安徽省示范高中培优联盟2023-2024学年高一下学期春季联赛物理试卷 （含解析）

2023-2024学年安徽省示范高中培优联盟高一（下）春季联赛物理试卷（5月）
一、单选题：本大题共8小题，共32分。
1.在2023年12月12日公布的世界乒乓球联合会的世界排名中，中国队球员樊振东、王楚钦、马龙和梁靖崑强势占据前四位。大家都知道比赛中被击飞的乒乓球在空中做曲线运动且空气阻力不可忽略，那么关于该运动下列说法中正确的是( )
A. 乒乓球的速度有可能是不变的 B. 乒乓球的加速度有可能是不变的
C. 乒乓球的位移有可能不随时间变化 D. 乒乓球所受的合力必然会发生变化
2.合肥八中高一级部为了加强同学们的体育锻炼和团队合作，近期举行了师生篮球系列对抗赛。根据我们所学的物理知识可知( )
A. 某同学在跳球时屈腿起跳瞬间脚尚未离开地面，该同学所受合力为零
B. 学生接到队友大力传球时，手对球的弹力是由篮球发生形变产生的
C. 某位老师依靠强壮的身体背打学生进攻时，老师对学生的力大于学生对老师的力
D. 学生接球后跳投美如画，其在持球上升到最高点时处于失重状态
3.如图甲所示，订书机是一种常见的文具，其底座前端有弧形凹槽。压下订书钉使其穿过纸张后进入弧形凹槽，订书钉在凹槽的作用下向内弯曲后，即可完成装订。如图乙所示，当订书钉末端被压到弧形凹槽上的A点时，凹槽在A点对订书钉末端的( )
A. 弹力方向水平向右 B. 弹力方向竖直向上
C. 摩擦力方向沿凹槽A点的切线斜向下 D. 摩擦力方向沿凹槽A点的切线斜向上
4.如图所示，在杭州亚运会田径项目赛场上，机器狗承担了拾捡和运输器材的任务。某次运输过程中，当机器狗检测到前方有一位站立不动的工作人员，为了避免相撞，机器狗立即做匀减速直线运动直至停止，已知其减速后第1s内的位移是最后1s内位移的5倍，且这两段位移的差值为，则机器狗开始减速后( )
A. 运动的总时间为3s B. 加速度大小为
C. 总位移大小为 D. 初速度大小为
5.甲、乙两个正方体实心小物块是由同种材料制成的，甲的棱长是乙的2倍，现从同一高度处足够高同时由静止释放两物块。已知下落过程中两物块各有两个面始终水平，所受空气阻力为常数，S为迎风面积，v为速度，则甲、乙在下落过程中的最大速度之比为( )
A. B. C. D.
6.已知地球静止轨道卫星做匀速圆周运动的半径为r，周期为T。请同学们设想一下：若在距离地心为处建立一个质量为m的相对地球静止的太空城太空城的大小相对地球可忽略不计，在不考虑其他天体影响的情况下，该太空城的位置维持装置需要对其施加的力应满足( )
A. 方向指向地球球心 B. 方向与其线速度方向夹角为钝角
C. 大小应为 D. 大小应为
7.如图所示，在平直的公路上，一辆向左运动的货车装载着完全相同的圆柱形空油桶。底层油桶平整排列在车厢底部，相互紧贴并固定，上层仅有一只摆放在A、B之间的C桶未固定。若货车遇险紧急刹车，A、B、C始终保持相对静止，油桶的质量均为m，重力加速度为g，不计油桶间摩擦。则A、C之间弹力大小可能为( )
A. mg B. C. D. 2mg
8.如图是一个半球形的碗，现有一小物块从碗口A点沿圆弧恰能以大小不变的速度滑到碗底中心B点。则在该过程中( )
A. 小物块所受合力始终不变 B. 碗对小物块的作用力不断增大
C. 小物块受到的弹力不断减小 D. 小物块受到的摩擦力不断增大
二、多选题：本大题共2小题，共8分。
9.2023年10月26日，中国载人航天再创历史，神舟十七号与神舟十六号成功“会师”。假如神舟十七号发射的过程可简化为如图所示的过程，先将其发射至近地圆轨道，再通过转移轨道进入运行圆轨道。下列说法正确的是( )
A. 神舟十七号在转移轨道上从A点到B点的过程中需要不断喷气减速
B. 神舟十七号在转移轨道上经过B点的速度大于在近地轨道上的运行速度
C. 神舟十七号在运行轨道上运动的周期大于在转移轨道上运动的周期
D. 神舟十七号在转移轨道上经过B点时加速度与在运行轨道上经过B点的加速度相同
10.如图，BD为斜面顶端的水平边沿，某同学将水弹枪瞄准D点正上方的某点即初速度沿AC方向进行打靶训练，若水弹从斜面最低点A处以一定初速度射出，经过一段时间后恰好水平击中D点。已知斜面的倾角为，重力加速度为，AB长度，BD长度，不计空气阻力。则下列说法中正确的有( )
A. 水弹从射出到击中D点经历的时间为 B. 点C距离D点的高度为3m
C. 水弹击中D点时的速度大小为 D. 水弹射出时的初速度大小为
三、实验题：本大题共2小题，共16分。
11.某同学设计了如下实验探究物体加速度与所受合力的关系。
如图甲所示，在水平放置的带滑轮的长木板上静置一个带有砝码的木滑块木滑块与长木板间动摩擦因数为，最初木滑块与砝码总质量为M，木滑块的左端通过细绳连接一小托盘质量不计，木滑块右端连接纸带。具体方案如下：
将木滑块中放置的砝码取出一个并轻放在小托盘上，接通打点计时器电源，释放小车，小车开始加速运动，打点计时器在纸带上打下一系列的点，通过纸带计算木滑块的加速度
继续将木滑块中放置的砝码取出并放在小托盘中，再通过纸带计算木滑块的加速度
重复以上操作，记录下每次托盘中砝码的重力mg，通过纸带计算每次木滑块的加速度a。
根据以上步骤，回答下列问题：
①若其中一次实验中得到的一条纸带如图乙所示，已知打点计时器工作频率为50Hz，纸带上相邻两计数点间还有四个点未画出，由此可计算得出__________保留三位有效数字。
②如果该同学准备用图像法处理数据，以mg为横轴，以加速度a为纵轴，画出图像，下列图像可能正确的是__________填字母。
③若②中图像直线部分斜率为k，则k的表达式为__________用题中所给字母填空。
12.利用实验室的斜面小槽等器材研究平抛运动。每次都使钢球在斜槽上同一位置滚下，要想得到钢球在空中做平抛运动的轨迹就得设法用铅笔描出小球经过的位置每次使用铅笔记下小球球心在木板上的水平投影点。通过多次实验，把在竖直白纸上记录的钢球的多个位置用平滑曲线连起来就得到了钢球做平抛运动的轨迹。
实验过程中，要建立直角坐标系，在下图中，建系坐标原点选择正确的是__________填字母。
研究平抛运动，下面做法可以减小实验误差的是__________填字母。
A.尽量减小钢球与斜槽间的摩擦
B.使用密度小、体积大的钢球
C.调整斜槽使小球可在斜槽末端保持静止
D.观察小球下落时，应通过俯视记录小球经过的位置
若某同学只记录了小球运动途中的A、B、C三点的位置，如图，取A点为坐标原点，各点的位置坐标如图所示，则可推算出：
①横坐标为30cm的点的纵坐标理论上应为__________
②小球经过B点位置时的速度__________结果保留根号。
③小球从抛出点运动到A点的时间应为__________结果保留两位有效数字。
四、计算题：本大题共3小题，共44分。
13.某网红主播举办抓金砖挑战赛，如图为一块质量的棱台形金砖，挑战者须戴上主办方提供的手套，单手抓住金砖的a、b两侧面向上提，保持金砖c面水平朝上，而且手指不能抠底，在空中保持10s，就算挑战成功，可直接带走金砖。已知金砖a、b两侧面与金砖底面的夹角均为，挑战者施加给金砖的单侧压力为F，假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取重力加速度。计算时取，，试解决下列问题：
若手与金砖侧面间动摩擦因数，现要徒手抓起金砖，则F至少需要多大
若要求所有戴上特供手套的挑战者绝无挑战成功的可能性，则手套与金砖侧面的动摩擦因数需满足什么条件
14.某校高一物理兴趣小组正在进行无人机飞行表演。如图所示，质量的无人机用长为的轻绳吊起质量也为的物块，此时无人机绕着O点在水平面内做半径匀速圆周运动，若轻绳偏离竖直方向的夹角始终为，重力加速度g取，，不计空气阻力，试求出：
轻绳的拉力大小;
无人机做匀速圆周运动的角速度;
无人机受到的空气的作用力大小。
15.质量的长木板紧贴着竖直挡板放在足够大的水平桌面上，在平行于挡板的水平拉力作用下向右以的速度做匀速直线运动。现让一质量的物块可视为质点在时刻以垂直于挡板的速度从长木板的右侧边缘处冲上木板如图所示，同时立即将水平拉力大小调整为F使长木板在之后的一小段时间内继续以做匀速直线运动。已知调整后的水平拉力F在之后始终保持不变，若所有接触面之间的动摩擦因数均为，物块始终未脱离长木板且没有与竖直挡板发生碰撞，重力加速度。试求：
物块刚滑上长木板瞬间的加速度大小;
调整后的水平拉力F的大小;
时物块的速度大小。
答案和解析
1.【答案】D
【解析】【分析】
本题考查曲线运动的特点。解决问题的关键是清楚乒乓球在空中做曲线运动且空气阻力不可忽略，结合乒乓球的受力特点和曲线运动的特点分析判断。
【解答】
由于乒乓球运动过程中空气阻力始终在变化，故合力必然在变化，根据牛顿第二定律，加速度也在变化，则速度在变，由于乒乓球在空中做曲线运动，故乒乓球的位移时刻在变，故D正确，ABC错误。
2.【答案】D
【解析】【分析】
本题以师生篮球系列对抗赛考查弹力、超重和失重以及作用力与反作用力的应用，掌握手对篮球的弹力形变的物体，理解老师对学生的力和学生对老师的力是一对作用力与反作用力，用超重和失重分析学生在上升过程．
【解答】A.起跳时加速先向上后向下，合力不为零，故 A错误;
B.手对篮球的弹力是因为手发生形变而产生的，故 B错误;
C.老师对学生的力和学生对老师的力是一对作用力与反作用力，故C错误;
D.学生在上升过程中加速度向下，处于失重状态，故D正确。
3.【答案】D
【解析】【分析】
本题考查了弹力和摩擦力的方向的判断，解决本题的关键是理解弹力的产生以及静摩擦力的判断。
【解答】接触面的弹力方向垂直于接触面指向受力物体，故 A 点的弹力方向垂直于过A点的切线指向订书钉，故 AB 错误；摩擦力的方向于相对运动趋势方向相反，故 A 点对订书钉的摩擦力方向沿凹槽A 点的切线斜向上，故D 正确，C 错误。故选 D。
4.【答案】A
【解析】【分析】
本题采用逆向思维分析匀减速直线运动，比较简便，也可以画出图象帮助分析机器狗的运动情况，采用运动学公式研究。
机器狗做匀减速直线运动，其逆过程是初速度为零的匀加速直线运动，采用逆向思维分析。
【解答】根据运动的逆过程：，因为，所以，故 A正确;
B.由可得：，故 B错误;
C.总位移大小为，故C错误;
D.初速度大小为，故 D错误。
故选A。
5.【答案】B
【解析】【分析】
本题关键是知道实心小物块做匀速运动，可得阻力等于重力，还知道，以及正方体的体积公式，根据等式可求甲、乙在下落过程中的最大速度之比。
【解答】
当物块达到最大速度时，合力为0，有：
解得：，
因此可得甲、乙在下落过程中的最大速度之比为
故选B。
6.【答案】C
【解析】【分析】
对于地球静止轨道卫星，万有引力提供向心力，据此列式；对于太空城合力提供向心力，据此列式；两式联立即可得解。
【解答】
按照题意，同步卫星和太空城都在做匀速圆周运动，合力提供向心力，所以施加力 F应沿径向。
设地球质量为M，同步卫星质量为，则有：
①
②
联立①②可得：，方向背离地球球心，故选： C。
7.【答案】A
【解析】【分析】
小球C与货车具有共同的运动状态，根据不同情况下货车的运动情况，结合牛顿第二定律分析合力的方向，对C进行受力分析，根据牛顿第二定律或者平衡条件进行分析。
【解答】当货车向左减速时的加速度为时，根据牛顿第二定律可知，此时C对B恰好无支持力的作用，只有A对C有支持力的作用，且满足，故A正确。
8.【答案】B
【解析】【分析】对于做匀速圆周运动的物体，合力等于向心力，对于速率变化的圆周运动，合力可以分解为切向力以及向心力。小物块做匀速圆周运动，合力大小保持不变，方向时刻指向圆心，做好小物块的受力分析，明确向心力来源是解题关键。
【解答】
A、小物块受到的合外力提供向心力，大小不变，但是方向不断改变，A错误;
B、小物块受到重力和碗对物块的作用力，这两个力的合力为小物块提供向心力，小物块从A运动到B过程，由于向心力的方向与重力方向的夹角减小，故碗对物块的作用力不断增大， B正确；
C、小物块受到的弹力大小等于重力沿半径向分力，是不断增大的，C错误；
D、小物块受到的摩擦力大小等于重力沿圆弧切向分力，是不断减小的，D错误;
故选B。
9.【答案】CD
【解析】【详解】从A点到B点减速是因为万有引力作用，而不是因为喷气减速，A错误：
B.卫星在转移轨道上从B点速度小于运行轨道速度，而运行轨道速度又小于近地轨道速度， B错误。
C.由于运行轨道的半径大于转移轨道半长轴，根据开普勒第三定律可知，卫星在运行轨道上运动时的周期
大于转移轨道上运行的周期，C正确：
D.根据牛顿第二定律可得
求得
由于都相同，可知卫星B点时加速度与轨迹无关，D正确：故选CD。
本题考查卫星的运行规律、变轨问题和开普勒第三定律的应用。
根据神舟十七号只受万有引力比较加速度大小；根据开普勒第三定律比较周期大小，神舟十七号稳定运行时机械能守恒即可分析在转移轨道经过AB点的速率关系。
10.【答案】BC
【解析】【分析】
本题利用逆向思维法，考查平抛的知识，从A到D为斜抛，但逆向从D为平抛，由题目条件，利用几何知识，结合平抛的基本规律求解
【解答】
【详解】如图，由题意
由几何知识可得
根据勾股定理
逆向思维，从 D到A可看作平抛，由平抛运动规律有：，可得：
水平方向
解得，故AD错误，C正确;
B.根据平抛推论AC连线应过水平位移中点，由三角形全等知识易得：
，故B正确;故选BC。
11.【答案】①
②
③
【解析】【分析】
利用逐差法求加速度；由牛顿第二定律推导表达式判断图像，和k的表达式。
【解答】
①利用逐差法可得
②③根据牛顿第二定律以及牛顿第三定律可得
二者的拉力为相互作用力等大反向
联立上式可得
整理可得
，故选A
斜率为
12.【答案】；；，，
【解析】【分析】
本题考查研究平抛运动的实验。解决本题的关键是知道实验的原理和注意事项，知道平抛运动在水平方向和竖直方向上的运动规律，结合运动学公式分析判断。
【解答】
【详解】建立坐标系时，应将小球在斜槽末端时，球心在竖直面上的投影为坐标原点。
故选D。
该实验要求小球每次抛出的初速度要相同而且水平，因此要求小球从同一位置静止释放，至于钢球与斜槽间的摩擦没有影响，故A错误；
B.使用密度大、体积小的钢球可以减小做平抛运动时的空气阻力，故B错误；
C.调整斜槽使小球可在斜槽末端保持静止，故C正确；
D.观察小球下落时，应通过平视记录小球经过的位置，故D错误。
小球做平抛运动，在竖直方向上做自由落体运动，由可得：，
平抛运动的初速度：；
B点竖直方向上的分速度：，，
小球运动到B点的时间：，故从抛出点到A点时间为。
13.【答案】解对金块受力分析，如图所示，正交分解得
解得
代入数据可得：
由问得，要使F不存在，则：即
【解析】本题考查了平衡状态。对金砖受力分析，根据平衡条件和数学知识解答。
对金块受力分析，根据正交分解得要徒手抓起金砖至少需要的力；
由问的表达式可得手套与金砖侧面的动摩擦因数需满足的条件。
14.【答案】包裹受力分析图如图
由图可知
代入得：
根据包裹的受力分析可知：
解得：
设空气对无人机的作用力为F，与水平方向夹角为，对无人机受力分析如下：
水平方向：
竖直方向：
两式联立可得：
【解析】对包裹受力分析求解轻绳的拉力；根据向心力公式求解无人机做匀速圆周运动的角速度;对无人机受力分析求解无人机受到的空气的作用力大小。
15.【答案】解：对物块受力分析可知，在刚滑上长木板时，根据牛顿第二定律有：
解得：
物块所受的滑动摩擦力与相对速度方向相反，其在平行和垂直挡板方向的分力分别为：
平行于竖直挡板方向：
垂直于竖直挡板方向：
可求出物块在两个方向的加速度分别为：
所以物块在两个方向上速度随时间变化的关系分别为：
因为始终不变，所以在与长木板共速前，物块所受摩擦力为恒力
由此可知，长木板与竖直挡板间的滑动摩擦力
对长木板受力分析，由共点力平衡得：
调整后的水平拉力：
代入得：
设物块与长木板在时刻共速，由中数据可知：
共速后，对物块和长木板整体受力分析，根据牛顿第二定律有：
代入得：
故在时，物块的速度大小为：
代入得：

【解析】本题难度较高，综合性很强，考查学生对牛顿第二定律、运动学公式、运动规律分析等规律的掌握，难度偏难。