上海市杨浦高级中学2024-2025学年高一上学期期末物理试卷（等级考）（含解析）

这是一份上海市杨浦高级中学2024-2025学年高一上学期期末物理试卷（等级考）（含解析），共19页。试卷主要包含了综合题，汽车等内容，欢迎下载使用。
一、极限运动(共26分)极限项目让人们不断挑战自我。
(1)如图所示，攀岩运动员在到达较高处时，为恢复体能，每攀爬一步都稍作停留。在其确定好双手及蹬脚的位置后，用力一蹬向上攀爬一步的过程中，运动员( )
A. 先超重，后失重B. 先失重，后超重C. 始终处于超重状态D. 始终处于失重状态
(2)攀岩运动员达到最高点后，利用安全绳跳下，双脚触地后顺势弯曲双腿，在他的重心下降的过程中，运动员受到地面支持力F随时间t的变化如图示。下列说法正确的是( )
A. t2时刻加速度为零B. t2时刻速度最大
C. t1∼t2时间内运动员的重心在加速下降D. t2∼t3时间内运动员的重心在减速下降
(3)如图(a)为极限运动爱好者利用绳子爬上高楼的瞬间，如图(b)所示0点为轻绳悬挂点且保持固定，脚与竖直墙接触点为A，人的重心在B，A与B中间部分可简化为轻杆，A点可视作光滑铰链。初始时∠OBA=90°，爱好者在缓慢下降过程中AB长度以及AB与竖直方向的夹角均保持不变，逐渐从AB位置变化至AˈB′位置。墙对轻杆的弹力大小的变化规律是__________，轻绳上拉力大小的变化规律是________。(均选填：A.“逐渐减小”B.“逐渐增大”C.“先减小后增大”)
(4)小明玩的蹦床是由六根弹簧将床面固定在底座上，已知小明与床面的总质量为35kg，当小明静止站在蹦床上时，六根弹簧的弹力大小相等，且都与水平面夹角为5°，此时一根弹簧上的拉力大小为______N(cs5°=0.996；sin5°=0.087，g=9.8m/s²，取3位有效数字)。
(5)小球掉落在轻弹簧的运动与蹦床运动极为相似。将小球轻放到静止轻弹簧的顶端，小球在下降过程中其加速度a与下降高度ℎ的关系如图(b)所示。
(1)若小球的质量为m，则弹簧的劲度系数为_________________
(2)小球下降到高度ℎ0处至运动到最低点，以下说法正确的是( )
A.运动到最低点过程中，小球速度逐渐减小
B.运动到最低点过程中，小球加速度逐渐减小
C.运动到最低点过程中，小球加速度逐渐增加
D.小球在最低点时，速度为零，处于平衡位置
E.在ℎ0位置处，运动员的加速度为零，所以运动员处于平衡状态
二、综合题：本大题共4，共74分。
二、飞机(共15分)飞机方便我们的生活，同时也被用于军事等领域。
(1)某同学购买了一张单程机票。此次飞行的相关信息见图1、2。
机票中的“08∶30”指的是______(选填：A.“时间”或B.“时刻”)。若整个行程约为2100km，则飞机全程的平均速率约为_________ km/ℎ。
(2)在飞机水平飞行的一段时间内，该同学发现饮料杯中的液面与小桌板成α角，如图所示。则飞机在做__________运动(选填：A.“匀加速”B.“匀减速”或C.“匀速”)。
A. AB. BC. C
(3)如图所示，质量为M的直升机通过质量不可忽略的软绳，打捞河中质量为m的物体，已知重力加速度大小为g。由于河水的水平流动带动物体使软绳偏离竖直方向，当直升机悬停在空中且软绳和物体均相对地面静止时，与物体相连的绳端切线与水平方向成θ角，此时( )
A. 绳对物体的拉力一定为mgsinθB. 河水对物体的作用力可能等于mgctθ
C. 河水对物体的作用力可能小于mgcsθD. 空气对直升机的作用力一定大于Mg
(4)飞机飞行时，空气阻力是重要影响因素。经研究，人们发现空气阻力的大小F阻与空气密度ρ、物体迎风面积S、物体与空气的相对运动速度v均有关，关系式为F阻=kρSvx，其中k是一个无单位的常数。请根据国际单位制推断速度v的指数x等于( )
A. 12B. 13C. 2D. 3
三、从“飞天梦圆”到“圆梦天宫”(共25分) 2023年10月15日是神舟五号飞天二十周年，从此，中国人开启了从“飞天梦圆”到“圆梦天宫”。
(1)根据下列器材在地面上使用时的主要功能，航天员在空间站中同样可以正常使用的是( )
A. 弹簧拉力器B. 家用体重秤C. 哑铃
(2)下列说法正确的是( )
A. 宇航员在空间站中“飘浮起来”，说明没有受到重力
B. 火箭对喷出的气流的作用力大于火箭喷出的气流对火箭的作用力
C. 宇航员进入核心舱时需借助外力，说明力是改变物体运动状态的原因
D. 火箭在竖直方向加速起飞的过程，燃料用完后，自动脱落的空壳将做自由落体运动
(3)航天员朱杨柱用水袋做了一颗水球，桂海潮用球拍击球，水球被弹开。对于该实验说法正确的是( )
A. 梦天实验舱内，水球质量越大其惯性越大
B. 梦天实验舱内，相对实验舱静止的水球不受任何外力的作用
C. 击球过程中，水球所受弹力是由于球拍发生形变产生的
D. 击球过程中，水球对“球拍”的作用力与“球拍”对水球的作用力是一对平衡力
(4)火箭升空过程中，某一段加速过程可近似看作匀变速直线运动，虚线为火箭运行轨迹，则发动机的喷气方向可能为( )
A. B.
C. D.
(5)某小组同学在研究水火箭，在一次调试中，水火箭在竖直方向发射，在水火箭向下喷水过程中，可认为水火箭获得的升力恒定。水火箭从地面由静止出发经过6 s到达离地面高60 m处时水恰好喷完。空气阻力不计，g= 10 m/s2，求：
(1)分析说明：水火箭上升过程中做什么运动？
(2)水火箭上升离地面的最大高度；
(3)水火箭从水喷完到残骸落回到地面过程的总时间。
四、轨道上的小车(共21分)实验室中的小车配合直轨道，可以研究多个问题。小车在轨道上运动时，受到的滑动摩擦力比较小。
(1)如图所示，小车静止在水平轨道上，在桌上放一根柱子标记小车中间的初始位置。快速将水平轨道向左拉动一下，小车将在柱子的_______(选填：A.“左边”B.“中间”或C.“右边”)。
A. AB. BC. C
(2)实验小组1用光电门传感器研究小车运动。每次由同一位置静止释放小车，并将光电门传感器放置在同一位置，更换宽度不同的挡光片。将平均速度v和挡光时间Δt的数据绘制成v−Δt图像，经计算机拟合得到的函数关系如图所示。则小车运动的加速度a=______m/s2(保留3位有效数字)，图像截距0.8211的物理含义是：_____________
(3)实验小组2选择位移传感器研究小车运动。
(1)固定在小车上的发射器同时向接收器发射红外线脉冲和__________脉冲。
(2)根据小车沿倾斜轨道运动的x−t图像，定性画出对应的速度−时间图像___。
(4)根据第3题中的x---t图像、v−t图像，猜测小车下滑过程中的速度−位移图像为右图中的___________(选填：A.“甲”或B.“乙”)。为判断小车是否为匀变速直线运动，可将v−x图像的纵坐标设置为______(选填：A.“v0.5”B.“v²”或C.“v³”)，从而使v−x图像“化曲为直”。
(5)选取第3题x−t图像中0.75s−0.95s之间的实验数据，其中x单位是cm，t单位是s，请论证这段时间内小车的运动是否为匀加速直线运动。
五、汽车(共21分)
汽车越来越普及，汽车中的物理知识丰富，值得我们学习研究。
(1)浦东大道地道全长6.1km。研究一辆汽车以设计时速通过整条浦东大道地道所需时间时，________(选填：A.“能”或B.“不能”)将汽车视为质点。
A. AB. B
(2)如图“50TFSI”为某品牌汽车的尾部标识，其中“50”称G值，G值越大，加速越快。G值的大小为车辆从静止加速到100km/ℎ(百公里加速)的平均加速度的10倍。此品牌跑车百公里加速时间仅为6.2s，由此推算，该车的新尾标应该是( )
A. 25TFSIB. 35TFSIC. 45TFSID. 55TFSI
(3)如图所示，水平向右行驶的车厢中用细线悬挂小球，通过细线的倾斜程度来检测车辆在行进过程中的加速度。质量相同的两个光滑小球通过轻质细线分别系于车的顶部，两个小球都与车厢保持相对静止，左侧小球与车厢左侧壁接触，两细线与竖直方向的夹角相同。当汽车加速度增大时：
(1)细线1的拉力变化为( )
A.增大 B.减小 C.不变
(2)细线2的拉力变化为( )
A.增大 B.减小 C.不变
(4)避险车道是避免恶性交通事故的重要设施，由制动坡床和防撞设施等组成，如图，竖直平面内，制动坡床视为与水平面夹角为θ的斜面。一辆车厢长9m的载有木箱的货车因刹车失灵从干道驶入制动坡床，当车速为20m/s时，车尾位于制动坡床的底端，木箱(忽略大小)开始在车厢内从车尾向车头滑动。已知货车质量是木箱质量的4倍，木箱与车厢间的动摩擦因数为0.4；货车在制动坡床上运动受到的坡床阻力大小为货车和木箱总重的0.44倍，木箱与货车可分别视为小滑块和平板，(取csθ=1，sinθ=0.1，g=10m/s²)。求：
(1)木箱在车厢内滑动时加速度的大小和方向；
(2)木箱在车厢内滑动时货车的加速度大小；
(3)制动坡床的长度至少多少米，能够保证货车与防撞设施不发生碰撞？
答案解析
1.【小题1】
A
【小题2】
D
【小题3】
A B
【小题4】
657
【小题5】
mgℎ0 E

【解析】1. 1.运动员竖直方向向上先做加速运动后做减速运动，加速度先向上后向下，则该过程运动员先处于超重状态，后处于失重状态，故选A。
2.
A.t2时刻支持力大于重力，合力不等于零，则加速度不为零，故A错误；
B C.由图可知，t1时刻消防队员双脚触地，在t1至t2时间内消防员受到的地面的支持力先小于重力后大于重力，其合力先向下后向上，其加速度先向下后向上，所以 t1∼t2 时间内消防队员的重心先向下加速后向下减速， t2 时刻速度不是最大，故BC错误；
D.在t2至t3时间内他所受的合力向上，则加速度向上，故消防员的重心在减速下降，故D正确。
故选D。
3.
[1][2]由分析可知，AB杆提供支持力，否则无法平衡。两种情况相比较，重力大小方向不变，杆的支持力方向不变，作出受力图如图所示
由图可知消防员在缓慢下降过程中，墙对轻杆的弹力大小逐渐减小，故选A；轻绳上拉力大小逐渐增大，故选B。
4.
设此时一根弹簧上的拉力大小为 F ，由平衡条件可得
6Fsin5∘=mg
解得
F≈657N
5.
[1]小球下降 ℎ 时，由胡克定律有
F=kℎ
小球在下降过程中，受竖直向下的重力和竖直向上的弹力，由牛顿第二定律可知
mg−kℎ=ma
化简整理得
a=g−kmℎ
结合图像可知，弹簧的劲度系数为
k=mgℎ0
[2] A.运动到最低点过程中，小球速度先增大后减小，故A错误；
B C.弹簧弹力小于重力时，加速度大小
a=mg−kxm
随弹簧压缩量 x 的增大，加速度减小；
弹簧弹力大于重力时，加速度大小
a=kx−mgm
随弹簧压缩量 x 的增大，加速度增大；故运动到最低点过程中，小球加速度先减小后增大，故BC错误；
D.小球在最低点时，速度为零，弹簧弹力大于重力，最低点不是平衡位置，故D错误。
E.由图(b)可知，在ℎ0位置处，运动员的加速度为零，重力和弹簧弹力平衡，所以运动员处于平衡状态，故E正确。
故选E。
2.【小题1】
时刻 700
【小题2】
B
【小题3】
D
【小题4】
C

【解析】1.
[1]机票中的“08∶30”指的是时间轴上的一个点，是时刻。
[2]整个行程的时间为
t=3ℎ
若整个行程约为2100km，则飞机全程的平均速率约为
v=st=2100km3ℎ=700km/ℎ
2. [1]该同学发现饮料杯中的液面与小桌板成α角，说明上侧的水由于惯性向小桌板运动，则下侧水做减速运动，即飞机在做匀减速运动。
3.
A.以物体为对象，根据受力平衡可得
F水y+Tsinθ=mg
F水x=Tcsθ
可得绳对物体的拉力
T=mg−F水ysinθ
故A错误；
BC.以物体为对象，受到重力、绳子拉力和水的作用力，当水的作用力方向与绳子拉力垂直时，水的作用力具有最小值，大小为
F水min=mgcsθ
由于
mgctθ=mgcsθsinθ>F水min=mgcsθ
故河水对物体的作用力可能等于 mgctθ ，故B正确，C错误；
D.以直升机为对象，受重力、绳子拉力和空气对直升机的作用力，根据受力平衡可知，空气对直升机的作用力等于重力和绳子拉力的合力，则空气对直升机的作用力一定大于Mg，故D正确。
故选BD。
4.
由于
F阻=kρSvx
则有
vx=F阻kρS
对该表达式根据国际单位制进行单位运算有
Nkg⋅m−3⋅m2=kg⋅m⋅s−2kg⋅m−3⋅m2=m⋅s−12
可知
x=2
故选C。
3.【小题1】
A
【小题2】
C
【小题3】
AC
【小题4】
D
【小题5】
(1)水火箭喷水过程向上做初速度为零的匀加速直线运动，水喷完后做竖直上抛运动直到速度减为零到达最高点；
(2)水火箭喷水过程向上做初速度为零的匀加速直线运动有
x1=12at12
解得加速度大小为
a=103m/s2
根据速度—时间关系可得恰好喷完水时水火箭的速度
v = at1 = 20 m/s
水火箭做匀减速直线运动的时间
t2=vg=2010s=2s
减速位移
x2=v2t2=202×2m=20m
水火箭上升离地面的最大高度
H = x1 + x2 = 60 m + 20 m = 80 m
(3)水火箭做自由落体运动时间为t3，则有
H=12gt32
解得
t3 = 4 s
水火箭从水喷完到残骸落回到地面过程的总时间
t = t2 + t3 = 2 s + 4 s = 6 s

【解析】1.
10.由于空间站中的物体处于完全失重状态，所以家用体重秤、哑铃均不能正常使用，弹簧拉力器可以正常使用。
故选A。
2.
A.宇航员在空间站中“飘浮起来”是处于失重状态，但仍受到重力作用，选项A错误；
B.火箭对喷出的气流的作用力与火箭喷出的气流对火箭的作用力是作用力与反作用力，总是等大反向，选项B错误；
C.宇航员进入核心舱时需借助外力，说明力是改变物体运动状态的原因，选项C正确；
D.火箭在竖直方向加速起飞的过程，燃料用完后，空壳在自动脱落时具有与火箭相同的速度，若不考虑空气阻力，脱落后将做竖直上抛运动，故D错误。
故选C。
3.
A.质量是惯性的唯一量度，梦天实验舱内，水球质量越大其惯性越大，故A正确；
B.梦天实验舱内，相对实验舱静止的水球仍受地球的引力作用，故B错误；
C.根据弹力产生的条件可知，击球过程中，水球所受弹力是由于球拍发生形变产生的，故C正确；
D.击球过程中，水球对球拍的作用力与球拍对水球的作用力是一对相互作用力，大小相等，方向相反，作用在一条直线上，故D错误；
故选AC。
4.
火箭加速过程做匀加速直线运动，故受到的合力方向与运动方向相同，因受到的重力竖直向下，通过受力分析可知，发动机的喷气方向如图所示
故选D。
5. 详细解答和解析过程见答案
4.【小题1】
B
【小题2】
1.33 挡光片前缘经过光电门时的瞬时速度
【小题3】
超声波
【小题4】
甲 B
【小题5】
对图上5个数据点进行数据分析，由图可知：5个点的位置分别为
x1=0.233m，x2=0.264m，x3=0.299m，x4=0.338m，x5=0.381m
每隔0.05s，小车的位移分别为
s1 = 0.264m – 0.233 m= 0.031m
s2 = 0.299m – 0.264 m =0.035m
s3 =0.338m – 0.299 m = 0.039m
s4 =0.381m – 0.338 m = 0.043m
所以在相等时间内，小车的位移增量
Δs12 =0.004m，Δs23=0.004m，Δs34=0.004m
符合匀加速直线运动的特点：在相等的时间间隔内，位移的增量相同说明小车是在做匀加速直线运动。

【解析】1.
15.原来小车和轨道都保持静止，快速将水平轨道向左拉动一下，小车由于具有惯性，仍保持原来的静止状态，所以小车将仍然在柱子的中间位置。
故选B。
2.
[1] [2]根据
Δx=v0Δt+12a(Δt)2
可得
v=ΔxΔt=v0+12aΔt
由图可知
k=12a=0.6674m/s2
可得小车运动的加速度大小为
a=1.33m/s2
其中
b=v0=0.8211m/s
故图像截距0.8211的物理含义是挡光片前缘经过光电门时的瞬时速度。
3.
[1]位移传感器通过发射红外线和超声波进行测量，故固定在小车上的发射器同时向接收器发射红外线脉冲和超声波脉冲。
[2]由 x−t 图像知，小车前面和后面部分位移不变，则其速度为0；中间部分小车运动位移随时间变化近似为二次函数，则其加速度的大小为一不变的常数，所以其 v−t 图像的斜率不变，作图如下：
4.
[1]由 x−t 图像、 v−t 图像知，速度增加相同量时，越往后位移的增加量越多，故可猜测小车下滑过程中的 v−x 图像为图甲。
[2]为判断小车是否为匀变速直线运动，可将 v−x 图线的纵坐标设置为 v2 ，从而使 v−x 图线“化曲为直”。
故选B。
5. 详细解答和解析过程见答案
5.【小题1】
A
【小题2】
C
【小题3】
C A
【小题4】
(1)设货物的质量为 m ，则其滑动时加速度的大小为
am=mgsinθ+μmgcsθm=5m/s2
加速度的方向沿着坡床向下。
(2)货物在车厢内滑动时货车的加速度大小为
aM=0.44×(5mg)+4mgsinθ−μmgcsθ4m=5.5m/s2
方向沿着坡床向下。
(3)由于
μmgcsθ>mgsinθ
所以货物最终会静止在车厢内，不会在重力作用下沿车厢下滑；货车先停下来，由于
μmgcsθ