2023-2024学年北京市昌平区高一下学期7月期末物理试卷（含详细答案解析）

这是一份2023-2024学年北京市昌平区高一下学期7月期末物理试卷（含详细答案解析），共19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。
一、单选题：本大题共20小题，共80分。
圆周运动是生活中常见的一种运动。如图1所示，一个小朋友坐在圆盘上随圆盘一起在水平面内做匀速圆周运动；如图2所示，将小球拴在细绳一端，用手握住绳的另一端，使小球以O点为圆心在竖直面内做完整的圆周运动。已知小球的质量为m，细绳的长度为L，重力加速度为g，不计空气阻力。
1.在图1所示情景中，下列说法正确的是( )
A. 小朋友受重力、支持力和向心力作用
B. 小朋友受重力、支持力、摩擦力和向心力作用
C. 小朋友做圆周运动的向心力由摩擦力提供
D. 小朋友所受摩擦力的方向沿轨迹的切线方向
2.在图1所示情景中，下列说法正确的是( )
A. 当圆盘转动变快时，小朋友容易相对圆盘滑动
B. 当圆盘转动变慢时，小朋友容易相对圆盘滑动
C. 当小朋友的位置离圆心较近时，小朋友容易相对圆盘滑动
D. 当小朋友的位置离圆心较远时，小朋友不容易相对圆盘滑动
3.在图2所示情景中，下列说法正确的是( )
A. 小球可能在竖直面内做匀速圆周运动
B. 小球不可能在竖直面内做匀速圆周运动
C. 小球运动到最低点时，细绳拉力可能小于小球的重力
D. 小球运动到最高点时，细绳拉力一定大于小球的重力
4.在图2所示情景中，下列说法正确的是( )
A. 小球在最高点的速度可能恰好为0
B. 小球在最低点的速度大小至少为 2gL
C. 小球在最低点和最高点时，细绳对小球的拉力大小之差随速度变化
D. 小球在最低点和最高点时，细绳对小球的拉力大小之差恒为6mg
跳台滑雪是冬季奥林匹克运动会最具观赏性的项目之一、如图所示为简化的跳台滑雪的雪道示意图，假设运动员从助滑道上滑下后，从起跳平台A点沿水平方向飞出，在斜坡B点处着陆。飞行过程中，运动员与斜坡间距离最大处记为C(图中未画出)。将运动员和滑雪板整体看成质点，不计空气阻力。已知运动员从A点飞出时的速度大小为v0，斜坡与水平方向的夹角为30∘，重力加速度为g。
5.关于运动员离开起跳平台后在空中的运动，下列说法正确的是( )
A. 加速度的大小、方向均在变化B. 速度的大小、方向均在变化
C. 相等的时间内，速度的变化量不相同D. 相等的时间内，位移的变化量相同
6.关于运动员离开平台后在空中运动的过程中，他的速度方向与水平方向的夹角的正切值tanθ随时间 t变化的图像是图中的( )
A. B.
C. D.
7.运动员从 A点水平飞出到在斜坡 B点着陆的过程中( )
A. 选地面为参考系，运动员的动能先减小后增大
B. 选起跳平台为零势能面，运动员的重力势能逐渐增大
C. 运动员所受重力的功率逐渐增大
D. 运动员所受重力的功率先减小后增大
8.根据题干中已知信息，某同学列出可能求出的选项：①运动员到达 B点时的速度；②运动员到达 C点时的速度；③运动员从 A点到 C点所用的时间；④ C点与斜坡间的距离。你认为可以求出上述所列出选项中的( )
A. 4项B. 3项C. 2项D. 1项
万有引力定律揭示了复杂运动背后隐藏着简洁的科学规律，天上和地上的万物遵循同样的科学法则。
9.关于行星绕太阳的运动，下列说法正确的是( )
A. 所有行星都在同一椭圆轨道上绕太阳运动
B. 太阳位于行星椭圆轨道的中心处
C. 某一行星离太阳越近时，运动速度越大
D. 不同行星轨道半长轴的三次方跟它公转周期的二次方的比值不相等
10.如图所示，卫星1和卫星2绕地球的运动可近似为匀速圆周运动，卫星2的轨道半径更大些。下列说法正确的是( )
A. 卫星1的向心加速度较小B. 卫星1的线速度较小
C. 卫星2的角速度较大D. 卫星2的周期较大
11.天文学家发现地球有一颗卫星在圆形轨道上绕其做匀速圆周运动，并测出了卫星的轨道半径 r和运行周期 T。已知引力常量 G。由此可推算出( )
A. 地球的质量B. 卫星的质量C. 地球的平均密度D. 卫星受到的引力
12.牛顿借鉴了胡克等科学家关于“行星绕太阳做圆运动时受到的引力与行星到太阳距离的平方成反比”的猜想，运用牛顿运动定律证明了行星受到的引力F1∝mr2，论证了太阳受到的引力F2∝Mr2，进而得到了太阳与行星间的引力F=GMmr2(其中 M为太阳质量， m为行星质量， r为行星与太阳的距离)。牛顿还认为这种引力存在于所有的物体之间，通过苹果在地面附近下落和月球绕地球运动的加速度比例关系，证明了地球对苹果、地球对月球的引力属于同种性质的力，满足同样的规律，从而提出了万有引力定律。关于这个探索过程，下列说法正确的是( )
A. 对行星绕太阳运动，根据F2=M4π2T2r和r3T2=k得到F2∝Mr2
B. 对行星绕太阳运动，根据F1=m4π2T2r和r3T2=k得到F1∝mr2
C. 在计算苹果的加速度时需要用到地球的自转周期
D. 在计算月球的加速度时需要用到月球的半径
如图所示，长度为l的细绳悬挂质量为M的木块，质量为m的子弹以速度v0沿水平方向射入木块并留在木块中。测出木块偏离竖直方向的最大角度为α。子弹射入木块的时间极短，木块上摆的过程中未发生转动。不计空气阻力，重力加速度为g。
13.将子弹和木块视为一个系统，下列说法正确的是( )
A. 子弹射入木块的过程中，系统的机械能守恒
B. 子弹射入木块的过程中，系统的机械能增加
C. 子弹和木块上摆过程中，系统的机械能减小
D. 子弹和木块上摆过程中，系统的机械能守恒
14.子弹射入木块相对木块静止后瞬间，子弹和木块的速度大小为( )
A. v02B. v0 mm+MC. 2gl1−csαD. 2glcsα
15.子弹射入木块相对木块静止后瞬间，细绳中张力大小为( )
A. m+MgB. m+Mg3−2csα
C. m+Mv02lD. 2m+Mglcsα
16.子弹和木块相互作用的过程中，系统机械能的减少量为( )
A. 12mv02B. 12mv02−m+Mgl
C. m+Mgl1−csαD. 12mv02−m+Mgl1−csα
物理学在长期的发展进程中，形成了一整套系统的研究问题的思想方法。例比值定义法、极限思想、等效替代法、类比法、微元法等。这些思想方法极大地丰富了人们对物质世界的认识，拓展了人们的思维方式。
17.如图中的曲线是某一质点的运动轨迹。若质点在一段时间内从 B点运动到 A点，当 B点越来越靠近 A点时，质点的平均速度方向将越来越接近 A点的切线方向。当 B点与 A点的距离接近0时，质点在 A点的速度方向沿过 A点的切线方向。下列说法中不正确的是( )
A. 平均速度和瞬时速度的方向总是一致的B. 平均速度的方向与位移方向总是一致的
C. 当Δt→0时，平均速度趋于瞬时速度D. 瞬时速度的定义用到极限的思想方法
18.利用微元思想可以解决变力做功问题。如图所示，用大小不变的水平外力 F作用于小车上， F的方向时刻与小车的速度方向相同，使小车沿半径为 R的圆弧轨道缓慢运动一周，该过程中力 F所做的功为( )
A. 0B. 2πFRC. πFRD. 2FR
19.我们用角速度描述做圆周运动的物体绕圆心转动的快慢，即ω=ΔθΔt。角速度是个矢量，角速度的方向可以通过右手螺旋定则来判断：如图所示，使右手的四指方向与物体旋转的方向一致，则大拇指所指的方向即为角速度的方向。下列说法正确的是( )
A. 由角速度的定义可知，ω与Δθ成正比
B. 匀速圆周运动是线速度不变的运动
C. 匀速圆周运动是角速度不变的运动
D. 物体无论是顺时针还是逆时针旋转，角速度方向都不变
20.当做圆周运动的物体角速度ω变化时，我们可以引入角加速度β来描述角速度变化的快慢，即β=ΔωΔt。类比加速度的定义a=ΔvΔt，判断下列说法正确的是( )
A. 角加速度的单位是rad/sB. 角速度变化越大，角加速度越大
C. 物体做匀速圆周运动时，角速度为零D. 物体做匀速圆周运动时，角加速度为零
二、实验题：本大题共2小题，共18分。
21.用如图甲所示装置研究平抛运动。将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上，钢球沿斜槽轨道PQ滑下后从Q点飞出，落在水平挡板MN上、由于挡板靠近硬板一侧较低，钢球落在挡板上时，钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点。移动挡板，重新释放钢球，如此重复，白纸上将留下一系列痕迹点。
(1)下列实验条件必须满足的有_____。
A.斜槽轨道光滑
B.斜槽轨道末端水平
C.挡板高度等间距变化
D.每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球
(2)为定量研究，建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系。若遗漏记录平抛轨迹的起始点，也可按下述方法处理数据：如图乙所示，在轨迹上取A、B、C三点，AB和BC的水平间距相等且均为x，测得AB和BC的竖直间距分别是y1和y2，则y1y2_____13(选填“>”、“mg
不可能小于小球的重力，选项C错误；
D.小球运动到最高点时
mg+F′=mv′2L
细绳拉力
F′=mv′2L−mg
细绳的拉力不一定大于小球的重力，选项D错误。
故选B。
4.
A.小球在最高点的速度最小值满足
mg=mvmin2L
可得速度最小值
vmin= gL
不可能为0，选项A错误；
B.从最高点到最低点由机械能守恒定律
12mvmin2+mg⋅2L=12mv2
解得小球在最低点的速度大小至少为
v= 5gL
选项B错误；
CD.小球在最低点和最高点时，速度关系满足
12mv高2+mg⋅2L=12mv低2
最高点时细绳的拉力满足
F高+mg=mv高2L
最低点时细绳的拉力满足
F低−mg=mv低2L
可得细绳对小球的拉力大小之差
F低−F高=6mg
即小球在最低点和最高点时，细绳对小球的拉力大小之差恒为6mg，选项C错误，D正确。
故选D。
5~8.【答案】B 、D 、C 、B
【解析】1.
A.运动员在空中运动做平抛运动，则加速度为g，即加速度的大小、方向均不变化，选项A错误；
B.运动员在空中运动做平抛运动，速度的大小、方向均在变化，选项B正确；
C.根据 Δv=gΔt 可知，相等的时间内，速度的变化量相同，选项C错误；
D.因水平方向做匀速运动，相等的时间内位移不变，而竖直方向做匀加速运动，则相等时间内竖直位移不同，则相等时间内位移的变化量不相同，选项D错误。
故选B。
2.
速度方向与水平方向的夹角的正切值
tanθ=vyv0=gtv0
则 tanθ−t 图像是过原点的倾斜直线，故选D。
3.
A.选地面为参考系，运动员的速度一直增加，则动能一直增大，选项A错误；
B.选起跳平台为零势能面，运动员的重力势能
EP=−mgh
则重力势能逐渐减小，选项B错误；
CD.运动员所受重力的功率
PG=mgvy
因竖直速度一直增加，则重力的功率逐渐增大，选项C正确，D错误。
故选C。
4.
题干中已知平抛的初速度v0以及斜面的倾角θ
①根据题中条件不能求解运动员到达B点时的速度；
②运动员到达C点时速度方向平行斜面，则可求得C点的速度
vC=v0csθ
③运动员到达C点时速度方向平行斜面，则根据
vCy=v0tanθ=gtC
可求得运动员从A点到C点所用的时间；
④运动员到达C点时垂直斜面方向的速度减为零，则C点与斜坡间的距离
hC=(v0sinθ)22gcsθ
以上分析可知可以求出上述所列出选项中的②③④共3项。
故选B。
9~12.【答案】C 、D 、A 、B
【解析】1.
A.所有行星都在不同的椭圆轨道上绕太阳运动，故A错误；
B.太阳位于行星椭圆轨道的焦点上，故B错误；
C.根据万有引力提供向心力
GMmr2=mv2r
解得
v= GMr
所以，某一行星离太阳越近时，轨道半径越小，运动速度越大，故C正确；
D.根据开普勒第三定律，不同行星轨道半长轴的三次方跟它公转周期的二次方的比值相等，故D错误。
故选C。
2.
A.根据牛顿第二定律
GMmr2=ma
可得
a=GMr2
卫星1的轨道半径小，所以卫星1的向心加速度较大，故A错误；
B.根据万有引力提供向心力
GMmr2=mv2r
解得
v= GMr
卫星1的轨道半径小，所以，卫星1的线速度较大，故B错误；
C.根据万有引力提供向心力
GMmr2=mω2r
解得
ω=1r GMr
卫星2的轨道半径较大，所以卫星2的角速度较小，故C错误；
D.根据角速度与周期关系
T=2πω
卫星2的角速度较小，所以，卫星2的周期较大，故D正确。
故选D。
3.
A.根据万有引力提供向心力
GMmr2=m4π2T2r
解得
M=4π2r3GT2
故A正确；
B.计算向心力时，卫星的质量被约掉，无法求得，故B错误；
C.由于地球的半径未知，所以无法求得地球的平均密度，故C错误；
D.由于卫星的质量未知，所以卫星受到的引力无法求得，故D错误。
故选A。
4.
AB.由向心力计算公式
F=m4π2T2r
和
r3T2=k
可得
F=4π2kmr2∝mr2
故A错误，B正确；
C.在计算苹果的加速度时不需要用到地球的自转周期，可以通过 a=GMR2 计算，故C错误；
D.在计算月亮的加速度时需要用到月球到地球的距离，而不是月球的半径，故D错误。
故选B。
13~16.【答案】D 、C 、B 、D
【解析】1.
AB.子弹射入木块的过程中，有部分机械能转化为内能，所以系统的机械能减小，故AB错误；
CD.子弹和木块上摆过程中，只有子弹和木块的重力做功，绳子拉力始终与运动方向垂直不做功，所以系统的机械能守恒，故C错误，D正确。
故选D。
2.
设子弹射入木块相对木块静止后瞬间，速度大小为v，子弹射入木块过程，系统动量守恒
mv0=(M+m)v
解得
v=mv0M+m
子弹和木块上摆过程中，系统的机械能守恒
12(M+m)v2=(M+m)gl(1−csα)
解得
v= 2gl(1−csα)
故选C。
3.
子弹射入木块相对木块静止后瞬间，细绳中张力和重力的合力提供向心力
T−(M+m)g=(M+m)v2l
将 v=mv0M+m= 2gl(1−csα) 代入上式，解得
T=m2v02(M+m)l+(M+m)g=(M+m)g(3−2csα)
故选B。
4.
子弹和木块相互作用的过程中，系统机械能的减少量为
ΔE=12mv02−12(M+m)v2
将 v= 2gl(1−csα) 代入上式，解得
ΔE=12mv02−(M+m)gl(1−csα)
故选D。
17~20.【答案】A 、B 、C 、D
【解析】1.
AB.平均速度与位移方向一致；瞬时速度和运动的方向总是一致，但两者的方向可能不同，故A错误，B正确；
CD.根据速度定义式 v=ΔxΔt ，当 Δt 非常小时，即 Δt→0 时， ΔxΔt 就可以表示物体在t时刻的瞬时速度，该定义应用了极限思想法，故CD正确。
本题选择不正确的，故选A。
2.
利用微元思想可以解决变力做功问题，F的方向时刻与小车的速度方向相同，则做功为
W=F∑x=F×2πR=2πFR
故选B。
3.
A.公式 ω=ΔθΔt 是角速度的定义式，利用的是比值定义法，但角速度 ω 与 Δθ 和 Δt 无关，故A错误；
B.匀速圆周运动的线速度大小不变，方向时刻变化，故B错误；
C.匀速圆周运动角速度大小不变，根据右手螺旋定则方向也不变，所以匀速圆周运动是角速度不变的运动，故C正确；
D.根据右手螺旋定则，若俯视物体顺时针旋转，角速度方向向下；若俯视物体逆时针旋转，角速度方向向上，故D错误。
故选C。
4.
A.根据 β=ΔωΔt 可知，角加速度的单位是
rad/ss=rad/s2
故A错误；
B. β=ΔωΔt 是角加速度的比值定义法的定义式，角加速度与 Δω 无关，则角速度变化越大，角加速度不一定越大，故B错误；
CD.物体做匀速圆周运动时，角速度大小也方向都不变，所以角加速度为零，故C错误，D正确。
故选D。
21.【答案】 BD>x gy2−y1
【解析】【详解】(1)[1]A.斜槽轨道不一定要光滑，只要小球到达底端时速度相等即可，选项A错误；
B.斜槽轨道末端水平，以保证小球能做平抛运动，选项B正确；
C.挡板高度不一定要等间距变化，选项C错误；
D.每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球，以保证小球到达底端时速度相等，选项D正确。
故选BD。
(2)[2]由水平间距相等，则时间等时，在竖直方向做匀变速运动，若竖直初速度为零，竖直间距的比值应该是1：3：5，而A点不是抛出点，比值应该更大，填写“>”；
[3]由
x=v0t
y2−y1=gt 2
可得
v0=x gy2−y1
22.【答案】(1)BC(hC−hA)28T2
(2)4(h−l)l

【解析】【详解】(1)①[1]由于验证机械能守恒的表达式中质量可以约去，所以不需要天平；通过打点计时器可以得到纸带上计数点间的时间间隔，所以不需要秒表；需要使用刻度尺测量纸带上计数点间的距离。
故选BC。
②[2]从打O点到打B点的过程中，重物减少的重力势能为
ΔEp=mghB
打B点时重物的速度大小为
vB=xAC2T=hC−hA2T
则从打O点到打B点的过程中，重物增加的动能为
ΔEk=12mvB2−0=12m(hC−hA2T)2
根据机械能守恒可得
mghB=12m(hC−hA2T)2
则若想验证机械能守恒定律成立，需要满足的表达式为
ghB=(hC−hA)28T2
(2)从铁锁静止释放到细线被割断前瞬间，根据机械能守恒可得
mgl=12mv2
细线被割断后，铁锁做平抛运动，则有
h−l=12gt2
s=vt
联立可得
mgl=12ms2g2(h−l)
整理可得若满足
s2=4(h−l)l
即可验证铁锁从释放至运动到笔正下方的过程机械能守恒。
23.【答案】(1) 2gR ；(2)3mg ；(3)Rμ
【解析】【详解】(1)滑块从A点由静止释放到B点过程，根据动能定理可得
mgR=12mvB2
解得
vB= 2gR
(2)滑块运动到B点时，根据牛顿第二定律可得
FN−mg=mvB2R
解得
FN=3mg
根据牛顿第三定律可知，滑块运动到B点时对圆弧轨道的压力大小为
F′N=FN=3mg
(3)滑块从B点到C点过程，根据动能定理可得
−μmgs=0−12mvB2
解得B、C间的水平距离为
s=Rμ
24.【答案】(1)4π2(R+h)3GT2 ；(2)4π2(R+h)3R2T2 ；(3)见解析
【解析】【详解】(1)探测器绕火星做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力可得
GMm(R+h)2=m4π2T2(R+h)
解得火星的质量为
M=4π2(R+h)3GT2
(2)在火星表面有
GMm′R2=m′g
可得火星表面的重力加速度大小为
g=GMR2=4π2(R+h)3R2T2
(3)用弹簧测力计测出一个质量为 m0 的钩码的重力 G0 ，则火星表面的重力加速度为
g=G0m0
25.【答案】(1)a=11.25m/s2 ；(2)X=259.2km ；(3)x=265m
【解析】【详解】(1)根据匀加速直线运动的推导公式
v2=2ax
302=2×a×40
解得
a=11.25m/s2
(2)匀速行驶的牵引力为
F=f=0.05mg=0.05×2000×10=1000N
可转化为机械能的电能为
W=0.8W电=0.8×90×1000×3600J=2.592×108J
此电动汽车以20m/s的速度匀速行驶时的续航里程为
X=WF=2.592×1081000=259.2km
(3)有图像可以求出牵引力做的总功为
W牵=8+302×1000×10+30×1000×(25−10)=6.4×105J
根据能量的转化守恒，可知牵引力做的功转化为汽车的动能增加量与克服阻力做功
W牵=12m(v2−v 02)+fx
6.4×105=12×2000×(202−52)+1000x
解得
x=265m
参数指标
整车质量
0∼100km/h加速时间
最大速度
电池容量
100km/h∼0制动距离
数值
2000kg
4.4s
250km/h
90kW⋅h
40m