【物理】北京市第十二中学2019-2020学年高一下学期期末考试试题 （解析版）

【物理】北京市第十二中学2019-2020学年高一下学期期末考试试题 （解析版）

北京市第十二中学2019-2020学年高一下学期 期末考试试题 一、单项选择题（本大题共14小题，每小题3分，共42分。在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求）。‎ ‎1. 一个做匀速圆周运动的物体，在运动过程中保持不变的物理量是（　　）‎ A. 速度 B. 动能 C. 动量 D. 向心加速度 ‎【答案】B ‎【解析】‎ ‎【详解】A．做匀速周运动的物体，速度大小不变，方向时刻改变，因此是变速运动，A错误；‎ C．动量的方向与速度方向相同，因此动量方向也是时刻改变，C错误；‎ B．动能只有大小没的方向，因此匀速圆周运动的物体，动能不变，B正确；‎ D．向心加速度的方向时刻指向圆心，因此向心加速度方向时刻改变，D错误。‎ 故选B。‎ ‎2. 一辆汽车在水平公路上转弯，沿曲线由M向N行驶，速度逐渐减小。如图甲、乙、丙、丁分别画出了汽车转弯时所受合力F四种方向，其中正确的是（　　）‎ A. B. C. D. ‎ ‎【答案】C ‎【解析】‎ ‎【详解】 ‎ AD．从M点运动到N，汽车做曲线运动，合力指向轨迹的内侧，故 AD错误； ‎ BC．汽车速度逐渐减小，合力方向与速度的方向的夹角要大于90°，故C正确， B错误。 ‎ 故选C。 ‎ ‎3. “神舟七号”宇宙飞船绕地球做匀速圆周运动，它比地球同步卫星轨道低很多，则“神舟七号”宇宙飞船与同步卫星相比（　　）‎ A. 线速度小一些 B. 周期小一些 C. 向心加速度小一些 D. 角速度小一些 ‎【答案】B ‎【解析】‎ ‎【详解】根据万有引力提供向心力 可以看出，h小则运行周期T也小，线速度、角速度、加速度大一些。‎ 故选B。‎ ‎4. 如图所示，质量分别为m1和m2的两个物体，m1=m2，在大小相等的两个力F1和F2的作用下沿水平方向移动了相同的距离。若F1做的功为W1，F2做的功为W2，则（　　）‎ A. W1＞W2 B. W1＜W2‎ C. W1=W2 D. 条件不足，无法确定 ‎【答案】C ‎【解析】‎ ‎【详解】根据功的定义 由于两个力大小相等，位移大小相等，位移的方向与力的方向的夹角相等，因此两个力做功相等，C正确，ABD错误。‎ 故选C。‎ ‎5. 质量为‎1kg的物体从某一高度开始做自由落体运动，1s后物体着地。g取‎10m/s2。则该物体落地时重力的瞬时功率是（　　）‎ A. 25W B. 50W C. 75W D. 100W ‎【答案】D ‎【解析】‎ ‎【详解】物体做自由落体运动，1s末的速度 v=gt=10×‎1 m/s =‎10m/s ‎1s末重力的瞬时功率 P=mgv=1×10×10 W =100W 故选D。‎ ‎6. 发动机的额定功率是汽车长时间行驶时所能输出的最大功率。某型号汽车发动机的额定功率为60kW，在水平路面上行驶时受到的阻力是1500N，则发动机在额定功率下汽车匀速行驶的速度的大小是（　　）‎ A. ‎20m/s B. ‎30m/s C. ‎40m/s D. ‎50m/s ‎【答案】C ‎【解析】‎ ‎【详解】发动机在额定功率下汽车匀速行驶时，牵引力等于阻力，所以匀速行驶的速度的大小,C正确，ABD错误。‎ ‎7. 某人造地球卫星在距地面高度为的圆形轨道上绕地球做匀速圆周运动．已知地球质量为，地球半径为，卫星质量为，引力常量为．则卫星在圆形轨道上运行时（ ）‎ A. 线速度大小 B. 线速度大小 C. 角速度大小 D. 角速度大小 ‎【答案】B ‎【解析】‎ 根据万有引力提供向心力：，解得：，故B正确，A错误；根据万有引力提供向心力：，解得：，故CD错误．所以B正确，ACD错误．‎ ‎8. 质量为m的物体静止在水平地面上，起重机将其竖直吊起，上升高度为h时，物体的速度为v过程中（　　）‎ A. 重力对物体做功为mv2 B. 起重机对物体做功为mgh C. 合外力对物体做功为 D. 合外力对物体做功为 ‎【答案】C ‎【解析】‎ ‎【详解】A．上升的过程中重力对物体做的功,A错误；‎ B．根据能量守恒定律，起重机对物体做功,B错误；‎ CD．根据动能定理，合力对物体做的功，C正确，D错误。‎ 故选C。‎ ‎9. 一条轻绳跨过定滑轮，绳的两端各系一个小球A和B，B球的质量是A球的3倍。用手托住B球，当轻绳刚好被拉紧时，B球离地面的高度是h，A球静止于地面，如图所示。定滑轮的质量及轮与轴间的摩擦均不计，重力加速度为g。释放B球，当B球刚落地时，A球的速度大小为（　　）‎ A. B. C. D. ‎ ‎【答案】C ‎【解析】‎ ‎【详解】B球下落的过程中，由A、B两球及绳子组成的系统机械能守恒 整理得 C正确，ABD错误。‎ 故选C。‎ ‎10. 从同样高度落下的玻璃杯，掉在水泥地上容易打碎，而掉在草地上不容易打碎，其原因是（　　）‎ ‎①掉在水泥地上的玻璃杯动量大，而掉在草地上的玻璃杯动量小 ‎②掉在水泥地上的玻璃杯动量改变快，而掉在草地上的玻璃杯动量改变慢 ‎③掉在水泥地上的玻璃杯动量改变大，而掉在草地上的玻璃杯动量改变小 ‎④掉在水泥地上的玻璃杯与地面接触时，相互作用时间短，而掉在草地上的玻璃杯与地面接触时，相互作用时间长 A. ①② B. ③④ C. ①③ D. ②④‎ ‎【答案】D ‎【解析】‎ ‎【详解】①由于从同样高度下落的玻璃杯，因此落地时的速度相等，①错误；‎ ‎②④由于落到水泥地上的玻璃杯，相互作用的时间短，因此动量变化的快，而掉在草地上的玻璃杯与草地相互作用的时间长，因此动量改变慢，②④正确；‎ ‎③由于落地后最终都停下来，因此动量变化大小相同，③错误。‎ 故D正确，ABC错误。‎ 故选D。‎ ‎11. “嫦娥三号”探测器由“长征三号乙”运载火箭从西昌卫星发射中心发射，首次实现月球软着陆和月面巡视勘察。假设“嫦娥三号”先后分别在如图所示的环月圆轨道和椭圆轨道上运行，则（　　）‎ A. 若已知“嫦娥三号”环月圆轨道的半径、运行周期和引力常量，则可以算出月球的密度 B. “嫦娥三号”由环月圆轨道变轨为椭圆轨道时，应在P点发动机点火使其减速 C. “嫦娥三号”在环月椭圆轨道上运行时P点的速度大于Q点的速度 D. “嫦娥三号”进入环月椭圆轨道后关闭发动机，探测器从Q点运行到P点过程中机械能增加 ‎【答案】B ‎【解析】‎ ‎【详解】A．根据万有引力提供向心力，可以解出月球的质量，由于不知道月球的半径，无法知道月球的体积，故无法计算月球的密度，故A错误；‎ B．嫦娥三号环月段圆轨道上P点减速，使万有引力大于向心力做近心运动，才能进入进入环月段椭圆轨道，故B正确；‎ C．嫦娥三号在环月段椭圆轨道上P点向Q点运动中，距离月球越来越近，月球对其引力做正功，故速度增大，即嫦娥三号在环月段椭圆轨道上P点的速度小于Q点的速度，故C错误；‎ D．“嫦娥三号”进入环月椭圆轨道后关闭发动机，探测器从Q点运行到P点过程中只有引力做功，机械能守恒，故D错误。‎ 故选B。‎ ‎12. 研究小组的同学们用如图所示的装置探究物体的加速度与力、质量的关系之后，对此实验又做了进一步的分析：在实验前通过垫块已经平衡了阻力，且砂和砂桶的总质量远小于小车和车上砝码的总质量，若将小车（含车上砝码）和砂（含砂桶）当成一个系统（包括地球），由静止释放小车后，下列说法中正确的是（　　）‎ A. 系统动量守恒，机械能守恒 B. 系统动量不守恒，机械能守恒 C. 系统动量守恒，机械能不守恒 D. 系统动量不守恒，机械能不守恒 ‎【答案】D ‎【解析】‎ ‎【详解】由静止释放小车后，小车的速度增加，砂桶的速度也增加，因此水平方向动量增加，竖直方向动量也增加，小车（含车上砝码）和砂（含砂桶）组成的系统动量不守恒；运动过程中，除重力做功外，摩擦力对系统做负功，小车（含车上砝码）和砂（含砂桶）组成的系统机械能减小；故D项正确，ABC三项错误。‎ 故选D。‎ ‎13. 如图所示，光滑水平面上有A、B两物块，已知A物块的质量mA=‎2kg，以一定的初速度向右运动，与静止的物块B发生碰撞并一起运动，碰撞前后的位移时间图象如图所示（规定向右为正方向），则碰撞后的速度及物体B的质量分别为 A. ‎2m/s，5kg B. ‎2m/s，‎3kg ‎C. ‎3.5m/s，‎2.86kg ‎D. ‎3.5m/s，‎‎0.86kg ‎【答案】B ‎【解析】‎ 由图象可知，碰前A的速度为：，碰后AB的共同速度为：，A、B碰撞过程中动量守恒，以向右为正方向，由动量守恒定律得：，解得：，选B.‎ ‎14. 如图所示，质量为M木块静止在光滑水平面上，质量为m的子弹以水平速度v0射入木块，并留在木块里。已知在子弹射入木块的过程中子弹发生的位移为，木块发生的位移为，子弹进入木块深度为s，子弹受到阻力大小恒为f，子弹射入木块后二者的共同速度为，不计空气阻力影响，下列说法中不正确的是（　　）‎ A. B. ‎ C. D. ‎ ‎【答案】D ‎【解析】‎ ‎【详解】A．子弹射入木块过程中，对子弹根据动能定理，A正确；‎ B．子弹射入木块过程中，对木块根据动能定理，B正确；‎ CD．子弹射入木块过程中，产生的热量，根据能量守恒可知，因此，C正确，D错误。‎ 故不正确的选D。‎ 二、填空题(本题共2小题，共18分。15题总分6分，每空2分；16题总分12分，（1）、（2）、（3）每空2分，（4）4分)‎ ‎15. 如图所示，是探究向心力大小F与质量m、角速度ω和半径r之间关系的实验装置图。转动手柄1，可使变速塔轮2和3以及长槽4和短槽5分别随之匀速转动。皮带分别套在塔轮2和3上的不同圆盘上，可使两个槽内的小球分别以几种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的挡板对小球的压力提供，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上露出的红白相间的等分格子的多少可以显示出所受向心力的比值。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，用质量相同的小球做实验 D．在小球运动半径不等的情况下，用质量不同的小球做实验 ‎（2）在这个探究向心力大小与质量、角速度和半径之间的关系的实验中，采用了______。‎ A．理想实验法 B．控制变量法 C．等效替代法 ‎（3）当用两个质量相等的小球做实验，且左边小球的轨道半径为右边小球的2倍时，转动时发现右边标尺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____。‎ ‎【答案】 (1). A (2). B (3). 1：2‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】(1)本题采用控制变量法，当研究向心力与角速度关系时，应选用质量相等的小球，轨道半径相同，只有角速度不同，因此A正确，BCD错误。‎ ‎ (2)本实验采用控制变量法，B正确，AC错误。‎ ‎ (3)根据，可得 ‎16. 用如图所示装置验证机械能守恒定律。‎ ‎（1）除带夹子的重物、纸带、铁架台（含夹子）、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还需要使用的一组器材是_______。‎ A．直流电源、天平（含砝码） B．直流电源、刻度尺 C．交流电源、天平（含砝码） D．交流电源、刻度尺 ‎（2）实验中，先接通电源，再释放重物，得到如图所示一条纸带。在带上选取连续打出的5个点A、B、C、D、E，测得C、D、E三个点到起始点O的距离分别为hC、hD、hE。已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T。设重物的质量为m，则从打下O点到打下D点的过程中，重物的重力势能减少量为____，动能增加量为____。（用上述测量量和已知量的符号表示）‎ ‎（3）很多实验结果显示，重力势能的减少量略大于动能的增加量，你认为原因是____。‎ ‎（4）对于上述实验，有的同学提出研究的运动过程的起点必须选择在O点，你同意这种看法吗？如果同意请你说明理由；如果不同意，请你给出当起点不在O点时，实验中验证机械能守恒的方法？_______‎ ‎【答案】 (1). D (2). (3). 空气阻力和打点计时器对纸带阻力 (4). 见解析 ‎【解析】‎ ‎【详解】(1)由于电磁打点计时器需要交流电源，因此AB错误；计算机械能守恒时，重物的质量等式两边均有，可以相互抵消，不必测出；要用刻度尺测量点与点之间的距离，从而算出打某个点时速度及下降的高度，因此C错误，D正确。‎ ‎ (2)下降的高度为，因此减少的重力势能为；‎ 打D点时速度等于CE段的平均速度 动能增加量 ‎(3)由于空气阻力和打点计时器对纸带阻力影响，重力势能的减少量略大于动能的增加量；‎ ‎(4)[5]不同意，可以选择A点作为起点，研究从B到D的过程，测得各点到A点的距离分别为hAB、hAC、hAD和hAE，如果在误差允许范围内得出 即可证明机械能守恒。‎ 三、计算题（本题共4小题，共40分。解答时应画出必要的受力图，写出必要的文字说明和原始方程。只写出最后答案不能得分。有数值计算的题，答案中要明确写出数值和单位）。‎ ‎17. 已知地球质量为M，万有引力常量为G。将地球视为半径为R、质量均匀分布的球体。忽略地球自转影响。‎ ‎（1）求地面附近的重力加速度g；‎ ‎（2）求地球的第一宇宙速度v；‎ ‎（3）若要利用地球绕太阳的运动估算太阳的质量，需要知道哪些相关数据？请分析说明。‎ ‎【答案】（1）（2）（3）若要利用地球绕太阳的运动估算太阳的质量，需要知道地球绕太阳运动的轨道半径、周期和万有引力常量。‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】（1）设地球表面的物体质量为m , 有 解得 ‎ ‎（2）设地球的近地卫星质量为m¢，有 解得 ‎（3）若要利用地球绕太阳的运动估算太阳的质量，需要知道地球绕太阳运动的轨道半径、周期和万有引力常量。 设太阳质量为M¢，地球绕太阳运动的轨道半径为r、周期为T，根据可知若知道地球绕太阳运动的轨道半径、周期和万有引力常量可求得太阳的质量。‎ ‎18. 暑假里，小明去游乐场游玩，坐了一次名叫“摇头飞椅”的游艺机，如图所示，该游艺机顶上有一个半径为r=‎4.5m的“伞盖”，“伞盖”在转动过程中带动下面的悬绳转动，其示意图如图所示。“摇头飞椅”高O1O2=‎5.8m，绳长L=‎5m。小明挑选了一个悬挂在“伞盖”边缘的最外侧的椅子坐下，他与座椅的总质量为m=‎40kg。小明和椅子的转动可简化为如图所示的圆周运动。在某段时间内，“伞盖”保持在水平面内稳定旋转，绳与竖直方向夹角为37°。（g=‎10m/s2， sin37°=0.6，cos37°=0.8），在此过程中，求：‎ ‎（1）座椅受到绳子的拉力大小；‎ ‎（2）小明运动的线速度大小；‎ ‎（3）小明运动一个周期内重力的冲量。‎ ‎【答案】（1）500N；（2）‎7.5m/s；（3）‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】（1）拉力沿竖直方向的分力等于重力，由平行四边形定则，得拉力 ‎（2）根据受力分析，由牛顿第二定律得：‎ 小明做圆周运动的半径 联立代入数据解得 v=‎7.5m/s ‎（3）小明做圆周运动的周期 小明运动一个周期内重力的冲量 ‎19. 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右图所示的模型：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点由静止滚下，且恰好能通过C点。已知A、B间的高度差为h=4R，小球到达B点时的速度为vB=，重力加速度为g。求：‎ ‎(1)小球运动到B点时，小球对轨道的压力F的大小；‎ ‎(2)小球通过C点时的速率vC；‎ ‎(3)小球从A点运动到C点的过程中，克服摩擦阻力做的功W。‎ ‎【答案】(1)7mg；(2)；(3)1.5mgR ‎【解析】‎ ‎【详解】(1)小球在B点时，根据牛顿第二定律有 解得 据牛顿第三定律得F=7mg ‎(2)因为小球恰能通过C点，根据牛顿第二定律有 解得 ‎(3)在小球从A点运动到C点的过程中，根据动能定理有 解得W=1.5mgR ‎20. （1）如图，质量为m的物体，仅在与运动方向相同的恒力F的作用下，经过时间t，发生了一段位移l，速度由v1增加到v2。结合图中情景，请猜测并推导：‎ a．恒力和其作用时间的累积Ft直接对应着什么物理量的变化？并由牛顿运动定律和运动学公式推导这种关系的表达式。‎ b．恒力在其作用空间上的积累Fl直接对应着什么物理量的变化？并由牛顿运动定律和运动学公式推导这种关系的表达式。‎ ‎（2）题（1）a和（1）b所推导出的表达式不仅适用于质点在恒力作用下的运动，也适用于质点在变力作用下的运动，这时两个表达式中的力都是指平均力，但两个表达式中的平均力的含义不同。在（1）a所推导出的表达式中的平均力F1是指合力对时间的平均值，在（1）b所推导出的表达式中的平均力F2是指合力对位移的平均值。‎ c．质量为‎1.0kg的物块，受变力作用下由静止开始沿直线运动，在2.0s的时间内运动了‎2.5m的位移，速度达到了‎2.0m/s。请利用题（1）a和（1）b所推导出的表达式求出平均力F1和F2的值。‎ ‎【答案】（1）见解析；（2）F1=1.0N；F2=0.8N；‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】（1）a．恒力和其作用时间的累积Ft直接对应着动量的变化．‎ 由牛顿运动定律和运动学公式推导：‎ F = ma v2=v1 + at 解得Ft =m v2-mv1=∆p b.．恒力和其作用空间的累积Fl直接对应着动能的变化．‎ 由牛顿运动定律和运动学公式推导：‎ F=ma 解得 ‎（2）c．由题（1）a可知，合力对时间的平均值 由题（1）b可知，合力对位移的平均值 ‎21. ‎ 如图所示，一光滑杆固定在底座上，构成支架，放置在水平地面上，光滑杆沿竖直方向，一轻弹簧套在光滑杆上。一圆环套在杆上，圆环从距弹簧上端H处由静止释放，接触弹簧后将弹簧压缩，弹簧的形变始终在弹性限度内。已知圆环的质量为m ，弹簧的劲度系数为k，重力加速度为g，不计空气阻力。试求，在圆环压缩弹簧的过程中的最大速度v m的大小。 ‎ ‎【答案】‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】在运动过程中当合力为零时，圆环的速度有最大值，设圆环速度最大时弹簧的形变量为x，根据牛顿第二定律有 从圆环开始下落到圆环速度达到最大的过程中，根据动能定理有 解得