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- 2021-06-01 发布
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河南省实验中学2020届高三下学期
砺锋培卓试题
一、选择题
1.在研究运动和力的关系时,伽利略设计了著名的理想斜面实验(如图所示),将可靠的事实和逻辑推理结合起来,能更深刻地反映自然规律.下面给出了伽利略斜面实验的五个事件,请对事件的性质进行判断并正确排序:由A点静止释放的小球,①若没有摩擦时,能滚到另一斜面与A点等高的C点;②当减小斜面动摩擦因数时,滚到另一斜面的最高位置,更接近于等高的C点;③若没有摩擦时减小斜面BC的倾角,小球将通过较长的路程,到达与A点等高的D点;④若没有摩擦时当另一斜面放置水平时,小球将沿水平面一直运动下去;⑤不能滚到另一斜面与A点等高的C点.以下正确的是
A. 事实⑤→事实②→推论①→推论③→推论④
B. 事实⑤→事实②→推论③→事实①→推论④
C. 事实⑤→事实②→事实①→推论③→推论④
D. 事实⑤→事实②→推论①→事实③→推论④
【答案】A
【分析】本题考查了伽利略“理想斜面实验”的思维过程,只要明确了伽利略“理想斜面实验”的实验过程即可正确解答;
【详解】根据实验事实⑤斜面有动摩擦因数时不能滚到另一斜面与A点等高的C点,事实②当减小斜面动摩擦因数时,滚到另一斜面的最高位置,更接近于等高的C点,得出实验结果:如果没有摩擦,小球将上升到释放时的高度,即③,进一步假设若减小第二个斜面的倾角,小球在这斜面上仍然要达到原来的高度,即得出①,没有摩擦时减小角度斜面BC的倾角,小球将通过较长的路程,到达与A点等高的D点,最后使它成水平面,小球将沿水平面做持续匀速运动,即④,故A正确,B、C、D错误;故选A.
【点睛】伽利略用抽象思维、数学推导和科学实验相结合的方法得到物体的运动不需要力来维持;
2.如图所示,一名运动员在参加跳远比赛,他腾空过程中离地面的最大高度为L,成绩为4L.假设跳远运动员落入沙坑瞬间速度方向与水平面的夹角为α,运动员可视为质点,不计空气阻力.则有( )
A. tanα=2 B. tanα C. tanα D. tanα=1
【答案】D
【解析】
【详解】运动员从最高点到落地的过程做平抛运动,根据对称性知平抛运动的水平位移为2L,则有:L=gt2.解得.运动员通过最高点时的速度为: 则有:,故D正确,ABC错误.
3.篮球架下的运动员原地垂直起跳扣篮,离地后重心上升的最大高度为H.依次上升四个所用时间分别为、、、,则为( )
A. 1 B. C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】采用逆向思维则运动员在竖直方向上做自由落体运动,根据相等位移内的时间之比可知 ,所以
A.1与计算结果相符,故A正确;
C.与计算结果不符,故B错误;
C.与计算结果不符,故C错误;
C.与计算结果不符,故D错误.
4.曲柄连杆结构是发动机实现工作循环,完成能量转换的主要运动零件如图所示,连杆下端连接活塞Q,上端连接曲轴P.在工作过程中,活塞在气缸内上下做直线运动,带动曲轴绕圆心O旋转,若P做线速度大小为v0的匀速圆周运动,则下列说法正确的是
A. 当OP与OQ垂直时,活塞运动的速度等于v0
B. 当OP与OQ垂直时,活塞运动的速度大于v0
C. 当OPQ在同一直线时,活塞运动的速度等于v0
D. 当OPQ在同一直线时,活塞运动的速度大于v0
【答案】A
【解析】
【详解】AB.当OP与OQ垂直时,设∠PQO=θ,此时活塞的速度为v,将P点的速度分解为沿杆方向和垂直于杆方向的速度;将活塞的速度v分解为沿杆方向和垂直于杆方向的速度,则此时v0cosθ=vcosθ,即v=v0,选项A正确,B错误;
CD.当OPQ在同一直线时,P点沿杆方向的速度为零,则活塞运动的速度等于0,选项CD错误;
5.如图,四个质量均为m,半径均为R的小球分别用长度均为2R的细线悬挂于天花板上同一点,则每根细线的拉力为( )
A. mg B.
C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】由几何关系可知,每根绳子与竖直方向夹角的余弦值为:,则对每一个球:,解得,故选C.
6.如图所示,长为L的轻质硬杆,一端固定一个质量为m的小球,另一端固定在水平转轴上,现让杆绕转轴O在竖直平面内匀速转动,转动的角速度为ω,某时刻杆对球的作用力水平向左,则此时杆与水平面的夹角θ为( )
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】
【详解】由题意可知,小球做匀速圆周运动,则其任意时刻的合力全部用来提供向心力。对球受力分析,小球受重力和杆对其作用力。当某时刻杆对球的作用力水平向左时,根据力的合成可知,其合力为:
,
又根据合力提供向心力可得:
,
化简可得:
,
所以选项B正确,选项ACD错误;
故选B。
7.动力车在刹车过程中位移和时间的比值与t之间的关系图象如图所示,则下列说法正确的是( )
A. 动力车的初速度为20m/s
B. 刹车过程动力车的加速度大小为2.5m/s2
C. 刹车过程持续的时间为8s
D. 4s内刹车位移为60m
【答案】A
【解析】
【详解】AB.根据匀变速直线运动的位移公式,可变形为:
,
可见,题目中的图象表示汽车刹车时做匀减速直线运动,图线与纵轴的截距表示初速度,所以初速度为20m/s;图线的斜率表示,所以刹车加速度为5m/s2;所以选项A正确,B错误;
C.根据匀变速直线运动的速度公式可求得刹车过程持续的时间为:
,
所以选项C错误;
D.由C选项可知,4s末速度已经减为0,根据匀变速直线运动的位移公式,将此匀减速运动看成反方向的初速度为0的匀加速直线运动,则可得4s内的位移为:
,
所以选项D错误;
故选A。
8.图甲是上官同学站在力传感器上做下蹲、起跳动作的示意图,中间的O表示人的重心。图乙是根据传感器采集到的数据画出的F-t图线,两图中a~g各点均对应,其中有几个点在图甲中没有画出。取重力加速度g=10m/s2,根据图象分析可知( )
A. 人的重力为1500N
B. c点位置人处于失重状态
C. e点位置人处于超重状态
D. d点的加速度小于f点的加速度
【答案】C
【解析】
【详解】A.开始时人处于平衡状态,人对传感器的压力是500N,根据牛顿力平衡可知,人的重力也是500N。故A错误;
B.c点时人对传感器的压力大于其重力,处于超重状态。故B错误;
C.e点时人对传感器的压力大于其重力,处于超重状态。故C正确;
D.人在d点:,
人在f点:,
可知d点的加速度大于f点的加速度。故D错误;
故选C。
9.如图,“旋转秋千”中的两个座椅A、B质量相等,通过相同长度的缆绳悬挂在水平的旋转圆盘上,座椅A
离转轴的距离较近.不考虑空气阻力的影响,当旋转圆盘绕竖直的中心轴匀速转动,稳定后A、B都在水平面内做匀速圆周运动.则下列说法正确的是( )
A. 座椅B的角速度比A大
B. 座椅B的向心加速度比A大
C. 悬挂A、B的缆绳与竖直方向的夹角相等
D. 悬挂B的缆绳所承受的拉力比悬挂A的缆绳所承受的拉力大
【答案】BD
【解析】
【详解】AB、同轴转动角速度相同,由于座椅B的圆周半径比座椅A的半径大,由得B的向心加速度比A的大,故选项A错误,B正确;
CD、设细线与竖直方向的夹角为θ,由牛顿第二定律得:,解得:,由于座椅B的圆周半径比座椅A的半径大,故B与竖直方向的夹角大,在竖直方向上有:,解得:,悬挂B的缆绳所受到的拉力比悬挂A的大,故选项C错误,D正确;
10.如图所示,粗糙斜劈C放在粗糙水平面上,物体A放在斜面上,轻质细线一端固定在物体A上,另一端绕过光滑的滑轮悬挂物体B。现在水平外力F作用下使小球B缓慢升高,整个系统始终处于静止状态,则在小球B缓慢升高的过程中( )
A. 细线对A的拉力增大 B. 斜劈C对地面压力不变
C. 地面对C的摩擦力为零 D. C对A的摩擦力变大
【答案】AB
【解析】
【详解】A.对B球受力分析如图所示:
由受力分析图可知:
,
,
则随着增大,T和F都逐渐变大,即细线对A的拉力增大,故A正确;
C.对ABC的整体,水平方向受力F和地面对C的摩擦力作用,则随着F的增加,地面对C的摩擦力逐渐增大,故C错误;
B.对ABC的整体,竖直方向只受总的重力和地面对C的支持力,且两个力相等保持不变,故B正确;
D.因开始时AC之间的摩擦力方向不确定,则当用水平力拉B的过程中随着T的增大,物体A与C之间的摩擦力可能增大,也可能先减小后增加,故D错误;
故选AB。
11.甲、乙两球质量分别为m1、m2,从不同高度由静止释放,如图a所示。甲、乙两球的vt图象分别如图b中的①、②所示。球下落过程所受空气阻力大小f满足f=kv(v为球的速率,k为常数),t2时刻两球第二次相遇。落地前,两球的速度都已达到各自的稳定值v1、v2。下列判断不正确的是( )
A.
B. 乙球释放的位置高
C. 两球释放瞬间,甲球的加速度较大
D. 两球第一次相遇的时刻在t1时刻之前
【答案】C
【解析】
【详解】A.两球稳定时均做匀速直线运动,则有
kv=mg
得
所以有
由图知,故,A正确,不符合题意;
B.vt图象与时间轴围成的面积表示物体通过的位移,由图可知,0~t2时间内,乙球下降的高度较大,而t2时刻两球第二次相遇,所以乙球释放的位置高,故B正确,不符合题意;
C.两球释放瞬间v=0,此时空气阻力f=0,两球均只受重力,加速度均为重力加速度g,故C错误,符合题意;
D.在t1~t2时间内,甲球下落的高度较大,而t2时刻两球第二次相遇,所以两球第一次相遇的时刻在t1时刻之前,故D正确,不符合题意;
故选C。
12.如图甲所示,质量分别为m、M的物体A、B静止在劲度系数为k的弹簧上,A与B不粘连。现对物体A施加竖直向上的力F使A、B一起上升,若以两物体静止时的位置为坐标原点,两物体的加速度随位移的变化关系如图乙所示。下列说法正确的是( )
A. 在乙图PQ段拉力F逐渐增大
B. 乙图QS段属物体减速上升
C. 位移为x1时,A、B之间弹力为
D. 位移为x3时,A、B一起运动的速度大小为
【答案】AC
【解析】
【详解】A.开始时,质量分别为m,M的物体A,B静止在劲度系数为k的弹簧上,弹簧的弹力向上,大小为:
,
随物体的向上运动,弹簧伸长,形变量减小,弹簧的弹力减小,而PQ段的加速度的大小与方向都不变,设弹力为,根据牛顿第二定律:
,
减小,所以F增大。故A正确;
B.在乙图QS段,物体的加速度的方向没有发生变化,方向仍然与开始时相同,所以物体仍然做加速运动,是加速度减小的加速运动。故B错误;
C.开始时,质量分别为m,M的物体A,B静止在劲度系数为k的弹簧上,弹簧的弹力:
当弹簧伸长了x1后,弹簧的弹力:
以B为研究对象,则:
得:
,
故C正确;
D.P到Q的过程中,物体的加速度不变,得:
①
Q到S的过程中,物体的加速度随位移均匀减小,
②
③
联立①②③得:
,
故D错误;
故选AC。
二、实验题
13.在“探究求合力的方法”实验中,欧阳同学用两把弹簧测力计将橡皮筋的端点拉到点O后,作出了这两个拉力F1、F2的图示,如图甲所示。改用一把弹簧测力计将橡皮筋的端点拉到同一点O,此时弹簧测力计的示数F如图乙所示。
(1)图乙中,弹簧秤示数F大小为______N;
(2)在图甲中通过作出弹簧秤拉力F的图。
(3)用虚线把力F的箭头端分别与F1、F2的箭头端连接,观察图形,可以发现的规律是_______________。
【答案】 (1). 2.05 (2). (3). 在实验误差允许范围内以分力F1、F2为邻边作平行四边形其对角线等于合力F
【详解】(1)[1]由图可知,弹簧秤的最小分度为0.1N;则弹簧秤的示数F大小为2.05N;
(2)[2]运用图示法作出弹簧秤拉力F的图示,如图所示;
(3)[3]用虚线把力F的箭头端分别与F1、F2的箭头端连接,观察图形,可以发现的规律是:在实验误差允许范围内以分力F1、F2为邻边作平行四边形其对角线等于合力F。
14.为了探究物体质量一定时加速度与力的关系,夏侯、诸葛两同学设计了如图所示的实验装置。其中M为小车的质量,m为砂和砂桶的质量,m0为滑轮的质量,滑轮大小不计且光滑。力传感器可测出轻绳中的拉力大小。
(1)实验时,一定要进行的操作是________
A.用天平测出砂和砂桶的质量
B.将带滑轮的长木板右端垫高,以平衡摩擦力
C.小车靠近打点计时器,先接通电源,再释放小车,打出一条纸带,同时记录力传感器的示数
D.为减小误差,实验中一定要保证砂和砂桶的质量m远小于小车的质量M。
(2)夏侯同学在实验中得到如图所示的一条纸带(两计数点间还有四个点没有画出),已知打点计时器采用的是频率为50Hz的交流电,打下4点时,小车的速度大小为_____m/s,根据纸带可求出小车的加速度为________m/s2(结果保留三位有效数字)。
(3)诸葛同学以力传感器的示数F为横坐标,加速度a为纵坐标,画出的a-F图象是一条直线,图线与横坐标的夹角为θ,求得图线的斜率为k,则小车的质量为________
A. B. C. D.
【答案】 (1). BC (2). 0.812 2.00m/s2 (3). C
【解析】
【详解】(1)[1]AD.本题拉力可以由力传感器测出,不需要用天平测出砂和砂桶的质量,也就不需要使小桶(包括砂)的质量远小于车的总质量,AD错误;
B.实验时需将长木板右端垫高,以平衡摩擦力,B正确;
C.实验时,小车应靠近打点计时器,先接通电源,再释放小车,需记录传感器的示数,C正确;
故选BC;
(2)[2]相邻计数点间的时间间隔为
,
根据匀变速直线运动中间时刻速度推论可得,打下4点时,小车的速度大小为
;
[3]根据连续相等时间的位移差公式
,
运用逐差法得,则可得:
;
(3)[4]由牛顿第二定律得:
,
则有:
,
a-F图象的斜率:
,
小车质量为:
,
所以C正确,AB错误;
故选C。
三、计算题
15.蓝牙(Bluetooth)是一种无线技术标准,可实现各种设备之间短距离数据交换.某同学用安装有蓝牙设备的玩具车A、B进行实验:如图所示,在距离为的两条平直轨道上,的连线与轨道垂直,A车自点从静止开始以加速度向右做匀加速直线运动,B车自点前方处的点以速度向右做匀速直线运动.求两车能通信多长时间?已知当两车间的距离超过时,两车无法实现通信,忽略信号传递的时间.(结果可用根式表示)
【答案】
【解析】
【详解】设经过时间,两车相距由运动学规律可知,A车的位移,B车的位移,
由几何关系有,
联立有,
解得 [ 舍去],
显然,两车通信的时间段为,故两车能通信的时间.
16.飞机迫降时着地速度的大小为40m/s,方向与地面平行,飞机与地面间的摩擦数。迎面空气阻力为,升力为(k1、k2
为比例系数),若飞机在地面滑行时v2与位移x的关系如图所示,飞机质量为,且设飞机刚落地时与地面无压力。求:
(1)比例系数k2是多少?
(2)比例系数k1和飞机滑行的距离为多少?
【答案】(1)l25kg/m;(2)100kg/m;100m。
【解析】
【详解】(1)刚着地时与地面无压力,
,
则
;
(2)由牛顿第二定律得:
,
则
由图象知,a为常数,则
所以
,
着地速度的大小
滑行的距离为
。
17.如图甲所示,水平传送带的长度,皮带轮的半径,皮带轮以角速度ω顺时针匀速转动。现有一质量为1kg的小物体(视为质点)以水平速度v0从A点滑上传送带,越过B点后做平抛运动,其水平位移为x。保持物体的初速度v0不变,多次改变皮带轮的角速度ω,依次测量水平位移x,得到如图乙所示的x-ω图象。已知重力加速度。回答下列问题:
(1)当时,物体在A、B之间做什么运动?
(2)物块初速度v0为多大?
(3)B端距地面的高度h为多大?
【答案】(1)匀减速直线运动;(2)5m/s;(3)1.25m。
【解析】
【详解】(1)当时,由图象可知物体平抛的初速度相同,所以角速度的增大不影响物体的运动,用v表示传送带速度,即
说明物体在传送带上一直做匀减速直线运动;
(2)根据平抛运动水平位移公式
可知,x与物体到达传送带B端速度成正比,又根据传送带的速度公式
可知,传送带速度v与成正比,根据图象时,x与成正比,所以在这个范围内,物体到达B端的速度与传送带速度相同,先匀减速后匀速,等到物体速度与传送带速度相同后,先匀加速后匀速。则由图象看出时,物体在传送带上一直匀减速,经过B端时的速度大小即
当时,物体在传送带上一直匀加速。经过B端时速度大小
物体的加速度
根据匀变速直线运动公式
,
得;
(3)由图可以看出水平速度为1m/s时,水平距离为0.5 m,则下落时间为
,
得B端距地面的高度为:。
18.如图甲所示,由斜面AB和水平面BC组成的物块,放在光滑水平地面上,斜面AB部分光滑,AB长度为s=2.5 m,水平部分BC粗糙.物块左侧与竖直墙壁之间连接着一个力传感器,当传感器受压时示数为正值,被拉时为负值.上表面与BC等高且粗糙程度相同的木板DE紧靠在物块的右端,木板DE质量M=4 kg,长度L=1.5 m.一可视为质点的滑块从A点由静止开始下滑,经B点由斜面转到水平面时速度大小不变.滑块从A到C过程中,传感器记录到力和时间的关系如图乙所示.g取10 m/s2,求:
(1)斜面AB的倾角θ;
(2)滑块的质量m;
(3)滑块到达木板DE右端时的速度大小.
【答案】(1)30° (2)2 kg (3)1 m/s
【解析】
【详解】(1)在0~1 s内木块沿斜面匀加速下滑:mgsin θ=ma
位移为:s=at2
由图知:t=1 s
解得:sin θ=,
故:θ=30°.
(2)在0~1 s内对斜面体ABC受力分析:mgcos θ sin θ-F=0
由图知:F=5N
解得:m=2 kg.
(3)木块到达B点的速度:vB=at=gsin θt=5 m/s
1~2 s木块在BC部分做减速运动:μmg=ma′
对斜面体,由图象知:μmg=F=4 N
解得:a′=2 m/s2,μ=0.2
木块到达C点时:vC=vB-a′t=vB-μgt=3 m/s
木块滑上木板DE时:对木块:-μmg=ma1
对木板:μmg=Ma2
解得:a1=-2 m/s2,a2=1 m/s2
设木块在木板上滑行时间为t,
x木块=vCt+a1t2
x木板=a2t2
L=x木块-x木板
解得:t=1s
此时,木块速度:v木块=vC-a1t=1 m/s
木板速度:v木板=a2t=1 m/s
所以木块恰好滑到木板右端,速度为1 m/s.