[物理][期末]吉林省吉林市2023-2024学年高一下学期期末考试试题(解析版)

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说明：1．答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号填写在答题卡上，贴好条形码。
2．答选择题时，选出每小题答案后，用2b铅笔把答题卡对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。答非选择题时，用0.5毫米的黑色签字笔将答案写在答题卡上。字体工整，笔迹清楚。
3．请按题号顺序在答题卡相应区域作答，超出区域所写答案无效；在试卷上、草纸上答题无效。
4．考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。
一、选择题（1-7题为单选题，每小题4分，错选或不选得0分；8-10题为多选题，每小题6分，全选对得6分，选对但不全得3分，错选或不选得0分，共46分）
1. 北京时间2024年3月24日，地球出现了地磁暴。受地磁暴的影响，某卫星绕地飞行的轨道高度略有降低，卫星轨道变化前后均可视为做匀速圆周运动。卫星的轨道高度降低后，下列物理量有所减小的是（ ）
A. 线速度大小B. 角速度大小C. 向心力大小D. 周期
【答案】D
【解析】根据题意，由万有引力提供向心力有
解得
，，，
可知，卫星的轨道高度降低后，向心力变大，线速度变大，角速度变大，周期变小。
故选D。
2. 如图，场地自行车赛道设计成与水平面保持一定倾角，三位运动员骑自行车在赛道转弯处做匀速圆周运动，则下列说法正确的是（ ）
A. 三位运动员可能受重力、支持力、向心力的作用
B. 三位运动员各自的加速度恒定
C. 若此时三位运动员角速度相等，则他们的向心加速度大小关系满足
D. 若此时三位运动员线速度大小相等，则他们的角速度大小关系满足
【答案】C
【解析】A．三位运动员受重力、支持力，还可能受摩擦力作用，向心力是效果力，不是物体受的力，选项A错误；
B．三位运动员各自的加速度大小相等，但是方向不断变化，则加速度不是恒定的，选项B错误；
C．若此时三位运动员角速度相等，则根据
因
可知，他们的向心加速度大小关系满足
选项C正确；
D．若此时三位运动员线速度大小相等，则
因
可知，根据他们的角速度大小关系满足
选项D错误。
3. 手机上一般会有两个麦克风，顶部的麦克风为降噪麦克风。降噪麦克风产生与外界噪音相位相反的声波，与噪音叠加从而实现降噪效果。理想情况下的降噪过程如图所示，下列说法正确的是（ ）
A. 降噪过程应用的是声波的干涉原理，P点振动减弱
B. 降噪声波的频率与环境噪声的频率不相同
C. 降噪声波与环境噪声声波的波长大小不相等
D. 再经过四分之一周期P点振动加强
【答案】A
【解析】ABC．由题图可知，降噪声波与环境声波波长相等，在同一种介质中传播速度相等，则频率相同，叠加时产生干涉，由于两列声波振幅相同、相位相反，所以振动减弱，起到降噪作用，P点振动减弱，故A正确，BC错误；
D．再经过四分之一周期P点仍为减弱点，故D错误。
故选A。
4. 北京时间2023年5月10日，搭载天舟六号货运飞船的长征七号遥七运载火箭，在我国海南文昌航天发射场点火发射；用时近7小时顺利实现与中国空间站天和核心舱的交会对接，下列说法中正确的是（ ）
A. 火箭发射升空过程中，发动机喷出燃气推动空气，空气推动火箭上升
B. 火箭喷出燃气速度一定，喷出物质与火箭本身质量之比越大，火箭获得速度越大
C. 对接后的组合体仍做匀速圆周运动，则其运行速度大于
D. 要实现对接，天舟六号货运飞船应在天和核心舱相同轨道处加速
【答案】B
【解析】A．火箭发射升空的过程中，火箭给喷出的燃气作用力，燃气给火箭反作用力，推动火箭上升，故A错误；
B．设喷出燃气质量为m，为燃气速度，火箭本身质量为M，v2为火箭速度，规定向下为正方向，根据动量守恒有
则有
火箭喷出燃气速度不变，喷出物质与火箭本身质量之比越大，火箭获得速度越大，故B正确；
C．是围绕地球做圆周运动的最大速度，则对接后的组合体仍做匀速圆周运动，则其运行速度小于，故C错误；
D．要实现对接，天舟六号货运飞船应在比天和核心舱低的轨道加速做离心运动，故D错误。
故选B。
5. 一个有固定转动轴的竖直圆盘如图甲所示，圆盘转动时，固定在圆盘上的小圆柱带动一个T形支架在竖直方向振动，T形支架的下面系着一个由弹簧和小球组成的振动系统，小球做受迫振动，圆盘静止时，让小球做简谐运动，其振动图像如图乙所示（以竖直向上为正方向），下列说法正确的是（ ）
A. 到小球所受的回复力增加，且方向向上
B. 到小球运动方向向上，且动能增大
C. 若圆盘以匀速转动，小球振动达到稳定时其振动的周期为2s
D. 若圆盘正以匀速转动，欲使小球振幅增加则可使圆盘转速适当增大
【答案】C
【解析】A．以竖直向上为正方向，到小球从最低点向平衡位置振动，偏离平衡位置位移方向为负，大小正在减小，由
可知所受的回复力减小，方向为x轴正向，故A错误；
B．根据简谐运动特征，到小球从平衡位置向最高点振动，平衡位置处小球速度最大，而最大位移处速度为0，故B错误；
C．若圆盘以匀速转动，其周期为
小球振动达到稳定时其振动的周期等于驱动的周期为，故C正确；
D．由图乙可知，小球振动的固有周期为
若圆盘正以匀速转动时，有
欲使小球振幅增加则要增大驱动力的周期，可使圆盘转速适当减小，故D错误。
故选C。
6. 如图所示，水面上有一透明均质球，其半径为R，上半球露出水面，下半球内竖直中心轴上有点光源，均质球对此光的折射率为1.5，为使从光源照射到上半球面的光，都能发生折射（不考虑光线在球内反射后的折射），则点光源到水面的最大距离为（ ）
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】光在介质中的传播如图所示
根据全反射定律和几何关系可知
解得
故选C。
7. 极限跳伞（sky diving）是世界上最流行的空中极限运动，伞打开前可看做是自由落体运动，打开伞后减速下降，最后匀速下落．如果用h表示人下落的高度，t表示下落的时间，表示人的重力势能，表示人的动能，E表示人的机械能，v表示人下落的速度，在整个过程中，忽略伞打开前空气阻力，如果打开伞后空气阻力与速度平方成正比，则选项图象可能符合事实的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】A．运动员先做自由落体运动，由机械能守恒定律可得
动能与下落的高度成正比，则重力势能是线性变化的，所以A错误；
BD．打开降落伞后做加速度逐渐减小的减速运动，由动能定理有
随速度的减小，阻力减小，由牛顿第二定律可知，人做加速度减小的减速运动，最后当阻力等于重力时，人做匀速直线运动，所以动能的变化减慢，即动能先减小快，后减小慢，最后当阻力等于重力时，动能不再发生变化，所以B正确； D错误；
C．根据功能关系可知
则人的机械能在自由下落过程保持不变，打开伞后机械能是慢慢减小，最后均匀减小，所以C错误；
故选B
8. 彩超成像的基本原理是探头向人体发射一组超声波，遇到人体组织会产生不同程度的反射，探头接收到的超声波信号由计算机处理，从而形成彩超图像。图乙为血管探头沿x轴正方向发射的简谐超声波图像，时刻波恰好传到质点M。已知此超声波的频率为。下列说法正确的是（ ）
A. 血管探头发出的超声波在血管中的传播速度为
B. 质点M开始振动的方向沿y轴负方向
C. 内，质点M运动的路程为3mm
D. 时，质点N恰好处于波谷
【答案】BD
【解析】A. 血管探头发出的超声波在血管中的传播速度为
故A错误；
B. 波沿x轴正方向传播，根据图乙，可以判断质点M开始振动的方向沿y轴负方向，故B正确；
C.由波的频率可以知道波的周期为
内，质点M运动了的路程为2.5mm，故C错误；
D. 由传播速度
所以时，波沿x轴传播的距离为
结合图乙分析，此时质点N恰好处于波谷，故D正确。
故选BD。
9. 质量的小型电动汽车在平直的公路上由静止启动，图像甲表示汽车运动的速度与时间的关系，图像乙表示汽车牵引力的功率与时间的关系。设汽车在运动过程中阻力不变，在18s末汽车的速度恰好达到最大。则下列说法正确的是（ ）
A. 汽车受到的阻力200N
B. 汽车的最大牵引力为1000N
C. 8s~18s过程中汽车牵引力做的功为
D. 汽车做变加速运动过程中的位移大小为95.5m
【答案】BD
【解析】A．汽车受到的阻力为
A错误；
B．匀加速运动时牵引力最大，根据牛顿第二定律得

根据图像得
解得

B正确；
C．8s~18s过程中汽车牵引力做功为

C错误；
D．根据动能定理得

解得

D正确。
故选BD
10. 如图所示，水平地面上固定着一足够长的木板，板上静置b、c两小球。一轻质弹簧的左端固定在球b上，右端与球c接触但未连接。一带有四分之一圆弧轨道的小车d紧靠木板放置，半径为5m，其轨道底端的切线与木板上表面重合，紧靠车左端有一挡板e。现让小球a从轨道顶端由静止滑下，当球a离开车后，立即撤去挡板。球a与球b碰撞时间极短，碰后球a返回到车轨道底端时的速度大小为。已知球a、b、c及车的质量分别为、、、。小球均可视为质点，不计所有阻力，取重力加速度，弹簧始终处于弹性限度内。说法正确的是（ ）
A. 球a、b碰撞结束时球b的速度大小为
B. 弹簧最大弹性势能为10J
C. 球a冲上车的最高点距轨道底端的高度为1m
D. 球a冲上车后再次回到轨道底端时对轨道的压力为15N
【答案】ACD
【解析】A．球a开始下滑到与b相碰前，根据机械能守恒定律有
球a、b碰撞过程中系统动量守恒，以向右为正方向，故有
可得
故A正确；
B．当b、c两球共速时，弹簧的压缩量最大，弹性势能最大，根据动量守恒
根据能量守恒
解得
故B错误；
C．当a、d共速时，球a冲上车的最高点，根据动量守恒
根据机械能守恒
解得
故C正确；
D．球a冲上车后再次回到轨道底端时，取水平向左为正方向，根据动量守恒
根据动能守恒
解得
设球a冲上车后再次回到轨道底端时受到的支持力为N，根据牛顿第二定律
解得
根据牛顿第三定律可知，球a对轨道的压力等于球a受到的支持力
故D正确。
故选ACD。
二、实验题（共7个空，每空2分，共14分）
11. 利用图甲装置做“验证机械能守恒定律”的实验。
（1）实验中，需先接通电源，再由静止开始释放重物，得到如图乙所示的一条纸带。O为起点，在纸带上选取几个连续打出的点，其中三个连续点A、B、C，测得它们到起始点O的距离如图。已知重物质量，重力加速度，打点计时器打点的周期为，那么打点计时器打下计数点B时，重物的瞬时速度________m/s；O点到B点过程中重物的重力势能减少量为________J。（结果均保留三位有效数字）
（2）用纵轴分别表示重物动能增加量及重力势能减少量，用横轴表示重物下落的高度h。某同学在同一坐标系中做出了和图像，如图丙所示。由于重物下落过程中受阻力作用，可知图线________（填“①”或“②”）表示图像。
（3）该同学根据纸带算出了其他各点对应的瞬时速度，测出与此相对应的重物下落高度h，以h为纵坐标，以为横坐标，建立坐标系，作出图像，如图丁所示，从而验证机械能守恒定律。若所有操作均正确，得到的图像的斜率为，可求得当地的重力加速度________。
【答案】（1）1.17 0.690
（2）② （3）
【解析】
【小问1详解】
打点计时器打下计数点B时，重物的瞬时速度
O点到B点过程中重物的重力势能减少量为
【小问2详解】
由于重物下落过程中受阻力作用，则重物下降一定高度，减小的重力势能大于增加的动能，可知②表示图像。
【小问3详解】
若机械能守恒，则有
整理可得
结合图像可得
解得
12. 如图所示，用双线悬挂小球的这种装置称为双线摆，可使小球稳定在同一竖直平面内运动，能避免单摆稳定性差的问题。某实验小组用双线摆测量当地的重力加速度。
（1）如图所示的双线摆能够稳定的在___________（填“平行”或“垂直”）纸面的竖直平面内稳定的摆动。
（2）将小球拉离平衡位置一小段距离后由静止释放，小球经过最低点时开始计时并计数为1，之后每次小球经过最低点时计数加1，若测得小球第50次经过最低点时的时间为t，则该小球摆动的周期为___________（用t表示）。
（3）用刻度尺测量出两细线AO、BO的长度均为L，悬点AB之间的距离为d，小球的直径远小于细线的长度，则当地的重力加速度___________（用L、d和T表示）。
【答案】（1）垂直 （2） （3）
【解析】
【小问1详解】
由受力分析可知，如图所示的双线摆能够稳定的在垂直纸面的竖直平面内稳定摆动。
【小问2详解】
小球相邻两次经过最低点之间的时间为小球摆动的半个周期，即
解得
【小问3详解】
由几何关系可知双线摆对应的单摆摆长为
单摆周期公式为
整理得当地的重力加速度大小为
三、计算题（共40分。要求：写出解题依据、公式、步骤和必要的文字说明）
13. 每年8月至10月是浙江省台风多发的季节。每次在台风来临前，我们都要及时检查一下家里阳台窗台上的物品，加固广告牌，以防高空坠物事件发生，危害公共安全。若有一质量为的花盆从高为的11层居民楼的花架上无初速坠下，砸中身高为的居民头顶，假设撞击后花盆碎片的速度均变为零，撞击时间，不计空气阻力，求：
（1）花盆刚砸中该居民头顶前的速度大小；
（2）花盆对该居民的平均撞击力有多大。
【答案】（1）；（2）
【解析】（1）花盆下落高度
根据自由落体运动规律
解得花盆刚砸中该居民头顶前的速度大小
（2）花盆与居民头顶碰撞的过程，选竖直向上为正方向，由动量定理得
解得
F=106N
由牛顿第三定律，花盆对该居民的平均撞击力大小为
14. 如图所示，一内壁光滑的细管弯成半径R=0.4m的半圆形轨道BC，将其竖直放置并将B点与一水平轨道相连。置于水平轨道上的弹簧左端与竖直墙壁相连，B至墙壁的距离为弹簧的自然长度。将一个质量m=0.8kg的小滑块放在弹簧的右侧，向左推滑块，压缩弹簧使弹簧右端至A处，然后将滑块由静止释放，滑块进入半圆轨道继续滑行（不计滑块与轨道的碰撞）。已知滑块运动到B处刚刚进入半圆轨道时对轨道的压力F1=58N，水平轨道AB长度l=0.3m，滑块与轨道的动摩擦因数μ=0.5，取重力加速度g=10m/s2，求∶
(1)弹簧压缩到A处时的弹性势能；
(2)小滑块运动到轨道最高处C点时对轨道的压力大小。
【答案】(1)11.2J；(2)10N。
【解析】(1)滑块运动到B处时，由牛顿第二定律得
代入数据解得
v1=5m/s
根据动能定理得
代入数据解得
EP=11.2J
(2)小球从B到C过程，由机械能守恒定律得

代入解得
v2=3m/s
由于
所以小球在D处对轨道外壁有压力，由牛顿第二定律得

代入数据解得
F2=10N
根据牛顿第三定律得，小球对轨道压力为10N，方向向上。
15. 如图所示，在光滑水平面上有一辆质量的小车，小车左边部分为半径的四分之一光滑圆弧轨道，轨道末端平滑连接一长度的水平粗糙面，粗糙面右端是一挡板。有一个质量为的小物块（可视为质点）从小车左侧圆弧轨道顶端A点静止释放，小物块和小车在粗糙区域的滑动摩擦因数，小物块与挡板的碰撞无机械能损失，重力加速度，求：
（1）小物块运动到圆弧末端时速度大小；
（2）物块从圆弧末端到与右侧挡板发生第一次碰撞经历的时间；
（3）小物块将与小车右端发生多次碰撞最终相对小车静止，求：
①求整个运动过程中，小物块与小车因摩擦产生的热量；
②求整个运动过程中小车发生的位移。
【答案】（1）；（2）；（3）①；②，方向水平向左
【解析】（1）物块和小车组成的系统水平方向动量守恒。设物块刚滑上B点时的速度大小为，此时小车的速度大小为，由动量守恒定律有
由机械能守恒定律有
解得
，
（2）设物块与挡板撞击时速度为，小车速度为，由水平方向动量守恒得
由能量守恒定律得
解得
又有
可得
由运动学公式有
解得
（3）①由于系统水平方向动量守恒，初动量为零，最终物块和小车均静止，由系统能量守恒得
解得
②设物块在小车BC面上滑动的路程为s，根据动能定理有
解得
设物块在小车上表面来回运动的次数为n，满足
当时
即物块将停在离右侧挡板1m处，此时物块和小车同时停止运动，从物块滑下到物块和小车停止运动的整个过程中，物块相对小车发生的位移
选取物块和小车为系统，由于水平方向动量守恒，设物块水平向右发生的位移大小为，小车水平向左发生的位移大小为，有
，
解得
方向水平向左。