模块综合检测(B卷)　综合素养评价（含解析）高中物理教科版（2019）必修 第二册

模块综合检测(B卷)　综合素养评价
(本试卷满分：100分)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分。每小题只有一个选项符合题目要求)
1．如图所示，一塔式起重机正在工作，在某段时间内，吊车P沿吊臂向末端M水平匀速移动，同时吊车正下方的重物Q在竖直方向上先匀加速上升，后匀减速上升。该段时间内，重物Q相对地面的运动轨迹可能是(　　)
2．“单臂大回环”是一种高难度男子体操动作，如图甲所示，运动员用一只手抓住单杠，伸展身体，以单杠为轴在竖直平面内做圆周运动。当运动员以不同的速度v通过最高点时，手受到单杠的拉力F也不同，其F v2图像如图乙所示。取重力加速度大小g＝10 m/s2。则(　　)
A．运动员的重心到单杠的距离为1.5 m
B．运动员的重心到单杠的距离为1.2 m
C．运动员的质量为50 kg
D．运动员的质量为75 kg
3．一质量为1 kg的物体被人用手由静止向上提升1 m，用时2 s,2 s末物体的速度为2 m/s，则下列说法错误的是(　　)
A．手对物体做功12 J
B．重力做功12 J
C．合力对物体做功2 J
D．该过程手对物体做功的平均功率为6 W
4．如图甲所示的“彩虹滑道”是一种较为受欢迎的新型娱乐项目，游客在滑道上某段的运动可简化如图乙所示。 游客(视为质点)以v0＝1.5 m/s水平速度从A点滑出，然后落在倾角θ＝30°的斜面上的B点。不计空气阻力，重力加速度g取10 m/s2，下列说法正确的是(　　)
A．游客在空中运动的时间为0.3 s
B．A、B两点的水平距离为 m
C．游客在B点的速度大小为 m/s
D．游客从A运动到B过程中的速度偏转角为60°
5．如图所示，小球在竖直放置的光滑圆形管道内做圆周运动，小球直径略小于管道内径，ab为过圆心的水平线。则小球(　　)
A．过最高点的速度越大，对管壁的弹力一定越大
B．过最高点的速度越小，对管壁的弹力一定越小
C．在ab以下运动时，对内侧管壁可能有作用力
D．在ab以下运动时，对内侧管壁一定无作用力
6．“嫦娥六号”探测器于2024年5月8日进入环月轨道，后续经调整环月轨道高度和倾角，实施月球背面软着陆。当探测器的轨道半径从r1调整到r2时(两轨道均可视为圆形轨道)，其动能和周期从Ek1、T1分别变为Ek2、T2。下列选项正确的是(　　)
A.＝，＝ B．＝，＝
C.＝，＝ D．＝，＝
7．(2024·安徽高考)在某地区的干旱季节，人们常用水泵从深水井中抽水灌溉农田，简化模型如图所示。水井中的水面距离水平地面的高度为H。出水口距水平地面的高度为h，与落地点的水平距离约为l。假设抽水过程中H保持不变，水泵输出能量的η倍转化为水被抽到出水口处增加的机械能。已知水的密度为ρ，水管内径的横截面积为S，重力加速度大小为g，不计空气阻力。则水泵的输出功率约为(　　)
A.
B.
C.
D.
二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分。每小题有多个选项符合题目要求，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．如图所示，一长为L的轻绳，一端固定在天花板上，另一端系一质量为m的小球绕竖直轴线O1O2做匀速圆周运动，角速度为ω，绳与竖直轴线间的夹角为θ，小球与悬点O1的高度差为h，则下述说法中正确的是(　　)
A．小球受到的向心力实际上是重力和绳对小球的拉力的合力
B．小球所受向心力大小为mgtan θ
C．小球做圆周运动的向心加速度是恒定不变的
D．重力加速度g＝hω2
9．如图所示，小物体从某一高度自由下落， 落到竖直固定在地面上的轻弹簧上，在A点物体开始与弹簧接触，到B点物体的速度为零，然后被弹回。下列说法中正确的是(　　)
A．物体经过A点时速度最大
B．从A点下落到B点的过程中，物体的机械能守恒
C．从A点下落到B点以及从B点上升到A点的过程中，物体的动能都是先变大后变小
D．从A点下落到B点的过程中，物体的机械能不守恒
10．(2024·广东高考)如图所示，探测器及其保护背罩通过弹性轻绳连接降落伞，在接近某行星表面时以60 m/s的速度竖直匀速下落。此时启动“背罩分离”，探测器与背罩断开连接，背罩与降落伞保持连接。已知探测器质量为1 000 kg，背罩质量为50 kg，该行星的质量和半径分别为地球的和。地球表面重力加速度大小取g＝10 m/s2。忽略大气对探测器和背罩的阻力。下列说法正确的有(　　)
A．该行星表面的重力加速度大小为4 m/s2
B．该行星的第一宇宙速度为7.9 km/s
C．“背罩分离”后瞬间，背罩的加速度大小为 80 m/s2
D．“背罩分离”后瞬间，探测器所受重力对其做功的功率为30 kW
三、非选择题(本题共5小题，共54分)
11．(6分)图甲是探究平抛运动的实验装置。用小锤击打弹性金属片后，a球沿水平方向抛出，做平抛运动，同时b球被释放，做自由落体运动，观察到两球同时落地。改变小锤击打力度，两球仍然同时落地。
(1)以上现象说明________。
A．平抛运动在竖直方向的分运动是自由落体运动
B．两小球在空中运动的时间相等
C．两小球落地时速度相等
D．两小球在竖直方向的加速度相等
(2)一同学利用频闪相机拍摄a小球运动过程，经处理后得到如图乙所示的点迹图像。图中O为坐标原点，B点在两坐标线交点，坐标xB＝40 cm，yB＝20 cm，A、C点均在坐标线的中点。则平抛小球在B点处的瞬时速度大小vB＝________m/s(结果保留两位小数)。
12．(9分)某物理兴趣小组采用了如图甲所示的实验装置“验证机械能守恒定律”。装置中包括一个定滑轮、细线、标尺、秒表、质量分别为M和m的物块A和B，M>m，当地重力加速度为g，细线足够长。
(1)实验开始时，用手先托住A，使A和B均保持静止。某时刻，释放A，则A加速下降，B加速上升，用标尺测出A下降的高度为h，用秒表测出A下降高度h所用的时间为t。则根据以上实验测量数据，求得A和B组成的系统在此过程中重力势能减少量为ΔEp＝________(用M、m、g、h表示)，系统动能增加量为 ΔEk＝______(用M、m、h、t表示)。
(2)经过多次实验，获取多组精确数据，做出h t2图像如图乙所示，图像斜率为k，则重力加速度为g＝________。(用M、m、k表示)
(3)经过多次实验，获取多组精确数据，经检查没有出现实验错误，却发现系统重力势能的减少量总是大于系统动能的增加量。请你给出出现这种结论的两种可能原因：①________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________。
13．(10分)如图所示，两个用相同材料制成的靠摩擦传动的轮A和B水平放置，两轮之间不打滑，两轮半径RA＝2RB，当主动轮A匀速转动时，在A轮边缘上放置的小木块恰能相对静止在A轮边缘上，若将小木块放在B轮上，欲使木块相对B轮也静止，则木块距B轮转轴的最大距离为多少？
14．(13分)假如航天员乘坐宇宙飞船到达某行星，在该行星“北极”距地面h处由静止释放一个小球(引力视为恒力，阻力可忽略)，经过时间t落到地面。已知该行星半径为R，自转周期为T，引力常量为G，求：
(1)该行星的平均密度ρ；
(2)该行星的第一宇宙速度v；
(3)如果该行星有一颗同步卫星，其距行星表面的高度H为多少。
15．(16分)如图所示，将一质量为0.1 kg的小钢球放在O点，用弹射装置将其弹出，使其沿着半圆形轨道OA和AB运动，OAB是与B点相切的竖直光滑圆弧轨道，BC段为一段长为L＝2.0 m的粗糙平面，DEFG为接球槽。圆弧OA和AB的半径分别为r＝0.2 m，R＝0.4 m，小钢球与BC段的动摩擦因数μ＝0.4，C点离接球槽的高度h＝1.25 m，水平距离x＝0.5 m，接球槽宽EF的长度为1.5 m，忽略空气阻力。求：(g取10 m/s2)
(1)要使小钢球恰好不脱离圆弧轨道OAB，小钢球在A点的速度vA为多大；
(2)在(1)问的情况下小钢球在B位置对半圆轨道的压力；
(3)要使小钢球最终能落入槽中，弹簧压缩时的弹性势能的取值范围。
模块综合检测(B卷)
1．选A　吊车P沿吊臂向末端M水平匀速移动，同时吊车正下方的重物Q先匀加速竖直上升，可知重物Q做匀变速曲线运动，重物Q的合力竖直向上；后匀减速竖直上升，可知重物Q继续做匀变速曲线运动，但重物Q的合力竖直向下；做曲线运动物体受到的合力方向在运动轨迹的凹侧，则重物Q的运动轨迹可能是A。
2．选C　对运动员在最高点进行受力分析，由F v2图像知，当F＝0时，重力提供向心力，即mg＝m，解得r＝1.0 m，故A、B错误；由F v2图像知，当F＝500 N时，根据牛顿第二定律得mg＋F＝m，解得m＝50 kg，故C正确，D错误。
3．选B　由动能定理得W手－mgh＝mv2，代入数据解得W手＝12 J，故A正确；重力做功是恒力做功，可用功的定义式求解，得WG＝－mgh＝－10 J，可知重力做负功且大小为10 J，故B错误；由动能定理，得W合＝mv2＝2 J，故C正确；该过程手对物体做功的平均功率为＝＝＝6 W，故D正确。
4．选C　A到B过程中，位移偏转角为30°，由平抛运动推论得速度偏转角的正切值tan θ＝2tan 30°＝＜tan 60°，游客从A运动到B过程中的速度偏转角小于60°，D错误；由平抛运动推论有＝2tan 30°，又vy＝gt，x＝v0t，解得t＝ s，x＝ m，A、B错误；游客在B点的速度大小v＝，解得v＝ m/s，C正确。
5．选D　在最高点，当速度v＜时，内壁对小球有支持力，根据牛顿第二定律可得mg－FN＝m，解得FN＝mg－m，故当速度越大时，支持力越小，结合牛顿第三定律可知，小球对管壁的弹力越小，故A、B错误；在ab以下运动时，受到的向心力指向圆心，而重力沿半径方向的分力背离圆心，故小球应受到外侧管壁的支持力，一定不受内侧管壁的支持力，故C错误，D正确。
6．选A　由万有引力提供向心力，可得＝mr＝m，解得T＝ ，v＝ ，则＝ ，又Ek＝mv2，所以＝，故A正确。
7．选B　设水从出水口射出的初速度为v0，根据平抛运动规律有v0t′＝l，h＝gt′2，解得v0＝l ，取t时间内射出的水为研究对象，该部分水的质量为m＝v0tSρ，根据功能关系得Ptη＝mv02＋mg，联立解得水泵的输出功率为P＝，故选B。
8．选ABD　小球受重力和绳的拉力两个力，两个力的合力提供向心力，故A正确；小球所受的合力等于向心力，F合＝Fn＝mgtan θ，故B正确；小球做圆周运动的向心加速度方向在不断变化，故C错误；根据公式mgtan θ＝mω2htan θ解得g＝hω2，故D正确。
9．选CD　对物体经过A点时进行受力分析，此时物体只受重力，此时加速度方向与速度方向相同，所以物体经过A点时继续加速，速度还未达到最大，选项A错误；物体从A点下落到B点的过程中，由于要克服弹簧弹力做功，所以物体的机械能不守恒，选项B错误，D正确；在A、B之间某位置满足kx＝mg，此时加速度为0，所以物体从A点下落到B点以及从B点上升到A点的过程中，速度都是先增大后减小，动能都是先变大后变小，选项C正确。
10．选AC　在星球表面，根据G＝mg，可得g＝，该行星的质量和半径分别为地球的和，地球表面重力加速度大小取g＝10 m/s2，可得该行星表面的重力加速度大小g′＝4 m/s2，故A正确；在星球表面上空，根据万有引力提供向心力，有G＝m，可得星球的第一宇宙速度v＝ ，该行星的质量和半径分别为地球的和，可得该行星的第一宇宙速度v行＝v地，地球的第一宇宙速度为7.9 km/s，所以该行星的第一宇宙速度v行＝×7.9 km/s，故B错误；“背罩分离”前，探测器及其保护背罩和降落伞整体做匀速直线运动，对探测器受力分析，可知探测器与保护背罩之间的作用力F＝mg′＝4 000 N，“背罩分离”后瞬间，背罩所受的合力大小为4 000 N，根据牛顿第二定律F＝m′a，解得背罩的加速度大小a＝80 m/s2，故C正确；“背罩分离”后瞬间，探测器所受重力对其做功的功率P＝mg′v＝1 000×4×60 W＝240 kW，故D错误。
11．解析：(1)因为两球同时释放，同时落地，所以两球下落的时间相等，即在空中运动的时间相等，故B正确；b球做自由落体运动，则竖直方向上a球做自由落体运动，两小球在竖直方向的加速度相等，故A、D正确；因为下落的高度相同，落地时两球竖直方向的速度相同，因为a球有初速度，所以a球落地的速度比b球的落地速度大，故C错误。
(2)根据题图中的几何关系可知，A点的纵坐标为5 cm，B点的纵坐标为20 cm，C点的纵坐标为45 cm，因为AB的竖直距离为yAB＝15 cm＝0.15 m，BC之间的竖直距离为yBC＝25 cm＝0.25 m，则竖直方向上，由运动学公式可知yBC－yAB＝gT2，在水平方向上v0＝，竖直方向上vBy＝，则vB＝，解得vB＝2 m/s≈2.83 m/s。
答案：(1)ABD　(2)2.83
12．解析：(1)B的重力势能增加，A的重力势能减少，所以A和B组成的系统在此过程中重力势能减少量为
ΔEp＝Mgh－mgh＝(M－m)gh，
由运动学公式可得h＝at2,2ah＝v2，
系统动能的增量为ΔEk＝(M＋m)v2，
联立可得ΔEk＝。
(2)由h＝at2，可得图线斜率k＝a，
由牛顿第二定律可得Mg－mg＝(M＋m)a，
可得g＝。
(3)系统重力势能减少量大于动能增加量的原因可能是物块运动过程中受到空气阻力作用，要克服空气阻力做功；也可能滑轮不光滑，绳与滑轮间有摩擦力，需要克服摩擦力做功。
答案：(1)(M－m)gh　
(2)　(3)系统克服空气阻力做功所致　系统存在摩擦力做功的情况
13．解析：设木块与两轮间的动摩擦因数为μ，木块质量为m，由题意，木块恰能相对静止于A轮边缘，
即μmg＝mωA2RA
由圆周运动可知，A轮边缘速度v＝ωARA
因为A轮与B轮靠摩擦传动，则A轮边缘线速度与B轮边缘线速度相等，则对于B轮v＝ωBRB
设木块距B轮转轴最大距离为r，可得μmg＝mωB2r
联立解得r＝RB。
答案：RB
14．解析：(1)设行星表面的重力加速度为g，对小球，
有h＝gt2，解得g＝ ，
设行星表面的某一物体质量为m，有mg＝G，
解得M＝
故行星的密度ρ＝，
解得ρ＝。
(2)设处于行星表面附近做匀速圆周运动的卫星质量为m′，由牛顿第二定律有m′g＝m′，解得v＝。
(3)同步卫星的周期与该行星自转周期相同，均为T，设同步卫星的质量为m″，
由牛顿第二定律有G＝m″(R＋H)
联立解得同步卫星距行星表面的高度H＝－R。
答案：(1)　(2)　(3)－R
15．解析：(1)要使小钢球恰好不脱离圆弧轨道，在最高点有mg＝m，解得vA＝2 m/s。
(2)小钢球从A到B，根据动能定理
有mg·2R＝mvB2－mvA2
在B点有FN－mg＝m
联立可得FN＝6 N
根据牛顿第三定律可得，小钢球在B位置对半圆轨道的压力为6 N，方向竖直向下。
(3)要使小钢球最终能落入槽中，在C点的速度至少为vC，从C到D根据平抛运动规律可得x＝vCt
h＝gt2，解得vC＝1 m/s
假设小钢球在A点的速度恰好为2 m/s时，小钢球可运动到C点，且到达C点的速度为vC′，则从A到C由动能定理mg·2R－μmgL＝mvC′2－mvA2，
解得vC′＝2 m/s＞vC
即当小钢球恰好不脱离圆轨道时，小钢球能达到C点，能平抛入槽，即此时弹簧压缩时的弹性势能有最小值，由机械能守恒定律得Ep min＝mvA2＋mg·2r
代入数据，弹簧压缩时的弹性势能最小为Ep min＝0.6 J
从C到F根据平抛运动规律可得x＋xEF＝vC″t
h＝gt2，解得vC″＝4 m/s
从O到C，由动能定理得
mg·R－μmgL＝mvC″2－mvO2
由能量守恒可得Ep max＝mvO2
联立可得，弹簧压缩时的弹性势能最大为Ep max＝1.2 J
所以要使小钢球最终能落入槽中，弹簧压缩时的弹性势能的取值范围为0.6 J≤Ep≤1.2 J。
答案：(1)2 m/s　(2)6 N，竖直向下
(3)0.6 J≤Ep≤1.2 J
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