2023-2024学年北京市石景山区高一下学期期末物理试题（含详细答案解析）

这是一份2023-2024学年北京市石景山区高一下学期期末物理试题（含详细答案解析），共18页。试卷主要包含了单选题，实验题，计算题，综合题等内容，欢迎下载使用。
一、单选题：本大题共14小题，共56分。
投掷飞镖是一种常见的娱乐活动。如图所示，靶盘竖直放置，将飞镖沿水平方向正对靶心掷出，经0.20s飞镖射中靶心正下方的某点。已知飞镖掷出前距靶心的水平距离为2.0m，飞镖可视为质点，不计空气阻力。
1.以地面为参考系，飞镖在空中做( )
A. 平抛运动B. 圆周运动C. 匀速直线运动D. 匀减速直线运动
2.飞镖掷出时速度的大小为( )
A. 40m/sB. 20m/s
C. 10m/sD. 5.0m/s
3.飞镖在空中运动过程中的加速度( )
A. 大小不变，方向不变B. 大小不变，方向改变
C. 大小改变，方向不变D. 大小改变，方向改变
4.飞镖在空中运动的过程中( )
A. 动能逐渐减小B. 动能逐渐增大C. 机械能逐渐减小D. 机械能逐渐增大
万有引力定律的发现明确地向人们宣告，天上和地上的物体都遵循着完全相同的科学法则；它向人们揭示，复杂运动的后面可能隐藏着简洁的科学规律，正是这种对简洁性的追求启迪科学家不断探索物理理论的统一。
5.关于万有引力定律发现过程，下列说法正确的是( )
A. 哥白尼提出地心说，认为地球是太阳系的中心
B. 第谷根据他观测的数据，提出了万有引力定律
C. 开普勒突破常规思维，提出行星的轨道是椭圆
D. 牛顿利用扭秤实验测出了引力常数
6.若想检验“使月球绕地球运动的力”与“使苹果落地的力”遵循同样的规律，在已知月地距离约为地球半径60倍的情况下，需要验证( )
A. 地球吸引月球的力约为地球吸引苹果的力的1602
B. 月球公转的加速度约为苹果落向地面加速度的1602
C. 自由落体在月球表面的加速度约为地球表面的16
D. 苹果在月球表面受到的引力约为在地球表面的160
7.我国首颗量子科学实验卫星于2016年8月16日成功发射。量子卫星成功运行后，我国在世界上首次实现了卫星和地面之间的量子通信，构建了天地一体化的量子保密通信与科学实验体系。假设量子卫星在赤道平面上，如图所示。关与同步卫星于同步卫星和量子卫星，下列说法正确的是( )
A. 同步卫星运行的周期大于量子卫星运行的周期
B. 同步卫星运行的加速度大于量子卫星运行的加速度
C. 同步卫星运行的线速度大于量子卫星运行的线速度
D. 同步卫星运行的角速度大于量子卫星运行的角速度
8.“科学真是迷人”，天文学家已测出月球表面的重力加速度 g、月球的半径 R和月球绕地球运转的周期 T等数据，根据万有引力定律就可以“称量”月球的质量了。已知引力常量为 G，忽略月球的自转，则月球的质量 M为( )
A. gR2GB. GR2gC. 4π2R3GT2D. T2R34π2G
水流星是一项中国传统民间杂技艺术。杂技演员用一根绳子兜着两个碗，里面倒上水，迅速地旋转着做各种精彩表演，即使碗口朝下，碗里的水也不会洒出来。用可视为质点的小球替代水碗，可将水流星抽象为竖直平面内的圆周运动，轻质细绳长为L，重力加速度为g。
9.若在竖直面内表演水流星，则下列说法中正确的是( )
A. 小球在最高点时的向心力一定等于重力
B. 小球在最高点时绳子的拉力不可能为零
C. 绳子越长，小球恰好通过最高点时的速度越大
D. 小球质量越大，小球恰好通过最高点时的速度越大
10.小球通过最高点时，绳对小球的拉力 F与其速度的二次方v的关系图像如图所示，图线与纵轴的交点坐标为a，下列说法正确的是( )
A. 利用该装置可以得出重力加速度g=La
B. 绳长不变，用质量较大的球做实验，得到的v−F|图线斜率更小
C. 绳长不变，用质量较小的球做实验，得到的v−F图线斜率更小
D. 绳长不变，用质量较小的球做实验，v−F图线与纵轴的交点坐标变小
11.如图所示，用轻杆替代轻绳，使小球在竖直平面内做圆周运动，下列说法正确的是( )
A. 小球在最高点时所受轻杆的作用力随小球速度的增大而增大
B. 小球在最高点时的向心力一定大于重力
C. 小球恰好到达最高点时的速度最小为 gL
D. 小球到达最高点时的速度可以为零
如图，竖直轻弹簧固定在水平地面上，弹簧的劲度系数为k。质量为m的铁球由弹簧上端的正上方h高处自由下落，与弹簧接触后压缩弹簧，当弹簧的压缩量为x时，铁球下落到最低点。不计空气阻力，重力加速度为g。
12.从小球接触弹簧到下落至最低点的过程，下列说法正确的是( )
A. 刚接触弹簧时，小球达到最大速度
B. 接触弹簧后，小球先做加速运动，再做减速运动
C. 接触弹簧后，小球的加速度逐渐减小，到最低点时加速度最小
D. 在最低点，小球的加速度大小为g，方向为竖直向上
13.从小球接触弹簧到下落至最低点的过程，能量变化情况是( )
A. 小球的重力势能减小mgx，弹簧的弹性势能增大mgx
B. 小球的重力势能减小mgx，弹簧的弹性势能增大mgh
C. 小球的动能减小mgx，弹簧的弹性势能增大mgh+x
D. 小球的动能减小mgh，弹簧的弹性势能增大mgh+x
14.弹簧弹力大小与形变量大小的关系如图所示，根据图像可以求出弹簧弹力做的功。在小球压缩弹簧的过程中，弹簧弹力逐渐增大，关于弹力做功，下列说法正确的是( )
A. 弹簧弹力做功kx，弹性势能增加kx
B. 弹簧弹力做功−kx²，弹性势能增加kx22
C. 弹簧弹力做功kx22，弹性势能增加 kx
D. 弹簧弹力做功−kx22，弹性势能增加kx22
二、实验题：本大题共3小题，共27分。
15.不同的研究小组采用不同的方法研究平抛运动的规律。
(1)某组同学用如右图所示装置研究平抛运动及其特点。他的实验操作是：在小球A、B处于同一高度时，用小锤轻击弹性金属片，使A球水平飞出，同时B球被松开。他观察到小球A、B同时落地；让A、B球恢复初始状态，用较大的力敲击弹性金属片，能够观察到小球A、B_________(选填“同时”、“不同时”)落地。为了使实验结论具有普遍性，该组同学还需进行的操作是_____________。
(2)另一组同学用如右图所示的装置进行实验。将坐标纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上。小球沿斜槽轨道PQ滑下后从末端Q点水平飞出，落在水平放置的倾斜挡板MN上，小球落在挡板上时会在坐标纸上挤压出一个痕迹点。移动挡板，重新释放小球，重复以上操作，坐标纸上将留下该小球做平抛运动的一系列痕迹点。
①为了准确地描绘出平抛运动的轨迹，下列要求合理的是( )
A.小球每次必须从斜槽上同一位置由静止释放
B.斜槽轨道必须光滑
C.斜槽轨道末端必须水平
D.挡板高度必须等间距变化
②某同学按正确的操作完成实验并描绘出小球平抛运动的轨迹，以平抛运动的初始位置在硬板上的投影点O为坐标原点建立xOy坐标系，如图所示。从运动轨迹上选取多个点，根据其坐标值可以验证平抛运动的轨迹符合抛物线方程y=ax2。
若坐标纸中每个小方格的边长为L，根据图中M点的坐标值，可以求出a=_____。
16.如图所示是探究向心力的大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系的实验装置图，转动手柄1，可使变速轮塔2和3以及长槽4和短槽5随之匀速转动。皮带分别套在轮塔2和3上的不同圆盘上，可使两个槽内的小球A、B分别以不同的角速度做匀速圆周运动。小球做圆周运动的向心力由横臂6的挡板对小球的弹力提供，球对挡板的反作用力，通过横臂6的杠杆作用使弹簧测力筒7下降，从而露出标尺8，标尺8露出的红白相间的等分格显示出两个球所受向心力的比值。那么：
(1)现将两小球分别放在两边的槽内，为了探究小球受到的向心力大小和角速度的关系，下列说法中正确的是_____。
A.在小球运动半径相等的情况下，用质量相同的小球做实验
B.在小球运动半径相等的情况下，用质量不同的小球做实验
C.在小球运动半径不等的情况下，用质量不同的小球做实验
D.在小球运动半径不等的情况下，用质量相同的小球做实验
(2)当用两个质量相等的小球做实验，且左边的小球的轨道半径为右边小球轨道半径的2倍时，转动时发现右边标尺上露出的红白相间的等分格数为左边的2倍，那么，左边轮塔与右边轮塔之间的角速度之比为_____。
17.用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律。重锤从高处由静止下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，对纸带上点迹间的距离进行测量，可验证机械能守恒定律。已知当地重力加速度为g。
(1)下列器材中，在本实验中需要使用的有( )
A.天平 B.刻度尺 C.秒表 D.螺旋测微器
(2)如下图所示，根据打出的纸带，选取纸带上连续的五个点A、B、C、D、E，通过测量并计算出点B距起始点O的距离为x0，B、C两点间的距离为x1，C、D两点间的距离为x2，若相邻两点的打点时间间隔为T，重锤质量为m，根据这些条件计算重锤从释放到打下C点时的重力势能减少量ΔEp=____________，动能增加量ΔEk=____________。
三、计算题：本大题共3小题，共30分。
18.如图甲所示，质量m=1.0kg的物体静止在光滑水平地面上，从t=0时起，受到水平力F作用，力F与时间t的关系如图乙所示，取向右为正方向，重力加速度g=10m/s2，求：
(1)物体在前2s时间内运动的加速度大小a1；
(2)物体在前2s内运动的位移大小x1；
(3)物体在第4s末的速度大小v。
19.篮球气压过高或过低都会影响篮球的弹性和手感，从而影响球员的技术发挥。简易的测试方法是在平坦的硬质水平地面上，让篮球从180cm的高度自由落下，反弹高度在125cm至140cm之间即表示篮球气压正常。某次检测中，运动员使篮球从距水平地面高度为h1=1.8m处由静止自由落下，反弹高度为h2=1.25m。设篮球始终在竖直方向做一维运动，已知篮球质量为m=0.60kg，重力加速度g=10m/s2，不计空气阻力。
(1)求此次碰撞过程中篮球损失的机械能ΔE；
(2)篮球每次因碰撞损失的机械能会随着碰前动能的减小而减小，设篮球每次与地面碰撞前后的动能的比值不变。若使篮球从距地面h3=1m的高度由静止下落，并在开始下落的同时向下拍球，球落地后反弹的高度也为1m。求拍球过程中人对篮球做的功W；
(3)在实际拍球过程中，篮球上升到某高度时，手就会接触篮球并对球施加一个向下的阻力F1，球和手一起运动距离s后上升到最高点。然后手对球施加向下的动力F2，通过相同的距离s后，篮球与手分开。手对球的两次作用力均视为恒力，拍球过程中篮球距离地面的最大高度相同。通过分析比较F1、F2大小关系。
20.在研究某些复杂的曲线运动时，可以采用运动的合成与分解的方法。
在水平面内建立xOy坐标系，以点O为坐标原点。从t=0开始，质量为m=2.0kg的滑块从坐标原点O出发，初速度v0=4m/s，方向为x轴正方向。
(1)从t=0开始，若滑块受到沿x轴负方向的水平恒力F1作用，F1=4.0N，求：
a.滑块沿x轴正方向运动的最大距离xm；
b.滑块回到坐标原点的时间t；
(2)从t=0开始，除F1外，滑块同时还受到沿y轴正方向的恒力F2的作用，F2=3.0N。
a.在右图所示的坐标系内定性画出滑块的运动轨迹，并标明关键坐标；
b.求运动过程中滑块的最小速率v。
四、综合题：本大题共1小题，共12分。
21.流体一般是指液体流、气体流等，质量具有连续性。水和空气是常见的流体。对于此类流体问题，可沿流速的方向选取一小段柱形流体(微元)作为研究对象。
(1)如图所示，环保人员在一次检查时发现，有一根管壁厚度不计的排污管正在向外排出大量污水。这根管道水平放置，排污管的直径为D，管口到水面的高度为H，管口到污水落点的水平距离为x，忽略一切阻力，D≪H，已知重力加速度为g，估算：
①污水从管口流出的速度v；
②该管道排水的流量Q(即每秒钟排出污水的体积)。
(2)如图所示，风力发电机能将风能(即空气的动能)转化为电能，当风吹过叶片时，由于空气动力的效应带动叶轮转动，叶轮通过主轴连接齿轮箱带动发电机发电。已知某风力发电机接收风能的有效面积为S，空气密度为ρ，当地风速为v，风能转化为电能的效率为η，求：
①在时间Δt内经过有效面积S的空气的体积ΔV；
②该风力发电机发电的平均功率P。
答案和解析
1~4.【答案】A 、C 、A 、B
【解析】1.
将飞镖沿水平方向正对靶心掷出，飞镖在空中只受重力作用，以地面为参考系，飞镖在空中做平抛运动。
故选A。
2.
飞镖在空中做平抛运动，水平方向做匀速直线运动，则飞镖掷出时速度的大小为
v0=xt=20.2m/s=10m/s
故选C。
3.
飞镖在空中运动过程中的加速度为重力加速度，大小不变，方向不变。
故选A。
4.
飞镖在空中只受重力作用，重力对飞镖做正功，飞镖的动能逐渐增大，飞镖的机械能保持不变。
故选B。
5~8.【答案】C 、B 、A 、A
【解析】1.
A.哥白尼提出日心说，认为太阳是太阳系的中心，故A错误；
B.牛顿提出了万有引力定律，故B错误；
C.开普勒突破常规思维，提出行星的轨道是椭圆，故C正确；
D.卡文迪许利用扭秤实验测出了引力常数，故D错误；
故选C。
2.
设苹果质量为m，地球质量为M，地球半径为R，月球轨道半径r=60R。
A.根据万有引力定律可得
F=GMmr2
由于月球的质量和苹果的质量大小关系不知道，故地球吸引月球的力与地球吸引苹果力大小无法确定，故A错误；
B.月球公转的加速度为a，由牛顿第二定律：
GMm月(60R)2=m月a
地球表面苹果重力等于万有引力：
GMmR2=mg
联立解得：
ag=1602
即需要验证：月球公转的加速度约为苹果落向地面加速度的 1602 ，故B正确；
C.根据题中条件无法求解自由落体的物体在月球表面的加速度和在地球表面加速度的大小关系，故C错误；
D.由于地球和月球的质量大小关系不知道，地、月半径大小不知道，所以根据题中条件无法求解苹果在月球表面受到的引力和在地球表面受到引力之比，故D错误。
故选B。
3.
根据万有引力提供向心力有
GMmr2=ma=mr4π2T2=mrω2=mv2r
解得
a=GMr2 、 v= GMr 、 ω= GMr3 、 T= 4π2r3GM
量子卫星轨道半径较小，则周期较小，线速度、角速度、加速度都较大。
故选A。
4.
根据万有引力与中立的关系有
GMmR2=mg
解得
M=gR2G
无法利用公转周期计算月球的质量。
故选A。
9~11.【答案】C 、B 、D
【解析】1.
A.小球在最高点时的向心力不一定等于重力，可能是重力与拉力的合力提供向心力，故A错误；
B.小球在最高点时绳子的拉力可以为零，此时只有重力提供向心力，故B错误；
CD.小球恰好通过最高点时的速度满足
mg=mv2L
解得
v= gL
绳子越长，速度越大，与小球质量无关，故C正确，D错误。
故选C。
2.
小球通过最高点时，有
F+mg=mv2L
解得
v2=FLm+gL
结合图像可知
gL=a
解得
g=aL
图像的斜率为
k=Lm
则绳长不变，用质量较大的球做实验，得到的图线斜率更小，图线与纵轴的交点坐标与质量无关。
故选B。
3.
AB.若小球在最高点时所受轻杆的作用力为支持力，则有
mg−F=mv2L
小球在最高点时所受轻杆的作用力随小球速度的增大而减小，小球在最高点时的向心力小于重力，故AB错误；
CD.小球恰好到达最高点时，支持力等于重力，小球的速度最小为0，故C错误，D正确；。
故选D。
12~14.【答案】B 、D 、D
【解析】1.
AB.刚接触弹簧时，小球有向下的加速度，速度依然增大，当重力等于弹力时，速度最大，之后弹力大于重力，速度逐渐减小，故A错误，B正确；；
C.接触弹簧后，小球的加速度逐渐减小，当重力等于弹力时，加速度最小为0，此后加速度反向增大，故C错误；
D.若小球接触弹簧时速度为零，加速度为g，方向竖直向下。由简谐运动的对称性知，小球下落至最低点时它的加速度大小为g，方向竖直向上。现由于小球有向下的速度，小球到达最低点时弹簧的压缩量增大，加速度增大，所以小球下落至最低点时它的加速度大小大于g，故D错误；
故选B。
2.
从小球接触弹簧到下落至最低点的过程，重力势能减小 mgx ，对整个过程分析，根据能量守恒定律可知弹簧的弹性势能增大 mgh+x ，小球接触弹簧时的动能为 mgh ，最低点动能为0，则动能减小 mgh 。
故选D。
3.
图像与坐标轴围成的面积代表弹簧弹力做功，则弹簧弹力做功−kx22 ，弹性势能增加 kx22 。
故选D。
15.【答案】(1)同时 改变高度进行实验
(2)AC15L

【解析】【详解】(1)[1]平抛运动竖直方向的分运动为自由落体运动，故能够观察到小球A、B同时落地。
[2]为了使实验结论具有普遍性，该组同学还需进行的操作是改变高度进行实验。
(2)[1]ABC.为使小球做平抛运动的速度大小相等，方向水平，小球每次必须从斜槽上同一位置由静止释放，斜槽轨道末端必须水平，斜槽轨道不需要光滑，故AC正确，B错误；
D.平抛运动竖直方向的分运动为自由落体运动，挡板高度不需要等间距变化，故D错误。
故选AC。
[2]小球做平抛运动，水平方向有
x=v0t
竖直方向有
y=12gt2
整理得
y=g2v02x2
将 (5L,5L) 代入，可得
g2v02=15L
则
a=15L
16.【答案】 A1:2
【解析】【详解】(1)[1]根据向心力公式
F=mrω2
可知，要研究小球受到的向心力大小与角速度的关系，需控制小球的质量和小球运动的半径相等，故选A。
(2)[2]由公式
F=mrω2
可得
ω左ω右= F左F右⋅r右r左=12
17.【答案】(1)B
(2)mg(x0+x1) 12m(x1+x22T)2

【解析】【详解】(1)A.验证机械能守恒的表达式中，重锤的质量可以约去，故不需要使用天平，故A错误；
B.实验需使用刻度尺量取纸带上两点间的距离，故B正确；
C.打点计时器具有计时的功能，故不需要使用秒表，故C错误；
D.实验不需要测量重锤的大小，故不需要使用螺旋测微器，故D错误。
故选B。
(2)[1]重锤从释放到打下C点时的重力势能减少量
ΔEp=mgh=mg(x0+x1)
[2]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，打下C点时的速度为
vC=xBD2T=x1+x22T
动能增加量为
ΔEk=12mvC2=12m(x1+x22T)2
18.【答案】(1)2m/s2；(2)4m；(3)2m/s
【解析】【详解】(1)物体在前2s时间内，由牛顿运动定律
F1=ma1
由图可知前2s内
F1=2N
解得
a1=2m/s2
(2)物体在前2s内，由运动学规律
x1=12a1t12
解得物体在前2s内运动的位移大小为
x1=4m
(3)2s后物体向前做匀减速运动，水平力 F 大小为
F2=1N
2s后物体的加速度
a2=F2m=1m/s2
由运动学规律
v=a1t1−a2t2=2×2−1×2m/s=2m/s
19.【答案】(1)3.3J；(2)2.64J；(3)见解析
【解析】【详解】(1)篮球与地面碰撞时损失的机械能为
ΔE=mgh1−mgh2=3.3J
(2)篮球与地面碰撞前、后瞬间的动能比值为
k=Ek1Ek2=mgh1mgh2=1.44
对篮球下落过程，根据动能定理有
W+mgh3=Ek1−0
对篮球上升过程，根据动能定理有
−mgh3=0−Ek2
联立解得
W=2.64J
(3)设篮球距离地面的最大高度为h，与地面碰撞前、后瞬间的动能分别为 Ek3、Ek4 ，对篮球上升过程，根据动能定理有
−F1s−mgh=0−Ek4
对篮球下落过程，根据动能定理有
F2s+mgh=Ek3−0
由题意可知
Ek3>Ek4
可得
F2>F1
20.【答案】(1)a.4m，b.4s；(2)a.，
【解析】【详解】(1)a.物体沿x轴正方向先做匀减速运动，减速为零后沿x轴负方向做匀加速运动，水平加速度大小为
ax=F1m=2m/s2
则最大距离为
xmax=v022ax=4m
b.减速时间为
t1=v0ax=2s
则根据匀变速直线运动规律有，返回原点的时间为
t=2t1=4s
(2)a.物体沿y轴正方向做匀加速直线运动，竖直方向上加速度大小为
ay=F2m=1.5m/s2 x方向速度为零时，物体沿y轴正方向运动
y1=12ayt12=3m
物体再次回到y轴时，沿y轴正方向运动的距离
ymax=12ayt2=12m
故运动轨迹如下图所示
b.物体沿x轴正方向做匀变速直线运动
vx=v0−axt
物体沿y轴正方向做匀加速直线运动
vy=ayt
根据运动的合成与分解，则有
vt2=vx2+vy2
代入数据，化简可得
vt2=254t2−16t+16
可知，当t=1.28s时物体速度最小为
vmin=2.4m/s
21.【答案】(1)① x g2H ，② πD2x4 g2H ；(2)①SvΔt，② 12ηρSv3
【解析】【详解】(1)①在水流中取一小段水柱，视为微元，该微元做平抛运动，由
x=vt
H=12gt2
解得
v=x g2H
②水管横截面积为S，流量
Q=VΔt=SvΔtΔt=πD2x4 g2H
(2)①空气柱的体积
ΔV=SvΔt
②Δt内风力发电机接收的风能
Ek=12Δmv2
其中
Δm=ρSvΔt
发电的平均功率
P=ηEkΔt=12ηρSv3