陕西省渭南市富平县2023-2024学年高一下学期期末质量物理试卷（解析版）

这是一份陕西省渭南市富平县2023-2024学年高一下学期期末质量物理试卷（解析版），共17页。
1.本试题共6页，满分100分，时间75分钟。
2.答卷前，考生务必将自己的姓名和准考证号填写在答题卡上。
3.回答选择题时，选出每小题答案后，用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其它答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。
4.考试结束后，监考员将答题卡按顺序收回，装袋整理；试题不回收。
第Ⅰ卷（选择题共46分）
一、选择题（本大题共10小题，计46分。第1-7题只有一项符合题目要求，每小题4分：第8~10题有多项符合题目要求，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不选的得0分）
1. 嫦娥五号的返回舱采用“打水漂”的技术来减速并成功着陆在预定区域，如图所示为其飞行轨迹的示意图，图中标出了返回舱在飞行轨迹上4个位置处所受合外力的情况，其中一定错误的是（ ）
A. F1B. F2C. F3D. F4
【答案】B
【解析】
【详解】物体做曲线运动所示合外力方向一定位于轨迹的凹侧，则图中标出了返回舱在飞行轨迹上4个位置处所受合外力的情况，其中一定错误的是F2。
故选B。
2. 下列说法中正确的是（ ）
A. 牛顿发现万有引力定律，并测得引力常量
B. 万有引力定律适用于高速运动与微观世界
C. 两个质量不同的天体之间的引力大小是相等的
D. 当人造地球卫星的发射速度达到11.2km/s时，卫星就逃出太阳系了
【答案】C
【解析】
【详解】A．牛顿发现万有引力定律，卡文迪许测得引力常量，故A错误；
B．万有引力定律不适用于高速运动与微观世界，故B错误；
C．根据牛顿第三定律可知，两个质量不同的天体之间的引力大小是相等的，故C正确；
D．当人造地球卫星的发射速度达到11.2km/s时，卫星脱离了地球的束缚，但没有逃出太阳系；要逃出太阳系，卫星的发射速度需要达到16.7km/s，故D错误。
故选C。
3. 如图所示，坐在雪橇上的人与雪橇的总质量为m，在与水平面成θ角的恒定拉力F作用下，沿水平地面向右移动了一段距离l。已知雪橇与地面间的动摩擦因数为μ，雪橇受到的（ ）

A. 支持力做功为mglB. 重力做功为0
C. 拉力做功为FlsinθD. 滑动摩擦力做功为-μmgl
【答案】B
【解析】
详解】对雪橇受力分析，如图：
A．支持力做功
WN=Nlcs90°=0
故A错误；
B．重力做功
WG=mglcs90°=0
故B正确；
C．拉力做功为
WF=Flcsθ
故C错误；
D．雪橇竖直方向受力平衡
N+Fsinθ=mg
得
N=mg-Fsinθ
则摩擦力
f=μN=μ(mg-Fsinθ)
摩擦力做功
Wf=-fl=-μ(mg-Fsinθ）l
故D错误；
故选B。
4. 某同学用如图所示的向心力演示器探究F与ω的关系。在两小球质量和转动半径相等时，标尺上的等分格显示得出两个小球A、B所受向心力的比值为1∶4，结合圆周运动知识可以判断与皮带连接的变速塔轮相对应的半径之比为（ ）
A. 1∶2B. 2∶1C. 1∶4D. 4∶1
【答案】B
【解析】
【详解】根据
F＝mω2r
可知，两小球的向心力之比为1∶4，结合题意半径和质量相等，则转动的角速度之比为1∶2，因为靠皮带传动，变速塔轮的线速度大小相等，根据
v＝ωr
可知，与皮带连接的变速塔轮对应的半径之比为2∶1。
故选B。
5. 一辆汽车在平直公路上以恒定功率匀速行驶，行驶的速度为。现突然驶上一段泥泞的道路，阻力变为原来的2倍，行驶一段时间后道路又恢复至开始的情况，过程中汽车功率始终保持不变。则汽车的速度随时间变化的关系图像可能正确是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】
【详解】首先P=Fv，开始的时候
P0=F0v0=fv0
当阻力变为原来的2倍时，则因速度不能瞬时改变，则牵引力瞬时不变，则加速度
反向瞬时增加，速度减小，牵引力增加，减速时的加速度大小在减小；当牵引力增加到2f时，根据
P0 =2f∙v0
即直到速度减为原来的一半时再次匀速运动；行驶一段时间后道路又恢复至开始的情况，则阻力又变为原来的f，则加速度瞬时增加，则速度增加，牵引力减小，加速度逐渐减小到零，当速度再次增加到v0时，牵引力等于阻力，又开始匀速运动。
故选B。
6. 如图所示，两根长度不同的细线各系有一个小球（均可视为质点），细线的上端都系于O点，两个小球在同一水平面上做匀速圆周运动，则下列说法正确的是（ ）
A. 两小球的向心力大小相等B. 两小球的向心加速度大小相等
C. 两小球的角速度大小相等D. 两小球的线速度大小相等
【答案】C
【解析】
【详解】设绳子与竖直方向的夹角为，O点到两球做圆周运动圆心的距离为，对小球受力分析，根据牛顿第二定律可得
解得小球的角速度大小为
可知两小球的角速度大小相等，根据
，，
由于两小球做匀速圆周运动的半径不相等，则两小球的向心加速度大小不相等，线速度大小不相等，由于不知道两小球的质量关系，所以无法确定两小球的向心力大小关系。
故选C。
7. 天文学家通过“中国天眼”的500米口径地面射电望远镜（FAST），在武仙座球状星团（M13）中发现一个脉冲双星系统。如图所示，双星系统由两颗恒星A、B组成，在万有引力的作用下，它们绕其连线上的O点做匀速圆周运动，轨道半径之比，则两颗天体的（ ）
A. 质量之比B. 角速度之比
C. 线速度大小之比D. 向心力大小之比
【答案】A
【解析】
【详解】BC．两颗恒星A、B绕其连线上的O点做匀速圆周运动，在相同的时间转过的角度相同，则A、B的角速度相等，则有
根据
可得A、B的线速度大小之比
故BC错误；
AD．由于A、B绕O点做匀速圆周运动的向心力由它们相互作用的万有引力提供，所以A、B的向心力大小相等，则有
根据
可得A、B的质量之比为
故A正确，D错误。
故选A。
8. 如图所示，光滑的水平面和光滑的圆弧轨道在底部平滑连接，一轻质弹簧左端固定在竖直墙壁上，小球挤压弹簧到图中的B位置，此时弹簧的弹性势能为Ep，静止释放小球，小球从圆轨道底部的阀门（图中未画出）进入圆轨道，恰能上升到与圆弧圆心O等高的A点。再次用小球挤压弹簧并由静止释放，为了保证小球不脱离圆轨道，释放小球时弹簧的弹性势能可能是（ ）
A. B. C. D.
【答案】AD
【解析】
【详解】对小球从B点运动A点列机械能守恒
为了使得小球不脱离圆轨道，要么小球在圆轨道中上升的最高点低于A点，则有
或小球能通过圆轨道的最高点，则
为了使得小球不脱离圆轨道，对小球机械能守恒
综上可知
故选AD。
9. 2024年3月20日，探月工程四期鹊桥二号中继星在我国文昌航天发射场发射升空，于4月2日进入周期为24小时环月大椭圆“使命”轨道Ⅰ，为嫦娥六号在月球背面进行月球样品采集任务提供通讯支持。如图所示，此次任务完成后，鹊桥二号择机在P点调整至12小时环月椭圆轨道Ⅱ，为后续月球探测任务提供服务。已知月球自转轴经过其表面的A点，月球质量为地球质量的，地球同步卫星轨道半径为r，鹊桥二号24小时环月轨道半长轴为a1，12小时环月轨道半长轴为a2，下列说法正确的是（ ）
A.
B.
C. 鹊桥二号由轨道Ⅰ调整到轨道Ⅱ，需在P点加速
D. 探测器要与鹊桥二号保持较长时间不间断通讯，需着陆在月球表面A点附近
【答案】BD
【解析】
【详解】A．鹊桥二号24小时环月轨道上的周期等于半径为的圆轨道绕月球的运行周期，则有
地球同步卫星的周期为24h，可得
又
联立可得
故A错误；
B．由开普勒第三定律，可得
解得
故B正确；
C．鹊桥二号由轨道I调整到轨道II，需在P点减速，做近心运动，故C错误；
D．由图可知，探测器要与鹊桥二号保持较长时间不间断通讯，需着陆在月球表面A点附近，因为在月球表面A点附近与鹊桥二号通讯不受到月球遮挡的时间更长，故D正确。
故选BD。
10. 从高H处的M点先后水平抛出两个小球1和2，轨迹如图所示，球1与地面碰撞一次后刚好越过竖直挡板AB，落在水平地面上的N点，球2刚好直接越过竖直挡板AB，也落在N点设球1与地面的碰撞是弹性碰撞，忽略空气阻力，则（ ）
A. 小球1、2初速度之比为1：3
B. 小球1、2的初速度之比为1：4
C. 竖直挡板AB的高度
D. 竖直挡板AB的高度
【答案】AD
【解析】
【详解】AB．设M点到N点水平距离为L，对球2整个运动过程的时间t有
解得
可得
①
球1与地面碰撞前后竖直方向分速度大小不变、方向相反，根据对称性可知，球1与地面碰撞后到达的最高点与初始高度相同为H，球2在水平方向一直做匀速运动，有
，
即
②
联立①②解得
故A正确，B错误；
CD．设球1与地面碰撞时竖直方向速度大小为，碰撞点到M点和B点的水平距离分别为、，有
设球1到达A点时竖直方向速度大小为，将球1与地面碰撞后到达最高点时的过程反向来看可得
可得碰撞点到A点的时间为
球2刚好越过挡板AB的时间为
水平方向位移关系有
即
解得
故C错误，D正确。
故选AD。
第Ⅱ卷（非选择题共54分）
二、实验探究题（本大题共3小题，计24分）
11. 在“研究小球做平抛运动的规律”的实验中：
（1）如图甲所示的实验中，观察到两球同时落地，说明平抛运动在竖直方向做_________；如图乙所示的实验：将两个光滑斜轨道固定在同一竖直面内，滑道末端水平，把两个质量相等的小钢球，从斜面的相同高度由静止同时释放，观察到球1落到水平板上并击中球2，这说明平抛运动在水平方向做_________；
（2）该同学用频闪照相机拍摄到如图所示的小球平抛运动的照片，照片中小方格的边长，小球在平抛运动中的几个位置如图中的a、b、c、d所示，则照相机每隔_________s曝光一次，小球平抛初速度为_________（当地重力加速度大小）。
【答案】 ①. 自由落体运动 ②. 匀速直线运动 ③. 0.05 ④. 1
【解析】
【详解】（1）[1]用小锤打击弹性金属片，B球就水平飞出，同时A球被松开，做自由落体运动，两球同时落到地面，则说明平抛运动竖直方向是自由落体运动；
[2]因为观察到的现象是球1落到水平木板上击中球2，可知球1在水平方向上的运动规律与球2相同，即平抛运动在水平方向上做匀速直线运动；
（2）[3]在竖直方向上，根据匀变速直线运动的规律可得
得
[4]由公式，可得小球初速度为
12. 为研究圆周运动的向心力，某物理小组的同学设计了一个粗测玩具小车通过凹形桥最低点时的向心力大小的实验。他们所用器材有玩具小车、压力式托盘秤、凹形桥模拟器（半径为0.2m）。（g取10m/s2）
（1）凹形桥模拟器静置于托盘秤上，如图甲所示，托盘秤的示数为1kg。
（2）玩具小车静置于凹形桥模拟器最低点时，托盘秤的示数如图乙所示，玩具小车的质量为________kg。
（3）将小车从凹形桥模拟器某一位置释放，小车经过最低点后滑向另一侧。此过程中，托盘秤的最大示数为m；多次从同一位置释放小车，记录各次的m值如下表所示。
（4）根据以上数据，可求出小车经过凹形桥最低点时对桥的压力大小为________N；小车通过最低点时的速度大小为________。
【答案】 ①. 0.40 ②. 12.05 ③. 2.0
【解析】
【详解】（2）[1]玩具小车静置于凹形桥模拟器最低点时，托盘秤的示数如图乙所示，托盘秤的最小刻度为，则托盘秤的示数为，可得玩具小车的质量为
（4）[2]根据表格中数据可知小车经过最低点时，托盘秤的最大示数的平均值为
所以最低点时小车对桥的压力大小为
[3]根据牛顿第三定律可知，桥对小车的支持力为
以小车为对象，根据牛顿第二定律可得
可得小车通过最低点时的速度大小为
13. 实验小组用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。重锤从高处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带通过打点计时器，打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。
（1）下列操作正确的是（ ）（填正确答案标号）。
A. 为了减小实验误差，重锤应选择密度较大的物体
B. 先释放纸带，后接通电源
C. 必须用秒表测量重锤下落的时间
（2）如图乙所示是实验中打出的某条点迹清晰的纸带，其中A、B、C、D、E、F为连续打出的点，已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，重力加速度g=10m/s2，重锤的质量为1kg。重锤运动到打点E时的动能为________J。上述过程中，B点到E点重锤重力势能减少了________J。（结果均保留三位有效数字）
（3）某同学利用图乙中纸带，先分别测量出从A点到B、C、D、E、F点的距离h，再计算打出B、C、D、E、F各点时重锤下落的速度v，绘制v2-h图像，如图丙所示。图线没有过坐标原点的原因是________；图线斜率的实验值总是小于理论值的原因是___________。
【答案】（1）A （2） ①. 3.94 ②. 1.50
（3） ①. 先释放了纸带，再接通了打点计时器的电源 ②. 存在着空气阻力或摩擦阻力
【解析】
【小问1详解】
[1]A.为了减小实验误差，重锤应选择密度较大的物体，故A正确；
B．实验步骤是先接通电源，再释放纸带，故B错误；
C．重锤下落的时间使用打点计时器记录的，不需要秒表，故C错误；
故选A。
【小问2详解】
[2]根据中间时刻的瞬时速度等于这段时间的平均速度可知
根据动能的公式解得
[3]根据重力势能的公式可知，B点到E点重锤重力势能减少了
【小问3详解】
[4]根据图像可知，高度为零，速度不是零，所以先释放了纸带，再接通了打点计时器的电源。
[5]图像的斜率等于2g，图线斜率的实验值总是小于理论值的原因是存在着空气阻力或摩擦阻力。
三、计算题（本大题共3小题，计30分。解答应写出必要的文字、方程式和重要的演算步骤，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）
14. 王老师质量，骑一辆质量的电动自行车上下班。电动自行车的最大速率为8m/s。图1为王老师上下班必经的十字路口，路径1为上班时右转路径，路径2为下班左转路径，路径1、2均可看作圆的一部分，路径1的半径为5m，电动自行车与地面之间的动摩擦因数为0.5，重力加速度。
（1）若王老师通过路径1时保持匀速率行驶，求王老师在路径1安全行驶的最大速度；
（2）若王老师以电动自行车最大速率安全匀速通过路径2，求路径2的最小半径；
（3）周末王老师骑电动自行车前往家附近的公园游玩。在通过如图2半径为8m的拱桥最高点时车速为4m/s，求在最高点处桥面对王老师和车整体的支持力大小。
\
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）根据牛顿第二定律有
解得
（2）根据牛顿第二定律有
解得
（3）根据合外力提供向心力
解得
15. 2024年3月2日，“神舟十七号”航天员乘组圆满完成第二次出舱活动,我国航天员首次完成舱外维修任务。已知“神舟十七号”航天员乘组所在空间站质量为m，轨道半径为r，绕地球运行的周期为T，地球半径为R，引力常量为G。求：
（1）空间站运行所需的向心力大小；
（2）地球的平均密度；
（3）第一宇宙速度的大小。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）空间站运行所需的向心力大小为
又
可得
（2）空间站绕地球做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力得
解得地球质量为
根据
解得地球的平均密度为
（3）地球第一宇宙速度等于卫星在地球表面轨道的运行速度，则有
解得第一宇宙速度为
16. 如图所示，在距水平地面高h1=1.05m的光滑水平台面上，一个质量m=1kg的物块（视为质点）压缩弹簧后被锁扣K锁住，储存的弹性势能为Ep。现打开锁扣K，物块与弹簧分离后将以一定的水平速度向右滑离平台，并恰好从B点沿切线方向进入倾角为37°的光滑固定倾斜轨道BC．已知B点距水平地面的高h2=0.6m，C点与水平地面上长为L=2.3m的粗糙直轨道CD平滑连接，物块沿轨道BCD运动并与右边的竖直墙壁会发生碰撞，重力加速度g=10m/s2，空气阻力忽略不计。sin37°=0.6，cs37°=0.8，试求：
（1）物块运动到B的瞬时速度vB的大小；
（2）打开锁扣K前储存的弹性势能EP的大小；
（3）若物块与墙壁碰撞后速度反向、大小变为碰前的一半，物块与轨道CD之间的动摩擦因数μ为0.1，则物块与竖直墙壁发生几次碰撞？物块最终停止时距竖直墙壁的距离大小。
【答案】（1）；（2）；（3）碰撞1次，物块最终停止时距竖直墙壁的距离大小为
【解析】
【详解】（1）设B的竖直方向速度为，竖直方向列自由落体运动
解得
解得
（2）设水平速度为v0，即
解得
则弹性势能
（3）设第一次与D碰撞前的速度为v1，则
解得
碰撞后的速度
动能
所以只能碰撞一次，设最终停止时距竖直墙壁的距离大小x，则有
解得
序号
1
2
3
4
m/kg
2.21
2.18
2.22
2.21