[物理][期末]北京汉德三维集团2023-2024学年高一下学期第九次联考(期末)试卷(解析版)

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全卷满分100分，考试时间75分钟。
注意事项：
1.答题前，先将自己的姓名、准考证号填写在试卷和答题卡上，并将条形码粘贴在答题卡上的指定位置。
2.请按题号顺序在答题卡上各题目的答题区域内作答，写在试卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。
3.选择题用2B铅笔在答题卡上把所选答案的标号涂黑；非选择题用黑色签字笔在答题卡上作答；字体工整，笔迹清楚。
4.考试结束后，请将试卷和答题卡一并上交。
5.本卷主要考查内容：必修第一册，必修第二册第五章~第八章。
一、选择题：本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。
1. 2023年的诺贝尔物理学奖授予了研究“物质中的电子动力学而产生阿秒光脉冲的实验方法”的阿戈斯蒂尼、克劳斯和吕利耶三位教授.物理学的发展离不开这些物理学家的研究发现，下列描述符合物理学史实的是（ ）
A. 亚里士多德认为重的物体下落与轻的物体一样快
B. 笛卡尔通过斜面实验，提出力是改变物体运动状态的原因
C. 牛顿总结得到了万有引力定律，并通过扭秤实验测出了引力常量
D. 开普勒总结了行星运动定律，指出了所有行星绕太阳的轨道都是椭圆
【答案】D
【解析】A．亚里士多德认为重的物体下落比轻的物体快，故A错误；
B．伽利略通过斜面实验，提出力是改变物体运动状态的原因，故B错误；
C．牛顿总结得到了万有引力定律，卡文迪什通过扭秤实验测出了引力常量，故C错误；
D．开普勒行星运动定律是开普勒在第谷留下观测记录的基础上整理和研究出来的，指出了所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，故D正确。
故选D。
2. 一只可视为质点的蜜蜂沿弯曲轨迹做匀速率运动，蜜蜂在途经M、N、P、Q位置时的速度和所受合力F的大小，方向如图所示，其中可能正确的是（ ）
A. M位置B. N位置C. P位置D. Q位置
【答案】B
【解析】质点做曲线运动，速率不变，合力指向轨迹凹侧，且合力与速度方向垂直，即N位置正确。
故选B。
3. 跳楼机是一种可以让人体验超重和失重的游乐设施，开始时环形座舱套在竖直柱子上，由升降机送上几十米的高处，然后让座舱自由下落，下落一定高度后，制动系统启动，座舱做减速运动，到地面时刚好停下。下列判断中正确的是（ ）
A. 游客在自由下落的过程中处于超重状态，人所受重力增大
B. 游客在自由下落的过程中处于失重状态，人所受重力不变
C. 游客在减速运动的过程中处于失重状态，人所受重力减小
D. 游客在减速运动的过程中处于超重状态，人所受重力增大
【答案】B
【解析】AB．游客在自由下落的过程中，加速度方向向下，人处于失重状态，但人所受重力不变，故A错误，B正确；
CD．游客在减速运动的过程中，加速度方向向上，人处于超重状态，但人所受重力不变，故CD错误。
故选B。
4. 下列关于几种圆周运动实例的说法中，错误的是（ ）
A. 图甲中小球在竖直圆形轨道内运动，经过轨道上与圆心等高的A点时，轨道对小球的支持力提供小球所需的向心力
B. 图乙中放在水平转台上的物体随转台一起匀速转动，物体受到的静摩擦力方向始终指向圆心
C. 图丙中小球做圆锥摆运动，细绳的拉力与小球重力的合力提供小球运动所需的向心力
D. 图丁的圆筒匀速转动的角速度越大，紧贴圆筒壁一起运动的物体a所受摩擦力也越大
【答案】D
【解析】A．小球在图甲的竖直圆形轨道内运动，经过与圆心O等高的A点时，受到重力和支持力，其中轨道对小球的支持力提供小球所需向心力，故A正确，不符合题意；
B．图乙中物体放在水平转台上并随转台一起匀速转动，受到重力、支持力和静摩擦力，静摩擦力提供向心力，指向圆心，故B正确，不符合题意；
C．图丙中小球做圆锥摆运动，对小球受力分析，受到重力和绳子的拉力，合力提供向心力，故C正确，不符合题意；
D．图丁的圆筒匀速转动的角速度无论多大，紧贴圆筒壁一起运动的物体a所受摩擦力与其重力等大反向，故D错误，符合题意。
故选D。
5. 如图所示，将小球AB分别用轻绳悬挂在等高的点。已知A球的悬绳比B球的长，将两球的悬绳拉直至水平后由静止释放，不计空气阻力。则经过最低点时（ ）
A. 两球的动能一定相等
B. 两球重力的瞬时功率一定相等
C. A球的机械能一定大于B球的机械能
D. 悬绳对A球的拉力一定大于悬绳对B球的拉力
【答案】B
【解析】A．根据机械能守恒定律
可得，悬绳长度不等，质量关系不确定，则两球的动能不一定相等，选项A错误；
B．根据
PG=mgvy
两球在最低点时的竖直速度为零，则重力的瞬时功率均为零，一定相等，选项B正确；
C．两球质量关系不确定，则初始状态时两球的机械能大小不能确定，可知最低点时A球的机械能与B球的机械能大小不能确定，选项C错误；
D．在最低点时
可得
T=3mg
因两球质量关系不确定，可知悬绳对A球的拉力与悬绳对B球的拉力大小不确定，选项D错误。
故选B。
6. 如图所示，某人造地球卫星对地球的张角为，卫星绕地球做匀速圆周运动的周期为T，万有引力常量为G，由此可估算地球的平均密度为（ ）
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】设地球半径为，卫星轨道半径为，根据几何关系可得
根据万有引力提供向心力
解得
又
解得
故选B。
7. 如图所示是使货物在水平面上转弯的自动流水线装置图及其示意图。货物（可视为质点）从传送带A端传送到B端的弯道可以看成是一段半径为R的半圆弧，传送过程中传送速率保持不变，货物与传送带之间始终不打滑，已知货物与传送带间的动摩擦因数为，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g。则货物在此过程中（ ）
A. 所受合力为零B. 所受合力做正功
C 所受摩擦力对货物做负功D. 传送速率不能超过
【答案】D
【解析】A．货物做匀速圆周运动，合力提供向心力，则所受合力不为零，故A错误；
BC．受力分析可知，货物的合力等于摩擦力，则摩擦力提供向心力，摩擦力方向与货物的速度方向垂直，故摩擦力不做功，故BC错误；
D．临界状态下，最大静摩擦力提供向心力
解得
则货物始终不打滑的传送速率不能超过，故D正确。
故选D。
二、选择题：本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，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，有选错的得0分。
8. “天问一号”火星探测器要完成登陆火星探测的任务需经历如图所示的变轨过程，轨道Ⅰ为圆轨道，轨道Ⅱ、Ⅲ为椭圆轨道，三条轨道相切于P点，变轨过程探测器质量不变。则探测器（ ）
A. 在轨道Ⅲ上运行的周期最短
B. 在轨道Ⅰ上运行时的机械能最小
C. 从轨道Ⅱ进入轨道Ⅰ需在P点适当减速
D. 在轨道Ⅰ上经过P点的加速度小于轨道Ⅱ上经过P点的加速度
【答案】BC
【解析】A．由开普勒第三定律可知，轨道半长轴越大，周期越大，所以，在轨道Ⅲ上运行的周期最长，A错误；
BC．探测器从轨道Ⅲ变轨到轨道Ⅱ，探测器从轨道Ⅱ变轨到轨道Ⅰ，两次变轨，发动机两次点火，两次做负功，其机械能两次减小，速度两次减小，所以探测器在轨道Ⅰ上运行时的机械能最小，从轨道Ⅱ进入轨道Ⅰ需在P点适当减速，BC正确；
D．根据牛顿第二定律得
解得
故在轨道Ⅰ上经过点的加速度等于轨道Ⅱ上经过点的加速度，D错误。
故选BC。
9. 若跳水运动员进入水中后因受到水的阻力而竖直向下做减速运动，某运动员质量为，水对运动员的阻力大小恒为，那么在运动员减速下降深度为的过程中（取），下列说法正确的是（ ）
A. 运动员的动能减少了2400JB. 运动员的重力势能减少了240J
C. 运动员克服阻力做功2400JD. 运动员的机械能减少了2880J
【答案】AD
【解析】A．在运动员减速下降深度为的过程中，运动员受重力和阻力，根据动能定理，运动员动能的减少量为
A正确；
B．运动员的重力势能减少量为
B错误；
C．运动员克服阻力做功为
C错误；
D ．运动员的机械能减少量为
D正确。
故选AD。
10. 如图所示，竖直平面内半径为的半圆形轨道固定在水平地面上，为圆心，与等高，为竖直直径。一长为的轻杆两端分别固定质量均为的小球甲、乙（均可视为质点），初始时轻杆与直径重合处于静止状态，甲球位于点，带有小孔的乙球穿在轨道上位于点。某时刻对乙球轻微扰动，使其沿半圆轨道下滑，重力加速度为，不计一切摩擦及空气阻力。则下列说法正确的是（ ）
A. 乙沿着半圆轨道从滑到过程，轻杆对甲球做正功
B. 乙沿着半圆轨道从滑到的过程，乙球的机械能守恒
C. 乙经过点时，甲的速度大小为
D. 乙沿着半圆轨道从滑到的过程，轻杆对乙球做功为
【答案】AC
【解析】AB．乙沿着半圆轨道从滑到的过程，甲、乙球组成的系统机械能守恒，甲球沿水平面运动，动能增大，则轻杆对甲球做正功，根据能量守恒可知，乙球的机械能减小，故A正确，B错误；
CD．当乙运动到点时，设轻杆与水平方向的夹角为，乙球速度竖直向下，将其分解为沿杆和垂直杆的方向，如图所示，则有乙和甲沿杆方向的速度大小相等，由图可得
由几何关系可得
解得
对甲、乙系统由机械能守恒定律有
联立解得
，
对乙球由动能定理有
解得
故C正确，D错误。
故选AC。
三、非选择题：本题共5小题，共54分。
11. 在“探究加速度与质量的关系”的实验中。
（1）备有器材：A。带有定滑轮的长木板；B。电磁打点计时器、低压交流电源、纸带；C。细绳、小车、砝码；D。装有细砂的砂桶；E。垫片；F。天平。还缺少的一件器材是______。
（2）同学甲根据实验数据画出如图甲所示图线，而同学乙根据实验数据画出了如图乙所示图线，从图线可知同学乙实验操作过程中可能存在的问题是______。
（3）由图甲可知，此次实验中，加速度a与质量m的关系式为______。
【答案】（1）刻度尺 （2）平衡摩擦力过量（或长木板倾角过大） （3）
【解析】
【小问1详解】
本实验需要测量不同质量的小车的加速度，计算加速度的大小时需要测量长度，实验中还需要刻度尺。
【小问2详解】
从图线可知，图线不通过坐标原点，当为零，加速度为某一值时，知平衡摩擦力过量或者长木板的倾角过大。
【小问3详解】
由甲图可求得斜线的斜率为
得与的关系为
12. 如图所示，为了验证机械能守恒定律，物理实验小组设计利用自由落体运动验证机械能守恒定律，电源频率为50Hz，打点计时器固定在铁架台上，使重锤带动纸带从静止开始自由下落。
按正确实验操作将重锤由静止释放。按实验要求正确地选出纸带，O是打下的第一个点，用刻度尺测量连续三点A、B、C到O点的距离，如图乙所示，若重锤的质量，查表可知当地的重力加速度，则从打下O点到打下计数点B的过程中，重力势能的减少量大小ΔEp=______J，动能的增加量大小ΔEk =______J（计算结果均保留3位有效数字）。结果发现ΔEp略大于ΔEk，原因可能是______。
【答案】0.479 0.475 见解析
【解析】从起点O到打下计数点B的过程中，重物重力势能的减少量
代入数值计算得
由于交流电频率50Hz，则打点时间间隔
又因为B点瞬时速度等于AC段的平均速度
代入数值计算得
从起点O到打下计数点B的过程中，重物动能的增加量
代入数值计算得
重物重力势能的减少量一般会略大于重物动能的增加量，其主要原因是由于纸带运动受到的阻力和重物受到的空气阻力做功产生内能。
13. 如图所示是一款用来运载货物的小型电动货车。某次小货车在水平地面上由静止开始匀加速启动运送货物，已知货车与货物的总质量为，匀加速的加速度大小为，行驶距离发动机刚好达到额定输出功率，此后保持该功率继续运动，整个过程所受阻力大小恒为货车与货物总重的0.2倍，重力加速度。求∶
（1）小货车匀加速阶段经历的时间t及匀加速阶段的最大速度的大小；
（2）小货车发动机的额定输出功率的大小及整个运动过程中的最大速度的大小。
【答案】（1）5s；5m/s；（2）；
【解析】（1）小货车匀加速阶段，由
解得
可得
（2）根据牛顿第二定律，可得
解得
小货车发动机的额定输出功率大小为
整个运动过程中的最大速度为
14. 如图所示，在竖直平面内固定半径为r的粗糙半圆轨道PDF和半径为的光滑圆弧轨道MON，、分别为它们的圆心，P、F为半圆轨道的最高点和最低点，N为圆弧轨道的最高点，且P、F、N、、五点在同一竖直线上。质量为m、可视为质点的小球从P点以大小为的速度水平向左进入轨道PDF，然后从N点进入轨道MON并恰好能沿轨道MON做圆周运动。已知小球直径略小于NF间距，重力加速度为g。求：
（1）小球经过轨道PDF的过程中克服摩擦力做的功；
（2）小球经过M点时对轨道压力的大小。
【答案】（1）；（2）
【解析】（1）小球从N点进入轨道MON后恰好能沿轨道做圆周运动，设N点的速度大小为，
得
则从P到F的过程，设小球克服摩擦力做功为，由动能定理有
解得
（2）设小球在M点时的速度为，从N到M的过程由动能定理有
解得
在M点有
解得
由牛顿第三定律得经过M点时，小球对轨道的压力大小为。
15. 如图所示是一种趣味游戏装置的简化示意图，水平地面上固定光滑竖直杆，有一质量为的带孔小球（可视为质点）穿在杆上，在直杆的上端A处平滑连接一小段光滑圆弧（该圆弧半径足够小可以忽略，圆弧上末端水平），在直杆正前方地面上放有一长槽（槽的厚度及两端槽口的高度均可忽略不计）。操作者需在A点静止释放小球的瞬间对小球迅速向下拍打、使小球向下运动并与地面碰撞后返回，然后从圆弧末端水平飞出，并落入长槽中即为游戏成功（小球落入槽内不反弹）。已知直杆高度、直杆到槽左端的距离以及长槽的长度均为，每次小球与地面碰撞前后瞬间的速度大小之比恒定，不计空气阻力，重力加速度。
（1）若要求游戏成功，求小球从圆弧末端水平飞出的初速度的大小范围；
（2）若某次游戏，操作者从A点静止释放小球时未向下拍打，小球在与地面碰后反弹上升的最大高度为，求小球与地面碰撞前后瞬间的速度大小之比；
（3）若要求游戏成功，则在A点静止释放小球的瞬间，求操作者需迅速向下拍打对小球做功W大小应满足的条件。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】（1）小球从圆弧末端飞出后做平抛运动，竖直方向有
水平方向有
要使游戏成功，则应满足
联立解得
（2）设小球碰地前瞬间的速度大小为，碰地后瞬间的速度大小为，则由静止释放后，下落过程由机械能守恒定律有
同理，碰地后上升过程有
联立解得
（3）小球碰地前瞬间的速度大小为，碰地后瞬间的速度大小为，反弹后到达A点时（即从圆弧末端飞出的初速度）的速度大小为。小球下落的过程由动能定理有
同理，碰后上升过程有
由（2）可知
联立解得
由（1）可知
解得