2023-2024学年山西省阳泉市高一（下）期末测试物理试卷（含详细答案解析）

这是一份2023-2024学年山西省阳泉市高一（下）期末测试物理试卷（含详细答案解析），共16页。试卷主要包含了单选题，多选题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。

1.2024年5月26日，CEC中国汽车耐力锦标赛迎来全新升级后的首场比赛，该项赛事目前是中国组别最丰富且竞争激烈的汽车赛事。如图所示为赛车在水平地面上的部分运动轨迹，赛车沿曲线从M向N运动，动能一直增加。图中虚线为过P点的切线，则下列四幅图中赛车经过P点所受合力方向可能正确的是( )
A. B. C. D.
2.牛顿是一个伟大的科学家，牛顿力学理论体系的建立者，为物理理论的发展作出了突出贡献。下列说法正确的是( )
A. 牛顿在伽利略、笛卡尔等人工作的基础上，提出了“力是维持物体运动状态的原因”
B. 牛顿力学适用于宏观、低速领域，不适用于微观、高速领域
C. 在牛顿的时代，人们由于无法算出月球运动的向心加速度，从而无法进行“月-地”检验
D. 牛顿在开普勒三定律的基础上推导出万有引力定律，并给出了引力常量G的值
3.如图所示，图中a、b、c分别为中国首颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”、中国空间站和地球同步卫星。“羲和号”运行于高度为517 km的太阳同步轨道，沿极地附近圆形轨道绕地球运行，中国空间站运行于高度约为389 km、倾角为41.581∘的轨道平面(可近似为圆面)，地球同步卫星运行于高度大约为36 000 km的赤道平面．则( )
A. a的向心加速度比c的大
B. a、b所受到的地球万有引力大小相等
C. 三者轨道半径的三次方与周期的二次方比值都不相等
D. a的周期比c的大
4.如图所示，下列有关生活中的圆周运动实例分析，说法正确的是( )
A. 汽车通过凸形桥的最高点时，处于失重状态
B. 铁路的转弯处，通常要求外轨比内轨高，是利用轮缘与外轨的侧压力帮火车转弯
C. 杂技演员表演“水流星”，当它通过最高点时处于完全失重状态，不受重力作用
D. 脱水桶的原理是水滴受到的离心力大于受到的向心力，从而沿切线方向被甩出
5.蹦床运动属于体操运动的一种，有“空中芭蕾”之称。如图所示，若t=0时刻，一运动员在最高点自由下落，直至运动到弹性蹦床最低点的过程中，忽略空气阻力，则运动员的速度v、加速度a随时间t及动能Ek、机械能E随位移x变化的关系图像可能正确的是( )
A. B.
C. D.
6.2023年5月7日，在加拿大举行的世界泳联跳水世界杯蒙特利尔站顺利落幕，中国跳水“梦之队”实现包揽全部9枚金牌的壮举，以9金1银的成绩位列奖牌榜第一。如图所示，某质量为m的运动员(可视为质点)从距离水面高度为h的跳台以初速度v0斜向上起跳，最终落水中。重力加速度大小为g，不计空气阻力，以跳台所在水平面为重力势能的参考平面，则( )
A. 运动员在空中运动时的机械能先减小后增大
B. 运动员入水时的动能为12mv02+mgh
C. 运动员入水时的机械能为12mv 02−mgh
D. 运动员入水时的重力势能为mgh
7.2024年1月11日，我国在酒泉卫星发射中心使用“快舟一号”甲运载火箭，成功将“天行一号”02星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，该星主要用于开展空间环境探测等试验。“天行一号”02星的定位过程可简化为如图所示的情境，椭圆轨道1为变轨的轨道，圆形轨道2为正常运行的轨道，两轨道相切于B点，A点在地面附近，是轨道1的近地点，若不考虑大气阻力的影响，则下列说法正确的是( )
A. 卫星在轨道1上B点的加速度大于卫星在轨道2上B点的加速度
B. 卫星在轨道1上的机械能大于在轨道2上的机械能
C. 卫星在轨道1上经过A点时的速度大于其经过轨道2上B点时的速度
D. 卫星在轨道1和轨道2上与地球的连线每秒扫过的面积相等
8.一质量为2kg的物体，在水平恒定拉力的作用下以某一速度在粗糙的水平面上做匀速直线运动，当运动一段时间后拉力逐渐减小，且当拉力减小到零时，物体刚好停止运动。如图所示为拉力F随位移x变化的关系图像，取g=10m/s2，则据此可以求得( )
A. 物体与水平面间的动摩擦因数为μ=0.25
B. 物体匀速运动时的速度为v=4m/s
C. 在整个过程中合外力对物体所做的功为W合=32J
D. 整个过程中产生的热量为Q=16J
二、多选题：本大题共2小题，共12分。
9.在民族运动会中有一个骑射项目，运动员弯弓放箭射击侧向的固定目标．假设运动员骑马奔驰的速度为v1，运动员静止时射出的箭速度为v2.跑道离固定目标的最近距离为d.则( )
A. 要想命中目标且箭在空中飞行时间最短，运动员放箭处离目标的距离为dv2v1
B. 要想命中目标且箭在空中飞行时间最短，运动员放箭处离目标的距离为d v12+v22v2
C. 箭射到目标的最短时间为dv2
D. 只要击中侧向的固定目标，箭在刚射出时的速度大小一定为v= v12+v22
10.阳大铁路平定站站前广场建设项目是阳泉市2024年的重点项目，项目总投资0.8亿元，分站前街、迎宾路、站前广场三项建设内容。图为近日施工现场照片，施工时需要使用起重机吊运建筑材料。当起重机的功率为P1时，货物以速度v1向上做匀速直线运动。在运动过程中，起重机的功率突然增大为P2，且保持该功率不变继续提升重物，经过时间t，货物再次做匀速运动。已知货物的质量为m，重力加速度为g，不计空气阻力。
下列说法正确的是( )
A. 在时间t内，货物做匀加速直线运动
B. 在时间t内，货物的最大速度为P2v1P1
C. 在时间t内，货物的最大加速度为P2mv1
D. 在时间t内，货物上升的高度为P2tmg+v122g−P222m2g3
三、实验题：本大题共1小题，共12分。
11.某同学用如图甲所示的装置做“验证机械能守恒定律”的实验。
(1)现有实验器材：带铁夹的铁架台、电火花打点计时器、纸带、重锤、天平、交流电源，为完成此实验，以上仪器中不需要使用的是_____，除了现有的器材，还需要的器材是_____；
(2)打点计时器在纸带上打出一系列的点，选取一条符合实验要求的纸带如图乙所示。O为第一个点，A、B、C为从合适位置开始选取连续点中的三个点。已知打点计时器每隔0.02s打一个点，当地的重力加速度为g=9.8m/s2，重物的质量为1kg，则从O点到B点，重物重力势能的减少量ΔEp=______J，动能增加量ΔEk=______J。(计算结果均保留3位有效数字)
(3)大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是______。
A.选用的重锤密度过大 B.交流电源的频率小于50Hz
C.交流电源的电压偏高 D.存在空气阻力和摩擦阻力
(4)小明用实验测得数据画出的图像如图丙所示，图线不过坐标原点的原因是_____。
四、计算题：本大题共3小题，共28分。
12.某次发生意外情况的民航客机着陆后，打开紧急出口的舱门，自动生成一个由气囊构成的斜面，机舱中的人沿该斜面滑行到地面。如图所示为简化示意图，若机舱离气囊底端的竖直高度为h=3.2m，气囊所构成的斜面倾角为α=53∘。一个质量为m=60kg的人在气囊顶端由静止开始滑下，与气囊间的阻力恒为240N，不计空气阻力，g=10m/s2，sin53∘=0.8,cs53∘=0.6。求：
(1)全程各力对人所做的功；
(2)该人滑至斜面底端时重力的瞬时功率P。(计算结果可用根式表示)
13.2024年2月24日，中国载人月球探测任务新飞行器名称已经确定，新一代载人飞船命名为“梦舟”，将月面着陆器命名为“揽月”。假设“揽月”飞行器在月球表面着陆后，宇航员在月球表面将一质量为m=0.02kg的小物体从h=0.8m的位置以v0=2m/s的速度沿水平方向弹射出去，测出小物体的水平射程为x=2m，已知万有引力常量为G，月球第一宇宙速度为v。求：
(1)月球表面的重力加速度大小；
(2)小球落地时的动能；
(3)月球的质量。(计算结果用已知物理量字母表示)
14.随着人们生活水平的提高，冬季滑雪成为人们休闲娱乐的一项主要运动，某滑雪场的滑道示意图如图所示。半径R=1m的光滑14圆弧轨道ABC与足够长的粗糙轨道CD在C处平滑连接，O为圆弧轨道ABC的圆心，B点为圆弧轨道的最低点，半径OA、OC与竖直线OB的夹角分别为53∘和37∘。质量为m=30kg的小孩(视为质点)从A点左侧高为h=0.8m处的P点水平滑出，恰从A点沿切线方向进入圆弧轨道。已知小孩与轨道CD间的动摩擦因数μ=0.8，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度g=10m/s2，sin37∘=0.6,cs37∘=0.8，不计空气阻力。求：
(1)小孩水平滑出时的初速度大小v0；
(2)小孩经过B点时，对圆弧轨道的压力大小；
(3)小孩在轨道CD上滑行的距离。(计算结果保留三位有效数字)
答案和解析
1.【答案】C
【解析】A.由于合力与速度垂直，赛车动能不能增加，A不符合题意；
B.由于合力与速度成钝角，动能减少，B不符合题意；
C.由于合力与速度成锐角，能做曲线运动，动能增加，C符合题意；
D.由于合力与速度同向，不能做曲线运动，D不符合题意。
故选C。
2.【答案】B
【解析】A.牛顿在伽利略、笛卡尔等人工作的基础上，提出了“力是改变物体运动状态的原因”，A错误；
B.牛顿力学适用于宏观、低速领域，不适用于微观、高速领域，B正确；
C.在牛顿的时代，人们无法算出月球运动的向心加速度，能进行“月-地”检验，C错误；
D.牛顿在开普勒三定律的基础上推导出万有引力定律，卡文迪许测出了引力常量G的值，D错误。
故选B。
3.【答案】A
【解析】A.a、b、c均绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，根据
GMmr2 =man
解得
an=GMr2
由于a的轨道半径比c的小，所以a的向心加速度比c的大，选项A正确；
B.根据万有引力定律可知万有引力F=GMmr2 ，由于a、b的质量未知，所以无法比较a、b所受到的地球万有引力大小，选项B错误；
C.由于a、b、c均绕地球做匀速圆周运动，根据开普勒第三定律
r3T2=k ，可知a、b、c轨道半径的三次方与周期的二次方比值都相等，选项C错误；
D.根据开普勒第三定律及a的轨道半径小于c的可知a的周期比c的小，选项D错误。
故选A。
4.【答案】A
【解析】A.根据圆周运动规律，汽车通过最高点时合外力提供向心力，方向竖直向下，则汽车处于失重状态。故A正确；
B.铁路的转弯处，外轨比内轨高是利用火车自身重力和垂直轨道向上的支持力的合力提供火车转弯所需的向心力，从而减少对轨道的侧向压力。故B错误；
C.完全失重状态是物体的加速度等于重力加速度，“水流星”在最高点时的加速度可能大于也可能等于重力加速度，且“水流星”始终重力作用。故C错误；
D.脱水桶的原理是当转速逐渐增加时水滴受到的合外力不足以提供做圆周运动的向心力，从而出现离心运动。离心力和向心力是效果力，不能说物体受到离心力、向心力。且只有当指向圆心的合外力为0时，水滴才会沿切线方向甩出。故D错误。
故选A。
5.【答案】A
【解析】AB.一运动员在最高点自由下落，直至运动到弹性蹦床最低点的过程中，运动员开始一段时间只受到重力作用，做自由落体运动，之后受到重力和弹性蹦床的的弹力作用，根据牛顿第二定律，有
mg−kx=ma
弹性床对运动员的弹力逐渐变大，运动员的加速度逐渐减小，所以运动员做加速度减小的加速运动，当弹性床的弹力大于运动员的重力之后，合力向上，根据牛顿第二定律可知
kx−mg=ma
运动员做加速度增大的减速运动，因为速度-时间图像的斜率表示加速度，可知 v−t 图像斜率先不变，再逐渐减小，然后反方向逐渐增大，直到速度为零，A正确，B错误；
C.自由下落阶段对运动员分析，根据动能定理，有
Ek=mgx
即接触弹性床之前，动能增加与下落距离成正比，图像为倾斜直线；接触弹性床之后到弹力等于重力之前，运动员依然做加速运动，所以动能继续增大，随着位移增大合力减小，所以 Ek−x 图像为向上斜率变小的曲线，之后，弹力大于重力后动能减少，随着位移增大，合力逐渐增大， Ek−x 图像为向下斜率变大的曲线，C错误；
D.运动员在接触到弹性床之前，机械能守恒，接触弹性床之后，由于弹性床对运动员做负功，所以运动员的机械能减少，D错误。
故选A。
6.【答案】B
【解析】A.不计空气阻力，运动员只有重力做功，所以机械能守恒，故A错误；
B.根据动能定理
mgh=Ek−12mv02
解得
Ek=12mv02+mgh
故B正确；
C.以跳台所在水平面为重力势能的参考平面，则运动员的机械能为 12mv02 ，由于机械能守恒，所以运动员入水时的机械能为 12mv02 ，故C错误；
D.以跳台所在水平面为重力势能的参考平面，运动员入水时的重力势能为−mgh，故D错误；
故选B。
7.【答案】C
【解析】【解答】
A.根据牛顿第二定律可得GMmr2=ma，可得a=GMr2，可知卫星在轨道1上P点的加速度等于卫星在轨道2上P点的加速度，故A错误；
B.从轨道1进入轨道2，在B点点火加速，因此卫星在轨道2的机械能大于在轨道1上的机械能，B错误；
C.卫星在轨道1上经过A点时的速度大于地球的第一宇宙速度，而地球的第一宇宙速度又大于卫星在轨道2上的速率，所以卫星在轨道1上经过A点时的速度大于其经过轨道2上B点时的速度，故C正确；
D.由开普勒第二定律可知，同一轨道上卫星与地心的连线在相等时间内扫过的面积相等，卫星1与卫星2不在同一轨道，则在相等时间内，卫星1与地心连线扫过的面积不等于卫星2与地心连线扫过的面积，故D错误。
故选C。
8.【答案】B
【解析】A.物体匀速运动时，根据平衡条件得
μmg=8
解得
μ=0.4
A错误；
C.拉力的功为
W拉=(4+8)×82J=48J
摩擦力的功为
Wf=−μmgx=−64J
合力的功为
W合=W拉+Wf=−16J
C错误；
B.根据动能定理得
W合=0−12mv02
解得
v0=4m/s
B正确；
D.整个过程中产生的热量为
Q=μmgx=64J
D错误。
故选B。
9.【答案】BC
【解析】【分析】
运动员放出的箭既参与了沿马运行方向上的匀速直线运动，又参与了垂直于马运行方向上的匀速直线运动，当放出的箭垂直于马运行方向发射，此时运行时间最短，根据t=dv2求出最短时间，根据分运动和合运动具有等时性，求出箭在马运行方向上的距离，根据运动的合成，求出运动员放箭处离目标的距离。
解决本题的关键知道箭参与了沿马运行方向上的匀速直线运动和垂直于马运行方向上的匀速直线运动，知道分运动与合运动具有等时性。
【解答】
C.要想以箭在空中飞行的时间最短的情况下击中目标，箭垂直于马运行方向发射，即v2垂直于v1，并且v1、v2的合速度方向指向目标，故箭射到目标的最短时间为dv2，C正确；
AB.运动员放箭处离目标的距离为 d2+x2，又x=v1t=v1⋅dv2，故 d2+x2= d2+v1dv2=d v12+v22v2，故A错误，B正确；
D.根据速度的合成可知，只有箭垂直于马奔跑的方向射出时初速度为：v0= v12+v22，而击中目标不止这一种射出方式，故D错误。
故选BC。
10.【答案】BD
【解析】A.根据 P=Fv 得，随着速度的增大，拉力减小；再根据 F−mg=ma 得，随着拉力的减小，物体的加速度减小，所以物体做加速度减小的加速运动，A错误；
B.第一次匀速时
P1=mgv1
第二次匀速时速度最大
P2=mgvm
解得
vm=P2v1P1
B正确；
C.功率突然增大时加速度最大，根据牛顿第二定律的
F2−mg=mam
功率突然增大时
P2=F2v1
解得
am=P2mv1−g
C错误；
D.加速过程中，根据动能定理得
P2t−mgh=12mvm2−12mv 12
解得
h=P2tmg+v122g−P222m2g3
D正确。
故选BD。
11.【答案】(1)天平 刻度尺
(2)
(3)D
(4)O 点处速度不为0

【解析】(1)[1][2]根据机械能守恒定律原理
mgh=12mv2
等式两边的质量可以被消掉，因而实验器材不需要天平，但需要刻度尺测量纸带上两点间的距离从而确定下落高度。
(2)[1]从O点到B点，重物重力势能减少量
ΔEp=mgΔh=1×9.8×19.20×10−2J≈1.88J
[2]根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于该过程平均速度，打B点时重物的速度为
vB=xAC2T=23.23−15.552×0.02s×10−2m/s=1.92m/s
所以打B点时重物的动能增加量为
ΔEk=12mvB2=12×1×1.922J≈1.84J
(3)AD.由于存在空气阻力和摩擦阻力使得一部分重力势能转化为内能，动能的增量小于重力势能的减少量。重锤体积小密度大可以减小空气阻力带来的影响，从而减小误差。故A错误，D正确；
B.交流电源的频率小于50Hz，则打点周期大于0.02s(却依旧按照0.02s计算)，使得速度的测量值偏大，即测算的动能增量偏大。不符合重力势能的减少量大于动能的增加量的实验结果。故B错误；
C.交流电源的电压偏高不会影响速度的测量，不会引起实验误差。故C错误。
故选D。
(4)根据(1)中式子整理可得
v2=2gh
理论上应该是一条过原点的倾斜直线，但图像中下落高度 h 为0时 v2 不等于0，是因为 O 点处速度不为0。
12.【答案】(1)重力做的功
WG=mgh=60×10×3.2J=1920J
支持力做功
WN=0
摩擦力做功
Wf=−fl=−f×hsin53∘=−960J
(2)合力做的功
W合=WG+Wf+WN=1920−960J=960J
根据动能定理，有
W合=12mv2−0
解得
v= 2W合m= 2×96060m/s=4 2m/s
该人滑至斜面底端时重力的瞬时功率
P=mgvsinα
代值可得
P=1920 2W

【解析】(1)根据牛顿第二定律和几何关系得出人在气囊上下滑时的加速度；
(2)根据动能定理计算出人滑至斜面底端时的速度；
(3)根据功率的计算公式代入数据完成分析。
本题主要考查了功率的计算公式，同时涉及到了牛顿第二定律和动能定理的应用，有一定的综合性，但难度不大。
13.【答案】(1)根据平抛运动规律可知物体在水平和竖直方向上有
x=v0t ， h=12g月t2
联立解得
g月=1.6m/s2
(2)由机械能守恒定律得落地时的动能
Ek=12mv02+mg月h
代入数据解得
Ek=0.0656J
(3)对于月球的第一宇宙速度，有
GMmR2=mv2R ， mg月=mv2R
方程联立解得
M=v4x22hv02G

【解析】详细解答和解析过程见【答案】
14.【答案】(1)设小孩到达A点时速度大小为 vA ，根据动能定理可得
mgh=12mvA2−12mv02
小孩恰从A点沿切线方向进入圆弧轨道，即
vA=v0cs53∘
解得
vA=5m/s ， v0=3m/s
(2)根据动能定理可知，从 A 点到 B 点
mgR(1−cs53∘)=12mvB2−12mvA2
小孩经过B点时，合外力提供向心力，设圆弧轨道对小孩的支持力为 FN ，则有
FN−mg=mvB2R
方程联立解得
vB= 33m/s ， FN=1290N
根据牛顿第三定律可知小孩经过B点时，对圆弧轨道的压力大小也是 1290N 。
(3)因为
μmgcs37∘>mgsin37∘
小孩沿轨道CD向上作匀减速运动，速度减为零后不会继续下滑。设小孩在轨道CD上滑行的距离为 x ，从B到上滑至最高点的过程，由动能定理有
−mgR(1−cs37∘)−mgxsin37∘−μmgxcs37∘=0−12mvB2
代入数据解得
x≈1.17m

【解析】本题考查机械能守恒定律、平抛运动、动能定理。解决本题关键是分析清楚物体的运动情况，然后根据动能定理、平抛运动知识解题。
(1)物体做平抛运动，由竖直方向的自由落体运动的规律求出物体落在A时的竖直分速度，然后应用运动的合成与分解求出物体的初速度大小。；
(2)通过计算分析清楚物体的运动过程，由机械能守恒定律求出物体在B点的速度，然后根据牛顿第二定律结合牛顿第三定律求出物体对圆弧轨道压力大小；
(3)因μmgcs37∘>mgsin37∘，物体沿轨道CD向上作匀减速运动，速度减为零后不会下滑，然后由动能定理即可求解。