2024-2025学年湖南省长沙市望城区第六中学高二（上）开学考试物理试卷（含解析）

2024-2025学年湖南省长沙市望城区第六中学高二（上）开学考试
物理试卷
一、单选题：本大题共7小题，共28分。
1.和两物体在同一直线上运动的图线如图，已知在第末两个物体相遇，则此过程中两物相同的是( )
A. 加速度 B. 速度方向 C. 位移 D. 合外力
2.如图所示，有一个水平大圆盘绕过圆心的竖直轴匀速转动，小强站在距圆心为处的点不动，关于小强的受力下列说法正确的是．
A. 小强在点不动，因此不受摩擦力作用
B. 若使圆盘以较小的转速转动时，小强在点受到的摩擦力为零
C. 小强随圆盘做匀速圆周运动，圆盘对他的摩擦力充当向心力
D. 如果小强随圆盘一起做变速圆周运动，那么其所受摩擦力仍指向圆心
3.如图所示，一根固定直杆与水平方向夹角为，将质量为的滑块套在直杆上，通过轻绳悬挂质量为的小球，杆与滑块之间的动摩擦因数为。通过某种外部作用，使滑块和小球瞬间获得初速度后，撤去外部作用，发现滑块与小球仍保持相对静止一起运动，且轻绳与竖直方向的夹角。则滑块的运动情况是( )
A. 速度方向沿杆向下，正在均匀减小 B. 速度方向沿杆向下，正在均匀增大
C. 速度方向沿杆向上，正在均匀减小 D. 速度方向沿杆向上，正在均匀增大
4.如图所示，虚线、、代表电场中的三个等势面，相邻等势面之间的电势差相等，即，实线为一带正电的质点仅在电场力作用下通过该区域时的运动轨迹，、是这条轨迹上的两点，据此可知，下列说法错误的是( )
A. 三个等势面中，的电势最高 B. 带电质点通过点时的加速度较点大
C. 带电质点通过点时的电势能较点大 D. 带电质点通过点时的动能较点大
5.北京时间年月日，我国长征二号运载火箭搭载神舟十三号载人飞船顺利升空，月日两名航天员圆满完成出舱活动全部既定任务。如图为三舱做匀速圆周运动的在轨简图，已知三舱飞行周期为，地球半径为，轨道舱的质量为，距离地面的高度为，引力常量为，则下列说法正确的是( )
A. 返回舱和轨道舱对接时各自受力平衡
B. 长征二号运载火箭需要把神舟十三号载人飞船加速到第二宇宙速度，然后停止加速
C. 三舱在轨运行的速度大小为
D. 由已知数据可以求出地球的质量和密度
6.据报道，中国科学院上海天文台捕捉到一个“四星系统”。两种可能的四星系统构成如图所示，第一种如甲所示，四颗星稳定地分布在正方形上，均绕正方形中心做匀速圆周运动，第二种如乙所示，三颗星位于等边三角形的三个顶点上，第四颗星相对其他三星位于三角形中心，位于顶点的三颗星绕三角形中心运动。若两系统中所有星的质量都相等，，则第一、二种四星系统周期的比值为( )
A. B. C. D.
7.绝缘光滑水平面上有三点，以点为坐标原点，向右方向为正方向建立直线坐标轴轴，点坐标为，点坐标为，如图甲所示。、两点间的电势变化如图乙，左侧图线为四分之一圆弧，右侧图线为一条倾斜线段。现把一质量为，电荷量为的负点电荷，以初速度由点向右射出，则关于负点电荷沿直线运动到点过程中，下列说法中正确的是忽略负点电荷形成的电场( )
A. 负点电荷在段的运动时间小于在段的运动时间
B. 负点电荷由运动到点过程中，随着电势的升高电势能变化越来越快
C. 负点电荷由点运动到点过程中加速度越来越大
D. 当负点电荷分别处于和时，电场力的功率相等
二、多选题：本大题共4小题，共20分。
8.关于经典力学和狭义相对论，下列说法中正确的是( )
A. 经典力学只适用于低速运动，不适用于高速运动速度接近于真空中的光速
B. 狭义相对论只适用于高速运动速度接近于真空中的光速，不适用于低速运动
C. 经典力学既适用于低速运动，也适用于高速运动速度接近于真空中的光速
D. 狭义相对论既适用于高速运动速度接近于真空中的光速，也适用于低速运动
9.如图所示，在某行星表面上有一倾斜的匀质圆盘，面与水平面的夹角为，盘面上离转轴距离处有小物体与圆盘保持相对静止，绕垂直于盘面的固定对称轴以恒定角速度转动角速度为时，小物块刚要滑动，物体与盘面间的动摩擦因数为设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，星球的半径为，引力常量为，下列说法正确的是( )
A. 这个行星的质量
B. 这个行星的第一宇宙速度
C. 这个行星的同步卫星的周期是
D. 离行星表面距离为的地方的重力加速度为
10.伴随人工智能的发展，京东物流在部分地区已经实现无人机智能配送，某次配送中，质量为的货物在无人机拉力作用下沿竖直方向匀速上升，然后匀速水平移动，空气阻力不能忽略、重力加速度大小为。下列说法正确的是( )
A. 匀速上升时，无人机对货物的拉力大小等于货物所受重力的大小
B. 匀速上升时，货物处于失重状态
C. 匀速上升，货物机械能增量为
D. 匀速水平移动过程中，货物所受重力不做功
11.万有引力作用下的物体具有引力势能，取无穷远处引力势能为零，物体距星球球心距离为时的引力势能为为引力常量，、分别为星球和物体的质量，在一半径为的星球上，一物体从星球表面某高度处自由下落不计空气阻力，自开始下落计时，得到物体离星球表面高度随时间变化的图象如图所示，则( )
A. 在该星球表面上以的初速度水平抛出一物体，物体将不再落回星球表面
B. 在该星球表面上以的初速度水平抛出一物体，物体将不再落回星球表面
C. 在该星球表面上以的初速度竖直上抛一物体，物体将不再落回星球表面
D. 在该星球表面上以的初速度竖直上抛一物体，物体将不再落回星球表面
三、实验题：本大题共2小题，共18分。
12.在“验证牛顿运动定律”的实验中，采用如下图所示的实验装置，小车及车中砝码的总质量用表示，所挂钩码的总质量用表示。
打点计时器所接的电源为___________填“直流”或“交流”电源。只有满足_________时，才可近似认为细绳对小车的拉力大小等于所挂钩码的重力；
在探究加速度与质量的关系时，应该保持___________ 不变，改变，测出相应的加速度。实验画出的图线如下图所示，若误差是由于系统误差引起的，则图线不过坐标原点的原因是___________ 。
下图给出的是实验中获取的一条纸带的一部分：、、、、、、、是计数点，相邻两计数点间还有个点未画出，相邻计数点的间距分别为、、、、、、，测得点距如图所示。已知实验电源的频率为，则根据逐差法导出计算小车加速度的表达式为________________，根据图中的点距数据及电源频率，则可求得小车的加速度_________保留位有效数字。
13.某学习小组在研究加速度与力、质量的关系时，采用如图甲所示的装置，通过改变小托盘和砝码总质量来改变小车受到的合力，通过加减钩码来改变小车总质量．
实验中需要平衡摩擦力，应当取下_________选填“小车上的钩码”或“小托盘和砝码”，将木板右端适当垫高，直至小车在长木板上运动时，纸带上打出来的点________。
图乙为实验中得到的一条纸带的一部分，、、、、、、为计数点，相邻两计数点间还有个点未画出，所用交流电的频率为，从纸带上测出，，，，，小车运动的加速度大小为____结果保留三位有效数字。
四、计算题：本大题共3小题，共34分。
14.某物理学习小组设计了一个测量风速的装置，其原理如图所示。用一根不可伸长的细线，悬挂一个质量为的小球，风沿水平方向吹来时，细线偏离竖直方向。风速越大，细线与竖直方向的夹角越大，根据夹角的大小可以指示出风速的大小。已知当风速为时，细线与竖直方向的夹角为，重力加速度为。
求当风速为时，风对小球作用力的大小；
若风对小球作用力的大小与风速的平方成正比，即，推导风速跟细线与竖直方向夹角之间的关系。
15.在公路的十字路口，红灯拦停了很多汽车，拦停的汽车排成笔直的一列，最前面的一辆汽车的前端刚好与路口停车线相齐，相邻两车的前端之间的距离均为，若汽车启动时都以的加速度做匀加速运动，加速到后做匀速运动通过路口。该路口亮绿灯时间，而且有按倒计时显示的时间显示灯。另外交通规则规定：原在绿灯时通行的汽车，红灯亮起时，车头已越过停车线的汽车允许通过。请解答下列问题：
若绿灯亮起瞬时，所有司机同时启动汽车，问有多少辆汽车能通过路口？
第问中，不能通过路口的第一辆汽车司机，在时间显示灯刚亮出“”时开始刹车做匀减速运动，结果车的前端与停车线相齐时刚好停下，求刹车后汽车加速度大小。
事实上由于人反应时间的存在，路灯亮起是不可能所有司机同时启动汽车，现假设绿灯亮起时，第一个司机迟后启动汽车，后一辆车司机都比前一辆迟后启动汽车，在该情况下，有多少辆车能通过路口？
16.如图所示，是长为的绝缘、粗糙平台，平台点放置一质量为、电荷量为的小物块。平台右端的光滑水平桌面上，放有一质量为、长为的长木板，其上表面与平台相齐，右端带有挡板。其上从左端开始，每隔处放有质量为的小物块、、、。在平台区域有竖直向下的电场，平台上各点的电场强度大小与到点距离之间的关系为，小物块与平台间的动摩擦因数为，小物块、、、、与长木板之间的动摩擦因数均为，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。现给小物块一个水平向右的瞬时冲量，经过时间小物块滑上长木板。已知小物块未从长木板上滑落，所有碰撞均为弹性碰撞，重力加速度大小为，常量，求：
小物块从平台点运动至右端点时的速度大小；
从小物块与小物块相碰，直到小物块、、、均与长木板保持相对静止时所用的时间；
在小物块运动的整个过程中，作用在小物块上的电场力的冲量和小物块因摩擦而产生的热量。
答案解析
1..
【解析】A.速度图象的斜率等于加速度，斜率越大，加速度越大，则知、的加速度不同，A错误；
B.速度的正负表示速度方向，图像都在第一象限，速度都为正值，则知两物体的速度方向相同，B正确；
C.速度时间图像与坐标轴围成的面积表示位移，、在前秒所围成的面积不相等，位移不相同，C错误；
D.两个物体的加速度不同，由于两个物体的质量关系未知，由牛顿第二定律知不能确定合外力的关系，D错误；
故选B。
2..
【解析】解：
A、、、以小强为研究对象，小强受到：重力、支持力和静摩擦力，受力如图所示，小强相对圆盘静止，与圆盘一起做匀速圆周运动，所需要的向心力在水平面内指向圆心，重力与支持力在竖直方向上，与二力平衡，不可能提供向心力，因此小强作圆周运动的向心力由静摩擦力提供。故AB错误，C正确。
D、若小强随圆盘一起做变速圆周运动，则小强沿圆周有切向的分加速度，需要有切向的外力，这个切向外力是由摩擦力的分力提供向心力，摩擦力的另一个分力提供向心力，所以此时摩擦力不再指向圆心。故D错误。
故选：。
小强随圆盘做匀速圆周运动，由合外力提供向心力，分析小强的受力情况，确定其所受的摩擦力方向．
本题关键对做圆周运动的物体进行受力分析，明确做匀速圆周运动的物体需要向心力，向心力是效果力，它由物体所受的合外力提供．
3..
【解析】把滑块和球看作一个整体受力分析，沿斜面和垂直斜面建立直角坐标系得，若不存在摩擦力则一定有，则知摩擦力一定存在，
若假设滑块速度方向向下，则
沿斜面方向：，
垂直斜面方向：，
其中摩擦力：，
联立可解得：，
对小球受力分析，由，则，
所以，
所以假设不成立，即速度的方向一定向上，
滑块向上运动，重力有沿杆向下的分力，同时摩擦力的方向沿杆的方向向下，所以滑块的加速度方向向下，滑块沿杆减速上滑，故ABD错误，C正确。
故选C。
4..
【解析】A.电荷所受电场力指向轨迹内侧，因为电荷带正电，因此电场线指向右下方，沿电场线电势降低，故等势线的电势最高，等势线的电势最低，故A正确；
B.等势线密的地方电场线密场强大，故点位置电场强，电场力大，根据牛顿第二定律，加速度也大，故B正确；
C.根据质点受力情况可以知道，从到过程中电场力做正功，电势能降低，故点的电势能大于点的电势能，故C正确；
D.从到过程中电场力做正功，电势能降低，动能增大，故点的动能小于点的动能；故D错误。
本题选错误的，故选D．
5..
【解析】A.返回舱和轨道舱对接时二者相对静止均做匀速圆周运动，并非处于受力平衡状态，A错误；
B.第一宇宙速度为地球卫星的最小发射速度也是最大环绕速度，当卫星的速度达到第二宇宙速度时，人造卫星将脱离地球的束缚，B错误；
C.三舱在轨飞行的速度大小为，选项C错误；
D.设地球质量为，地球密度为，由，
得，，D正确。
故选D。
6..
【解析】对于第一种四星系统，图甲中每颗星体受力情况如下图所示
设，由几何关系可知，图甲中正方形的对角线的长度为
由万有引力定律可得：，
每颗星体所受合力大小为：
由合力提供向心力有：
联立解得：
对于第二种四星系统，图乙中三角形顶点上的星体受力情况如下图所示
由几何关系可知，图乙中三角形的边长：
三角形的顶点与中心的距离为：
由万有引力定律可得：，
每颗星所受合力大小为：，
由合力提供向心力有：
联立解得：
可得第一、二种四星系统周期的比值为：
故B正确， ACD错误。
7..
【解析】C.在电势随两点间距离的变化图线中，图线的斜率的绝对值表示电场强度的大小，圆弧切线斜率大小会发生变化，即此时过程中电场强度变小，电场力变小，加速越来越小，故C错误；
A.由于沿场强方向电势降低，所以段场强沿方向，段场强沿方向，负点电荷在段做加速度减小的加速运动，在段做匀减速运动，由于点电势等于点电势，所以负点电荷在点速度等于点速度，画出粒子运动的图可知，
与段运动的位移大小相同，即面积相同，根据图可知，则段的平均速度大于段的平均速度，所以段的运动时间小于段的运动时间，故A正确；
B.相等距离上电势能变化越快，说明该处电场力越大，即场强越大，由到点场强逐渐减小，所以电势能变化应越来越慢，故B错误；
D.当负点电荷分别处于和时，两段图像斜率绝对值相等，则场强大小相等，电荷所受电场力相等，但处的速度大于处的速度，所以电场力的功率不相等，故D错误。
8..
【解析】经典力学只适用于宏观物体的低速运动，不适用于与高速运动，故A正确，C错误；
狭义相对论既适用于高速运动，也适用于低速运动，经典力学是狭义相对论在低速条件下的近似，即只要速度远远小于光速，经过数学变换狭义相对论的公式就全部变化为牛顿经典力学的公式，故B错误，D正确。
故选AD。
9..
【解析】解：物体在圆盘上受到重力、圆盘的支持力和摩擦力，合力提供向心加速度；可知当物体转到圆盘的最低点，所受的静摩擦力沿斜面向上达到最大时，角速度最大，由牛顿第二定律得：
所以：
A、绕该行星表面做匀速圆周运动的物体受到的万有引力提供向心力，则：
所以：故A正确；
B、这个行星的第一宇宙速度故B错误；
C、不知道同步卫星的高度，所以不能求出同步卫星的周期。故C错误；
D、离行星表面距离为的地方的万有引力：；即重力加速度为L.故D正确。
故选：。
当物体转到圆盘的最低点，由重力沿斜面向下的分力和最大静摩擦力的合力提供向心力时，角速度最大，由牛顿第二定律求出重力加速度，然后结合万有引力提供向心力即可求出。
本题关键要分析向心力的来源，明确角速度在什么位置最大，由牛顿第二定律进行解题。
10..
【解析】A.因为空气阻力不能忽略，所以匀速上升时，无人机对货物的拉力大小等于货物所受重力和空气阻力大小之和，A错误；
B.匀速上升时，货物平衡状态，故不处于失重状态，B错误；
C.匀速上升 ，货物的动能不变，重力势能增加，根据公式可得
故货物机械能增量为 ，C正确；
D.匀速水平移动过程中，因为重力方向的位移为零，故货物所受重力不做功，D正确。
故选CD。
11..
【解析】物体自由下落，物体做自由落体运动，由图示图象可知，物体位移为时所用时间为，由自由落体运动的位移公式得：，解得：。
物体绕星球表面做圆周运动，万有引力提供向心力，由牛顿第二定律得：，解得：，当水平抛出物体的速度大于等于时，物体将不会再返回地面，故AB正确；
C.若竖直上抛，设发射速度为，卫星绕星球表面运动时，由机械能守恒定律得：，万有引力等于重力：，解得：，故C错误，D正确。
故选ABD。
12..交流；远大于；
钩码质量；平衡摩擦力过度；
； 。
【解析】解：打点计时器所接的电源为交流电源，只有满足远大于时，才可近似认为细绳对小车的拉力等于所挂钩码的重力；
在探究加速度与质量的关系时，应该保持合力不变，由知合力近似等于所挂钩码的重力，所以保持钩码质量不变；由图像可知，图像的解析式为：，即，说明小车所受合外力大于细绳对小车的拉力，其原因是平衡摩擦力时木板倾斜的角度过大；
因为电源的频率为，且相邻两计数点间还有个点未画出，则；
根据逐差法可知小车的加速度的表达式为：
代入数据得：
故答案为：交流；远大于；
钩码质量；平衡摩擦力过度；
； 。
根据实验原理选出合适的电源类型，同时理解要远大于；
根据图线的解析式结合牛顿第二定律分析出图线不过坐标原点的原因；
根据逐差法计算出小车的加速度。
本题主要考查了牛顿第二定律的验证实验，根据实验原理掌握正确的实验操作，理解图像的物理意义，结合逐差法计算出小车的加速度，在计算过程中要注意单位的换算。
13..小托盘和砝码 均匀分布
【解析】
实验中需要平衡摩擦力，应当取下小托盘和砝码，将木板右端适当垫高，直至小车在长木板上运动时，纸带上打出来的点间距相等．
根据匀变速直线运动的推论公式可以求出加速度的大小，
得：
为了更加准确的求解加速度，我们对三个加速度取平均值，得：
解得：．
故答案为：小托盘和砝码 均匀分布 。
14..解：小球受重力 、细线的拉力 和风的作用力 。根据共点力平衡条件；
依题意，风速为 时， ，其中 为常量。所以
同理，风速为 时
解得。

【解析】对小球受力分析，根据平衡条件求解风对小球的作用力大小；
对小球受力分析，结合风对小球作用力的大小与风速的平方得关系和平衡条件求解风速跟细线与竖直方向夹角之间的关系。
本题考查共点力平衡，解题关键是对小球做好受力分析，根据平衡条件列式求解即可。
15..汽车的加速时间
时间内汽车能行驶的位移为
所以 ，由题意知，有辆汽车能通过路口。
设，在时间显示灯刚亮出“”时，第辆车行驶的位移为
此时汽车离停车线的距离为
该车做匀减速直线运动，加速度大小为
设有辆车能通过路口，第辆车能通过路口应满足
代入数据可解得 ，故有辆车能通过路口。

【解析】详细解答和解析过程见.
16..小物块获得一初速度有
小物块从端运动到端的过程，由动能定理得
解得
小物块、、、、与长木板打滑时的加速度均为
在未与长木板的挡板相碰前，长木板的加速度为
设历时后，小物块与相碰，有
设历时在后，与长木板的挡板相碰，有
从小物块滑上长木板到、、、、与长木板达共速的过程由动量守恒有
设与长木板的挡板碰后，直到、、、、与长木板达共速历时
从与碰后，到、、、均与长木板保持相对静止所用的时间
小物块运动的整个过程，仅点到点过程受到电场力小物块从端运动到端过程，由动量定理得：
该过程电场力对小物块的冲量大小为
联立解得
小物块从端运动到端过程，因摩擦产生的热量为
小物块滑上长木板直到、、、、与长木板达共速过程，小物块与长木板间因摩擦产生的热量为
在运动的整个过程中，小物块因摩擦而产生的热量为

【解析】详细解答和解析过程见.
第1页，共1页