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2023-2024学年陕西省咸阳市永寿县中学高三上学期第三次考试 物理试题（含解析）
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这是一份2023-2024学年陕西省咸阳市永寿县中学高三上学期第三次考试 物理试题（含解析），共12页。试卷主要包含了本卷主要考查内容，图甲为土星探测器拍摄的照片等内容，欢迎下载使用。
全卷满分100分，考试时间90分钟。
注意事项：
1．答题前，先将自己的姓名、准考证号填写在试卷和答题卡上，并将条形码粘贴在答题卡上的指定位置。
2．请按题号顺序在答题卡上各题目的答题区域内作答，写在试卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。
3．选择题用2B铅笔在答题卡上把所选答案的标号涂黑；非选择题用黑色签字笔在答题卡上作答；字体工整，笔迹清楚。
4．考试结束后，请将试卷和答题卡一并上交。
5．本卷主要考查内容：相互作用、牛顿运动定律，必修第二册。
一、选择题：本题共12小题，每小题4分，共48分．在每小题给出的四个选项中，第1～8题只有一个选项正确，第9～12题有多个选项正确，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分．
1．圆柱形弹簧的劲度系数k与弹簧处于原长时的长度L、横截面积S有关，理论与实践都表明，其中Y是一个由材料决定的常数，材料学上称之为杨氏模量．在国际单位制中，杨氏模量Y的单位可表示为（ ）
A．B．C．ND．N/m
2．2023年7月15日，2023渭河健身长廊山地自行车比赛在咸阳淳化拉开帷幕．如图所示，甲、乙两图分别是某参赛自行车在相互垂直的x方向和y方向运动的v-t图像．在0～2s内，下列判断正确的是（ ）
甲乙
A．自行车的加速度大小为，做匀变速直线运动
B．自行车的加速度大小为，做匀变速曲线运动
C．自行车的加速度大小为，做匀变速直线运动
D．自行车的加速度大小为，做匀变速曲线运动
3．如图所示，一半圆形光滑圆环固定在竖直平面内，O为圆心，P为圆环最高点．中间有孔、质量为m的小球穿在圆环上，轻弹簧一端固定在P点，另一端与小球相连，小球在M点保持静止，OM与OP夹角为．已知重力加速度为g，则（ ）
A．弹簧可能处于原长B．弹簧可能处于压缩状态
C．圆环对小球的弹力大小为mgD．弹簧对小球的弹力大小为0.6mg
4．2023年10月24日，我国在西昌卫星发射中心使用长征二号丁运载火箭，成功将遥感三十九号卫星送入预定轨道．已知该卫星发射后在圆轨道做圆周运动，稳定后再变轨为如图所示的椭圆轨道，两轨道相切于P点．P、Q分别为椭圆轨道的近地点和远地点，忽略空气阻力和卫星质量的变化，则（ ）
A．遥感三十九号卫星在椭圆轨道上运动的周期小于在圆轨道上运动的周期
B．遥感三十九号卫星在椭圆轨道上运动时，在P点的线速度小于在Q点的线速度
C．遥感三十九号卫星在P点由圆轨道变为椭圆轨道时需要在P处点火加速
D．遥感三十九号卫星在椭圆轨道从P点运动到Q点的过程中，卫星的机械能增大
5．某实验小组用数字传感器探究橡皮筋的弹性规律，实验过程中先缓慢拉长橡皮筋，然后逐渐恢复至原长，记录实验数据后，以橡皮筋的形变量为横坐标，橡皮筋的弹力F为纵坐标建立直角坐标系，如图所示，对应O→A→B→C→O的过程．下列判断正确的是（ ）
A．由图像可知，橡皮筋的弹性规律满足胡克定律
B．产生相等弹力时，橡皮筋的形变量相等
C．A→B过程中，橡皮筋的劲度系数增大
D．在整个过程中，外力对橡皮筋做正功
6．图甲为某游乐园飓风飞椅，图乙为其结构示意图，两个圆锥摆的摆线与竖直方向的夹角分别为53°、37°，轨迹圆的半径相等，其中摆球A、B均视为质点，、，下列说法正确的是（ ）
甲乙
A．A、B的向心加速度大小之比为B．A、B所受的合力大小之比为
C．A、B的线速度大小之比为D．A、B的周期之比为
7．图甲为土星探测器拍摄的照片（图乙为其示意图），土卫三十五号位于土星内环和外环之间的缝隙里，由于其对所经过区域的引力作用，原本平滑的土星环边沿泛起“涟漪”．已知两土星环由大量碎块组成且绕土星运行方向相同，土卫三十五号轨道与两土星环始终位于同一平面，根据图乙中的信息，下列说法正确的是（ ）
甲乙
A．内环绕行角速度有可能小于外环
B．内环绕行周期有可能大于外环
C．土卫三十五号运行方向与两环绕行方向相同且顺时针运行
D．土卫三十五号运行方向与两环绕行方向相反且逆时针运行
8．质量为M的粗糙长木板ae放在光滑水平面上，b、c、d是ae的四等分点．质量为m的物块（可视为质点）以一定的初速度从a点水平滑上木板左端，经过一段时间物块停在木板上．上图是物块刚滑上木板时的物块与木板的位置状态，下图是物块刚与木板达到共同速度时的位置．关于木板与物块的质量关系，可能正确的是（ ）
A．B．C．D．
9．某无人驾驶汽车某次在试驾中的启动过程中以恒定加速度启动，达到发动机额定功率后继续加速一段时间，直到达到稳定速度，汽车所受阻力恒定．P为发动机功率，F为牵引力，v为汽车速度，下列图像中能正确描述该过程的是（ ）
ABCD
10．在进行滑雪赛道创新设计中，一位同学设计如图所示的模型，并用小球替代滑雪运动员进行研究．该模型滑道由弧形轨道ED、水平轨道DA、半径为的圆弧轨道AB（）、足够长的倾斜直轨道BC组成，所有轨道均光滑且平滑连接，并固定在竖直平面内．当小球从D的左侧弧形轨道上P点（图中未画出）静止释放后，不计空气阻力，则下列表述符合实际情况的是（ ）
A．在P点到A点的运动过程中，小球的机械能守恒
B．当PD间高度为0.3m时，小球会一直贴着滑道运动
C．当PD间高度为0.4m时，小球会从A处飞出
D．当PD间高度大于0.5m时，小球落到BC上的速度方向总是相同
11．风能是一种取之不尽用之不竭的清洁能源，如图所示为利用风能发电的风力发电机，它的叶片转动时可形成半径为的圆面．某段时间内该区域的风速大小为，风恰好与叶片转动的圆面垂直，已知空气的密度为，此风力发电机的发电效率为20%，下列说法正确的是（ ）
A．单位时间内冲击风力发电机叶片圆面的气流体积为
B．单位时间内冲击风力发电机叶片圆面的气流的动能为
C．此风力发电机发电的功率为
D．若仅叶片半径增大为原来的2倍，发电的功率将增大为原来的4倍
12．把一根匀质铁链水平拉直，沿AB方向一部分放在顺时针匀速转动的水平传送带上，一部分放在光滑水平桌面上，桌面和传送带在A点平滑相接（忽略衔接处空隙），由于传送带摩擦力的作用，铁链向右做直线运动，传送带长度大于铁链长度．x为铁链在A点右侧的长度，f为传送带对铁链的摩擦力，a为铁链的加速度，F为A点右侧铁链对A点左侧铁链的拉力，为铁链的动能，则在铁链加速进入传送带的过程中，下列图像可能正确的是（ ）
ABCD
二、非选择题：本题共5小题，共52分．
13．（6分）某物理兴趣小组要验证机械能守恒定律，实验设计方案如图所示，用轻质细线拴接一小球（可视为质点），在悬点O的正下方B点放置一电热丝，当悬线摆至电热丝处时立即被烧断，小球从B点做平抛运动落到水平面MN上的C点，点是O、B点在水平面上的射影，在OB的左侧安装一个量角器，可以测量释放小球时悬线与竖直方向的夹角，B、点间的高度差为h，摆线在运动的过程中与量角器之间没有摩擦，重力加速度为g，回答下列问题：
（1）为完成实验，还需测量的物理量有________（填字母）．
A．悬线的长度LB．小球的质量mC．、C两点间的距离x
（2）若小球在从A到B的过程中机械能守恒，则应满足的表达式为________________（用已知物理量和所选物理量的字母表示）．
14．（9分）某同学在实验室取两个完全相同的木盒，来测量木盒与木板之间的动摩擦因数．由于实验室中的天平损坏，无法称量质量，他采用“对调法”完成测量，如图甲所示，一端装有定滑轮的长木板固定在水平桌面上，木盒1放置在长木板上，左端与穿过打点计时器的纸带相连，右端用细线跨过定滑轮与木盒2相接．
甲
（1）实验前，________（填“需要”或“不需要”）调整定滑轮的角度使细线与木板平行，________（填“需要”或“不需要”）将长木板左侧垫高来平衡摩擦力．
（2）实验时，木盒1不放细沙，在木盒2中装入适量的细沙，接通电源，释放纸带，打点计时器打出一条纸带，加速度记为，随后将木盒1与木盒2（含细沙）位置互换，换一条纸带再次实验，打出第二条纸带，加速度记为，两纸带编号为第一组，改变木盒2中细沙的多少，重复上述过程，得到多组纸带．如图乙为某组实验中获得的两条纸带中的一条，其中相邻两计数点间还有4个计时点未标出，已知交流电源的频率为50Hz，则该纸带运动的加速度________（保留3位有效数字），
乙丙
（3）将实验测得的加速度绘制在丙图中，得到关系图像，已知当地重力加速度为，由图像可得木盒与木板间的动摩擦因数为________（保留2位有效数字）．
（4）由于纸带的影响，实验测得的动摩擦因数将________（填“偏大”或“偏小”）．
（5）实验过程中，有时“对调法”两次实验不能全部完成，导致实验数据无效，下列能解决此问题的实验方案是________（填字母）．
A．逐步减少木盒2的细沙开展后续实验
B．逐步增多木盒2的细沙开展后续实验
C．开始时直接将细沙放入木盒1中开展实验
D．用密度更大的铁砂代替细沙开展实验
15．（10分）美国航天局的“机智”号直升机在火星表面尝试动力飞行，并且在起飞后成功着陆，这是人类首次用飞行器探测其他天体表面．当“机智”号悬停在空中时，直升机旋翼提供的动力为F，已知“机智”号的质量为m，火星的半径为R，万有引力常量为G，忽略火星自转的影响．求：
（1）火星表面的重力加速度以及火星的质量；
（2）火星的第一宇宙速度．
16．（12分）如图所示，在同一竖直平面内固定两个内壁光滑的圆弧轨道AB与圆管轨道CDEP，两轨道在B、C两点交错对接，、分别是两个轨道的圆心，、是水平半径，是竖直直径，圆管轨道CDEP的半径为r，．现让质量为m的小球（可视为质点）从A点由静止释放，沿着圆弧轨道AB运动到B点后紧接着无碰撞从C点进入轨道CDEP，并沿着轨道运动到P点，小球离开P点后刚好到达B点（C点），重力加速度为g，求：
（1）小球到达P点的速度大小以及轨道AB的半径；
（2）小球第一次到达C点时，轨道CEDP对其压力的大小．
17．（15分）如图所示为工业生产中用于定速传输工件的装置模型，两根半径均为的相同圆柱水平平行放置，一质量的“T”形钢件对称地架在两圆柱上，钢件处于静止状态，与圆柱间的动摩擦因数，两圆柱绕各自的轴线以相同的角速度反方向转动．对钢件施加一个过其重心且平行于圆柱轴线、大小为的拉力．g取．求：
（1）刚施加外力F时，左侧圆柱对钢件的摩擦力及钢件的加速度大小a；
（2）当时，钢件可以获得的最大速度；
（3）为满足不同速度的“定速传输”，可改变角速度的大小，试写出随变化的关系式；
（4）钢件稳定运动时，每秒因摩擦产生的热量Q和由于传送工件电机多输出的功率P（角速度为某一定值）．
参考答案、提示及评分细则
1．A根据，可得，则Y的单位是，故选A．
2．C在0～2s内，自行车在x方向初速度为，加速度为，自行车在y方向初速度为，加速度为，根据平行四边形定则合成可以得到合初速度为，合加速度为，而且二者方向在同一直线上，可知合运动为匀变速直线运动，只有选项C正确．
3．C分析可知，小球受重力、弹簧的弹力、圆环的弹力三个力的作用而静止，由共点力平衡可知，弹簧处于伸长状态，选项A、B错误；
圆环对小球的弹力方向与弹簧弹力的方向夹角为120°，且两者都与竖直方向成60°角，根据对称性可知，小球处于平衡状态时圆环对小球的弹力大小为mg，选项C正确；
同理可知，轻弹簧对小球的弹力大小也为mg，选项D错误．
4．C根据开普勒第三定律，卫星的轨道半长轴越大，周期越大，选项A错误；
由开普勒第二定律得，卫星在近地点的速度大于在远地点的速度，选项B错误；
卫星在P点由圆轨道变为椭圆轨道是离心运动，需要加速，选项C正确；
卫星从P点运动到Q点的过程中，只有万有引力做功，卫星的机械能守恒，选项D错误．
5．D由图像可知，橡皮筋的弹性规律不满足胡克定律，A错误；
由图像可知，产生相等弹力时，橡皮筋的长度在拉长过程中比恢复过程中更短一些，B错误；
根据公式可知，图线的斜率表示劲度系数，由图像可知，A→B过程中，A与O连线的斜率大于B与O连线的斜率，故橡皮筋的劲度系数减小，C错误；
由图像可知，O→A→B→C→O的过程中，外力对橡皮筋做正功，D正确．
6．C对A、B进行受力分析，合力沿水平方向充当向心力，由二力合成的矢量三角形可得，则有、，，A错误；
由于A、B的质量关系未知，则无法计算A、B的合力之比，B错误；
由综合比较可得，C正确；
由综合比较可得，D错误．
7．C根据万有引力公式，解得，因此可知轨道半径越大，角速度越小，周期越大，故A、B错误；
对于内环而言，如果内环和土卫三十五同向运动，则由于内环角速度大于土卫三十五，可知其泛起的涟漪将超前土卫三十五，此时内环顺时针运动；如果内环和土卫三十五反向运动，由于涟漪在左下方，仍可知内环顺时针运动．由于两环运动方向相同，因此外环也顺时针运动，而外环涟漪在右上方，且外环角速度小于土卫三十五，因此可知土卫三十五顺时针运动，故C正确，D错误．
8．A水平面光滑，物块与木板的加速度分别为，，当两者共速时，有，，可得，对M有，设相对位移为，
对m有，整理得，
因为，解得，故A正确，BCD错误．
9．BC汽车是以恒定的加速度启动，不是以恒定的功率启动，A不符合题意；汽车以恒定的加速度启动，则在开始一段时间内，加速度是定值，牵引力是定值，速度—时间图像是一条倾斜直线，当功率达到最大值时，牵引力要减小，加速度要减小，速度—时间图像的斜率越来越小，最后牵引力等于阻力保持不变，B、C符合题意、D不符合题意．
10．AC轨道光滑，小球贴着轨道运动过程中不会与轨道碰撞出现能量损失，整个过程中仅重力做功，因此小球的机械能守恒，故A正确；
若小球恰好不从A点飞出，根据机械能守恒和向心力公式可得，当时，小球到达A点时的速度较小，满足，此时小球不会飞出去，会贴着轨道运动，
当，小球到达A点时的速度较大，满足，重力不足以提供向心力，此时小球会飞出去做平抛运动落在BC上，故B错误、C正确；
当小球从A点飞出后落到斜面上时，由于位移方向不同，故速度方向不同，故D错误．
11．BCD风速可以理解为单位时间内通过叶片转动圆面的空气柱长度，所以单位时间内通过叶片转动圆面的空气体积为，故A错误；
动能，故B正确；
根据能量的转化与守恒可知，风的一部分动能转化为发电机发出的电能，而发电功率为单位时间内参与能量转化的那一部分动能，所以发电机发电功率为，故C正确；
根据P的表达式可知，若仅叶片半径增大为原来的2倍，发电的功率将增大为原来的4倍，故D正确．
12．AC摩擦力，f-x图像为过原点的直线，故A正确；
加速度，a-x图像为过原点的直线，故B错误；
A点右侧铁链对A点左侧铁链的拉力，
F-x图像为抛物线，故C正确；由f-x图像可知，-x图像斜率应一直变大，故D错误．
13．（1）AC（3分，少选得2分，错选不得分）
（2）（3分，其他正确形式也可得分）
解析：（1）本实验还需用刻度尺来测量悬线的长度L及、C两点间的距离x，因为在列方程式的过程中小球的质量被消除，则本实验不需要测量小球的质量；
（2）若小球在运动的过程中机械能守恒，由，可得，
由、综合可得，当成立时小球的机械能守恒，
整理可得．
14．（1）需要（1分）不需要（1分）（2）1.20（2分）
（3）0.54（2分）（4）偏大（1分）
（5）AC（2分，少选得1分，错选不得分）
解析：（1）调整定滑轮的高度，使细线与长木板平行，这样细线的拉力就沿水平方向，不会影响动摩擦因数的测量；
（2）根据逐差法得出加速度；
（3）设木盒1的质量为，木盒2的质量为，对整体分析有，
位置互换后，联立解得，根据图像代入数据得；
（4）由于纸带与打点计时器间有摩擦，所以测量的动摩擦因数偏大；
（5）逐步减少木盒2的细沙开展后续实验或直接将细沙放入木盒1中开展实验，可以确保对调后能完成实验．
15．解：（1）由二力平衡可得（2分）
得（1分）
由万有引力提供重力可得（2分）
综合解得（2分）
（2）由万有引力提供向心力可得（2分）
解得（2分）
16．解：（1）设小球在P点的速度为，小球由P到B点（C点）做平抛运动，
由平拋运动的规律可得（1分）
（1分）综合解得（2分）
由几何关系可得，设轨道AB的半径为R，小球从A点到P点由机械能守恒有
（1分）
解得（1分）
（2）小球从A点到C点有（2分）
把小球在C点时的重力分别沿着和垂直分解，
沿着方向的分力为（1分）
设C点对小球的压力为F，由向心力的定义可得（2分）
综合解得（1分）
17解：（1）刚施加外力F时，钢件相对于左侧圆柱向左运动，则左侧圆柱对钢件的摩擦力方向为水平向右，竖直方向上，根据平衡条件有（1分）
左侧圆柱对钢件的摩擦力大小为（1分）
沿平行于圆柱轴线方向，根据牛顿第二定律有（1分）
解得（1分）
（2）根据题意可知，当钢件所受合力为零时，钢件的速度最大，根据平衡条件有
（1分）
解得（1分）
即此时钢件所受摩擦力的方向与圆柱轴线方向的夹角
圆柱的线速度（1分）
即钢件相对于圆柱在垂直圆柱轴线的方向上的速度
根据几何关系可知，（1分）
钢件可以获得的最大速度（1分）
（3）根据几何关系有（1分）
可得（1分）
（4）由（3）分析可知，钢件稳定时，钢件相对于圆柱的速度为（1分）
每个圆柱对钢件的摩擦力做功的功率为（1分）
则每秒因摩擦产生的热量（1分）
根据题意可知，由于传送工件电机多输出的功率，即圆柱对钢件在垂直圆柱轴线方向上摩擦力的功率，则（1分）
全卷满分100分，考试时间90分钟。
注意事项：
1．答题前，先将自己的姓名、准考证号填写在试卷和答题卡上，并将条形码粘贴在答题卡上的指定位置。
2．请按题号顺序在答题卡上各题目的答题区域内作答，写在试卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。
3．选择题用2B铅笔在答题卡上把所选答案的标号涂黑；非选择题用黑色签字笔在答题卡上作答；字体工整，笔迹清楚。
4．考试结束后，请将试卷和答题卡一并上交。
5．本卷主要考查内容：相互作用、牛顿运动定律，必修第二册。
一、选择题：本题共12小题，每小题4分，共48分．在每小题给出的四个选项中，第1～8题只有一个选项正确，第9～12题有多个选项正确，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分．
1．圆柱形弹簧的劲度系数k与弹簧处于原长时的长度L、横截面积S有关，理论与实践都表明，其中Y是一个由材料决定的常数，材料学上称之为杨氏模量．在国际单位制中，杨氏模量Y的单位可表示为（ ）
A．B．C．ND．N/m
2．2023年7月15日，2023渭河健身长廊山地自行车比赛在咸阳淳化拉开帷幕．如图所示，甲、乙两图分别是某参赛自行车在相互垂直的x方向和y方向运动的v-t图像．在0～2s内，下列判断正确的是（ ）
甲乙
A．自行车的加速度大小为，做匀变速直线运动
B．自行车的加速度大小为，做匀变速曲线运动
C．自行车的加速度大小为，做匀变速直线运动
D．自行车的加速度大小为，做匀变速曲线运动
3．如图所示，一半圆形光滑圆环固定在竖直平面内，O为圆心，P为圆环最高点．中间有孔、质量为m的小球穿在圆环上，轻弹簧一端固定在P点，另一端与小球相连，小球在M点保持静止，OM与OP夹角为．已知重力加速度为g，则（ ）
A．弹簧可能处于原长B．弹簧可能处于压缩状态
C．圆环对小球的弹力大小为mgD．弹簧对小球的弹力大小为0.6mg
4．2023年10月24日，我国在西昌卫星发射中心使用长征二号丁运载火箭，成功将遥感三十九号卫星送入预定轨道．已知该卫星发射后在圆轨道做圆周运动，稳定后再变轨为如图所示的椭圆轨道，两轨道相切于P点．P、Q分别为椭圆轨道的近地点和远地点，忽略空气阻力和卫星质量的变化，则（ ）
A．遥感三十九号卫星在椭圆轨道上运动的周期小于在圆轨道上运动的周期
B．遥感三十九号卫星在椭圆轨道上运动时，在P点的线速度小于在Q点的线速度
C．遥感三十九号卫星在P点由圆轨道变为椭圆轨道时需要在P处点火加速
D．遥感三十九号卫星在椭圆轨道从P点运动到Q点的过程中，卫星的机械能增大
5．某实验小组用数字传感器探究橡皮筋的弹性规律，实验过程中先缓慢拉长橡皮筋，然后逐渐恢复至原长，记录实验数据后，以橡皮筋的形变量为横坐标，橡皮筋的弹力F为纵坐标建立直角坐标系，如图所示，对应O→A→B→C→O的过程．下列判断正确的是（ ）
A．由图像可知，橡皮筋的弹性规律满足胡克定律
B．产生相等弹力时，橡皮筋的形变量相等
C．A→B过程中，橡皮筋的劲度系数增大
D．在整个过程中，外力对橡皮筋做正功
6．图甲为某游乐园飓风飞椅，图乙为其结构示意图，两个圆锥摆的摆线与竖直方向的夹角分别为53°、37°，轨迹圆的半径相等，其中摆球A、B均视为质点，、，下列说法正确的是（ ）
甲乙
A．A、B的向心加速度大小之比为B．A、B所受的合力大小之比为
C．A、B的线速度大小之比为D．A、B的周期之比为
7．图甲为土星探测器拍摄的照片（图乙为其示意图），土卫三十五号位于土星内环和外环之间的缝隙里，由于其对所经过区域的引力作用，原本平滑的土星环边沿泛起“涟漪”．已知两土星环由大量碎块组成且绕土星运行方向相同，土卫三十五号轨道与两土星环始终位于同一平面，根据图乙中的信息，下列说法正确的是（ ）
甲乙
A．内环绕行角速度有可能小于外环
B．内环绕行周期有可能大于外环
C．土卫三十五号运行方向与两环绕行方向相同且顺时针运行
D．土卫三十五号运行方向与两环绕行方向相反且逆时针运行
8．质量为M的粗糙长木板ae放在光滑水平面上，b、c、d是ae的四等分点．质量为m的物块（可视为质点）以一定的初速度从a点水平滑上木板左端，经过一段时间物块停在木板上．上图是物块刚滑上木板时的物块与木板的位置状态，下图是物块刚与木板达到共同速度时的位置．关于木板与物块的质量关系，可能正确的是（ ）
A．B．C．D．
9．某无人驾驶汽车某次在试驾中的启动过程中以恒定加速度启动，达到发动机额定功率后继续加速一段时间，直到达到稳定速度，汽车所受阻力恒定．P为发动机功率，F为牵引力，v为汽车速度，下列图像中能正确描述该过程的是（ ）
ABCD
10．在进行滑雪赛道创新设计中，一位同学设计如图所示的模型，并用小球替代滑雪运动员进行研究．该模型滑道由弧形轨道ED、水平轨道DA、半径为的圆弧轨道AB（）、足够长的倾斜直轨道BC组成，所有轨道均光滑且平滑连接，并固定在竖直平面内．当小球从D的左侧弧形轨道上P点（图中未画出）静止释放后，不计空气阻力，则下列表述符合实际情况的是（ ）
A．在P点到A点的运动过程中，小球的机械能守恒
B．当PD间高度为0.3m时，小球会一直贴着滑道运动
C．当PD间高度为0.4m时，小球会从A处飞出
D．当PD间高度大于0.5m时，小球落到BC上的速度方向总是相同
11．风能是一种取之不尽用之不竭的清洁能源，如图所示为利用风能发电的风力发电机，它的叶片转动时可形成半径为的圆面．某段时间内该区域的风速大小为，风恰好与叶片转动的圆面垂直，已知空气的密度为，此风力发电机的发电效率为20%，下列说法正确的是（ ）
A．单位时间内冲击风力发电机叶片圆面的气流体积为
B．单位时间内冲击风力发电机叶片圆面的气流的动能为
C．此风力发电机发电的功率为
D．若仅叶片半径增大为原来的2倍，发电的功率将增大为原来的4倍
12．把一根匀质铁链水平拉直，沿AB方向一部分放在顺时针匀速转动的水平传送带上，一部分放在光滑水平桌面上，桌面和传送带在A点平滑相接（忽略衔接处空隙），由于传送带摩擦力的作用，铁链向右做直线运动，传送带长度大于铁链长度．x为铁链在A点右侧的长度，f为传送带对铁链的摩擦力，a为铁链的加速度，F为A点右侧铁链对A点左侧铁链的拉力，为铁链的动能，则在铁链加速进入传送带的过程中，下列图像可能正确的是（ ）
ABCD
二、非选择题：本题共5小题，共52分．
13．（6分）某物理兴趣小组要验证机械能守恒定律，实验设计方案如图所示，用轻质细线拴接一小球（可视为质点），在悬点O的正下方B点放置一电热丝，当悬线摆至电热丝处时立即被烧断，小球从B点做平抛运动落到水平面MN上的C点，点是O、B点在水平面上的射影，在OB的左侧安装一个量角器，可以测量释放小球时悬线与竖直方向的夹角，B、点间的高度差为h，摆线在运动的过程中与量角器之间没有摩擦，重力加速度为g，回答下列问题：
（1）为完成实验，还需测量的物理量有________（填字母）．
A．悬线的长度LB．小球的质量mC．、C两点间的距离x
（2）若小球在从A到B的过程中机械能守恒，则应满足的表达式为________________（用已知物理量和所选物理量的字母表示）．
14．（9分）某同学在实验室取两个完全相同的木盒，来测量木盒与木板之间的动摩擦因数．由于实验室中的天平损坏，无法称量质量，他采用“对调法”完成测量，如图甲所示，一端装有定滑轮的长木板固定在水平桌面上，木盒1放置在长木板上，左端与穿过打点计时器的纸带相连，右端用细线跨过定滑轮与木盒2相接．
甲
（1）实验前，________（填“需要”或“不需要”）调整定滑轮的角度使细线与木板平行，________（填“需要”或“不需要”）将长木板左侧垫高来平衡摩擦力．
（2）实验时，木盒1不放细沙，在木盒2中装入适量的细沙，接通电源，释放纸带，打点计时器打出一条纸带，加速度记为，随后将木盒1与木盒2（含细沙）位置互换，换一条纸带再次实验，打出第二条纸带，加速度记为，两纸带编号为第一组，改变木盒2中细沙的多少，重复上述过程，得到多组纸带．如图乙为某组实验中获得的两条纸带中的一条，其中相邻两计数点间还有4个计时点未标出，已知交流电源的频率为50Hz，则该纸带运动的加速度________（保留3位有效数字），
乙丙
（3）将实验测得的加速度绘制在丙图中，得到关系图像，已知当地重力加速度为，由图像可得木盒与木板间的动摩擦因数为________（保留2位有效数字）．
（4）由于纸带的影响，实验测得的动摩擦因数将________（填“偏大”或“偏小”）．
（5）实验过程中，有时“对调法”两次实验不能全部完成，导致实验数据无效，下列能解决此问题的实验方案是________（填字母）．
A．逐步减少木盒2的细沙开展后续实验
B．逐步增多木盒2的细沙开展后续实验
C．开始时直接将细沙放入木盒1中开展实验
D．用密度更大的铁砂代替细沙开展实验
15．（10分）美国航天局的“机智”号直升机在火星表面尝试动力飞行，并且在起飞后成功着陆，这是人类首次用飞行器探测其他天体表面．当“机智”号悬停在空中时，直升机旋翼提供的动力为F，已知“机智”号的质量为m，火星的半径为R，万有引力常量为G，忽略火星自转的影响．求：
（1）火星表面的重力加速度以及火星的质量；
（2）火星的第一宇宙速度．
16．（12分）如图所示，在同一竖直平面内固定两个内壁光滑的圆弧轨道AB与圆管轨道CDEP，两轨道在B、C两点交错对接，、分别是两个轨道的圆心，、是水平半径，是竖直直径，圆管轨道CDEP的半径为r，．现让质量为m的小球（可视为质点）从A点由静止释放，沿着圆弧轨道AB运动到B点后紧接着无碰撞从C点进入轨道CDEP，并沿着轨道运动到P点，小球离开P点后刚好到达B点（C点），重力加速度为g，求：
（1）小球到达P点的速度大小以及轨道AB的半径；
（2）小球第一次到达C点时，轨道CEDP对其压力的大小．
17．（15分）如图所示为工业生产中用于定速传输工件的装置模型，两根半径均为的相同圆柱水平平行放置，一质量的“T”形钢件对称地架在两圆柱上，钢件处于静止状态，与圆柱间的动摩擦因数，两圆柱绕各自的轴线以相同的角速度反方向转动．对钢件施加一个过其重心且平行于圆柱轴线、大小为的拉力．g取．求：
（1）刚施加外力F时，左侧圆柱对钢件的摩擦力及钢件的加速度大小a；
（2）当时，钢件可以获得的最大速度；
（3）为满足不同速度的“定速传输”，可改变角速度的大小，试写出随变化的关系式；
（4）钢件稳定运动时，每秒因摩擦产生的热量Q和由于传送工件电机多输出的功率P（角速度为某一定值）．
参考答案、提示及评分细则
1．A根据，可得，则Y的单位是，故选A．
2．C在0～2s内，自行车在x方向初速度为，加速度为，自行车在y方向初速度为，加速度为，根据平行四边形定则合成可以得到合初速度为，合加速度为，而且二者方向在同一直线上，可知合运动为匀变速直线运动，只有选项C正确．
3．C分析可知，小球受重力、弹簧的弹力、圆环的弹力三个力的作用而静止，由共点力平衡可知，弹簧处于伸长状态，选项A、B错误；
圆环对小球的弹力方向与弹簧弹力的方向夹角为120°，且两者都与竖直方向成60°角，根据对称性可知，小球处于平衡状态时圆环对小球的弹力大小为mg，选项C正确；
同理可知，轻弹簧对小球的弹力大小也为mg，选项D错误．
4．C根据开普勒第三定律，卫星的轨道半长轴越大，周期越大，选项A错误；
由开普勒第二定律得，卫星在近地点的速度大于在远地点的速度，选项B错误；
卫星在P点由圆轨道变为椭圆轨道是离心运动，需要加速，选项C正确；
卫星从P点运动到Q点的过程中，只有万有引力做功，卫星的机械能守恒，选项D错误．
5．D由图像可知，橡皮筋的弹性规律不满足胡克定律，A错误；
由图像可知，产生相等弹力时，橡皮筋的长度在拉长过程中比恢复过程中更短一些，B错误；
根据公式可知，图线的斜率表示劲度系数，由图像可知，A→B过程中，A与O连线的斜率大于B与O连线的斜率，故橡皮筋的劲度系数减小，C错误；
由图像可知，O→A→B→C→O的过程中，外力对橡皮筋做正功，D正确．
6．C对A、B进行受力分析，合力沿水平方向充当向心力，由二力合成的矢量三角形可得，则有、，，A错误；
由于A、B的质量关系未知，则无法计算A、B的合力之比，B错误；
由综合比较可得，C正确；
由综合比较可得，D错误．
7．C根据万有引力公式，解得，因此可知轨道半径越大，角速度越小，周期越大，故A、B错误；
对于内环而言，如果内环和土卫三十五同向运动，则由于内环角速度大于土卫三十五，可知其泛起的涟漪将超前土卫三十五，此时内环顺时针运动；如果内环和土卫三十五反向运动，由于涟漪在左下方，仍可知内环顺时针运动．由于两环运动方向相同，因此外环也顺时针运动，而外环涟漪在右上方，且外环角速度小于土卫三十五，因此可知土卫三十五顺时针运动，故C正确，D错误．
8．A水平面光滑，物块与木板的加速度分别为，，当两者共速时，有，，可得，对M有，设相对位移为，
对m有，整理得，
因为，解得，故A正确，BCD错误．
9．BC汽车是以恒定的加速度启动，不是以恒定的功率启动，A不符合题意；汽车以恒定的加速度启动，则在开始一段时间内，加速度是定值，牵引力是定值，速度—时间图像是一条倾斜直线，当功率达到最大值时，牵引力要减小，加速度要减小，速度—时间图像的斜率越来越小，最后牵引力等于阻力保持不变，B、C符合题意、D不符合题意．
10．AC轨道光滑，小球贴着轨道运动过程中不会与轨道碰撞出现能量损失，整个过程中仅重力做功，因此小球的机械能守恒，故A正确；
若小球恰好不从A点飞出，根据机械能守恒和向心力公式可得，当时，小球到达A点时的速度较小，满足，此时小球不会飞出去，会贴着轨道运动，
当，小球到达A点时的速度较大，满足，重力不足以提供向心力，此时小球会飞出去做平抛运动落在BC上，故B错误、C正确；
当小球从A点飞出后落到斜面上时，由于位移方向不同，故速度方向不同，故D错误．
11．BCD风速可以理解为单位时间内通过叶片转动圆面的空气柱长度，所以单位时间内通过叶片转动圆面的空气体积为，故A错误；
动能，故B正确；
根据能量的转化与守恒可知，风的一部分动能转化为发电机发出的电能，而发电功率为单位时间内参与能量转化的那一部分动能，所以发电机发电功率为，故C正确；
根据P的表达式可知，若仅叶片半径增大为原来的2倍，发电的功率将增大为原来的4倍，故D正确．
12．AC摩擦力，f-x图像为过原点的直线，故A正确；
加速度，a-x图像为过原点的直线，故B错误；
A点右侧铁链对A点左侧铁链的拉力，
F-x图像为抛物线，故C正确；由f-x图像可知，-x图像斜率应一直变大，故D错误．
13．（1）AC（3分，少选得2分，错选不得分）
（2）（3分，其他正确形式也可得分）
解析：（1）本实验还需用刻度尺来测量悬线的长度L及、C两点间的距离x，因为在列方程式的过程中小球的质量被消除，则本实验不需要测量小球的质量；
（2）若小球在运动的过程中机械能守恒，由，可得，
由、综合可得，当成立时小球的机械能守恒，
整理可得．
14．（1）需要（1分）不需要（1分）（2）1.20（2分）
（3）0.54（2分）（4）偏大（1分）
（5）AC（2分，少选得1分，错选不得分）
解析：（1）调整定滑轮的高度，使细线与长木板平行，这样细线的拉力就沿水平方向，不会影响动摩擦因数的测量；
（2）根据逐差法得出加速度；
（3）设木盒1的质量为，木盒2的质量为，对整体分析有，
位置互换后，联立解得，根据图像代入数据得；
（4）由于纸带与打点计时器间有摩擦，所以测量的动摩擦因数偏大；
（5）逐步减少木盒2的细沙开展后续实验或直接将细沙放入木盒1中开展实验，可以确保对调后能完成实验．
15．解：（1）由二力平衡可得（2分）
得（1分）
由万有引力提供重力可得（2分）
综合解得（2分）
（2）由万有引力提供向心力可得（2分）
解得（2分）
16．解：（1）设小球在P点的速度为，小球由P到B点（C点）做平抛运动，
由平拋运动的规律可得（1分）
（1分）综合解得（2分）
由几何关系可得，设轨道AB的半径为R，小球从A点到P点由机械能守恒有
（1分）
解得（1分）
（2）小球从A点到C点有（2分）
把小球在C点时的重力分别沿着和垂直分解，
沿着方向的分力为（1分）
设C点对小球的压力为F，由向心力的定义可得（2分）
综合解得（1分）
17解：（1）刚施加外力F时，钢件相对于左侧圆柱向左运动，则左侧圆柱对钢件的摩擦力方向为水平向右，竖直方向上，根据平衡条件有（1分）
左侧圆柱对钢件的摩擦力大小为（1分）
沿平行于圆柱轴线方向，根据牛顿第二定律有（1分）
解得（1分）
（2）根据题意可知，当钢件所受合力为零时，钢件的速度最大，根据平衡条件有
（1分）
解得（1分）
即此时钢件所受摩擦力的方向与圆柱轴线方向的夹角
圆柱的线速度（1分）
即钢件相对于圆柱在垂直圆柱轴线的方向上的速度
根据几何关系可知，（1分）
钢件可以获得的最大速度（1分）
（3）根据几何关系有（1分）
可得（1分）
（4）由（3）分析可知，钢件稳定时，钢件相对于圆柱的速度为（1分）
每个圆柱对钢件的摩擦力做功的功率为（1分）
则每秒因摩擦产生的热量（1分）
根据题意可知，由于传送工件电机多输出的功率，即圆柱对钢件在垂直圆柱轴线方向上摩擦力的功率，则（1分）
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