2023重庆市南开中学高三上学期第二次质量检测物理试题含解析

重庆市高2023届高三第二次质量检测

物理试题

2022.10

考生注意：

1.本试卷滿分100分，考试时间75分钟。

2.考生作答时，请将答案答在答题卡上。必须在题号所指示的答题区城作答，超出答题区域书写的答案无效，在试题卷、草稿纸上答题无效。

一、单项选择题：本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。

1. 下列说法正确的是（　　）

A. 牛顿发现了万有引力定律并利用扭称测出了引力常量

B. 做匀速圆周运动的物体，其机械能总保持不变

C. 牛顿第二定律适用于微观物体、高速运动的情况

D. 一对互为相互作用的摩擦力做功之和不可能大于零

【答案】D

【解析】

【详解】A．卡文迪许利用扭称测出了引力常量，故A错误；

B．若在竖直方向做匀速圆周运动，动能不变，但重力势能改变，其机械能发生改变，故B错误；

C．牛顿第二定律不适用于微观物体、高速运动的情况，故C错误；

D．一对互为相互作用的静摩擦力做功之和为零，一对互为相互作用的滑动摩擦力做功之和小于零，故D正确。

故选D。

2. 物块A、B均以一定初速度在水平地面上只在摩擦力作用下做匀减速直线运动，它们的质量之比为8：1，其v-t图像如图所示。则在物块静止之前（　　）

A. A、B两物块初动能之比为16：1

B. A、B两物块与地面的动摩擦因数之比为4：1

C. A、B两物块克服摩擦力做功之比为16：1

D. A、B两物块克服摩擦力做功之比为8：1

【答案】B

【解析】

【详解】A．A、B两物块初动能之比为

A错误；

B．对A、B两物块分别根据牛顿第二定律得

解得

B正确；

CD．A、B两物块克服摩擦力做功之比为

CD错误。

故选B。

3. 如图所示，一小球以一定初速度水平抛出，忽略空气阻力。当小球以速度抛出时，经历时间后以恰好击中斜面A处（抛出点与A点的连线垂直于斜面）。当小球以速度3抛出时，经历时间后以恰好从B点沿圆弧切线进入圆轨道。则（　　）

A.  B.

C.  D.

【答案】A

【解析】

【详解】当击中斜面处时，竖直方向

水平方向

根据几何关系可得

解得

则

当小球恰好从B点沿圆弧切线进入圆轨道时，根据几何关系可得

联立可得

故选A。

4. 2022年9月16日长沙某中国电信大厦发生火灾，这不仅对消防人员是一个极大的考验，同时对消防车的性能要求也特别高。重庆南开中学某兴趣小组对一辆自制电动消防模型车的性能进行研究。这辆小车在水平的直轨道上由静止开始以恒定加速度启动，达到额定功率之后以额定功率继续行驶。25s到35s近似为匀速直线运动，35s关闭发动机，其v-t图像如图所示。已知小车的质量为10kg，，可认为在整个运动过程中小车受到的阻力大小不变。下列说法正确的是（　　）

A. 小车受到的阻力大小为10N

B. 0~5s内小车的牵引力大小为20N

C. 小车在全过程中的位移为390m

D. 小车发动机的额定功率为120W

【答案】C

【解析】

【详解】AB．根据图线可知，小车做匀加速运动，加速度大小为

小车做匀减速运动，加速度大小为

根据牛顿第二定律有

，

解得小车受到的阻力和0~5s内小车的牵引力大小分别为

，

故AB错误；

D．发动机的额定功率为

故D错误；

C．由图可知，小车位移为

对小车运动的全过程，根据动能定理有

其中

解得

故C正确。

故选C。

5. 如图所示，水平圆盘上有A、B两个物块，中间用一根不可伸长的轻绳连在一起，轻绳经过圆盘圆心。它们一起随圆盘绕竖直中心轴转动，转动角速度由零逐渐增大，转动半径，质量，A、B两物块与圆盘间的动摩擦因数均为μ，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g。下列说法正确的是（　　）

A. 当时，绳中恰好出现拉力

B. A物块受到的摩擦力一旦达最大值，再增大，两个物块将一起相对圆盘滑动

C. 要使A、B两物块与圆盘保持相对静止，的最大值为

D. 当A、B两物块恰好要与圆盘发生相对滑动时，绳中的拉力为

【答案】C

【解析】

【详解】A．当B恰好达到最大静摩擦力的时候，对B

解得

当A恰好达到最大静摩擦力的时候，对A

解得

可知B先达到最大静摩擦力，当此时绳中无弹力，故A错误；

B．当A的摩擦力达到最大时，B的摩擦力也达到最大值，再增大，绳中拉力继续变大，因A所需的向心力更大，则A的摩擦力保持不变，B所需的向心力较小，所以B的摩擦力减小，直到为零后反向逐渐增大，当反向达到最大值，A、B将一起相对圆盘向A的方向滑动，所以当A的摩擦力达到最大时，再增大，两物体不是立即相对圆盘产生滑动，故B错误；

CD．由上述分析可知当A所受的摩擦力指向圆心达到最大且B所受的摩擦力达到最大背离圆心时，A、B将与圆盘发生相对滑动，设此时绳中拉力为，则对A

对B

解得

故C正确，D错误。

故选C。

6. 如图所示，足够长的斜面倾角为，一质量为m的物块恰好能自行沿斜面匀速下滑。物块在沿斜面匀速下滑过程中，在竖直平面内给物块一任意方向（角任意）的外力F，斜面始终处于静止状态。已知重力加速度为g，下列说法正确的是（　　）

A. 物块沿斜面匀速下滑过程中，地面给斜面的摩擦力为零

B. 物块与斜面间的动摩擦因数

C. 若外力F拉着物块沿斜面匀速上滑，则F的最小值为

D. 若外力F拉着物块沿斜面匀速上滑，则F的最小值为

【答案】A

【解析】

【详解】A．物块沿斜面匀速下滑，所以斜面对物块有垂直斜面向上的弹力和沿斜面向上的摩擦力，合力与物块重力平衡方向竖直向上，所以物块对斜面的作用力与其为一对作用力与反作用力方向竖直向下，斜面静止，只受到竖直方向的力，所以地面对斜面无水平方向摩擦力，A正确；

B．物块恰好能自行沿斜面匀速下滑，对物块分析得

解得

B错误；

CD．外力F拉着物块沿斜面匀速上滑，设F与沿斜面向上方向夹角为，对物块受力分析，有

，

联立，得

由数学知识可得

所以有

整理得

CD错误。

故选A。

7. 如图所示，固定粗糙足够长斜面的倾角，下端有一固定挡板。两小物块A、B放在斜面上，中间用轻质弹簧相连。A物块表面光滑，其质量为3m；B物块与斜面间的动摩擦因数为，其质量为2m。可视为质点的电动玩具小车通过跨过光滑轻小定滑轮的轻绳与B物块相连。初始时刻B物块恰好没有沿斜面向上运动，滑轮左侧轻绳与斜面平行，右侧轻绳竖直，滑轮距地高度为l且绳中无弹力。当玩具小车缓慢向右运动l距离时A恰好离开挡板。最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g，下列说法正确的是（　　）

A. B物块的机械能守恒

B. 绳的拉力对B物块做功为

C. 若小车以速度向右匀速运动l，B物块机械能的增加量为

D. 若小车以速度向右匀速运动时，B物块的速度大小为

【答案】B

【解析】

【详解】A．由于小车缓慢向右运动，所以B的速度可视为全程不变，且接近0，故B在运动过程中，动能不变，而重力势能在逐渐增大，所以机械能不守恒，故A错误；

B．设弹簧弹性系数为k，初、末状态形变量分别为x1、x2。初始时刻B物块处于平衡状态，且绳拉力为零，对其分析受力得

解得

当玩具小车缓慢向右运动l距离时，A恰好离开挡板，此时挡板对A的支持力恰好为零，且处于平衡状态。此时对A分析受力可得

所以由此可知，初、末状态时，弹簧的形变量相等，即弹簧的弹性势能不变。此过程中，由于小车缓慢移动，故物体B的动能不变。由能量守恒定律对B分析可知，拉力对B做的功等于B物体克服重力做的功和克服摩擦所做的功之和。即

由几何关系可知

联立可得

故B正确；

C．由上分析可知，当小车运动距离为l时，弹簧的弹性势能不变，物体B上升的高度h不变。B物体的初速度为零。当小车速度为时，且运动距离为l时，根据连接体速度大小的关系可知，B物体的速度大小为

所以此过程中B物体机械能的增量为

代入数据得

故C错误；

D．小车向右匀速运动时，由几何关系可得

根据连接体速度大小的关系可得，物体B的速度大小为

故D错误。

故选B。

【点睛】此类涉及弹簧的题型中，一般都需要先通过受力分析，判断弹簧弹性势能的变化情况。再根据功能关系或者能量守恒，判断各力做功情况。对于连接体模型，在沿连接体方向上速度相等。对物体进行速度分解时，需将速度分解成沿连接体方向和垂直连接体方向。

二、多项选择题：本题共3小题，每小题5分，共15分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有错选的得0分。

8. 现代生产、生活离不开交通运输，为了交通安全，车辆转弯过程中需要采取的措施是（　　）

A. 转弯半径一定时，车速适当小些 B. 转弯半径一定时，车速适当大些

C车速一定时，转弯半径适当小些 D. 车速一定时，转弯半径适当大些

【答案】AD

【解析】

详解】AB．根据，转弯半径一定时，车速越小，摩擦力越小，车辆越安全，A正确，B错误；

CD．根据，车速一定时，转弯半径越大，摩擦力越小，车辆越安全，C错误，D正确。

故选AD。

9. 近年来，科学家们发现茫茫宇宙中，有双星系统，三星系统。设想有两个相距L1、质量均为m1的星球在相互引力作用下，绕其中心做匀速圆周运动，运动速度大小为v1，角速度为ω1；另有三个分别相距L2、质量均为m2的星球构成等边三角形，三个星球在相互引力作用下，绕其中心做匀速圆周运动，运动速度大小为v2，角速度为ω2，则（　　）

A.  B.  C.  D.

【答案】AC

【解析】

【详解】对双星系统，若星球质量相等，则运动的轨道半径相等，角速度相等，相速度相等，如图所示

根据万有引力提供向心力，有

解得角速度为

线速度为

对三星系统，三星的质量相等，轨道半径相等，角速度相等，线速度相等，如图所示

根据几何关系有

解得

根据万有引力提供向心力，有

解得角速度为

所以线速度为

所以角速度之比为

线速度之比为

故选AC。

10. 生产生活中，有的场所需要将物品运送到高处，有的场所需要将物品运送到低处。现有如图甲、乙所示完全相同的物块和皮带传送装置，图甲装置将物块无初速放到传送带最低端，送往最高端；图乙装置将物块无初速放到传送带最高端送往最低端。设定两传送带以相同恒定速率运行，已知传送带足够长。物块从传送带一端到达另一端点经过的时间分别为t甲、t乙，在物块与传送带相对运动过程中，物块与传送带间摩擦生热的平均热功率分别为P甲、P乙。则（）

A.  B.  C.  D.

【答案】BD

【解析】

【详解】AB．对甲、乙分别受力分析，由牛顿第二定律得

解得

，

设传送带长度为L，速率为v，物块先加速，共速后匀速，则有

解得

因为，则，故A错误，B正确；

CD．在物块与传送带相对运动过程中，物块与传送带间摩擦生热的平均热功率为

其中摩擦力，甲、乙相同，则，故C错误，D正确。

故选BD。

三、非选择题：共57分。

11. 2022年8月。炎热的重庆多地发生山火。在重庆特殊的地形下，消防队员在某次灭火中采用新的灭火装置，如图甲所示。该次灭火中，消防官兵利用该消防车的消防水炮进行灭火作业，已知消防水炮喷出的水流恰好在最高处到达着火位置。重庆南开中学某物理兴趣小组想计算一下消防员灭火时消防水炮出水口处和在着火点位置处的水流速度，为此进行了相关准备工作。已知该兴趣小组拍摄消防车救火时的照片（照片与实际长度比例为），利用坐标纸处理照片后得到水在空中完整的轨迹如图乙所示。已知每小格长宽均为2cm，忽略空气阻力，重力加速度g取10m/s2。则

（1）水流初速度与水平方向夹角为___________。

（2）当水流到达着火点位置时，其速度为___________m/s。

【答案】    ①. 45°    ②. 40

【解析】

【详解】（1）[1] 采用逆向思维，水做平抛运动，由图可知，平抛运动位移与水平方向夹角的正切值

平抛运动某时刻速度方向与水平方向的夹角的正切值是位移与水平方向夹角正切值的2倍，有

解得

水流初速度与水平方向夹角为。

（2）[2] 采用逆向思维，水做平抛运动，根据比例关系知，平抛运动的高度

竖直方向上

解得

当水流到达着火点位置时，其速度为。

12. 用如图所示实验装置验证M、m（）组成的系统机械能守恒。两物块通过跨过轻质光滑定滑轮的轻绳相连；左边竖直放置两个光电门，其中光电门1固定不动，光电门2可以上下移动，两个光电门间距为h，挡光片的宽度为d，重力加速度为g。某次实验中挡光片通过光电门1的时间为，通过光电门2的时间为。

（1）若要验证系统机械能守恒，则需验证的表达式为___________（用M、m、g、d、h、、表示）；

（2）通过计算发现系统动能的增加量总是略小于系统重力势能的减少量，原因是___________；

（3）某兴趣小组发现也可通过该装置来测量g，通过g的测量值是否等于实际值来验证机械能守恒。调节光电门2的位置来改变h，并得到对应的，作出的图像如图乙所示，已知图像中直线的斜率为k，则测量重力加速度表达式为___________（用M、m、k表示）。

【答案】    ①.     ②. 重物在下落过程中受到了空气阻力及绳子与滑轮之间的摩擦力等阻力作用    ③.

【解析】

【详解】（1）[1]经过光电门1的速度为

经过光电门2速度为

若机械能守恒，满足

整理可得

（2）[2]通过计算发现系统动能的增加量总是略小于系统重力势能的减少量，原因是重物在下落过程中受到了空气阻力及绳子与滑轮之间的摩擦力等阻力作用；

（3）[3]根据

可得

可知图象的斜率

解得

13. 物理学爱好者张先生很喜欢钓鱼。他驾驶着小船来到平静的湖面上，当船匀速前进时控制面板显示发动机推力为30N。关闭发动机后一条大鱼上钩，如图所示，鱼在水面下拖着船一起以相同速度水平匀速向前行驶。张先生估计：绷直的钓鱼线与水平面夹角为45°，鱼所受水的浮力为其重力的80%，船所受阻力大小恒定不变，忽略鱼和钓鱼线所受阻力，重力加速度g取10m/s2根据张先生的估计，求：

（1）鱼水平向前游动的动力F大小；

（2）鱼的质量多少，钓鱼线所受拉力大小。

【答案】（1）30N；（2）15kg；30N

【解析】

【详解】（1）当船匀速前进时控制面板显示发动机推力为30N，可知船受的阻力为

f=30N

对鱼和船整体受力分析可知

F=f=30N

（2）对鱼受力分析可知

其中

解得

m=15kg

T=30N

14. 有人设想：如果在地球赤道上竖直向上建一座非常高的高楼，是否可以在楼上直接释放人造卫星呢？高楼设想图如图所示。已知地球自转周期为T，同步卫星轨道半径为r；高楼上有A、B两个可视为点的小房间，A到地心的距离为，B到地心的距离为。

（1）A房间天花板上连一竖直轻弹簧，弹簧下端连一质量为m的小球，求弹簧给小球的作用力大小和方向；

（2）从B房间窗口发射一颗小卫星，要让这颗小卫星能在与B点等高的圆轨道上绕地心与地球自转同向运行，应给这颗卫星加速还是减速？大小多少？

【答案】（1）（方向从地心指向A房间）；（2）要让这颗小卫星能在与B点等高的圆轨道上绕地心与地球自转同向运行，应给这颗卫星减速；速度变化大小为

【解析】

【详解】（1）同步卫星在轨道上，万有引力提供向心力，则有

A房间所在位置的加速度为

A房间所在位置的向心加速度为

A房间所在位置的重力加速度为

小球受重力和弹簧拉力，则有

联立解得

（方向从地心指向A房间）

（2）小卫星在B房间时的线速度为

小卫星在与B卫星等高的轨道上运行时

又因为

联立解得

由于

因此从B房间窗口发射一颗小卫星，要让这颗小卫星能在与B点等高的圆轨道上绕地心与地球自转同向运行，应给这颗卫星减速；速度变化大小为

15. 某部电梯原理结构简化如图甲，质量为的轿厢（不含乘客和货物）通过钢索跨过两个光滑定滑轮与质量为的配重相连，轿厢和配重均一直悬空。电动机（图中未画出）通过给轿厢额外的沿竖直方向的力来控制轿厢的运行。轿厢在一楼载上总质量为的乘客和货物开始向上运行。不计滑轮和钢索质量，每层楼高3m，。

（1）若轿厢向上启动时加速度为2，求电动机对轿厢作用力的大小和方向；

（2）若为了舒适性，轿厢在每次加速和减速时加速度的大小都按乙图变化，且要求0~2s内轿厢位移大小为1.5m。求的大小；

（3）在（2）条件下，轿厢在相邻两次加减速之间都保持匀速。一批总质量为600kg的乘客和货物在5楼下了电梯；剩下的乘客和货物全部在15楼下了电梯；然后空轿厢继续向上运行到20楼停下。若电动机在对轿厢做正功时有75%的电能转化为机械能，电动机在对轿厢做负功时有60%的机械能转化为电能。求此次电梯上行消耗的总电能。

【答案】（1）13200N，方向竖直向上；（2）1.5m/s2；（3）62475J

【解析】

【详解】（1）对轿厢和配重的整体，在沿绳的方向

解得

F电=13200N

方向竖直向上；

（2）因为a-t图与t轴围成的面积为∆v，又因为轿厢的初速度为零，则在0~2s内任意t时刻轿厢的速度为

（0<t<1s）

（1s<t<2s）

画出函数图像如图：

由于图像的对称关系，在0-2s内图像与t轴围成的面积

则

即轿厢匀速时的速度为

v=1.5m/s

（3）从1楼向上加速阶段以及匀速到5楼的阶段，电动势对轿厢作用力向上，做正功；即将到达5楼的减速阶段，若电动机不给轿厢作用力，则轿厢的加速大小为

故整个减速过程电动机给轿厢的作用力都向上，做正功；所以1-5楼全程，系统机械能增加量为

消耗的电能为

从5楼向上加速到匀速阶段：因为钢索两边重力刚好平衡，故电动机对轿厢做的正功为系统总动能的增加：

消耗的电能为

匀速到15楼阶段，因为钢索两边的重力刚好平衡，故电动机对轿厢做的负功为系统总动能的减小：

消耗的电能为

从15楼到20楼阶段，若电动机不给轿厢作用力，则轿厢加速的加速度大小为

故整个15楼到20楼过程电动机给轿厢的作用力都向下，做负功，所以15-20楼全程，系统机械能增加量为

消耗的电能为

故全程消耗的总电能为