山西省山西大学附属中学校2023-2024学年高一上学期12月模块诊断物理试卷

这是一份山西省山西大学附属中学校2023-2024学年高一上学期12月模块诊断物理试卷，共19页。试卷主要包含了单选题，多选题，实验题，解答题等内容，欢迎下载使用。

一、单选题
1．关于摩擦力，下列说法正确的是（ ）
A．运动的物体受到摩擦力一定是滑动摩擦力
B．静摩擦力的方向不一定与物体的运动方向在一条直线上
C．摩擦力总是与物体受到的压力成正比
D．在地面上加速运动的物体，地面对物体的摩擦力大于物体对地面的摩擦力
2．一根轻质弹簧竖直悬挂在天花板上，下端悬挂一小球，小球和弹簧的受力如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．的施力者是弹簧B．的施力者是弹簧
C．与是一对平衡力D．的反作用力是
3．两相同的楔形木块A、B叠放后分别以图1、2两种方式在水平外力F1和竖直外力F2作用下，挨着竖直墙面保持静止状态，则在此两种方式中，木块B受力个数之比分别为（ ）
A．1：1B．4：3C．5：3D．5：4
4．如图所示，倾角为的光滑斜面长和宽均为l，一质量为m的质点由斜面左上方顶点P静止释放，若要求质点沿PQ连线滑到Q点，已知重力加速度为g。则在斜面上，可以对质点施加的作用力大小不可能为（ ）

A．B．C．D．
5．如图所示，总质量为M、倾角为、上端安装有滑轮的斜面体放置在水平面上，轻质细线穿过定滑轮，下端连接质量为m的物块，上端与天花板连接，物块放置在光滑的斜面上，整体处于静止状态，天花板与滑轮间的细线处于竖直状态。已知物块与滑轮间的细线平行于斜面，不计细线与滑轮、轮轴与滑轮之间的摩擦力，重力加速度为g，下列说法正确的是（ ）

A．斜面体必须放在粗糙水平面上
B．细线的拉力大小为
C．水平面对斜面体的支持力为
D．若在物块的上表面放置质量为的物块系统仍静止，则水平面对斜面体的支持力比原来增加
6．如图所示，光滑直硬杆1和粗糙硬杆2固定在水平面上，与水平面之间的夹角分别为、，轻质圆环套在杆2上，轻质细线两端分别连接着小球和圆环，细线绕过在杆1上可自由滑动的光滑滑轮，初始状态环和滑轮间的细线竖直。现缓慢移动滑轮至环和滑轮间的细线水平，在整个过程中圆环始终处于静止。则在该过程中（ ）
A．圆环受到的摩擦力先减小再增大B．圆环受到的支持力逐渐增大
C．细绳对滑轮的作用力先增大再减小D．细绳的拉力逐渐增大
7．如图所示，固定的倾斜直杆与水平方向成角，直杆上套有一个圆环，圆环通过一根细线与一只小球相连接，当圆环沿直杆由静止开始下滑时，小球与圆环保持相对静止，细线伸直，且与竖直方向成，下列说法正确的是（ ）
A．若直杆光滑，一定有B．若直杆光滑，有可能为零
C．若直杆粗糙，一定有D．若直杆粗糙，有可能
8．在某建筑工地，有一工件在电机的牵引下从地面竖直向上送至指定位置进行安装，已知该工件先后经历匀加速、匀速、匀减速直线运动三个阶段。当工件加速运动到总距离的一半时开始计时，测得电机的牵引力随时间变化的图像如图所示，当时工件速度恰好减为0且到达指定位置。整个过程中不计空气阻力，重力加速度，则（ ）
A．时间内，工件一直处于失重状态
B．工件做匀速运动的速度大小为
C．工件做匀减速运动加速度大小为
D．地面和指定位置之间的总距离为28m
二、多选题
9．长木板上表面的一端放有一个木块，木块与木板接触面上装有摩擦力传感器，如图甲所示，木板由水平位置缓慢向上转动（即木板与地面的夹角α变大），另一端不动，摩擦力传感器记录了木块受到的摩擦力Ff随角度α的变化图像如图乙所示．下列判断正确的是
A．木块与木板间的动摩擦因数μ=
B．木块与木板间的动摩擦因数μ=
C．木板与地面的夹角为θ2时，木块做自由落体运动
D．木板由θ1转到θ2的过程中，木块的速度变化越来越快
10．如图所示，A、B、C三个小球的质量分别为、、，轻质弹簧一端固定在斜面顶端，另一端与球相连，A、B间固定一个轻杆，B、C间由一轻质细线连接，倾角为的光滑斜面固定在地面上，弹簧、轻杆与细线均平行于斜面，初始系统处于静止状态，细线被烧断的瞬间，下列说法正确的是（ ）
A．A球的受力情况未变，加速度为零
B．C球的加速度沿斜面向下，大小为
C．A、B两个小球的加速度均沿斜面向上，大小均为
D．A、B之间杆的拉力大小为
11．如图甲所示，倾角为、足够长的斜面体固定在水平面上，质量为的物块锁定在斜面体上，时刻在物块上施加一水平向右的推力同时将锁定解除，使物块由静止开始沿斜面体运动，已知外力大小与物块速度大小的变化规律为，为定值，整个过程中物块运动的加速度关于速度的变化规律如图乙所示。重力加速度取，，。下列说法正确的是（ ）

A．物块与斜面体间的动摩擦因数为0.25
B．
C．物块的速度最大时，推力的大小为
D．物块的加速度为时，推力的大小为
三、实验题
12．某同学利用智能手机研究木块在水平木板上的运动，进而计算木块与木板间的动摩擦因数。实验装置如图甲所示，带滑轮的长木板水平放置，轻绳跨过固定在长木板末端的滑轮，一端连接重物，另一端连接木块，具有加速度测量功能的手机固定在木块上，调节滑轮的位置使轻绳与长木板平行，重物离地面足够远。实验时，先用天平测出木块和手机的总质量M。按图甲安装好实验装置，先打开手机的“加速度传感器”小程序，再释放重物，轻绳带动木块运动，直至木块碰到缓冲器后结束测量（已知当地重力加速度g）。

（1）在智能手机上显示的加速度a-t图像如图乙所示。由图像知，在误差允许的范围内，木块在1.20s～1.90s内可认为做 运动（选填“匀速直线”“匀加速直线”或“匀减速直线“）；数出0.3s～2.1s内图像与坐标轴围成的区域约有48格，则可求得木块与缓冲器碰撞前瞬间的速度大小约为 m/s。（计算结果保留两位有效数字）
（2）根据手机记录的木块运动加速度a，要计算出木块与木板间的动摩擦因数，利用以上实验的现有仪器，还需要测量的物理量是 。（填物理量及相应的符号），计算动摩擦因数的表达式为μ= （用所测物理量的字母表示）。
13．某校物理兴趣小组的同学设计了如图甲所示的实验装置来探究“当小车质量不变时，小车加速度和合力之间的关系”。装置中质量不计的力传感器可以测出与之连接的轻绳拉力的大小，所有滑轮的质量以及与转轴间的摩擦忽略不计，实验过程中木板上方的轻绳始终保持与木板平行。
（1）实验中正确的做法是 （填正确答案标号）。
A．垫高木板的右端平衡摩擦力 B．砂和砂桶的质量m需远小于小车的质量M
C．开始实验时，应先接通电源，打点稳定后再释放纸带 D．用天平测出砂和砂桶的质量
（2）某次实验中，从比较清晰的点迹起，在纸带上标出连续的5个计数点A、B、C、D、E，相邻两个计数点之间都有4个点迹未标出，测得各计数点到A点的距离如图乙所示。已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，则小车的加速度大小a= m/s2（结果保留2位有效数字）。
（3）一同学在使用同一装置做后续实验时，发现力传感器损坏，因此改变了实验方案，利用上述装置进行了新的探究，步骤如下：
①测出砂和砂桶的总质量m，并记录对应的小车运动时的加速度a；
②改变m，重复步骤①，得到多组m、a的数据；
③以a为纵轴，m为横轴作出的a-m图像，发现图像为曲线，为了得到两者的线性关系，同学们整理公式，发现以为纵轴，以 为横轴，便可得到线性图像。若该线性图像的纵截距为b，则还可以求得当地的重力加速度大小为 。（均用题中所给的字母表示）
四、解答题
14．如图所示，小车沿水平方向做匀变速直线运动，车厢顶部悬挂小球A的悬线偏离竖直方向的夹角为，木箱B紧靠竖直侧壁放置在光滑的车厢底板上，小球A、木箱B都相对车厢静止。已知小球A的质量，木箱B的质量，取重力加速度大小，求：
（1）悬线上的拉力大小（可保留根号）；
（2）小球A的加速度大小；
（3）木箱B对侧壁的压力大小。

15．如图甲所示，为学校举行的托乒乓球跑步比赛情景，赛道为水平直道。某同学在比赛过程中，球拍的倾角θ始终为，质量m为的乒乓球一直位于球拍中心，且相对球拍不动，如图乙所示。若该同学以速度做匀速直线运动，此时球与球拍之间恰无摩擦。已知乒乓球受到的空气阻力F大小与其速度ν的大小成正比，即（比例系数k为常数，不受其它因素影响），F方向与运动方向相反。重力加速度g取10m/s2。（已知，）
（1）求比例系数k；
（2）假设最大静摩擦力大小等于滑动摩擦力大小，设球与球拍之间的动摩擦因数μ为0.5，求乒乓球不相对球拍滑动时，该同学匀速运动的速度范围。
16．北京冬奥会后，冰雪运动越发受到民众的喜爱，某冰雪游乐场设计了如图所示由倾角为的倾斜雪道AB和水平冰道BC组成的滑道。由于滑雪速度较快时，滑板挤压雪地内的空气从而在滑板与雪地之间形成“气垫”，此时雪地对滑板的摩擦力较小；当滑雪速度较慢时，由于雪地长时间承重导致下陷，雪地对滑板的摩擦力会明显增加。因此当人在雪道上的速度大于4m/s时，滑板和雪道间动摩擦因数为0.125；速度小于4m/s时，滑板和雪道间动摩擦因数为0.25；且滑板和冰道间的动摩擦因数恒为0.1。运动员从倾斜雪道上的A处由静止开始无动力自由下滑，经过26m到达B处，然后滑上水平冰道。不计空气阻力，且经过B处前后速度大小不变。求：
（1）运动员刚开始下滑时的加速度大小；
（2）运动员到达B点时的速度大小；
（3）若运动员可从AB间的任一位置静止滑下，出发位置到B的距离用x表示，写出运动员在BC上滑行的距离l和x的关系表达式。

参考答案：
1．B
【详解】A．运动的物体也可能受到静摩擦力，例如货物沿倾斜传送带匀速上升，故A错误；
B．静摩擦力的方向与相对运动趋势的方向相反，不一定与运动的方向在一条直线上，故B正确；
C．滑动摩擦力总是与物体受到的压力成正比，故C错误；
D．根据牛顿第三定律，在地面上加速运动的物体，地面对物体的摩擦力等于物体对地面的摩擦力，故D错误。
故选B。
2．D
【详解】A．是小球对弹簧的弹力，施力者是小球，A错误；
B．为小球所受重力，施力者是地球，B错误；
CD．是弹簧对小球的弹力，与是作用力与反作用力的关系，C错误，D正确。
故选D。
3．C
【详解】图1中，根据整体法可知，木块B除了受重力外，一定受到墙面水平向右的弹力（与水平推力平衡）和竖直向上的静摩擦力（与整体重力平衡），隔离B分析，其一定还受到A的弹力（垂直于接触面向左上方），隔离A分析，A受到重力、水平向左的推力、B对其垂直于接触面向右下的弹力，这样的三个力不可能使A平衡，所以A一定还要受到B对其沿接触面斜向右上的静摩擦力才能平衡，可知B一定受到A沿接触面斜向左下的静摩擦力，故B共受5个力的作用；
图2中，根据整体法可知B与墙面间既无弹力也无摩擦力，所以B受重力和A的弹力及摩擦力共3个力的作用。
则在此两种方式中，木块B受力个数之比为5∶3。
故选C。
4．D
【详解】物体在斜面上受到重力、支持力和外力作用沿对角线做直线运动。将重力正交分解到沿斜面向下和垂直于斜面方向，沿斜面方向合力与PQ共线，根据闭合矢量三角形法则可知，当外力和PQ垂直时，外力最小，所施加的外力的最小值为
所以对质点施加的作用力大小应满足
故ABC错误，D正确；
故选D。
5．D
【详解】A．物块与斜面体整体受力分析，受重力、地面的支持力和细线竖直向上的拉力，斜面体与地面间没有摩擦力，所以斜面体必须放在粗糙或光滑水平面上都可以静止，故A错误；
B．对物块受力分析，受重力、斜面的支持力和细线沿斜面向上的拉力，细线的拉力大小与物块的重力沿斜面向下的分力大小相等
故B错误；
C．物块与斜面体整体受力分析，受重力、地面的支持力和细线竖直向上的拉力，水平面对斜面体的支持力为
故C错误；
D．质量为的物块、质量为m的物块和斜面体整体受力分析，受重力、地面的支持力和细线竖直向上的拉力，水平面对斜面体的支持力为
则水平面对斜面体的支持力比原来增加
故D正确。
故选D。
6．A
【详解】AD．细线的张力大小始终等于小球的重力大小，初始时刻，圆环受到的摩擦力等于细线的张力沿杆2的分力，缓慢移动滑轮至细线与杆2垂直的过程中，细线的张力沿杆2的分力逐渐减小，根据平衡条件，圆环受到的摩擦力逐渐减小，缓慢移动滑轮从细线与杆2垂直至环和滑轮间的细线水平的过程中，细线的张力沿杆2的分力沿杆2向上，圆环受到的摩擦力大小等于细线的张力沿杆2的分力，圆环受到的摩擦力逐渐增大，故A正确，D错误；
B．圆环受到的支持力等于细线的拉力垂直于杆2的分力，则圆环受到的支持力先增大后减小，故B错误；
C．细绳向上对滑轮的拉力和向下对滑轮的拉力均等于小球的重力，缓慢移动滑轮至环和滑轮间的细线水平的过程中，两边绳子拉力不变，两边绳子间的夹角在减小，对滑轮的合力在一直增大，故C错误。
故选A。
7．A
【详解】AB．若直杆光滑，则环与球的加速度为
则细线与杆垂直，即
A正确，B错误；
CD．若直杆粗糙，则环与球的加速度
则绳沿杆方向的分力斜向上，故
CD错误。
故选A。
8．C
【详解】A．图像为匀速和匀减速运动的牵引力变化情况，则内，工件处于平衡状态，A错误；
BC．工件重力为3000N，质量为300kg。工件匀减速运动的加速度大小为
则工件做匀速运动的速度大小为
B错误，C正确；
D．由于工件加速运动到总距离的一半时开始计时，则地面和指定位置之间的总距离为
D错误。
故选C。
9．AD
【详解】AB．由图可得，当夹角为θ1时，物体刚好开始滑动，则
解得
故A正确，B错误；
C．由图可得，当夹角为θ2时，摩擦力为零，则木块只受重力作用，加速度为g，但此时速度不为零，木块不是做自由落体运动，故C错误；
D．木板由θ1转到θ2的过程中，根据牛顿第二定律可得，
解得：
当θ逐渐增大时，加速度a逐渐增大，即木块的速度变化越来越快，故D正确.
10．BD
【详解】A．细线被烧断的瞬间，将AB作为整体，不再受到绳子的拉力作用，故受力情况发生突变，则合力不为零，加速度不为零，故A错误；
B．细线被烧断后，对球C由牛顿第二定律得，故，方向沿斜面向下，故B正确；
C．细线被烧断前，将ABC当作整体，则弹簧弹力为，细线被烧断的瞬间，将AB作为整体，则由牛顿第二定律得
解得
故C错误；
D．细线被烧断的瞬间，对B由牛顿第二定律得
解得AB之间杆上的力为
故D正确。
故选BD。
11．BD
【详解】A.时刻，推力为零，物块的加速度大小为
对物块受力分析，如图所示，根据牛顿第二定律，沿斜面的方向有
解得
故A错误；
B.物块加速度为零时，由力的平衡条件得
又
代入上式解得
由图乙可知，此时
解得
故B正确；
C.由B选项分析可知，推力的大小为
故C错误；
D.时，由牛顿第二定律得
又
代入数据解得
故D正确。

故选BD。
12． 匀加速直线 0.96 重物的质量
【详解】（1）[1] ]由图乙可知，在误差允许的范围内，木块在1.20s～1.90s内加速度恒定不变，可以为做匀加速直线运动。
[2] a-t图像与坐标轴围成的面积表示速度变化量，木块与缓冲器碰撞前瞬间的速度大小约为
（2）[3][4]根据牛顿第二定律，对重物
对手机和木块
联立解得
可知还需要测量的物理量是重物的质量。
13． AC/CA 0.93
【详解】（1）[1]A．实验中需要垫高木板的右端平衡摩擦力，选项A错误；
BD．因有力传感器测量小车受到的拉力，则不需要砂和砂桶的质量m需远小于小车的质量M，也不需要用天平测出砂和砂桶的质量，选项BD错误；
C．开始实验时，应先接通电源，打点稳定后再释放纸带，选项C正确。
故选AC。
（2）[2]由逐差法可知小车的加速度大小
（3）[3][4]由牛顿第二定律可知
解得
则若以为纵轴，以为横轴，便可得到线性图像。若该线性图像的纵截距为b，则
则可以求得当地的重力加速度大小为
14．（1）；（2）；（3）
【详解】（1）对小球A受力分析，竖直方向上有
解得
（2）小球A在水平方向上，根据牛顿第二定律可得
解得
（3）小球A、木箱B都相对车厢静止，因此它们的加速度都相同；对木箱B受力分析，水平方向上有
根据牛顿第三定律可知，木箱B对侧壁的压力大小
联立解得
15．（1）；（2）
【详解】（1）在匀速运动阶段，由平衡条件有
解得
（2）法一： 沿斜面方向建立坐标系：由于摩擦力方向不确定，存在两种可能：当乒乓球恰好不上滑时，沿球拍向下，对乒乓球受力分析如图甲
由

联立解得
当乒乓球恰好不下滑时，沿球拍向上，对乒乓球受力分析如图乙
由
联立解得
因此，速度的取值范围
法二： 水平竖直方向建立坐标系：当乒乓球恰好不上滑时，沿球拍向下，对乒乓球受力分析如图甲
由

联立解得
当乒乓球恰好不下滑时，沿球拍向上，对乒乓球受力分析如图乙
由

联立解得
因此，速度的取值范围
16．（1）4m/s2；（2）16m/s；（3）当时，；当时，
【详解】（1）运动员在倾斜雪道，牛顿第二定律
当时，可得
（2）运动员速度达前滑行的距离
当，解得
由
解得
（3）运动员在水平冰面运动时，可得
其中，解得
当时，可得
解得
当时，可得
解得