2023-2024学年天津市蓟州区高一（下）期末物理试卷（含详细答案解析）

这是一份2023-2024学年天津市蓟州区高一（下）期末物理试卷（含详细答案解析），共11页。试卷主要包含了单选题，多选题，实验题，简答题，计算题等内容，欢迎下载使用。

1.下列关于曲线运动的说法正确的是( )
A. 曲线运动过程中加速度方向一定改变
B. 曲线运动过程中速度大小一定改变
C. 曲线运动物体的加速度方向和速度方向不在同一直线上
D. 曲线运动的物体加速度可以为零
2.如图所示，人造卫星A、B在同一平面内绕地球做匀速圆周运动。则这两颗卫星相比( )
A. 卫星A的线速度较大
B. 卫星A的周期较小
C. 卫星A的角速度较大
D. 卫星A的加速度较小
3.牛顿发现万有引力定律一百多年之后，第一次使用扭秤在实验室里比较准确地测出了引力常量G数值的物理学家是( )
A. 卡文迪什B. 第谷C. 开普勒D. 伽利略
4.转篮球是现在中学生喜爱的一项娱乐项目。如图所示，某同学让篮球在他的手指正上方匀速转动，下列说法正确的是( )
A. 篮球上各点做圆周运动的圆心均在球心处
B. 篮球上各点做圆周运动的线速度相同
C. 篮球上各点做圆周运动的角速度不相等
D. 篮球上各点离转轴越近，做圆周运动的向心加速度越小
5.如图所示，圆盘在水平面内绕竖直中心轴匀速转动，圆盘上P点有一小物体随圆盘一起转动且相对圆盘静止。下列说法正确的是( )
A. 小物体仅受重力作用
B. 小物体仅受重力、支持力作用
C. 小物体受重力、支持力和向心力作用
D. 小物体受重力、支持力和静摩擦力作用
二、多选题：本大题共3小题，共15分。
6.北京时间2022年11月17日16时50分，经过约5.5小时的出舱活动，神舟十四号航天员陈冬、刘洋、蔡旭哲密切协同，圆满完成出舱活动全部既定任务，出舱活动取得圆满成功。若“问天实验舱”围绕地球在做匀速圆周运动，轨道半径为r，周期为T，引力常量为G，则下列说法正确的是( )
A. “问天实验舱”的质量为4π2r3GT2
B. 漂浮在舱外的航天员加速度不为零
C. “问天实验舱”在圆轨道上运行的速度小于7.9km/s
D. 若出舱活动期间蔡旭哲自由释放手中的工具，工具会立即高速离开航天员
7.在忽略空气阻力的情况下，小球在如下所列运动过程中，机械能守恒的是( )
A. 小球在空中飞行的过程
B. 小球沿斜面匀速下滑的过程
C. 小球沿粗糙曲面下滑的过程
D. 悬挂的小球摆动的过程
8.如图所示为某中学科技小组刘同学制作的新能源“汽车”——“太阳能驱动小车”的质量为m，在平直的路面上由静止开始沿直线加速行驶，经过一段时间速度达到最大值vm，此加速过程所用时间为t，小车的功率恒为P，小车所受阻力恒为F，则这段时间内( )
A. 小车受到的牵引力逐渐增大
B. 小车做变加速运动
C. 小车受到的合外力所做的功为Pt
D. 小车从静止开始到达到最大速度vm，小车前进的距离为2Pt−mvm22F
三、实验题：本大题共1小题，共12分。
9.(1)向心力演示器可以探究小球做圆周运动所需向心力F的大小与质量m、角速度ω、轨道半径r之间的关系，装置如图1所示，两个变速塔轮通过皮带连接，实验时，匀速转动手柄使长槽和短槽分别随相应的变速塔轮匀速转动，槽内的金属小球就做匀速圆周运动。横臂的挡板对小球的压力提供向心力，小球对挡板的反作用力通过横臂的杠杆作用使弹簧测力筒下降，从而露出标尺，标尺上黑白相间的等分格显示出两个金属球所受向心力的比值。
①在研究向心力F的大小与质量m、角速度ω和半径r之间的关系时，我们主要用到的物理方法是______。
A.控制变量法
B.等效替代法
C.理想实验法
②为了探究金属球的向心力F的大小与轨道半径r之间的关系，下列说法正确的是______。
A.应使用两个质量不等的小球
B.应使两小球离转轴的距离相同
C.应将皮带套在两边半径相等的变速塔轮上
③某同学用传感器测定小球做圆周运动向心力F的大小和对应角速度ω的关系，获得多组数据，画出了如图2所示的图像，该图像是一条过原点的直线，则图像横坐标x代表的是______。
A.ω
B.ω−2
C.ω2
(2)在“验证机械能守恒定律”的实验中：
①除打点计时器(含纸带、复写纸)、重物、铁架台、导线及开关外，在下面的器材中，必须使用的还有______。(选填器材前的字母)
A.刻度尺
B.直流电源
C.交流电源
D.秒表
②下列释放纸带的操作正确的是______。
③打点计时器所接电源的频率为50Hz。某次打出的一条纸带如图3所示，当打点计时器打B点时，重物的速度vB=______m/s。(结果保留3位有效数字)
四、简答题：本大题共2小题，共30分。
10.如图所示的实验中，用小锤击打弹性金属片后，A球沿水平方向抛出，做平抛运动；同时B球被释放，做自由落体运动。测得两球经过0.4s同时落地，A球落地点到抛出点的水平距离为1.2m。忽略空气阻力对两小球运动的影响，g=10m/s2。求：
(1)B球释放时距地面的高度h；
(2)A球抛出时的速度大小v0；
(3)A球落地的速度大小vA；
11.2020年11月24日凌晨4点30分，在海南文昌航天发射场，长征五号遥五运载火箭全速托举中国探月工程嫦娥五号探测器划过夜空，迈出中国首次地外天体采样返回的第一步。发射升空后，嫦娥五号轨道器将携带着陆器、上升器以及返回器完成地月转移、中途修正和近月制动。进入环月轨道后，轨道器与着陆上升组合体分离，携带返回器留轨运动，着陆上升组合体变轨后在贴近月球表面的圆形轨道上运行数圈后安全着陆。已知月球的半径为R，万有引力常量为G，着陆上升组合体在贴近月球表面的圆形轨道上运行的周期为T。求：
(1)月球的质量M；
(2)轨道器在距离月球表面高为h的圆形轨道上运行的线速度v。
五、计算题：本大题共1小题，共18分。
12.滑板运动是一项刺激的运动，深受青少年的喜欢，某次比赛中部分赛道如图1所示。现将赛道简化为如图2所示的模型：平台A和平台BC高度相距h=3.2m，粗糙水平轨道DE与光滑圆弧形轨道CD、EF相切于D、E点，若运动员与滑板一起(可看作质点)从平台A以速度v0水平飞出，恰好从C点无能量损失地沿着圆弧切线进入CD轨道，滑过DE冲上EF轨道，然后返回，恰好到C点速度为零。已知人和滑板总质量m=60kg，光滑圆弧CD对应的圆心角θ=53∘，圆弧形轨道半径均为R=4m，滑板与水平轨道DE间的摩擦可视为滑动摩擦，动摩擦因数μ=0.2，不计空气阻力，g取10m/s2，sin53∘=0.8，cs53∘=0.6，求
(1)运动员的初速度v0的大小；
(2)运动员第一次经过D点时对圆弧轨道的压力FN的大小；
(3)水平轨道DE的长度L。
答案和解析
1.【答案】C
【解析】解：AC、物体做曲线运动的条件是合力方向与速度方向不在同一条直线上，即物体做曲线运动时加速度方向与速度方向不在同一条直线上，但加速度方向不一定改变，例如平抛运动，故A错误，C正确；
B、曲线运动过程中速度大小不一定改变，例如匀速圆周运动，故B错误；
D、曲线运动的物体速度一定变化，则加速度一定不为零，故D错误。
故选：C。
物体做曲线运动的条件是合力与速度不在同一条直线上，合外力大小和方向不一定变化；根据物体做曲线运动的特点，速度一定在变化但大小不一定变，速度和加速度是否也变化不能决定物体是否做曲线运动．
本题关键是对质点做曲线运动的条件的考查，匀速圆周运动，平抛运动等都是曲线运动，对于它们的特点要掌握住．
2.【答案】D
【解析】解：人造卫星A、B在同一平面内绕地球做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力
GMmr2=mv2r=mω2r=m4π2T2r=ma
可得
v= GMr，T=2π r3GM，ω= GMr3，a=GMr2
人造卫星A绕地球做匀速圆周运动的半径较大，则卫星A的线速度、角速度、加速度较小，卫星A的周期较大。
故ABC错误，D正确。
故选：D。
根据万有引力提供向心力得出线速度、角速度、周期、向心加速度与轨道半径的关系，从而比较出大小。
解决本题的关键掌握万有引力提供向心力这一理论，知道线速度、角速度、加速度、周期与轨道半径的关系。
3.【答案】A
【解析】解：第一次使用扭秤在实验室里比较准确地测出了引力常量G数值的物理学家是卡文迪什，故A正确，BCD错误。
故选：A。
第一次使用扭秤在实验室里比较准确地测出了引力常量G数值的物理学家是卡文迪什。
本题考查物理学史问题，知道第一次使用扭秤在实验室里比较准确地测出了引力常量G数值的物理学家是卡文迪什。
4.【答案】D
【解析】解：A.篮球上各点做圆周运动的圆心在指尖位置的竖直轴上，故A错误；
B.篮球上各点做同轴传动，做圆周运动的角速度相同，根据v=ωr，球上各点线速度不同，故B错误；
C.篮球上各点做圆周运动的角速度相等，故C错误；
D.由向心加速度公式
a=ω2r
篮球上各点离转轴越近，半径就越小，角速度相同，做圆周运动的向心加速度越小，故D正确。
故选：D。
A.篮球上各点均绕转动轴做匀速圆周运动，为同轴传动，圆心不一定在球心处。
B.根据v=ωr，比较线速度；
C.同轴传动，角速度相同；
D.根据向心加速度公式判断即可。
本题考查匀速圆周运动，解题关键是掌握匀速圆周运动的规律。
5.【答案】D
【解析】解：圆盘转动时，小物体一起做匀速圆周运动，所受摩擦力提供向心力，所以小物体受重力、支持力、摩擦力作用，故ABC错误，D正确；
故选：D。
小物体受重力与支持力作用，由于小物体做匀速圆周运动，所以受摩擦力提供向心力。
本题学生很容易错误的认为物体受到向心力作用，要明确向心力的特点，同时受力分析时注意分析力先后顺序，即受力分析步骤．
6.【答案】BC
【解析】解：A.“问天实验舱”围绕地球在做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，设地球的质量为M，根据牛顿第二定律得：
GMmr2=m4π2T2r
解得：M=4π2r3GT2
由于不知道“问天实验舱”受到的万有引力，无法计算“问天实验舱”的质量，故A错误；
B.漂浮在舱外的航天员同样绕地球做圆周运动，万有引力提供向心力，合外力不为零，由牛顿第二定律可知，加速度不为零，故B正确；
为第一宇宙速度，第一宇宙速度是卫星绕地球做匀速圆周运动最大的环绕速度，故“问天实验舱”在圆轨道上运行的速度小于7.9km/s，故C正确；
D.若出舱活动期间蔡旭哲自由释放手中的工具，工具受到的万有引力提供向心力，仍在原来的轨道上做匀速圆周运动，工具会相对航天员静止，故D错误。
故选：BC。
根据万有引力提供向心力求解地球的质量，”问天实验舱”的质量无法计算；漂浮在舱外的航天员同样绕地球做圆周运动需要向心力，根据牛顿第二定律分析判断加速度的大小；第一宇宙速度(7.9km/s)等于卫星贴近地面做匀速圆周运动的速度；根据万有引力提供向心力进行分析。
本题主要是考查万有引力定律及其应用，解答本题的关键是能够根据万有引力提供向心力结合向心力公式进行分析。
7.【答案】AD
【解析】解：A、小球在空中飞行的过程中，忽略空气阻力，只有重力做功，其机械能守恒，故A正确；
B、小球沿斜面匀速下滑的过程中，重力势能减小，动能不变，两者之和即机械能减小，故B错误；
C、小球沿粗糙曲面下滑的过程中，重力和摩擦力对物体做功，机械能不守恒，故C错误；
D、悬挂的小球摆动的过程中，绳子拉力不做功，只有重力做功，其机械能守恒，故D正确。
故选：AD。
只有重力或系统内弹力做功时，物体的动能和势能相互转化，其机械能守恒。根据此条件进行分析，也可以根据动能与重力势能的总和即机械能是否变化来判断。
本题是对机械能守恒条件的直接考查，掌握机械能守恒的条件和机械能概念是关键。
8.【答案】BD
【解析】解：AB、小车受到的牵引力为F牵=Pv，根据牛顿第二定律得F牵−F=ma，可知，随着小车速度的增大，小车受到的牵引力逐渐减小，小车的加速度逐渐减小，小车做变加速运动，故A错误，B正确；
C、小车的功率恒为P，则牵引力所做的功为Pt，小车受到的合外力所做的功为W合=Pt−FxD、小车从静止开始到达到最大速度vm的过程，根据动能定理有：Pt−Fx=12mvm2，小车前进的距离为x=2Pt−mvm22F，故D正确。
故选：BD。
根据功率公式P=Fv分析牵引力的变化，结合牛顿第二定律判断小车的加速度变化，从而判断小车的运动情况。根据W=Pt求牵引力做功。根据动能定理求合外力所做的功以及小车前进的距离。
在处理小车启动问题时，要注意小车的功率指的是牵引力的功率，不是合外力的功率；另外要注意P=F牵v，当P一定时，F牵随v的增大而减小。
9.【答案】ACCACA1.83
【解析】解：(1)①在研究一个物理量与多个物理量之间的关系时，主要用到的物理方法是控制变量法，故此实验主要用到的物理方法是控制变量法，故A正确，BC错误；
②探究金属球的向心力F的大小与轨道半径r之间的关系时，应该控制质量m与角速度ω相同，故应使用两个质量相等的小球，应将皮带套在两边半径相等的变速塔轮上，使两个小球的角速度相同，应使两小球离转轴的距离(即轨道半径)不同，故AB错误，C正确。
③根据向心力表达式F=mω2r，可知图像横坐标x代表的是ω2，故AB错误，C正确。
(2)①打点计时器使用的是交流电源。实验需要用刻度尺测量纸带上计数点之前的距离。打点纸带可记录时间，不需要秒表测量时间。故必须使用的还有刻度尺和交流电源，故AC正确，BD错误；
②释放纸带时手要提拉纸带的上端，使纸带呈竖直状态，重物应靠近打点计时器，故操作正确的是A，故A正确，BCD错误。
③打点计时器所接电源的频率为50Hz，其打点周期为T=15s=0.02s
根据打点纸带测量速度的原理，重物的速度vB=OC−OA4T=(27.06−12.41)×10−24×0.02m/s=1.83m/s
故答案为：(1)①A；②C；③C；(2)①AC；②A；1.83
(1)①在研究一个物理量与多个物理量之间的关系时，主要用到的物理方法是控制变量法；
②探究金属球的向心力F的大小与轨道半径r之间的关系时，应该控制质量m与角速度ω相同，据此分析解答。
③根据向心力表达式F=mω2r分析解答。
(2)①打点计时器使用的是交流电源。实验需要用刻度尺测量纸带上计数点之前的距离。打点纸带可记录时间，不需要秒表测量时间。
②释放纸带时手要提拉纸带的上端，使纸带呈竖直状态，重物应靠近打点计时器。
③先确定打点计时器的打点周期，根据打点纸带测量速度的原理求解重物的速度vB。
本题考查了探究向心力的大小与质量、角速度、轨道半径之间的关系的实验和验证机械能守恒定律的实验。掌握实验原理与实验具体操作的过程。
10.【答案】解：(1)根据h=12gt2
可得B球抛出点距地面的高度
h=0.8m
(2)A球水平方向做匀速运动，根据
x=v0t
可得A球抛出时的速度大小
v0=3m/s
(3)A球落地时的竖直速度
vAy=gt=4m/s
A球落地的速度大小
vA= v02+vAy2= 33+42m/s=5m/s
答：(1)B球释放时距地面的高度h为0.8m；
(2)A球抛出时的速度大小v0为3m/s；
(3)A球落地的速度大小vA为5m/s。
【解析】(1)根据自由落体运动规律计算；
(2)根据水平方向做匀速直线运动计算；
(3)先计算出A球落地时竖直方向的速度，然后根据平行四边形定则计算。
知道平抛运动可以分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动是解题的基础，还要熟悉匀变速直线运动的规律。
11.【答案】解：(1)根据万有引力提供向心力可得GMmR2=mR4π2T2，解得月球的质量M=4π2R3GT2
(2)根据万有引力提供向心力可得GMm(R+h)2=mv2R+h，解得轨道器线速度v= GMR+h=2πRT RR+h
答：(1)月球的质量M为4π2R3GT2；
(2)轨道器在距离月球表面高为h的圆形轨道上运行的线速度v为2πRT RR+h。
【解析】根据万有引力提供提供向心力，结合向心力的表达式，列式求解。
解决本题的关键掌握万有引力定律的两个重要理论：1、万有引力提供向心力，2、万有引力等于重力，并能灵活运用．
12.【答案】解：(1)运动员与滑板一起从平台A以速度v0水平飞出后做平抛运动，竖直方向有vy2=2gh
运动员到达C点时，对速度进行分解，如图所示，则有：vyv0=tan53∘
联立解得：vy=8m/s，v0=6m/s
(2)运动员经过C点时的速度vC=vysin53∘=80.8m/s=10m/s
运动员从C点到D点的过程，根据动能定理得
mgR(1−cs53∘)=12mvD2−12mvC2
运动员在D点时，根据牛顿第二定律得
FN′−mg=mvD2R
联立解得vD=2 33m/s，FN′=2580N
根据牛顿第三定律可知运动员第一次经过D点时对圆弧轨道的压力FN=FN′=2580N；
(3)运动员从C点滑下到再次返回C点的过程，由动能定理得：
−μmg⋅2L=0−12mvD2
解得L=16.5m
答：(1)运动员的初速度为6m/s；
(2)运动员第一次经过D点时对圆弧轨道的压力大小为2580N；
(3)水平轨道DE的长度L为16.5m。
【解析】(1)运动员与滑板一起从平台A以速度v0水平飞出后做平抛运动，根据下落的高度求出运动员到达C点时竖直分速度，再由分速度关系求解初速度；
(2)运动员从C点到D点的过程，根据动能定理求解运动员第一次到达D点的速度，运动员在D点时，由重力和轨道支持力的合力提供向心力，由牛顿第二定律和牛顿第三定律求解运动员第一次经过D点时对圆弧轨道的压力大小；
(3)对运动员从C点滑下到再次返回C点的过程，由动能定理列式，即可求解水平轨道DE的长度L。
解决该题需要明确知道运动员到达C点时的速度方向，在求解运动员在D点对轨道的压力时，必须要用牛顿第三定律进行描述。运用动能定理时，要注意选择研究过程。