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- 2021-05-26 发布
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首师大附中2020-2021学年度第一学期入学测试试题
高二物理
一、单选题
1. 如图所示,固定斜面AO、BO与水平方向夹角均为45°,现由A点以某一初速度水平抛出一个小球(可视为质点),小球恰能垂直于BO落在C点,则OA与OC的比值为( )
A. ∶1 B. 2∶1 C. 3∶1 D. 4∶1
【答案】C
【解析】以A点为坐标原点,AO为y轴,垂直于AO为x轴建立坐标系,分解速度和加速度,则在x轴上做初速度为,加速度为的匀减速直线运动,末速度刚好为零,运动时间为:,在y轴上做初速度为做初速度为,加速度为的匀加速直线运动,末速度为,利用平均速度公式得位移关系:,故C正确,ABD错误.
2. 人通过滑轮将质量为m的物体,沿粗糙的斜面由静止开始匀加速地由底端拉上斜面,物体上升的高度为h,到达斜面顶端的速度为v,如图所示,则在此过程中
A. 物体所受的合外力做功为mgh+mv2 B. 人对物体做的功为mgh
C. 物体所受合外力做功大于mv2 D. 人对物体做的功大于mgh
【答案】D
【解析】A、对物体受力分析可知,物体受重力、拉力及摩擦力的作用,由动能定理可知,合外力做功一定等于动能的改变量,即等于,故AC错误;
B、由动能定理可知:
则人对物体做的功为:
可知人对物体做的功一定大于,故B错误,D正确.
3. 关于曲线运动,下列说法正确的是( )
A. 曲线运动一定是变速运动 B. 曲线运动的物体加速度一定变化
C. 曲线运动的物体所受合外力一定为变力 D. 曲线运动的物体所受合力方向一定变化
【答案】A
【解析】A.曲线运动的速度的方向一定变化,故曲线运动一定是变速运动,选项A正确;
B.曲线运动的物体加速度不一定变化,例如平抛运动,选项B错误;
C.曲线运动的物体所受合外力可能为恒力,也可能为变力,例如平抛运动的物体受恒力作用,做圆周运动的物体受变力作用,选项C错误;
D.曲线运动的物体所受合力方向不一定变化,例如平抛运动,选项D错误;故选A.
4. 河宽420m,船在静水中速度为4m/s,水流速度是3m/s,则船过河的最短时间( )
A. 140s B. 105s C. 84s D. 60s
【答案】B
【解析】船参与了两个分运动,沿船头指向的分运动和沿水流方向的分运动,渡河时间等于沿船头指向分运动的时间,当船头与河岸垂直时,沿船头方向的分运动的位移最小,故渡河时间最短,则 故选B。
5. 关于重力势能,下列说法中正确的是( )
A. 重力势能的大小只由物体本身决定 B. 重力势能恒大于零
C. 在地面上的物体,它具有的重力势能一定等于零 D. 重力势能是物体和地球所共有的
【答案】D
【解析】重力势能取决于物体的重力和高度;故A错误;重力势能的大小与零势能面的选取有关,若物体在零势能面下方,则重力势能为负值;故B错误;重力势能的大小与零势能面的选取有关;若选取地面以上为零势能面,则地面上的物体重力势能为负;若选地面以下,则为正;故C错误;重力势能是由物体和地球共有的;故D正确;故选D.
6. 如图所示为汽车在水平路面上启动过程中的速度图像,Oa为过原点的倾斜直线,ab段表示以额定功率行驶时的加速阶段,bc段是与ab段相切的水平直线,则下述说法正确的是( )
A. 0~t1时间内汽车做匀加速运动且功率恒定
B. t1~t2时间内汽车牵引力逐渐增大
C. t1~t2时间内的平均速度为(v1+v2)
D. 在全过程中t1时刻的牵引力及其功率都是最大值,t2~t3时间内牵引力最小
【答案】D
【解析】A. 0~t1时间内为倾斜的直线,故汽车做匀加速运动,因牵引力恒定,由P=Fv可知,汽车的牵引力的功率均匀增大,故A错误;
B. t1~t2时间内汽车加速度逐渐减小,根据牛顿第二定律可知,牵引力逐渐减小,故B错误;
C.t1~t2时间内,若图象为直线时,平均速度为(v1+v2),而现在图象为曲线,故图象的面积大于图像为直线时的面积,即位移大于图像为直线时的位移,故平均速度大于(v1+v2),故C错误;
D. 由P=Fv及运动过程可知,t1时刻物体的牵引力最大,此后功率不变,而速度增大,故牵引力减小,而t2~t3时间内,物体做匀速直线运动,物体的牵引力最小,故D正确。
7. 假设地球和金星都绕太阳做匀速圆周运动,已知地球到太阳的距离大于金星到太阳的距离,那么( )
A. 地球公转周期小于金星的公转周期
B. 地球公转的线速度大于金星公转的线速度
C. 地球公转的加速度小于金星公转的加速度
D. 地球公转的角速度大于金星公转的角速度
【答案】C
【解析】质量为的行星围绕质量为的太阳做圆周运动,运动轨迹半径为
,由万有引力提供向心力可得
化简可得
即轨道半径越大,周期越大,线速度、加速度、角速度越小,因此地球公转周期大于金星的公转周期,地球公转的线速度、加速度、角速度小于金星公转的线速度、加速度、角速度,故ABD错误,C正确。故选C。
8. 如图所示,一个圆盘在水平面内匀速转动,盘面上距圆盘中心一定距离处放有一个小木块随圆盘一起转动,木块受哪些力作用( )
A. 木块受重力、圆盘的支持力和向心力
B. 圆盘对木块的支持力、静摩擦力和重力
C. 圆盘对木块的静摩擦力、支持力和重力以及向心力作用
D. 圆盘对木块的支持力和静摩擦
【答案】B
【解析】小木块做匀速圆周运动,合力指向圆心,对木块受力分析,受重力、支持力和静摩擦力,如图:
重力和支持力平衡,静摩擦力提供向心力,故B正确,A、C、D错误.
9. 人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,假如卫星的线速度减小到原来的,卫星仍然做匀速圆周运动,则
A. 卫星的向心加速度减小到原来的 B. 卫星的周期增大到原来的8倍
C. 卫星的角速度减小到原来的 D. 卫星的周期增大到原来的2倍
【答案】B
【解析】卫星绕地做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,得: ,得 ,,,;由可得,当卫星的线速度减小到原来的时,轨道半径增大为原来的4倍.由,得知,向心加速度减小到原来的.由,得知,卫星的周期增大到原来的8倍.由得知,卫星的角速度减小到原来的故ACD错误,B正确.故选B.
10. 如图所示,竖直固定的半径为R的光滑圆形轨道内,一可视为质点的小球通过轨道最低点P时,加速度大小为6g,不计空气阻力,下列说法正确的是
A. 小球过P点时速度大小为 B. 小球能沿轨道做完整的圆周运动
C. 小球运动的最小加速度为零 D. 小球运动的最小速度为零
【答案】B
【解析】A.在最低点,由牛顿第二定律有:
解得:
故A错误;
B.小球能通过最高点的最小速度,根据动能定理得
解得:
所以小球能沿轨道做完整的圆周运动,故B正确;
CD.小球能通过最高点的最小速度,则最小加速度为
最小速度为,故CD错误.
11. 在一斜面顶端,将甲乙两个小球分别以和的速度沿同一方向水平抛出,两球都落在该斜面上。甲球落至斜面时的速率是乙球落至斜面时速率的( )
A. 2倍 B. 4倍 C. 6倍 D. 8倍
【答案】B
【解析】设斜面倾角为,小球落在斜面上速度方向偏向角为,甲球以速度v
抛出,落在斜面上,根据平抛运动的推论可得
所以甲乙两个小球落在斜面上时速度偏向角相等
对甲有
对乙有
所以
故ACD错误B正确。
12. 我国发射的某卫星,其轨道平面与地面赤道在同一平面内,卫星距地面的高度约为500km,而地球同步卫星的轨道高度约为36000km,已知地球半径约为6400km,关于该卫星,下列说法中正确的是
A. 该卫星的线速度小于同步卫星的线速度
B. 该卫星的加速度小于同步卫星的加速度
C. 一年内,该卫星被太阳光照射时间小于同步卫星被太阳光照射时间
D. 该卫星发射速度小于第一宇宙速度
【答案】C
【解析】根据可知,该卫星的线速度大于同步卫星的线速度,选项A错误;根据a=知该卫星的加速度大于同步卫星的加速度,故B错误.由开普勒第三定律知,该卫星的周期小于同步卫星的周期,则一年内,该卫星被太阳光照射时间小于同步卫星被太阳光照射时间,故C正确.第一宇宙速度是卫星最小的发射速度,知该卫星的发射速度大于第一宇宙速度,故D错误.故选C.
13. 已知地球质量大约是月球质量的81倍,地球半径大约是月球半径的4倍.如图所示,甲、乙两个完全相同的斜面分别固定在地球和月球的水平地面上,将相同的小球从斜面上的同一高度O点处,以相同初速度沿水平方向抛出,分别落在甲、乙斜面上的A.B两点(图中未画出).不计空气阻力且忽略地球和月球自转影响,则下列说法正确的是( )
A. 不可以求出OA之间距离和OB之间距离之比
B. 小球落到A点与落到B点的速率不相同
C. 小球从抛出到落在B点所用时间大于小球从抛出到落在A点所用时间
D. 小球从抛出到落在A点与小球从抛出到落在B点过程中,合力对小球做功不同
【答案】C
【解析】设地球质量为81M,月球质量为M,地球半径为4R,月球半径为R,则根据:,,可得到:;小球从斜面顶端平抛,则:,则:,由于在月球重力加速度小,故小球从抛出到落在B点所用时间大于小球从抛出到落在A点所用时间,故C正确;根据几何关系,小球落地斜面上的距离:,所以可以求出OA之间距离和OB之间距离之比,故A错误;小球落到斜面上的速度:,故小球落到A点与落到B点的速率相同,故B错误;小球从抛出到落在A点与小球从抛出到落在B点过程中,由于重力加速度不同,故合力即重力对小球做功不同,故D错误.故选C。
14. 土卫六叫“泰坦”(如图),它每16天绕土星一周,经测量其公转轨道半径约为,已知引力常量,1天为86400s,则土星的质量约为( )
A. kg B. kg C. kg D. kg
【答案】B
【解析】卫星受到的万有引力提供向心力,得
其中r=1.2×106km=1.2×109m;T=16天=16×24×3600≈1.4×106s,G=6.67×10-11N•m2/kg2
代入数据可得M≈5×1026kg B正确,ACD错误 故选B。
二、解答题
15. 如图所示,光滑轨道ABCD由倾斜轨道AB和半圆轨道BCD组成.倾斜轨道AB与水平地面的夹角为θ,半圆轨道BCD的半径为R,BD竖直且为直径,B为最低点,O是BCD的圆心,C是与O等高的点.一个质量为m的小球在斜面上某位置由静止开始释放,小球恰好可以通过半圆轨道最高点D.小球由倾斜轨道转到圆轨道上时不损失机械能.重力加速度为g.求:
(1)小球在D点时的速度大小
(2)小球开始下滑时与水平地面的竖直高度与半圆半径R的比值.
(3)小球滑到斜轨道最低点B时(仍在斜轨道上),重力做功的瞬时功率
【答案】(1) (2) (3)
【解析】本题中,小球经历了沿斜面向下的匀加速运动,还有平面内的圆周运动.考查了学生利用已知物理模型,灵活处理实际问题的能力.题目中小球运动过程中,满足机械能守恒.
(1)小球恰好可以通过半圆轨道最高点D,则在最高点满足:
故小球在D点的速度=
(2)设小球开始下滑时与水平地面的高度为h
则从开始下滑,一直到圆弧轨道最高点D,根据动能定理可知:
解得:
(3)设小球到达最低点B时的速度大小为,则滑到最低点B的过程中
满足方程: 解得
所以在B点,小球重力的瞬时功率=
16. 我国月球探测计划嫦娥工程已经启动,“嫦娥1号”探月卫星也已发射。设想“嫦娥1号”登月飞船靠近月球表面做匀速圆周运动,测得飞行n圈所用的时间为t,已知月球半径为R,万有引力常量为G,月球质量分布均匀。求:
(1)嫦娥1号绕月球飞行的周期;
(2)月球的质量;
(3)月球表面的重力加速度。
【答案】(1);(2);(3)
【解析】(1)由题意可知,测得飞行n圈所用的时间为t,则嫦娥1号绕月球飞行的周期
(2)由万有引力提供向心力有
得
(3)在月球表面物体的重力等于万有引力则
得
17. 如图所示,半径为R、圆心为O的大圆环固定在竖直平面内,两个轻质小圆环固定在大圆环上竖直对称轴的两侧θ=45°的位置上,一根轻质长绳穿过两个小圆环,它的两端都系上质量为m的重物,小圆环的大小、绳子与大、小圆环间的摩擦均可忽略.当在两个小圆环间绳子的中点C处,挂上一个质量M的重物,M恰好在圆心处处于平衡.(重力加速度为g)求:
(1)M与m质量之比.
(2)再将重物M托到绳子的水平中点C处,然后无初速释放重物M,则重物M到达圆心处的速度是多大?
【答案】(1) (2)
【解析】(1)以M为研究对象,受力分析:
Mg=2mgcos45°
(2)M与2个m组成的系统机械能守恒:
MgRsinθ-2mg(R-Rcosθ)=MV12+mV22
V2=V1cosθ
解得:
18. 如图所示,长度为L的细绳上端固定在天花板上O点,下端拴着质量为m的小球.当把细绳拉直时,细绳与竖直线的夹角为θ=60°,此时小球静止于光滑的水平面上.
(1)当球以角速度ω1= 做圆锥摆运动时,水平面受到的压力N是多大?
(2)当球以角速度ω2= 做圆锥摆运动时,细绳张力T为多大?
【答案】(1) (2)
【解析】(1)对小球受力分析,作出力图如图1.
球在水平面内做匀速圆周运动,由重力、水平面的支持力和绳子拉力的合力提供向心力,则
根据牛顿第二定律,得
水平方向有
FTsin60°=mω12lsin60°①
竖直方向有
FN′+FTcos60°-mg=0②
又
解得
;
(2) 设小球对桌面恰好无压力时角速度为ω0,即FN′=0
代入①②解得
由于
故小球离开桌面做匀速圆周运动,则此时小球的受力如图2
设绳子与竖直方向的夹角为α,则有
mgtanθ=mω22•lsinα ③
mg=FT′cosα ④
联立解得
FT′=4mg.
19. 质量为m=5×103 kg的汽车在水平公路上行驶,阻力是车重的0.1倍。让车保持额定功率为60 kW,从静止开始行驶,求:(g取10 m/s2)
(1)汽车达到的最大速度vm;
(2)汽车车速v1=2 m/s时的加速度大小。
【答案】(1)12 m/s;(2)5 m/s2。
【解析】(1) 汽车达到的最大速度时,牵引力等于阻力,由P=Fv得
P=Fv=Ffvm
所以汽车达到的最大速度
vm===m/s=12m/s
(2)由P=Fv得
F=
当v1=2m/s时,有
F1==N=3×104N
由牛顿第二定律得
F1-Ff=ma
所以汽车车速v1=2 m/s时的加速度大小
a==m/s2=5 m/s2
20. 长为L0的轻弹簧K上端固定在天花板上,在其下端挂上质量为m的物块P,让弹簧处于原长且P从静止释放,P最大下落高度为h0(未超过弹性限度)。斜面ABC固定在水平面上,,,,O点上方斜面部分粗糙,P与这部分的动摩擦因数,O点下方斜面部分光滑。现将轻弹簧K一端固定在斜面上A处,用外力使P压缩弹簧并静止于D点,P与弹簧未栓接,然后突然撤去外力(重力加速度为g,θ=30°)
(1)试通过计算说明:撤去外力后,在弹簧作用下,P不会滑离斜面;
(2)计算P在OB部分运动的总路程。
【答案】(1)见解析;(2)
【解析】(1)当弹簧竖直时,P由静止释放,由能量守恒知,弹簧形变量为h0时,其弹性势能为
设滑块P从斜面上释放后能沿斜面上升s,则有
解得
即撤去外力后,在弹簧作用下,P不会滑离斜面;
(2)滑块从D点释放后会在斜面上往复运动,最终它向上运动到O点速度减为0,便不再运动到OB上,设P在部分运动的总路程为S,由动能定理知
解得