湖北省武汉市常青联合体2023-2024学年高一下学期期末考试物理试卷（解析版）

这是一份湖北省武汉市常青联合体2023-2024学年高一下学期期末考试物理试卷（解析版），共18页。试卷主要包含了0kg，物块的质量为m=5等内容，欢迎下载使用。

考试时间：2024年6月28日10：30-11：45 试卷满分：100分
一．选择题：本题共10小题，每小题4分，共40分。在每小题给出的四个选项中，第1~7题只有一项符合题目要求，第8~10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2分，有选错的得0分。
1. 如图所示，在张紧的绳上挂了A、B、C、D四个单摆，四个单摆的摆长关系为，先让D摆摆动起来（摆角不超过5°），不计摆动过程中的空气阻力和摩擦力，则下列说法中正确的是（ ）
A. 所有摆球的摆动幅度相同B. 只有B球能摆动，其他摆球不动
C. 所有摆球以各自频率振动D. 所有摆球以相同频率振动
【答案】D
【解析】
【详解】AB．因为B摆的摆长等于D摆的摆长，所以B摆的固有频率等于受迫振动的频率，所以B摆发生共振，振幅最大，其他摆球摆动幅度比B摆小，故AB错误；
CD．受迫振动的频率等于驱动率的频率，与物体的固有频率无关。D摆摆动起来后，通过水平绳子对A、B、C三个摆施加周期性的驱动力，使A、B、C三摆做受迫振动，做受迫振动的频率等于驱动力的频率，由于驱动力频率相同，则三摆均以相同频率振动，故C错误，D正确。
故选D。
2. 如图所示，高速公路上汽车定速巡航（即保持汽车的速率不变）通过路面abcd，其中ab段为平直上坡路面，bc段为水平路面，cd段为平直下坡路面。不考虑整个过程中空气阻力和摩擦阻力的大小变化。下列说法正确的是（ ）
A. 在ab段汽车的输出功率逐渐减小B. 汽车在ab段的输出功率比bc段的小
C. 在cd段汽车的输出功率逐渐减小D. 汽车在cd段的输出功率比bc段的小
【答案】D
【解析】
【详解】根据题意，设空气阻力和摩擦阻力之和为f，由平衡条件可得，在ab段有
F1=mgsinθ+f
则在ab段汽车的输出功率为
P1=F1v
联立解得
P1=mgsinθ•v+fv
在bc段有
F2=f
在bc段汽车的输出功率为
P2=F2v
联立解得
P2=fv
cd段有
F3=f-mgsinθ
在cd段汽车的输出功率为
P3=F3v
联立解得
P3=fv-mgsinθ•v
可知，P1、P2、P3均保持不变，且有
P1＞P2＞P3
故选D。
3. 如图所示，长为、质量为粗细均匀且质量分布均匀的软绳对称地挂在轻小的定滑轮两边，用细线将物块与软绳连接，物块由静止释放后向下运动，直到软绳刚好全部离开滑轮（此时物块未到达地面，重力加速度大小为），在此过程中（ ）
A. 物块的机械能逐渐增加B. 软绳的机械能逐渐增加
C. 软绳重力势能共减少了D. 软绳重力势能的减少量等于物块机械能的增加量
【答案】B
【解析】
【分析】
【详解】A．物块M下落过程中，软绳对物块做负功，物块的机械能逐渐减小，A错误；
B．物块下落过程中，物块对绳子的拉力做正功，软绳的机械能增加，B正确；
C．以初态软绳下端所在水平面为零势能面，则初态软绳重力势能为
Ep1 = mg=mgl
末态软绳的重力势能为Ep2 = 0，则
Ep = Ep2 - Ep1 = -mgl
即软绳重力势能共减少了-mgl，C错误；
D．根据系统的机械能守恒得：软绳重力势能的减少量等于物块机械能的增加量与软绳动能增加量之和，D错误。
故选B。
4. 如图所示，在光滑的水平面上，有一静止的小车，甲、乙两人分别站在小车左、右两端。当他俩同时相向而行时，发现小车向右运动，下列说法正确的是（ ）
A. 乙的速度必定小于甲的速度B. 乙的速度必定大于甲的速度
C. 乙的动量必定大于甲的动量D. 乙对小车的冲量必定小于甲对小车的冲量
【答案】C
【解析】
【详解】ABC．甲、乙两人和小车组成的系统不受外力，所以动量守恒小车向右运动说明甲、乙两人总动量向左，说明乙的动量大于甲的动量，即甲、乙的动量之和必定不为零，但由于不知道两人质量关系，所以无法确定速度关系，故AB错误，C正确；
D．根据动量定理可知乙对小车的冲量方向向右，甲对小车的冲量方向向左，而小车速度方向向右，即动量变化量向右，可知乙对小车的冲量必定大于甲对小车的冲量，故D错误。
故选C。
5. 从地面竖直向上抛出一物体，取地面为重力势能零点，该物体的机械能E和它的重力势能随高度h的变化如图所示。取，结合图中数据可知（ ）
A. 抛出时，物体的速度为B. 物体受到的阻力大小为5N
C. 在3m处，物体的动能为40JD. 在0~2m的过程中，物体的动能减少了60J
【答案】B
【解析】
【详解】A．抛出时，物体的动能为
且
物体的重力势能为
可知图像的斜率表示重力，则有
解得
，
故A错误；
B．根据功能关系，除了重力外的外力所做的功等于机械能的变化量，有
物体受到的阻力大小为
故B正确；
C．在3m处，物体的机械能为
在3m处，物体的重力势能为
在3m处，物体的动能为
故C错误；
D．根据动能定理有，在0~2m的过程中，物体的动能变化量为
则在0~2m的过程中，物体的动能减少了50J，故D错误。
故选B。
6. 水平冰面上有一固定的竖直挡板，一滑冰运动员面向挡板静止在冰面上，已知运动员的质量为40.0kg。某时刻他把一质量为5.0kg的静止物块以大小为4.0m/s的速度沿与挡板垂直的方向推向挡板，运动员获得退行速度；物块与挡板弹性碰撞，速度反向，追上运动员时，运动员又把物块推向挡板，使其再一次以大小为4.0m/s的速度与挡板弹性碰撞。重复多次后，反弹的物块不能再追上运动员，不计冰面的摩擦力，则（ ）
A. 全过程中运动员和物块组成的系统动量守恒
B. 运动员第一次推开物块时获得速度为4.0m/s
C. 运动员第二次推开物块时获得速度1.5m/s
D. 运动员第三次推开物块后，反弹的物块不能再追上运动员
【答案】C
【解析】
【详解】A．全过程中运动员和物块组成的系统，由于挡板对物块有力的作用，则全过程中系统的动量不守恒，选项A错误；
BCD．运动员在向外推物块的过程中，运动员和物块的系统受合外力为零，则动量守恒，该运动员的质量为M=40.0kg，物块的质量为m=5.0kg，推物块的速度大小为v=4.0m/s，取人运动的方向为正方向，根据动量守恒定律可得：
第一次推物块的过程中
0=Mv1-mv
解得运动员第一次推开物块时获得速度为
v1=0.5m/s
第二次推物块的过程中
Mv1+mv=Mv2-mv
解得运动员第二次推开物块时获得速度
v2=1.5m/s
第三次推物块的过程中
Mv2+mv=Mv3-mv
解得运动员第三次推开物块时获得速度为
v3=2.5m/s
即运动员第三次推开物块后，反弹的物块还能再追上运动员，选项BD错误，C正确。
故选C。
7. 福建属于台风频发地区，各类户外设施建设都要考虑台风影响。已知10级台风的风速范围为，16级台风的风速范围为。若台风迎面垂直吹向一固定的交通标志牌，则16级台风对该交通标志牌的作用力大小约为10级台风的（ ）
A. 2倍B. 4倍C. 8倍D. 16倍
【答案】B
【解析】
【详解】设空气的密度为，风迎面垂直吹向一固定的交通标志牌的横截面积为，在时间Δt的空气质量为
假定台风迎面垂直吹向一固定的交通标志牌的末速度变为零，对风由动量定理有
可得
10级台风的风速，16级台风的风速，则有
故选B。
8. 如图所示，质量为M的物块钩在水平放置的左端固定的轻质弹簧的右端，构成一弹簧振子，物块可沿光滑水平面在BC间做简谐运动，振幅为A．在运动过程中将一质量为m的小物块轻轻地放在M上之后，两物体一起沿光滑水平面做简谐运动，第一次是当M运动到平衡位置O处时放在上面，第二次是当M运动到最大位移处C处时放在上面，观察到第一次放后的振幅为，第二次放后的振幅为，则（ ）
A. B. C. D.
【答案】AD
【解析】
【详解】振子运动到C点时速度恰为0，此时放上小物块，系统的总能量即为此时弹簧储存的弹性势能不变，故振幅不变，即；
振子运动到平衡位置时速度最大，弹簧的弹性势能为零，放上小物块后，系统的机械能的减小，根据能量守恒定律可得机械能转化为弹性势能总量减小，故弹簧的最大伸长（压缩）量减小，即振幅减小，所以。
故选AD。
9. 起重机以的加速度将质量为m的物体匀减速地沿竖直方向提升高度h，已知重力加速度为g，空气阻力不计，则（ ）
A. 物体重力做功为mghB. 起重机钢索的拉力对物体做功为
C. 物体的动能减少了D. 物体的机械能增加了
【答案】BD
【解析】
【详解】A．物体上升，重力做功
则物体克服重力做功为，故A错误；
B．根据动能定理有
解得
故B正确；
C．由选项B可知，合外力做了的负功，则根据动能定理可知，物体的动能减少了，故C错误；
D．由选项B可知，拉力F做了的正功，则物体的机械能增加了，故D正确。
故选BD。
10. 如图甲所示，劲度系数为k的竖直轻弹簧下端固定在地面上，上端与物块B相连并处于静止状态。一物块A在外力作用下静止在弹簧正上方某高度处，取物块A静止时的位置为原点O、竖直向下为正方向建立x轴。某时刻撤去外力，物块A自由下落，与物块B碰撞后以共同速度一起向下运动，碰撞过程时间极短。物块A的动能与其位置坐标x的关系如图乙所示。物块A、B均可视为质点，则（ ）
A. 物块A与B的质量之比为1∶2
B. 弹簧的劲度系数
C. 弹簧弹性势能最大时的形变量为
D. 从x1到x3的过程中，弹簧的弹性势能增加了
【答案】AB
【解析】
【详解】A．由图乙可知，A与B碰撞后，A的动能变为原来的，由
可知物块A与B碰撞前后速度之比为3：1，因碰撞过程时间极短，碰撞中动量守恒，设碰撞后速度为v，初速度方向为正方向，则有
解得物块A与B的质量之比为1∶2，故A正确；
B．由图乙可知x1是B与弹簧处于平衡时上端所处的位置，x2是A、B的加速度是零时，弹簧上端所处的位置，所以当A、B运动到加速度是零时，物块的动能最大，由平衡条件可得弹簧的弹力为，从x1到x2弹簧的弹力增加，由胡克定律
∆F=k∆x
则有
从O到x1由动能定理有
联立解得
故B正确；
C．物块A、B下落到速度是零时，弹簧弹性势能最大，此时的弹簧形变量为x3− x0，故C错误；
D．碰撞后，A的动能为，B的动能为，总动能为
从x1到x3中，由能量关系有
解得
故D错误。
故选AB。
二、非选择题：本题共5小题，共60分。
11. 如图所示是验证机械能守恒的实验装置。回答下列问题：
（1）下列有关该实验操作说法正确的是______。
A. 不需要称量重锤的质量
B. 重锤可选用质量较小的木锤
C. 打点计时器限位孔要处在同一竖直平面内以减小阻力
D. 释放之前，重锤要尽量远离打点计时器
（2）已知重锤质量为，交流电源的频率为50Hz，某同学选择了一条较理想的纸带，如下图所示。图中O点是打点计时器打出的第一个点，A、B、C是连续选取的三个实际点，测得，根据以上数据，可知重锤由O点运动到B点过程，重力势能的减小量为______J，B点动能为______J。（计算结果均保留三位有效数字，重力加速度）。
（3）若测出纸带上各点到点O之间的距离h，根据纸带算出各点的速度v，以为纵轴，h为横轴，作出的图像如图所示，图像未过坐标原点的原因______。
A. 实验时电源的实际频率大于50Hz
B. 重锤和纸带在下落过程中受到的阻力较大
C. 先释放纸带后接通电源
【答案】（1）AC （2） ①. 0.941 ②. 0.912
（3）C
【解析】
【小问1详解】
A．因为动能及重力势能均涉及到重锤质量，在验证的等式中可以约去，故不需要称量重锤的质量，故A正确；
B．为了减小重锤受到的空气阻力及纸带与打点计时器摩擦的影响，应选择体积较小、质量较大的铁锤，不能选用质量较小的木锤，故B错误；
C．打点计时器限位孔要处在同一竖直平面内以减小阻力，故C正确；
D．为充分利用纸带，释放之前，重锤要尽量靠近打点计时器，故D错误。
故选AC。
【小问2详解】
[1]可知重锤由O点运动到B点过程，重力势能的减小量为
[2]相邻两计数点的时间间隔为
根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于该过程平均速度，B点的速度为
B点动能为
【小问3详解】
由图像可知，重锤在点有初速度，这可能是先释放纸带后接通电源引起的，而重锤和纸带在下落过程中受到的阻力及电源频率不会有此影响。
故选C。
12. 小明用气垫导轨验证两个滑块碰撞中的动量守恒，实验装置如图所示，滑块A的质量为m，滑块B的质量为M＝330 g，上方安装有一个宽为d的遮光片。滑块A每次以相同的速度u向静止的滑块B运动，碰撞后粘为一体通过光电门，计时器记录遮光片经过光电门的时间Δt.通过改变B上砝码的质量m′进行多次实验。
（1） 碰撞后滑块B的速度为v＝______________（用题中相关字母表示）．
（2） 小明多次实验后得到的实验数据如下表所示：
根据表中数据，小明已在坐标纸中标出各数据点，请作出对应的图线_____。
（3）若碰撞过程动量守恒，则（2）问中所作出图线的斜率应为__________（用题中相关字母表示）．由图线可求得滑块A的初速度u＝________m/s。（结果保留两位有效数字）
（4） 在其他条件不变的情况下，小华同学所用滑块B的质量为300 g，进行上述实验，则他最终得到的图线可能是下图中的________。（图中②为小明实验得到的图线，图线②④平行）
【答案】 ①. ②. ③. ④. 0.12##0.13##0.14 ⑤. ②
【解析】
【详解】(1)[1]由于通过光电门时间很短，所以碰撞后滑块B的速度大小为
(2)[2]图像如下图所示
(3)[3]在碰撞过程中满足动量守恒，则有
变形得
结合图像可得斜率为
截距为
可得
(4)[4]由上分析可知，改变B的质量，不会改变图像的斜率，A的初速度不变，所以图线仍不变，故选②。
13. 如图所示为一弹簧振子的振动图象，试完成以下问题：
（1）写出该振子的振幅和周期，写出简谐运动的表达式：
（2）该振子在前20s的总位移是多少；路程是多少；
【答案】（1）5cm，4s，；（2）0，100cm
【解析】
【详解】（1）由题图振动图象可得
，
则

故该振子简谐运动表达式为
（2）前20s经过了个周期
则位移为

路程
14. 如图所示，倾角为的光滑斜面从下到上等间距的分布着点A、B、C、D、E和F，滑块1（可视为质点）以初速从A出发，沿斜面向上运动，恰好能运动到F点后下滑；当在斜面的AC段铺设粗糙材料（其它段仍光滑），滑块1恰好能运动到D点后下滑。求铺设粗糙材料后：
（1）滑块1与斜面之间的动摩擦因数；
（2）若滑块1返回时，和静止在C点的完全相同的滑块2发生弹性碰撞，求滑块2运动到A点时的速度大小。
【答案】（1）；（2）
【解析】
【详解】（1）设，斜面光滑时，滑块从A运动到F，由动能定理
在AC段铺设粗糙材料后，滑块从A运动到D，由动能定理
解得
（2）滑块返回时，设其经过C点的速度为vC，滑块从D运动到C，由动能定理
滑块1与滑块2在C点发生弹性碰撞，
解得
，
滑块2从C点运动到A点，沿斜面方向受力为
即滑块2匀速直线运动
15. 光滑水平地面上有一质量的小车。车上的水平轨道与半径的四分之一光滑弧轨道在B点相切。如图所示，水平轨道右端固定一根处于锁定状态的压缩弹簧，一质量为的物块紧靠弹簧，与B点的距离，整个装置处于静止状态。现将弹簧解除锁定，物块被弹出后，恰能到这圆弧轨道的最高点A，物块与水平轨道间的动摩擦因数，重力加速度g取，求：
（1）解除锁定前弹簧弹性势能；
（2）物块第二次经过B点时相对于地面速度的大小；
（3）最终物块与车相对静止时物块到B点的距离。
【答案】（1）6.5J；（2）2m/s；（3）0.625m
【解析】
【详解】（1）物块恰好能到达A处，故在A处物块的竖直分速度为零，物块和小车共速，物块从B到A的过程，物块和小车在水平方向上合外力为零，故在水平方向上动量守恒
解得
从弹簧解除锁定到物块运动到A的过程，由能量守恒定律得
代入数据解得
（2）物块从A到第二次经过B点的过程，对物块和小车组成的系统机械能守恒、水平方向上动量守恒，设物块第二次经过B点时物块的速度为v1，小车的速度为v2，
由机械能守恒可得
由动量守恒可得
代入数据解得物块第二次经过B点时相对于地面速度的大小为
（3）由题意可得最终物块和小车都处于静止状态，由能量守恒定律得
解得
故最终物块与车相对静止时物块到B点的距离为
实验次数
（M＋m′）/g
v/10－2（m·s－1）
/102（s·m－1）
1
380
4.42
0.226
2
480
3.92
0.255
3
580
3.40
0.294
4
680
2.60
0.385
5
830
2.58
0.388
6
930
2.33
0.429