2023-2024学年广东省广州市华南师范大学附属中学高一（下）期末物理试卷（含解析）

2023-2024学年广东省广州市华南师范大学附属中学高一（下）期末
物理试卷
一、单选题：本大题共7小题，共28分。
1.年华为隆重推出搭载我国自主研发的麒麟芯片的手机，该手机可以与地球同步轨道的“天通一号”实现卫星通信。已知地球半径为，“天通一号”离地高度约为，以下关于该卫星的说法正确的是( )
A. 卫星在地球同步轨道上处于平衡状态
B. 卫星的发射速度小于近地卫星的环绕速度
C. 卫星的加速度约为静止在赤道上物体加速度的倍
D. 若地球自转加快，卫星为保持与地面同步，轨道高度应降低
2.如图，为某款新型配送机器人，它可以自动规避道路障碍与往来车辆行人，实现自动化安全配送。该机器人在平直公路上行驶时额定功率为，自身质量为，最大承载质量为，阻力为其总重力的倍。重力加速度为，下列说法正确的是( )
A. 该机器人空载行驶时，能达到的最大速度为
B. 若该机器人满载以额定功率匀速行驶途中，不慎掉落一货物，之后机器人将做加速度逐渐增大的变加速运动
C. 该机器人可以一直做匀加速直线运动直至达到全程的最大速度
D. 若该机器人满载时以加速度匀加速启动，则匀加速运动的时间为
3.如图所示，水平桌面光滑，轻弹簧一端固定在墙上，另一端栓接木块，开始时静止，弹簧处于原长。某时刻子弹沿水平方向射入木块并留在其中，将弹簧压缩到最短。对子弹、木块和弹簧构成的系统，从子弹开始射入木块到弹簧被压缩至最短的过程中( )
A. 动量不守恒，机械能守恒 B. 动量守恒，机械能不守恒
C. 动量不守恒，机械能不守恒 D. 动量守恒，机械能守恒
4.如图所示，一质量为的小车静止在光滑水平面上，车上固定一个竖直支架，轻绳一端固定在支架上，另
一端固定一质量为的小球，轻绳长为，将小球向右拉至轻绳水平后，从静止释放，则( )
A. 系统的动量守恒
B. 小球运动到最低点时小车速度为零
C. 小球不能向左摆到原高度
D. 小车向右移动的最大距离为
5.如图所示，一同学使用网球训练器练习打网球，质量为的网球与底座之间有一弹性绳连接，练习过程中底座保持不动。该同学将网球抛至最高点处用球拍击打，是轨迹上的最高点，处弹性绳仍然处于松弛状态，速率为，网球到达处前弹性绳已经绷紧，在处撞在竖直墙壁上，不计空气阻力。则( )
A. 处网球拍给网球的冲量沿水平方向
B. 击打后由到过程中网球受到的合力冲量竖直向下
C. 到过程中网球受到的合力的冲量方向竖直向下
D. 处重力的瞬时功率为
6.如图所示，电风扇的叶片匀速旋转时将空气以速度向前排开，叶片旋转形成的圆的面积为，空气密度为，下列说法正确的是( )
A. 时间内通过叶片的空气质量为
B. 空气对叶片的推力为
C. 若仅将叶片面积增大为，则空气对叶片的压强变为原来的一半
D. 单位时间内流过叶片的空气的动能为
7.假设地面上有一火车以接近光速的速度运行，其内站立着一个中等身材的人，站在路旁的人观察车里的人，观察的结果是这个人( )
A. 是一个矮胖子 B. 矮但不胖 C. 是一个瘦高个子 D. 瘦但不高
二、多选题：本大题共3小题，共18分。
8.如图所示，为保证安全，铁路拐弯处内、外轨有一定的高度差，使质量为的火车以设计的速率在水平面内转弯时，内、外轨对车轮均无侧向压力，测得此时轨道对车轮的支持力大小为。当火车以实际速率在此弯道上转弯时，轨道将施于车轮一个与枕木平行的侧向压力，下列说法正确的是( )
A. 若，侧向压力方向由内轨指向外轨
B. 若，轨道对车轮的支持力大于
C. 在春运期间乘客较多，导致火车总质量大于，为保证安全，此时的行驶速率应该小于
D. 该弯道的半径
9.如图所示，轻绳的一端通过光滑轻质定滑轮与套在光滑水平杆上的小物块连接，另一端连接小球。由图中位置由静止释放物块，当经过位置时向右运动的速度大小为，小球的速度大小为，轻绳与杆的夹角为。则( )
A.
B. 当经过位置时，小球一定处于失重状态
C. 从位置向右运动到位置过程中，绳子拉力对先做正功，后做负功
D. 的重力势能的减少量等于和动能的增加量
10.在水平面上静置有质量相等的、两个物体，水平推力、分别作用在、上，一段时间后撤去推力，物体继续运动一段距离后停下，、在运动过程中未相撞，、的图像如图所示，图中平行于，整个过程中、的最大速度相等，运动时间之比。则在整个运动过程中下列说法正确的是( )
A. 物体、受到的摩擦力大小相等 B. 两水平推力对物体的冲量之比为
C. 两水平推力对物体的做功之比为 D. 两水平推力的大小之比为
三、实验题：本大题共2小题，共18分。
11.用如图所示的装置探究碰撞中的不变量。先不放球，让球从斜槽上某一固定位置由静止开始滚下，从轨道末端飞出，落到位于水平地面的复写纸上，在复写纸下面垫放的白纸上留下点迹，重复上述操作次，得到小球平均落点位置。再把球放在轨道末端，让球仍从位置由静止滚下，球和球碰撞后，都从轨道末端飞出，分别在白纸上留下各自的落点痕迹，重复操作次，分别得到两球平均落点位置。如图所示为三个落点的平均落点位置。
关于本实验的条件和操作要求，下列说法正确的是_____________。填字母代号
A.实验选用的斜槽轨道必须光滑 料槽轨道末端的切线必须水平
C.选用的两个小球质量可以相等 选用的两个小球半径必须相等
上述实验除需测量线段的长度外，还需要测量的物理量有_____。
A.球质量、球质量 小球释放点距斜槽末端的高度
C.小球抛出点距地面的高度 小球开始抛出到落地所用的时间
若的长度依次为，则在实验误差允许的范围内，若满足关系式_____________用及问题中测得物理量所对应符号表示，则可以认为两球碰撞前后的动量守恒。若满足关系式______________用表示则该碰撞为弹性碰撞。
12.某同学用如图所示的装置验证机械能守恒定律。不可伸长的轻绳绕过轻质定滑轮，轻绳两端分别连接物块与感光细钢柱，两者质钢柱量均为，钢柱下端与质量为的物块相连。铁架电动机台下部固定一个电动机，电动机竖直转轴上装一支激光笔，电动机带动激光笔绕转轴在水平面内匀速转动，每转一周激光照射在细钢柱表面时就会使细钢柱感光并留下痕迹。初始时、、系统在外力作用下保持静止，轻绳与细钢柱均竖直。重力加速度取。
开启电动机，待电动机以的角速度匀速转动后。将、、系统由静止释放，落地前，激光器在细钢柱上留下感光痕迹。取下，用刻度尺测出感光痕迹间的距离如图所示。则细钢柱上相邻感光痕迹间的时间间隔_______，激光束照射到点时，细钢柱速度大小为_______。此问空的计算结果均保留位有效数字
经判断系统由静止释放时激光笔光束恰好经过点。参照图，在段，系统动能的增加量_______，重力势能的减少量_______；比较两者关系可判断系统机械能是否守恒。计算结果均保留位有效数字
选取相同的另一感光细钢柱，若初始时激光笔对准上某点，开启电动机的同时系统由静止释放，电动机的角速度按如图所示的规律变化，图像斜率为，记录下如图所示的感光痕迹，其中两相邻感光痕迹间距均为。若验证得到表达式_______即可证明系统在运动过程中机械能守恒用含字母、、、、、的表达式表示。
四、计算题：本大题共3小题，共36分。
13.一滑雪运动员在获得的速度，后沿平直轨道滑到点，并从点水平飞出，在空中飞行一段时间后落在斜坡上，示意图如图所示。已知的长度，运动员与间的动摩擦因数，斜面的倾角，，，重力加速度取，不计空气阻力，滑雪运动员可视为质点。求：
运动员在点的速度大小；
运动员在空中飞行的时间。
14.如图所示，“”型平板静置在光滑水平地面上，小物块处于平板上的点，点左侧粗糙、右侧光滑。用长为不可伸长的轻绳悬挂一质量为的小球，悬点在点正上方，轻绳水平且恰好伸直。将小球由静止释放，向下摆至最低点时与小物块发生碰撞，碰后小球以的速率反弹，反弹至最高点处将其固定。沿平板滑动直至与右侧挡板发生弹性碰撞，碰后经，开始加速，最终恰好不从上滑下。已知与的质量，与左侧的动摩擦因数为，重力加速度取，不计空气阻力，求：
小球运动到最低点时绳子对小球的拉力；
与小球碰后的速度大小；
平板的总长度。
15.一轻质弹簧原长为，一端固定在倾角为的固定直轨道的底端点，另一端位于直轨道点。直轨道长为，与一半径为光滑的圆轨道过山车模型相切于点，、、、、均在同一竖直平面内，如图所示。质量为的小物块自点由静止开始释放，最低到达距点为的点，已知与直轨道间的动摩擦因数，重力加速度大小为，取，，求：
物块从释放到第一次通过点所用时间；
物块压缩弹簧到达点时，弹簧的弹性势能；
改变物块的质量，将推至点，从静止开始释放。进入竖直圆轨道后，在轨道内运动过程中，不脱离轨道，求质量的取值范围。
答案解析
1.
【解析】A.卫星在地球同步轨道上运动的方向不断改变，则卫星不是平衡状态，故A错误；
B.同步卫星的轨道高于近地卫星的环绕轨道，近地卫星需要加速才能到达高轨道，卫星的发射速度大于近地卫星的环绕速度，故B错误；
C.在赤道上的物体重力接近引力大小，卫星稳定运行时只受引力，由可知，已知地球半径为，“天通一号”离地高度约为，轨道半径为；赤道上物体的加速度约为卫星加速度的倍，故C错误；
D.同步卫星的转动与地球自转同步，故与地球具有相同的周期和角速度，
根据万有引力提供向心力列出等式：，
，，
若地球自转加快，周期变小，所以地球同步卫星距地面高度将变低，故D正确。
2.
【解析】A.该机器人空载行驶时受到的阻力为
当其达到最大速度时，其所受到的阻力与牵引力大小相等，有
解得
故A项正确；
B.当其满载时，其受到的阻力为
匀速运动时，有
当掉落一个货物后，其阻力变为
掉落瞬间，其牵引力大于阻力，所以其将有加速度，有
对于其机器人有
由于掉落后机器人的做加速运动，其速度增加，所以其牵引力减小，加速度减小，综上所述若该机器人满载以额定功率匀速行驶途中，不慎掉落一货物，之后机器人将做加速度逐渐增小的变加速运动，故B项错误；
C.若机器人以恒定加速度启动，有
又因为
所以当机器人的功率增加到额定功率时，其牵引力将会减小，所以其之后将做加速度减小的加速运动，直至最大速度，综上所述可知，该机器人不可以一直做匀加速直线运动直至达到全程的最大速度，故C项错误；
D.当机器人恒加速度运动时，有
达到额定功率有
匀加速直线时，有
解得
故D项错误。
故选A。
3.
【解析】系统在从子弹开始射入到弹簧被压缩至最短的整个过程中，由于墙壁对弹簧有力的作用，所以系统所受的外力之和不为零，所以系统动量不守恒。在整个过程中，由于子弹射入木块的过程中有内能产生，所以系统机械能不守恒。
故选C。
4.
【解析】A.根据题意可知，系统只是在水平方向所受的合力为零，竖直方向的合力不为零，故系统在水平方向动量守恒，而系统总动量不守恒，故A错误；
B.小球运动到最低点时有向左的速度，则小车速度向右，选项B错误；
C.根据系统水平方向动量守恒及系统机械能守恒可知，小球摆到左侧最高点时系统的速度为零，则小球仍能向左摆到原高度，故C错误；
D.根据题意可知，水平方向小球相对于小车的最大位移为，根据“人船”模型，系统水平方向动量守恒，规定水平向左为正方向，设小球在水平方向上的平均速度为，小车在水平方向上的平均速度为，由动量守恒定律有
根据运动学公式有
又根据题意有
联立解得小车向右移动的最大距离为

故D正确。
故选D。
5.
【解析】A.网球拍击打网球后，网球做曲线运动，曲线上任意一点的切线方向即为网球的速度方向，由轨迹可知，处轨迹的切线方向斜向右上方，则可知处的速度方向斜向右上方，因此网球拍给网球的冲量应斜向上方，故A错误；
B.到过程中网球只受到竖直向下的重力作用，则重力的冲量竖直向下，因此拍打后到过程中网球受到的冲量方向竖直向下，故B正确；
C.由题意可知，处弹性绳已经绷紧，即弹性绳在到达处时已经出现了弹力，因此网球从到过程中受力情况分为只受重力与受到重力和弹性绳的拉力两种情况，若只受重力阶段，则冲量竖直向下；若受到重力和弹性绳的拉力则二者合力斜向左下方，因此网球受到的冲量方向斜向左下方，故C错误；
D.处重力的瞬时功率为
故D错误。
故选B。
6.
【解析】A.时间内叶片排开的空气的质量为
故A项错误；
B.由动量定理可得
解得叶片匀速旋转时，空气受到的推力为
根据牛顿第三定律可知，空气对叶片的推力为 ，故B项正确；
C.空气对叶片的压强为
所以若仅将叶片面积增大为，则空气对叶片的压强不变，故C项错误；
D.单位时间，则时间为，所以其单位时间内通过叶片的空气为
单位时间内流过叶片的空气的动能为
故D项错误。
故选B。
7.
【解析】解：一个中等身材的人，说明人不高；站在路旁的人观察车里的人，取路旁的人为惯性系，车上的人相对路旁的人高速运动，根据尺缩效应，人在运动方向将变窄，但在垂直于运动方向没有发生变化，所以观察的结果是这个人瘦但不高，故D正确，ABC错误。
故选：。
本题关键是知道狭义相对论的一个重要效应--尺缩效应：在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短．
此题考查狭义相对论的基本结论，熟记并理解它，可以解决所有关于狭义相对论的问题．
8.
【解析】若 ，重力和支持力的合力不足以提供火车做圆周运动的向心力，火车有做离心运动的趋势，则此时外轨对车轮轮缘施加压力，即侧向压力方向由外轨指向内轨，此时轨道对车轮的支持力大于 ，选项A错误，B正确；
火车以规定的速度转弯时满足
可知与火车的质量无关，该弯道的半径
选项C错误，D正确。
故选BD。
9.
【解析】A.在位置时，由运动的合成与分解有
故A项正确；
B.在运动过程中，其绳子与杆的夹角在增加，当角度为时的速度为零，说明物体先加速后减速，但无法判断此时的运动情形，超重和失重都有可能，故B项错误；
C.该过程中，其轻绳与杆之间的夹角为锐角，即从位置向右运动到位置过程中，绳子拉力对一直做正功，故C项错误；
D.将看成一个系统，该系统机械能守恒，所以的重力势能的减少量等于和动能的增加量，故D项正确。
故选AD。
10.
【解析】由题图知， 平行于 ，说明撤去推力后两物体的加速度相同，而撤去推力后物体的合力等于摩擦力，根据动量定理可知，，解得
根据图像可知 ， ，解得
故A正确，D错误；
B.根据动量定理有 ， ，解得，故B正确；
C.根据动能定理可得 ， ， ，
解得，故C正确。
故选ABC。
11.； ； ，
【解析】、实验时只要从相同高度由静止释放入射球即可保证入射球到达斜槽末端的速度相对，斜槽轨道不必光滑，故A错误；
B、为使小球离开轨道后做平抛运动，斜槽轨道末端必须水平，故B正确；
、为防止两球碰撞后入射球反弹，入射球的质量应大于被碰球的质量，为保证两球发生对心碰撞，两个小球半径必须相等，故C错误，D正确。
故选：。
根据题意，设碰前、碰后的速度分别为、，碰后的速度为，根据动量守恒
抛出后各自做平抛运动，则水平方向
竖直方向
整理可得，所以除了测量线段、、的长度外，还需要测量的物理量是小球和小球的质量、故BCD错误，A正确．
根据动量守恒有，
而、、的长度依次为、、，得
若该碰撞为弹性碰撞，根据能量守恒定律定律有
解得，
则有
即 。
12.

【解析】根据角速度与周期的关系有
根据运动学公式有
在段，系统动能的增加量为
重力势能的减少量为
从初始时激光笔对准上某点开始选取连续的段，根据时间关系有
根据运动学公式有
根据机械能守恒定律有
解得
则
13.从到有
解得
运动员从点飞出后做平抛运动，竖直方向有
水平方向有
因为落在了斜面上，所以有
解得
【解析】详细解答和解析过程见【答案】
14.小球从静止释放到最低点的过程中，由动能定理得
解得
小球在最低点时，根据牛顿第二定律得
解得
设水平向右为正方向，小球与发生碰撞，根据动量守恒定律得
解得
与右侧挡板发生弹性碰撞，由动量守恒和机械能守恒得
解得 ，
与右侧挡板碰后经 ，开始加速，则 到右侧挡板的距离为
设恰好不从上滑下，则、最终共速；以、为系统，根据动量守恒和能量守恒有
解得
平板的总长度
【解析】详细解答和解析过程见【答案】
15.物块从释放到第一次通过点过程做匀加速直线运动，由牛顿第二定律
根据
联立，解得
物块从释放到压缩弹簧到达点过程，由能量守恒可得
解得
依题意，物块恰好不脱离轨道的临界分别为运动到与圆心等高处速度为零
恰好经过最高点为
其中
联立，解得 ，
质量的取值范围为 或者
【解析】详细解答和解析过程见【答案】
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