2022_2023学年天津市红桥区高一（下）期末物理试卷（含详细答案解析）

这是一份2022_2023学年天津市红桥区高一（下）期末物理试卷（含详细答案解析），共11页。试卷主要包含了单选题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。

1.某一物体受到几个共点力的作用而处于平衡状态，当撤去某个恒力时，物体有可能( )
A. 开始做匀速圆周运动B. 处于平衡状态
C. 开始做匀加速直线运动D. 开始做变加速曲线运动
2.如图所示，匀速转动的水平圆盘上在离转轴某一距离处放一滑块，该滑块恰能跟随圆盘做匀速圆周运动而不产生相对滑动，则在改变下列何种条件的情况下，滑块仍能与圆盘保持相对静止( )
A. 增大圆盘转动的角速度
B. 增大滑块到转轴的距离
C. 增大滑块的质量m
D. 前三个条件都不能使滑块与圆盘保持相对静止
3.2021年2月10日，我国首次火星探测任务“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。若“天问一号”环绕火星做匀速圆周运动的轨道半径为r，引力常量为G，火星的质量为M，则“天问一号”环绕火星运动的线速度大小为
A. GMr2B. GMr2C. GMrD. GMr
4.关于重力势能，下列说法正确的是( )
A. 重力势能的变化与物体实际经过的路径有关
B. 重力势能的变化只跟重力做功有关，和其他力做功多少无关
C. 重力势能是矢量，在地球表面以上为正，在地球表面以下为负
D. 在地面上的物体，它的重力势能一定等于零
5.质量为0.5kg的足球以1m/s速度水平撞击墙壁，又以−1m/s速度弹回。若以足球的初速度方向为正方向，则在碰撞过程中足球的速度变化量以及动能的变化量为( )
A. 0，0.5JB. −2m/s，0
C. 2m/s，0D. −2m/s，0.5J
6.排球运动是大家非常喜爱的一种球类运动。如图所示，在运动中，运动员会将排球击打过网。不计空气阻力，取重力加速度g=10m/s2。如果排球沿斜上方被击出，从被击出到落地的过程中，排球的机械能( )
A. 逐渐减小B. 逐渐增大C. 保持不变D. 先减小后增大
7.水平恒力F两次作用在同一物体上，使物体沿力的方向发生相同位移，第一次是在光滑水平面上，第二次是在粗糙水平面上，两次力F做的功和功率的大小关系是( )
A. W1=W2；P1>P2B. W1>W2；P1=P2
C. W1=W2；P18.如图甲为一女士站立在台阶式自动扶梯上正在匀速上楼，如图乙为一男士站立在履带式自动人行道上正在匀速上楼，下列关于两人受到的力做功判断正确的是( )
A. 甲图中支持力对人不做功B. 乙图中支持力对人做正功
C. 甲图中摩擦力对人做负功D. 乙图中摩擦力对人做正功
9.汽车在平直公路上由静止开始做匀加速直线运动，当汽车速度达到vm时关闭发动机，汽车继续运动一段时间后停止，其速度图像如图所示，若汽车加速行驶时其牵引力做功为W1，汽车在整个运动过程中克服阻力做功W2，则W1与W2的比值为( )
A. 4:1
B. 3:1
C. 2:1
D. 1:1
10.如图所示，2021年11月神舟十三号宇航员从“天宫号”出舱完成相关的太空作业。已知“天宫号”空间站绕地球的运行可视为匀速圆周运动，运行轨道半径为r1，周期约为1.5h；地球同步卫星轨道半径为r2，下列说法正确的是( )
A. r1=r2B. r1>r2C. r111.一物体被水平抛出后，重力做功50J，同时克服阻力做功20J，则下列说法正确的是( )
A. 物体重力势能增加了50JB. 物体动能增加了30J
C. 物体重力势能减少了20JD. 物体动能减少了20J
12.如图所示，轻质弹簧竖直放置，下端与水平地面相连，让小球从距离弹簧上端一定高度自由下落，直至弹簧被压缩到最短的整个下落过程中(弹簧始终在弹性限度内且不计空气阻力的影响)，下列说法正确的是( )
A. 小球的机械能守恒B. 小球的加速度先不变后减小
C. 小球的动能一直增大D. 小球、弹簧、地球组成的系统机械能守恒
二、实验题：本大题共1小题，共10分。
13.某同学利用如图甲所示的装置做“验证机械能守恒定律”实验。
(1)除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是______；
A.交流电源 B.刻度尺 C.秒表 D.天平(含砝码)
(2)图乙是该同学在某次实验中得到的一条纸带，O是重物开始下落时打出的点，A、B、C是按照打点先后顺序选取的三个计数点，通过测量得到O、A间距离为h1，O、B间距离为h2，O、C间距离为h3。已知计数点A、B间和B、C间的时间间隔均为T，重物质量为m，从重物开始下落到打点计时器打B点的过程中，重物动能的增加量为______；
(3)该同学在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点O的距离为h，计算对应计数点的重物速度为v，得到如图丙所示的v2−h图像，由图像可求出当地的重力加速度g=_____m/s2。
三、计算题：本大题共3小题，共42分。
14.如图所示，质量为m=2kg的木块在倾角θ=37∘的足够长的固定斜面上由静止开始下滑，木块与斜面间的动摩擦因数为μ=0.5，已知：sin37∘=0.6，cs37∘=0.8，g取10m/s2，求：
(1)前2s内重力做的功；
(2)前2s内重力的平均功率；
(3)2s末重力的瞬时功率。
15.2021年10月16日，我国成功发射了神舟十三号载入飞船，与空间站组合体完成自主快速交会对接，3名航天员翟志刚、王亚平、叶光富成功送入了天和核心舱，他们将在轨驻留6个月，任务主要目标为验证中国空间站建造相关技术，为我国空间站后续建造及运营任务奠定基础。已知神舟十三号与空间站组合体完成对接后在轨道上运行，可视为匀速圆周运动，它们飞行n圈所用的时间为t。已知它们的总质量为m，它们距地面的高度为h，地球半径为R，引力常量为G。求：
(1)神舟十三号与空间站组合体对接后，地球对它们的万有引力F；
(2)地球的质量M；
(3)地球表面的重力加速度g。
16.如图所示，游乐场的过山车可以底朝上在圆轨道上运行，游客却不会掉下来。我们把这种情形抽象为如图所示的模型：弧形轨道的下端与半径为R的竖直圆轨道相接，B、C分别为圆轨道的最低点和最高点。质量为m的小球(可视为质点)从弧形轨道上的A点由静止开始滑下，已知A点与圆轨道B点的高度差为h，重力加速度为g。空气阻力和轨道的摩擦忽略不计。
(1)小球运动到B点时速度v的大小；
(2)小球运动到B点时，轨道对小球的支持力F的大小。
(3)某同学认为，要使小球从弧形轨道上的A点由静止滑下后可以通过圆轨道的最高点C，h和圆轨道半径R之间满足h≥2R就可以。你认为这种说法是否正确，请说明理由。
答案和解析
1.【答案】C
【解析】物体受到几个共点力的作用而处于平衡状态，如果是运动，则是匀速直线运动；当撤去某个恒力时，剩余其余力的合力与这个力等大反向。
A.由于合力的方向不会改变，而匀速圆周运动的合外力方向时刻在改变，故A错误；
B.当撤去某个恒力时，物体的合力与这个力等大反向，则物体不可能处于平衡状态，故B错误；
C.若撤去的恒力与速度方向相反，则合力的方向与初速度方向相同，物体做匀加速直线运动，故C正确；
D.物体撤去恒力后，合力恒定，加速度不变，所以不可能做变加速曲线运动，故D错误。
故选C。
2.【答案】C
【解析】A.滑块刚要发生相对滑动时，最大静摩擦力提供向心力，此时有μmg=mω2r
角速度 ω 增大，所需要的向心力 Fn=mω2r 增大， mω2r 将大于最大静摩擦力 μmg 而发生相对滑动，故A错误；
B.增大滑块到转轴的距离，即r增大，需要的向心力 Fn=mω2r 增大，将大于最大静摩擦力 μmg 而发生相对滑动，故B错误；
CD.滑块在转盘上发生相对滑动的临界状态时有μmg=mω2r
由此可知此式与质量m无关，所以增大滑块的质量时仍保持相对静止，故C正确， D错误。
故选C。
3.【答案】D
【解析】解：“天问一号”环绕火星做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力可得
GMmr2=mv2r
整理可得“天问一号”环绕火星运动的线速度大小v= GMr
故ABC错误，D正确。
故选：D。
根据万有引力提供向心力，结合题意求出“天问一号”环绕火星运动的线速度大小。
本题考查了万有引力定律的应用，在利用万有引力提供向心力解决问题时，要熟记几种常用的向心力的表达式。
4.【答案】B
【解析】A.重力势能的变化跟高度变化有关，与实际路径无关，A错误；
B. 重力势能的变化与重力做功之间的关系为WG=−ΔEp，他们的这个关系与其他力做功无关，B正确；
CD.重力势能是标量，在参考平面以上是正，在参考平面以下是负，而参考平面的选取是任意的，故CD错误。
故选B。
5.【答案】B
【解析】碰撞过程中足球的速度变化量Δv=v2−v1=−1m/s−1m/s=−2m/s
动能的变化量ΔEk=12mv22−12mv12=0
ACD错误，B正确。
故选B。
6.【答案】C
【解析】排球被击出到落地的过程中，只受重力，只有重力做功，机械能守恒。
故选C。
7.【答案】A
【解析】【分析】
本题就是对功的公式和功率公式的直接考查，在计算功率时要注意，求平均功率的大小，要注意公式的选择。
根据功的公式，可以知道拉力F对物体做功的情况，由物体的运动规律求出物体的运动的时间，再由功率的公式可以分析F的功率的大小。
【解答】
由W=Fs知，恒力F对两种情况下做功一样多，即W1=W2。
在粗糙水平面上由于受到阻力的作用，由牛顿第二定律：F合=ma可知，在粗糙水平面上加速度小，由s=12at2知，通过相同的位移，在粗糙水平面上用的时间长，由P=Wt知，力F在粗糙水平面上做功的平均功率小，即Pl>P2，故A正确，BCD错误。
故选A。
8.【答案】D
【解析】A.甲图中支持力竖直向上，与速度夹角小于90∘，则支持力对人做正功，选项A错误；
B.乙图中支持力与速度方向垂直，则支持力对人不做功，选项B错误；
C.甲图中人不受摩擦力，则摩擦力对人不做功，选项C错误；
D.乙图中人受摩擦力沿斜面向上，则摩擦力对人做正功，选项D正确。
故选D。
9.【答案】D
【解析】对全过程应用动能定理，由初速度与末速度大小皆为零，则知合外力做功为零，即W1−W2=0，W1与W2的比值为1:1。
故选D。
10.【答案】C
【解析】设“天宫号”空间站的环绕周期为 T1 ，地球同步卫星的环绕周期为 T2 ，根据开普勒第三定律可得r 13T 12=r 23T 22
解得r2r1=3(T2T1)2=3(241.5)2=434。
故选C。
11.【答案】B
【解析】AC.重力做功50J，可知重力势能减少50J，AC错误；
BD.重力做功50J，同时克服阻力做功20J，可知合外力做功为30J，根据动能定理可得物体动能增加了30J，B正确，D错误。
故选B。
12.【答案】D
【解析】AD.在整个过程中，有重力做功，所以有重力势能的变化；有弹簧做功，所以有弹性势能的变化。除此之外，没有其他力做功，所以小球、弹簧、地球组成的系统机械能守恒，小球机械能不守恒，故A错误，D正确；
B.未接触弹簧时，小球加速度不变，小球在接触弹簧之后，加速度是先减小后反向增大，B错误；
C.下落的过程中，小球先加速后减速，动能先增大后减小，C错误。
故选D。
13.【答案】(1)AB(2)m(h3−h1)28T2 (3)9.70
【解析】(1)打点计时器使用交流电源，实验中需要测量点迹间的距离，从而得出瞬时速度和下降的高度，所以需要刻度尺；实验中验证动能的增加量和重力势能的减小量是否相等，质量可以约去，不需要测量质量，则不需要天平，打点计时器可以知道时间，不需要秒表，故选AB。
(2)B点为AC两点的中间时刻，速度为AC之间的平均速度，为vB=h3−h12T
重物动能的增加量为ΔEk=12mvB2=m(h3−h1)28T2
(3)根据mgh=12mv2，可知v2−h图像斜率为2g，
代入数据可得g=v22h=9.70m/s2。
14.【答案】(1)木块所受的合外力F合=mgsin⁡θ−μmgcs⁡θ=mg(sin⁡θ−μcs⁡θ)=2×10×(0.6−0.5×0.8)N=4N
木块的加速度a=F合m=42m/s2=2m/s2
前 2s 内木块x=12at2=12×2×22m=4m
所以，重力在前 2s 内做的功为W=mgxsinθ=2×10×4×0.6J=48J；
(2)重力在前 2s 内的平均功率为P=Wt=482W=24W；
(3)木块在 2s 末的速度v=at=2×2m/s=4m/s
2s 末重力的瞬时功率P=mgvsinθ=2×10×4×0.6W=48W。

【解析】本题考查牛顿第二定律以及匀变速直线运动的应用，同时要知道平均功率和瞬时功率的区别。
15.【答案】(1)根据题意可知，神舟十三号与空间站组合体绕地球做圆周运动的周期为T=tn
轨道半径为r=R+h
设神舟十三号与空间站组合体的质量为 m ，地球的质量为 M ，由万有引力提供向心力有F=GMmr2=m4π2T2r
即地球对它们的万有引力F=m4π2n2t2R+h；
(2)由万有引力提供向心力有GMmr2=m4π2T2r
解得地球的质量为M=4n2π2R+h3Gt2；
(3)根据题意，地球表面的物体由万有引力等于重力有GMm0R2=m0g
可得g=GMR2=4n2π2R+h3t2R2。

【解析】本题考查了万有引力定律及其应用，解决本题的关键掌握万有引力提供向心力和万有引力等于重力两个理论，并能灵活运用。
16.【答案】(1)从A点到B点，由机械能守恒定律可知mgh=12mvB2
得到vB= 2gh
(2)对B点，由牛顿第二定律结合向心力公式可得F−mg=mvB2R
得到F=mg+mvB2R=mg+2mghR=mg(1+2hR)
(3)从A点到C点，由机械能守恒定律可知mgh=12mvC2+mg⋅2R
如果小球能通过圆轨道的最高点C，则有mvC2R≥mg
即vC≥ gR
联立解得h≥2.5R
故某同学认为，要使小球从弧形轨道上的A点由静止滑下后可以通过圆轨道的最高点C，h和圆轨道半径R之间满足h≥2R就可以了，这种说法是不正确的，应该要满足h≥2.5R才可以通过圆轨道。

【解析】小球到最高点的临界速度 v= gR ，只有到最高点的速度大于这一临界速度，才能通过圆轨道最高点。