河北省辛集中学2020届高三上学期9月月考物理试题

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河北省辛集中学2020届高三上学期9月月考物理试题

河北辛集中学2017级高三上学期第二次阶段考试 高三物理试卷 第Ⅰ卷 选择题 一、选择题:(共16题,每题4分,共64分。1—12为单选,13—16为多项选择,全部选对的得4分,选不全的得2分,有选错或不答的得0分。)‎ ‎1.以下四幅图所反映的物理过程说法正确的是( )‎ A. 图甲中子弹射入木块的过程中,子弹和木块组成的系统动量守恒,能量不守恒 B. 图乙中M、N两木块放在光滑的水平面上,剪断束缚M、N两木块之间的细线,在弹簧恢复原长的过程中,M、N与弹簧组成的系统动量守恒,机械能增加 C. 图丙中细线断裂后,木球和铁球在水中运动的过程,两球组成的系统动量守恒,机械能不守恒 D. 图丁中木块沿放在光滑水平面上的斜面下滑,木块和斜面组成的系统在水平方向上动量守恒,机械能一定守恒 ‎【答案】C ‎【解析】‎ ‎【详解】A.图甲中,在光滑水平面上,子弹射入木块的过程中,子弹和木块组成的系统动量守恒,机械能有损失,但是损失的机械能转化为内能,能量仍守恒,故A错误;‎ B.图乙中,剪断束缚M、N两木块之间的细线,在弹簧恢复原长的过程中,M、N与弹簧组成的系统动量守恒,弹簧的弹性势能转化为木块的动能,系统机械能守恒,故B错误;‎ C.图丙中,木球和铁球组成的系统匀速下降,说明两球所受水的浮力等于两球自身的重力,细线断裂后两球在水中运动的过程中,所受合外力为零,两球组成的系统动量守恒,由于水的浮力对两球做功,两球组成的系统机械能不守恒,故C正确;‎ D.图丁中,木块沿放在光滑水平面上的斜面下滑,木块和斜面组成的系统在水平方向上不受外力,水平方向上动量守恒,由于斜面可能不光滑,所以机械能可能有损失,故D错误.‎ ‎2.质量为m的小球,用长为l的轻绳悬挂于O点,小球在水平力F作用下,从最低点P缓慢地移到Q点,如图所示,重力加速度为g,则在此过程中( )‎ ‎ ‎ A. 小球受到的合力做功为mgl(1﹣cosθ)‎ B. 拉力F的功为Flcosθ C. 重力势能的变化大于mgl(1﹣cosθ)‎ D. 水平力F做功使小球与地球组成的系统机械能变化了mgl(1﹣cosθ)‎ ‎【答案】D ‎【解析】‎ ‎【详解】A.小球缓慢移动,动能不变,动能的变化量为零,根据动能定理得知,小球受到的合力做功为零,故A错误;‎ B.设绳与竖直方向的夹角为α,根据平衡条件可知F=mgtanα,所以可知F为变力,根据动能定理 WF﹣mgl(1﹣cosθ)=0‎ 则得拉力F的功为WF=mgl(1﹣cosθ),故B错误;‎ C.根据重力做功与重力势能变化的关系可得:重力势能的增加 Ep=mgh=mgl(1﹣cosθ)‎ 故C错误;‎ D.由上知,小球动能不变,重力势能增加mgl(1﹣cosθ),而重力势能是小球与地球共有的,又根据除了重力以外的力做功等于系统机械能的变化,可知水平力F做功使小球与地球组成的系统机械能变化了mgl(1﹣cosθ),故D正确.‎ ‎3.用水平力拉一物体,使物体在水平地面上由静止开始做匀加速直线运动,t1时刻撤去拉力F,物体做匀减速直线运动,到t2时刻停止.其速度一时间图象如图所示,且α>β,若拉力F做的功为W1,冲量大小为I1;物体克服摩擦阻力F做的功为W2,冲量大小为I2.则下列选项正确的是 A. W1> W2;I1>I2 B. W1I‎2 ‎C. W1< W2;I1tanθ)‎ ‎,物块到达传送带顶端前与之保持静止.则在物块由静止释放到相对传送带静止的过程中,下列说法正确的是 A. 电动机多提供的能量为mv2‎ B. 传送带克服摩擦力做的功为 C. 传送带和物块增加的内能为 D. 摩擦力对物体的平均功率为 ‎【答案】CD ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 根据题意,,物块先由静止做匀加速运动,后与皮带达到共同速度v,随后与皮带保持相对静止,一起匀速运动到皮带顶端.‎ ‎【详解】AB、根据牛顿第二定律得:,所以,物块做匀加速运动的加速度.则加速时间为,这段时间内,滑块的位移为,皮带转过的距离.因为电动机多消耗的电能刚好等于传送带克服摩擦力做的功,即,AB错误;‎ C、物块在皮带上加速的过程中,相对皮带滑过的位移为,则在物块和传送带相对滑动的过程中,产生的热量 ‎,C正确;‎ D、摩擦力对物体的平均功率为,D正确.‎ 故本题选CD.‎ ‎【点睛】本题关键是明确滑块的受力情况、运动情况和能量转化情况,结合功能关系、运动学公式列式分析.‎ ‎16.如图所示,在竖直平面内固定有两个很靠近的同心圆轨道,外圆光滑,内圆粗糙.一质量为m的小球从轨道的最低点以初速度v0向右运动,球的直径略小于两圆间距,球运动的轨道半径为R,不计空气阻力.设小球过最低点时重力势能为零,下列说法正确的是( )‎ A. 小球在同心圆轨道内运动过程中,机械能一定减小 B. 若经过足够长时间,小球最终的机械能可能为 C. 若小球在运动过程中机械能守恒,则v0一定不小于 D. 若小球第一次运动到最高点时速度大小为0,则v0一定大于 ‎【答案】BD ‎【解析】‎ 若小球在最低点的速度较小,当小球只在过圆心的水平线以下运动,则小球只于外轨接触,此时小球的机械能守恒,选项A错误;若初速度v0比较小,小球在运动过程中一定与内圆接触,机械能不断减少,经过足够长时间,小球最终可能在圆心下方做往复运动,最高点与圆心等高,机械能为mgR,故B正确.若使小球始终做完整的圆周运动,小球应沿外圆运动,在运动过程中不受摩擦力,机械能守恒,小球恰好运动到最高点时速度设为v,则有 ‎ 由机械能守恒定律得:mv02=mg•2R+mv2,小球在最低点时的最小速度v0=,所以若使小球始终做完整的圆周运动,则v0一定不小于 ‎,若小球只在过圆心的水平线以下运动,则mv02=mgR,解得 ,则若小球在运动过程中机械能守恒,小球在最低点的速度应小于等于,或者大于等于,故C错误.如果内圆光滑,小球在运动过程中不受摩擦力,小球在运动过程中机械能守恒,如果小球运动到最高点时速度为0,由机械能守恒定律得:mv02=mg•2R,小球在最低点时的速度为 v0=,由于内圆粗糙,小球在运动过程中要克服摩擦力做功,则小球在最低点时的速度v0一定大于,故D正确.故选BD.‎ 点睛:本题的关键是理清运动过程,抓住临界状态,明确最高点的临界条件,运用机械能守恒定律和向心力知识结合进行研究.‎ 第Ⅱ卷 非选择题 二、实验题(每空2分,共12分)‎ ‎17.为了探究小车加速度与合外力的关系,甲、乙、丙、丁四个实验小组分别采用图甲、图乙、图丙、图丁所示的实验装置,小车总质量用M表示(乙图M包括小车与传感器,丙图中M包括小车和与小车固连的小滑轮),钩码总质量用m表示,丁组同学先按图丁将木板有定滑轮的一端垫起,调整木板倾角,使小车恰好带着钩码和纸带一起沿木板向下匀速运动,再保持长木板的倾角不变,取下细绳和钩码,然后接通电源释放小车,使之由静止开始加速运动并在纸带上打点,如图戊所示,重力加速度g已知,试回答下列问题:‎ ‎(1)甲、乙、丙三组实验必须平衡小车和长木板之间的摩擦力的实验小组为__.(填“甲”“乙”“丙”)‎ ‎(2)甲、乙、丙、丁四组实验时必须满是Mm的实验小组是__.(填“甲”、“乙”、“丙”、“丁”)‎ ‎【答案】 (1). 甲乙丙都需要平衡摩擦力 (2). 甲 ‎【解析】‎ ‎【详解】(1)[1]本实验探究当质量一定时,物体运动加速度与它所受的合外力的关系,所以三个实验小组都需要平衡摩擦力,即甲乙丙都需要平衡摩擦力.‎ ‎(2)[2]乙和丙绳子的拉力可以由弹簧测力计和力传感器直接得到,不需要用重物的重力代替,所以乙丙两组不需要满足Mm,而甲组用重物的重力代替绳子的拉力,要满足Mm,丁图小车合力大小等于钩码重力,也不用.‎ ‎18.某实验小组利用如图所示的装置进行实验,钩码A和B分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端,钩码质量均为M,在A的上面套一个比它大一点的环形金属块C,在距地面为处由一宽度略大于A的狭缝,钩码A能通过狭缝,环形金属块C不能通过,开始时A距离狭缝的高度为,放手后,A、B、C从静止开始运动 ‎(1)利用计时仪器测得钩码A通过狭缝后落地用时,则钩码A通过狭缝的速度为_______(用题中字母表示);‎ ‎(2)若通过此装置验证机械能守恒定律,还需要测出环形金属框C的质量m,当地重力加速度为g,若系统的机械能守恒,则需满足的等式为___________(用题中字母表示);‎ ‎(3)为减小测量时间的误差,有同学提出如下方案:实验时调节,测出钩码A从释放到落地的总时间t,来计算钩码A通过狭缝的速度,你认为可行吗?若可行,写出钩码A通过狭缝时的速度表达式;若不可行,请简要说明理由________、___________.‎ ‎【答案】(1)(2)(3)可行;速度 ‎【解析】‎ 试题分析:(1)由于钩码通过狭缝后,C不再对A施加力了,而AB的质量又相等,故钩码A做做匀速运动,所以钩码A通过狭缝的速度为;(2)若验证机械能守恒时,因为A降低的重力势能等于B增加的重力势能,故重力势能的减少量为C下降h2的重力势能的减少量,即mgh2,而系统动能的增加量为,故满足的等式为时,就证明机械能守恒了;(3)当h1=h2=h时,A的运动是先匀加速运动,后匀速运动,如果设加速的时间为t1,匀速的时间为t2,匀速运动的速度为v,则加速运动时的平均速度为,故t1v=2h成立;在匀速运动时,t2v=h成立;二式相加得(t1+t2)v=3h,即,故这种做法是可行的.‎ 考点:匀速运动的计算,匀变速运动的计算,机械能守恒.‎ 三、计算题:(共3题,第19题10分,第20题12分,第21题每题12分,共34分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,只写出答案的不能得分。有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位,并且要选定研究对象,进行必要的受力分析。)‎ ‎19.新能源电瓶车在平直路面上由静止开始以的加速度匀加速启动,经过4s达到额定功率,随后电瓶车保持该额定功率继续行驶了6s达到最大速度,设电瓶车受到的阻力恒定,大小为车重的,重力加速度g取,求:‎ ‎(1)电瓶车在平直路面上行驶的最大速度的大小;‎ ‎(2)电瓶车由静止开始至达到最大速度所行驶的位移大小.‎ ‎【答案】(1)‎16m/s (2)‎‎64m ‎【解析】‎ ‎【详解】(1)设电瓶车质量为m,额定功率为P0,电瓶车匀加速启动时输出功率随速度增大而增大,达到额定功率后做加速度变小的加速运动,最后做匀速运动;匀加速启动过程中,根据牛顿第二定律有 F﹣f=ma 当t1=4s时,电瓶车的速度v=at1=‎8m/s,此时电瓶车的功率P=P0,则得匀加速运动的牵引力,阻力f=0.2mg,即 解得电瓶车的额定功率P0=32mW,当牵引力等于阻力时,加速度为零,速度最大,故有P0=f·vm,代入数据得电瓶车在平直路面上行驶的最大速度 ‎(2)匀加速过程的位移为 设变加速过程行驶的位移为x2,根据动能定理有 其中v=at1,代入数据得x2=‎48m,故总位移为x=x1+x2=‎64m.‎ 答:(1)电瓶车在平直路面上行驶的最大速度的大小为‎16m/s,(2)电瓶车由静止开始至达到最大速度所行驶的位移大小为‎64m.‎ ‎20.如图所示:质量为M=‎0.8kg的小车有半径R=‎1m的1/4光滑圆轨道BC和长为‎0.5m的水平轨道AB,小车静止于光滑的水平面上,质量为m=‎0.2kg的小物块(可看成质点)以水平向右的初速度v0在A点滑上小车.已知物块与小车的水平面间的动摩擦因数为=0.5,g=‎10m/s2.求:‎ ‎(l)若小车固定,物块刚好滑到小车上的C点,则物块的初速度v0多大?‎ ‎(2)若小车自由,物块仍以v0滑上小车,物块相对水平面AB所能到达的最大高度是多少?‎ ‎(3)在(2)的情况下,分析说明,物块最终能否停在小车上,若能确定位置,若不能,求出两者分离时的速度.(取)‎ ‎【答案】(1)‎5m/s;(2)‎0.75m;(3)‎1.7m/s ‎【解析】‎ ‎(1)由能量守恒:mv02=fL+mgR ‎ 摩擦力 ‎ 而FN=mg 解得: v0=‎5m/s ‎ ‎(2) 物块与车水平方向动量守恒:mv0=(m+M)v ‎ 解得: v=‎1m/s 物块与车系统能量守恒:mv02=μmgL+mgh+(m+M)v2‎ 解得最大高度:h=‎0.75m ‎ ‎(3)若停在小车上有:mv02- (m+M)v2=μmgs s=‎2m>‎2L ‎ 所以不会停在小车上,即两者分离;设两者分离时m的速度v1,车的速度v2,物块与车水平方向动量守恒:mv0=mv1+Mv2‎ 物块与车系统能量守恒:μmg‎2L=mv02- mv12- Mv22‎ 解得 v1 =﹣‎1.8m/s 说明分离时m的速度方向与v0方向相反 ‎ 车的速度 v2 =‎1.7m/s ‎ ‎21.如图甲所示,有一装置由倾斜轨道AB、水平轨道BC、竖直台阶CD和足够长的水平直轨道DE组成,表面处处光滑,且AB段与BC段通过一小圆弧(未画出)平滑相接.有一小球用轻绳竖直悬挂在C点的正上方,小球与BC平面相切但无挤压.紧靠台阶右侧停放着一辆小车,车的上表面水平与B点等高且右侧固定一根轻弹簧,弹簧的自由端在Q点,其中PQ段是粗糙的,Q点右侧表面光滑.现将一个滑块从倾斜轨道的顶端A处自由释放,滑至C点时与小球发生正碰,然后从小车左端P点滑上小车.碰撞之后小球在竖直平面做圆周运动,轻绳受到的拉力如图乙所示.已知滑块、小球和小车的质量分别为m1=‎3kg、m2=‎1kg和m3=‎6kg,AB轨道顶端A点距BC段的高度为h=‎0.8m,PQ段长度为L=‎0.4m,轻绳的长度为R=‎0.5m. 滑块、小球均可视为质点.取g=‎10m/s2.求:‎ ‎(1)滑块到达BC轨道上时的速度大小.‎ ‎(2)滑块与小球碰后瞬间小球的速度大小.‎ ‎(3)要使滑块既能挤压弹簧,又最终没有滑离小车,则滑块与PQ之间的动摩擦因数μ应在什么范围内?(滑块与弹簧的相互作用始终在弹簧的弹性范围内)‎ ‎【答案】(1)(2)(3)‎ ‎【解析】‎ 试题分析:(1)设滑块与小球碰撞前瞬间速度为,由机械能守恒,‎ 有①‎ 得 ‎(2)设小球在最高点的速度为v,由图乙可知小球在最高点时受到的拉力 由牛顿第二定律,有②‎ 设小球碰撞后瞬间速度为,由机械能守恒,有③‎ 联立①②③并代入数据,解得 ‎(3)滑块与小球碰撞过程满足动量守恒:④‎ 得碰撞后的速度方向向右 滑块最终没有滑离小车,滑块和小车之间必有共同的末速度 由滑块与小车组成的系统动量守恒:⑤‎ ‎(I)若较大,则滑块可能不与弹簧接触就已经与小车相对静止,设滑块恰好滑到Q点,由能量转化与守恒有⑥‎ 联立④⑤⑥得 ‎(II)若不是很大,则滑块必然挤压弹簧,再被弹回到PQ之间,设滑块恰好回到小车的左端P点处,由能量转化与守恒有⑦‎ ‎④⑤⑦得 综上所述,得 考点:机械能守恒,动量守恒,功能关系.‎ ‎【名师点晴】该题的难点在于最后一问,滑块与PQ之间的动摩擦因数μ应在什么范围内,‎ ‎ 使滑块既能挤压弹簧,又最终没有滑离小车;根据要求我们就取两个极端,即摩擦系数大时刚好到弹簧和摩擦系数小时刚好返回到小车的P点,将复杂的问题具体化.‎ ‎ ‎
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