北京市朝阳区2020-2022三年高一物理下学期期末试题分题型汇编3-解答题

北京市朝阳区2020-2022三年高一物理下学期期末试题分题型汇编3-解答题

1. （2020春·北京朝阳·高一期末）如图所示，用F=8.0N的水平拉力，使质量m =2.0kg的物体由静止开始沿光滑水平面做匀加速直线运动。求：

(1)物体加速度a的大小；

(2)在t=3.0s内水平拉力F所做的功。

2. （2020春·北京朝阳·高一期末）某同学利用无人机玩“投弹”游戏。无人机以v0=2m/s的速度水平向右匀速飞行，在某时刻释放了一个小球。此时无人机到水平地面的距离h=20m,空气阻力忽略不计，g取10m/s2。

（1）计算小球在空中下落的时间。

（2）计算小球释放点与落地点之间的水平距离。

3. （2020春·北京朝阳·高一期末）已知地球质量为M，半径为R，引力常量为G。

(1)推导第一宇宙速度v1的表达式；

(2)一卫星绕地球做匀速圆周运动，运行轨道距离地面高度为h。求卫星的运行周期T。

4. （2020春·北京朝阳·高一期末）某探究小组设计了一个“用刻度尺测定动摩擦因数”的实验方案，实验装置如图所示，斜面与水平面在B点平滑连接，将质量为m的小木块（可视为质点）从斜面上的A点由静止释放，滑至水平面的C点停止。测得A点到正下方水平面O点的高度为h，O、B两点间的距离为x1；B、C两点间的距离为x2，已知重力加速度为g，木块与斜面、水平面间的动摩擦因数相同。求：

(1)木块从A点运动到C点的过程中，摩擦力做的功Wf；

(2)木块与斜面、水平面间的动摩擦因数μ。

5. （2020春·北京朝阳·高一期末）弹簧对物体的作用力为变力，在弹性限度内满足胡克定律，弹力做功同时伴随着弹性势能的改变。如图1所示，劲度系数为k的竖直轻弹簧固定在水平地面上，最上端位于O点。用手持一质量为m的物块从弹簧上端将弹簧缓缓下压到A点，手撤开后，物块保持静止，如图2所示。不计空气阻力，重力加速度为g。以下过程均在弹性限度内。

(1)求O、A两点间的距离d；

(2)若让物块从O点上方某一位置释放，到达O点时的速度大小为v1，然后向下压缩弹簧，如图3所示。O'是A点正下方的一点，且OA=AO'。已知物块到达O'点的速度大小为v2.

a.设弹簧弹力的大小为F，物块与O点间的距离为x，请在图4中画出F随x变化的示意图，并在此基础上，求物块在O'点时弹簧的弹性势能EpO'；

b.请从能量的角度分析说明v1=v2.

6. （2021春·北京朝阳·高一期末）如图为高山滑雪赛道，赛道分为倾斜赛道与水平赛道两部分，其中倾斜赛道顶端处与水平赛道间的高度差。某滑雪者连同滑雪板总质量（可视为质点），从赛道顶端处由静止开始沿直线下滑，通过倾斜赛道底端处测速仪测得其速度大小。滑雪者通过倾斜赛道与水平赛道连接处速度大小不变，在水平赛道上沿直线继续前进后停下来（滑雪者整个运动过程中未使用雪杖）。重力加速度。

（1）求滑雪者在倾斜赛道段运动过程中，重力势能的减少量和动能的增加量，并判断机械能是否守恒；

（2）求滑雪者在水平面赛道上受到的平均阻力大小。

7. （2021春·北京朝阳·高一期末）2021年4月29日11时23分，中国空间站天和核心舱发射升空，准确进入预定轨道，标志着我国载人航天工程三步走战略成功迈出第三步。核心舱质量为，运行的轨道可以近似看做圆轨道，其半径为。已知地球表面重力加速度为，地球半径为，引力常量为。

（1）求地球的质量；

（2）求核心舱绕地球运动的周期；

（3）实际上核心舱的运行轨道为椭圆轨道如图所示。已知核心舱由远地点向近地点运动时，速度如何变化。

8. （2021春·北京朝阳·高一期末）普通水加压，可以制成水枪、水刀，在生产生活中有着广泛的用途。如图所示，用高压水枪冲洗物体时，在物体表面能够产生一定的压力，从而达到洗去污垢的作用。若水从横截面积为S的枪口喷出时的速度大小不变，忽略水从枪口喷出后的发散效应，近距离垂直喷射到某物体表面，速度在短时间内变为零。已知水的密度为，重力加速度为，水枪的流量为（即单位时间内水枪口喷出的水的体积）。求：

（1）经过（已知）时间，水枪喷出的水的质量；

（2）水从枪口喷出时的速度大小；

（3）水枪在物体表面产生的冲击力大小。

9. （2021春·北京朝阳·高一期末）如图1所示的克朗棋，其游戏规则和台球的比赛规则十分相似玩者用“球杆”或手弹的方法像打台球那样击打母棋，使其撞击其他棋子入洞，将所有棋子打入洞内就算一局，谁打入的棋子最多谁就是胜利者。克朗棋的棋子类似于象棋子，某克朗棋的母棋、棋子与棋桌之间的动摩擦因数均为，母棋的质量，被击打的棋子质量均为。某玩者想用母棋击打棋子进入洞。母棋、棋子与号洞在一条直线上，如图2中虚线所示。玩者击打母棋，使其与棋子碰撞后，棋子恰好落入号洞，设它们之间的碰撞为弹性碰撞。已知母棋距离号洞口，棋子距离号洞口，棋子的大小可忽略不计。取重力加速度。求：

（1）母棋与棋子碰撞后瞬间，棋子获得的速度大小；

（2）为使棋子能恰好落入号洞，玩者需要击打母棋做功，使母棋获得合适的速度。

a.求母棋撞击棋子前瞬间的速度大小；

b.保持母棋初始位置不变，改变棋子在虚线上的位置，玩者对母棋做的功也相应的需要改变，请你分析计算玩者对母棋做功的最小值。

10. （2022春·北京朝阳·高一期末）首钢滑雪大跳台（图1）是2022年冬奥会自由式滑雪和单板滑雪的比赛场地，滑道简化图如图2所示。某滑雪运动员从滑道上的A点由静止滑下，从跳台O点以速率沿水平方向飞出，然后落在斜坡上的B点。已知O点是斜坡的起点，A点与O点的竖直高度为h，斜坡的倾角为，运动员的质量为m，重力加速度为g，不计空气阻力。求：

（1）由A点到O点阻力对运动员所做的功；

（2）从O点运动到B点的过程中；

a．运动员经过的时间；

b．运动员速度的变化量。

11. （2022春·北京朝阳·高一期末）节能混合动力汽车是一种可以利用汽油发动机及电动机作为动力来源的汽车。有一混合动力轿车，在平直公路上以的速度匀速行驶，此时电动机不工作，汽油发动机的输出功率为。某时刻开始该轿车提速行驶，这个过程汽油发动机输出功率不变，电动机开始工作且输出功率为。设全程阻力不变。

（1）轿车以的速度匀速行驶时，求所受阻力的大小；

（2）求轿车提速行驶过程中所达到的最大速度的大小；

（3）在图中作出轿车提速过程的图像。

12. （2022春·北京朝阳·高一期末）某弹射装置如图所示，一轻质弹簧左端固定在p点处，半径的竖直半圆形光滑轨道bdc与水平面pab相切，d点与圆心O等高。一质量为的小滑块与弹簧右端接触并在外力作用下使弹簧处于压缩状态，每次实验由静止释放小滑块。已知pa段光滑，ab段距离，小滑块与ab段的动摩擦因数。取重力加速度。

（1）某次弹射后，小滑块恰好能通过竖直轨道最高点c。求：

a．小滑块通过b点时速度大小vb；

b．此过程中弹簧的最大弹性势能。

（2）某次弹射后，小滑块到达a点时速度大小为。请你推断小滑块通过b点后的运动情况并说明理由。

13. （2022春·北京朝阳·高一期末）2022年4月16日神舟十三号载人飞船返回舱成功着陆，三位航天员在空间站出差半年，完成了两次太空行走和20多项科学实验，并开展了两次“天宫课堂”活动，刷新了中国航天新纪录。已知地球半径为R，地球表面重力加速度为g。总质量为m0的空间站绕地球的运动可近似为匀速圆周运动，距地球表面高度为h，阻力忽略不计。

（1）求空间站绕地球匀速圆周运动的动能块；

（2）物体间由于存在万有引力而具有的势能称为引力势能。若取两物体相距无穷远时引力势能为0，质点和的距离为r时，其引力势能为（式中G为万有引力常量）。假设空间站为避免与其它飞行物相撞，将从原轨道转移到距地球表面高为1.2h的新圆周轨道上，则该转移至少需要提供多少额外的能量；

（3）维持空间站的运行与舱内航天员的生活需要耗费大量电能，某同学为其设计了太阳能电池板。太阳辐射的总功率为，太阳与空间站的平均距离为r，且该太阳能电池板正对太阳的面积始终为S，假设该太阳能电池板的能量转化效率为。求单位时间空间站通过太阳能电池板获得的电能。

【参考答案】

1. (1) 4.0m/s2；(2)144J

【详解】(1)根据牛顿第二定律有

F=ma

解得

a=4.0m/s2

(2)根据位移公式有

拉力做功

W=Fx=8×18J=144J

2. （1）2s   （2）4m

【详解】(1)小球离开无人机时，具有和无人机相同的水平速度，即v0=2m/s，水平向右，

根据小球竖直方向做自由落体运动规律，得

(2)根据小球水平方向做匀速直线运动，可知小球释放点与落地点之间的水平距离

。

3. (1)；(2)

【详解】(1)设质量为m的卫星在近地轨道绕地球做圆周运动，根据牛顿第二定律

解得

(2)设卫星的质量为m，根据牛顿第二定律

解得

4. (1)；(2)

【详解】(1)木块从A点运动到C点的过程中，根据动能定理

所以

①

(2)设斜面的倾角为θ。木块从A点运动到C点的过程中，根据功的定义式

②

由几何知识

 ③

联立①②③式，解得

5. (1)；(2)a．，b．

【详解】(1)由题意可知，物块在A点时平衡，则有

解得

①

(2)a．F-x图像如图所示

在物块从O点到O'点的过程中，弹簧弹力做负功。参考由速度—时间图像求位移的方法，Fx图线下的面积等于弹力做的功，所以弹簧弹力做的功

②

设物块在O点时弹簧的弹性势能为EpO，则有

③

联立①②③式解得

b．在物块从O点到O'点的过程中，根据动能定理

④

联立①②④式解得

6. (1) ；；机械能不守恒；(2)

【详解】(1) 滑雪者在倾斜赛道段运动过程中，重力势能的减少量

动能的增加量

重力势能减少量大于动能增加量，机械能不守恒；

(2)由动能定理得

可求滑雪者在水平面赛道上受到的平均阻力大小

7. （1）；（2）；（3）变大

【详解】（1）由万有引力近似等于重力得

得

（2）由万有引力提供向心力得

解得

（3）由开普勒第二定律可知，核心舱由远地点向近地点运动时，速度会逐渐变大。

8. （1）；（2）；（3）

【详解】（1）水枪喷出的水的质量

（2）水从枪口喷出时的速度大小

（3）由动量定理可得

得

9. (1)1m/s；(2)a．0.8m/s；b．0.0775J

【详解】(1)已知

棋子恰好落入号洞，即落入时速度为零，母棋与棋子碰撞后棋子做匀减速直线运动，由牛顿第二定律的加速度大小为

由速度位移关系式

可得母棋与棋子碰撞后瞬间，棋子获得的速度大小

(2) a．母棋与棋子是弹性碰撞，由动量守恒和能量守恒得

可得母棋撞击棋子前瞬间的速度大小

带入数值得

b．设玩者对母棋做功W，则母棋获得初动能为W，由题意可知，球桌中心到1号洞的距离为0.15m，设棋子到1号洞的距离为d2，碰撞后棋子的速度为

碰撞前母棋的速度为

由动能定理得

可得

因为

则

所以玩者对母棋做功最少是0.775J。

10. （1）；（2）a．；b．

【详解】（1）滑雪运动员从滑道上的A点由静止滑下，从跳台O点以速率沿水平方向飞出，根据动能定理有

解得

（2）a．运动员落在斜坡上的B点，则有

解得

b．从O点运动到B点的过程中运动员速度的变化量

11. （1）；（2）；（3）

【详解】（1）轿车以的速度匀速行驶时，牵引力等于阻力，即

又

所以阻力的大小

（2）汽车再次速度最大时，发动机和电机的总输出的功率为

速度再次达到最大时，此时牵引力等于阻力，故

代入数据得

（3）作出轿车提速过程的图像如图：

12. （1）a.， b.；（2）见解析

【详解】（1）在c点根据牛顿第二定律得

解得

由b点到c点根据机械能守恒定律得

解得

根据功和能的关系得

（2）根据动能定理得

解得

滑块不能到达c点；

根据机械能守恒定律得

解得

滑块经过d点后，到达c点前离开轨道做斜上抛运动。

13. （1）；（2）；（3）

【详解】（1）地球表面附近有

解得

空间站绕地球匀速圆周运动，有

又

联立解得

（2）空间站绕地球做圆周运动，万有引力提供向心力，由牛顿第二定律得

空间站绕地球运动的动能

则空间站从原轨道转移到距地球表面高为1.2h的新圆周轨道上，动能的减小量为

引力势能的增加量为

由能量守恒定律可知，该转移至少需要提供额外的能量

（3）太阳辐射的总功率为，单位时间内辐射的能量

单位时间太阳能电池板正对太阳的面积为S接收到的能量

则单位时间空间站通过太阳能电池板获得的电能