2021-2022学年河南省郑州市第四高级中学高二（下）第三次调研考试物理试题含解析

2021-2022学年郑州四中下期高一年级第三次调研考试

物理试卷

分值：100分考试时间：90分钟

一、选择题（1-8题为单选题，9-12为多选题，每题4分，共48分，多选题选对而不全的得2分）

1. 目前，俄罗斯采取对乌克兰的军事行动中，美国援助乌克兰的一种武器“标枪”，它是一种肩扛式反坦克导弹。导弹发射后，喷射气体对导弹产生推力F，一段时间内导弹在竖直面内沿下列图中虚线向前运动，其中导弹飞行姿势可能正确的是（　　）

A.  B.

C.  D.

【答案】B

【解析】

【详解】A．图中导弹发射后受到喷射气体产生沿水平方向的推力F和竖直向下的重力，合力的方向与图中运动的方向不可能在同一条直线上，所以不能做直线运动，故A错误；

B．图中导弹发射后受到喷射气体产生的斜向上的推力F和竖直向下的重力，该图中合力的方向与运动的方向可能在同一条直线上，所以导弹可能沿斜向上的方向做直线运动，故B正确；

C．图中导弹发射后受到喷射气体产生的斜向下的推力F和竖直向下的重力，该图中合力的方向与运动的方向不可能在同一条直线上，所以不能做直线运动，故C错误；

D．图中导弹发射后受到喷射气体产生的推力F的方向沿轨迹的切线方向，而重力的方向竖直向下，合力的方向沿轨迹切线方向向外，不可能沿虚线凹侧，故导弹不可能沿虚线做曲线运动，故D错误。

故选B。

2. 如图所示，在河岸上通过轮轴（轮套在有一定大小的轴上，轮与轴绕共同的中轴一起转动）用细绳拉船，轮与轴的半径比 ．轮上细绳的速度恒为，当轴上细绳拉船的部分与水平方向成60°角时，船的速度是（ ）

A. 2m/s B. 4 m/s C. 8m/s D. 16 m/s

【答案】B

【解析】

【详解】轮与轴同轴转动，角速度相同，所以根据公式可得，船的速度速度可分解为轴上细绳的速度和垂直绳子斜向下的速度，根据几何知识可得，故B正确；

【名师点睛】解决本题的关键知道船的速度是沿绳子方向和垂直于绳子方向速度的合速度，会根据平行四边形定则对速度进行合成．

3. 如图，斜面AC与水平方向的夹角为α，在A点正上方与C等高处水平抛出一小球，其速度垂直斜面落到D点，则CD与DA的比为（   ）

A.  B.  C.  D.

【答案】D

【解析】

【分析】

【详解】设小球水平方向的速度为v0，将D点的速度进行分解，水平方向的速度等于平抛运动的初速度，通过角度关系求解得竖直方向的末速度为

设该过程用时为t，则DA间水平距离为v0t，故

CD间竖直距离为，故

CD=

得

故选D。

【点评】解决本题的关键知道平抛运动在水平方向做匀速直线运动，竖直方向做自由落体运动．

4. 关于力对物体做功，以下说法正确的是（　　）

A. 滑动摩擦力一定对物体做负功

B. 静摩擦力对物体一定不做功

C. 作用力与反作用力做的功一定大小相等，一正一负

D. 滑动摩擦力对物体做功的过程，一定有机械能与内能的转化

【答案】D

【解析】

【详解】A．滑动摩擦力的方向与物体相对运动方向相反，但与运动方向可以相同，也可以相反，还可以与运动方向垂直，故可能做负功，也可能做正功，也可以不做功，比如将小物块轻轻放在匀速运动的传送带上，小物块相对于传送带运动，滑动摩擦力充当动力，传送带对小物块的滑动摩擦力做正功，故A错误；

B．静摩擦力作用的物体间无相对滑动，但不代表没发生位移，所以可以做正功、负功或不做功，例如粮仓运送粮食的传送带对粮食施加有静摩擦力，该力对粮食做正功，故B错误；

C．作用力和反作用力可能都做正功，做功的代数和不一定为零，比如两个人滑冰，相互推开，在推开的过程中，作用力与反作用力都做正功，故C错误；

D．滑动摩擦力对物体做功的过程中，一定有机械能转化为内能，故D正确。

故选D。

5. 一小物块沿斜面向上滑动，然后滑回到原处．物块初动能为Ek0，与斜面间的动摩擦因数不变，则该过程中，物块的动能Ek与位移x关系的图线是(     )

A.  B.  C.  D.

【答案】C

【解析】

【详解】设斜面倾角为θ，根据动能定理，当小物块沿斜面上升时，有：

－(mgsinθ＋f)x=Ek－Ek0

即：

Ek=－(f＋mgsinθ)x＋Ek0

所以Ek与x的函数关系图象为直线，且斜率为负；

设x0为小物块到达最高点时的位移，当小物块沿斜面下滑时根据动能定理有：

(mgsinθ－f)(x0－x)=Ek－0

即：

Ek=－(mgsinθ－f)x＋(mgsinθ－f)x0

所以下滑时Ek随x的减小而增大且为直线。

综上所述，故C正确，ABD错误。

故选C。

6. 用一根绳子竖直向上拉一个物块，物块从静止开始运动（不计空气阻力），绳子拉力的功率按如图所示规律变化，已知物块的质量为m，重力加速度为g，时间内物块做匀加速直线运动，时刻后功率保持不变，时刻物块达到最大速度，则下列说法正确的是（　　）

A. 物块始终做匀加速直线运动

B. 时间内物块的加速度大小为

C. 时刻物块的速度大小为

D. 时间内物块上升的高度为

【答案】D

【解析】

【详解】B．由图可知，0～t0时间内功率与时间成正比，则有

得

图中斜率

可知

故B错误；

AC．时刻功率保持不变，物块速度v继续增大，由

可知物块加速度逐渐减小，因此，时刻内物块做加速度逐渐减小的加速运动，直到加速度减小到零，即t1时刻，此刻速度最大，最大速度为

由于时刻物块的速度

即

故AC错误；

D．P－t图线与t轴所围的面积表示0～t1时间内拉力做的功

由动能定理得

得

故D正确。

故选D。

7. 如图所示，质量为，长为的木板静止于光滑水平面上，质量为的物块（可看做质点），以某一初速度从长木板左端开始运动。已知物块与木板间的动摩擦因数为，重力加速度为，最终物块刚好没从木板的右端滑下。物块相对木板滑动的过程中，木板的位移为，则在此过程中（　　）

A. 物块与木板组成的系统机械能守恒

B. 物块的动能减少了

C. 长木板获得的动能为

D. 物块与长木板组成的系统机械能损失了

【答案】C

【解析】

【详解】A．物块与木板组成的系统中，摩擦力对系统做负功，使系统的一部分机械能转化为内能，所以机械能不守恒，故A错误；

B．根据动能定理可知，物块动能的减少量为

长木板获得的动能为

故B错误，C正确；

D．由B项分析可知物块与长木板组成的系统机械能损失量为

故D错误。

故选C。

8. 由于空气阻力的影响，发射后无动力的炮弹实际飞行轨迹不是抛物线，而是“弹道曲线”，如图中实线所示，图中虚线为不考虑空气阻力情况下炮弹的理想运动轨迹，O、a、b、c、d为弹道曲线上的五点，其中O点为发射点，d点为落地点，b点为轨迹的最高点，a、c为运动过程中经过的距地面高度相等的两点。下列说法正确的是（　　）

A. 到达b点时，炮弹速度为零

B. 到达b点时，炮弹的加速度为零

C. 炮弹经过a点时的速度大于经过c点时的速度

D. 炮弹达到b点时机械能最大

【答案】C

【解析】

【详解】A．炮弹在最高点竖直方向上的速度为零，水平方向上的速度不为零，故炮弹在最高点速度不为零，A错误；

B．在最高点受空气阻力（水平方向上的阻力与水平速度方向相反），重力作用，二力合力不为零，故加速度不为零，B错误；

C．由于空气阻力恒做负功，所以根据动能定理可知经过点时的速度大于经过点时的速度，C正确；

D．整个过程中，阻力恒做负功，所以整个过程中机械能在减小，即O点的机械能最大，D错误。

故选C。

二、多选择题

9. 作为一种新型的多功能航天飞行器，航天飞机集火箭、卫星和飞机的技术特点于一身．假设一航天飞机在完成某次维修任务后，在A点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ，如图所示，已知A点距地面的高度为2R（R为地球半径），B点为轨道Ⅱ上的近地点，地球表面重力加速度为g，地球质量为M.又知若物体在离星球无穷远处时其引力势能为零，则当物体与星球球心距离为r时，其引力势能Ep＝－G（式中m为物体的质量，M为星球的质量，G为引力常量），不计空气阻力．则下列说法中正确的有

A. 该航天飞机在轨道Ⅱ上经过A点的速度小于经过B点的速度

B. 该航天飞机在轨道Ⅰ上经过A点时的向心加速度大于它在轨道Ⅱ上经过A点时的向心加速度

C. 在轨道Ⅱ上从A点运动到B点的过程中，航天飞机的加速度一直变大

D. 可求出该航天飞机在轨道Ⅱ上运行时经过A、B两点的速度大小

【答案】ACD

【解析】

【详解】A．在轨道Ⅱ上A点为远地点，B点为近地点，航天飞机经过A点的速度小于经过B点的速度，故A正确；

B．在A点，航天飞机所受外力为万有引力，根据，知航天飞机在轨道Ⅰ上经过A点和在轨道Ⅱ上经过A点时的加速度相等，故B错误；

C．在轨道Ⅱ上运动时，由A点运动到B点的过程中，航天飞机距地心的距离一直减小，故航天飞机的加速度一直变大，故C正确；

D．航天飞机在轨道Ⅱ上运行时机械能守恒，有

，

由开普勒第二定律得

rAvA＝rBvB，

结合

，rA＝3R，rB＝R，

可求得vA、vB，故D正确．

10. 作为一种新型的多功能航天飞行器，航天飞机集火箭、卫星和飞机的技术特点于一身。假设一航天飞机在完成某维修任务后，在A点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ，如图所示，已知A点距地面的高度为（R为地球半径），B点为轨道Ⅱ上的近地点（离地面高度忽略不计），地表重力加速度为g，地球质量为M。又知若物体在与星球无穷远处时其引力势能为零，则当物体与星球球心距离为r时，其引力势能（式中m为物体的质量，M为星球的质量，G为引力常量），不计空气阻力。则下列说法中正确的有（　　）

A. 该航天飞机在轨道Ⅱ上运动的周期小于在轨道Ⅰ上运动的周期

B. 该航天飞机在轨道Ⅱ上经过B点的速度大于轨道Ⅰ上经过A点的速度

C. 该航天飞机在轨道Ⅱ上经过B点的速度大于，小于

D. 该航天飞机在轨道Ⅱ上从A运动到B的时间为

【答案】ABC

【解析】

【详解】A．由于圆形轨道Ⅰ的半径大于椭圆轨道Ⅱ半长轴，根据开普勒第三定律可知

故A正确；

BC．由于航天飞机在近地点做离心运动，且离地面高度忽略不计，因此航天飞机在轨道Ⅱ椭圆轨道近地点B的速度大于近地圆形轨道的环绕速度，而近地圆形轨道的环绕速度为第一宇宙速度。圆形轨道Ⅰ的半径大于近地圆形轨道的半径，根据万有引力提供向心力可知，半径越小，速度越大，因此航天飞机在圆形轨道Ⅰ的速度小于在近地圆形轨道的速度，即航天飞机在轨道Ⅰ的速度小于第一宇宙速度，因此该航天飞机在轨道Ⅱ上经过B点的速度大于轨道Ⅰ上经过A点的速度，另外由于航天飞机在轨道Ⅱ上依然绕地球飞行，因此速度小于第二宇宙速度，故BC正确；

D．由题意可知，圆形轨道Ⅰ的半径，椭圆轨道半长轴为

根据开普勒第三定律可得

又由万有引力提供向心力及地球表面万有引力约等于重力可得

联合解得

所以该航天飞机在轨道Ⅱ上从A运动到B的时间为

故D错误。

故选ABC。

11. 作为一种新型的多功能航天飞行器，航天飞机集火箭、卫星和飞机的技术特点于一身。假设一航天飞机在完成某维修任务后，在A点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ，如图所示，已知A点距地面的高度为（R为地球半径），B点为轨道Ⅱ上的近地点（离地面高度忽略不计），地表重力加速度为g，地球质量为M。又知若物体在与星球无穷远处时其引力势能为零，则当物体与星球球心距离为r时，其引力势能（式中m为物体的质量，M为星球的质量，G为引力常量），不计空气阻力。则下列说法中正确的有（　　）

A. 航天飞机在轨道Ⅱ上经过A点的加速度为

B. 航天飞机在轨道Ⅱ上的机械能小于在轨道Ⅰ上的机械能

C. 在轨道Ⅱ上从A运动到B的过程中，航天飞机增加的动能等于减少的引力势能

D. 若有两颗卫星分别在轨道Ⅰ、轨道Ⅱ上运动，则二者在A点相遇后，在轨道Ⅰ运动的卫星转两周后与在轨道Ⅱ运动的卫星再次相遇

【答案】BC

【解析】

【详解】A．由地球表面

解得

航天飞机在轨道Ⅱ上经过A点的加速度为

故A错误；

B．从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ，需要减速，航天飞机在轨道Ⅱ上的机械能小于在轨道Ⅰ上的机械能，故B正确；

C．在轨道Ⅱ上从A运动到B的过程中，航天飞机机械能守恒，增加的动能等于减少的引力势能，故C正确；

D．由开普勒第三定律可知

解得

可知在轨道Ⅰ运动的卫星转两周后与在轨道Ⅱ运动的卫星再一次相遇的时间为两周期的最小公倍数的时间，故D错误。

故选BC。

12. 如图甲所示，可视为质点的物体A、B通过轻绳连接在光滑轻质定滑轮两侧，并在外力的作用下保持静止两物块距离地面高度相同且细绳处于绷紧状态。T=0时刻撤去外力后，0-t1时间内物体A的动能Ek、重力势能Ep，（取地面为重力势能的零势能面）随时间t的变化关系如图乙所示。已知物体B的质量mB=3kg且始终没有与定滑轮相碰，忽略空气阻力，重力加速度g取10m/s2，则（　　）

A. 物体A的质量为5kg

B. 0-t1时间内，物体B的机械能增加了21J

C. 当物体A的重力势能与动能相等时，物体A距地面的高度约为0.57m

D. 物体B离地的最大高度为2.8m

【答案】BC

【解析】

【详解】AB．因AB组成的系统的机械能守恒，由图可知0-t1时间内A的机械能减小

则B的机械能增加了

设此过程中A下降h，则B升高h，则

联立解得

选项B正确，A错误；

C．开始时AB距离地面的高度为

则当物体A的重力势能与动能相等时设A下降的高度为h2，则由机械能守恒定律

其中

解得

此时物体A距地面高度

选项C正确；

D．当A物体落地时，由机械能守恒定律

解得

则B还能上升的高度

物体B离地的最大高度为

hB=2m+2m+0.8m=4.8m

选项D错误。

故选BC。

二、实验题（13题6分，14题6分，共12分）

13. 如图所示，是某同学在做“研究平抛物体运动”实验时的实验装置，在实验中用了一块平木板附上复写纸和白纸，竖直立于正对槽口前某处，使小球从斜槽上由静止滑下，小球撞在木板上留下痕迹A，将木板向后移距离x，再使小球从斜槽上同样高度由静止滑下，小球撞在木板上留下痕迹B，将木板再向后移距离x，小球再从斜槽上同样高度由静止滑下，再得到痕迹C，A、B间距离，A、C间距离。当地重力加速度为g。

（1）写出测量小球初速度公式__________________（用题中所给字母）。

（2）若测得木板后移距离，测得，，小球初速度值为____________。保留2位有效数字。（g取）

【答案】    ①.     ②. 1.6

【解析】

【详解】（1）[1]根据平抛物体水平方向匀速运动可知，A到B和B到C的时间相同，设为T，因此根据匀变速直线运动规律有

所以有

水平方向为匀速直线运动，因此有

（2）[2]代入数据解得

14. 用如图所示实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒，m2从高处由静止开始下落，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。下图给出的是实验中获取的一条纸带：O是打下的第一个点，每相邻两个计数点间还有4个点（图中未标出，交流电的频率为50Hz），计数点间的距离如图所示。已知m1=50g，m2=150g，则：（g取9.8m/s2，结果均保留两位有效数字）

（1）在打点0~5过程中系统动能的增加量ΔEK=________J，系统势能的减少量ΔEP=__________J；

（2）若某同学作出 -h图象如图所示，则当地的实际重力加速度 g=_________m/s2.

【答案】    ①. 0.58    ②. 0.59    ③. 9.7

【解析】

【详解】(1)[1]根据在匀变速直线运动中时间中点的瞬时速度大小等于该过程中的平均速度，可知打5点时的速度为

物体的初速度为零，所以动能的增加量为

[2]重力势能的减小量等于物体重力做功，故

(2)[3]根据机械能守恒可知

即有

图象中图象的斜率表示重力加速度的一半，由图可知，斜率

k==4.85

故当地的实际重力加速度为

三、解答题（共4题，共40分）

15. 某地有一风力发电机，它的叶片转动时可形成半径为的圆面。某时间内该地区的风速恒定为，风向恰好跟叶片转动的圆面垂直，已知空气的密度为，假设这个风力发电机能将此圆面内10%的空气动能转化为电能。求：

（1）单位时间内冲击风力发电机叶片圆面的气流的动能；

（2）此风力发电机的发电功率。

【答案】（1）；（2）

【解析】

【详解】（1）由题意可知，单位时间内冲击风力发电机叶片圆面的气流长度为v0，则单位时间内冲击风力发电机叶片圆面的气流的质量为

所以单位时间内冲击风力发电机叶片圆面的气流的动能为

（2）由题意，根据功率的定义可知此风力发电机的发电功率为

16. 由于地球自转的影响，地球表面的重力加速度会随纬度的变化而有所不同：若地球表面两极处的重力加速度大小为 ，在赤道处的重力加速度大小为 g，地球自转的周期为 T，引力常量为 G，地球可视为质量均匀分布的球体。求：

（1）地球半径 R；

（2）地球的平均密度；

（3）若地球自转速度加快，当赤道上的物体恰好能“飘”起来时，求地球自转周期 T'

【答案】（1）    ；（2）；（3）

【解析】

【详解】（1）在两极

在赤道处

 可得

（2）在地球表面两极

由密度公式

解得

（3）赤道上物体恰好能飘起来，物体受到的万有引力恰好提供向心力， 由牛顿第二定律可得

解得

17. 如图所示，是水平放置的半径足够大的圆盘，绕过其圆心的竖直轴匀速转动，规定经过圆心点且水平向右为轴正方向。在点正上方距盘面高为处有一个可间断滴水的容器，从时刻开始，容器沿水平轨道向轴正方向做初速度为零的匀加速直线运动。已知时刻滴下第一滴水，以后每当前一滴水刚好落到盘面时再滴下一滴水。（取）

(1)每一滴水离开容器后经过多长时间滴落到盘面上？

(2)要使每一滴水在盘面上的落点都位于同一直线上，圆盘的角速度ω应为多大？

(3)当圆盘的角速度为时，第二滴水与第三滴水在盘面上落点间的距离为，求容器的加速度。

【答案】(1)；(2)，其中，，，…；(3)

【解析】

【分析】

【详解】(1)离开容器后，每一滴水在竖直方向上做自由落体运动，则每一滴水滴落到盘面上所用时间

(2)要使每一滴水在盘面上的落点都位于同一直线上，则圆盘在内转过的弧度为，为不为零的正整数。由

得

其中，，，…

(3)第二滴水离点距离为

第三滴水离点的距离为

又

即第二滴水和第三滴水分别滴落在圆盘上轴方向及垂直轴方向上，所以

即

解得

18. 如图甲所示，轻质弹簧原长为0.2m，将弹簧竖直放置在地面上，在其顶端将质量的物体由静止释放，当弹簧压缩至最短时，弹簧长度为0.1m。现将该轻质弹簧水平放置，一端固定在点，另一端在A点与一质量为的物块接触但不连接，是长度为1m的水平光滑轨道，端与半径为的光滑竖直半圆轨道相切，如图乙所示。现用力缓慢推物块，将弹簧长度压缩至0.1m，然后由静止释放。重力加速度g=10m/s2。求：

（1）弹簧的劲度系数和弹簧压缩至0.1m时的弹性势能；

（2）物块经过点时对轨道的压力；

（3）若在段铺设某种材料，物块与这种材料之间的动摩擦因数为，使物块在上不脱离轨道，求的取值范围。

【答案】（1）160N/m，0.8J；（2）11N，竖直向上；（3）0.7≤μ≤0.8或0≤μ≤0.55

【解析】

【分析】

【详解】（1）由题意，物体M由静止释放到将弹簧压缩至最短的过程中，根据机械能守恒定律有

①

根据胡克定律作出弹簧弹力F与形变量x的关系图像，由图可知，图线与横轴所围的面积表示弹力所做功的绝对值，即

②

解得

   ③

（2）设物块m释放后所获得的速度大小为v0，根据机械能守恒定律有

   ④

设物块m到达D点时的速度大小为v1，根据动能定理有

⑤

设物块m在D点时所受轨道的压力大小为F，根据牛顿第二定律有

   ⑥

联立④⑤⑥并代入数据解得

F=11N   ⑦

根据牛顿第三定律可知物块经过点时对轨道的压力大小为

F′=F=11N   ⑧

方向竖直向上。

（3）第一种情况：物块m只在BC段圆弧运动且未脱离轨道。当物块m恰好可以运动到B点时，动摩擦因数μ有最大值μ1，对物块m从释放到运动到B点的过程，根据动能定理有

⑨

解得

   ⑩

当物块m恰好可以运动到C点（圆弧中点）时，动摩擦因数μ有最小值μ2，对物块m从释放到运动到C点的过程，根据动能定理有

⑪

解得

   ⑫

所以第一种情况下μ的取值范围是

0.7≤μ≤0.8   ⑬

第二种情况：物块m可以通过D点。当物块m恰好可以运动到D点时，动摩擦因数μ有最大值μ3。设物块m恰好运动到D点时的速度大小为v2，对物块m从释放到运动到D点的过程，根据动能定理有

⑭

在D点根据牛顿第二定律有

   ⑮

联立⑭⑮并代入数据解得

   ⑯

所以第二种情况下μ的取值范围是

0≤μ≤0.55   ⑰

综上所述可知，μ的取值范围是

0.7≤μ≤0.8或0≤μ≤0.55   ⑱