭州所用时间为，则列车在动力上耗电约为，故选B。
4.C解析：设客机撞鸟时飞行速度方向为正方向，根据动量定理可知，解得，C正确，A、B、D错误。
5.A解析：伐木工人双眼紧盯着树梢，根据树梢的运动情形就能判断大树正在朝着哪个方向倒下，是因为树木倒下时，各点角速度相同，树梢的半径最大，根据知线速度最大，最容易判断，A正确，B、C、D错误。
6.D解析：AD.由牛顿第二定律有，解得，物体克服摩擦力做功为，由功能关系可知，机械能损失等于克服摩擦力做功即为，A错误，D正确；B.动能损失量为，B错误；C.物体在斜面上能够上升的最大高度为，所以重力势能增加了，C错误。
7.D解析：A.碰撞过程动量守恒，两物体动量的变化量应等大反向，A错误；B.因为碰撞的过程中动能不增加，若和分别为，，则，，根据，碰前的总动能为，碰后的总动能为，可知碰撞的过程中动能增加，B错误；C.根据动量定理知，两球碰撞的过程中，球的动量增加，球的动量减小，则，不满足，C错误；D.动量变化量分别为、，符合动量守恒，根据，碰后的总动能为，可见动能不增加，符合实际的规律，D正确。
8.A解析：两小球的角速度相等，因为，根据公式，可得，，两式联立可得，A正确，B、C、D错误
9.BD解析：A.设月球表面的重力加速度为，则有，解得，A错误；B.月球的第一宇宙速度为，则有，解得，B正确；CD.设月球同步卫星离月球表面的高度为，则有，，联立解得，，C错误，D正确。
10.BD解析：AB.根据动能定理，由于初动能为，总位移，代入公式可求得动摩擦因数，A错误，B正确；CD.由于初动能为，则，解得，在这段时间内的平均速度，因此运动的总时间，C错误，D正确。
11.BC解析：A.平衡车在内先做匀加速运动，当达到额定功率时做加速度减小的变加速运动，当加速度为零时速度最大，A错误；B.平衡车的额定输出功率为，B正确；C.平衡车匀加速阶段的牵引力，匀加速结束时的速度，则匀加速的时间为，则在末的功率为额定功率，C正确；D.假设平衡车一直匀加速到，则在内的位移为，因平衡车先做匀加速运动，后做加速度减小的变加速运动，可知在内的位移不等于，D错误。
12.AC解析：A.若圆弧槽不固定，小球和槽组成的系统水平方向动量守恒，但竖直方向上受力不平衡，动量不守恒，A正确；B.若圆弧槽不固定，对小球和槽组成的系统，在水平方向上根据动量守恒定律有，则，又因为，解得小球水平方向移动的位移，B错误；C.若圆弧槽不固定，对小球和槽组成的系统，根据机械能守恒定律和动量守恒定律有，，解得小球滑到点时的速度，若圆弧槽固定，对小球根据机械能守恒定律得，解得小球滑到点时的速度，所以圆弧槽固定和不固定情形下，小球滑到点时的速度之比为，C正确；D.若圆弧槽固定，小球滑到点时，解得，此时圆弧槽对地面的压力最大，为，D错误。
13.答案：（1）C（2分） （2）（2分）
（3）（2分）
解析：（1）因为小球做平抛运动，下落时间相等，故可用水平位移代替平抛的速度，则实验中，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小球做平抛运动的水平位移，来间接解决这个问题。（2）设落地时间为，则有，，，而动量守恒的表达式为，所以若两球相碰前后的动量守恒，则有。
（3）碰撞前，落在图中的点，设其水平初速度为，小球和发生碰撞后，的落点在图中点，设其水平初速度为，的落点是图中的点，设其水平初速度为。设斜面与水平面的倾角为，由平拁运动规律得，，解得，同理，，可见速度正比于，所以只要验证即可。
14.答案：（1）C（1分） （2）（2分） （2分）
（3）BD（2分） （4）9.67（2分）
解析：（1）A.为充分利用纸带，重锤下落的起始位置靠近打点计时器，A正确，不符合题意；B.为充分利用纸带，做实验时，先接通打点计时器的电源，再释放重锤，B正确，不符合题意；C.根据实验打出的纸带，应根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于这段时间的平均速度来求得某一点重锤的速度，我们的实验目的就是要验证，故不能利用公式计算重锤的速度，C错误，符合题意；D.用刻度尺测量某点到点的距离，利用公式计算重力势能的减少量，其中应取当地的重力加速度，D正确，不符合题意。
（2）从打下点到打下点的过程中，重锤重力势能的减少量；做匀变速直线运动的物体在某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，打点时的速度大小，动能的增加量。
（3）空气阻力、摩擦阻力在实验过程中做负功，故重力势能的减少量总是略大于动能的增加量，而这个实验结果是由设计方案决定的，这类误差属于系统误差，不能通过多次重复测量取平均值来减小，只能改变实验方案，减小空气阻力和摩擦阻力的影响来减小该误差，A、C错误，B、D正确。
（4）根据，可得，可知图线的斜率为，代入数据解得。
15.答案：（1） （2）
解析：（1）两卫星第一次相距最远时有
解得
（2）对嫦娥1号有
月球的质量
解得
16.答案：（1） （2） （3）0.5
解析：（1）物块恰好从端沿切线方向进入轨道，根据速度的分解可知
解得
（2）物块由运动到，根据动能定理有
在点处，根据牛顿第二定律有
解得
根据牛顿第三定律，物块经过圆弧轨道上点时对轨道的压力的大小为
（3）物块从运动到，根据功能关系有
解得
17.答案：（1） （2） （3）
解析：（1）A、B组成的系统机械能守恒，则有
解得
（2）由功率的表达式可得
解得
（3）细线断后物块B做竖直上抛运动，设继续上升的高度为，由机械能守恒定律可得
解得
物块B离地的最大高度
18.答案：（1） （2）
解析：（1）由乙图可知，小球的初速度
当物块再次运动到小球的正下方时，小球的速度
对小球，由动量定理
对小球与物块，根据动量守恒定律得
根据机械能守恒定律得
联立解得，，
（2）不论小球与何时相碰，当三者共速时，物块上升的高度最大
、、组成的系统动量守恒，由动量守恒定律得
对小球，由动量定理得
解得
若与相碰时，的速度为，、碰撞时机械能无损失，由能量守恒定律得
解得
若C与A相碰时，A的速度，、碰撞时机械能损失最大
对、碰撞，由动量守恒定律得
由能量守恒定律得
解得
故物块上升的最大高度的范围为