2021-2022学年天津市第二南开学校高一下期中考试物理试题Word版含解析

第二南开学校2021-2022学年度第二学期物理学科

高一年级阶段性质量调查试卷

一、单选题

1. 下列说法正确是（　　）

A. 只要物体所受的合外力不为0，它就做曲线运动

B. 做曲线运动的物体，它的加速度可以是恒定的

C. 物体做曲线运动，速度方向与其运动轨迹无关

D. 做曲线运动的物体，它的速度是可以不变的

【答案】B

【解析】

【详解】A．合外力不为零，但其方向与运动方向共线，此时物体直线运动，故A错误；

B．做曲线运动的物体，如果所受外力恒定，如抛体运动，加速度就是恒定的，故B正确；

C．物体做曲线运动，速度方向沿运动轨迹的切线方向，故C错误；

D．做曲线运动的物体，速度方向一定改变，所以速度一定改变，故D错误。

故选B。

2. 如图所示，一张桌子放在水平地面上，桌面高为h2，一质量为m的小球处于桌面上方h1高处的P点。若以桌面为参考平面，重力加速度为g。小球从P点下落到地面上的M点，下列说法正确的是（　　）

A. 小球在P点的重力势能为mg（h1+h2）

B. 小球在桌面N处的重力势能为mgh2

C. 小球从P点下落至M点的过程中，重力势能减少mg（h1+h2）

D. 小球从P点下落至M点的过程中，重力做功mg（h1-h2）

【答案】C

【解析】

【详解】A．以桌面为参考平面，小球在P点的重力势能为mgh1，故A错误；

B．小球在桌面N处的重力势能为0，故B错误；

CD．小球从P点下落至M点的过程中，重力做功为

故重力势能减少mg(h1+h2)，故C正确，D错误。

故选C。

3. 关于下列四幅图说法正确的是（　　）

A. 如图甲，汽车通过凹桥的最低点时处于超重状态，汽车容易爆胎

B. 如图乙，直筒洗衣机脱水时，被甩出去的水滴受到离心力作用

C. 如图丙，火车转弯超过规定速度行驶时，外轨道对轮缘不会有挤压作用

D. 如图丁，小球在水平面内做匀速圆周运动过程中，小球受重力、拉力、向心力

【答案】A

【解析】

【详解】A．汽车通过凹桥的最低点时向心加速度方向竖直向上，处于超重状态，汽车容易爆胎。选项A正确；

B．直筒洗衣机脱水时，被甩出去的水是因为所受的合外力不足以提供水做圆周运动所需的向心力，所以做离心运动被甩出去了。选项B错误；

C．火车转弯超过规定速度行驶时，重力和支持力的合力不足以提供向心力，此时外轨道对轮缘会有挤压作用，从而提供一部分的向心力。选项C错误；

D．小球做匀速圆周运动，受重力和拉力，这两个力的合力提供向心力。向心力是效果力，受力分析时不能与其他性质力并列分析。选项D错误。

故选A。

4. 如图所示，三颗卫星a、b、c绕地球做匀速圆周运动，轨道半径相同，其中a是地球同步卫星，b是倾斜轨道卫星，c是极地卫星.则（　　）

A. 卫星a可以经过北京正上空 B. 卫星a、b、c的运行角速度相等

C. 卫星b的运行速度大于7.9km/s D. 卫星c的运行周期小于24小时

【答案】B

【解析】

【详解】A．卫星a是同步卫星，只能定点在赤道的上空，不可能经过北京正上空，A错误；

B．根据

可知

由图可知，卫星a、b、c的半径相等，故三颗卫星的角速度相等，B正确；

C．根据

可知，卫星b的轨道半径大于地球的半径，则卫星b的运行速率小于7.9km/s，C错误；

D．卫星a、c的轨道半径相同，则两卫星的周期相同，即卫星c的运行周期为24小时，D错误。

故选B。

5. 如图所示，一轻质弹簧竖立于地面上，质量为m的小球，自弹簧正上方h高处由静止释放，则从小球接触弹簧到将弹簧压缩至最短（弹簧的形变始终在弹性限度内）的过程中，下列说法正确的是（　　）

A. 弹簧的弹力对小球做负功，弹簧的弹性势能减小

B. 重力对小球作正功，小球的重力势能增大

C. 由于弹簧的弹力对小球做负功，所以小球的动能一直减小

D. 小球的机械能一直减小

【答案】D

【解析】

【详解】A ．从小球接触弹簧到将弹簧压缩至最短，弹力与小球下落方向相反，弹簧的弹力对小球做负功，弹簧的弹性势能增加，A错误；

B．重力对小球作正功，小球的重力势能减小；B错误；

C．小球一直向下运动，由于弹簧的弹力对小球做负功，重力对小球作正功，在重力大小等于弹力以前，重力大于弹力，由动能定理可知，小球的动能增加，重力等于弹力时，小球的动能最大，以后重力小于弹力，小球的动能减小，C错误；

D．小球接触弹簧前，小球的机械能不变，接触弹簧后，小球要克服弹力做功，小球的机械能减小，一直到小球的动能等于零，D正确。

故选D。

二、多选题

6. 树高千尺，叶落归根。有一片质量为0.01kg的树叶从20m高处自由落下，取重力加速度大小，忽略空气阻力，则（　　）

A. 树叶落地瞬间重力做功的功率为2W

B. 树叶落地瞬间重力做功的功率为4W

C. 树叶下落过程中重力做功的平均功率为1W

D. 树叶下落过程中重力做功的平均功率为2W

【答案】AC

【解析】

【详解】AB．树叶落地时的速度为

则树叶落地瞬间重力做功的功率为

故A正确，B错误；

CD．树叶下落过程中的平均速度为

树叶下落过程中重力做功的平均功率为

故C正确，D错误。

故选AC。

7. 一质量为2kg的质点在xOy平面内运动，在x方向的图像和y方向的图像分别如图所示。下列关于该质点的说法正确的是（　　）

A. 初速度为 B. 做匀变速曲线运动

C. 初速度方向与合外力方向垂直 D. 所受的合外力为3N

【答案】ABD

【解析】

【详解】A．由图可知，y轴方向初速度为

x轴方向做匀速直线运动，速度大小为

根据平行四边形定则，可得质点的初速度

故A正确；

BC．根据y方向的图像斜率的物理意义，可得y轴方向的加速度大小为

x方向的加速度为零，则质点的加速度为

质点加速度方向沿y轴方向，而初速度方向既不在x轴，也不在y轴方向，所以质点做匀变速曲线运动，且质点初速度的方向与合外力方向不垂直，故C错误B正确；

D．根据牛顿第二定律可得，质点受到的合力为

故D正确。

故选ABD。

8. 如图所示，在发射地球同步卫星的过程中，卫星首先进入椭圆轨道I，然后在Q点通过改变卫星速度，让卫星进入地球同步轨道Ⅱ，则下列说法正确的是（　　）

A. 卫星在轨道I上的周期大于在同步轨道Ⅱ上的周期

B. 卫星在同步轨道Ⅱ上的运行时所携带的仪器都处于完全失重状态

C. 卫星在椭圆轨道I上，经过P点的线速度大于经过Q点的线速度

D. 卫星在轨道I上Q点的加速度小于在轨道Ⅱ上Q点的加速度

【答案】BC

【解析】

【详解】A．轨道I的半长轴小于轨道II的半径，根据开普勒第三定律可知卫星在轨道I上的周期小于同步轨道Ⅱ上的周期，故A错误；

B．卫星在同步轨道Ⅱ上的运行时所携带的仪器所受万有引力全部提供向心力，都处于完全失重状态，故B正确；

C．根据开普勒第二定律可知，卫星在椭圆轨道I上，经过P点的线速度大于经过Q点的线速度，故C正确；

D．卫星无论在哪个轨道运动，在经过同一点时所受万有引力相同，所以卫星在轨道I上Q点的加速度等于在轨道Ⅱ上Q点的加速度，故D错误。

故选BC。

三、实验题

9. 在“研究小球平抛运动”的实验中：

（1）如图甲所示演示实验中，A、B两球同时落地，说明______________；

A.平抛运动在竖直方向的分运动是自由落体运动

B.平抛运动在水平方向的分运动是匀速直线运动

C.平抛运动的飞行时间只由高度决定

D.平抛运动的轨迹是一条抛物线

（2）某同学设计了如图乙的实验：将两个斜滑道固定在同一竖直面内，末端水平，滑道2与光滑水平板平滑衔接，把两个质量相等的小钢球，从斜面的同一高度由静止同时释放，观察到两球在水平面相遇，这说明______________；

（3）该同学采用频闪照相机拍摄到小球做平抛运动的照片如图丙所示，图中背景正方形方格的边长为L=4.9cm，A、B、C是小球的三个位置，取g=9.80m/s2，由照片可知，小球做平抛运动的初速度v0=________m/s。

【答案】    ①. A    ②. 平抛运动在水平方向的分运动是匀速直线运动    ③. 1.47

【解析】

【详解】（1）[1]如图甲所示的演示实验中，小锤击打弹性金属片，B球水平抛出，同时A球被松开，做自由落体运动，A、B两球同时落地，说明B球在竖直方向上的运动规律与A球相同，即平抛运动在竖直方向上做自由落体运动。

故选A。

（2）[2]如图乙所示，把两个质量相等的小钢球，从斜面的同一高度由静止同时释放，观察到两球在水平面相遇，这说明平抛运动在水平方向的分运动是匀速直线运动。

（3）[3]由图丙可知，小球在竖直方向上有

解得

即照相机拍摄时每隔0.1s曝光一次，小球在水平方向有

代入数据得

10. 用重物自由下落验证机械能守恒定律。实验装置如图1所示。

（1）在实验过程中，下列实验操作和数据处理错误的是___________

A.重物下落的起始位置靠近打点计时器

B.做实验时，先接通打点计时器的电源，再释放重锤

C.为测量打点计时器打下某点时重锤的速度v，可测量该点到O点的距离h，再根据公式计算，其中g应取当地的重力加速度

D.用刻度尺测量某点到O点的距离h，利用公式mgh计算重力势能的减少量，其中g应取当地的重力加速度

（2）图2是实验中得到的一条纸带。在纸带上选取五个连续打出的点A、B、C、D、E，测得A、B、C三点到起始点距离分别为hA、hB、hC。已知重锤的质量为m，当地的重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T。从打下O点到打下B点的过程中，重锤重力势能的减少量Ep=（                  ），动能的增加量Ek=（                  ）。很多实验结果显示，重力势能的减少量略________（填“大于”或“小于”）动能的增加量，原因是________。

（3）某同学以重物的速度平方v2为纵轴，以重物下落的高度h为横轴，作出如图所示的v2h图像，则当地的重力加速度g=（          ）m/s2。（结果保留3位有效数字）

【答案】    ①. C    ②.     ③.     ④. 大于    ⑤. 重物下落过程要受到空气阻力与纸带和打点计时器限位孔间摩擦阻力作用    ⑥. 9.67

【解析】

【详解】（1）[1]A．为充分利用纸带，重物下落的起始位置靠近打点计时器，故A说法正确，不符合题意；

B．为充分利用纸带，做实验时，先接通打点计时器的电源，再释放重锤，故B说法正确，不符合题意；

C．由于实验过程中不可避免地存在阻力作用，所以重物的实际加速度小于重力加速度，所以应该利用匀变速直线规律中的：平均速度等于中间时刻的速度来求打下某点时，重锤的速度v，故C说法错误，符合题意；

D．用刻度尺测量某点到O点的距离h，利用公式

计算重力势能的减少量，其中g应取当地的重力加速度，故D说法正确，不符合题意。

故选C

（2）[2]从打下O点到打下B点的过程中，重锤重力势能的减少量

[3]打B点时的速度大小

动能增加量

[4][5]很多实验结果显示，重力势能的减少量略大于动能的增加量，原因是重物下落过程要受到空气阻力与纸带和打点计时器限位孔间摩擦阻力作用。

（3）[6]由机械能守恒定律得

整理得

图像斜率

解得

四、解答题

11. “天问一号”是中国首个火星探测器，其名称来源于我国著名爱国的长诗《天问》。2021年2月10日19时52分“天问一号”探测器实施近火捕获制动成功实现环绕火星运动，成为我国第一颗人造火星卫星。“天问一号”环绕火星做匀速圆周运动时，周期为，轨道半径为，已知火星的半径为，引力常量为，不考虑火星的自转。求：

（1）“天问一号”环绕火星运动的向心加速度的大小；

（2）火星的密度；

（3）火星表面的重力加速度。

【答案】（1）；（2）；（3）

【解析】

【详解】（1）根据

联立解得

 （2）“天问一号”环绕火星运动时由万有引力提供向心力，可得

解得火星质量为

由

解得火星的密度为

（3）不考虑火星自转，在火星表面重力等于万有引力

解得

12. 如图所示，水平固定轨道PM的左端P点与竖直粗糙半圆轨道平滑连接。一质量为m=1kg的滑块（可视为质点）从M点出发，向左冲上半圆轨道，并能恰好通过半圆轨道的最高点Q。已知半圆轨道的半径为R=0.4m，M点和P点间的距离为L=0.8m，滑块与PM间的动摩擦因数0.25，滑块通过P点时对半圆轨道的压力大小F=100N，取g=10m/s2，不计空气阻力，求：

（1）滑块在M点的速度大小vM；

（2）滑块从P点运动到Q点的过程中，阻力所做的功Wf；

（3）滑块落回到水平固定轨道上的位置到P点的距离x。

【答案】（1）；（2）；（3）

【解析】

【详解】（1）设滑块通过半圆轨道的P点时的速度大小为vP，由牛顿第二定律有

滑块从M点运动到P点的过程中，由动能定理有

解得

（2）滑块通过半圆轨道的最高点Q时，由牛顿第二定律有

解得

滑块从P点运动到Q点的过程中，由动能定理有

解得

（3）滑块通过Q点后做平抛运动，则在竖直方向上有

在水平方向上有

解得

13. .如图所示，水平传送带长L=3m，以v=3m/s的速率运行．一物块（可视为质点）质量m=10kg，以v0=1m/s的水平初速度从A端滑上传送带，被传送到B端．物块与传送带间的动摩擦因数＝0.2，取g=10 m/s2．在运送该物块的过程中，求：

（1）摩擦力对物块做的功W；

（2）物块与传送带间的摩擦生热Q；

（3）不计轮轴处的摩擦．该过程电动机消耗的电能E．

【答案】⑴W =40J   ⑵Q=20J    ⑶E=60J

【解析】

【详解】（1）物块在摩擦力作用下的加速度为a=μg=2m/s2

设物块匀加速到v=3m/s经过的位移为x，由v2- v02=2ax

得x=2m<L

摩擦力的功：W= fx，其中f=μmg

得W =40J

（2）设物块加速经历时间为t，则v=v0+at

得t=1s

该过程传送带位移x′=vt=3m

摩擦生热Q=fd=μmg(x′-x)

得Q=20J

（3）电动机多消耗的电能等于传送带和物块系统增加的总能量

E=ΔEk+Q=mv2+Q

得E=60J

【附加题】

14. 某节目中制作的装置可简化为如图所示。光滑的圆弧轨道竖直放置，其轨道半径为。圆弧左右两侧均连接足够长的粗糙斜面，斜面与圆弧连接处相切，倾角。质量为的小球自左侧圆弧轨道上点处由静止开始运动，由点进入轨道。已知间距离，小球与斜面间的动摩擦因数，不计其他阻力，重力加速度。求：

(1)小球第一次到达点时的速度大小；

(2)整个过程中，小球在斜面上运动的总路程。

【答案】(1)；(2)

【解析】

【详解】(1)小球第一次到达点时速度为，则有

解得

(2)小球最终在间做往返运动，在、两点处速度均为0，则

解得

15. 如图所示，倾角的固定斜面上固定着挡板，轻弹簧下端与挡板相连，弹簧处于原长时上端位于D点。用一根不可伸长的轻绳通过轻质光滑定滑轮连接物体A和B，使滑轮左侧绳子始终与斜面平行，初始时A位于斜面的C点，C、D两点间的距离为L，现由静止同时释放A、B，物体A沿斜面向下运动，将弹簧压缩到最短的位置为E点，D、E两点间距离为，若A、B的质量分别为4m和m，A与斜面之间的动摩擦因数，不计空气阻力，重力加速度为g，整个过程中，轻绳始终处于伸直状态，（计算结果可以带g）求：

（1）A在从C至D的过程中，加速度大小；

（2）物体A从C运动至D点时的速度；

（3）弹簧的最大弹性势能。

【答案】（1）；（2）；（3）

【解析】

【详解】（1）对A、B整体从C到D的过程受力分析，根据牛顿第二定律得

解得

（2）整体应用动能定理得

解得

（3）当A的速度为零时，弹簧被压缩到最短，此时弹簧弹性势能最大，整个过程中对A、B整体应用动能定理得

解得

则弹簧具有的最大弹性势能