福建省福州市联盟校2023-2024学年高一下学期期末考试物理试题（含解析）

福州市联盟校2023—2024学年高一第二学期期末联考
物理试卷
考生注意：
1．本试卷分选择题和非选择题两部分。满分100分，考试时间75分钟。
2．考生作答时，请将答案答在答题卡上。选择题每小题选出答案后，用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑；非选择题请用直径0.5毫米黑色墨水签字笔在答题卡上各题的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效，在试题卷、草稿纸上作答无效。
3．本卷命题范围：必修第二册（山东科技版）。
一、选择题：共8小题，共36分。在每小题给出的四个选项中，第1-4题只有一项符合题目要求，每小题4分；第5-8题有多项符合题目要求，每小题5分，全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
1．广场喷泉，作为城市景观的一部分，不仅是供人们欣赏的景点，更是城市文化和历史的载体。它们以水为媒介，以音乐和灯光为伴，为城市带来了生机和活力。喷泉水滴的运动轨迹如图所示，若该“喷泉”是采用水泵将水先从距水面下深度为h处由静止提升至水面，然后再喷射出去，上升的最大高度为h，水滴下落在水面的位置距喷水口的距离为2h。已知喷水口的流量Q（流量Q定义为单位时间内喷出水的体积），水的密度为，水泵提升水的效率为，重力加速度大小为g。则水泵抽水的平均功率为（ ）
A． B． C． D．
2．北京时间2024年5月12日7时43分，中国在酒泉卫星发射中心使用长征四号丙运载火箭，成功将试验二十三号卫星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，发射任务获得圆满成功。该星主要用于空间环境探测。已知地球半径为R，自转周期为T，“遥试验二十三号卫星轨道离地面的高度为，地球同步卫星轨道离地面的高度为，（）引力常量为G，下列说法正确的是（ ）
A．试验二十三号卫星的发射速度大于11.2km/s
B．试验二十三号卫星运行的速度小于地球第一宇宙速度
C．试验二十三号卫星与同步卫星绕地球运行的向心加速度之比为
D．地球的平均密度可表示为
3．如图所示，圆柱形的容器内有若干个长度不同、粗糙程度相同的直轨道，它们的下端均固定于容器底部圆心O，上端固定在容器侧壁上。若相同的小球以同样的速率，从点O沿各轨道同时向上运动。对它们向上运动的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．各小球动能相等的位置在同一水平面上
B．各小球重力势能相等的位置不在同一水平面上
C．各小球机械能相等时处于同一球面上
D．当摩擦产生的热量相等时，各小球处于同一圆柱面上
4．在某次洪灾中，由于河水突然猛涨，河水流速短时间内异常增加，救援部队快速响应，利用救援艇成功救出被困对岸的群众。假定该河宽240m，河水流速为16m/s，救援艇在静水中的速度为8m/s，下列说法正确的是（ ）
A．救援艇最短渡河时间为40s
B．救援艇以最短位移渡河时，船头与上游河岸夹角为60°
C．救援艇船头垂直河岸时，到达对岸的位置位于出发点正对岸下游的640m
D．救援艇在河中运动路程可能为450m
5．某游戏转盘装置如图所示，游戏转盘水平放置且可绕转盘中心的转轴转动。转盘上放置两个相同的物块A、B，物块A、B通过轻绳相连。开始时，绳恰好伸直但无弹力，现让该装置从静止开始转动，使其角速度缓慢增大。整个过程中，物块A、B都相对于盘面静止，物块A、B到转轴的距离分别为r、2r，物块的质量均为m且与转盘间的动摩擦因数均为，接触面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度大小为g。下列说法正确的是（ ）
A．当转盘的角速度大小为时，物块B受到的摩擦力大小为
B．当转盘的角速度大小为时，物块A受到的摩擦力大小为
C．为了确保物块A、B都相对于转盘静止，转盘的角速度不能超过
D．在转盘角速度从零开始逐渐增大的过程中，物块B受到的摩擦力一直增大
6．如图所示，一不可伸长的轻质细绳，绳子的长度为l，绳的另一端连接一质量为m的小球，另一端固定在天花板上，小球可看作质点，现让小球以不同的角速度绕竖直轴做匀速圆周运动，小球离A点的竖直高度为h，细绳的拉力大小为F，重力加速度为g，下列图像可能正确的是（ ）
A． B． C． D．
7．一辆汽车以某一恒定功率爬上一倾角为的斜坡，如图甲所示，车内的传感器记录了汽车从坡底爬到坡顶的图像，如图乙中实线AD所示，AB是曲线最左端A点的切线，CD是曲线AD的渐近线，已知汽车质量，汽车行驶过程中受到的阻力可视为不变，重力加速度为，，对于此次爬坡过程，下列说法不正确的是（ ）
A．汽车受到的阻力 B．汽车的功率
C．该斜坡长为160m D．当汽车速度为10m/s时，汽车的加速度为
8．如图所示，两根轻绳连接小球P，右侧绳一端固定于A点，左侧绳通过光滑定滑轮B连接一物体Q，物体Q、N通过一轻弹簧连接，物体Q、N的质量均为m，整个系统处于静止状态时，小球P位于图示位置，两绳与水平方向夹角分别为37°和53°，此时物体N与地面间弹力恰好为零。现将小球P托至与A、B两点等高的水平线上，两绳均拉直且无弹力，由静止释放小球P，已知右侧绳长为L，，，重力加速度为g，则下列说法正确的是（ ）
A．小球P和物体Q的质量之比为
B．小球P运动到图示位置时，Q的速度大小
C．小球P从释放到图示位置过程中，轻绳对物体Q做的功
D．小球P从释放到图示位置过程中，P、Q二者机械能守恒
二、非选择题（本题共8小题，共64分）
9．（2分）假如汽车以接近光速的速度从观察者身边飞驰而过，汽车里的乘客者看到沿公路的电线杆之间的距离______，而地面上的观察者看到汽车车窗的高度______。（均选填“变大”“变小”或“不变”）
10．（2分）如图（a）所示，一蹦床运动员正在从最高处A点下落，与蹦床刚接触时的位置为B点，到达的最低处为C点，（b）图为在A点、B点处，蹦床的弹性势能、运动员的重力势能和动能的总体情况，请由此推断C点处这些能量的相对关系并画出示意图______。
11．（3分）如图所示，倾角为37°的斜面固定在水平面上，小球从斜面上M点的正上方0.2m处由静止下落，在M点与斜面碰撞，之后落到斜面上的N点。已知小球在碰撞前、后瞬间，速度沿斜面方向的分量不变，沿垂直于斜面方向的分量大小不变，方向相反，，，重力加速度大小，忽略空气阻力，则小球从M点运动至N点所用的时间为______。
12．（6分）某同学做“探究平抛运动特点”的实验，实验装置如图甲所示，用小锤击打弹性金属片，A球沿水平方向抛出，同时B球自由落下。若某次实验，频闪照相机记录了两小球在不同时刻的位置如图乙所示。
（1）实验时，有以下两个步骤：①用小锤击打弹性金属片；②打开频闪仪。正确的操作顺序是______。
A．先①后② B．先②后① C．①和②同时进行
（2）根据图乙，任意时刻A、B两球竖直高度相同，可判断A球在竖直方向上做______，为判断A球水平方向的运动特征，应测出______并做对比。
13．（9分）图为某实验小组利用气垫导轨验证机械能守恒定律的装置，实验的主要步骤有：
A．将气垫导轨放在水平桌面上并调至水平；
B．测出挡光条的宽度d；
C．分别测出滑块与挡光条的总质量M及托盘与砝码的总质量m；
D．将滑块移至图示位置，测出挡光条到光电门的距离L；
E．由静止释放滑块，读出挡光条通过光电门的时间t；
F．改变挡光条到光电门的距离，重复步骤D、E，测出多组L和t。
已知重力加速度为g，请回答下列问题：
（1）本实验中______（填“需要”或“不需要”）满足m远小于M。
（2）若某次测得挡光条到光电门的距离为L，挡光条通过光电门的时间为t，滑块由静止释放至光电门的过程，系统的重力势能减少了______；若系统机械能守恒，应满足______。（用实验步骤中各测量量符号表示）
（3）多次改变挡光条到光电门的距离，重复步骤D、E，测出多组L和t，作出L随的变化图像如图所示，图线为过坐标原点的直线，如果在误差允许的范围内，当地的重力加速度大小为______时，可以判断槽码带动滑块运动过程中机械能守恒。（用题中已知量和测得的物理量符号表示）
14．（10分）电动打夯机可以用来平整地面。如图为某小型电动打夯机的结构示意图，质量为m的摆锤通过轻杆与总质量为M的底座（含电动机）上的转轴相连，电动机通过皮带传动，使摆锤绕转轴O在竖直面内以角速度匀速转动，转动半径为R。已知打夯机底座始终没有离开地面。
（1）求：摆锤在最低点和最高点时打夯机对地面的压力差。
（2）要使第（1）问压力差达到最大，求：打夯机角速度的值和压力差的最大值。
15．（14分）如图所示，在竖直平面内，粗糙的斜面轨道AB的下端与光滑的圆弧轨道BCD相切于B，C是最低点，圆心角，D与圆心O等高，圆弧轨道半径，现有一个质量为可视为质点的小物体，从D点的正上方E点处自由下落，物体恰好到达斜面顶端A处。已知DE距离，物体与斜面AB之间的动摩擦因数。取，，。求：
（1）物体第一次到达C点时的速度大小和受到的支持力大小；
（2）斜面AB的长度L；
（3）若可变，求取不同值时，物块在斜面上滑行的路程x。
16．（18分）如图所示，一足够长的水平传送带以的速度顺时针匀速转动。质量为的物块A和质量为的物块B由绕过定滑轮的轻绳连接，质量为的物块C置于A上，轻绳足够长且不可伸长，A与定滑轮间的轻绳水平。某时刻，同时给A、B、C大小相等的初速度，使B竖直上升，A、C保持相对静止从传送带左端冲上传送带。已知A与传送带间的动摩擦因数，重力加速度g取，不计定滑轮的质量与摩擦，整个运动过程中B都没有与定滑轮碰撞，A、C始终保持相对静止。求：
（1）A、C刚滑上传送带时，轻绳的拉力大小；
（2）A、C刚滑上传送带时，C受到的摩擦力的大小和方向；
（3）A、C离开传送带时的速度大小；
（4）A、C向右运动过程中A与传送带因摩擦产生的热量。
福州市联盟校2023—2024学年高一第二学期期末联考·物理
参考答案、解析
1．C 由运动的合成与分解及平抛运动规律可知，竖直方向上有，水平方向上有，解。在时间内，喷射出水的质量，在最高点的动能为，由功能关系可得，解得，故选C。
2．B 试验二十三号卫星的发射速度满足，A错误；试验二十三号卫星绕地球运行的半径大于地球的半径，由可知，其运行速度小于地球第一宇宙速度，B正确。根据万有引力提供向心力，有，故，C错误。对同步卫星有，解得，故地球密度为，D错误；故选B。
3．D A．当小球到达同一水平面上时，设竖直高度为h，则由动能定理，因小球初动能相同，质量相同，摩擦因数相同，但是倾角不同，则末动能不相同，则A错误；B．小球开始时重力势能相同，可知各小球重力势能相等的位置在同一水平面上，B错误；CD．小球初始位置的机械能相等，当机械能相等时则克服摩擦力做功相等，而摩擦力功，即此时各小球处于同一圆柱面上，因摩擦生热可知，当摩擦产生的热量相等时，各小球处于同一圆柱面上，C错误，D正确。故选D。
4．B A．若要救援艇最短时间过河，需要船头始终与河岸垂直，有，故A错误；B．由题意可知，船速小于水的速度，若要最短位移过河，需要船头朝向河岸上游，设其夹角为，有，解得，所以救援艇以最短位移渡河时，船头与上游河岸夹角为60°，故B正确；C．救援艇船头垂直河岸时，其以最短时间过河，由之前分析可知，过河时间为30s，则该时间内，船随水位移为，所以救援艇船头垂直河岸时，到达对岸时的位置位于出发点正对岸下游的480m，故C错误；D．由之前分析可知，当救生艇的船头与河岸上游成60°夹角时，其合位移最短，即路程最小，由几何关系有，救援艇在河中运动路程不可能为450m，故D错误。故选B。
5．BC A．转盘的角速度较小时，物块A、B所需的向心力均由摩擦力提供，当转盘的角速度大小为时，物块B所需向心力大小为，此时物块B受到的摩擦力大小为，故A错误；B．当转盘的角速度大小为时，物块B所需向心力大小为，轻绳弹力为0，物块A所需向心力大小为，此时物块A受到的摩擦力大小为，故B正确；D．在转盘角速度逐渐增大的过程中，刚开始物块B受到的静摩擦力提供向心力，当物块B受到的摩擦力达到最大静摩擦力后，最大静摩擦力和轻绳弹力的合力提供物块B所需的向心力，物块B受到的摩擦力先增大后不变，故D错误；C．设当角速度为、轻绳弹力为F时，物块A、B与盘面间的摩擦力均达到最大静摩擦力，有，，解得，故C正确。故选BC。
6．AC 小球受力如图所示，根据牛顿第二定律，解得，得到，A正确，B错误。绳子的拉力为，C正确，D错误，故选AC。
7．AB AB．在A点，汽车加速度，根据牛顿第二定律，此时，由图可知汽车最大速度，此时牵引力，则，汽车功率不变，联立两式可解得，，故AB错误。C．从A点到D点，根据动能定理，解得，故C正确；D．根据，可得当时，牵引力，根据牛顿第二定律，解得加速度，故D正确。本题选不正确的，故选AB。
8．AB A．平衡时P左侧细绳的拉力为，对P分析可知，解得，即小球P和物体Q的质量之比为，A正确；B．小球P静止时弹簧被拉长了，将小球P托至与A、B两点等高的水平线上，两绳均拉直且无弹力，可知弹簧被压缩了，小球P从A、B两点等高的水平线上释放后绕A点做圆周运动，则到达图中位置时小球的速度方向沿着BP方向，可知此时小球P和物体Q速度相等，且两个位置弹簧形变量相同，弹性势能相同，由能量关系可知，解得，B正确；C．小球P从释放到图示位置过程中，对物体Q根据动能定理，轻绳对物体Q做的功，C错误；D．小球P从释放到图示位置过程中，弹簧的弹力对P、Q二者的系统做功，则机械能不守恒，D错误。故选AB。
9．变小 不变（每空1分）
解析：当汽车以接近光速从观察者身边飞驰而过，根据相对论尺缩效应可知，火车里的观察者看到电线杆距离变小，同时，地面上的观察着看到车厢长度变短，而车厢高度不变。
10．见解析（2分）
解析：运动员从A落至B的过程中，重力做正功，重力势能减小，动能增加，该过程中运动员未接触蹦床，蹦床的弹性势能不变；运动员从B落至C的过程中，重力仍做正功，重力势能减小，蹦床形变逐渐增大，运动员所受合外力先向下减小后向上增大，所以运动员的动能先增大后减小，到达C点时，动能减小为零，蹦床的弹性势能不断增大，运动员和蹦床组成的系统机械能守恒，所以C点处这些能量的相对关系为，示意图如图所示。
11．0.4s（3分）
解析：由自由落体运动公式
小球到M点的速度大小为
以沿斜面为x轴，以垂直于斜面为y轴，如图所示
将重力加速度分解为
从M点落到斜面上的N点，由运动学公式
代入数据解得
12．（1）B（2分） （2）自由落体运动（2分） A球相邻两位置的水平距离（2分）
解析：（1）为了避免频闪照片记录区域上方出现大量的空白，实验时，应先打开频闪仪，再用小锤击打弹性金属片。故选B。
（2）根据任意时刻A、B两球竖直高度相同，可判断A球在竖直方向上做自由落体运动；A球在水平方向上做匀速直线运动，为判断出这一运动特点，要测出A球相邻两位置的水平距离。
13．（1）不需要（2分）
（2）mgL（2分） （2分）
（3）（3分）
解析：（1）实验中需验证砝码及托盘减少的重力势能与系统增加的动能是否相等，并不需要测量拉力，故不需要满足m远小于M。
（2）滑块由静止释放至光电门的过程，系统的重力势能减少了；
根据极短时间的平均速度等于瞬时速度，滑块通过光电门时速度大小为，系统动能增加了，系统机械能守恒有，则系统机械能守恒成立的表达式是。
（3）由（2）可知系统机械能守恒成立的表达式是，整理得，图像的斜率为，解得当地的重力加速度大小为。
14．解：（1）当摆锤转到顶端时，轻杆对摆锤的作用力大小为，有
对打夯机有
当摆锤转到底端时，轻杆对摆锤的作用力大小为，有
对打夯机有 故
联立解得（1分）
（2）当底座刚好对地面无压力，打夯机转动的角速度达到最大，
有
解得角速度为
代入得
15．解：（1）设物体到达C点的速度为v，从E到C，由动能定理，得
代入数据得
在C点，有 代入数据得
（2）从C到A，由动能定理得
代入数据得
（3）设摩擦因数为时物块刚好能静止在斜面上，则有
解得
①若，物块将滑出斜面，则物块的路程为
②若，物块在斜面上多次往返，最后在B点速度为零，则有
解得
③，则物块将停在斜面上，则有
解得
16．解：（1）A、C刚滑上传送带时，传送带对A的摩擦力水平向左，
故对B有
对A和C组成的整体有
解得
（2）A、C刚滑上传送带时，C受到的摩擦力
解得 方向水平向左；
（3）设A、C经时间后与传送带速度相同，这段时间内A、C向右运动的位移为
解得 解得
由于
因此A、C不能随传送带一起匀速运动，此后A、C做减速运动，
对A、C组成的整体有
对B有 解得
设A、C与传送带速度相等之后，向右运动的距离为，则
解得
此后A、C向左运动，直至从传送带左端离开。
设离开传送带时的速度为 解得
（4）A、C向右运动的两个过程中，A与传送带摩擦产生的热量分别为
由分析可得
则产生的热量