2024-2025学年河南省周口市郸城县二校高二（上）开学物理试卷（含解析）

这是一份2024-2025学年河南省周口市郸城县二校高二（上）开学物理试卷（含解析），共14页。试卷主要包含了单选题，多选题，填空题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。
1.一辆汽车正在平直的公路上以加速度a匀加速行驶。某时刻，一名乘客在窗口
相对汽车由静止释放一个小铁球，不计空气阻力，则小铁球在空中相对于地面的
运动轨迹可能是( )
A. B. C. D.
2.2024年4月26日，搭载三位航天员的神舟十八号飞船成功发射，与空间站组合体成功完成快速交会对接。空间站轨道处的空间存在极其稀薄的空气，如果不加干预，空间站的( )
A. 动能会减小B. 加速度会减小C. 机械能会减小D. 角速度会减小
3.如图所示为拖拉机的传动装置，A点在皮带轮1的边缘，B点在皮带轮2的边缘，在传动过程中皮带不打滑，飞轮和皮带轮1转动的角速度相同。已知R=2r，若飞轮上有一点C(图中未画出)与B点的向心加速度大小相等，则C点做圆周运动的半径rC等于( )
A. 12rB. rC. 2rD. 4r
4.如图所示为排球比赛时某运动员跳起发球的情形，若球被运动员水平击出后，直接
落入对方场地内，不计空气阻力，则下列关于排球被击出后在空中运动过程中，重力
的功率P随时间t、下落高度ℎ变化的规律，正确的是( )
A. B. C. D.
5.如图所示，平行板电容器的金属板A、B水平放置，始终与电源两极相连，电路中接有电流计G，极板B接地。极板间有一带电液滴静止在P点，现将某极板沿竖直方向平移一小段距离，发现电流表中有从a到b的电流，则下列判断正确的是( )
A. 电容器正在充电
B. 液滴向上运动
C. 可能是下极板向下移动
D. P点电势一定减小
6.如图所示，质量为m的带电小球A用长为L的绝缘细线悬于O点，带电小球B固定于O点的正下方，小球A静止时与小球B在同一竖直面内，OB和AB与细线的夹角均为θ=37∘，两带电小球带电量相同，两球均可视为点电荷。已知重力加速度为g，静电力常量为k，sin37∘=0.6，则小球A的带电量为( )
A. 35 mgL2k
B. 45 mgL2k
C. 34 mgL2k
D. 58 mgL2k
7.某同学对着竖直墙壁练习垫排球，前后两次排球均从P点被垫起，两次垫起时排球的初速度大小相等，方向不同，第一次初速度与水平方向夹角为α，第二次初速度与水平方向夹角为θ，两次排球均能垂直打在墙壁上。不计空气阻力，排球可视为质点，α和θ不等，则α和θ的关系正确的是( )
A. α=2θB. α=12θ
C. α=π4−θD. α=π2−θ
二、多选题：本大题共3小题，共18分。
8.如图所示的实线为某静电透镜中静电场的等势线，虚线为一个带电粒子仅在电场力作用下的运动轨迹，A、B是运动轨迹上两点，下列说法正确的是( )
A. 粒子一定带正电B. 粒子一定从A运动到B
C. 粒子在A点加速度一定比在B点加速度大D. 粒子在A点速度一定比在B点速度大
9.如图所示，水平桌面上有一个光滑的小孔，穿过小孔的细线一端连接在水平桌面上的物块上，一端吊着一个小球，使小球做圆锥摆运动。当小球运动的角速度为ω1时，物块刚好要ω1滑动，这时悬线与竖直方向的夹角为θ1；将物块向小孔移近一些，仍让小球做圆锥摆运动，当小球运动的角速度为ω2时，物块刚好要滑动，这时悬线与竖直方向的夹角为θ2。下列关系正确的是( )
A. ω1>ω2B. ω1=ω2C. θ1>θ2D. θ1=θ2
10.某机车沿直线轨道启动过程中的功率随时间变化规律如图所示。t2时刻，机车的速度刚好达到最大速度，机车启动过程中受到的阻力恒为f，已知机车的总质量为m，t2时刻机车的速度是t1时刻机车速度的1.5倍，则下列判断正确的是( )
A. 0∼t1时间内，机车一定做加速度随时间均匀增大的直线运动
B. t1∼t2时间内，机车运动的加速度一直减小
C. t1时刻，机车运动的加速度大小为f2m
D. t1∼t2时间内，机车运动的平均速度大小为5P06f
三、填空题：本大题共1小题，共12分。
11.某同学用力传感器和角速度传感器探究向心力与角速度的关系。质量为m的角速度传感器(大小忽略不计)固定在质量为M的小球上，用细线将小球(包括角速度传感器)悬于力传感器上的O点，测得悬点到小球中心的距离为L，重力加速度为g。
(1)实验时，将小球拉开，使悬线与竖直方向成一定的角度，由静止释放小球，由力传感器测得小球运动过程中细线的最大拉力为F，则小球做圆周运动的最大向心力大小为_____(用M、m、F、g表示)；由角速度传感器测得小球运动过程中的最大角速度为ω，则最大向心加速度大小为_____(用L、ω表示)；如果等式_____在误差允许的范围内成立，则向心力公式得到验证。
(2)在保持悬线长L、小球质量M和传感器质量m不变的情况下，多次改变小球由静止释放的位置进行实验，由力传感器及角速度传感器测得多组小球做竖直面内圆周运动时细线的最大拉力F及小球运动的最大角速度ω，作F−ω图像。如果图像是一条倾斜直线，图像与纵轴的截距等于_____，图像的斜率等于_____，则表明在最低点向心力与_____成正比。
四、实验题：本大题共1小题，共8分。
12.某同学用自由落体法验证机械能守恒定律，已知重物的质量为m。
(1)该同学先后进行了两次实验，第一次释放纸带时，状态如图1所示，第二次释放纸带时，状态如图2所示，则实验操作合理的是______(填“第一次”或“第二次”)。
(2)按正确合理的方法进行操作，打出的一条纸带如图3所示，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，交流电的频率为f。从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能减小量ΔEP=_____，动能增加量ΔEk=_____。
(3)若多次实验测得ΔEP均小于ΔEk，则可能原因是______(填选项序号)。
A.存在空气阻力和摩擦阻力
B.打点计时器的工作电压偏高
C.交流电的实际频率小于f
五、计算题：本大题共3小题，共34分。
13.我国神舟十八号载人飞船于2024年04月25日成功发射，其发射过程简化如下：飞船由火箭送入近地点为A、远地点为B的椭圆轨道上，在B点变轨刚好与预定圆轨道上的空间站实现对接。空间站在预定圆轨道上运行的周期为T，预定圆轨道的半径为r，椭圆轨道的远地点B到地心距离为近地点A到地心距离的k倍，引力常量为G，求：
(1)地球的质量；
(2)飞船在椭圆轨道上正常运行经过B点时的加速度大小；
(3)飞船从A运动到B点，需要的时间至少为多少。
14.如图所示，质量为5m的物块放在水平桌面上，绕过桌边定滑轮的细线一端连接在物块上，另一端连接在轻弹簧上，轻弹簧的下端吊着质量为m的小球。用手托着小球使轻弹簧刚好处于原长，定滑轮与物块间的细线水平，物块与桌面间的动摩擦因数为0.4，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，弹簧始终在弹性限度内，弹簧的劲度系数为k，快速撤去手，小球向下运动到最低点时，物块刚好不滑动，重力加速度为g，求：
(1)弹簧的最大伸长量；
(2)小球运动到最低点时的加速度大小；
(3)已知弹簧的弹性势能Ep=12kx2，x为弹簧的形变量，则小球向下运动过程中的最大速度为多少。
15.如图所示，空间存在水平向左的匀强电场，一个质量为m、电荷量为q的带正电小球用长为L的绝缘细线悬于电场中的O点。将小球拉至与O点等高的A点，给小球一个竖直向下的初速度，小球在竖直面内做圆周运动，恰好能到达C点，OC与竖直方向的夹角为37°，重力加速度为g，已知电场强度大小E=mgq，sin37∘=0.6，小球可视为质点，求：
(1)小球在A点的初速度大小；
(2)小球运动到圆弧最低点B时，细线的拉力大小；
(3)若小球向左运动到速度最大的位置时细线刚好断开，此后当小球运动的速度沿水平方向时，小球的速度大小。
答案解析
1.A
【解析】一名乘客在窗口相对汽车由静止释放一个小铁球，可知此时小铁球相对于地面有水平向右的初速度，小球在空中只受重力作用，所以小球在空中相对于地面向右做平抛运动。
故选A。
2.C
【解析】空间站轨道处的空间存在极其稀薄的空气，如果不加干预，由于空气阻力对其做负功，空间站的机械能会减小；空间站在原来轨道处的速度减小，则万有引力大于所需的向心力，空间站做近心运动，万有引力对空间站做正功，空间站的动能会增大，根据
ω=vr
可知空间站的角速度会增大，根据
a=F引m=GMr2
可知空间站的加速度会增大。
故选C。
3.D
【解析】由题可知，A、B两点的线速度相等，设为 v ，则B点的向心加速度
aB=v2r A点的角速度与C点的角速度相等，则有
ωC=ωA=vR=v2r
所以C点的向心加速度
aC=ωC2rC=v24r2rC
由于B、C两点的向心加速度大小相等，所以
aB=aC
联立解得
rC=4r
ABC错误，D正确。
故选D。
4.B
【解析】AB.根据
P=mgvy=mg⋅gt∝t
可知 P−t 图像为一条过原点的倾斜直线，故A错误，B正确；
CD.根据
2gℎ=vy2
可得
P=mgvy=mg 2gℎ∝ ℎ
可知 P−ℎ 图像为一条开口向右的抛物线的一部分，故CD错误。
故选B。
5.C
【解析】AC.根据
C=εrS4πkd ， C=QU
现将某极板沿竖直方向平移一小段距离，发现电流表中有从a到b的电流，由题图可知，下极板B带负电，所以电容器正在放电，电容器所带电荷量减小，则电容器电容减小，可知板间距离增大，可能是下极板向下移动，故A错误，C正确；
B.根据
E=Ud
由于板间距离增大，电压保持不变，所以板间电场强度减小，液滴受到的电场力减小，液滴向下运动，故B错误；
D.板间距离增大，有可能是下极板向下运动，则P点与上极板距离不变，根据
UAP=φA−φP=EdAP
由于板间电场强度减小，A板电势不变，则P点电势可能增加，故D错误。
故选C。
6.D
【解析】设AB的距离为r，由题可知，OB的距离也为r，根据几何关系可得
2rcs37∘=L
解得
r=58L
对小A受力分析，如图所示
可知AB间的库仑力与轻绳的合力大小等于mg，根据相似三角形原理有
OBAB=F合F仑=mgkq2r2
因OB=AB，则可得
kq2r2=mg
解得
q=58 mgL2k
故选D。
7.D
【解析】由题意可知，两次水平位移 x 相同，在P点速度大小 v0 相等；则有
x=v0csα⋅t1=v0sinθ⋅t2
其中
t1=v0sinαg ， t2=v0sinθg
联立可得
v0csα⋅v0sinαg=v0sinθ⋅v0sinθg
可得
sinαcsα=sinθcsθ
由于 α≠θ ，则有
α=π2−θ
故选D。
8.ACD
【解析】A.根据沿电场方向电势降低可知，电场方向偏左，由带电粒子仅在电场力作用下的运动轨迹可知，电场力位于轨迹的凹侧，即电场力方向偏左，所以粒子一定带正电，故A正确；
B.根据运动的可逆性可知，粒子不一定从A运动到B，故B错误；
C.根据
U=Ed
可知相邻等差等势面密集的地方场强大，所以A点的场强大于B点的场强，则粒子在A点受到电场力大于在B点受到电场力，粒子在A点加速度一定比在B点加速度大，故C正确；
D.根据
Ep=qφ
由于粒子带正电，则粒子在A点的电势能小于在B点的电势能，由于电势能和动能之和保持不变，则粒子在A点的动能大于在B点的动能，粒子在A点速度一定比在B点速度大，故D正确。
故选ACD。
9.AD
【解析】物块刚好要滑动，可知此时细线拉力大小等于物块受到的最大静摩擦力 fmax ，以小球为对象，竖直方向，两次分别由受力平衡可得
fmaxcsθ1=mg ， fmaxcsθ2=mg
可得
θ1=θ2
两次分别由牛顿第二定律可得
fmaxsinθ1=mω12l1sinθ1 ， fmaxsinθ2=mω22l2sinθ2
可得
ω1= fmaxml1 ， ω2= fmaxml2
由题意可知 l1ω2 。
故选AD。
10.BC
【解析】A.当汽车做初速度为0的匀加速直线运动时，汽车的牵引力保持不变，汽车功率为
P=Fv=Fat∝t
由图像可知 0∼t1 时间内，机车做匀加速直线运动，故A错误；
B. t1∼t2 时间内，汽车的功率保持不变，且 t2 时刻，机车的速度刚好达到最大速度，则该段时间内汽车的速度逐渐增大，根据 P=Fv 可知，牵引力逐渐减小，则汽车在该段时间内做加速度逐渐减小的加速运动，故B正确；
C.当牵引力等于阻力时，汽车的速度达到最大，则有
vm=P0f t2 时刻机车的速度是 t1 时刻机车速度的1.5倍，则 t1 时刻机车速度为
v1=23vm=2P03f
根据牛顿第二定律可得该时刻的加速度大小为
a=F1−fm=P0v1−fm=P02P03f−fm=f2m
故C正确；
D.由于 t1∼t2 时间内，汽车做加速度逐渐减小的加速运动，则机车运动的平均速度
v≠v1+vm2=2P03f+P0f2=5P06f
故D错误。
故选BC。
11.(1) F−(M+m)g ω2L F−(M+m)g=(M+m)ω2L
(2) (M+m)g (M+m)L ω

【解析】(1)[1]小球在最低点时，速度最大，做圆周运动的向心力最大，细线拉力最大，则有
F向max=F−(M+m)g
[2]由角速度传感器测得小球运动过程中的最大角速度为ω，则最大向心加速度大小为
amax=ω2L
[3]根据牛顿第二定律可得
F向max=F−(M+m)g=(M+m)amax
联立可得，如果等式
F−(M+m)g=(M+m)ω2L
在误差允许的范围内成立，则向心力公式得到验证。
(2)[1][2][3]根据
F−(M+m)g=(M+m)ω2L
可得
F=(M+m)Lω2+(M+m)g
作 F−ω 图像。如果图像是一条倾斜直线，图像与纵轴的截距等于 (M+m)g ，图像的斜率等于 (M+m)L ，则表明在最低点向心力与 ω 成正比。
12.(1)第一次
(2) mgℎB mf2ℎC−ℎA28
(3)A

【解析】(1)释放纸带时，要手提纸带末端，保证纸带竖直且与限位孔无摩擦，并且物体要靠近打点计时器从而充分利用纸带，故第一次合理。
(2)[1]从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能的减少量
ΔEp=mgℎB
[2]依题意，有
T=1f
根据匀变速直线运动中间时刻速度等于该段过程的平均速度，则打B点时的速度大小为
vB=ℎC−ℎA2T=fℎC−ℎA2
则从打O点到打B点的过程中，重物动能的增加量为
ΔEk=12mvB2=mf2ℎC−ℎA28
(3)实验结果显示，重力势能的减少量略大于动能的增加量，原因可能是：重物下落过程，受到一定的空气阻力和摩擦阻力作用，有一部分重力势能转化为内能。
故选A。
13.(1)设地球质量为 M ，由万有引力提供向心力可得
GMmr2=m4π2T2r
解得地球质量为
M=4π2r3GT2
(2)飞船在椭圆轨道上正常运行经过B点时，由牛顿第二定律可得
GMmr2=ma
可得加速度大小为
a=GMr2=4π2rT2
(3)椭圆轨道的远地点B到地心距离为近地点A到地心距离的k倍，则椭圆轨道的半长轴为
a=r+rk2=(k+1)r2k
设椭圆轨道的周期为 T′ ，根据开普勒第三定律可得
a3T′2=r3T2
解得
T′=T (k+12k)3
则飞船从A运动到B点，需要的时间至少为
t=12T′=T2 (k+12k)3

【解析】详细解答和解析过程见【答案】
14.(1)小球向下运动到最低点时，物块刚好不滑动，可知此时弹簧弹力大小为
Fm=f=μ⋅5mg=2mg
根据胡克定律可知弹簧的最大伸长量为
xm=Fmk=2mgk
(2)小球运动到最低点时，对小球根据牛顿第二定律可得
Fm−mg=ma
解得小球的加速度大小为
a=g
(3)小球向下运动过程中，当弹簧弹力等于小球重力时，小球的速度达到最大，则有
kx1=mg
根据系统机械能守恒可得
mgx1=12kx12+12mvm2
联立解得小球向下运动过程中的最大速度为
vm= mg2k

【解析】详细解答和解析过程见【答案】
15.(1)设小球在A点的初速度大小为 v0 ，从A点C点过程，根据动能定理可得
mgLcs37∘−qE(L+Lsin37∘)=0−12mv02
解得
v0= 8gL5
(2)小球A点B点过程，根据动能定理可得
mgL−qEL=12mvB2−12mv02
解得
vB=v0= 8gL5
小球运动到圆弧最低点B时，根据牛顿第二定律可得
T−mg=mvB2L
解得细线拉力大小为
T=135mg
(3)小球受到电场力和重力的合力大小为
F合= (qE)2+(mg)2= 2mg
电场力和重力的合力方向与竖直方向的夹角满足
tanθ=qEmg=1
可得
θ=45∘
设小球向左运动到D位置速度最大，此时 OD 与竖直方向的夹角为 45∘ ，则从C点到D点过程，根据动能定理可得
qE(Lsin37∘+Lsin45∘)−mg(Lcs37∘−Lcs45∘)=12mvD2
解得
vD= 10 2−25gL
此时细线刚好断开，当小球运动的速度沿水平方向时，竖直方向有
t=vDsin45∘g
小球的速度大小为
v=vDcs45∘+axt
其中
ax=qEm=g
联立可得
v= 20 2−45gL

【解析】详细解答和解析过程见【答案】