河北省衡水中学2021届高三物理上学期二调试卷（Word版附答案） 10页

1 河北省衡水中学 2021 届上学期高三年级二调考试 物 理_210210 本试卷分第Ⅰ卷（选择题）和第Ⅱ卷（非选择题）两部分。共 8 页，总分 100 分，考试时间 90 分钟。 第Ⅰ卷（选择题 共 48 分） 一、选择题：本题共 12 小题，每小题 4 分，共 48 分。每小题有一个或多个选项符合题目要求，全部选对 的得 4 分，选对但不全的得 2 分，有选错的得 0 分。 1.身高和质量完全相同的两人穿同样的鞋在同一水平面上通过一轻杆进行顶牛比赛，企图迫使对方后退。 设甲、乙两人对杆的推力分别是 1F 、 2F ，甲、乙两人身体因前倾而偏离竖直方向的夹角分别为 1 、 2 ， 倾角α越大，人手和杆的端点位置就越低，如图所示，若甲获胜，则 A. 1 2F F ， 1 2  B. 1 2F F ， 1 2  C. 1 2F F ， 1 2  D. 1 2F F ， 1 2  2.如图所示，直立弹射装置的轻质弹簧顶端原来在 O 点，O 与管口 P 的距离为 02x ，现将质量为 m 的钢珠 置于弹簧顶端，再把弹簧压缩至 M 点，压缩量为 x0，释放弹簧后钢珠被弹出，钢珠运动到管口 P 点时的 动能为 04mgx ，重力加速度为 g，不计一切阻力，弹簧始终处于弹性限度内，下列说法正确的是 A.弹射过程中弹簧和钢珠所组成的系统机械能守恒 B.弹簧恢复原长时弹性势能全部转化为钢珠的动能 C.钢珠弹射所到达的最高点距管口 P 点的距离为 07x D.弹簧被压缩至 M 点时所具有的弹性势能为 07mgx 3.如图所示为两级皮带传动装置，转动时皮带均不打滑，中间两个轮子是固定在一起的，轮 1 的半径和轮 2 的半径相同，轮 3 的半径和轮 4 的半径相同且为轮 1 和轮 2 半径的一半，则轮 1 边缘的 a 点和轮 4 边缘 的 c 点相比 A.线速度之比为 1：4 B.角速度之比为 4：1 2 C.向心加速度之比为 8：1 D.向心加速度之比为 1：8 4.如图所示，从竖直面上大圆的最高点 A，引出两条不同的光滑轨道，端点都在大圆上。相同物体由静止 开始，从 A 点分别沿两条轨道滑到底端 B 和 C，则下列说法中正确的是 A.到达底端的速度相同 B.重力的冲量都相同 C.物体动量的变化率都相同D.重力的平均功率相同 5.如果没有空气阻力，天上的云变成雨之后落到地面，雨滴经过加速后，到达地面时的速度会达到 300m/s， 这样的速度基本相当于子弹速度的一半，是非常可怕的。由于空气阻力的作用，雨滴经过变加速运动，最 终做匀速运动，一般而言，暴雨级别的雨滴落地时的速度为 8～9m/s 某次下暴雨时李明同学恰巧撑着半径 为 0.5m 的雨伞（假设伞面水平，空间分布的雨水的平均密度为 0.5kg/m3），由于下雨使李明增加的撑雨伞 的力最小约为 A.0.25N B.2.5N C.25N D.250N 6.在奥运会比赛项目中，10m 跳台跳水是我国运动员的强项。某次训练中，质量为 60kg 的跳水运动员从跳 台自由下落 10m 后入水，在水中竖直向下减速运动。设他在空中下落时所受空气阻力不计，水对他的阻力 大小恒为 2400N。那么在他入水后下降 2.5m 时，下列说法正确的是（取 g=10m/s2） A.他的加速度大小为 30m/s2 B.与入水时刻相比，他的动量减少了 300kg·m/s C.与入水时刻相比，他的动能减少了 4500J D.与入水时刻相比，他的机械能减少了 4500J 7.2020 年 5 月 12 日 9 时 16 分，我国在酒泉卫星发射中心用快舟一号甲运载火箭，以“一箭双星”方式，成 功将“行云二号”01/02 星发射升空，卫星进入预定轨道，发射取得圆满成功，此次发射的“行云二号”01 星 被命名为“行云·武汉号”，箭体涂刷“英雄武汉 伟大中国”八个大字，画上了“致敬医护工作者群像”，致敬 英雄的城市、英雄的人民和广大医护作者。如图所示，设地球半径为 R，地球表面的重力加速度为 g0，“行 云·武汉号”在半径为 R 的近地圆形轨道Ⅰ上运动，到达轨道的 A 点时点火变轨进入椭圆轨道Ⅱ，到达轨道 的远地点 B 时，再次点火进入轨道半径为 4R 的圆形轨道Ⅲ绕地球做圆周运动，设“行云·武汉号”质量保持 不变。则 A.“行云·武汉号”在轨道Ⅰ、Ⅲ上运行的周期之比为 8：1 B.“行云·武汉号”在轨道Ⅲ上的运行速率大于 0g R C.“行云·武汉号”在轨道Ⅰ上经过 A 处点火前的加速度大小等于地球赤道上静止物体的加速度大小 D.“行云·武汉号”在轨道Ⅰ上的机械能小于在轨道Ⅲ上的机械能 8.某同学推一物块沿水平面做直线运动。设物块在这条直线上运动的速度大小为 v，到某参考点的距离为 x， 3 物块运动的 1 xv  图像如图所示，图线是一条过原点的倾斜直线。关于该物块的运动，下列说法正确的是 A.该物块运动到 x=2.0m 处时的速度大小为 4m/s B.该物块做匀减速直线运动，加速度大小为 20m/s2 C.该物块从 x=1.0m 处运动到 x=2.0m 处所用的时间为 8 s3 D.该物块从 x=1.0m 处运动到 x=2.0m 处所用的时间为 3s 9.质量分别为 m1、m2 的物体 A、B 静止在光滑的水平面上，其中 1 2m m ，两物体用轻弹簧连接，开始弹簧 处于原长状态，某时刻同时在两物体上施加大小相等、方向相反的水平外力，如图所示，从两物体开始运 动到弹簧的伸长量达到最大值的过程中，弹簧始终处在弹性限度内。下列说法正确的是 A.两物体的动量一直增大 B.物体 A、B 的动量变化量大小之比为 m2：m1 C.两物体与弹簧组成的系统机械能守恒 D.物体 A、B 的平均速度大小之比为 m2：m1 10.如图所示，光滑的水平地面上有三个木块 a、b、c，质量均为 m，a、c 之间用轻绳连接。现用一水平恒 力 F 作用在 b 上，三个木块开始一起做匀加速运动，运动过程中把一块橡皮泥粘在某一木块上面，三个木 块组成的系统仍做加速运动，且三个木块始终没有相对滑动。则在粘上橡皮泥并达到稳定后，下列说法正 确的是 A.无论橡皮泥粘在哪个木块上面，系统的加速度一定减小_210 B.若橡皮泥粘在 a 木块上面，则绳的张力减小，a、b 间摩擦力不变 C.若橡皮泥粘在 b 木块上面，则绳的张力和 a、b 间摩擦力一定都不变 D.若橡皮泥粘在 c 木块上面，则绳的张力和 a、b 间摩擦力一定都增大 11.如图所示是健身用的“跑步机”示意图，质量为 m 的运动员踩在与水平面成α角的静止皮带上，运动员用 力向后蹬皮带，使皮带以速度 v 匀速运动，皮带运动过程中，受到的阻力恒为 Ft，下列说法正确的是（重 力加速度为 g） A.人脚对皮带的摩擦力是皮带运动的动力 B.人对皮带不做功 4 C.人对皮带做功的功率为 mgv D.人对皮带做功的功率为 tFv 12.如图所示，有质量分别为 2m、m 的小滑块 P，Q，P 套在固定竖直杆上，Q 放在水平地面上。P、Q 间 通过铰链用长为 L 的刚性轻杆连接，一轻弹簧左端与 Q 相连，右端固定在竖直杆上，弹簧水平，当刚性轻 杆与竖直杆夹角为α=30°时，弹簧处于原长。此时，P 由静止释放，下降到最低点时α变为 60°，整个运动 过程中，P、Q 始终在同一竖直平面内，弹簧在弹性限度内，忽略一切摩擦，重力加速度为 g。则在 P 下 降过程中 A.P、Q 组成的系统机械能守恒 B.当α=45°时，P、Q 的速度相同 C.弹簧弹性势能最大值为  3 1 mgL D.P 下降过程中动能达到最大前，Q 受到地面的支持力小于 3mg 第Ⅱ卷（非选择题 共 52 分） 二、非选择题；本题共 6 小题，共 52 分。 13.（8 分）某同学设计如图所示的实验装置来探究弹簧弹性势能与弹簧形变量的关系，弹射器固定在水平 桌面上，右端与桌面平滑连接。弹簧被压缩△l 后释放，将质量为 m 的小球弹射出去，小球离开桌面后做 平抛运动，测得小球平抛运动的水平位移为 x，竖直位移为 h。请回答下列问题：（重力加速度为 g） （1）为了减小实验误差，弹射器的内壁和桌面应尽可能光滑，同时弹射器出口端距离桌子右边缘应该 ______（填“近些”或“远些”）。 （2）小球做平抛运动的初速度 v0=______，小球被释放前弹簧的弹性势能 Ep=______。（均选用 m、g、x、 h 表示） （3）在实验中测出多组数据，并发现 x 与△l 成正比，则关于弹簧弹性势能 Ep 与形变量△l 的关系式，正 确的是______。（填正确答案标号） A. pE l  B. 1 pE l   C.  2 pE l  D.  2 1 pE l   14.（6 分）图甲为在气垫导轨上验证机械能守恒定律的实验装置图，将导轨调至水平，滑块装有宽度为 d 的遮光条，滑块包括遮光条的总质量为 M。轻绳下端挂钩码，钩码的质量为 m。滑块在钩码作用下先后通 过两个光电门，用光电计时器记录遮光条通过光电门 1 和 2 的时间，可以计算出滑块通过光电门 1、2 的 速度 v1 和 v2，用刻度尺测出两个光电门之间的距离为 x，重力加速度为 g。 5 （1）用游标卡尺测量遮光条的宽度 d，示数如图乙所示，则 d=______cm。 （2）写出滑块从光电门 1 运动到光电门 2 的过程中，验证机械能守恒定律的表达式______（用题中给出 的物理量的字母表示）。 （3）增加轻绳下端砝码的个数，滑块每次都从同一位置由静止释放，作出 2 2 2 1 1 1 v v m  图像如图丙所示， 其斜率为 k=______（用题中给出的物理量的字母表示）。 15.（6 分）宇航员到了某星球后做了如下实验。如图所示，在光滑的圆锥顶用长为 L 的细线悬挂一质量为 m 的小球，圆锥顶角为 2θ。当圆锥和球一起以周期 T 匀速转动时，球恰好对锥面无压力。已知该星球的半 径为 R，引力常量为 G。求： （1）线的拉力大小； （2）该星球表面的重力加速度大小； （3）该星球的密度。 16.（9 分）如图所示，物块 A 和 B 通过一根不可伸长的轻绳相连，跨放在质量不计的光滑定滑轮两侧，质 量分别为 mA=2kg、mB=1kg。初始时 A 静止于水平地面上，B 悬于空中。现将 B 竖直向上再举高 h=1.8m（未 触及滑轮），然后由静止释放。一段时间后轻绳绷直，A、B 以大小相等的速度一起运动，之后 B 恰好可以 和地面接触。取 g=10m/s2，空气阻力不计。求： （1）B 从释放到轻绳刚绷直时的运动时间 t； （2）A 的最大速度的大小； （3）初始时 B 离地面的高度 H。 17.（10 分）如图所示，一个半径为 R 的半球形的碗固定在水平桌面上，碗水平，O 点为球心，碗的内表 面及碗口光滑。其右侧是一个固定光滑斜面，斜面足够长，倾角θ=30°。一根不可伸长的轻绳跨在碗口及 6 光滑斜面顶端的光滑定滑轮上，绳的两端分别系有可看作质点的小球 1 和 2，质量分别为 m1 和 m2，且 m1>m2。 开始时小球 1 在右端碗口水平直径 A 处，小球 2 在斜面上且距离斜面顶端足够远，此时连接两球的轻绳与 斜面平行且恰好伸直。当小球 1 由静释放运动到圆心 O 的正下方 B 点时轻绳突然断开，不计轻绳断开瞬间 的能量损失。 （1）求小球 2 沿斜面上升的最大距离 s； （2）若已知轻绳断开后小球 1 沿碗的内侧上升的最大高度为 2 R ，求 1 2 m m 。（结果保留 2 位有效数字） 18.（13 分）如图所示，轻弹簧一端固定在水平面上的竖直挡板上，处于原长时另一端位于水平面上的 B 点处，B 点左侧光滑，右侧粗糙。水平面的右侧 C 点处有一足够长的斜面与水平面平滑连接。斜面倾角为 37°，斜面上有一半径为 R=1m 的光滑半圆轨道与斜面相切于 D 点，半圆轨道的最高点为 E，G 为半圆轨 道的另一端点，LBC=2.5m，A、B、C、D、E、G 均在同一竖直面内。使质量为 m=0.5kg 的小物块 P 挤压弹 簧右端至 A 点，然后由静止释放 P，P 到达 B 点时立即受到斜向右上方与水平方向的夹角为 37°、大小为 F=5N 的恒力作用，一直保持该恒力对物块 P 的作用，P 通过半圆轨道的最高点 E 时的速度大小为 10Ev  m/s，已知 P 与水平面、斜面间的动摩擦因数均为μ=0.5，取 g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8， 求：（1）P 运动到 E 点时对轨道的压力大小； （2）弹簧的最大弹性势能； （3）若其他条件不变，增大 B、C 间的距离使 P 过 G 点后恰好能垂直落在斜面上，求 P 在斜面上的落点 距 D 点的距离。 物理参考答案 210210 一、选择题 1.A【解析】轻杆处于平衡状态，两端弹力方向沿杆且大小相等，当甲的身体偏离竖直方向的夹角大于乙 时，杆的左端低于右端，甲对地面的压力大于乙对地面的压力，甲与地面间的最大静摩擦力大于乙与地面 间的最大静摩擦力，甲获胜，A 正确。 2.AD【解析】弹射过程只有弹簧弹力和重力做功，钢珠和弹簧所组成的系统机械能守恒，A 正确；弹射过 程，弹簧弹性势能减少，转化成钢珠的重力势能和动能，B 错误；钢珠从 P 点运动到最高点过程，由机械 能守恒得 04mgx mgh ，解得 h=4x0，C 错误；从 M 点到 P 点过程钢珠和弹簧所组成的系统机械能守恒， 则 0 04 3pE mgx mg x   ，解得 07pE mgx ，D 正确。 3.D【解析】轮子边缘的线速度大小关系为 1 3v v ， 2 4v v ，由 v r  得 2 32 2t av v v v   ，则 : 1: 2a tv v  ， 7 A 错误； 2a av R  ， t tv R ，则 : 1: 4a t   ，B 错误；由 2a r 得向心加速度之比为 1：8，C 错误， D 正确。 4.B【解析】下滑过程中物体机械能守恒，到达底端过程重力势能减少量不同，动能增加量不同，到达底 端时的速度大小和方向均不同，A 错误；物体沿等时圆轨道下滑时间相同，重力的冲量相同，B 正确；根 据动量定理得动量的变化率等于物体所受合外力，轨道倾角不同，合外力不同，动量的变化率不同，C 错 误；下滑时间相同，下滑高度不同，重力做功不同，重力做功的平均功率不同，D 错误。 5.C【解析】以雨水为研究对象，下落到伞面后速度变为 0，对每一瞬间，雨水的重力远小于伞对雨水的作 用力，由动量定理得 0Ft mv   ， m pvtS ，解得 F≈25N，再由牛顿第三定律知，C 正确。 6.AC【解析】设运动员入水时的速度大小为 v1， 1 12 10 2v gh  m/s，设入水后加速度大小为 a，由牛顿 第二定律得 1F mg ma  ，解得 a=30m/s2，A 正确；设入水后下降 2.5m 时的速度大小为 v2，则 2 2 1 2 22v v ah  ， 解 得 2 5 2v  m/s ， 动 量 减 少 量 1 2 300 2p mv mv    kg·m/s ， B 错 误 ； 动 能 减 少 量 2 2 1 2 1 1 45002 2kE mv mv    J，C 正确；机械能减少量 1 2 6000E F h   J，D 错误。 7.D【解析】由开普勒第三定律得卫星在轨道Ⅰ、Ⅲ运行周期之比   3 1 3 3: 1:8 4 RT T R   ，A 错误；卫星在 轨道Ⅲ运行的速率小于第一宇宙速度 0g R ，B 错误；由 2a r 得卫星在轨道Ⅰ上 A 点加速度大小大于地 球赤道上静止物体的加速度大小，C 错误；卫星在 A、B 两点均通过点火加速实现变轨，机械能均增加， 故卫星在轨道Ⅰ上的机械能小于在轨道Ⅲ上的机械能，D 正确。 8.D【解析】由图像知 x=2.0m 时的速度大小为 0.25m/s，A 错误；由匀变速直线运动的规律 2 2 0 2v v ax  知 物块不是做匀减速直线运动，B 错误；该图像与横轴围成的面积对应物块的运动时间，则物块由 x=1.0m 处运动到 x=2.0m 处所用的时间为 3s，C 错误，D 正确。 9.D【解析】从两物体开始运动到弹簧伸长量最大的过程，两物体先加速再减速，末速度为零，初、末动 量均为零，动量变化量为零，A、B 错误；此过程两水平外力均做正功，两物体和弹簧组成的系统机械能 增加，C 错误；两水平外力等大反向，两物体及弹簧组成的系统动量守恒，有 m1v1=m2v2，得两物体平均速 度大小之比为 1 2 2 1 v m v m  ，D 正确。«210 10.AD【解析】系统质量增大，合外力不变，由牛顿第二定律知加速度减小，A 正确；若橡皮泥粘在 a 上， 以 c 为研究对象，加速度减小，绳的张力减小，以 b 为研究对象，质量不变，加速度减小，a、b 间的摩擦 力增大，B 错误；若橡皮泥粘在 b 上，以 c 为研究对象，加速度减小，绳的张力减小，以 a、c 为研究对象， a、b 间的摩擦力减小，C 错误；若橡皮泥粘在 c 上，以 a、b 为研究对象，加速度减小，绳的张力增大， 以 b 为研究对象，a、b 间的摩擦力增大，D 正确。 11.AD【解析】人脚对皮带的摩擦力使皮带运动起来，是皮带运动的动力，A 正确；在人脚与皮带接触过 程中，皮带在摩擦力方向上有位移，人脚对皮带的摩擦力对皮带做正功，B 错误；皮带匀速运动，人对皮 带做的功等于皮带克服阻力做的功，即人对皮带做功的功率为 Ftv，C 错误，D 正确。 12.CD【解析】P 下落过程，弹簧弹性势能增大，P、Q 组成的系统机械能减小，A 错误；当α=45°时，P、 Q 的速度大小相等，方向不同，B 错误；P 从开始到最低点的过程，P、Q 的初、末速度均为零，P 重力势 能的减少量等于弹簧弹性势能的增加量，    2 cos30 cos60 3 1pE mgL mgL      ，C 正确；P 加速过 8 程处于失重状态，整体处于失重状态，Q 受地面的支持力小于总重力，D 正确。 二、非选择题 13.（1）近些（2 分） （2） 2 gx h （2 分） 2 4 mg xh （2 分） （3）C（2 分） 【解析】（1）为减小摩擦力对实验结果的影响，出口端离桌子右边缘应近些。 （2）小球做平抛运动， 21 2h gt ， 0x v t ，解得 0 2 gv x h  ，弹性势能 2 2 0 1 2 4p mgE mv xh   。 （3）小球动能与 x2 成正比，与 2l 成正比，即弹簧弹性势能与  2l 成正比，C 正确。 14.（1）0.660（2 分） （2）   2 2 2 1 1 2mgx M m v v   （2 分） （3） 2 M gx （2 分） 【解析】（1）由图乙知宽度 d=6mm+12×0.05mm=0.660cm。 （2）由机械能守恒定律得   2 2 2 1 1 2mgx M m v v   。 （3）由机械能守恒定律表达式得 2 2 2 1 1 1 1 2 2 M v v gx m gx    ，即斜率 2k M gx  。 15.（1） 2 2 4 mLT  （2） 2 2 4 cosLT   （3） 2 3 cosL GRT   【解析】（1）小球在水平面内匀速圆周运动，由牛顿第二定律得 2 2 4sin sinTF m LT   （1 分） 解得 2 2 4 TF mLT  （1 分） （2）小球竖直方向受力平衡，有 cosTF mg  星 （1 分） 解得 2 2 4 cosg LT  星 （1 分） （3）星球表面物体所受万有引力等于物体所受重力，有 2 GMm mgR  星 （1 分） 星球质量 34 3M R   解得星球密度 2 3 cosL GRT    （1 分） 16.（1）0.6s （2）2m/s （3）0.6m 【解析】（1）B 从释放到轻绳刚绷直前做自由落体运动，有 21 2h gt （1 分） 代入数据解得 t=0.6s（1 分） （2）设轻绳绷直前瞬间 B 速度大小为 vB，有 vB=gt （1 分） 轻绳绷直瞬间，轻绳张力远大于 A、B 的重力，A、B 相互作用，由动量守恒得  B B A Bm v m m v  （2 分） 之后 A 做匀减速运动，所以轻绳绷直后瞬间的速度 v 即为 A 的最大速度，代入数据解得 v=2m/s（1 分） （3）轻绳绷直后，A、B 一起运动，B 恰好可以和地面接触，说明此时 A、B 的速度为零，这一过程中 A、 B 组成的系统机械能守恒，有   21 2 A B B Am m v m gH m gH   （2 分） 9 代入数据解得 H=0.6m（1 分） 17.（1）   1 1 2 2 2 1 2 m Rm m   （2）1.9 【解析】（1）设小球 1 到达最低点 B 时，小球 1 和小球 2 的速度大小分别为 v1、v2；如图所示 由运动的合成与分解得 1 22v v （1 分） 对两球组成的系统由机械能守恒定律得 2 2 1 2 1 1 2 2 1 1 2 2m gR m gh m v m v   ， 2 sin30h R  （2 分） 解得 1 2 1 1 2 2 22 2 m mv gRm m    1 2 2 1 2 2 2 2 m mv gRm m   设轻绳断开后小球 2 沿斜面上升的距离为 s ，对小球 2 由机械能守恒定律得 2 2 2 2 1sin30 2m gs m v   （2 分） 小球 2 沿斜面上升的最大距离 2s R s  （1 分） 解得   1 1 2 2 2 1 2 m s Rm m    （1 分） （2）对小球 1 由机械能守恒定律得 2 1 1 1 1 2 2 Rm v m g  （2 分） 解得 1 2 2 2 1 1.92 m m   （1 分） 18.（1）3N （2）1J （3）1m 【解析】（1）设在半圆轨道的最高点 E，轨道对 P 的压力大小为 FN，由牛顿第二定律得 2 sin37 E N vmg F F m R     （2 分） 解得 FN=3N 由牛顿第三定律得，P 运动到 E 点时对轨道的压力大小为 3NNF  （1 分） （2）P 从 D 点到 E 点，由动能定理得   2 21 1cos37 sin37 2 2E Dmg R R FR mv mv       （2 分） 解得 34Dv  m/s P 从 C 点到 D 点，由牛顿第二定律得 1sin37 cos37F mg mg ma     （1 分） 解得 1 0a  说明 P 从 C 点到 D 点做匀速运动，有 34C Dv v  m/s（1 分） 10 由能量守恒定律得   21cos37 sin37 2pm BC BC CE FL mg F L mv      （1 分） 解得 1pmE  J（1 分） （3）P 在 G 点脱离圆轨道后做曲线运动，可把该运动分解为平行于斜面的匀减速直线运动和垂直于斜面 的初速度为零的匀加速直线运动，根据牛顿第二定律有 3sin37F mg ma   （1 分） 4cos37mg ma  （1 分） 解得 a3=4m/s2，a4=8m/s2 P 垂直落在斜面上，运动时间满足 2 4 12 2R a t （1 分） 平行于斜面方向上，P 在斜面上的落点距 D 的距离 2 3 1 1m2x a t  （1 分）