2021-2022学年福建省福州外国语学校高三上学期期中考试物理试题含解析

  2021-2022年福州外国语学校高三上期中考试试卷物理试卷

一、选择题（本题共12小题，每小题4分。在每小题给出的四个选项中，第1—9题只有一项符合题目要求，第10-12题有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得3分，有选错的得0分）

1. 物理学科核心素养主要包括“物理观念”等四个方面，下列“物理观念”正确的是

A. 静摩擦力对受力物体可以做正功，滑动摩擦力对受力物体一定做负功

B. 驾驶员可以通过操作方向盘使汽车在光滑的水平面上转弯

C. 研究自由落体运动是物理学理想化模型法

D. 在某一过程中，只要物体的位移为0，任何力对物体所做的功就为0

【答案】C

【解析】

【详解】A．静摩擦力和滑动摩擦力均可以与运动方向相同、相反，故两种摩擦力均可以做正功、做负功，故A错误；

B．在绝对光滑的水平面上，由于没有摩擦力来提供需要的向心力，故汽车不能转弯，故B错误；

C．伽利略对自由落体运动的研究是通过对斜面上运动物体的研究经过合理的外推得到自由落体运动的规律，所以研究自由落体运动是物理学的理想化模型法，故C正确；

D．位移为零只能说明物体的初末位置相同，但物体可能存在路程，则在运动过程中阻力是可以做功的，故D错误。

故选C。

2. 所示，汽车用跨过定滑轮的轻绳提升物块A。汽车匀速向右运动，在物块A到达滑轮之前，关于物块A，下列说法正确的是（　　）

A. 将竖直向上做匀速运动 B. 将处于超重状态

C. 将处于失重状态 D. 将竖直向上先加速后减速

【答案】B

【解析】

【详解】对汽车的速度v沿绳子的方向和垂直于绳子的方向进行正交分解，如图所示：

根据三角形关系有

v2=vcosθ

物块A上升的速度大小等于v2，可知汽车匀速向右运动，θ角变小，所以v2增大，物块向上做加速运动，加速度向上，物块处于超重状态，故ACD错误，B正确；

故选B。

3. 如图所示，倾角30°的斜面连接水平面，在水平面上安装半径为R的半圆竖直挡板，质量m的小球从斜面上高为处静止释放，到达水平面恰能贴着挡板内侧运动．不计小球体积，不计摩擦和机械能损失．则小球沿挡板运动时对挡板的力是（ ）

A. 0.5mg B. mg C. 1.5mg D. 2mg

【答案】B

【解析】

【分析】

【详解】在斜面运动的过程中根据动能定理得：

根据向心力公式有：

N=m

解得

N=mg

根据牛顿第三定律可知，小球沿挡板运动时对挡板的力mg；

故选B。

4. 长期以来“卡戎星（Charon）”被认为是冥王星唯一的卫星，它的公转轨道半径r1=19600km，公转周期T1=6.39天。2006年3月，天文学家新发现两颗冥王星的小卫星，其中一颗的公转轨道半径r2=48000km，则它的公转周期T2最接近于（　　）

A. 15天 B. 25天 C. 35天 D. 45天

【答案】B

【解析】

【详解】根据开普勒第三定律可知

代入数据可得

最接近于25天。

故选B。

5. 如图所示，a、b两小球分别从半圆轨道MNO顶端和斜面顶端O点以大小相等的初速度v0同时水平拋出，已知半圆轨道的半径与斜面竖直高度相等，斜面底边长是其竖直高度的2倍，若小球a能落到半圆轨道上，小球b能落到斜面上，则（　　）

A. b球一定先落在斜面上

B. a球一定先落在半圆轨道上

C. a、b两球可能同时落在半圆轨道和斜面上

D. b小球落到斜面最底端时，a球恰好落在半圆轨道上最低点

【答案】C

【解析】

【详解】ABC．将半圆轨道和斜面轨道重叠一起

可知若小球初速度合适，两小球可同时落在距离出发点高度相同的交点A处，改变初速度，可以先落在半圆轨道，也可以先落在斜面上，故AB错误，C正确；

D．若b小球落到斜面最低端时，由图所画轨迹可判断a小球已经打在MN段的P点了，故a小球不可能落在半圆轨道最低点，故D错误。

故选C。

6. 如图所示，轻质弹簧一端固定，另一端与套在光滑竖直杆上的圆环相连，圆环位于A处时，弹簧水平且处于原长。将圆环从A处由静止释放，经过B处时速度最大，到达C处时速度为零。已知弹簧始终在弹性限度内，则圆环在从A下滑到C的过程中，以下判断正确的是（　　）

A. 圆环的加速度一直减小

B. 圆环所受杆的弹力一直变大

C. 圆环与弹簧组成系统的机械能不守恒

D. 圆环减小的重力势能等于弹簧增加的弹性势能

【答案】BD

【解析】

【详解】A．圆环从A处由静止开始下滑，经过B处的速度最大，到达C处的速度为零，在A处加速度等于g，经过B处加速度为零，所以圆环先做加速运动，再做减速运动，所以加速度先减小，后增大，故A错误；

B．弹簧的伸长量逐渐增大，弹簧弹力逐渐增大，圆环所受杆的弹力等于弹簧弹力在水平方向的分量，即

根据几何关系可得

所以

圆环向下运动的过程中，l不变，h不断增大，所以FN不断增大，故B正确；

C．对于圆环与弹簧组成系统，只有重力和弹力做功，系统机械能守恒，故C错误；

D．圆环在从A下滑到C的过程中，圆环动能的变化量为零，根据系统的机械能守恒，圆环减小的重力势能等于弹簧增加的弹性势能，故D正确。

故选BD。

7. 长为L的细线一端系一质量为m的小球，另一端固定在O点，现让小球在竖直平面内绕O点做圆周运动，A、B分别为小球运动过程中的最高点与最低点位置，如图所示。某时刻小球运动到A位置时，细线对小球的作用力，此后当小球运动到最低点B位置时，细线对小球的作用力，则小球从A运动到B的过程中（已知g为重力加速度，小球从A至B的过程所受空气阻力大小恒定），下列说法中正确的是（　　）

A. 从A运动到B的过程中，小球所受的合外力方向总是指向圆心

B. 小球在最高点A位置时速度

C. 从A运动到B的过程中，小球机械能减少

D. 从A运动到B的过程中， 小球克服空气阻力做功为

【答案】BD

【解析】

【详解】A．小球从A运动到B的过程中，小球做变速圆周运动，除最高点和最低点外，合外力方向不指向圆心，A错误；

B．小球在最高点的位置，由牛顿第二定律：

FA+mg=

解得

vA=

B正确；

CD．小球在最低点B位置时

FB-mg=

解得

vB=

小球从A运动到B过程中，设小球克服空气阻力做功为Wf，由动能定理得

2mgL- Wf=

解得

Wf=mgL

所以此过程中，小球克服空气阻力做功为mgL，小球的机械能减小mgL，C错误；D正确。

故选BD。

8. 如图所示，河道宽L=200m，越到河中央河水的流速越大，且流速大小满足u=0.2x（x是离河岸的距离，0≤x≤）。一小船在静水中的速度v=10m/s，自A处出发，船头垂直河岸方向渡河到达对岸B处。设船的运动方向与水流方向夹角为θ，下列说法正确的是（　　）

A. 小船渡河时间大于20s B. A、B两点间距离为m

C. 到达河中央前小船加速度大小为0.2m/s2 D. 在河中央时θ最小，且tanθ=0.5

【答案】BD

【解析】

【详解】A．选当船头垂直河岸方向渡河时，渡河的时间有最小值为

t=s=20s

选项A错误；

B．因为水的流速大小满足u=0.2x（x是离河岸的距离，0≤x≤），易得水流速的平均速度等于处的水流速，则有

u=02×=10m/s

所以沿河岸方向上的位移为

x=ut=200m

所以A、B两点间距离为

s=

选项B正确；

C．船在静水中速度是不变的，而水流速度满足u=0.2x（x是离河岸的距离，0≤x≤），因x=vt，其中v=10m/s，那么

u=2t

因此到达河中央前小船加速度大小为2m/s2。

选项C错误；

D．当到达中央时，水流速度为

u=0.2x=0.2×100m/s=20m/s

此时u最大，θ最小，由三角形知识，得

选项D正确。

故选BD。

二、非选择题

9. 如图所示，长12m的木板右端有一立柱，其质量为10kg，木板置于水平地面上，板与地面的动摩擦因数μ为0.2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。质量为50kg的人立于木板左端，木板与人均静止，当人以2m/s2的对地加速度匀加速向右奔跑至板的右端时，立刻抱住立柱。重力加速度g取10m/s2，则人在奔跑过程中，人受到的木板的摩擦力大小为___________N，木板受到地面摩擦力的大小为___________N。

【答案】    ① 100    ②. 100

【解析】

【分析】

【详解】[1]对人受力分析，摩擦力提供加速度，由牛顿第二定律有

[2]木板受到地面摩擦力最大静摩擦力为

则木板静止不动，由平衡条件可得，木板受到地面摩擦力的大小为。

10. “天问”是中国探测行星任务的名称，该名称来源于屈原的长诗《天问》。2021年3月26日，担任首次行星探测任务的天问一号探测器，拍摄了如图所示的火星北、南半球的侧身影像。已知火星的质量是地球的，火星的半径是地球的，拍摄时“天问一号”环绕火星运行的圆形轨道离火星表面的高度是火星半径的n倍，则火星的第一宇宙速度是地球第一宇宙速度的______倍；天问一号运动的向心加速度是火星表面重力加速度的______倍。

【答案】    ①.     ②.

【解析】

【分析】

【详解】[1]地球第一宇宙速度

火星的第一宇宙速度

可知

[2]天问一号绕火星运动的轨迹半径

设天问一号质量为m，向心加速度大小为a，根据万有引力提供向心力可得

设火星表面重力加速度为g，在火星表面有

联立可得

11. 测量动摩擦因数的实验方法比较多，小华利用了如图甲所示的实验装置对物块与水平台面之间的动摩擦因数进行了测量小华首先将一斜面固定在有一定高度的水平台面，将物体从斜面体的顶端由静止释放，物体在水平台面上滑过一段距离x离开台面，经过一段时间落在水平面上，测量出落地点距离台面边缘的水平间距并记录为s，然后改变斜面体底端到台面边缘的距离x，重复上面的操作，得到多组x、s数据，最后作出s2-x图象如图乙所示回答下列问题：

（1）每次物块均从斜面体的顶端由静止释放，其目的是___________   

（2）为了完成物块与水平台面间动摩擦因数的测量，除了实验步骤中记录的数据外，本实验还应测量的物理量有___________

A．斜面体的最高点距离台面的高度h                B．物块的质量m

C．台面到水平面的高度H                         D．重力加速度g

（3）如果图乙中图线的斜率绝对值为k，则物块与台面之间的动摩擦因数的关系式 μ=___________ 。（以上的物理量符号表示）

【答案】    ①. 使物块到达斜面体底端时的速度相等    ②. C    ③.

【解析】

【详解】（1）[1] 每次物块均从斜面体的顶端由静止释放，是为了保证物块到达斜面体底端的速度相等，使物块在台面上运动的初速度相同；

（3）[3] 设物块到达斜面底端的速度为，从水平台面抛出的速度为，根据动能定理可知

根据平抛运动规律可知

联立以上各式得

图乙中图线的斜率绝对值为k，即

解得

（2）[2]由[3] 可知还需要测量台面到水平面的高度H。

故选C

12. 如图甲所示，一位同学利用光电计时器等器材做“验证机械能守恒定律”的实验。有一直径为d、质量为m的金属小球从A处由静止释放，下落过程中能通过A处正下方、固定于B处的光电门，测得A、B间的距离为H（H≫d），光电计时器记录下小球通过光电门的时间为t，当地的重力加速度为g。则：

(1)小球经过光电门B时的速度表达式为v=_______。

(2)多次改变高度H，重复上述实验，作出随H的变化图象如图乙所示，当图中已知量t0、H0和重力加速度g及小球的直径d满足表达式_______时，可判断小球下落过程中机械能守恒。

(3)实验中发现动能增加量ΔEk总是稍小于重力势能减少量ΔEP，增加下落高度后，则ΔEp-ΔEk将_______（选填“增加”、“减小”、“不变”）。

【答案】    ①.     ②. 2gH0=d2    ③. 增加

【解析】

【详解】(1)[1]小球通过光电门的时间很短，可以用t时间内的平均速度表示通过光电门的瞬时速度，即通过光电门的速度大小为

(2)[2]从A到B小球机械能守恒，有

代入

得

(3)[3]动能的增加量小于重力势能的减少量，是由于小球克服空气阻力做功，距离越大，克服空气阻力做功越多，所以，高度增加，则ΔEp-ΔEk差值增大。

三、计算题（共40分，）

13. 跑酷是以日常生活的环境为运动场所的极限运动。质量m=50kg的跑酷运动员，在水平高台上水平向右跑到高台边缘，以的速度从边缘的A点水平向右跳出，运动时间=0.6s后落在一倾角为53°的斜面B点，速度方向与斜面垂直。此时运动员迅速转身并调整姿势，以的速度从B点水平向左蹬出，刚好落到斜面的底端C点。假设该运动员可视为质点，不计空气阻力，g取10m/s2，sin53°=0.8，cos53°=0.6。求：

（1）运动员从高台边缘跳出的水平速度大小；

（2）从B点落到C点的过程中运动员重力做的功W。

【答案】（1）v0 =8m/s；（2）

【解析】

【分析】

【详解】（1）假设运动员刚落在B点时竖直方向的速度为vy，运动员从A点落到B点，有：

vy=g t1      

v0 =vy tan53° 

得

v0 =8m/s                

（2）运动员从B点落到C点，做平抛运动。在此过程中，有：

水平位移

竖直位移

又

得

14. 某汽车研发机构在汽车的车轮上安装了小型发电动，将减速时的部分动能转化并储存在蓄电池中，以达到节能的目的． 某次测试中，汽车以额定功率行驶700m后关闭发动机，测出了汽车动能Ek与位移 x的关系图象如图，其中①是关闭储能装置时的关系图线，②是开启储能装置时的关系图线． 已知汽车的质量为1000kg，设汽车运动过程中所受地面阻力恒定，空气阻力不计，求：

（1）汽车的额定功率P；

（2）汽车加速运动500m所用的时间t；

（3）汽车开启储能装置后向蓄电池提供的电能E．

【答案】（1） （2）16.25s （3）

【解析】

【分析】

【详解】（1）对①有

当时，匀速运动

代入数据联立解得

（2）在 这一段过程中

代入数据解得

（3）由图线①②可知

代入数据解得

考点：动能定理的应用

【点睛】关闭储能装置时，根据动能定理求解汽车所受地面的阻力．在5-7m过程中汽车做匀速直线运动，牵引力等于阻力，求解汽车的额定功率．根据动能定理求解加速运动的时间，其中牵引力的功为Pt．由能量关系分析汽车开启储能装置后向蓄电池提供的电能．

15. 如图所示，倾角的光滑且足够长的斜面固定在水平面上，在斜面顶端固定一个半径和质量均不计的光滑定滑轮，质量均为的物体A和B用一劲度系数的轻弹簧连接，物体B被位于斜面底端且垂直于斜面的挡板P挡住。用一不可伸长的轻绳使物体A跨过定滑轮与质量为的小环C连接，小环C穿过竖直固定的光滑均匀细杆，当整个系统静止时，环C位于处，绳与细杆的夹角，且物体B对挡板P的压力恰好为零。图中水平且长度为，位置与位置关于位置对称，轻弹簧和定滑轮右侧的绳均与斜面平行。现让环从位置由静止释放，，，取。求

(1)小环C的质量；

(2)小环C通过位置时的动能及环从位置运动到位置的过程中轻绳对环做的功；

(3)小环C运动到位置的速率。

【答案】(1)；(2)，；(3)

【解析】

【分析】

【详解】(1)先以AB组成的整体为研究对象，AB系统受到重力、支持力和绳子的拉力处于平衡状态，则绳子的拉力为

以C为研究对象，则C受到重力、绳子的拉力和杆的弹力处于平衡状态，如图

则

代入数据得

(2)由题意，开始时B恰好对挡板没有压力，所以B受到重力、支持力和弹簧的拉力，弹簧处于伸长状态；产生B沿斜面方向的受力

弹簧的伸长量

由题图中的几何关系可知

所以C由点运动到点的过程中，弹簧将缩短

可知弹簧将由开始时的伸长状态变成压缩状态，压缩量

由于弹簧的压缩量等于弹簧开始时的伸长量，所以当C运动到点时，弹簧的弹性势能与开始时的弹性势能是相等的。而A下降的距离等于弹簧缩短的距离，即，在C从点运动到点的过程中，C受到的重力、A受到的重力对A与C组成的系统做功。当C到达点时，C沿绳子方向的分速度是，所以A的速度是，A与C减小的重力势能转化为C的动能，由机械能守恒定律得

代入数据求得环C的动能

环下降的过程中重力和绳子的拉力对环做功，由动能定理得

代入数据得

(3)结合第二步的分析可知，当环到达点时，由于，所以，物体A恰好又回到了开始时的位置，弹簧的长度又回到了最初的长度，所以环从到的过程中，只有环的重力势能减小，其他的物体的势能保持不变，对环在点的速度进行分解如图，则

由图可知，物体A上升的速度即沿绳子方向的速度，是环C的一个分速度，它们之间的关系

所以

由功能关系

代入数据解得