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- 2021-06-01 发布
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北京市八一学校 2019~2020 学年度下学期期末考试
高一 物理
一、单项选择题(12 小题,每题 3 分,共 36 分。在每小题给出的四个选项中,只有一个选项正确)
1. 下列物理量中不属于矢量的是( )
A. 线速度 B. 冲量 C. 动能 D. 动量
【答案】C
【解析】
【详解】A.线速度是有大小又有方向的矢量,故A错误;
B.冲量是有大小又有方向的矢量,故B错误;
C.动能是只有大没有方向的标量,故C正确;
D.动量是有大小又有方向的矢量,故D错误。
2. 下列表示冲量的单位的是( )
A. 牛·秒 B. 焦耳 C. 牛·米 D. 千克·米/秒 2
【答案】A
【解析】
【详解】A.牛·秒是冲量的单位,选项A正确;
B.焦耳是功或能的单位,选项B错误;
C.牛·米是功或能的单位,选项C错误;
D.千克·米/秒2是力的单位,选项D错误。
3. 发现万有引力定律的科学家是( )
A. 伽利略 B. 开普勒 C. 牛顿 D. 卡文迪许
【答案】C
【解析】
解:伽利略的理想斜面实验推论了物体不受力时运动规律,开普勒发现了行星运动的三大规律,牛顿在前人(开普勒、胡克、雷恩、哈雷)研究的基础上,凭借他超凡的数学能力,发现了万有引力定律,经过了100多年后,卡文迪许测量出了万有引力常量;
故选C.
4. 如图所示为在水平面内做匀速圆周运动圆锥摆。关于摆球的受力情况,下列说法中正确的是( )
A. 受拉力和重力的作用 B. 受拉力和向心力的作用
C. 受重力和向心力的作用 D. 受重力、拉力和向心力的作用
【答案】A
【解析】
【详解】小球在水平面内做匀速圆周运动,对小球受力分析如图所示,小球只受重力和绳子的拉力,由于它们的合力总是指向圆心并使得小球在水平面内做圆周运动,故在物理学上,将这个合力就叫做向心力,即向心力是按照力的效果命名的,这里是重力和拉力的合力。
故选A
5. 载人飞船在发射至返回的过程中(大气层以外无阻力作用),满足机械能守恒的是
A. 飞船加速升空的阶段
B. 飞船进入大气层以外的预定椭圆轨道后无动力绕地球运行阶段
C. 返回舱在大气层内向着地球作无动力飞行的阶段
D. 降落伞张开后,返回舱减速下降阶段
【答案】B
【解析】
【详解】A.飞船加速升空的阶段,推力做正功,机械能增加,故A错误;
B.飞船在椭圆轨道上绕地球运行的阶段,只受重力作用,重力势能和动能之和保持不变,机械能守恒,故B正确;
C.返回舱在大气层内向着地球做无动力飞行阶段,空气阻力做功,机械能不守恒,故C错误;
D.降落伞张开后,返回舱下降的阶段,克服空气阻力做功,故机械能不守恒,故D错误.
6. 我国发射的风云一号气象卫星是极地卫星,周期为12h.风云二号气象卫星是地球同步卫星,周期是24h.与风云二号相比较,风云一号( )
A. 距地面较近 B. 角速度较小
C. 线速度较小 D. 受到地球的万有引力较小
【答案】A
【解析】
根据万有引力提供圆周运动向心力可得可知风云一号周期短,故其半径小,即距地面较近故A正确;据ω=可知风云一号周期小,角速度较大,故B错误;由A分析知,风云一号半径较小,再根据可知风云一号的线速度较大,故C错误;因为不知道两颗卫星的具体质量大小情况,不能仅根据半径情况确定所受地球引力的大小,故D错误.故选A.
7. 如图所示,放在地球表面上的两个物体甲和乙,甲放在南沙群岛(赤道附近),乙放在北京。它们随地球自转做匀速圆周运动时,下列说法正确的是( )
A. 甲的角速度小于乙的角速度 B. 甲的角速度大于乙的角速度
C. 甲的线速度小于乙的线速度 D. 甲的线速度大于乙的线速度
【答案】D
【解析】
【详解】AB.甲与乙均绕地轴做匀速圆周运动,在相同的时间转过的角度相等,由角速度的定义式可知,甲、乙角速度相等,故AB错误;
CD.由角速度与线速度关系公式v=ωr,甲的转动半径较大,故甲的线速度较大,故C错误,D正确。
8. 质量为M的木块放在光滑的水平面上,质量为m的子弹以水平速度v射向木块,子弹最终“停留”在木块中.在此过程中,对于子弹和木块组成的系统,则( )
A. 动量守恒,机械能也守恒
B. 动量守恒,机械能不守恒
C. 动量不守恒,机械能守恒
D. 动量不守恒,机械能不守恒
【答案】B
【解析】
【详解】在子弹射入木块的整个过程中,子弹和木块组成的系统所受的合外力为零,只有一对内力即摩擦阻力作用,则子弹和木块组成的系统动量守恒.在子弹射入木块的过程,有一对摩擦阻力做功,子弹的部分动能转化为系统的内能,因此系统的机械能不守恒.
A动量守恒,机械能也守恒与分析结果不相符;故A项不合题意.
B.动量守恒,机械能不守恒与分析结果相符;故B项符合题意.
C.动量不守恒,机械能也守恒与分析结果不相符;故C项不合题意.
D.动量不守恒,机械能不守恒与分析结果不相符;故D项不合题意.
9. 2019年春节期间,中国科幻电影里程碑的作品《流浪地球》热播,人类带着地球“流浪”至靠近木星时,上演了地球的生死存亡之战。影片中为了让地球逃离太阳系,人们在地球上建造特大功率发动机,使地球完成一系列变轨操作,其逃离过程如图所示,地球在椭圆轨道 I 上运行到远日点 B 变轨,进入圆形轨道 II,在圆形轨道 II 上运行到 B 点时再次加速变轨,从而最终摆脱太阳束缚。对于该过程,下列说法正确的是( )
A. 在轨道 I 上由 A 点运行到 B 点的过程,速度逐渐增大
B. 沿轨道 I 运行时,在 A 点的加速度小于在 B 点的加速度
C. 沿轨道 I 运行的机械能小于沿轨道 II 运行的机械能
D. 在轨道 I 上 B 点的动能等于在轨道 II 上 B 点的动能
【答案】C
【解析】
【详解】A.在轨道 I 上由 A 点运行到 B 点的过程,万有引力做负功,则速度逐渐减小,选项A错误;
B.沿轨道 I 运行时,在 A 点受到的万有引力大于在 B 点的万有引力,则在 A 点的加速度大于在 B 点的加速度,选项B错误;
CD.从轨道 I上的B点要加速才能进入轨道 II ,则在轨道 I 上 B 点的动能小于在轨道 II 上 B 点的动能,沿轨道 I 运行的机械能小于沿轨道 II 运行的机械能,选项C正确,D错误。
故选C。
10. 如图所示,把一个带弹簧但质量未知的签字笔笔尖朝上,沿竖直方向压缩到底,无初速释放后笔上升的最大高度为h;再把笔水平放置在桌面上,沿水平方向压缩到底,无初速释放后,笔在桌面上滑行的最大距离为s.忽略空气阻力.则由上述物理量可估算出
A. 弹簧的弹性势能的最大值
B. 上升过程中重力所做的功
C. 水平滑行过程中摩擦力所做的功
D. 笔与桌面间的动摩擦因数
【答案】D
【解析】
【详解】设笔的质量为m,笔竖直上升时,根据能量守恒定律得:弹簧的弹性势能的最大值 Epm=mgh…①
上升过程中重力所做的功 W=-mgh…②
笔在水平滑行过程中,由能量守恒定律得 Epm=μmgs…③
由①③得 μ=,可知,能求出笔与桌面间的动摩擦因数,由于不能求出m,所以其他量不能解出.
A. 弹簧的弹性势能的最大值,与结论不相符,选项A错误;
B. 上升过程中重力所做的功,与结论不相符,选项B错误;
C. 水平滑行过程中摩擦力所做的功,与结论不相符,选项B错误;
D. 笔与桌面间的动摩擦因数,与结论相符,选项D正确;
11. 我国女子短道速滑队在2013年世锦赛上实现女子3000m接力三连冠.观察发现,“接棒”的运动员甲提前站在“交棒”的运动员乙前面,并且开始向前滑行,待乙追上甲时,乙猛推甲一把,使甲获得更大的速度向前冲出.在乙推甲的过程中,忽略运动员与冰面间在水平方向上的相互作用,则( )
A. 甲对乙的冲量一定等于乙对甲的冲量
B. 甲、乙的动量变化一定大小相等方向相反
C. 甲的动能增加量一定等于乙的动能减少量
D. 甲对乙做多少负功,乙对甲就一定做多少正功
【答案】B
【解析】
【详解】A.因为冲量是矢量,甲对已的作用力与乙对甲的作用力大小相等方向相反,故冲量大小相等方向相反,故A错误.
B.设甲乙两运动员的质量分别为、,追上之前的瞬间甲、乙两运动员的速度分别是,.根据题意整个交接棒过程动量守恒:
可以解得:
,
即B选项正确;
CD.经历了中间的完全非弹性碰撞过程 会有动能损失,CD选项错误.
12. 如图所示,若 x 轴表示时间,y 轴表示位置,则该图像反映了某质点做匀速直线运动时,位置与时间的关系。若令 x 轴和 y 轴分别表示其它的物理量,则该图像又可以反映在某种情况下,相应的物理量之间的关系。下列说法中正确的是( )
A. 若 x 轴表示时间,y 轴表示动能,则该图像可以反映某物体受恒定合外力作用做直线运动过程中,物体动能与时间的关系
B. 若 x 轴表示时间,y 轴表示动量,则该图像可以反映某物体在沿运动方向的恒定合外力作用下,物体动量与时间的关系
C. 对于做直线运动的物体,若 x 轴表示时间,y 轴表示合力对物体所做的功,则该图像可以反映某物体在功率不变的情况下,合力做功与时间的关系
D. 对于做匀速圆周运动的物体,若 x 轴表示半径大小,y 轴表示线速度大小,则该图像可以反映某物体在角速度不变的情况下,线速度与做圆周运动半径大小的关系
【答案】B
【解析】
【详解】A.根据动能定理,而,则,则Ek-t图像不是直线,选项A错误;
B.根据动量定理,则若 x 轴表示时间,y 轴表示动量,则该图像可以反映某物体在沿运动方向恒定合外力作用下,物体动量与时间的关系,选项B正确;
C.根据W=Pt可知,对于做直线运动的物体,若 x 轴表示时间,y 轴表示合力对物体所做的功,则该图像应该是过原点的直线,选项C错误;
D.根据v=ωr,则对于做匀速圆周运动的物体,若 x 轴表示半径大小,y 轴表示线速度大小,则线速度与做圆周运动半径大小的关系图像应该是过原点的直线,选项D错误。
故选B。
二、多项选择题(4小题,每题4分,共16分。在每小题给出的四个选项中,至少有两个选项是正确的,全部选对的得4分,选错或不答得0分,选对但不全的得2分)
13. 一货箱随竖直升降机运动的速度—时间图像如图所示,取竖直向上为正方向,下列说法中正确的是( )
A. 在t3时刻货箱运动到最高位置
B. 在t5~t7时间内,货箱处于失重状态
C. 在t1~t2时间内,货箱的机械能可能保持不变
D. 在t2~t3时间内,升降机对货箱做功的功率不断变小
【答案】AD
【解析】
【详解】A.根据图象可知,货箱从0-t3时间内,货箱先向上做匀加速直线运动,t1-t2时间内做匀速运动,t2-t3时间内向上做匀减速直线运动,t3-t4时间内货箱静止不动,t4-t5货箱向下做加速运动,t5-t6时间内货箱向下匀速运动,t6-t7时间内货箱向下做减速运动,直到速度减为零,则在t3时刻货箱运动到最高位置,在t5~t7时间内,货箱先处于平衡状态后失重状态,故A正确,B错误;
C.t1-t2时间内做匀速运动,动能不变,重力势能增大,则机械能增大,故C错误;
D.t2-t3时间内向上做匀减速直线运动,升降机对货箱的作用力不变,则升降机对货箱做功的功率不断变小,故D正确。
故选AD。
14. 质量为m的汽车在平直的公路上从静止开始以恒定功率P启动,经过时间t汽车的位移大小为s,速度大小为v。此过程中,车所受阻力大小恒为f,则t时刻( )
A. 汽车的加速度大小为 B. 汽车的牵引力大小为
C. 汽车的动能为Pt-fs D. 牵引力的瞬时功率为P
【答案】BCD
【解析】
【详解】A.根据牛顿第二定律可得此时的加速度大小为,由于汽车做变加速直线运动,则加速度大小,故A错误;
B.汽车所受的牵引大小为,故B正确;
C.根据动能定理可得,则,故C正确;
D.汽车在平直的公路上从静止开始以恒定功率P启动,所以t时刻牵引力的瞬时功率为P,故D正确。
故选BCD。
15. 质量为m的小物块静止在赤道处,下列关于小物块所受引力和重力的说法正确的是( )
A. 小物块所受重力的方向一定指向地心
B. 小物块所受引力的方向一定指向地心
C. 若地球自转加快,小物块所受重力变小
D. 若地球自转加快,小物块所受引力变小
【答案】ABC
【解析】
【详解】A.重力的方向竖直向下,而赤道处竖直向下和指向地心重合;则赤道位置的重力指向地心;则A项符合题意.
B.物体受到地球的万有引力方向沿物体和地球的球心连线而指向地心;故B项符合题意.
C.对赤道位置的物体分析可知,所受万有引力产生两分力效果,一是重力,二是自转向心力,且三者的方向都指向地心,满足:,则自转加快即角速度增大,所需向心力变大,而引力不变,故重力变小;故C项符合题意.
D.物体所受万有引力大小,与自转快慢无关,则地球自转加快时小物块所受的引力不变;故D项不合题意.
16. 如图所示,小物体a 沿高为 h、倾角为 30°的固定在水平地面上的光滑斜面以初速度 v0从顶端滑到底端,与 a 完全相同的物体b 以同样大小的初速度 v0从同样的高度水平抛出, 落至同一水平地面。不计空气阻力,则下列说法中正确的是( )
A. 两物体落地时,重力的瞬时功率一定相同
B. 从开始运动至落地过程中,重力的冲量相同
C. 两物体落地时动量大小相同
D. 两物体落地时动能相同
【答案】CD
【解析】
【详解】
A.对a,由牛顿第二定律得
到地面时的瞬时速度
重力的瞬时功率
对b,落地的竖直速度
重力的瞬时功率
则两物体落地时,重力的瞬时功率不相同,选项A错误;
B.物体a滑到底端的时间
重力的冲量
物体b落地的时间
重力的冲量
选项B错误;
CD.根据机械能守恒定律 ,可知两物体落地时的动能相同,速度大小相同,根据p=mv可知,动量大小相同,选项CD正确。
故选CD。
三、实验题(本题共 1 小题,共 8 分)
17. 如图所示,将打点计时器固定在铁架台上,用重物带动纸带从静止开始自由下落,利用此装置做“验证机械能守恒定律”实验。
(1)已准备的器材有打点计时器(带导线)、纸带、复写纸、铁架台和带夹子的重物,此外还必需要的器材是____;
A.直流电源 B.交流电源 C.天平和砝码 D.毫米刻度尺
(2)为验证机械能是否守恒,需要比较重物下落过程中任意两点间的____;
A.速度变化量与高度变化量
B.重力做功与重力势能变化量
C.动能变化量与势能变化量
(3)下列关于该实验的一些说法正确的是____
A.做实验时,要先接通电源,再释放重物
B.实验中的误差主要是由于存在空气阻力和摩擦阻力引起的
C.若某同学通过描绘 v2-h图像研究机械能是否守恒,合理的图像应该是过原点的一条直线,并且该直线的斜率应约为9.8
(4)安装好实验装置,从打出的纸带中选出符合要求的纸带,如图所示。在纸带上选取三个连续打出的点 A、B、C,测得它们到起始点 O 的距离分别为 hA、hB、hC。设重锤质量为 m,当地重力加速度为 g,打点计时器打点周期为T。为了验证此实验过程中机械能是否守恒,应满足下面的哪个等式____(用题中所给字母表示)
A.
B.
C.
【答案】 (1). BD (2). C (3). AB (4). A
【解析】
【详解】(1)除已准备的器材有打点计时器(带导线)、纸带、复写纸、铁架台和带夹子的重物,此外还必需要的器材有交流电源和毫米刻度尺;不需要直流电源,因为打点计时器的工作电压是交流电;同时不需要天平,因为机械能守恒定律,两边的质量可以消掉,故BD正确。
(2)要验证机械能是否守恒,需要比较重物下落过程中任意两点间的动能变化量与势能变化量,如果在误差允许的范围内两者相等,就验证了机械能守恒,故C正确。
(3)在验证机械能守恒定律的实验中,要要先接通电源,再释放重物,实验中重力势能的减小量会稍大于动能的增加量,其误差原因主要是由于存在空气阻力和摩擦阻力引起的,故AB正确;
若通过描绘v2-h图像研究机械能是否守恒,合理的图像应该是过原点的一条直线,由机械能守恒定律可知,得到,该直线的斜率应约为2g,故C错误。
故选AB。
(4)从O点到B点,重力势能的减小量为,动能的增加量
如果
即满足
就验证了机械能守恒定律,故A正确。
故选A。
四、解答题(4 小题,共 40 分。解答题应写出必要的文字说明、方程和重要的演算步骤, 只写出最后答案的不得分,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
18. 如图所示,用水平拉力F,使质量m=5.0kg的物体以v0=1.0m/s的速度沿水平地面向右做匀速直线运动。已知物体与水平地面间的动摩擦因数μ=0.40,空气阻力可忽略不计,取重力加速度g=10m/s2。
(1)求水平拉力F的大小;
(2)若从某时刻起,保持拉力F的大小不变,改为与水平成θ=37°角斜向上拉此物体,使物体沿水平地面向右做匀加速直线运动。已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,求:
①改变拉力方向后在位移s=5.0m内拉力F所做的功W;
②改变拉力方向后在位移s=5.0m内物体动能增量的大小ΔEk,并说明W与ΔEk不相等的原因。
【答案】(1)20N;(2)①80J;②4.0J,W与ΔEk不相等的原因是因为有摩擦力做负功
【解析】
【详解】(1)物体做匀速直线运动,由平衡条件得
(2)①拉力F所做的功
②由牛顿第二定律得
可得
根据运动学公式
可得
则
由动能定理可知,W与ΔEk不相等的原因是因为有摩擦力做负功
19. 我国航天人为实现中华民族多年的奔月梦想,正在向着“绕、落、回”的第三步进军, 未来将有中国的航天员登上月球。设想航天员在月球上做自由落体实验,将某物体从距月球表面高h处由静止释放,经时间t后落到月球表面,已知月球是半径为R的均匀球体, 引力常量为G,不考虑月球自转的影响。求:
(1)月球表面的重力加速度g月;
(2)月球的质量M;
(3)绕月探测器在月球表面附近绕月球做匀速圆周运动的速率v。
【答案】(1);(2);(3)
【解析】
【详解】(1)由公式得
(2)月球表面物体的重力等于万有引力得
解得
(3)由公式
所以绕月飞行的速率为
20. 如图所示,MN是半径为R=0.8m的竖直四分之一光滑圆弧轨道,竖直固定在水平桌面上,轨道末端处于桌子边缘并与水平桌面相切于N点.把一质量为m=1kg的小球B静止放于N点,另一个完全相同的小球A由M点静止释放,经过N点时与B球发生正碰,碰后粘在一起水平飞出,落在地面上的碰点.若桌面高度为h=0.8m,取重力加速度g=10m/.不计空气阻力,小球可视为质点.求:
(1)小球A运动到N点与小球B碰前的速度的大小;
(2)小球A与小球B碰后瞬间的共同速度的大小;
(3)P点与N点之间的水平距离x.
【答案】(1)4m/s(2)2m/s(3)0.8m
【解析】
【详解】(1)小球在圆弧轨道内下滑过程中,由动能定理得:
代入数据解得:;
(2)两个小球碰撞的过程中水平方向的动量守恒,选取向右为正方向,设碰撞后的共同速度为v,则:
代入数据可得:
(3)小球从N点飞出后做平抛运动,
竖直方向上:
水平方向上:
解得:.
21. 如图所示为某种弹射装置的示意图,该装置由三部分组成,传送带左边是足够长的光滑水平面,一轻质弹簧左端固定,右端连接着质量 M=3.0kg 的物块 A。装置的中间是水平传送带,它与左右两边的台面等高,并能平滑连接。传送带的皮带轮逆时针匀速转动,使传送带上表面以 u=1.0m/s 匀速运动。传送带的右边是一半径 R=0.45m 位于竖直平面内的光滑圆弧轨道。质量 m=1.0kg 的物块 B 从圆弧的最高处由静止释放。已知物块 B 与传送带之间的动摩擦因数 μ=0.1,传送带两轴之间的距离 l=2.5m。设物块 A、B 之间发生的是正对弹性碰撞,第一次碰撞前,物块 A 静止。取 g=10m/s2,求:
(1)物块滑到圆弧的最低点 C 时对轨道的压力;
(2)物块 B 与物块 A 第一次碰撞后弹簧的最大弹性势能;
(3)如果物块 A、B 每次碰撞后,物块 A 再回到平衡位置时弹簧都会被立即锁定,而当它们再次碰撞前锁定被解除,求物块 B 在第三次与物块 A 碰撞前在传送带上运动的总路程。
【答案】(1)30N,方向竖直向下;(2)1.5J;(3)3.75m
【解析】
【详解】(1)设物块B沿光滑曲面下滑到水平位置时的速度大小为v0。由机械能守恒知
mgR=mv02
得=3m/s
设物块B滑到圆弧的最低点C时受到的支持力大小为F,由牛顿第二定律得
解得F=30N
由牛顿第三定律得,物块B滑到圆弧的最低点C时对轨道的压力为F1=30N
方向竖直向下。
(2)设物块B在传送带上滑动过程中因受摩擦力所产生的加速度大小为a,则
μmg=ma
设物块B通过传送带后运动速度大小为v,有v2-v02=-2al
联立解得v=2 m/s
由于v>u=1 m/s,所以v=2m/s即为物块B与物块A第一次碰撞前的速度大小。
设物块A、B第一次碰撞后的速度分别为v2、v1,取向左为正方向,由动量守恒定律和能量守恒定律得
mv=mv1+Mv2
mv2=mv12+Mv22
解得
v1=
v2=1m/s
弹簧具有的最大弹性势能等于物块M的初动能EP=Mv22=1.5J
(3)碰撞后物块B沿水平台面向右匀速运动。
设物块B在传送带上向右运动的最大位移为l′,由动能定理得-μmgl′=0-mv12
得l′=0.5m<2.5m
所以物块B不能通过传送带运动到右边的曲面上。当物块B在传送带上向右运动的速度为零后,将会沿传送带向左加速运动。可以判断,物块B运动到左边台面时的速度大小为v1′=1m/s,继而与物块A发生第二次碰撞。设第1次碰撞到第2次碰撞之间,物块B在传送带运动的路程为s1,可知s1=2 l′=1.0m
设物块A、B第二次碰撞后的速度分别为v4、v3,取向左为正方向,由动量守恒定律和能量守恒定律得
mv1′=mv3+Mv4
mv1′2=mv32+Mv42
解得v3==-0.5m/s
当物块B在传送带上向右运动的速度为零后,将会沿传送带向左加速运动。可以判断,物块B运动到左边台面时的速度大小为v3′=0.5m/s,继而与物块A发生第3次碰撞。则第2次碰撞到第3次碰撞之间,物块B在传送带运动的往返路程为s2;
由动能定理可知
-μmgl′′=0-mv32
s2=2l′′=0.25m
因此第三次碰撞前B物体在传送带上总路程为
s= l+ s1+ s2=2.5+1.0+0.25m =3.75m