2023-2024学年天津市河西区高一（下）期末物理试卷（含详细答案解析）

这是一份2023-2024学年天津市河西区高一（下）期末物理试卷（含详细答案解析），共13页。试卷主要包含了单选题，简答题，计算题等内容，欢迎下载使用。
1.某质点从A点沿图中的曲线运动到B点，质点受力恒为F。经过B点后，若力的方向突然变为与原来相反，下列关于它经过B点后的轨迹说法正确的是( )
A. 可能与曲线a重合
B. 可能与曲线b重合
C. 可能与曲线c重合
D. 可能与曲线在B点的切线重合
2.如图，从地面上方某点，将一小球以5m/s的初速度沿水平方向抛出，小球经过1s落地，不计空气阻力，g取10m/s2，则可求出( )
A. 小球抛出时离地面的高度是10m
B. 小球落地时的速度方向与水平地面成30∘角
C. 小球落地时的速度大小是15m/s
D. 小球从抛出点到落地点的水平位移大小是5m
3.如图所示，把一个小球放在玻璃漏斗中，晃动漏斗，可以使小球在短时间内沿光滑的漏斗壁在某一水平面内做匀速圆周运动，关于小球的受力，下列说法正确的是( )
A. 小球受到重力、支持力和向心力
B. 小球的向心力是由支持力提供的
C. 小球的向心力是由重力提供的
D. 小球所受重力和支持力的合力在水平方向
4.一个小孩坐在游乐场的旋转木马上，绕中心轴在水平面内做匀速圆周运动，圆周的半径为4.0m。当他的线速度为2.0m/s时，下列说法正确的( )
A. 他做匀速圆周运动的角速度是4πrad/sB. 他做匀速圆周运动的周期是0.5s
C. 他做匀速圆周运动的转速是0.5r/sD. 他做匀速圆周运动的向心加速度是1m/s2
5.运行周期为24h的“北斗”卫星比运行周期为12h的( )
A. 加速度大B. 角速度大C. 周期小D. 线速度小
6.汽车发动机的转动通过变速箱中的齿轮传递到车轮上，转速比可以通过变速杆来改变.发动机输出功率不能无限制地增大，所以汽车上坡时必须“换挡”，如图所示.有关汽车上坡“换挡”动作，下列说法正确的是( )
A. 换高速挡，增大牵引力B. 换高速挡，减小牵引力
C. 换低速挡，增大牵引力D. 换低速挡，减小牵引力
7.在下面列举的各个实例中(除 A外都不计空气阻力)，哪些过程中机械能是守恒的？( )
A. 跳伞运动员带着张开的降落伞在空气中匀速下落，运动员的机械能守恒
B. 抛出的标枪在空中运动，标枪的机械能守恒
C. 拉着一个金属块使它沿光滑的斜面匀速上升，金属块的机械能守恒
D. 在光滑水平面上运动的弹性小球 A碰到另一个弹性小球 B，碰撞后被弹回来，则小球A的机械能一定守恒
8.如图所示，一条不可伸长的轻质软绳跨过定滑轮，绳的两端各系一个质量分别为m、3m的小球a和b，用手按住a球静止于地面时，b球离地面的高度为h，两物体均可视为质点，定滑轮的质量及一切阻力均不计，a球与定滑轮间距足够大，不会相碰，释放a球后，b球刚要落地前，下列说法正确的是( )
A. a球机械能不守恒
B. b球机械能守恒
C. 小球a和b组成的系统机械能不守恒
D. 同一时刻，小球a的速度是小球b的速度的3倍
9.如图，一位质量为m的滑雪运动员从高h的斜坡加速下滑.如果运动员在下滑过程中受到的阻力为Ff，斜坡倾角为θ，重力加速度为g，则整个下滑过程中( )
A. 重力做功为mgh
B. 阻力做功为Ffhsinθ
C. 支持力做功为mghcsθ
D. 人所受外力的总功为零
10.如图所示，在地面上以速度v0斜向上抛出质量为m可视为质点的物体，抛出后物体落到比地面低h的海平面上。不计空气阻力，当地的重力加速度为g，若以地面为零势能面，则下列说法中正确的是( )
A. 重力对物体做的功为−mgh
B. 物体在海平面上的重力势能为−mgh
C. 物体在海平面上的动能为12mv02−mgh
D. 物体在海平面上的机械能为12mv02+mgh
11.滑雪运动深受人民群众喜爱。某滑雪运动员(可视为质点)由坡道进入竖直面内的圆弧形滑道AB，从滑道的A点滑行到最低点B的过程中，由于摩擦力的存在，运动员的速率不变，则运动员沿AB下滑过程中( )
A. 所受合外力始终为零B. 所受摩擦力大小不变
C. 合外力做功一定为零D. 机械能始终保持不变
12.如图所示，把一个小球用细线悬挂起来，将小球拉离竖直位置某一角度由静止释放，就成为一个摆。若摆长为l，小球质量为m，小球在摆动过程中最大偏角为θ，重力加速度为g。设阻力可以忽略。小球在摆动的过程中，以下说法正确的是( )
A. 小球运动到最高点时加速度为零
B. 小球受到重力和拉力的作用，机械能不守恒
C. 小球运动到最低点时所受重力与拉力大小相等
D. 以最低点为重力势能零点，则小球具有的机械能为mgl(1−csθ)
13.某同学利用如图所示的装置做“研究平抛运动”实验，通过多次操作，在白纸上记录小球经过的多个位置，再描出小球做平抛运动的轨迹。下列说法正确的是( )
A. 夹有白纸的木板不一定要竖直放置
B. 每次重复实验，小球不一定要从斜槽上的同一位置由静止释放
C. 斜面小槽末端的切线定要调成水平
D. 小球受到斜面小槽的摩擦力，是实验误差的主要来源
14.用打点计时器验证机械能守恒定律的实验装置如图所示。下列说法正确的是( )
A. 打点计时器两个限位孔可以不在同一竖直线上
B. 实验中不需要天平和刻度尺
C. 可以利用公式v=gt计算重物的速度
D. 测量下落高度时，选取的各点应距起始点适当远一些
15.在“验证机械能守恒定律”实验中，某同学通过实验，获得了一条比较理想的纸带，以起点为计数点0，相隔一段距离后，取连续打点为计数点1、2、3、4、5、6，如图为部分放大照片，则纸带上打第3个计数点时重物的速度v3=________m/s(结果保留两位有效数字)( )
A. 1.0m/sB. 1.8m/sC. 2.0m/sD. 2.2m/s
二、简答题：本大题共2小题，共6分。
16.一台起重机用1.2×103N的恒定牵引力，将质量为1.0×103kg的货物以2.0m/s2的加速度从静止开始竖直吊起，不计空气阻力，g取10m/s2。则：
(1)起重机在前2s内做的功；
(2)起重机在前2s内输出的平均功率；
(3)起重机在2s末输出的瞬时功率。
17.如图，光滑水平面AB与竖直面内的粗糙半圆形导轨在B点相接，导轨半径为R。一个质量为m的物体将弹簧压缩至A点后由静止释放，在弹力作用下物体获得某一向右速度后脱离弹簧，它经过B点的速度为v1，之后沿半圆形导轨运动，到达C点的速度为v2，重力加速度为g。
(1)求弹簧压缩至A点时的弹性势能。
(2)物体经过C点时对导轨的弹力。
(3)求物体沿半圆形导轨运动过程中阻力所做的功。
三、计算题：本大题共1小题，共10分。
18.如图所示，人们有时用“打夯”的方式把松散的地面夯实。设某次打夯符合以下模型：两人同时通过绳子对重物各施加一个力，力的大小均为325N，方向都与竖直方向成37∘，重物离开地面30cm后人停止施力，最后重物自由下落把地面砸深2cm。已知重物的质量为50kg，g取10m/s2，cs37∘=0.8。( 6.24≈2.5)求：
(1)两根绳对重物的合力大小；
(2)重物刚落地时的速度大小；
(3)重物对地面的平均冲击力多大。
答案和解析
1.【答案】A
【解析】解：从A点沿曲线运动到B点，曲线是向右下弯曲的，由根据曲线运动条件可知，合力应该指向轨迹的内侧，恒力F的方向应该是斜向右下方的，改变F的方向之后就应该是斜向左上方的，物体的运动轨迹应该是向左上方弯曲，可能出现a的轨迹，其余为不可能的，故A正确，BCD错误。
故选：A。
物体做曲线运动时需要有与速度方向不在同一条直线上的合力，根据物体运动的轨迹可知，力与速度的方向分居在轨迹两侧，从而即可求解。
本题主要是考查学生对曲线运动的理解，根据合力和物体做曲线运动轨迹的弯曲方向间的关系，来判断物体的运动轨迹。
2.【答案】D
【解析】解：A.小球抛出时离地面的高度是h=12gt2=12×10×12m=5m，故A错误；
B.设小球落地时的速度方向与水平地面成θ角，则根据速度的合成与分解有
tanθ=gtv0=10×15=2
所以θ≠30∘，故B错误；
C.小球落地时的速度大小是
v= v02+(gt)2= 52+(10×1)2m/s=5 5m/s
故C错误；
D.小球从抛出点到落地点的水平位移大小是
x=v0t=5×1m/s=5m，故D正确。
故选：D。
平抛运动竖直方向做自由落体运动，根据h=12gt2求解下落高度；水平方向做匀速运动，x=v0t求解水平位移；根据tanθ=vyv0求解小球落地时的速度方向与水平地面所成角度；根据运动合成与分解求解落地速度。
本题主要考查平抛运动规律的应用，理解平抛运动水平和竖直方向运动规律是解题关键。
3.【答案】D
【解析】解：对小球受力分析，如图所示
由图可知，小球受到重力、支持力两个力作用，靠两个力的合力提供向心力，且小球所受重力和支持力的合力在水平方向，由于向心力是效果力，受力分析时不能分析向心力。
故ABC错误，D正确。
故选：D。
对小球进行受力分析，得出重力与支持力的合力提供小球圆周运动的向心力。
本题考查向心力的来源，属于基础题目，解题关键是正确理解向心力为“效果力”这一特性。对学生要求较低。
4.【答案】D
【解析】解：A.根据线速度和角速度的关系式v=ωr，可得角速度为ω=vr=24rad/s=0.5rad/s，故A错误；
B.根据周期和角速度之间的关系式，他做匀速圆周运动的周期为T=2πω=2π0.5s=4πs，故B错误；
C.根据ω=2πn，可得转速为n=ω2π=0.52πr/s=14πr/s，故C错误；
D.他做匀速圆周运动的向心加速度为a=ω2r=0.52×4m/s2=1m/s2，故D正确。
故选：D。
根据线速度、角速度、周期和转速、加速度之间的关系式列式求解判断。
考查线速度、角速度、周期以及加速度等的计算，会根据题意进行准确解答。
5.【答案】D
【解析】解：根据万有引力提供向心力有
GMmr2=ma=mv2r=mrω2=mr4π2T2
解得
a=GMr2，v= GMr，ω= GMr3，T= 4π2r3GM
可知周期越大，轨道半径越大，加速度、角速度和线速度越小，故ABC错误，D正确；
故选：D。
根据万有引力提供向心力解得各物理量的表达式，根据轨道半径比较物量的大小。
本题考查了地球卫星轨道相关知识点，地球卫星围绕地球做匀速圆周运动，圆心是地球的地心，万有引力提供向心力，轨道的中心一定是地球的球心。
6.【答案】C
【解析】解：由功率公式P=Fv可知，在功率一定的情况下，当速度减小时，汽车的牵引力就会增大，此时更容易上坡；故换低速挡，增大牵引力。
故选：C。
司机可以用“换挡”的办法来减速行驶是为了获得更大的牵引力来上坡，由P=FV可知，在功率一定的情况下，当速度减小时，汽车的牵引力就会增大．
本题很好的把现实生活中的事情与所学的物理知识结合了起来，可以激发学生的学习兴趣．
7.【答案】B
【解析】解：A.跳伞运动员带着张开的降落伞在空气中匀速下落，除重力做功外，还有空气阻力做功，则机械能减小，故A错误；
B.抛出的标枪在空中运动，只有重力做功，则标枪的机械能守恒，故B正确；
C.拉着一个金属块使它沿光滑的斜面匀速上升，除重力做功外，拉力做功，则金属块的机械能增加，故C错误；
D.在光滑水平面上运动的弹性小球 A碰到另一个弹性小球 B，碰撞后被弹回来，则小球A的势能不变，但是动能不一定不变，则机械能不一定守恒，故D错误。
故选：B。
机械能守恒的条件：只有重力做功或者系统内弹力做功。即只有动能和势能之间的转化，机械能守恒。
本题主要考查了机械能守恒的判定，解题关键是掌握机械能守恒条件，只有重力做功或者系统内弹力做功。
8.【答案】A
【解析】解：AB.由于细绳分别对a、b两球做功，根据机械能守恒条件可知，a球机械能不守恒，b球机械能也不守恒，故A正确，B错误；
C.放手后，对ab系统只发生动能和重力势能的转化，则系统的机械能守恒，故C错误；
D.同一时刻，沿绳长方向速度大小相等，所以小球a的速度等于小球b的速度，故D错误。
故选：A。
根据机械能守恒条件分析a球、b球、ab球组成的系统机械能是否守恒；根据沿绳长方向速度大小相等分析判断。
本题是对系统机械能守恒的条件、单个物体机械能守恒条件的考查，主要是考查了机械能守恒定律的知识，知道机械能守恒定律的守恒条件是只有重力或弹力做功，或系统内部只发生动能和势能的转化。
9.【答案】A
【解析】解：A、运动员下滑的过程中，重力做正功，为WG=mgh，故A正确；
B、阻力做负功，为WFf=−Ff⋅s=−Ff⋅hsinθ，故B错误；
C、由于支持力始终与运动员的速度方向垂直，运动员在支持力方向上没有发生位移，所以支持力不做功，故C错误；
D、人所受外力的总功为W总=WG+WFf=mgh−Ff⋅hsinθ=12mv2>0，故D错误。
故选：A。
根据恒力做功公式W=Flcsα求重力、阻力和支持力做功，再求各个力做功的代数和即总功。
解决本题时，外力做的总功等于各个力做功的代数和，也可以根据动能定理求总功。
10.【答案】B
【解析】解：A、重力做功与路径无关，只与始末位置的高度差有关，抛出点与海平面的高度差为h，重力做正功，所以重力对物体做的功为mgh，故A错误；
B、以地面为零势能面，海平面低于地面h，所以物体在海平面上时的重力势能为−mgh，故B正确；
C、由机械能守恒定律得：12mv02=−mgh+Ek，解得物体在海平面上的动能为：Ek=12mv02+mgh，故C错误；
D、整个过程中只有重力做功，物体的机械能守恒，则初末状态的机械能相等，以地面为零势能面，抛出时物体的机械能为12mv02，所以物体在海平面时的机械能也为12mv02，故D错误。
故选：B。
重力做功只与初末位置有关，与路径无关；根据物体相对于零势能面的高度确定物体的重力势能；不计空气阻力，只有重力对物体做功，其机械能守恒，根据机械能守恒定律求解物体在海平面上的动能和机械能。
本题考查重力势能、重力做功和机械能守恒定律，要注意重力势能是相对的，与零势能面的选取有关，要注意重力势能的正负。
11.【答案】C
【解析】【分析】
滑雪运动员的速率不变做匀速圆周运动，加速度不为零，运动员所受合外力大小不为0，对运动员进行受力分析，结合受力的特点分析摩擦力的变化。摩擦力做功运动员的机械能减小
本题抓住运动员做的是匀速圆周运动，速率不变，而速度、加速度、合外力是变化的。
【解答】
A.滑雪运动员的速率不变，而速度方向是变化的，速度是变化的，运动员的加速度不为零，由牛顿第二定律可知，运动员所受合外力始终不为零，故A错误；
B.运动员下滑过程中受到重力、滑道的支持力与滑动摩擦力，由图可知，运动员从A到B的过程中，滑道与水平方向之间的夹角逐渐减小，则重力沿斜面向下的分力逐渐减小，运动员的速率不变，则运动员沿滑道方向的合外力始终等于0，所以滑动摩擦力也逐渐减小，故B错误；
C.滑雪运动员的速率不变则动能不变，由动能定理可知，合外力对运动员做功为0，故C正确；
D.运动员从A到B下滑过程中的动能不变而重力势能减小，所以机械能减小，故D错误。
故选C。
12.【答案】D
【解析】解：A、小球在最高点时加速度为a=mgsinθm=gsinθ，故A错误；
B、小球受到重力和拉力的作用，但拉力不做功，只有重力做功，小球的机械能守恒，故B错误；
C、小球运到最低点有FT−mg=Fn，则小球运动到最低点时所受重力的大小小于拉力的大小，故C错误；
D、以最低点为重力势能零点，而小球在最高点的机械能只有重力势能，则小球具有的机械能为E=mgl(1−csθ)，故D正确。
故选：D。
根据牛顿第二定律求小球运动到最高点时的加速度；对照机械能守恒条件判断机械能是否守恒；在最低点时，根据牛顿第二定律判断细线拉力与重力大小；若取最低点O所在平面为零势能面，小球在A点处的重力势能等于小球的机械能。
本题考查机械能守恒定律和竖直平面内的圆周运动，要注意明确小球在运动过程中重力势能相动能相互转化，但总的机械能不变。
13.【答案】C
【解析】解：A、夹有白纸的木板一定要竖直放置，否则小球会受到支持力和摩擦力，不符合平抛运动的条件，故A错误；
B、每次重复实验时，小球一定要从斜槽上的同一位置由静止释放，这样才能保证小球的初速度相等；
C、斜面小槽末端的切线要调成水平，此种情况下小球才做平抛运动，故C正确；
D、小球受到斜面小槽的摩擦力对整个实验没有影响，故D错误；
故选：C。
熟悉平抛运动实验的操作步骤和实验原理，并逐项完成分析。
本题主要考查了平抛运动的相关应用，理解平抛运动的特点，结合实验原理即可完成分析。
14.【答案】D
【解析】解：A.为了减小纸带与打点计时器之间的摩擦，打点计时器两个限位孔需要在同一竖直线上，故A错误；
B.实验中需要用刻度尺测量纸带上计数点之间的距离；由于验证机械能守恒的表达式中质量可以约去，所以不需要天平，故B错误；
C.不可以利用公式v=gt计算重物的速度，否则就失去了验证的意义，故C错误；
D.为了减小误差，测量下落高度时，选取的各点应距起始点适当远一些，故D正确。
故选：D。
理解该实验的实验原理，需要测量的数据等；理解实验中的注意事项以及如何进行数据处理；对于任何实验注意从实验原理、实验仪器、实验步骤、实验数据处理、实验注意事项这几点去搞清楚。
对于基础实验要从实验原理出发去理解，要亲自动手实验，深刻体会实验的具体操作，不能单凭记忆去理解实验。
15.【答案】C
【解析】解：根据匀变速直线运动纸带的处理方法，某点的瞬时速度等于相邻两点间的平均速度，打下3点的瞬时速度，可以用2、4两点的平均速度代替，所以：v3=(26.20−18.05)×10−20.02×2m/s=2.0m/s，故ABD错误，C正确。
故选：C。
根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，可以求出打纸带上3点时小车的瞬时速度大小。
本题考查瞬时速度的测量原理，理解瞬时速度的求解方法。
16.【答案】解：(1)起重机在前2s内的位移x=12at2=12×2×22m=4m
起重机在前2s内做的功
W=Fx=1.2×103×4J=4.8×103J
(2)起重机在前2s内输出的平均功率
P−=Wt=4.8×1032=2.4×103W
(3)起重机在2s末的瞬时速度
v=at=2×2m/s=4m/s
起重机在2s末输出的瞬时功率
P=Fv=1.2×103×4W=4.8×103W
答：(1)起重机在前2s内做的功为4.8×103J；
(2)起重机在前2s内输出的平均功率为2.4×103W；
(3)起重机在2s末输出的瞬时功率为4.8×103W。
【解析】(1)根据位移-时间关系式求解上升的高度，再根据功的计算公式求解起重机在前2s内做的功。
(2)根据速度-时间公式求出货物的加速度，结合牛顿第二定律求出拉力的大小，根据平均速度的推论求出2s内的平均速度，从而得出2s内起重机的平均功率；
(3)根据P=Fv求出瞬时功率的大小；
解决本题的关键知道平均功率和瞬时功率的区别，掌握这两种功率的求法。要知道某时刻的功率是瞬时功率。某段时间内的功率是平均功率。
17.【答案】解：(1)物体从A点到B点，弹簧的弹性势能转化为物体的动能，由弹簧和物体组成的系统机械能守恒可知，弹簧压缩至A点时的弹性势能为
Ep=12mv12
(2)物体经过C点时，根据牛顿第二定律有
FN+mg=mv22R
根据牛顿第三定律，物体经过C点时对导轨的弹力为
F′N=FN=mv22R−mg
(3)对物体由B→C过程，由动能定理有
Wf−mg⋅2R=12mv22−12mv12
解得物体沿半圆形导轨运动过程中阻力所做的功为
Wf=12mv22−12mv12+2mgR
答：(1)弹簧压缩至A点时的弹性势能为12mv12；
(2)物体经过C点时对导轨的弹力为mv22R−mg，方向竖直向上；
(3)物体沿半圆形导轨运动过程中阻力所做的功为12mv22−12mv12+2mgR。
【解析】(1)物体从A点到B点，由弹簧和物体组成的系统机械能守恒求弹簧压缩至A点时的弹性势能。
(2)物体经过C点时，根据牛顿第二定律求出导轨对物体的支持力，由牛顿第三定律得到物体经过C点时对导轨的弹力。
(3)对物体由B→C过程，由动能定理求物体沿半圆形导轨运动过程中阻力所做的功。
本题考查机械能守恒定律和动能定理的应用，解题的关键是要注意明确物体在运动过程中各力做功情况，由动能定理求阻力做功。
18.【答案】解：(1)两根绳对重物的合力大小为F合=2Fcs⁡37∘=2×325×0.8N=520N
(2)重物从地面被提起到重物刚落地过程，根据动能定理可得F合h=12mv2
重物刚落地时的速度大小为v= 2F合hm= 2×520×0.350m/s= 6.24m/s≈2.5m/s
(3)设地面对重物的平均冲击力为F−，重物落地后把地面砸深2cm，根据动能定理可得mgh′−F−h′=0−12mv2
解得F−=mv22h′+mg=50×6.242×0.02N+50×10N=8300N
由牛顿第三定律可知，重物对地面的平均冲击力大小为8300N。
答：(1)两根绳对重物的合力大小为520N；
(2)重物刚落地时的速度大小为2.5m/s；
(3)重物对地面的平均冲击力为8300N。
【解析】(1)根据力的合成求出合力大小；
(2)对重物从开始上升到落地的整个过程，应用动能定理求重物刚落地时的速度。
(3)重物落地过程，运用动能定理求地面对重物的作用力大小，由牛顿第三定律求重物对地面的平均冲击力。
本题主要考查动能定理的应用，关键是要灵活选取研究的过程，明确在运动过程中各力做功情况。