2023-2024学年湖南省长沙市长郡中学高一（下）开学物理试卷（含解析）

2023-2024学年湖南省长沙市长郡中学高一（下）开学物理试卷
一、单选题：本大题共6小题，共24分。
1.如图所示，鱼儿摆尾击水跃出水面，吞食荷花花瓣的过程中，下列说法正确的是( )
A. 鱼儿跃出水面后受力平衡
B. 鱼儿跃出水面后处于失重状态
C. 鱼儿摆尾击水时，鱼尾击水的力和水对鱼尾的作用力是一对平衡力
D. 研究鱼儿摆尾击水跃出水面的动作时可把鱼儿视为质点
2.如图所示，、两篮球从相同高度同时抛出后直接落入篮筐，落入篮筐时的速度方向相同，下列判断正确的是( )
A. 比先落入篮筐 B. 比先落入篮筐
C. 与同时落入篮筐 D. 无法确定与哪个先落入篮筐
3.流浪地球系列电影深受好评，观众分析流浪地球的发动机推动地球的原理：行星发动机通过逐步改变地球绕太阳运行的行星轨道，然后达到极限以后通过引力弹弓效应弹出地球，整个流浪时间长达几十年。通过停止自转，然后加大地球的反推力来逐步改变地球绕太阳公转轨道。具体过程如图所示，轨道为地球运行的近似圆轨道，轨道、为椭圆轨道，、为椭圆轨道长轴端点。以下说法正确的是( )
A. 地球在、、轨道的运行周期分别为、、，则
B. 地球在、、轨道运行时经过点的速度分别为、、，则
C. 地球在轨道上运行经过点的加速度大于在轨道上运行经过点的加速度
D. 地球在轨道点加速后进入轨道，在轨道点再加速后进入轨道
4.如图，一橡皮筋上端固定在点，自然伸直后另一端位于点正下方的点，在点固定一光滑铁钉，将橡皮筋跨过铁钉与位于粗糙地面上点的物块相连，由静止释放物块，物块沿水平地面向左运动并能经过点正下方。已知橡皮筋的弹力跟其形变量成正比，橡皮筋始终在弹性限度内，地面上各点动摩擦因数处处相同。则物块从点运动至点正下方的过程中，以下说法正确的是( )
A. 物块对地面的压力越来越大 B. 物块所受摩擦力不变
C. 物块一直做加速运动 D. 物块加速度越来越小
5.如图所示，、两小球穿在一根与水平方向成角的光滑固定杆上，并且通过一条跨过定滑轮的细绳相连，当两球静止时，段绳与杆的夹角也为，段绳沿竖直方向。已知球质量为，重力加速度为，不计所有摩擦，则下列说法正确的是( )
A. 可能受到个力的作用 B. 可能受到个力的作用
C. 绳子对的拉力大小等于 D. 的重力大小为
6.如图所示，质量为的小球套在粗糙直杆上，杆与水平面间始终保持角。初始时直杆静止，小球恰好静止在点，间距为。现使小球与直杆一起绕经过直杆下端的竖直轴以某一角速度匀速转动，小球仍处于点且与直杆之间的摩擦力恰好为零。已知重力加速度为，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，，。则( )
A. 小球与直杆之间的动摩擦因数为
B. 小球的角速度
C. 当杆以匀速转动，小球受到的弹力大小为
D. 当直杆以角速度转动时，小球受到的摩擦力方向沿杆向上
二、多选题：本大题共4小题，共20分。
7.下列关于直线运动的甲、乙、丙、丁四个图像的说法中，正确的是( )
A. 甲图中所描述的物体在内做匀变速直线运动
B. 乙图中所描述的物体在时段通过的位移为
C. 丙图中所描述的物体在时段速度的变化量为
D. 若丁图中所描述的物体正在做匀加速直线运动，则该物体的加速度为
8.“玉兔号”登月车在月球表面接触的第一步实现了中国人“奔月”的伟大梦想。机器人“玉兔号”在距月球表面高处绕月球做匀速圆周运动的周期为，已知月球半径为，月球自转周期为，引力常量为。则( )
A. 月球质量为
B. 月球同步卫星的轨道半径为
C. 月球表面重力加速度大小为
D. 月球第一宇宙速度为
9.小河宽为，河水中各点水流速度与各点到较近河岸的距离成正比，，，为各点到较近河岸的距离。小船渡河过程中船头垂直河岸，小船在静水中的速度为，则下列说法正确的是( )
A. 小船渡河的轨迹为直线
B. 小船渡河的轨迹为曲线
C. 小船垂直河岸方向前进的距离为时，小船的实际速度为
D. 小船垂直河岸方向前进的距离为时，小船的实际速度为
10.如图所示，传送带以的速度逆时针匀速转动，两侧的传送带长都是，且与水平方向的夹角均为。现有两个滑块、可视为质点从传送带顶端同时由静止滑下，已知滑块、的质量均为，与传送带间动摩擦因数均为，取重力加速度，，。下列说法正确的是( )
A. 滑块先做匀加速运动后做匀速运动
B. 滑块比早到达底端
C. 滑块在传送带上的划痕长度为
D. 滑块、到达传送带底端时的速度大小相等
三、实验题：本大题共2小题，共16分。
11.如图所示为改装的探究圆周运动中心向心加速度的实验装置。有机玻璃支架上固定一个直流电动机，电动机转轴上固定一个半径为的塑料圆盘，圆盘中心正下方用细线连接一个重锤，圆盘边缘连接一细绳，细绳另一端连接一个小球。实验操作如下：
利用天平测量小球的质量，记录当地的重力加速度的大小；
闭合电源开关，让小球做如图所示的匀速圆周运动。调节激光笔的高度和激光笔的位置，让激光笔恰好照射到小球的中心，用刻度尺测量小球运动的半径和球心到塑料圆盘的高度；
当小球第一次到达点时开始计时，记录小球次到达点的时间；
切断电源，整理器材。
请回答下列问题：
下列说法正确的是______
A.小球运动的周期
B.小球运动的线速度大小
C.小球运动的向心力大小为
D.若电动机的转速增加，激光笔、应分别左移、右移
若测出、、，，，取，则小球做圆周运动的周期______，记录当地重力加速度大小应为______计算结果保留位有效数字
12.某同学先用图所示装置测弹簧的劲度系数，再用该弹簧以图所示装置测物块与长木板间的动摩擦因数，重力加速度取。
测劲度系数的实验步骤：
将轻弹簧悬挂在铁架台的横杆上，将刻度尺竖直固定在轻弹簧旁将刻度尺的零刻度与轻弹簧的上端对齐；
在弹簧下端依次挂上不同质量的钩码，记录每次钩码的总质量及对应指针所指刻度值；
在坐标系上描点作图，作出的图像如图所示。
由图像可知，弹簧的原长______，弹簧的劲度系数______。
用图所示装置测动摩擦因数，长木板放在水平面上，物块放在长木板上，并用问中轻弹簧将物块与竖直墙面连接，弹簧保持水平，用水平力拉长木板向左运动，保持静止，测得这时弹簧的长度为，已知物块的质量为，则物块与长木板间的动摩擦因数______；实验中由于弹簧悬挂时的原长比平放时的自然长度长，因此实验测得的动摩擦因数比实际值偏______填“大”或“小”。
四、简答题：本大题共3小题，共40分。
13.如图所示，有一个重量为的小物体放在斜面上，斜面底边长，高，物体与斜面之间的动摩擦因数为，物体在一沿斜面向上的力的作用下刚好不向上滑动最大静摩擦力等于滑动摩擦力。求：
力的大小；
现保持力大小不变将力顺时针转动至水平向右，求此时物体对斜面的摩擦力。
14.如图所示，在距地面的高空处以水平初速度投掷飞镖，在与点水平距离为的水平地面上的点有一个气球，选择适当时机让气球以速度沿竖直方向匀速上升，在升空过程中被飞镖击中。飞镖在飞行过程中受到的空气阻力不计，在计算过程中可将飞镖和气球视为质点，已知重力加速度为。求：
飞镖击中气球时，飞镖的速度大小；
是先掷飞镖还是先释放气球？两个动作之间的时间间隔应为多少？
15.如图所示，木板在水平面上向右运动，当木板的速度为时，将小物块轻放在的右端，已知小物块和木板的质量均为，小物块可视为质点，且始终没有离开，、间的动摩擦因数，木板与地面间的动摩擦因数，重力加速度取，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，求：
小物块刚放上木板瞬间，和的加速度分别是多大？
小物块运动的时间；
木板的最小长度。
答案和解析
1.【答案】
【解析】解：鱼儿跃出水面后只受重力作用，加速度向下，受力不平衡，处于失重状态，故A错误，B正确；
C.鱼尾击水的力和水对鱼尾的作用力是两个物体间的相互作用力，一对作用力与反作用力，故C错误；
D.物体的形状和大小对于我们所研究的问题可忽略不计时，可把物体看作质点，所以研究鱼儿摆尾击水跃出水面的动作不可以把鱼儿视为质点，否则就无动作可言，故D错误。
故选：。
对鱼儿进行受力分析，跃出水面后只受重力作用，处于失重状态；一对作用力与反作用力为两个物体间的相互作用力；能否看作质点的条件为物体的形状和大小对于我们所研究的问题可忽略不计。
本题主要考查了失重状态和相互作用力以及物体能否视为质点的条件，此题比较简单，较基础。
2.【答案】
【解析】解：若研究两个过程的逆过程，可看作是从篮筐处沿同方向斜向上的斜抛运动；
设逆向斜抛的初速度为，与水平方向的夹角为，运动时间为；
根据斜抛运动规律，抛出点与落点的高度差
水平位移
化简得
由于两个过程的高度差相同，抛出角相同，球的水平位移大，因此球抛出时的初速度大，即；
球的上升时间
综上分析，故A正确，BCD错误。
故选：。
研究两个过程的逆过程，可看作是从篮筐处沿同方向斜向上的斜抛运动；根据斜抛运动的规律求解作答。
本题主要考查了斜抛运动的相关应用，理解斜抛运动在不同方向上的运动特点，结合运动的对称性完成解答。
3.【答案】
【解析】解：、地球在、、运行轨道的半长轴依次增大，根据开普勒第三定律，半长轴越大，周期越大，可知地球在、、轨道的运行周期关系为：，故A错误。
、地球从轨道上的点进入轨道，做离心运动，需点火加速，可知；同理，地球从轨道上的点进入轨道，做离心运动，也需点火加速，可知，则有，故B错误，D正确；
C、地球在轨道上运行经过点和在轨道上运行经过点所受的万有引力相等，则加速度相等，故C错误。
故选：。
根据开普勒第三定律分析周期关系。根据变轨的原理比较地球在、、轨道的运行经过点的速度大小。分析万有引力关系判断加速度关系。
解决本题的关键要理解并掌握变轨的原理，当太阳对地球的万有引力大于地球所需要的向心力时，地球将做离心运动。
4.【答案】
【解析】解：、设与物块相连的这段橡皮筋与水平方向的夹角为，橡皮筋在正下方时伸长量为，为物块在任意位置的伸长量。
分别对物块受力分析如图所示，由题意可得

在正下方处，根据平衡条件得

物块在任意位置，在竖直方向上根据平衡条件得
联立解得：
由牛顿第三定律得知物块对地面的压力不变，由可知物块从点运动至点正下方的过程中，摩擦力不变，故A错误、B正确；
、由牛顿第二定律得：，弹力变小，增大，减小，则减小，不变，开始阶段，，则物块先向左加速，且加速度减小；当时，物块开始向左减速，且加速度反向增大，故CD错误。
故选：。
物块在任意位置，在竖直方向上受力平衡，根据平衡条件以及胡克定律分析地面对物块支持力的变化情况，从而得到物块对地面的压力变化情况，再分析物块所受摩擦力变化情况，根据牛顿第二定律分析加速度的变化，从而判断其运动情况。
解答本题的关键要挖掘题目中两个隐含的条件，找到两次橡皮筋伸长量关系，橡皮筋的伸长量与弹力的关系是遵循胡克定律，运用力的合成与分解，建立两次平衡方程的联系。
5.【答案】
【解析】解：对进行受力分析，因为段绳沿竖直方向，故只受竖直向下的重力和竖直向上的绳子的拉力，有，故B错误；
A.细绳对的拉力为，对进行受力分析，如图所示，可知受个力，故A错误；
对球进行受力分析，其受力示意图如下
沿杆方向，对由平衡条件有
解得
则的重力大小为，
绳子对的拉力大小为，
故C错误，D正确。
故选：。
先对进行受力分析，再对进行受力分析判断；
画出的受力图，在沿杆的方向利用平衡条件写出方程，由导出的表达式分析质量和拉力大小。
考查物体的受力分析和物体的平衡问题，会根据题意列式并进行准确的判断。
6.【答案】
【解析】解：、小球静止时，由平衡条件可得：，解得：，故A错误；
B、小球在点转动时，由牛顿第二定律可得：，解得：，故B正确；
C、小球转动时，对小球受力分析有，故C错误；
D、当小球的角速度时，重力和支持力的合力不足以提供向心力，摩擦力方向沿杆向下，故D错误。
故选：。
由平衡条件可求动摩擦因数；由牛顿第二定律结合向心力公式可求角速度的大小；由平衡条件可求小球受到的弹力的大小；当角速度转动时，小球相对于杆向上运动，则受到的摩擦力方向沿杆向下。
本题考查共点力平衡条件和水平面内的匀速圆周运动。解决问题的关键是对小球正确的受力分析，利用平衡条件和圆周运动的知识分析求解。
7.【答案】
【解析】解：、甲图中，根据图像的斜率表示加速度，由图像可知，内物体的加速度恒定，做匀变速直线运动，故A正确；
B、乙图中所描述的物体在时段通过的位移为，故B错误；
C、根据图像与横轴围成的面积表示速度的变化量，可知丙图中所描述的物体在时段速度的变化量为：，故C正确；
D、若丁图中所描述的物体正在做匀加速直线运动，根据得
则图像的斜率
由图可知：，解得加速度为：，故D错误。
故选：。
甲图中，根据图像的斜率表示加速度，分析物体的加速度是否恒定，来判断物体的运动性质。乙图中，末位置坐标减去初位置坐标等于位移。丙图中，图像与时间围成的面积表示速度的变化量。丁图中，根据变形得到与的关系式，可求物体的加速度。
本题属于匀变速运动图像的非常规考法。对于物理图像，通常可根据物理规律得到解析式，再分析图像的斜率、截距、面积等代表的物理意义，运用数形结合来理解。
8.【答案】
【解析】解：在月球表面，根据黄金代换可得：
对“玉兔号”由万有引力提供向心力，可得：
又
解得月球表面的重力加速度大小为：
月球的质量为：
故A错误；C正确；
B.依题意，对月球的同步卫星有
解得该同步卫星的轨道半径为：
故B错误。
D.月球的第一宇宙速度可表示为
故D正确。
故选：。
根据万有引力提供向心力和黄金代换联立求解月球表面重力加速度和月球质量，由不同轨道上卫星物理量的关系推导月球同步卫星的轨道半径，根据第一宇宙速度的定义推导月球第一宇宙速度。
本题考查不同轨道上人造卫星的物理量的关系，还涉及星球表面重力加速度和第一宇宙速度的推导。是一道小型综合题目。
9.【答案】
【解析】解：、小船在沿河岸方向的速度随时间先均匀增大后均匀减小，因此水流方向存在加速度，其方向先沿着水流方向，后逆着水流方向，则小船渡河时的轨迹为曲线，故A错误，B正确；
C、由运动的合成可知：小船垂直河岸方向前进的距离为时的速度为，故C正确；
D、为各点到近岸的距离，当小船垂直河岸方向前进的距离为时，应为，此时，故D错误。
故选：。
将小船的运动分解为垂直于河岸方向和沿河岸方向，在垂直于河岸方向上，速度不变，位移随时间均匀增大，则水流速度随时间先均匀增大后均匀减小，从而确定运动的轨迹；根据运动的合成，可求出小船渡河的速度。
本题关键是当船头与河岸垂直时，渡河时间最短，同时合速度与分速度遵循平行四边形定则，同时注意公式中的的含义。
10.【答案】
【解析】解：设传送带的速度为，传送带为长，、与传送带间动摩擦因数均为。
、两滑块从静止开始沿传送带下滑，开始阶段传送带对的滑动摩擦力沿斜面向下，根据牛顿第二定律，对物体有：
，解得：
先做匀加速直线运动，加速到传送带的速度时位移大小为：
，可知可以达到与传送带共速。
共速前运动时间为：
共速后，由于，故A不能和传送带保持相对静止，所受滑动摩擦力反向。同理可得之后的加速度大小为：
，解得：
共速后加速到传送带底端的过程有：，解得：
则到达底端共用时：
传送带对的滑动摩擦力沿斜面向上，物块一直以加速度加速至传送带底端，则有：，解得
两者运动的时间差为：，滑块比早到达底端，故A错误，B正确；
C、与传送带共速之前的相对位移大小为：方向沿传送带向上
共速之后与传送带相对位移大小为：，解得：方向沿传送带向下
共速后的划痕会覆盖之前的划痕，因，故滑块在传送带上的划痕长度等于，故C正确；
D、到达底端时的速度大小为：
到达底端时的速度大小为：，滑块、到达传送带底端时的速度大小不相等，故D错误。
故选：。
两滑块从静止开始沿传送带下滑，开始阶段传送带对的滑动摩擦力沿斜面向下，传送带对的滑动摩擦力沿斜面向上，根据牛顿第二定律与运动学公式解答，要判断与传送带是否能够共速，以及共速后能否和传送带保持相对静止。根据牛顿第二定律与运动学公式求解与传送带共速之前与之后的相对位移大小，注意共速后的划痕会覆盖之前的划痕；应用运动学公式求解与到达底端时的速度大小。
本题考查了牛顿第二定律应用的传送带模型，相对位移与划痕的计算问题。注意摩擦力方向的判断，根据牛顿第二定律，结合运动学公式处理传送带模型涉及的问题。对于传送带模型的分析判断要抓住两个方面：一、相对静止与相对运动的判断；二、是否存在共速的判断。
11.【答案】
【解析】解：、从球第次到第次通过位置，转动圈数为，时间为，故周期为：，故A错误；
B、小球的线速度大小为：，故B正确；
C、小球受重力和拉力，合力提供向心力，设线与竖直方向的夹角为，则：
故F，故C错误；
D、若电动机的转速增加，则转动半径增加，故激光笔、应分别左移、上移，故D错误；
故选：
小球做圆周运动的周期；
向心力：
解得：；
故答案为：；，。
小球做匀速圆周运动，根据线速度的定义求解线速度大小，根据向心力公式求解向心力大小；
结合几何关系求解细线与竖直方向的夹角；小球受重力和拉力，合力提供向心力，根据牛顿第二定律列式后联立求解。
本题考查研究圆锥摆的实验，主要是明确向心力来源，根据牛顿第二定律列式分析，注意题中细线与竖直方向夹角的求解，不太难。
12.【答案】；；；小。
【解析】解：由图像可知，弹簧的原长即为图线的横轴截距．
由公式

弹簧的劲度系数为图线的斜率，
．
分析物体的受力，可知
解得
实验中由于弹簧悬挂时的原长比平放时的自然长度长，由此弹簧平放计算出来的形变量偏小，直接导致实验测得的动摩擦因数比实际值偏小。
故答案为：，；，小
由图读出弹簧的原长；由 计算劲度系数；
根据平衡条件解得动摩擦因数，实验中由于弹簧悬挂时的原长比平放时的自然长度长，由此弹簧平放计算出来的形变量偏小。
本题考查了探究弹簧伸长量与所受拉力的关系实验，关键是弄清实验原理，能够根据图像求解弹簧原长和劲度系数。
13.【答案】解：已知，，当力沿斜面向上，物体恰好不向上滑动时，对物体受力分析如图所示
在沿斜面的方向上，根据平衡条件有
由几何关系得
，故，，
解得
力顺时针转动至水平向右时，物体受力如图所示
沿斜面方向，假设物体受到的静摩擦力沿斜面向上，根据平衡条件得
代入数据解得
“”表示摩擦力的方向与假设方向相反，即摩擦力方向实际是沿斜面向下的，据牛顿第三定律可得，物体对斜面的摩擦力，其方向沿斜面向上。
答：力的大小为；
物体对斜面的摩擦力大小为，方向沿斜面向上。
【解析】根据三角形的各边长度计算斜面的倾斜角的正弦值和余弦值，结合物体沿斜面的平衡条件列方程求解；
重新对改变后的物体画出受力图，假设摩擦力的方向，再根据平衡条件和牛顿第三定律列式解答。
考查物体的受力分析和平衡条件的应用问题，会根据题意列式求解相关的物理量。
14.【答案】解：飞镖被投掷后做平抛运动，从掷出飞镖到击中气球，经过时间
此时飞镖在竖直方向上的分速度
故此时飞镖的速度大小
飞镖从掷出到击中气球过程中，下降的高度
气球从被释放到被击中过程中上升的高度
气球的上升时间
，所以应先释放气球；
释放气球与掷飞镖两个动作之间的时间间隔
答：飞镖击中气球时，飞镖的速度大小为；
先释放气球，两个动作之间的时间间隔应为。
【解析】平抛运动在水平方向上做匀速直线运动，在竖直方向上做自由落体运动，根据水平方向上的位移求出击中的时间，从而求出飞镖竖直方向上的分速度，结合平行四边形定则求出飞镖的速度；
抓住竖直方向上的位移之和等于求出掷飞镖和放气球两个动作之间的时间间隔。
解决本题的关键知道平抛运动在水平方向和竖直方向上的运动规律，结合竖直方向和水平方向位移的关系进行求解。
15.【答案】解：设小物块刚放上木板时，、加速度大小分别为、，根据牛顿第二定律得：
对有：
解得：
对有：
解得：
设与共速时速度大小为，从开始到共速所用时间为，则有：
解得：，
假设、共速后能相对静止一起运动，且加速度大小为，、间摩擦力为，则有：
解得：，
A、间的最大静摩擦力：，故假设成立。
共速后、一起运动时间为，则有：
解得：
则小物块运动时间为：
设共速时的位移大小为，的位移大小为，则有：
木板最小长度为：
联立解得：
答：小物块刚放上木板瞬间，和的加速度大小分别是，；
小物块运动的时间为；
木板的最小长度为。
【解析】判断滑动摩擦力的方向，根据牛顿第二定律求解；
应用运动学公式求解与共速时速度大小和从开始到共速所用时间。用假设法判断、共速后是否能相对静止一起运动，依据判断结果应用运动学公式求解后续的运动时间；
应用运动学公式求解与的最大的相对位移大小，此位移大小即为所求。
本题为经典的牛顿第二定律应用的板块模型，解答时注意滑动摩擦力的方向的判断，可用图像辅助分析。对于板块模型的分析判断要抓住两个方面：一、相对静止与相对运动的判断；二、是否存在共速的判断。
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