2021北京房山高一（下）期末物理（教师版）

这是一份2021北京房山高一（下）期末物理（教师版），共18页。试卷主要包含了单项选择题，填空题，计算论证题解题要求等内容，欢迎下载使用。

2021北京房山高一（下）期末
物 理
一、单项选择题（每小题3分，共60分）
1．（3分）做匀速圆周运动的物体，下列物理量中保持不变的是（　　）
A．线速度 B．向心加速度 C．合外力 D．动能
2．（3分）在物理学史上，利用如图所示的装置首先精确测引力常量的科学家是（　　）

A．爱因斯坦 B．牛顿 C．开普勒 D．卡文迪许
3．（3分）关于行星运动规律及万有引力定律的建立，下列说法中正确的是（　　）
A．开普勒行星运动定律是第谷整理和研究出来的
B．开普勒以行星运动定律为基础总结出万有引力定律
C．“月﹣地检验”表明地面物体所受地球引力与月球所受地球引力遵循同样的规律
D．卡文迪什仅根据牛顿第三定律推出了行星与太阳间引力大小跟行星与太阳间距离的平方成反比关系
4．（3分）如图所示，一个物块在与水平方向成α角的恒力F作用下沿水平面向右运动一段距离x，在此过程中，恒力F对物块所做的功为（　　）

A． B． C．Fxsin α D．Fxcos α
5．（3分）篮球场上，运动员练习投篮，篮球划过一条漂亮的弧线落入篮筐，球的轨迹如图中虚线所示。从篮球出手到落入篮筐的过程中，篮球的重力势能（　　）

A．一直增大 B．一直减小
C．先减小后增大 D．先增大后减小
6．（3分）如图所示，当汽车以一定速度过拱形桥和凹形路面时。下列说法正确的是（　　）

A．图甲中汽车对桥面的压力大于车的重力
B．图乙中汽车对路面的压力小于车的重力
C．图甲中汽车的速度越大，汽车对桥面的压力越大
D．图乙中汽车的速度越大，汽车对路面的压力越大
请阅读下述文字，完成第7题、第8题、第9题。
“北斗卫星导航系统”是中国自行研制的全球卫星导航系统，同步卫星是其重要组成部分。如图所示，发射地球静止轨道同步卫星时，可以先将卫星发射至近地轨道1，然后经过一系列的变轨过程，将卫星送入同步轨道2，A点在轨道1上，B点在轨道2上。卫星在轨道1、轨道2上的运动均可视为匀速圆周运动。

7．在该卫星从轨道1变轨到轨道2的过程中，地球对卫星的引力（　　）
A．越来越小 B．保持不变
C．越来越大 D．先变大后变小
8．卫星在轨道1上A点的加速度大小为a1，周期为T1；卫星在轨道2上B点加速度大小为a2，周期为T2。下列关系正确的是（　　）
A．a1＞a2，T1＞T2 B．a1＞a2，T1＜T2
C．a1＜a2，T1＞T2 D．a1＜a2，T1＜T2
9．关于地球静止轨道同步卫星，下列说法正确的是（　　）
A．同步卫星运行速度大于地球第一宇宙速度
B．同步卫星距离地面的高度可以调节
C．同步卫星的运行周期与地球的自转周期相同
D．同步卫星的运行轨迹可以通过北京上空
10．（3分）如图所示，一个小球在真空中做自由落体运动，另一个同样的小球在粘性较大的液体中由静止开始下落。它们都由高度为h1的地方下落到h2的地方。在这两种情况下（　　）

A．重力势能的变化量不相等
B．动能的变化量不相等
C．重力势能都转化为动能
D．小球的机械能都守恒
11．（3分）如图所示，质量为1kg的小球，从A点下落到地面上的B点，h1为1.2m，桌面高h2为0.8m，g＝10m/s2（下落过程中忽略空气阻力影响）
所选择的参考平面
小球在A点的重力势能（J）
小球在B点的重力势能（J）
整个下落过程中重力做的功（J）
整个下落过程中小球重力势能的变化量（J）
桌面
12
﹣8
20
﹣20
地面
20
0
20
﹣20
根据表中数据分析，下列说法不正确的是（　　）

A．重力势能与参考面的选取有关
B．重力做功与参考面的选取无关
C．重力做功和重力势能变化量的关系总是满足：W＝﹣ΔEp
D．如果下落过程中空气阻力不可忽略，则表中的数据会发生变化
12．（3分）有一种地下铁道，车站的路轨建得高些，车辆进站时要上坡，出站时要下坡，如图所示。坡高为h，车辆的质量为m，重力加速度为g，车辆与路轨的摩擦力为f，进站车辆到达坡下A处时的速度为v0，此时切断电动机的电源，车辆冲上坡顶到达站台B处的速度恰好为0．车辆从A运动到B的过程中克服摩擦力做的功是（　　）

A．fh B．mgh
C．mv﹣mgh D．mgh﹣mv
请阅读下述文字，完成第13题、第14题、第15题。
把质量为0.5kg的石块从10m高处以30°角斜向上抛出，如图所示，初速度是v0＝5m/s，不计空气阻力，取g＝10m/s2。

13．石块落地时的速度大小是（　　）
A．5m/s B．10m/s C．15m/s D．20m/s
（多选）14．石块落地时速度大小与下列哪些量无关（　　）
A．石块初速度的仰角 B．石块初速度的大小
C．当地重力加速度大小 D．石块抛出时的高度
15．要增大石块落地的水平距离，下列方法一定可行的是（　　）
A．仅减小石块的质量
B．仅增大石块初速度的大小
C．仅增大石块初速度的仰角
D．仅减小石块抛出时的高度
请阅读下述文字，完成第16题、第17题、第18题。
把质量为m的小球放在竖直的弹簧上，并把小球往下按至A点的位置，如图甲所示，迅速松手后，弹簧把小球弹起，小球升至最高位置C如图乙所示，途中经过位置B时弹簧正好处于自由状态。弹簧的质量和空气阻力均可忽略。

16．小球由位置A运动至位置B的过程中，弹簧的弹性势能变化情况是（　　）
A．一直减小 B．一直增大
C．先增大后减小 D．先减小后增大
17．小球、弹簧、地球组成的系统的机械能变化情况是（　　）
A．一直减小 B．一直增大
C．先增大后减小 D．一直不变
18．小球由位置A运动至位置C的过程中，小球的动能变化情况是（　　）
A．一直减小 B．一直增大
C．先增大后减小 D．一直不变
19．（3分）如图所示，不可伸长的轻质细绳的一端固定于O点，另一端系一个小球，在O点的正下方钉一个钉子A，小球从右侧某一高度，由静止释放后摆下，不计空气阻力和细绳与钉子相碰时的能量损失。下列说法中正确的是（　　）

A．小球摆动过程中，所受合力大小保持不变
B．小球在左侧所能达到的最大高度可能大于右侧释放时的高度
C．细绳与钉子相碰前后瞬间，小球的线速度大小不变
D．钉子的位置越靠近O点，在细绳与钉子相碰时绳就越容易断
20．（3分）2020年12月17日凌晨，嫦娥五号返回器在我国内蒙古中部四子王旗着陆场成功着陆，这一事件标志着我国首次月球采样任务取得圆满成功。此次任务中，为了节省燃料、保证返回器的安全，也为之后的载人登月返回做准备，返回器采用了半弹道跳跃返回方式，具体而言就是返回器先后经历两次“再入段”，利用大气层减速。返回器第一次再入过程中，除受到大气阻力还会受到垂直速度方向的大气升力作用，使其能再次跳跃到距地面高度120km以上的大气层，做一段跳跃飞行后，又再次进入距地面高度120km以下的大气层，使再入速度达到安全着陆的要求。这一返回过程如图所示。若不考虑返回器飞行中质量的变化，从以上给出的信息，可以判断下列说法中正确的是（　　）

A．返回器在第一次再入段，经过轨道最低点b时所受大气升力与万有引力大小相等
B．返回器在第一次再入段a点和c点动能相等
C．若没有大气层减速作用，返回器返回着陆点时的速度等于第一宇宙速度
D．为了利用地球自转，降低回收过程中的风险，“返回器”应采用由西向东进入大气层回收
二、填空题（每空2分，共12分）
21．（4分）在“探究平抛运动特点”的实验中，首先用图1所示竖落仪装置探究平抛运动竖直分运动的特点。
（1）实验时用小锤击打弹性金属片后，A球沿水平方向抛出，同时B球被释放，自由下落，A、B两球同时开始运动。下列说法中正确的一项是 　 　。
A、两球的体积、材料和质量可以任意选择，对实验结果没有影响
B、改变小锤击打的力度，可以改变A球在空中的运动时间
C、如果两球总是同时落地，则可以验证平抛运动的竖直分运动是自由落体运动
D、通过该实验装置也能研究平抛运动的水平分运动特点

（2）用如图2所示平抛运动实验装置探究平抛运动水平分运动的特点。以下是关于本实验的一些做法，其中正确的一项是 　 　。
A、调整斜槽，使小球放置在轨道末端时，不左右滚动
B、不断改变水平挡板的位置，记录小球落到挡板上的位置
C、不断改变挡片P的位置，使小球从斜槽上不同位置释放
D、将坐标纸上确定的点用直线依次连接
22．（8分）利用如图1所示装置做“验证机械能守恒定律”实验。
（1）除带夹子的重锤、纸带、铁架台（含铁夹）、电火花打点计时器、导线及开关外，在下列材料中，还必须使用的两种器材是 　 　。
A、交流电源
B、刻度尺
C、直流电源
D、天平（含砝码）
（2）为验证机械能是否守恒，需要比较重锤下落过程中任意两点间的 　 　。
A、动能增加量与重力势能减少量
B、速度增加量和重力势能减少量
C、速度增加量和高度减少量
（3）实验中，先接通电源，再释放重锤，得到如图2所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC。已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T。设重锤的质量为m。从打O点到打B点的过程中，重锤的重力势能减少量|ΔEp|＝　 　。
（4）某同学想用下述方法研究机械能是否守恒：在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点O的距离h，计算对应计数点的重物速度v，描绘v2﹣h图像，并做出如下判断：若图像是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能守恒。请你分析论证该同学的判断依据是否正确。 　 　。
三、计算论证题（共28分）解题要求：写出必要的文字说明、方程式和结果。有数值计算的题，结果必须明确写出数值和单位
23．（6分）如图所示，某人在高处A点将一质量m＝0.50kg的小球，以v0＝4.0m/s的初速度水平抛出，小球被抛出时距水平地面的高度h＝20m。不计空气阻力，取g＝10m/s2。
（1）小球从抛出到落地过程中重力做的功；
（2）小球落地时的动能；
（3）小球落地时重力的瞬时功率。

24．（6分）如图所示，半径R＝0.40m的光滑半圆环轨道处于竖直平面内，半圆环与水平地面相切于圆环的端点A。一质量为m＝0.1kg的小球从A点冲上竖直圆环，刚好沿半圆轨道运动到B点飞出，最后落在水平地面上的C点（图上未画）取g＝10m/s2。
（1）小球通过B点时的速度大小；
（2）A、C间的距离；
（3）A点的速度大小。

25．（8分）如图1所示，质量为m的物体放在光滑水平面上。在水平恒力F作用下，速度由v1增大到v2的过程中，发生的位移为l。

（1）请利用题中已知物理量表示此过程中合外力所做的功W合以及动能变化量ΔEk。
（2）演绎推理是从一般性结论推出个别性结论的方法，即从已知的某些一般原理、定理、法则、公理或科学概念出发，推出新结论的一种思维活动。动能定理的推导过程应用演绎推理的思想，请利用牛顿第二定律和匀变速直线运动规律，推导动能定理W合＝ΔEk。
（3）动能定理也适用于变力做功和曲线运动情况。如图2所示，一质量为m的物体从高为h处的A点由静止滑下，到达B点的速度大小为v，重力加速度为g。求物体下滑过程中阻力做的功W阻。
26．（8分）科学家对银河系中心附近的恒星S2进行了多年的持续观测，给出1994到2002年间S2的位置如图所示。科学家认为S2的运动轨迹是半长轴为1000AU（太阳到地球的距离为1AU）的椭圆，银河系中心可能存在超大质量黑洞。这项研究工作获得了2020年诺贝尔物理学奖。若认为S2所受的作用力主要为该大质量黑洞的引力。
（1）通过观察S2的位置图，估算S2绕黑洞运行的周期；
（2）如图所示，比较S2在1994年和2002年所在位置的运行速度大小，并说明理由；
（3）若S2绕黑洞的运行轨迹可看成匀速圆周运动，若太阳的质量为M，请估算黑洞的质量Mx是太阳的多少倍。


参考答案
一、单项选择题（每小题3分，共60分）
1．【分析】对于物理量的理解要明确是如何定义的决定因素有哪些，是标量还是矢量，如本题中明确描述匀速圆周运动的各个物理量特点是解本题的关键，尤其是注意标量和矢量的区别。
【解答】解：ABC、在描述匀速圆周运动的物理量中，线速度、向心加速度、合外力这几个物理量都是矢量，虽然其大小不变但是方向在变，因此这些物理量是变化的，故ABC错误；
D、由于做匀速圆周运动，线速度大小不变，根据可知动能不变，故D正确
故选：D。
【点评】本题很简单，考查了描述匀速圆周运动的物理量的特点，但是学生容易出错，如误认为匀速圆周运动线速度不变。
2．【分析】最先利用扭秤实验较精确测出万有引力常量G的科学家是卡文迪许．
【解答】解：牛顿发现万有引力定律后，由英国科学家卡文迪许最先利用扭秤实验较精确测出万有引力常量G．故D正确，ABC错误。
故选：D。
【点评】对于物理学上两个扭秤实验要记牢：一个扭秤实验测出万有引力常量G，另一个扭秤实验测出了静电力常量．
3．【分析】开普勒整理第谷的观测数据，总结出行星的三大定律；万有引力定律建立后，经历过“月﹣地检验”，表明了万有引力定律的正确性；牛顿探究天体的间的作用力，证实行星间引力与距离的平方成反比，总结出万有引力定律。
【解答】解：A.开普勒行星运动定律是开普勒根据第谷的观测数据整理和研究出来的，故A错误；
B.牛顿以行星运动定律为基础总结出万有引力定律，故B错误；
C.“月﹣地检验”表明地面物体所受地球引力与月球所受地球引力遵从同样的规律，故C正确；
D.牛顿探究天体间的作用力，得到了行星间引力与距离的平方成反比的结论，并进一步扩展为万有引力定律，并不是卡文迪许提出的，故D错误；
故选：C。
【点评】该题要掌握好物理学的基本发展历史，知道各个人对物理学的贡献，其中引力常量是卡文迪许测得的这点要牢记。
4．【分析】由题意可知力、位移及二者之间的夹角，由功的计算公式可求得恒力的功
【解答】解：由图可知，力和位移的夹角为α，故推力的功W＝Fxcosα；
故选：D。
【点评】本题考查功的公式，在解题时要注意夹角为力和位移之间的夹角．
5．【分析】重力势能大小的影响因素：质量、被举得高度。质量越大，高度越高，重力势能越大。判断重力势能的变化，主要从高度的变化进行判断。
【解答】解：从篮球出手到落入篮筐的过程中，篮球的重力不变，高度先增大后减小，则其重力势能先增大后减小，故D正确
故选：D。
【点评】本题要掌握重力势能的影响因素。可结合公式Ep＝mgh分析重力势能的变化情况。
6．【分析】汽车匀速通过圆弧拱形路面，做匀速圆周运动，合外力提供向心力，分析其受力情况，根据牛顿第二定律列式分析。
【解答】解：AC、在图甲中，汽车在拱形桥最高点时，竖直方向的合力提供做圆周运动的向心力，桥面对汽车的支持力为FN则有：可得：，根据牛顿第三定律可知，汽车对桥面的压力小于汽车的重力且汽车的速度越大，压力越小，故AC均错误；
BD、在图乙中，汽车在凹形路面最低点时，竖直方向的合力提供做圆周运动的向心力，路面对汽车的支持力为N，则有可得：N＝，根据牛顿第三定律可知，汽车对路面的压力大于汽车的重力且汽车速度越大，压力越大，故B错误，D正确。
故选：D。
【点评】本题主要考查拱形桥和凹形路面的最高点和最低向心力来源问题，知道竖直方向的合力提供做圆周运动的向心力来源，根据牛顿运动定律求解即可。
请阅读下述文字，完成第7题、第8题、第9题。
“北斗卫星导航系统”是中国自行研制的全球卫星导航系统，同步卫星是其重要组成部分。如图所示，发射地球静止轨道同步卫星时，可以先将卫星发射至近地轨道1，然后经过一系列的变轨过程，将卫星送入同步轨道2，A点在轨道1上，B点在轨道2上。卫星在轨道1、轨道2上的运动均可视为匀速圆周运动。

7．【分析】根据卫星与地球间距离的变化，由万有引力定律分析地球对卫星的引力变化情况。
【解答】解：在该卫星从轨道1变轨到轨道2的过程中，卫星离地球越来越远，由万有引力定律公式F＝G知地球对卫星的引力越来越小，故A正确，BCD错误。
故选：A。
【点评】解决本题的关键要掌握万有引力定律公式F＝G，来分析地球对卫星的引力变化情况。
8．【分析】根据万有引力提供向心力，结合题意可以判断卫星在两轨道上的向心加速度和周期关系。
【解答】解：卫星做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力，有
G＝ma＝mr
整理可得a＝G
T＝2π
由题意可知，卫星在轨道1上的轨道半径r1小于在轨道2上的轨道半径r2，故有a1＞a2，T1＜T2，故ACD错误，B正确。
故选：B。
【点评】在处理人造卫星问题时，要熟记万有引力提供向心力，熟记向心力的几种不同表达式。要注意结合题意得出相关条件。
9．【分析】地球同步卫星绕地球做匀速圆周运动，同步卫星相对地球静止，同步卫星的周期与地球自转周期相等，同步卫星位于赤道平面内，根据同步卫星的知识分析各选项答题。
【解答】解：A、第一宇宙速度是卫星最大的做匀速圆周运动的速度，故同步卫星的速度小于第一宇宙速度，故A错误；
BC、同步卫星相对地球静止，同步卫星的周期与地球自转周期相等，为24小时，同步卫星轨道半径一定，距地面的高度一定，故B错误，C正确；
D、同步卫星位于赤道平面内，同步卫星运动轨迹不可能通过北京上空，故D错误。
故选：C。
【点评】本题考查了地球同步卫星问题，解决本题的关键掌握同步卫星的特点：同步卫星定轨道（在赤道上方），定周期（与地球的自转周期相同），定速率、定高度。
10．【分析】重力做功只与初末位置有关，重力势能的变化与重力做功有关，动能的变化量等于合外力做的功；根据机械能守恒的条件判断小球的机械能是否守恒。
【解答】解：A、两小球相同，两球的质量m相等，两球下落的高度h＝h1﹣h2相等，重力做功W＝mgh相等，重力势能的变化量相等，故A错误；
B、在真空中只有重力做功，在粘性较大的液体中除重力做功外，阻力做负功，两种情况下合外力做功不同，由动能定理可知动能的变化量不相等，故B正确；
C、在真空中，重力势能全部转化为动能，在粘性较大的液体中，重力势能转化为动能与内能，故C错误；
D、只有重力或弹力做功，机械能守恒，在真空中下落的小球只有重力做功，机械能守恒；在粘性较大的液体中下落的要求除重力做功外还有克服阻力做功，小球的机械能不守恒，故D错误。
故选：B。
【点评】本题主要考查了重力做功主要与初末位置有关，能运用动能定理动能的变化，要明确机械能守恒的条件。
11．【分析】重力势能是一个相对量，重力势能的变化量等于重力做的功，与其它外力无关；重力做多少功重力势能减少多少，克服重力做多少功，重力势能就增加多少。
【解答】解：A、重力势能是一个相对量，重力势能与参考面的选取有关，故A正确；
B、重力做功W＝mgh，其中h是初末位置的高度差，与参考面的选取无关，故B正确；
C、根据功能关系可知：重力做功和重力势能变化量的关系总是满足：W＝﹣ΔEp，故C正确；
D、重力势能的大小、重力做功情况、重力势能的变化情况都有阻力无关，如果下落过程中空气阻力不可忽略，则表中的数据不会发生变化，故D错误。
本题选错误的，故选：D。
【点评】本题主要是考查了重力势能的知识；知道重力势能的变化量等于重力做的功；重力做多少功重力势能减少多少，克服重力做多少功，重力势能就增加多少。知道重力势能是一个相对量，其大小与零势能面的选取有关。
12．【分析】对车辆从A到B的过程，运用动能定理，求出车辆从A运动到B的过程中克服摩擦力做的功。
【解答】解：对车辆从A到B的过程，由动能定理得：﹣mgh﹣Wf＝0﹣mv02，
解得：克服摩擦力做的功 Wf＝mv02﹣mgh。
故选：C。
【点评】本题考查了动能定理的基本运用，运用动能定理解题，关键确定研究的过程，分析过程中有哪些力做功，然后根据动能定理列式求解。
请阅读下述文字，完成第13题、第14题、第15题。
把质量为0.5kg的石块从10m高处以30°角斜向上抛出，如图所示，初速度是v0＝5m/s，不计空气阻力，取g＝10m/s2。

13．【分析】物体在运动的过程中只有重力做功，机械能守恒．根据机械能守恒求出落地的速度大小．
【解答】解：因为只有重力做功，机械能守恒．规定地面为0势能平面，根据机械能守恒定律知：mgh+mv＝，
代入数据，得v＝15m/s，故C正确，ABD错误。
故选：C。
【点评】解决本题的关键掌握机械能守恒的条件，以及知道运用机械能守恒时不需考虑速度的方向．
14．【分析】物体在运动的过程中只有重力做功，机械能守恒，根据机械能守恒或动能定理分别求出落地的速度大小，然后分析大小因素。
【解答】解：石头在整个过程中，由机械能守恒得：mgh＝mv2﹣mv02
解得：石块落地时速度大小为：v＝，
所以v 只与h、v0有关，与其它量无关。故BD正确，AC错误。
故选：BD。
【点评】本题主要考查机械能守恒定律的应用，选择合适的运动过程，列出式子就能解决问题。
15．【分析】根据斜抛运动的性质结合运动学公式进行判断即可。
【解答】解：A.做抛体运动的物体，其运动情况与质量无关，故A错误；
B.仅增大石块初速度的大小，则竖直分速度大，则在空中运动时间变长；由x＝vxt可知，水平分速度增大，同时运动时间变长，则水平位移增大，故B正确；
C.显然，当夹角接近90°，水平位移几乎为零，故仅大石块初速度的仰角，水平位移不一定增大，故C错误；
D.仅减小石块抛出时的高度，则在空中运动时间变短，由x＝vxt可知，水平分速度vx不变，时间变短，则水平位移减小，故D错误。
故选：B。
【点评】本题考查斜抛运动，处理该类问题时关键掌握将斜抛运动分解为竖直和水平两个方向的运动。
请阅读下述文字，完成第16题、第17题、第18题。
把质量为m的小球放在竖直的弹簧上，并把小球往下按至A点的位置，如图甲所示，迅速松手后，弹簧把小球弹起，小球升至最高位置C如图乙所示，途中经过位置B时弹簧正好处于自由状态。弹簧的质量和空气阻力均可忽略。

16．【分析】根据弹性势能公式EP＝kΔx2判断即可。
【解答】解：小球从A上升到B位置的过程中，弹簧的形变量Δx一直减小，根据弹性势能公式EP＝kΔx2可知弹簧的弹性势能一直减小，故A正确，BCD错误。
故选：A。
【点评】本题要注意判断小球从A到B弹簧的形变量Δx一直减小。
17．【分析】本题考查机械能守恒，只有重力或弹力（保守力）做功时，物体的动能和势能相互转化，物体机械能才守恒。根据此条件进行分析。
【解答】解：小球从A上升到B位置的过程中，小球、弹簧、地球组成的系统只有重力与弹力做功，则系统的机械能保持不变；故ABC错误，D正确
故选：D。
【点评】本题是对机械能守恒条件的直接考查，掌握住机械能守恒的条件是关键，题目比较简单。
18．【分析】判断小球动能的变化，可以通过小球速度的变化判断，对小球受力分析根据牛顿第二定律判断即可。
【解答】解：小球从A上升到B位置的过程中，弹簧的弹力先大于重力，后小于重力，小球的合力先向上后向下，则小球先加速后减速，当弹簧的弹力等于重力时，合力为零，小球的速度达到最大，在AB之间的某位置速度最大，即此过程中动能先增加后减小；从B到C，重力做负功，则小球的动能直减小，则整个过程中小球的动能先增大后减小，故ABD错误，C正确；
故选：C。
【点评】本题考查动能的变化判断，关键掌握速度的大小变化如何判断，注意从A向上运动过程中当合力为0，即加速度为0时，速度最大。
19．【分析】根据小球的运动性质判断向心力的变化，根据能量的守恒可判断B选项的正误，细绳与钉子相碰前后线速度大小不变，半径变小，根据分析向心加速度的变化，拉力和重力的合力提供向心力，利用牛顿第二定律求得绳子的拉力变化。
【解答】解：A、小球摆动过程中，小球做变速圆周运动，假设小球的合力恒定不变，由力与运动的关系可知小球要么做匀变速直线运动其轨迹为直线，要么做匀变速曲线运动其轨迹为抛物线，不可能做圆周运动，因此小球合力大小发生变化，故A错误；
B、当绳子与钉子相碰后，根据机械能守恒可知小球能摆到与原来等高的位置，但不能大于右侧释放时的高度，故B错误；
C、细绳与钉子相碰前后瞬间小球的线速度大小不变，故C正确；
D、钉子的位置越靠近O点，小球做圆周运动的半径越大，设绳子的拉力为F，则，解得：，故绳子的拉力越小，在细绳与钉子相碰时绳就越不容易断，故D错误；
故选：C。
【点评】解决本题的关键是抓住细绳碰到钉子前后转动半径的变化，线速度大小不变，再由公式判断角速度的变化，若没有能量损失，则小球机械能守恒。
20．【分析】返回器在第一次再入段，根据加速度方向分析返回器经过轨道最低点b时所受大气升力与万有引力大小关系；根据功能关系分析返回器在第一次再入段a点和c点动能关系；若没有大气层减速作用，根据机械能守恒分析返回器返回着陆点时的速度与第一宇宙速度的关系；为了利用地球自转，降低回收过程中的风险，“返回器”应采用由西向东进入大气层回收，以减小摩擦生热。
【解答】解：A、返回器在第一次再入段，经过轨道最低点b时加速度向上，合力向上，则返回器所受大气升力大于万有引力，故A错误；
B、返回器从a运动到c点的过程，要克服空气阻力做功，产生内能，机械能不断减少，所以返回器在第一次再入段a点的动能比c点的大，故B错误；
C、若没有大气层减速作用，由于重力对返回器做正功，所以返回器返回着陆点时的速度可能大于第一宇宙速度，故C错误；
D、回收过程中，让“返回器”与地球自转方向一致，可以减小其与地球大气的相对速度，减小摩擦生热，降低风险，故D正确。
故选：D。
【点评】解答本题时，要明确返回器的受力情况和能量转化情况，运用牛顿第二定律、能量守恒定律等知识进行分析解答。
二、填空题（每空2分，共12分）
21．【分析】（1）根据实验的原理以及操作中的注意事项确定正确的操作步骤，结合两球同时落地得出平抛运动在竖直方向上的运动规律；
（2）为了保证小球的初速度水平，斜槽末端需调成水平，为了保证小球每次平抛运动的初速度相等，让小球每次从斜槽的同一位置由静止滚下，斜槽不一定需要光滑，为使所描曲线与小球运动轨迹吻合，应将所有通过硬纸片确定的点用平滑曲线连接。
【解答】解：（1）A、两球的体积、材料和质量的选择不同，受到阻力大小不同，对实验结果有影响，故A错误；
B、改变小锤击打的力度，可以改变A球的水平初速度大小，不能改变空中运动时间，故B错误；
CD、小锤打击弹性金属片，A球水平抛出，同时B 球被松开自由下落，两球同时落地，可知平抛运动在竖直方向上做自由落体运动，不能得出水平方向上的运动规律，故C正确，D错误。
故选：C
（2）A．安装斜槽轨道，使其末端保持水平，不左右滚动，说明末端水平，可以保证小球做平抛运动，故A正确；
B、不断改变水平挡板的位置，记录下小球落到挡板上的位置，故B正确；
C、每次小球应从同一位置由静止释放，以保证到达底端速度相同，故C错误；
D．将坐标纸上确定的点用平滑曲线连接，故D错误。
故选：AB
故答案为：（1）C；（2）AB
【点评】解决本题的关键知道实验的原理以及操作中的注意事项，知道平抛运动在水平方向和竖直方向上的运动规律。
22．【分析】（1）根据实验的原理确定所需测量的物理量，从而确定所需的器材；
（2）根据实验原理确定要检验的两个物理量；
（3）根据下降的高度求出重力势能的减小量；
（4）根据机械能守恒定律写出v2﹣h的表达式，若绘出v2﹣h图象是一条斜率为2g的直线，则也验证了机械能守恒。
【解答】解：（1）AC、电火花打点计时器需要交流电源，故A正确，C错误；
B、在该实验中需要测量点迹间的距离，需要刻度尺，故B正确；
D、在验证机械能守恒时，mgh＝，既需要验证gh＝即可，与质量无关，故不需要天平，故D错误。
故选：AB
（2）在重物下落过程中验证机械能守恒，要检验的是任意两点之间的重力势能的减少量与重物增加的动能是否相等，故A正确，BC错误。
故选：A
（3）从打下O点到打下B点的过程中，重锤重力势能的减少量：|ΔEp|＝mg•OB＝mghB；
（4）在重物下落h过程中，重物的速度增加为v，若此过程机械能守恒有：mgh＝，所以有：v2＝2gh，即v2与h成正比。那么获得多组h、v2的数据后，绘出v2﹣h图象是一条过原点的斜率为2g的直线，则证明重物下落过程机械能守恒，这是上述判断依据是错误的。
故答案为：（1）AB；（2）A；（3）mghB；（4）错误
【点评】此题考查了验证机械能守恒定律的实验，解决本题的关键掌握实验的原理，会通过原理确定器材，以及掌握纸带的处理方法，会通过纸带求解瞬时速度的大小，关键是匀变速直线运动推论的运用。
三、计算论证题（共28分）解题要求：写出必要的文字说明、方程式和结果。有数值计算的题，结果必须明确写出数值和单位
23．【分析】（1）根据WG＝mgh求小球从抛出到落地过程中重力做的功；
（2）不计空气阻力，小球在运动过程中只有重力做功，根据机械能守恒定律求小球落地时的动能；
（3）根据平抛运动的规律求出小球落地时竖直分速度vy，由P＝mgvy求重力的瞬时功率。
【解答】解：（1）小球从抛出到落地过程中重力做的功WG＝mgh＝0.50×10×20J＝100J；
（2）不计空气阻力，小球在运动过程中只有重力做功，其机械能守恒，根据机械能守恒定律得
mgh+＝Ek
解得小球落地时的动能Ek＝104J
（3）小球做平抛运动，在竖直方向上做自由落体运动，有vy2＝2gh
可得球落地时竖直分速度为vy＝20m/s
小球落地时重力的瞬时功率为P＝mgvy＝0.50×10×20W＝100W
答：（1）小球从抛出到落地过程中重力做的功是100J；
（2）小球落地时的动能是104J；
（3）小球落地时重力的瞬时功率为100W。
【点评】解答本题时，要知道重力做功与物体初末位置高度差有关，重力的瞬时功率与竖直分速度有关。
24．【分析】（1）刚好沿半圆轨道运动到B点飞出，小球与轨道之间无作用力，重力提供向心力，以此求解小球在B点的速度；
（2）根据平抛运动的规律求解A、C间的距离；
（3）由动能定理求出小球在A点的速度。
【解答】解：（1）小球在B点的速度最小为v时，小球与轨道之间无作用力，即有：mg＝m，
解得：v0＝＝m/s＝2m/s；
（2）小球以速度v从B点飞出后做平抛运动，竖直方向上有：2R＝，
水平方向上有：x＝v0t，
解得：x＝0.8m；
（3）从A点到B点，由动能定理可得：﹣mg•2R＝﹣，
解得A点速度：v＝m/s.
答：（1）在B点的速度为2m/s；
（2）A、C间的距离为0.8m；
（3）A点的速度大小为m/s。
【点评】解决该题的关键是明确知道小球在最高点的速度最小时，由重力提供向心力，掌握平抛运动的规律，熟记相关公式。
25．【分析】（1）恒力F做的功可以使用公式W＝Fs计算出，根据动能公式求得动能变化量；
（2）使用运动学的公式计算出物体速度的变化和动能的变化，然后比较与合外力做功的关系即可；
（3）根据动能定理求得阻力做的功
【解答】解：（1）竖直方向合力为零，水平面光滑，水平恒力F即为合外力，则合外力做功
W合＝Fl
动能的变化量为
ΔEk＝﹣
（2）加速运动过程，根据牛顿第二定律得
F＝ma
根据位移速度公式得
＝2al
则合外力做功
W合＝Fl＝ma×＝﹣＝ΔEk
即
W合＝ΔEk
（3）下滑过程有重力和摩擦力做功，根据动能定理
mgh+Wf＝
解得
Wf＝﹣mgh
答：（1）合外力所做的功为Fl以及动能变化量为﹣。
（2）推导过程见解析。
（3）物体下滑过程中阻力做的功为﹣mgh。
【点评】动能定理的推导是动能定理教学的重要过程，要求学生必须要牢记该过程。属于基础题目。
26．【分析】由图示所给的信息求出周期；
根据离黑洞位置的远近比较速度的大小；
地球绕太阳运行，根据万有引力提供向心力列方程得到太阳质量的表达式，同理可得S2绕黑洞运行时黑洞质量的表达式，由此求解。
【解答】解：（1）根据图中数据结合图象可以得到S2运动的半周期＝（2002﹣1994）年＝8年，则周期为T′＝16年；
（2）1994年和2002年所在位置分别为“远黑点”和“近黑点”，根据开普勒第二定律知道，越近越快，所以S2在2002年运行速度大，即v2002＞v1994；
（3）设地球的质量为m，地球到太阳的距离为r＝1AU，地球的公转周期为T＝1年。
由万有引力提供向心力可得：＝，解得太阳的质量：M＝；
对于S2受到黑洞的作用，椭圆轨迹半长轴R＝1000AU，根据开普勒第三定律结合万有引力公式可以得出：M黑＝，其中R为S2的轨迹半长轴，因此有：M黑＝，代入数据解得：M黑≈4×106M
答：（1）通过观察S2的位置图，估算S2绕黑洞运行的周期为16年；
（2）S2在1994年所在位置的运行速度比2002年所在位置的小；
（3）若S2绕黑洞的运行轨迹可看成匀速圆周运动，若太阳的质量为M，请估算黑洞的质量Mx是太阳的4×106倍。
【点评】本题主要是考查万有引力定律及其应用，关键是能够根据图中的数据分析S2运行周期，结合万有引力提供向心力进行分析。