北京市海淀区2021届高三上学期期中考试 物理(含答案)

2021届北京市海淀区高三上学期期中考试
物理 2020.11
本试卷共8页，100分，考试时长90分钟。考生务必将答案答在答题纸上，在试卷上作答无效。考试结束后，将本试卷和答题纸一并交回。
一、本题共10分，每小题3分，共30分。在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项是正确的，有的小题有多个选项是正确的。全部选对的得3分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分。把正确的答案填涂在答题纸上。
1、如图1所示，用同样大小的力F1、F2提一桶水沿水平路面做匀速直线运动。已知两个力F1、F2在同一竖直平面内。下列说法中正确的是

A两个力的夹角大一些省力
B两个力的夹角小一些省力
C两个力的夹角变大，F1、F2的合力也变大
D两个力的夹角变大，F1、F2的合力保持不变
【答案】BD
【解析】两个人提同一桶水做匀速直线运动，说明两个力的的合力与桶和水的重力大小相等、方向相反，如果两个力的夹角大一些，而合力不变，故这两个分力就会增大一些，如果两个力的夹角小一些，则两个分力的大小就会小一些，选项A错误，B正确；
由于这两个力的合力的大小都等于桶和水的重力，方向相反，故合力不变，选项C错误，D正确。
2、二维运动传感器设计原理如图2甲所示，通过B1、B2两个接收器，计算机可以记录各个时刻运动物体A的位置坐标。计算机可以根据位置坐标，分别绘出物体A的水平分速度大小vx（用虚线表示）和竖直分速度vy（用实线表示）随时间变化的v—t图像，如图2乙所示。根据题中信息

A可以看出物体A的竖直方向的分运动是匀加速运动
B可以看出物体A的水平方向的分运动是匀速运动
C可以求出物体A在竖直方向的加速度的大小
D无法求出物体A做平抛运动速度的大小
【答案】ABC
【解析】由于实线是竖直分速度随时间变化情况，它是一条过原点的直线，说明竖直方向上做的是初速度为0的匀加速直线运动，其加速度的大小等于图线的斜率大小，故竖直方向的加速度也可以计算得出，选项AC正确；
又由于虚线表示水平方向的分速度，看出是一条平行于时间轴的直线，说明它做的是匀速运动，选项B正确；而这个速度就是物体做平抛运动的初速度的大小，故平抛运动的初速度的大小是可以求出的，选项D错误。
3、如图3所示，不可伸长的轻质细绳的一端固定于O点，另一端系一个小球，在O点的正下方一个钉子A，小球从右侧某一高度，由静止释放后摆下，不计空气阻力和细绳与钉子相碰时的能量损失。下列说法中正确的是

A小球摆动过程中，所受合力大小保持不变
B小球在左侧所能达到的最大高度可能大于在右侧释放时的高度
C当细绳与钉子碰后的瞬间，小球的向心加速度突然变小
D钉子的位置靠近小球，在细绳与钉子相碰时绳就越容易断
【答案】D
【解析】小球在由静止释放后，小球向下运动，故小球的重力做正功，小球会加速向下运动，小球做圆周运动的线速度在增大，故它受到的合外力是变化的，如果小球做的是匀速圆周运动，根据F向= m可知，小球受到的合外力的大小是不变的，而现在的合外力是变化的，故选项A错误；
根据能量守恒，小球在左侧也能摆到与右侧同样的高度，不会大于右侧，选项B错误；
细绳与钉子碰后的瞬间，小球的线速度可以认为是不变的，而半径变小了，故根据向心加速度a=可知，加速度变大了，选项C错误；
钉子的位置越靠近小球，相当于小球在下半部分做圆周运动的半径越小，即R变小；小球在最下端，根据牛顿第二定律可知：F-mg=m，所以F= mg+m，所以R越小，则F越大，绳就越容易断，选项D正确。
4、某同学用如图4所示实验来认识超重和失重现象，先保持手指和钩码静止，感受套在手指上的橡皮筋对手指压力的变化。下列说法中正确的是

A钩码下降过程，处于失重状态
B钩码上升过程，处于失重状态
C钩码下降和上升过程，都能出现失重现象
D钩码由最低点上升到最高点的过程，先出现超重现象，后出现失重现象
【答案】CD
【解析】钩码在最上端向下运动的过程中，先是加速下降，后是减速下降，其加速度的方向先是向下的，后是向上的，所以是先失重后超重，选项A错误；
钩码在最下端向上运动的过程中，先是加速上升，后是减速上升，其加速度的方向先是向上的，后是向下的，所以是先超重后失重，选项B错误，D正确；
可见钩码上升和下降的过程都可能出现失重现象，当然也都可能出现超重现象，选项C正确。
5、如图5所示，木块A、B分别重50N和60N，它们与水平地面之间的动摩擦因数均为0.20，夹在B之间的弹簧被压缩了1cm，弹簧的劲度系数为400N/m，系统置于水平地面上静止不动（可认为木块与水平地面之间的最大静摩擦力大小等于滑动摩擦力）。现用F=2N的水平拉力作用在木块B上，此时木块A、B所受摩擦力分别记为fA和fB。则

AfA=10N BfA的方向水平向左
CfB=10N DfB的方向水平向左
【答案】CD
【解析】由于中间的弹簧被压缩了1cm，弹簧的劲度系数为400N/m，故弹簧对A和B两个的作用力为F＇=kx=400N/m×0.01m=4N，方向均向外；而对物体A而言，它的重力是50N，放在水平桌面上，它对桌面的压力也是50N，所以它的最大静摩擦力为fA静=0.2×50N=10N，因为F＇>m（选填“需要“或”不需要“）；
②若小红同学实验操作规范，随砝码盘中砝码个数的增加，作出的a—F图像最接近图17中的_____________。

【答案】（1）①BC；②0.475；③余下的一组数据对应点和做出的图像如图所示；在合力力不变的情况下，加速度与质量成反比；（2）①不需要；②A。

【解析】（1）①在平衡阻力时，不需要细线对小车有力的作用，故不用将砝码盘及盘中中的砝码用细线通过定滑轮系在小车上，选项A错误；
实验时，需要先接通打点计时器的电源，待打点计时器工作稳定后再释放小车，选项B正确；
调节滑轮，使细线与木板平行，选项C正确。
②因为交流电的频率是50Hz，相邻还有四个点未画出，所以相邻计数点的时间间隔是T=0.1s；故纸带的加速度a==0.475m/s2；
③第五组数据没有标在图上，找出当加速度为0.81m/s2时的=2.78kg-1对应点，用“+”号表示即可；这些点可以用直线连接起来，并且过原点，说明在合力力不变的情况下，加速度与质量的倒数成正比，与质量成反比；
（2）①当盘及砝码匀速下滑时，对小车受力分析可知：mg+f=Mgsinθ，其中f是小车下滑时受到的摩擦力，θ是斜面与水平面的夹角；当去掉盘与砝码时，小车加速向下运动，再对小车进行受力分析可得：Mgsinθ-f=Ma，联立两式可得：mg=Ma，我们取盘与砝码的重力为F，则F=Ma；故该方案不需要满足条件M>>m；
②由表达式F=Ma可知，加速度a与合外力F之间在关系成正比例，即选项A正确。
三、本题包括6小题，共55分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。
13、（8分）如图18所示，一质量m=2.0kg的物体静止在水平地面上，物体与地面间的动摩擦因数μ=0.5。现用一大小为10N、与水平方向成θ=37°斜向右上方的力F拉物体，使物体沿水平地面做匀速直线运动。已知sin37°=0.6，cos37°=0.8，空气阻力可忽略不计，取重力加速度g=10m/s2。

（1）物体做匀加速直线运动的加速度a；
（2）物体由静止开始运动，前4.0s内位移的大小x；
（3）物体由静止开始运动4.0s的过程中，拉力F的冲时大小I。
【答案】（1）5.5m/s2；（2）44m；（3）40Ns。
【解析】（1）对物体受力分析可得：Fcosθ-f=ma；FN+Fsinθ=mg；f=μFN；
联立以上三式解之得：a=5.5m/s2；
（2）根据x=at2=×5.5m/s2×（4.0s）2=44m；
（3）拉力F的冲量I=Ft=10N×4.0s=40Ns。
14、（8分）第24届冬季奥林匹克运动会将于2022年由北京和张家口联合举办。高山滑雪是比赛项目之一，因其惊险刺激、动作优美深受观众喜爱。如图19所示，为了备战北京冬奥会，一名滑雪运动员在倾角为θ的山坡滑道上进行训练，运动员及装备的总质量为m，山坡滑道底端与水平滑道平滑连接，滑雪板与山坡滑道及水平滑道间的动摩擦因数为同一常数。运动员从山坡滑道上某处由静止速下滑，经过时间t到达山坡滑道底端，速度大小为v。继续在水平滑道上滑行了一段距离后静止。运动员视为质点，空气阻力或忽略不计，重力加速度为g。

（1）求滑雪运动员沿山坡滑道下滑时所受摩擦力f的大小；
（2）求滑雪运动员沿山坡滑道滑到底端时运动员及装备所受重力的瞬时功率P；
（3）某同学认为，仅改变运动员及装备的总质量，可改变运动员在水平滑道上滑过的距离。你是否同意该同学的观点？请说明理由。（注意：解题过程中需要用到、但题目没有给出的，要在解题时做必要的说明）
【答案】（1）f= mgsinθ-m；（2）P=mgvsinθ；（3）不同意，理由见解析。
【解析】（1）由于下滑时的初速度为0，末速度为v，时间为t，所以下滑的加速度为a=；
对人下滑时受力分析得：mgsinθ-f=ma，故摩擦力大小为f= mgsinθ-m；
（2）重力的瞬时功率为P=mgvy=mgvsinθ；
（3）设运动员与滑道的动摩擦因数为μ，斜面滑道的长度为L，运动员沿水平滑道滑行的长度为x，
则从起点到终点，根据动能定理得：mgLsinθ-μmgcosθ×L-μmg×x=0-0，
故x=-Lcosθ，可知水平滑道上滑过的距离x与质量m无关。
15、（8分）如图20所示，一截面为正方形的塑料管道固定在水平桌面上，管道内充满液体，其右端面上有一截面积为S的小喷口，喷口离地的高度为h（h远远大于喷口的直径）。管道中有一与截面平行的活塞，活塞沿管道向右匀速推动液体使液体从喷口水平射出，液体落地点离喷口的水平距离为h。若液体的密度为ρ，重力加速度为g。液体在空中不散开，不计空气阻力，液体不可压缩且没有黏滞性。

（1）液体从小喷口水平射出速度的大小v0；
（2）喷射过程稳定后，空中液体的质量m；
（3）假设液体击打在水平地面上后速度立即变为零，求液体击打地面水平向右的平均作用力的大小Fx。
【答案】（1）v0=；（2）m=hSρ；（3）Fx=Sρv02；
【解析】（1）因为液体做平抛运动，
水平方向上：h=v0t；竖直方向上：h=gt2；
解得：v0=；
（2）由于喷出的时间为t=；故空中液体的质量m=v0t×S×ρ=hSρ；
（3）设液体与水平地面间的作用时间为△t，取△t时间内液体为研究对象；
液体水平向右的初速度为v0，末速度为0，取向右为正方向，
根据动量定理得：Fx＇×△t=0-△mv0；因为△m= v0△t×S×ρ；
解之得：Fx＇=-Sρv02；
根据牛顿第三定律可知：Fx=- Fx＇=Sρv02；

16、（9分）如图21所示，质量为m=1kg、左端有挡板的长木板置于水平地面上，木板上表面光滑，木板下表面与地面间的动摩擦因数μ=0.3。一固定有电动机的滑块，其总质量也为1kg，放置在木板上，电动机可收拢与档板拴接的不可伸长的水平轻绳，起初滑块离档板的距离L=4m。开启电动机收拢轻绳，滑块由静止开始做匀加速直线运动。设木板所受最大静摩擦力等于滑动摩擦力，空气阻力不计，取g=10m/s2。

（1）若开启电动机后木板始终保持静止，滑块运动2s到达木板左侧档板处，求此时滑块的速度大小v0；
（2）若通电后，绳子上拉力为恒力F=7N，滑块由静止开始运动，到达档板处与档板碰撞后结合成一个整体（碰撞时间极短，相撞时电动机立即断电），最终两者停在水平地面上，
求：①滑块与档板碰撞过程中二者损失的总机械能△E；
②整个过程中电动机对餐做的总功W。
【答案】（1）v0=4m/s；（2）①△E=16J；②W=28J。
【解析】（1）当木板静止时，对于滑块而言，其初速度为0，L=4m，运动时间t=2s；
故根据L=可知，滑块的速度大小为v0==4m/s；
（2）①通电后，因为绳子上的力恒为F=7N，则电动机的加速度大小为a1==7m/s2；
对木板受力分析得：F-μ×2mg=ma2，则木板的加速度大小为a2=1m/s2；
设经过时间t电动机与木板相撞，则；解得t=1s；
所以碰撞前电动机的速度v1=a1t=7m/s；木板的速度v2=a2t=1m/s；这两个速度方向相反；
木板前进的距离x2==0.5m；
电动机与木板碰撞时，取向左为正方向，由于动量守恒，故mv1-mv2=2mv，解得v=3m/s；
所以碰撞时损失的机械能△E=mv12+mv22-×2mv2=16J；
②由于碰撞后，电动机就关闭了，所以在碰撞前，电动机做的功使得滑块与木板的动能增加，还使得木板克服地面的摩擦力做功，故电动机对外做的总功W=mv12+mv22+μ×2mg×x2=28J。

17、（10分）如图22甲所示，粗糙平直轨道与半径为R的光滑半圆形竖直轨道平滑连接。质量为m、可视为质点的滑块与平直轨道间的动摩擦因数为μ，由距离圆形轨道最低点为L的A点，以水平向右的不同初速度滑上平直轨道，滑过平直轨道后冲上圆形轨道，在圆形轨道最低点处有压力传感器，滑块沿圆形轨道上滑的最大高度h与滑块通过圆形轨道最低点时压力传感器的示数F之间的关系如图22乙所示。

（1）若滑块沿圆形轨道上滑的最大高度为R，求滑块在A点初速度的大小v0；
（2）求图22乙中F0的大小；
（3）请通过推导写出F