黑龙江省佳木斯市汤原县2023-2024学年高一下学期期末考试物理试卷（含解析）

汤原县2023-2024学年高一下学期期末考试物理试卷
一、单选题（每小题3分，共21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．关于天体运动的规律，下列说法正确的是( )
A.第谷在万有引力定律的基础上，导出了行星运动的规律
B.开普勒在天文观测数据的基础上，总结出行星运动的三个规律
C.牛顿通过“月一地检验”验证万有引力定律是在已知引力常量数值的基础上进行的
D.火星绕太阳运行一周的时间比地球的短
2．如图所示，摆球质量为m，悬线的长为L，把悬线拉到水平位置后放手。设在摆球从A点运动到B点的过程中空气阻力f的大小不变，则下列说法正确的是( )
A.重力做功为
B.悬线拉力做负功
C.空气阻力做功为
D.空气阻力f做功为
3．“刀削面”是我国传统面食制作手法之一。操作手法是一手托面，一手拿刀，将面削到开水锅里，如图甲所示。某次削面的过程可简化为图乙，面片（可视为质点）以初速度水平飞出，正好沿锅边缘的切线方向掉入锅中，锅的截面可视为圆心在O点的圆弧，锅边缘与圆心的连线与竖直方向的夹角为45°，不计空气阻力，取重力加速度大小，下列说法正确的是( )
A.面片在空中运动的水平位移为
B.面片运动到锅边缘时的速度大小为
C.若面片落入锅中后可沿锅内表面匀速下滑，则面片处于超重状态
D.若面片落入锅中后可沿锅内表面匀速下滑，则所受摩擦力大小保持不变
4．如图所示，质量为m的小球，从A点由静止下落到地面上的B点，若以桌面为参考平面，忽略空气阻力。下列说法正确的是( )
A.小球在A点的重力势能为
B.小球在B点的重力势能为
C.小球在落地前瞬间的机械能为
D.小球在落地前瞬间的机械能为
5．由三颗星体构成的系统，忽略其他星体对它们的作用，存在着一种运动形式：三颗星体在相互之间的万有引力作用下，分别位于等边三角形的三个顶点上，绕某一共同的圆心O在三角形所在的平面内做相同角速度的圆周运动（图为A、B、C三颗星体质量不相同时的一般情况）.若A星体质量为两星体的质量均为m，三角形的边长为a，引力常量为G，则下列说法正确的是( )
A.A星体所受合力大小
B.B星体所受合力大小
C.C星体的轨道半径
D.三星体做圆周运动的周期
6．如图所示为低空跳伞极限运动表演，运动员从离地350m高的桥面一跃而下，实现了自然奇观与极限运动的完美结合。假设质量为m的跳伞运动员，由静止开始下落，在打开伞之前受恒定阻力作用，下落的加速度为，在运动员下落h的过程中，下列说法正确的是( )
A.运动员重力做功为
B.运动员克服阻力做功为
C.运动员的动能增加了
D.运动员的机械能减少了
7．假设拍皮球时，皮球每次与地面碰撞后的速度大小变为碰前的。若用手拍这个皮球，使其保持在0.6 m的高度上下跳动，已知皮球的质量，重力加速度g取，空气阻力忽略不计，手与皮球作用时间极短，则每次拍皮球时应给皮球的冲量大小为( )
A.1.2 N·s B.1.5 N·s C.2 N·s D.2.4 N·s
二、多选题（本题共4小题，每小题6分，共30分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。）
8．摩擦传动机构由两个相互压紧的摩擦轮及压紧装置等组成，具有结构简单、制造容易、运转平稳等优点。如图所示，一摩擦传动机构的轮匀速转动，并带动轮转动，传动过程中轮缘间不打滑，轮的半径是轮半径的4倍，两点分别在轮与轮的边缘，。下列说法正确的是( )
A.A、C两点的线速度大小之比为
B.、两轮的角速度大小之比为
C.B、C两点的向心加速度大小之比为
D.在相同的时间内，B、C两点通过的路程之比为
9．如图甲，一可视为质点的物体以初速度在足够长的水平面上做减速运动，运动过程中物体动能随位移x的变化如图乙所示。已知物体质量为2kg，以地面为零势能面，不计空气阻力，，可得( )
A.物体的初速度大小为4m/s
B.物体与地面间的动摩擦因数为0.8
C.时，摩擦力的瞬时功率大小为12W
D.时，物体的动能为10J
10．天问一号(代号：Tianwen1)，是中国空间技术研究院总研制的探测器，负责执行中国第一次自主火星探测任务。截至2022年2月4日，天问一号在轨运行561天，天问一号从火星祝贺北京冬奥会盛大开幕。已知火星质量约为地球质量的，半径约为地球半径的，下列说法正确的是( )
A.火星的第一宇宙速度大于地球的第一宇宙速度
B.火星表面的重力加速度小于地球表面的重力加速度
C.火星探测器的发射速度应大于地球的第二宇宙速度
D.火星探测器的发射速度应介于地球的第一和第二宇宙速度之间
11．如图所示，半径为R的竖直光滑圆轨道与光滑水平面相切，质量均为m的小球A、B与轻杆连接，置于圆轨道上，A与圆心O等高，B位于O的正下方，它们由静止释放，最终在水平面上运动，下列说法正确的是( )
A.下滑过程中A的机械能守恒
B.当A滑到圆轨道最低点时，轨道对A的支持力大小为2mg
C.下滑过程中重力对A做功的功率一直增加
D.整个过程中轻杆对B做的功为
12．光滑的水平面上有两个小物块，在时刻，两物块开始在同一直线上同向运动，随后发生正碰，两小球碰撞前后的位移x与时间t的关系图像如图所示。则( )
A.物块A与B的质量比为1:1
B.物块A与B的质量比为1:3
C.两物块的碰撞是弹性碰撞
D.两物块的碰撞是非弹性碰撞
三、实验题（共16分）
13．如图所示，某实验小组在实验室中利用水平气垫导轨和两个光电门计时器A和B验证质量为M的滑块（含遮光条）和质量为m的钩码组成的系统机械能守恒．已知遮光条的宽度为d，先后通过A、B光电门的时间分别为、，光电门A、B之间的距离为s，滑块运动通过光电门B时，钩码未落地．（重力加速度g）
（1）实验中需要用到的器材有________（填选项前的字母）
A.天平
B.刻度尺
C.打点计时器
D.秒表
E.弹簧测力计
（2）滑块先后通过A、B两个光电门时的瞬时速度的表达式为________，________(用题中给定字母表示)。
（3）验证本系统机械能守恒的表达式为______________________（用已知量和能直接测量的量表示）
（4）下列情况下可能增大实验误差的是________。
A.气垫导轨未调水平
B.滑块质量M和钩码质量m不满足
C.遮光条宽度较小
D.两光电门间距过小
14．如图甲所示为“验证碰撞中动量守恒”实验的装置示意图，a是入射小球，b是被碰小球，a和b的质量分别为和，直径分别为和，轨道末端在水平地面上的投影为O点。实验中，先将小球a从斜槽上某一固定位置由静止释放，a从斜槽末端飞出后落到水平地面的记录纸上留下落点痕迹，重复10次，描出a的平均落点位置P，再把小球b放在斜槽末端，让小球a仍从斜槽上同一位置由静止释放，与小球b碰撞后，两球分别在记录纸上留下落点痕迹，重复10次，描出碰后小球a、b的平均落点位置如图乙所示。
（1）实验中需要注意的事项，下列说法正确的是___________（填字母）。
A.需要测出小球抛出点距地面的高度H
B.需要测出小球做平抛运动的水平射程
C.为完成此实验，天平和刻度尺是必需的测量工具
D.斜槽轨道末端应该保持水平
E.斜槽应尽量光滑
（2）实验中重复多次让入射小球从斜槽上的同一位置释放，其中“同一位置释放”的目的是___________。
（3）实验中对小球的要求是：质量___________（填“>”“=”或“<”），直径___________（填“>”“=”或“<”）。
（4）在图乙中，用毫米刻度尺测得O点与M、P、N三点的水平方向的距离分别为，，，若关系式___________成立，则说明该实验碰撞前后动量守恒。
四、计算题（15题9分,16题12分 ，17题12分，共33分）
15．游乐场里“旋转飞椅”的顶上有一个半径为4.5m的“伞”，如图甲所示。“伞盖”在转动过程中带动下面的悬绳转动，其示意图如图乙所示。“伞盖”高，绳长，小明与座椅的总质量为40kg。在某段时间内，“伞盖”保持在水平面内稳定旋转，绳与竖直方向夹角为。g取，，，在此过程中，求：
（1）座椅受到绳子的拉力大小；
（2）小明运动的线速度大小。
16．如图所示，半径的四分之一光滑圆弧固定在水平地面上，底部与水平地面相切，地面粗糙程度相同。将一质量为0.02kg物块A从圆弧左侧与圆心等高处由静止释放，在水平地面上滑行5m时停下。现在距圆弧最低点1m处的P点放置于A相同材质的物块B，再次让物块A从圆弧左侧与圆心等高处由静止释放，物块A与物块B仅发生一次正碰，碰后最终分别在距P点右侧0.25m和1.0m处静止。物块A、物块B与地面间的动摩擦因数相同，重力加速度取，不计空气阻力。求：
（1）碰撞前瞬间物块A的速度大小；
（2）物块B的质量。
17．滑板运动是一项惊险刺激的运动，深受青少年的喜爱.如图所示是滑板运动的轨道，AB和CD分别是一段圆弧形轨道，BC是一段长7m的水平轨道.一运动员从AB轨道上的P点以6m/s的速度下滑，经BC轨道后冲上CD轨道，到Q点时速度减为零.已知运动员与滑板的总质量为50kg，，，不计圆弧轨道上的摩擦和空气阻力().求：
（1）运动员第一次经过B点、C点时的速度各是多少？
（2）运动员与BC轨道的动摩擦因数.
参考答案
1．答案：B
解析：A.牛顿在开普勒行星运动规律的基础上推导出万有引力定律，故A错误;
B.开普勒在他的导师第谷的天文观测数据基础上，总结出行星运动的三个规律，故B错误;
C.验证万有引力定律时，引力常量未知，引力常量是100多年后卡文迪许利用扭秤实验测出的，故C错误;
D.根据，，火星到太阳的距离大于地球到太阳的距离，故火星公转周期大于地球的公转周期，故D错误。
故选B。
2．答案：D
解析：A、重力做功与初末位置的高度差有关，所以重力做功为：，故A错误；
B、因为悬线的拉力始终与球的运动方向垂直，故不做功，故B错误；
CD、阻力f做功时，阻力大小不变，方向与运动方向相反，阻力f做功等于阻力与路程的乘积，阻力f做的功为，故C错误，D正确；
故选：D。
3．答案：C
解析：A.面片沿锅边缘的切线方向掉入锅中，则
且
解得
面片在空中运动的水平位移为
故A错误；
B.面片运动到锅边缘时的速度大小为
故B错误；
C.若面片落入锅中后可沿锅内表面匀速下滑，有指向圆心的向心加速度，向心加速度有向上的分量，则面片处于超重状态，故C正确；
D.设面片、圆心的连线与竖直方向的夹角为θ，则面片所受摩擦力大小为
若面片落入锅中后可沿锅内表面匀速下滑，θ逐渐减小，所受摩擦力大小逐渐减小，故D错误。
故选C。
4．答案：D
解析：A.以桌面为参考平面，则小球在A点的重力势能为，故A错误；
B.以桌面为参考平面，则小球在B点的重力势能为，故B错误；
CD.小球下落过程仅仅受到重力作用，因此小球机械能守恒，可知小球在落地前瞬间的机械能与小球在A点的机械能相等，可知小球在落地前瞬间的机械能为，故C错误，D正确。
故选D。
5．答案：D
解析：万有引力提供向心力，A星受到B、C的万有引力的大小，方向如图所示，则合力的大小为，A错误，B星受到的万有引力分别为，方向如图所示，沿x方向的分力沿y方向的分力，可得，B错误；对B受力分析可知，由于，则合力的方向经过BC的中垂线AD的中点，所以圆心O一定在BC的中垂线AD的中点处，所以，C错误；由题可知C的受力大小与B的受力相同，对B星，有，解得，D正确.
6．答案：C
解析：A.运动员下落h，重力做功为，故A错误;
B.根据牛顿第二定律，解得，运动员克服阻力做功为，故B错误;
C.运动员的动能增加量等于合外力做功，则，故C正确;
D.运动员的机械能减少量等于克服阻力做功，即，故D错误。
故选:C。
7．答案：A
解析：本题考查冲量和动量定理的应用。欲使皮球跳起的高度为，应使皮球由静止下落的高度为h，由，得，则，皮球从2.4 m高度处落到0.6 m高度处的速度大小为，则应在0.6 m高度处给皮球的冲量大小为，方向竖直向下，A正确。
8．答案：AC
解析：AB.轮与轮靠摩擦传动，其边缘的线速度大小相等，故A、C两点的线速度大小之比为
根据
可得、两轮的角速度大小之比为
故A正确，B错误；
C.根据可知A、C两点的向心加速度大小之比为
根据可知A、B两点的向心加速度大小之比为
所以B、C两点的向心加速度大小之比为
故C正确；
D.根据可知A、B两点的线速度大小之比为
其中
B、C两点的线速度大小之比为
所以在相同的时间内，B、C两点通过的路程之比为
故D错误；
故选AC。
9．答案：AC
解析：A、由乙图可知，物体的初动能为，解得，故A正确;
B、设物体与斜面之间的动摩擦因数为μ，物体做减速运动的过程，根据动能定理得:，则，解得：，故B错误;
D、时，物体克服摩擦力做功为，根据动能定理得，可得物体的动能为，故D错误;
C、时物体的速度为，摩擦力的瞬时功率大小为，故C正确。
故选:AC。
10．答案：BC
解析：A.由第一宇宙速度公式
知
所以火星的第一宇宙速度小于地球的第一宇宙速度，故A错误；
B.由得
即火星表面的重力加速度小于地球表面的重力加速度，故B正确；
CD.火星探测器脱离地球引力的束缚，但还在太阳系内。其发射速度应大于地球的第二宇宙速度、小于第三宇宙速度，即火星探测器的发射速度应介于地球的第二宇宙速度和第三宇宙速度之间，故C正确，D错误。故选BC。
11．答案：BD
解析：A.下滑过程中杆对A有力的作用，并且这个力对A做负功，所以A的机械能不守恒，故A项错误；
B.对AB为整体机械能守恒，当A滑到圆轨道最低点的过程中，由机械能守恒得，最低点时由支持力和重力的合力提供向心力，则有，所以轨道对A的支持力大小为，故B项正确；
C.开始时重力做功功率为零，最后到水平面，速度方向水平，重力做功功率仍为零，所以重力做功的功率先增大后减小，故C项错误；
D.A运动到底端的过程中，由机械能守恒得，所以得B的动能增加量即轻杆对B做的功为，故D项正确；
故选BD。
12．答案：BC
解析：AB.根据图像可知，碰后A处于静止，则A碰前的速度
B碰撞前后的速度
根据动量守恒定律有
解得
故A错误，B正确;
CD.结合上述，碰撞前有
碰撞后有
可知，两物块的碰撞是弹性碰撞，故C正确，D错误。
故选BC。
13．答案：（1）AB（2）；（3）（4）AD
解析：（1）实验要通过系统重力势能的减少量和动能的增加量相等来验证系统机械能守恒，验证的等式两边质量不同，需要用天平测量，不需要弹簧测力计。滑块下落的高度需要用刻度尺测量，滑块速度可通过光电门测量计算，故不需要打点计时器和秒表。故选AB。
（2）遮光条通过光电门的时间极短，可以用平均速度替代瞬时速度，则滑块先后通过A、B两个光电门时的瞬时速度的表达式为
（3）通过A、B光电门重力势能的减少量为
动能的增加量为
若机械能守恒，则有
即
（4）A.气垫导轨未调水平，阻力做功，机械能不守恒，增大实验误差，故A正确；
B.实验不需要使钩码重力等于滑块的合力，则滑块质量和钩码质量关系不影响实验结果，故B错误；
C.遮光条宽度较小，会使计算出的速度更接近瞬时速度，能够减小误差，故C错误；
D.两光电门间距过小，使长度测量误差增大，故D正确。
14．答案：（1）BCD
（2）保证小球每次平抛的初速度相同，以找出对应的平均落点位置
（3）>；=
（4）
解析：（1）ABC.本实验用代入验证，时间t可以消去，故需要测量小球的水平射程和两小球的质量，不需要测量时间，即不需要测量抛出点距地面的高度，A错误，BC正确；
D.为保证小球从斜槽末端段飞出时做平抛运动，应保证斜槽末端水平，D正确；
E.斜槽光滑与否对实验结果不影响，只要保证入射小球均从同一高度释放，保证碰撞前入射小球的速度相同即可，E错误。
故选BCD。
（2）保持入射小球从同一位置释放是为了保证小球每次平抛的初速度相同，以找出对应的平均落点位置；
（3）为了保证小球碰撞为对心碰撞，且碰后不反弹，要求，；
（4）碰撞时满足动量守恒有
两边同时乘以下落时间有
15．答案：（1）500N（2）7.5m/s
解析：（1）座椅受到绳子的拉力大小为
（2）由牛顿第二定律可知
解得小明运动的线速度大小
16．答案：（1）（2）
解析：（1）设物块A从圆弧上静止滑下，到达底端时的速度大小为，与物块B碰撞时的速度大小为，与地面的动摩擦因数为μ，滑到底端的过程中，由动能定理有
滑块在水平面上运动过程中由动能定理有
其中
解得
，
物块从底端滑至P点的过程中，由动能定理有
其中
解得
（2）设碰撞后A的速度大小为，B的速度大小为，若碰撞后同向运动，则根据题意由动能定理有
，
其中
，
碰撞前后瞬间动量守恒，由动量守恒定律有
联立以上各式解得
，，
而碰撞前系统的机械能
碰撞后系统的机械能
可知
根据碰撞前后系统机械能不增加原理可知以上结果正确；若碰撞后反向，取碰撞前A运动的方向为正方向，则根据题意由动能定理有
，
其中
，
碰撞前后瞬间动量守恒，由动量守恒定律有
联立以上各式解得
，，
碰撞后系统的机械能
可知
而根据碰撞前后系统机械能不增加原理可知以上结果错误，综上可知，碰撞后
，，
17．答案：（1）8m/s；6m/s（2）0.2
解析：（1）以水平轨道为零势能面，从P点到B点，
根据机械能守恒定律有
代入数据解得：
从C点到Q点，根据机械能守恒定律有：
代入数据解得：.
（2）从B到C由动能定理得
代入数据解得：