浙江省杭州市重点高中2023-2024学年高二下学期4月期中物理试题(Word版附解析)
展开考生须知:
1.本卷满分100分,考试时间90分钟;
2.答题前,在答题卷指定区域填写班级、姓名、考场号、座位号及准考证号并填涂相应数字。
3.所有答案必须写在答题卷上,写在试卷上无效;
4.考试结束后,只需上交答题卷。
5.可能用到的相关参数:重力加速度g取。
选择题部分
一、选择题Ⅰ(本题共13小题,每小题3分,共39分。每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的,不选、多选、错选均不得分)
1. 下列属于国际单位制基本单位符号的是( )
A. NB. JC. N/CD. kg
【答案】D
【解析】
【详解】国际单位制中的七个基本单位是千克、米、秒、安培、开尔文、坎德拉、摩尔,对应符号分别是kg、m、s、A、K、cd、ml,其余单位都属于导出单位。
故选D。
2. 2024年2月17日至2月27日第十四届全国冬季运动会在内蒙古自治区举办。如图所示为运动会中的四个比赛场景。在下列研究中可将运动员视为质点的是( )
A. 研究甲图男子U形场地技巧决赛运动员空中转体姿态
B. 研究乙图速滑运动员手臂是否接触
C. 研究丙图哪位运动员的冰刀先通过终点
D. 研究丁图运动员在15公里越野滑雪比赛中的运动轨迹
【答案】D
【解析】
【详解】A.研究甲图男子U形场地技巧决赛运动员空中转体姿态,运动员的大小和形状对问题研究的影响不能忽略,故不能将运动员视为质点,故A错误;
B.研究乙图速滑运动员手臂是否接触时,运动员的大小和形状对问题研究的影响不能忽略,故不能将运动员视为质点,故B错误;
C.研究丙图哪位运动员的冰刀先通过终点,运动员的大小和形状对问题研究的影响不能忽略,故不能将运动员视为质点,故C错误;
D.研究丁图运动员在15公里越野滑雪比赛中的运动轨迹,运动员的大小和形状对问题研究的影响可以忽略,故能将运动员视为质点,故D正确。
故选D。
3. 如图所示质量为m的气排球,从与桌面等高的O点向上抛出,到达最高点A,再下落到地面上的B点,AO高度差,O离地面高,空气阻力不能忽略。下列说法正确的是( )
A. 从O到A动能减少B. 从O到A重力势能增加
C. 从A到B动能增加D. 从A到B机械能不变
【答案】B
【解析】
【详解】A.从O到A设克服空气阻力做功为,由动能定理得从O到A动能减少
故A错误;
B.从O到A克服重力做功,重力势能增加,故B正确;
C.从A到B设克服空气阻力做功为,由动能定理得
从A到B动能小于。故C错误;
D.从A到除B除了重力做功以外还有空气阻力做功,故机械能不守恒,故D错误。
故选B。
4. 一轻绳一端系在竖直墙M上,另一端系一质量为m的物体A,用一轻质光滑圆环O穿过轻绳,并用力F拉住轻环上一点,如图所示.现使物体A从图中实线位置缓慢下降到虚线位置.则在这一过程中,力F、绳中张力FT及力F与水平方向夹角θ的变化情况是( )
A. F保持不变,FT逐渐增大,夹角θ逐渐减小
B. F逐渐减小,FT保持不变,夹角θ逐渐减小
C. F逐渐减小,FT保持不变,夹角θ逐渐增大
D. F逐渐增大,FT逐渐减小,夹角θ逐渐增大
【答案】B
【解析】
【详解】由于绳子AOM直接连着重物,所以绳子的张力FT与重物的重力相等,即大小保持不变;在向下移动的过程中,逐渐增大,绳子两边AO、OM的合力逐渐减小,所以F减小,由于力F的方向是的角平分线方向,所以得到夹角θ逐渐减小,故选B.
5. 下列对物理必修2教材中出现的四幅图分析正确的是( )
A. 图1:小球在水平面内做匀速圆周运动时,受到重力、向心力、细线拉力的作用
B. 图2:物体随水平圆盘一起做加速圆周运动过程中,所受摩擦力的方向指向圆心
C. 图3:汽车过拱桥最高点时,处于超重状态,速度越大,对桥面的压力越大
D. 图4:若轿车转弯时速度过大,可能因离心运动造成交通事故
【答案】D
【解析】
【详解】A.小球受重力和细线的拉力作用,细线拉力竖直向上的分力与重力平衡,水平分力提供向心力,故A错误;
B.物体随水平圆盘一起做加速圆周运动过程中,摩擦力指向圆心的分力提供向心力,摩擦力沿着速度方向的分力提供加速度,根据力的合成可知摩擦力的方向不是指向圆心,故B错误;
C.汽车过凸形桥最高点时,加速度向下,处于失重状态,根据
可得
可知速度越大,桥面对汽车的支持力越小,根据牛顿第三定律可知汽车对桥面的压力越小,故C错误;
D.汽车在水平路面转弯时,受到重力、支持力、摩擦力三个力的作用,摩擦力提供向心力,速度过大,可能导致汽车做离心运动,容易造成交通事故,故D正确。
故选D。
6. 中央电视台科普节目《加油向未来》在现场利用内部气压为0.001Pa、高6m的亚克力管做落体实验,将亚克力管等分为四段,从上到下每段标为,羽毛由静止开始从最高点下落,经过速度的增加量为,经过第三段速度的增加量为,则与的比值满足( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】由题意可知,小球所在的管内空气阻力可以忽略不计,即小球做自由落体运动,两端相同距离h的时间之比为
由
则
即
故选C。
7. 如图甲所示为建筑行业使用的一种小型打夯机,其原理可简化为一个质量为M的支架(含电动机)由一根长为l的轻杆带动一个质量为m的铁球(铁球可视为质点),如图乙所示,重力加速度为g。若在某次打夯过程中,铁球以角速度匀速转动,则( )
A. 铁球转动过程线速度不变
B. 铁球做圆周运动的向心加速度始终不变
C. 铁球转动到最低点时,处于失重状态
D. 铁球转动到最低点时,支架对地面压力为
【答案】D
【解析】
【详解】A.铁球做匀速圆周运动,线速度大小不变,方向时刻发生变化,故A错误;
B.铁球做匀速圆周运动,向心加速度大小不变,方向时刻发生变化,故B错误;
C.铁球转动到最低点时,加速度方向向上,处于超重状态,故C错误;
D.铁球转动到最低点时,以铁球为对象,根据牛顿第二定律可得
解得
以支架为对象,根据受力平衡可得
根据牛顿第三定律可知支架对地面压力为,故D正确。
故选D。
8. 羽毛球是深受大众喜爱的体育运动。如图所示是羽毛球飞行轨迹图,图中A、B为同一轨迹上等高的两点,P为该轨迹的最高点,则对该羽毛球下列说法正确的是( )
A. 在A、B两点的速度大小相等
B. 在AP上升阶段,羽毛球加速度的竖直分量大于重力加速度的值
C. AP段的飞行时间大于PB段的飞行时间
D. 整个飞行过程中经过最高点P时的加速度为重力加速度g
【答案】B
【解析】
【详解】A.由题可知,羽毛球在运动过程中受到空气阻力作用,且空气阻力做负功,所以机械能减小,所以A点速度大于B点的速度,故A错误;
BC.由于存在空气阻力作用,AP段羽毛球处于上升阶段,其竖直向下的加速度大于重力加速度,而PB段羽毛球处于下降阶段,加速度的竖直分量小于重力加速度,故由于位移大小相等,所以AP段的飞行时间小于PB段的飞行时间,故B正确,C错误;
D.整个飞行过程中经过最高点P时,竖直方向加速度为重力加速度,水平方向由于空气阻力加速度不为零,根据矢量的合成可知整个飞行过程中经过最高点P时的加速度大于重力加速度g,故D错误。
故选B。
9. 北京时间2024年1月18日,货运飞船天舟七号,携带约5600kg的物资进入距离地面约400km的轨道,顺利对接中国空间站后近似做匀速圆周运动(已知地球同步卫星与地面的距离36000km)。对这批进入空间站的物资说法正确的是( )
A. 质量比静止在地面上时小B. 所受合力比静止在地面上时小
C. 所受地球引力比静止在地面上时大D. 做圆周运动时的角速度比地球自转角速度大
【答案】D
【解析】
【详解】A.物体在低速(速度远小于光速)宏观条件下质量保持不变,即在空间站和地面质量相同,故A错误;
BC.设空间站离地面的高度为h,这批物资在地面上静止,跟地球一起自转,合力很小近似为零,在空间站所受合力为万有引力即
在地面受地球引力为
可知所受合力比静止在地面上时大,所受地球引力比静止在地面上时小,故BC错误;
D.物体绕地球做匀速圆周运动万有引力提供向心力
解得
这批物质在空间站内的轨道半径小于同步卫星的轨道半径,因此这批物质的角速度大于同步卫星的角速度,同步卫星的角速度等于地球自转的角速度,即这批物质的角速度大于地球自转的角速度,故D正确。
故选D。
10. 如图所示,带电粒子仅在电场力的作用下从a点运动到b点,实线为电场线,虚线为带电粒子的运动轨迹。下列说法正确的是( )
A. 带电粒子带正电
B. 带电粒子在b点的加速度大于在a点的加速度
C. 带电粒子在b点的速度大于在a点的速度
D. a点的电场强度大于在b点的电场强度
【答案】B
【解析】
【详解】A.根据物体做曲线运动时,物体所受合外力指向轨迹的凹侧可知,电荷在a点所受电场力方向沿该点的切线方向,与该点的场强方向相反,因此粒子带负电,故A错误;
BD.电场线的疏密表示场强大小,则有
由牛顿第二定律可知,带电粒子在b点时的加速度大于在a点时的加速度大小,故B正确,D错误;
C.由A分析可知,粒子带负电,则粒子从点移动到点,电场力做负功,粒子动能减小,速度减小,带电粒子在b点时的速度小于在a点时的速度大小,故C错误。
故选B。
11. 如图,某地有一风力发电机,它的叶片旋转一周扫过面积为的圆面。某时间内该地区的风速是,风向恰好跟叶片转动的圆面垂直,已知空气的密度为,假如这个风力发电机能将此圆内的空气动能转化为电能。下列说法正确的是( )
A. 单位时间内冲击风力发电机叶片圆面的气流的体积与风速无关
B. 单位时间内冲击风力发电机叶片圆面的气流的动能为
C. 此风力发电机发电的功率约为13.0kW
D. 此风力发电机每天发电量为3120kWh
【答案】C
【解析】
【详解】AB.单位时间内风力发电机叶片圆面的气流的体积为
可知单位时间内冲击风力发电机叶片圆面的气流的体积与风速有关,每秒流经涡轮机空气的动能约为
故AB错误;
C.此风力发电机发电的功率约为
代入数据可得
故C正确;
D.此风力发电机每天发电量为
故D错误。
故选C。
12. 物理和生活息息相关。下列有关电学知识的说法正确的是( )
A. 图甲中,静电除尘装置将带负电的尘埃收集在中间的线状电极B上
B. 图乙中,家用煤气灶的点火装置是根据尖端放电的原理制成的
C. 图丙中,两条优质的话筒线外面包裹着金属外衣增强了导电能力
D. 图丁中,工作人员在超高压带电作业时,穿绝缘橡胶服比金属丝编制的工作服更安全
【答案】B
【解析】
【详解】A.图甲中,静电除尘装置将带负电的尘埃收集在两个带正电的极板A上,选项A错误;
B.图乙中,家用煤气灶的点火装置是根据尖端放电的原理制成的,选项B正确;
C.图丙中,话筒线外面包裹着金属外衣是利用静电屏蔽,使金属外衣内不受外衣外的电场的干扰,故C错误;
D.图丁中,超高压带电作业的工作人员,穿上金属丝制成的衣服,起到静电屏蔽的作用,可以保证安全,故D错误。
故选B。
13. 如图所示,竖直平面内有一足够长且与水平方向成30°的斜面,斜面上有A、B两点,O点正上方的S点为小球的发射点,其中OS、OA、AB的长度均为l。初速度的小球水平射出,正好可以击中A点,不计空气阻力,当地重力加速度为g,以下说法正确的是( )
A. 若将发射速度增大到,则正好击中B点
B. 小球分别击中A点和B点时速度方向与斜面夹角
C. 小球分别击中A点和B点,在空中飞行时间
D. 调整大小使小球击中B点,则击中时速度大小为
【答案】B
【解析】
【详解】A.如图所示,过A点做水平面,当下落高度相同时所用时间相同,若以射出小球,水平位移为原来2倍,会过B点正上方的点,不会正好击中B点,故A错误;
B.落至斜面上时速度偏角为
位移偏角为
对比可知
由图可知,落至A点时位移偏角较大,速度偏角较大,速度与斜面夹角
故小球分别击中A点和B点时速度与斜面夹角,故B正确;
C.击中点时,竖直方向
击中点时,竖直方向
可得
故C错误;
D.调整大小使小球击中B点,水平方向、竖直方向分别有
联立解得
则击中时速度大小为
故D错误。
故选B。
二、选择题Ⅱ(本题共2小题,每小题3分,共6分。每小题列出的四个备选项中至少一个符合题目要求。全部选对的得3分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
14. 下列说法正确的是( )
A. 在描述一个物体的运动时,参考系可以任意选择
B. 比值定义法是物理学中常用的方法,如用力与质量的比值定义加速度
C. 电场线的形状可以用实验来模拟,所以电场线是实际存在的线
D. 相对论与量子力学都没有否定牛顿力学
【答案】AD
【解析】
【详解】A.在描述一个物体的运动时,参考系可以任意选择,故A正确;
B.比值定义法是物理学中常用的方法,式子是加速度的决定式,才是加速度的定义式,故B错误;
C.电场线的形状可以用实验来模拟,电场线是假象出来描绘电场的线,实际上不存在,故C错误;
D.相对论与量子力学都没有否定牛顿力学,故D正确。
故选AD。
15. 如图所示,真空中有两个点电荷和,分别固定在x轴的坐标为0和6cm的位置上。以下说法正确的是( )
A. 在的位置电场强度为0
B. 在的位置电场强度为0
C. 若在的位置放一正电荷,所受电场力方向为x轴负方向
D. 若在的位置放一负电荷,所受电场力方向为x轴负方向
【答案】ACD
【解析】
【详解】B.在0~6 cm的范围内,两点电荷产生的场强的方向相同,均沿x轴正方向,故合场强水平向右,因此场强一定不为零,故B错误;
A.设合场强为零的坐标为,由
可得
故A正确;
C.根据电场的叠加可知区间场强沿x轴负方向,若在的位置放一正电荷,所受电场力方向为x轴负方向,故C正确;
D.根据电场的叠加可知区间场强沿x轴正方向,若在的位置放一负电荷,所受电场力方向为x轴负方向,故D正确。
故选ACD。
非选择题部分
三、非选择题(本题共5小题,共55分)
16. “探究向心力大小的表达式”的实验中,向心力演示器如图所示,已知小球在挡板A、B、C处做圆周运动的轨迹半径之比为1∶2∶1。
(1)在这个实验中,利用了______(选填“理想实验法”、“等效替代法”或“控制变量法”)来探究向心力的大小与小球质量m、角速度和半径r之间的关系;
(2)探究向心力F与半径的关系时,应将传动皮带套在两塔轮半径______(选填“相同”、“不同”)的轮盘上,将质量______选填(“相同”、“不同”)的小球分别放在挡板______(选填“A和B”、“A和C”或“B和C”)处;在实验时逐渐加大转速,左右标尺露出的红色、白色等分标记长度之比会______(选填“变大”、“变小”、“不变”或“无法确定”)。
【答案】(1)控制变量法
(2) ①. 相同 ②. 相同 ③. B和C ④. 不变
【解析】
【小问1详解】
本实验中采用了控制变量的方法,探究向心力的大小F与小球质量m、角速度和半径r物理量之间的关系。
【小问2详解】
[1]探究向心力向心力F与半径的关系时,应该控制角速度和质量相等,半径不同;
[2]根据可知应将传动皮带套在两塔轮半径相同轮盘上;
[3][4]将质量相同的小球分别放在挡板B和C处;根据可知向心力之比等于运动半径之比,增大转速,左右标尺露出的红色、白色等分标记长度之比不变。
17. 在“探究平抛运动的特点”实验中
(1)用图1装置进行探究,下列说法正确的是_________。
A.只能探究平抛运动水平分运动的特点
B.需改变小锤击打的力度,多次重复实验
C.能同时探究平抛运动水平、竖直分运动的特点
(2)用图2装置进行实验,下列说法正确的是_________。
A斜槽轨道M必须光滑且其末端水平
B.上下调节挡板N时必须每次等间距移动
C.钢球从斜槽M上同一位置静止滚下
(3)用图3装置进行实验,竖直挡板上附有复写纸和白纸,可以记下钢球撞击挡板时的点迹。钢球从斜槽上P点静止滚下,撞击挡板留下点迹A,将挡板依次水平向右移动x,重复实验,挡板上留下点迹B、C。若测得A、B间距离,B、C间距离,重力加速度为g,根据以上直接测得的物理量推导出小球初速度的计算公式为_________(用所给字母表示)。
【答案】 ① B ②. C ③.
【解析】
【详解】(1)[1]用图1装置可以探究平抛运动竖直方向做自由落体运动,需要改变小锤击打的力度,多次重复实验。
故选B。
(2)[2]AC.用图2装置进行实验,为了保证从斜槽末端水平飞出的速度大小相等,小钢球必须从斜槽M上同一位置静止滚下,斜槽轨道不必要光滑,但末端必须水平,故A错误,C正确;
B.挡板的作用是为了方便确定小球的运动位置,没有必要每次等间距移动,故B错误。
故选C。
(3)[3]根据题意,由图3装置进行实验,由图可知,A、B间和B、C间的水平距离相等,则运动时间相等,设相等时间为,竖直方向上,由逐差法有
水平方向上有
联立解得
18. 如图为一种利用气垫导轨“验证机械能守恒定律”的实验装置。主要实验步骤如下:
A.将气垫导轨放在水平桌面上,将导轨调至水平。
B.测出挡光条宽度d。
C.将滑块移至图示位置,测出挡光条到光电门的距离l。
D.释放滑块,读出挡光条通过光电门的挡光时间t。
E.用天平称出托盘和砝码的总质量m。
F.……
(重力加速度取g)
请回答下列问题:
(1)滑块从静止释放到运动至光电门的过程中,系统的重力势能减少了____________;
(2)为验证机械能守恒定律,还需要测量的物理量是____________;
(3)若要符合机械能守恒定律的结论,则以上测得的物理量应该满足____________。
【答案】(1)
(2)滑块和挡光条的总质量M
(3)
【解析】
【小问1详解】
在滑块从静止释放到运动到光电门的过程中,托盘和砝码下降了l的距离,则可知系统的重力势能减少了
【小问2详解】
为验证机械能守恒定律,还需要测量滑块和遮光条的总质量M。
【小问3详解】
若要符合机械能守恒定律,则必选满足托盘和砝码重力势能的减小量等于系统动能的增加量,即
19. 某质点在Oxy平面上运动。时,质点位于y轴上。它在x方向运动的速度-时间图像如图所示,它在y方向的位移-时间图像如图所示。则:
(1)时质点速度的大小
(2)时质点的位置坐标x、y
(3)试写出质点在内运动时,其位置坐标所满足的关系式(即:写出x、y之间关系的表达式)。
【答案】(1);(2)(2.25m,7.5m);(3)(y≥0)
【解析】
【详解】(1)x方向的运动为匀加速直线运动,根据图像的斜率可知加速度为
时质点x方向的速度为
y方向的运动为匀速直线运动,速度为
所以时质点速度的大小为
(2)内质点沿x方向的位移为
y方向的位移为
时质点的位置坐标为(2.25m,7.5m)。
(3)质点沿x方向的位移为
沿y方向的位移为
在内位置坐标满足的关系式为
(y≥0)
20. 如图所示,半径为的半球形陶罐,固定在可以绕竖直轴旋转的水平转台上,转台转轴与过陶罐球心O的对称轴重合。转台以一定角速度匀速旋转,一质量为的小物块落入陶罐内,经过一段时间后,小物块随陶罐一起转动且相对罐壁静止,它和O点的连线与之间的夹角为60°,重力加速度为;
(1)若,小物块受到的摩擦力恰好为0,求;
(2)当时,小物块仍与罐壁相对静止,求小物块受到摩擦力f的大小。
【答案】(1);(2)
【解析】
【详解】(1)小物块随陶罐一起转动且相对罐壁静止,当物块受到的摩擦力恰好等于零时,物块受到的重力与罐壁的支持力的合力提供向心力,如图所示
则有
解得
(2)当
时
小物块有向下运动的趋势,小物块受到的摩擦力方向沿圆弧切线向上,小物块受力情况如图所示
建立如图所示的坐标系,将向心力沿坐标轴进行分解,沿方向根据牛顿第二定律可得
其中
解得摩擦力大小为
21. 传送带和放在水平地面上平板紧靠在一起,且上表面在同一水平面内,传送带两轮轴间长度为,平板长度。传送带始终保持以速度匀速运动。现将一滑块(可视为质点)无初速度轻放在传送带左端,然后平稳地滑上平板(忽略传送带与平板对接处对速度的影响)。已知:滑块与传送带之间的动摩擦因数,滑块与平板间动摩擦因数,忽略平板与水平地面间的摩擦。滑块的质量为,平板的质量,重力加速度。
(1)求滑块通过传送带的时间;
(2)求因运送滑块电动机多消耗的电能;
(3)求滑块滑离平板时的速度大小。
【答案】(1);(2);(3)
【解析】
【详解】(1)根据牛顿第二定律得
与传送带共速时间
共速时滑块位移
即恰好到通过传送带。
(2)相对位移
摩擦生热
滑块动能增加
电动机多消耗的电能为
(3)对滑块在木板上运动,设经间离开木板,对滑块
解得
对木板
解得
滑离时位移满足
解得
或(舍去)
则滑块滑离平板时速度为
22. 小明将如图所示的装置放在水平地面上,该装置由弧形轨道、竖直圆轨道、水平直轨道组成,弧形轨道与水平轨道在O点相切,竖直圆轨道圆心、半径为R(在最低点A分别与水平轨道OA和AB相连),质量的小滑块从弧形轨道离地高h处静止释放,高度h可以调节。已知,AB轨道足够长。滑块与轨道OA和AB间的动摩擦因数均为,弧形轨道和圆轨道均可视为光滑,忽略空气阻力,重力加速度,。
(1)求滑块恰好能过圆轨道最高点D时的速度大小;
(2)求当满足(1)中条件时,滑块运动到与圆心等高的C点时对轨道的压力大小;
(3)滑块从静止释放,不脱离轨道,求h的取值范围;
(4)求满足(3)中条件时,滑块停止的位置到O点的距离x与释放高度h的关系。
【答案】(1);(2);(3)或;(4)见解析
【解析】
【详解】(1)滑块恰好能过圆轨道最高点点
解得
(2)从C点到D点,由动能定理
在C点由牛顿第二定律
解得
根据牛顿第三定律,滑块对轨道的压力大小是。
(3)若不过圆心等高点,由能量守恒定律
解得
若刚发过圆轨道最高点D点,由能量守恒定律
解得
综上可得物块不脱离轨道的条件
或
(4)物块刚好能到A点,则
解得
或是同样规律,又
得
若
则
即滑块从圆心等高点返回刚好能返回点速度为0。又
解得
综上
或,;,
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