2023-2024学年山东省潍坊实验中学高一（下）段考物理试卷(含解析）

这是一份2023-2024学年山东省潍坊实验中学高一（下）段考物理试卷(含解析），共15页。试卷主要包含了单选题，多选题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。

1.一质点做匀速圆周运动，在时间t内转动n周，已知圆周半径为R，则该质点的线速度大小为( )
A. 2πRntB. 2πRntC. nR2πtD. 2πtnR
2.足球运动员运用脚法踢出足球后使球在空中沿弧线运行，这样踢出的球称为弧线球。如图所示，在一次踢球过程中，一运动员在对方禁区利用获得的直接任意球机会踢出弧线球，足球绕过人墙后加速射门得分。在足球加速向下射门时，关于足球所受的合力和速度方向的关系，图示可能正确的是( )
A. B. C. D.
3.如图所示，在水平路面上骑自行车，在转弯时，我们往往要让自行车向内侧倾斜，这样不容易摔倒，将人和自行车视为一个整体，下列说法正确的是( )
A. 只有摩擦力提供向心力
B. 摩擦力一定指向圆弧运动轨迹的圆心
C. 整体受重力、支持力、摩擦力、向心力的作用
D. 地面对自行车的支持力方向斜向上
4.下列四幅图是有关生活中的圆周运动的实例分析，其中说法正确的是( )
A. 汽车通过凹形桥的最低点时，速度越快越容易爆胎
B. 铁路的转弯处，外轨比内轨高是为了利用轮缘与内轨的侧压力来帮助火车转弯
C. “水流星”表演中，在最高点处水对桶底一定有压力
D. 洗衣机的脱水是利用了失重现象
5.如图所示，将一篮球从地面上方的B点斜向上抛出，刚好垂直击中篮板上的A点。若抛射点B水平向左移动一小段距离，仍使抛出的篮球垂直击中A点，不计空气阻力，则下列方法可行的是( )
A. 减小抛射角θ，同时增大抛射速度v0的大小
B. 减小抛射角θ，同时减小抛射速度v0的大小
C. 增大抛射角θ，同时减小抛射速度v0的大小
D. 增大抛射角θ，同时增大抛射速度v0的大小
6.将一个质量为m=0.2kg的物体放在水平圆桌上，物体到圆心的距离是L=0.2m，圆桌可绕通过圆心的竖直轴旋转，若物体与桌面之间的动摩擦因数为μ=0.5，设最大静摩擦力与滑动摩擦力相等，物体可看成质点，则欲保持物体不滑动，圆桌的最大角速度是(g=10m/s2)( )
A. ω=1rad/sB. ω=5rad/sC. ω=0.25rad/sD. ω=25rad/s
7.如图所示，在不计滑轮摩擦和绳子质量的条件下，小车以速率vA水平向左做匀速直线运动，绳子跨过定滑轮拉着物体B竖直上升，下列判断正确的是( )
A. 物体B竖直向上做匀速直线运动
B. 小车与物体B之间的速率关系是vA=vB
C. 当小车与滑轮间的细绳和水平方向成夹角θ时，物体B的速度为vB=vAcsθ
D. 当小车与滑轮间的细绳和水平方向成夹角θ时，物体B的速度为vB=vAcsθ
8.如图，天花板上有一可自由转动光滑小环Q，一轻绳穿过Q，两端分别连接质量为m1、m2的A、B小球，且m1=2m2。两小球分别在各自的水平面内做圆周运动，它们周期相等。则A、B小球到Q的距离l1、l2的比值l1l2为( )
A. 1：2B. 2：1C. 1：4D. 4：1
二、多选题：本大题共4小题，共16分。
9.关于向心力的下列说法中正确的是( )
A. 向心力不改变做圆周运动物体速度的大小
B. 做匀速圆周运动的物体，其向心力时刻改变
C. 做圆周运动的物体，所受合力一定等于向心力
D. 做匀速圆周运动的物体，所受的合力为零
10.经过治理的护城河成为城市的一大景观，河水看似清浅，实则较深。某次落水救人的事件可简化如图，落水孩童抓住绳索停在A处，对面河岸上的小伙子从B处直线游过去，成功把人救起。河宽和间距如图中标注，假定河水在各处的流速均为1m/s，则( )
A. 游泳时小伙子面对的方向是合运动的方向
B. 小伙子在静水中游泳的速度至少应为0.6m/s
C. 小伙子渡河的时间一定少于16s
D. 若总面对着A处游，小伙子将到达不了A处
11.如图所示的皮带传动装置中小轮半径ra是大轮半径rb的一半，a，b分别是小轮和大轮边缘上的点，大轮上c点到轮心O的距离恰好等于ra，若皮带不打滑。则图中a，b，c三点( )
A. 线速度之比为2：1：1B. 角速度之比为2：1：2
C. 转动周期之比为1：2：2D. 向心加速度大小之比为4：2：1
12.如图所示，小球A、B分别从2l和l的高度水平抛出后落地，上述过程中A、B的水平位移分别为l和2l.忽略空气阻力，则( )
A. A和B的位移大小相等
B. A的运动时间是B的2倍
C. A的初速度是B的12
D. A的末速度比B的大
三、实验题：本大题共2小题，共20分。
13.图1为“研究平抛运动”的实验装置，横挡条可卡住平抛小球，用铅笔在白纸上记录被卡住小球的最高点，上下移动横挡条标注多个点，再确定平抛运动轨迹。
(1)坐标原点应选小球在斜槽末端点时的______；
A.球的上端
B.球的下端
C.球心
(2)实验中，下列说法正确的是______；
A.斜槽轨道可以不光滑
B.记录的点应适当多一些
C.用平滑曲线把所有的记录点都连接起来
(3)图2是用该装置拍摄的小球做平抛运动的频闪照片(图中实线分别表示水平与竖直方向)，由照片可判断实验操作错误的是______。
14.如图所示，一长度为L的细线上端固定，下端悬挂一个质量为m的小球(视为质点)，将画有几个同心圆的白纸置于悬点下方的平台上，其圆心在细线悬挂点的正下方。给小球一个初速度，使它恰能沿纸面上某个画好的圆做匀速圆周运动，即小球对纸面恰好无压力。不计空气阻力，重力加速度大小为g。
(1)当小球做匀速圆周运动的半径为R时，理论上小球做匀速圆周运动所需的向心力大小为______。
(2)在实验中，小球沿半径为R的圆做匀速圆周运动，用秒表记录小球运动n圈所用的总时间t，则小球做匀速圆周运动所需的向心力大小为______(用m、n、t、R及相关的常量表示)。
(3)在第(2)问的基础上，保持n的取值不变，改变L和R进行多次实验，可获取不同的t。若以t2为纵轴，作出的图像为一条直线，则横轴是______(填“L2—R”或“ L2−R2”)。
四、计算题：本大题共4小题，共40分。
15.如图所示，从倾角为30°的足够长斜面上的M点，以初速度v0水平抛出一小球，小球落在斜面上N点，不计空气阻力，求M点到N点之间的距离是多大？
16.如图所示，水平圆盘可以沿逆时针方向旋转，小物块A(可视为质点)的质量为1kg，到圆心的距离为0.5m，物块与圆盘间的最大静摩擦力为自身重力的0.5倍，重力加速度g取10m/s2。圆盘绕过圆心的竖直轴转动，转动的角速度由零缓慢增大。求：
(1)当角速度ω=2rad/s时，物块A受到的摩擦力大小；
(2)要使物块A与圆盘之间不发生相对滑动，角速度ω的最大值。
17.如图所示，粗糙水平面AB长为L1=10m，质量m=2kg的物块在水平外力作用下从A点由静止开始运动，当位移s=4m时撤除水平外力，物块最后落到C点，C点离B点水平距离L2=1.2m，竖直距离H=0.45m。已知物块与水平面之间的动摩擦因数μ=0.2，重力加速度g取10m/s2，求：
(1)物块离开B点的水平速度大小；
(2)水平外力F的大小。
18.如图所示，半径为R，内径很小的光滑半圆管竖直放置。两个质量均为m的小球a、b以不同的速度进入管内，a通过最高点A时，对管壁上部的压力为8mg，b通过最高点A时，对管壁下部的压力为89mg，求a、b两球落地点间的距离。
答案和解析
1.【答案】B
【解析】解：在时间t内转动n周，根据线速度定义v=△s△t得：
该质点的线速度大小为：v=△s△t=n⋅2πRt=2πRnt，
故ACD错误，B正确；
故选：B．
在时间t内转动n周，根据v=△s△t即可求线速度．
解决本题的关键是熟练掌握描述圆周运动线速度的定义式．
2.【答案】B
【解析】解：曲线运动速度的方向沿曲线的切线方向，物体做曲线运动时合力方向指向曲线的内侧(凹的一侧)，由题，足球向下做加速运动，则合力的方向与速度方向之间的夹角为锐角，由此可知只有B图符合题意，故B正确，ACD错误。
故选：B。
曲线运动速度的方向沿曲线的切线方向，物体做曲线运动的条件是合力与速度不在同一条直线上，由此可以分析得出结论．
本题关键是对质点做曲线运动的条件的考查，掌握了做曲线运动的条件，本题基本上就可以解决了．
3.【答案】A
【解析】解：ABC、将运动员和自行车看作一个整体，受到重力、支持力、摩擦力作用，重力与支持力平衡，摩擦力提供向心力，向心力是按照力的作用效果命名的力，不是物体受到的力，如果说变速圆周运动，摩擦力除了提供向心力，还有垂直于速度方向的力，故A正确，BC错误；
D、支持力的方向垂直于接触面向上，接触面水平，则支持力竖直向上，故D错误。
故选：A。
向心力是按照效果命名的力，不是物体实际受到的力，指向圆心的力提供向心力，支持力的方向垂直于接触面指向受力物体。
本题考查圆周运动的向心力的概念，关键是受力分析明确向心力的来源，注意向心力是效果力。
4.【答案】A
【解析】解：A、汽车通过凹形桥的最低点时，对汽车受力分析，根据牛顿第二定律得：FN−mg=mv2r
整理得：FN=mg+mv2r
速度越大，汽车轮胎所受地面支持力越大，越容易爆胎，故A正确；
B、在铁路的转弯处，通常要求外轨比内轨高，目的是使火车自身重力与所受支持力的合力来提供转弯所需的向心力，减轻轮缘与轨道的挤压，故B错误；
C、表演“水流星”时，当“水流星”通过最高点时，若满足水的速度为v= gr
即mg=mv2r
则此时水对桶底的作用力为零，故C错误；
D、洗衣机脱水筒的脱水原理是利用了离心现象，故D错误。
故选：A。
汽车通过凹形桥的最低点时，对汽车受力分析，根据牛顿第二定律求解汽车轮胎所受支持力，分析即可；铁路转弯处外轨比内轨高，是为了使火车自身重力与所受支持力的合力来提供转弯所需的向心力；“水流星”表演中，水到达最高点速度最小时，只收重力；洗衣机的脱水是利用了失重现象。
本题考查生活中的圆周运动，解决该题需要明确知道各个现象的原理，考查学生应用物理知识分析处理实际问题的能力，知道圆周运动向心力的来源。
5.【答案】C
【解析】解：由于篮球始终垂直击中A点，可应用逆向思维，把篮球的运动看作从A开始的平抛运动。当B点水平向左移动一小段距离时，A点抛出的篮球仍落在B点，则竖直高度不变，水平位移减小。
球到B点的时间为：t= 2hg，所以时间t不变。
竖直分速度：vy= 2gh，所以竖直分速度不变。
水平方向满足：x=v0t，由于x减小，可知v0减小。
合速度：v= v02+vy2，在竖直速度不变时，合速度变小。
与水平方向的夹角：tanθ=vyv0，当vy不变，而v0减小时，所以抛射角θ变大。
可知若要符合题意仍使抛出的篮球垂直击中A点，应减小抛射速度v0，同时增大抛射角θ。故ABD错误，C正确。
故选：C。
解决本题巧用平抛运动知识，由于题目中紧抓住篮球垂直打到篮板，故其逆过程可以看成平抛运动，则有水平速度越大，落地速度越大，与水平面的夹角越小。
本题采用了逆向思维，降低了解决问题的难度。若仍沿题意角度思考，解题很烦同时容易出错。
6.【答案】B
【解析】解：最大静摩擦力恰好提供向心力：μmg=mωmax2L，
代入数据解得：ω= μgL= 0.5×100.2rad/s=5rad/s。故B正确，ACD错误。
故选：B。
静摩擦力提供圆周运动所需的向心力，当静摩擦力达到最大静摩擦力时，此时的角速度为最大角速度。
本题主要考查了圆周运动，解决本题的关键知道物体和圆盘一起做圆周运动，靠静摩擦力提供向心力。
7.【答案】C
【解析】解：绳子与水平方向的夹角为θ，将小车的速度分解为沿绳子方向的分速度和垂直于绳子方向的分速度，如图：
沿绳方向的分速度大小即为B物体上升的速度大小，则
vB=vAcsθ
随小车向左运动，θ角减小，则物体B竖直向上做加速运动。故C正确，ABD错误。
故选：C。
将小车的速度分解为沿绳子方向和垂直于绳子方向，沿绳子方向的速度等于A的速度，根据平行四边形定则判断出A的速度变化，从而得出A的加速度方向，根据牛顿第二定律判断拉力和重力的大小关系。
解决本题的关键知道小车沿绳子方向的分速度等于物体A的速度，根据平行四边形定则进行分析。
8.【答案】A
【解析】解：设绳与竖直方向的夹角为θ，绳拉力为F，则合力提供向心力
Fsinθ=m4π2T2r
又根据几何关系
sinθ=rl
得
Fl=m4π2T2
说明绳长与质量成反比，则
l1l2=m2m1=12，故A正确，BCD错误。
故选：A。
本题根据合力提供向心力，同时结合几何关系，即可解答。
本题考查学生对合力提供向心力规律的掌握，比较基础。
9.【答案】AB
【解析】解：A.向心力方向始终与速度方向垂直，对物体不做功，只改变速度的方向，不改变做圆周运动物体线速度的大小，故A正确；
B.做匀速圆周运动的物体位置时刻在改变，向心力大小不变，方向时刻在改变，故B正确；
C.只有做匀速圆周运动的物体，合力才一定等于向心力，故C错误；
D.做匀速圆周运动的物体，速度时刻改变，合力不为零，合力提供向心力，故D错误。
故选：AB。
向心力是物体做圆周运动所需要的力，是效果力，向心力只改变速度的方向，不改变速度的大小，做匀速圆周运动的物体，所受的合力提供向心力。
解决本题的关键知道向心力的特点，知道向心力是物体做圆周运动所需要的力，由指向圆心的合力提供，不一定是合力。
10.【答案】BD
【解析】解：AB.由题可知，设小伙子在静水中的游泳的速度为v1，小伙子的合运动方向是由B到A，作出小伙子游泳时合速度与两个分速度的关系图，如下图所示：
当v1与合速度垂直时，v1有最小值，设此时AB与河岸的夹角为θ，根据几何关系有：sinθ=12 122+162=0.6
解得：θ=37°，即游泳时小伙子面对的方向是与合速度方向垂直，此时他的最小的速度为：v1=v水sinθ=1m/s×0.6=0.6m/s，故A错误，B正确；
C.由AB项的分析可知，小伙子相对水的速度存在着一定的不确定性，那么其沿流水方向和垂直河岸方向的速度的大小及合速度的大小都不能确定，则他渡河的时间也就不能确定，故C错误；
D.若小伙子总面对着A处游，如下图所示：
由图可知：v1的方向会不断变化，则会有加速度产生，而v水的方向、大小都不变，根据运动的合成与分解可知：它们的合运动是变速曲线运动，因此位移会变大，故达不了A处，故D正确。
故选：BD。
小伙子的运动可以看成是游泳的运动和他随水流运动的合运动，则他的实际运动是两个分运动的合运动。
过河时间最短：小伙子正对河岸时，渡河时间最短，t短=(d为河宽)。
判断小伙子是否可以到达A处时，根据游泳的速度v1与水流速度v水的大小情况用三角形定则的方法处理。
解题关键是掌握运动的合成与分解，分析运动的合成与分解问题，要注意运动的分解方向，一般情况按运动效果进行分解，切记不可按分解力的思路来分解运动。本题比较典型。
11.【答案】CD
【解析】解：A、点a和点b是同缘传动的边缘点，线速度相等，设：va=vb=v
点b和点c是同轴传动，角速度相等，设：ωb=ωc=ω
由于：vc=ωRc=ωRb2=v2，
则三点线速度之比为2：2：1；故A错误；
B、的角速度ωa=vRa=vRb2=2ω，则三点的角速度之比为2：1：1；故B错误；
C、周期：T=2πω，则：Ta：Tb：Tc=2πωa：2πωb：2πωc=1：2：2.故C正确；
D、向心加速度a=ω2r，角速度之比为2：1：1，半径之比为1：2：1，则向心加速度大小之比为：4：2：1.故D正确
故选：CD。
在皮带传动装置中，皮带不打滑，轮边缘的线速度大小相等，同一轮上各点的角速度相等，由线速度、角速度、周期间的关系式及向心加速度公式分析答题。
知道“在皮带传动装置中，皮带不打滑，轮边缘的线速度大小相等，同一轮上各点的角速度相等”是正确解题的前提与关键，由线速度、角速度、周期间的关系式及向心加速度公式即可正确解题。
12.【答案】AD
【解析】解：A、A和B的位移大小都为 l2+4l2= 5l，故A正确；
B、根据h=12gt2得：t= 2hg，则A的运动时间为：tA= 4lg，B的运动时间为：tB= 2lg，故tAtB=2 2= 2，故B错误；
C、水平初速度为：v0=xt，则有：vA0vB0=ltA2ltB=tB2tA= 24，故C错误；
D、竖直方向由速度与位移关系：v2=2gh，末速度为：v= 2gh，则：vAy= 4gl，vBy= 2gl；水平方向：vA0=ltA= gl4；vB0=2ltB= 2gl；则vA= vAy2+vA02>vB= vBy2+vB02，故D正确；
故选：AD。
根据位移的合成求合位移；平抛运动的时间t= 2hg；水平初速度v0=xt，速度与位移关系v2=2gh，末速度v= 2gh。
本题考查了平抛运动的时间、水平速度及末速度的计算，熟练掌握平抛运动的运动规律是解本题的关键。
13.【答案】A AB 斜槽末端不水平
【解析】解：(1)根据题意可知，在描点确定平抛运动轨迹时，均标注了小球最高点，所以坐标原点也应标注小球在斜槽末端点时的小球最高点，即球的上端，故BC错误，A正确。
故选：A。
(2)A、实验过程中，斜槽不一定光滑，只要能够保证从同一位置由静止释放，即使轨道粗糙，摩擦力做功是相同的，离开斜槽末端的速度就是一样的，故A正确；
BC、记录点适当多一些，能够保证描点光滑，用平滑曲线连接，不能把所有的点都连接起来，偏离较远的点应舍去，故C错误，B正确。
故选：AB。
(3)由图2可知，小球做斜上抛运动，可知斜槽末端切线不水平。
故答案为：(1)A；(2)AB；(3)斜槽末端不水平。
(1、2)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；
(3)抓住轨迹初始位置斜向上分析实验操作错误的原因。
解决本题的关键知道探究平抛运动规律的原理，以及掌握研究平抛运动的方法，了解实验中的原理和注意事项。
14.【答案】mgR L2−R2 4π2n2Rmt2 L2−R2
【解析】解：(1)小球做匀速圆周运动所需的向心力等于小球所受重力和细线拉力的合力，则有：FA=mgtanθ=mgR L2−R2
(2)小球做匀速圆周运动所需的向心力大小Fn=mω2R=m(2πT)2R=m(2πnt)2R=m4π2n2t2R
(3)根据牛顿第二定律：4π2n2Rmt2=mgR L2−R2
可得：t2=4π2n2g L2−R2
故t2与 L2−R2成正比。
故答案为：(1)mgR L2−R2；(2)4π2n2Rmt2；(3) L2−R2。
(1)本题为圆锥摆模型，求出小球受到的三个力的合力，即理论所需的向心力；
(2)由运动学公式求出小球所需的向心力大小；
(3)根据合力提供圆周运动中向心力列式得到表达式，再确定横轴的物理量。
本题着重考查圆周运动中通过已知量求得未知量的能力以及实验分析能力。
15.【答案】解：小球做平抛运动，落在斜面上时有：tan30°=yx=12gt2v0t=gt2v0，
则t=2v0tan30°g，
MN间的距离：s=xcs30∘=v0tcs30∘，
联立解得s=4v023g。
答：M点到N点之间的距离是4v023g。
【解析】平抛运动在水平方向上做匀速直线运动，在竖直方向上做自由落体运动，根据竖直位移和水平位移的关系求出运动的时间，结合初速度和时间求出水平距离，从而得出MN间的距离。
本题有限制条件的平抛运动，关键要抓住两个分位移的关系，明确斜面的倾角反映的是位移方向，而不是速度方向．
16.【答案】解：(1)圆盘对A的静摩擦力提供A做圆周运动的向心力，则f=mrω2，f=2N
(2)当A与圆盘之间达到最大静摩擦力时，此时圆盘的角速度最大，即：0.5mg=mω2r，解得ω= 10rad/s
答：(1)当角速度ω=2rad/s时，物块A受到的摩擦力大小为2N
(2)要使物块A与圆盘之间不发生相对滑动，角速度ω的最大值为= 10rad/s
【解析】(1)A的线心力来源为静摩擦力，然后根据牛顿定律求解
(2)当A与圆盘之间达到最大静摩擦力时，此时圆盘的角速度最大
本题考查匀速圆周运动的相关知识，解题关键是知道向心力的来源。
17.【答案】解：(1)物块从B到C做平抛运动，
水平方向L2=vBt
竖直方向H=12gt2
联立解得vB=4m/s
(2)物块从A到B过程中，由动能定理得
Fs−μmgL1=12mvB2−0
解得F=14N
答：(1)物块离开B点的水平速度大小为4m/s；
(2)水平外力F的大小为14N。
【解析】(1)物块从B到C做平抛运动，根据平抛运动的规律即可求解B点的水平速度；
(2)根据动能定理即可求解水平外力F的大小。
本题考查平抛运动和动能定理，解题时要分析好运动过程，选择合适公式进行求解。
18.【答案】解：两个小球在最高点时，受重力和管壁的作用力，这两个力的合力作为向心力，离开轨道后两球均做平抛运动，
A、B两球落地点间的距离等于它们平抛运动的水平位移之差，对a球，由向心力方程得：
8mg+mg=mva2R
解得：va= 9gR
对b球，由向心力方程得：
mg−89mg=mvb2R
解得：vb= gR9
根据平抛运动在竖直方向上的运动学规律得：
2R=12gt2
则两球水平位移分别为：
xa=vat=va 4Rg=6R
xb=vbt=vb 4Rg=2R3
根据题意可知a、b两球落地点间的距离为：
xa−xb=16R3
答：a、b两球落地点间的距离为16R3。
【解析】对两个球分别受力分析，根据合力提供向心力，求出速度，此后球做平抛运动，由平抛运动规律，结合运动学公式列式求解即可。
本题关键是对小球在最高点处时受力分析，然后根据向心力公式和牛顿第二定律求出平抛的初速度，最后根据平抛运动的分位移公式列式求解。