山东省德州市2023-2024学年高三上学期期中考试物理试题（解析版）

PAGEPAGE1高三物理试题注意事项：1．答题前，考生先将自己的姓名、考生号、座号填写在相应位置，认真核对条形码上的姓名、考生号和座号，并将条形码粘贴在指定位置。2．选择题〖答案〗必须使用2B铅笔正确填涂；非选择题〖答案〗必须使用0.5毫米黑色签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。3．请按照题号在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的〖答案〗无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。保持卡面清洁，不折叠、不破损。一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24分。每小题只有一个选项符合题目要求。1.早在中国古代，我们的祖先就已经利用力学原理来解决生活中的问题。下面的诗词、谚语在力学中的原理依次对应正确的是（）①船到江心抛锚迟，悬崖勒马早已晚②爬的高，跌得重③坐地日行八万里④人心齐，泰山移A.惯性，重力势能，参考系，力的合成B.时间和时刻，重力势能，万有引力定律，杠杆原理C.惯性，牛顿第三定律，万有引力定律，力的合成D.时间和时刻，牛顿第三定律，参考系，杠杆原理〖答案〗A〖解析〗①船到江心抛锚迟，悬崖勒马早已晚的原理是物体具有惯性；②爬的高，跌得重的原理是物体越高，重力势能越大；③坐地日行八万里的原理参考系，“坐地”是相对于地面位置不变，是静止的，而“日行”则是人相对于地轴随地球自转在运动；④人心齐，泰山移的原理是力的合成的作用。故选A。2.如图所示，一小球从一足够长的固定粗糙斜面底端冲上斜面，速度减到0后又返回到底端。其速率用v表示，路程用s表示，此过程中小球的图像可能为（）A. B.C. D.〖答案〗D〖解析〗设斜面的摩擦因数为，斜面倾斜角为，小球的初速度为，上滑的最远的距离为，对小球从斜面底端冲上斜面的过程列动能定理化简可得对小球从斜面顶端滑下的过程列动能定理化简可得又因为从底端冲上斜面后又滑下，全过程的摩擦力都做负功，则下滑回来的速度会比初速度要小。故选D。3.图甲为简易壁挂盆架，图乙为其侧视图。该盆架可以挂尺寸相近、大小不一的盆子，图丙为a、b两个盆子的纵截面图，两个盆子的质量相同、形状不同，均能挂在同一个盆架上。不计盆与盆架间的摩擦力，关于两个盆子的受力描述正确的是（）A.两个盆子的上沿均可以不受盆架弹力的作用B.a盆上沿所受的弹力小于b盆上沿所受的弹力C.a盆侧壁所受的弹力大于b盆侧壁所受的弹力D.两个盆子所受盆架作用力均垂直于侧壁向上〖答案〗C〖解析〗A．根据题意，对盆受力分析，受重力和垂直侧壁向上的弹力，由于不计盆与盆架间的摩擦力，由平衡条件可知，两个盆子的上沿一定受盆架向左的弹力作用，故A错误；BC．根据题意，设盆上沿所受的弹力为，方向水平向左，盆侧壁所受的弹力为，方向与竖直方向的夹角为，如图所示由平衡条件有，解得，由图丙可知，a盆侧壁所受的弹力与竖直方向的夹角较大，则a盆上沿所受的弹力大于b盆上沿所受的弹力，a盆侧壁所受的弹力大于b盆侧壁所受的弹力，故B错误，C正确；D．根据题意，对盆受力分析，由平衡条件可知，两个盆子所受盆架的作用力均与盆的重力等大反向，即竖直向上，故D错误。故选C。4.超速行驶和疲劳驾驶是导致交通事故最多危险驾驶行为。某司机驾驶一辆小轿车在其疲劳驾驶阶段以的速度在平直的公路上行驶，某时刻突然发现正前方60m处有一辆卡车正在以的速度行驶，于是立即制动，制动加速度大小恒为。若忽略司机的反应时间，在小轿车采取制动的同时，卡车立即做匀加速直线运动，为避免相撞，卡车的加速度大小至少为（）A. B. C. D.〖答案〗C〖解析〗由题知，小轿车的初速度，卡车的初速度为。当两车速度相等的时候，距离最小，若此时恰好追上，设卡车的加速度大小为，根据速度关系有根据位移关系有其中，联立可得，故选C。5.直升机取水灭火已成为一种常见的灭火措施。如图所示，10根副绳均匀连接到主绳和水桶的边缘，每根副绳的长度均与水桶的直径相等，装满水后桶和水的总质量为m，重力加速度为g，不计绳子的质量和空气阻力，下列说法正确的是（）A.飞机匀速飞行时，每根副绳的拉力大小为B.飞机以大小为a的加速度竖直向上加速运动时，每根副绳的拉力大小为C.飞机以大小为a的加速度水平向左加速运动时，主绳的拉力大小为D.飞机在水平向左匀减速运动过程中，主绳与竖直方向的夹角将逐渐变小〖答案〗B〖解析〗A．设每根副绳与主绳的夹角为，根据几何关系有解得飞机匀速飞行时，根据平衡条件可得解得每根副绳的拉力大小为故A错误；B．飞机以大小为a的加速度竖直向上加速运动时，根据牛顿第二定律可得解得每根副绳的拉力大小为故B正确；C．飞机以大小为a的加速度水平向左加速运动时，主绳的拉力大小为故C错误；D．设主绳与竖直方向的夹角为，根据几何关系有可知飞机在水平向左匀减速运动过程中，主绳与竖直方向的夹角不变，故D错误。故选B。6.如图所示，一半径为R的圆环处于竖直平面内，A是与圆心等高点，圆环上套着一个可视为质点的、质量为m的小球。现使圆环绕其竖直直径转动，小球和圆环圆心O的连线与竖直方向的夹角记为θ，转速不同，小球静止在圆环上的位置可能不同。当圆环以角速度ω匀速转动且小球与圆环相对静止时（）A.若圆环光滑，则角速度B.若圆环光滑，则角速度C.若小球与圆环间的摩擦因数为μ，且小球位于A点，则角速度ω可能等D.若小球与圆环间的摩擦因数为μ，且小球位于A点，则角速度ω可能等于〖答案〗D〖解析〗AB．小球在图示位置时的受力分析如图所示则小球所受合外力提供向心力，即以上两式联立，解得故AB错误；CD．若小球在A点时，则圆环对小球的支持力提供向心力，圆环对小球的静摩擦力与重力等大反向，即联立，解得故C错误，D正确故选D。7.一搜拖船用恒定的拉力同时拖带着两艘驳船，某时刻三艘船的位置如图所示，O为三根牵引绳的结点，其中BO绳、CO绳与AO绳的夹角均为150°，AO绳的张力大小为F，两驳船的质量均为m，不计三根绳的质量和水对船的阻力。下列说法正确的是（）A.此时两驳船的加速度相同B.此时两驳船的加速度大小均为C.两驳船在被拖动的过程中做直线运动D.两驳船在被拖动的过程中BO绳的张力大小不变〖答案〗B〖解析〗AB．此时两驳船所受拉力的大小相同，为方向不同，所以加速度方向不同，加速度大小为故A错误，B正确；C．两驳船在被拖动的过程中，分解B的受力，如图所示可知，两驳船在向前运动时，还会互相靠近，所以两驳船做曲线运动，故C错误；D．由题意可知，B的拉力向前的分力等于，不变，OB、OC的夹角变化，所以两驳船在被拖动的过程中BO绳的张力变化，故D错误。故选B。8.图甲为“魔幻飞碟变形球”，用脚将其踩扁，松开脚一段时间后球会弹起。某同学将其简化为如图乙所示的模型，两个质量均为0.1kg的物块A、B拴接在轻弹簧两端。已知弹簧的劲度系数为100N/m，原长为10cm，弹簧的弹性势能，其中k为弹簧的劲度系数，x为弹簧的形变量。现通过物块A向下压缩弹簧至某一位置后由静止释放，重力加速度取。下列说法正确的是（）A.释放后，B离开地面前，A、B以及弹簧组成的系统机械能不守恒B.若将弹簧长度压缩至7.5cm，释放后能使B离开地面一段时间C.若B能离开地面，则B离开地面后，A、B以及弹簧组成的系统动量守恒D.若B能离开地面，则从B离开地面到弹簧第一次恢复到原长的过程中，A的动量变化量大于B的动量变化量〖答案〗D〖解析〗A．释放后，B离开地面前，A、B以及弹簧组成的系统只有重力和弹簧的弹力做功，所以系统机械能守恒，故A错误；B．弹簧长度压缩至7.5cm时，弹簧压缩了2.5cm，则弹簧的弹性势能为而B刚要离开地面前，有可得既弹簧伸长1cm时，B即将离开地面，则A的重力势能增加了由系统的机械能守恒可知，若将弹簧长度压缩至7.5cm，释放后不能使B离开地面，故B错误；C．若B能离开地面，则B离开地面后，A、B以及弹簧组成的系统合力是系统受到的重力，不为零，所以动量不守恒，故C错误；D．若B能离开地面，则从B离开地面到弹簧第一次恢复到原长的过程中，B的动量变化量的大小A的动量变化量大小为所以A的动量变化量大于B的动量变化量，故D正确。故选D。二、多项选择题：本题共4小题，共16分。在每小题给出的四个选项中有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。9.如图所示，一质量为m的火星探测器，在圆轨道l上做匀速圆周运动。经过P点时动力装置短暂工作，使探测器进入椭圆轨道2。经过远火点Q时，动力装置再次短暂工作，使探测器进入圆轨道3。已知轨道1的半径为，轨道3的半径为，忽略空气阻力，以下说法正确的是（）A.探测器在轨道1上经过P点时的加速度与在轨道2上经过P点时的加速度相等B.探测器在椭圆轨道上由P点运动到Q点的过程中，机械能不守恒C.探测器在轨道2上运行时，若经过P点时的速度大小为v，则经过Q点时的速度大小为D.探测器在轨道3上经过Q点时的速度大于在轨道2上经过P点时的速度〖答案〗AC〖解析〗A．根据题意，由万有引力提供向心力有解得可知，探测器在轨道1上经过P点时的加速度与在轨道2上经过P点时的加速度相等，故A正确；B．探测器在椭圆轨道上由P点运动到Q点的过程中，只有引力做功，机械能守恒，故B错误；C．探测器在轨道2上运行时，根据开普勒第二定律有解得故C正确；D．根据题意，由万有引力提供向心力有解得可知，探测器在轨道3上经过Q点时的速度小于在轨道1上经过P点时的速度，探测器在轨道1上经过P点时，需加速做离心运动进入轨道2，则在轨道2上经过P点时的速度大于在轨道1上经过P点时的速度，则有即探测器在轨道3上经过Q点时的速度小于在轨道2上经过P点时的速度，故D错误。故选AC。10.如图所示，棱长为l的正四面体的四个顶点上分别固定一点电荷（未标出），其中A、C两点为等量同种正电荷q，B、D两点为等量同种负电荷，O为正四面体的几何中心，P为棱BD的中点，Q为正四面体外位于OP延长线上的一点。若取无穷远处电势为0，则（）A.O点的电场强度为0B.O点的电势为0C.将一带正电的检验电荷从O移动到P的过程中电场力对该电荷做正功D.要使P点的电场强度为0，需在Q点再固定一个负点电荷〖答案〗BC〖解析〗A．根据题意可知，AC处的点电荷在O点产生的合场强，垂直AC并指向BD连线方向，B、D两点处电荷在O点产生的合场强，垂直BD并指向BD连线方向，所以合场强不为零，故A错误；B．AD、BC相当于两对等量异种电荷，中垂面是零势能面，O点同时在这两对电荷的中垂面上，所以O点的电势为0，故B正确；C．P为棱BD的中点，更靠近负电荷，所以P点电势小于O点电势，根据可知，一带正电的检验电荷从O移动到P的过程中电势能减小，电场力做正功，故C正确；D．根据AC处的点电荷在P点产生的合场强，垂直BD连线并指向PQ方向，所以要使P点的电场强度为0，需在Q点再固定一个正点电荷，故D错误。故选BC。11.如图所示，光滑绝缘轨道ABCD处于同一竖直平面内，其中AB部分水平，BCD部分是圆心为O、半径为R的圆弧，两部分相切于B点，OD连线与竖直直径BC的夹角为，F为D点关于直径BC的对称点。空间中存在大小为方向与水平方向夹角为的匀强电场。现将一质量为m、带电量为q（）的小球由水平轨道上一点P静止释放，下列说法正确的是（）A.若小球恰好过D点，则小球对轨道的最大压力为B.若小球恰好过D点，则小球对轨道的最大压力为C.若P、B间的距离为，则小球在F点脱离轨道D.若P、B间的距离为，则小球在F点脱离轨道〖答案〗BD〖解析〗AB．小球在D点受力分析，如图所示小球所受电场力大小电场力和重力的合力大小为方向沿方向。若小球恰好过D点，则解得设D点关于点的对称点为点，小球在点小球对轨道的压力最大，设点轨道对小球的支持力为,点速度大小为，从点到D点由动能定理得解得由牛顿第二定律得解得由牛顿第三定律得，小球对轨道的最大压力大小故A错误，B正确；CD．设P、B间的距离为，小球在F点脱离轨道，设F点速度为,从P点到F点由动能定理得又解得故C错误，D正确。故选BD。12.如图所示，质量的长木板放置在倾角的足够长斜面上。质量可视为质点的物块放置在木板的右端。在木板右侧的斜面上方固定着一个与斜面垂直的弹性挡板，木板恰好可以无擦碰地穿过挡板与斜面间的缝隙。现使木板和物块均以的速度一起从挡板上方某高度处沿斜面向下滑动。此后，物块与挡板发生的每次碰撞时间都极短且无机械能损失，整个过程中物块不会从木板上滑落。已知物块与木板间的动摩擦因数，木板与斜面间的动摩擦因数，，重力加速度。以下说法正确的是（）A.物块与挡板第一次碰撞前，物块与长木板组成的系统动量守恒B.物块与挡板第一次碰撞至第二次碰撞的时间间隔为0.2sC.物块与挡板第一次碰撞至第二次碰撞之间，物块与长木板的相对位移大小等于长木板相对于斜面的位移大小D.长木板长度至少为0.4m〖答案〗ACD〖解析〗A.木板沿斜面向下滑动的过程中，受力分析如图对木块和木板整体有所以物块与挡板第一次碰撞前，系统合外力为0，物块与长木板组成的系统动量守恒，故A正确；BCD.物块和木板一起匀速下滑，物块与挡板发生第一次弹性碰撞后的速度大小为仍为。接下来，物块沿斜面向上匀减速到速度为零的过程中，其沿斜面向上的位移的大小即为离开挡板的最大距离，以物块为研究对象

①

②联立①②解得物块与挡板第一次碰撞后至第二次碰撞前过程中，系统动量守恒，取沿斜面向下为正方向，则可得得物块做匀变速的时间为这段时间内物块的对地位移方向沿斜面向上，有木板的位移方向沿斜面向下，有物块与木板间的总相对位移在后，物块和木板还要一起匀速运动0.075m，才能与挡板相碰，即还要运动时间所以物块与挡板第一次碰撞至第二次碰撞的时间间隔为做出物块与挡板第一次碰撞后瞬间到第二次碰撞前瞬间的示意图如图分析可知长木板相对于斜面的位移大小物块相对于长木板要么沿斜面向上运动、要么无相对运动，最终物块停止在挡板处。若物块恰未滑落，长木板左端也会停在挡板处。研究第一次碰前瞬间到最后系统停下的整个过程，物块与木板间的总相对位移与木板沿斜面下滑的距离大小相等，即由系统能量守恒解得即长木板的长度L至少为0.4m。故B错误，CD正确。故选ACD三、非选择题：本题共6小题，共60分。13.物理学中有一些经典实验通过巧妙的设计揭示了深刻的物理本质，比如伽利略的斜面实验揭示了匀变速直线运动规律。某同学用现代实验器材改进伽利略实验，如图甲所示，一小球从固定斜面顶端O处静止释放，通过A、B两处的传感器，测出小球在AB段运动的时间t以及A、B间的距离s，计算出这段时间内的平均速度v。改变传感器A的位置，重复多次实验，所得数据如下表所示。s（m）0.5000.6000.7000.8000.9000.950t（ms）292.9371.5452.3552.8673.8776.4v（m/s）1.711.621.551.451.341.22请完成下列作图和填空：（1）根据表中给出的数据，在图乙给出的坐标纸上画出图线__________；（2）由所画出的图线，得出滑块加速度的大小为_________（保留2位有效数字）。（3）由所画出的图线，得出滑块到达斜面底端B处时的速度大小为________m/s（保留3位有效数字）。〖答案〗（1）（2）2.0（均正确）（3）2.00（均正确）〖解析〗（1）[1]根据表中给出的数据，在给出的坐标纸上画出图线如图所示（2）[2]已知滑块沿斜面下滑时做匀加速直线运动，测量值和，设滑块加速度的大小为、滑块经过光电门乙时的瞬时速度为。因为速度是下滑的末速度，所以我们可以看下滑的逆过程，所以满足的关系式是整理得根据图线可知斜率为加速度等于斜率大小的两倍，可以得出滑块加速度的大小为（3）[3]图线与纵轴的交点即为滑块到达斜面底端B处时的速度，大小为14.某实验小组利用如图装置验证动量守恒定律。气垫导轨上装有光电门1和2。将滑块A和B静置在导轨上，两滑块上均固定有相同的竖直挡光片。（1）打开气泵，先取走滑块B，待气流稳定后将滑块A从气垫导轨右侧由弹射装置向左弹出，测得滑块过光电门1的挡光时间大于过光电门2的挡光时间，为使实验结果准确，后续的操作是_______A.调高右侧底座旋钮B.调高左侧底座旋钮C.将光电门1向左侧移动D.将光电门2向右侧移动（2）气垫导轨调整好后，将滑块B静置于两光电门之间，将滑块A静置于光电门1右侧，给A水平向左的速度，经过光电门1后与B发生碰撞且被弹回，再次经过光电门1。光电门1先后记录的挡光时间为、，光电门2记录的挡光时间为为完成实验，还必须测量的物理量有__________。A.挡光片的宽度dB.滑块A（含挡光片）质量C.滑块B（含挡光片）的质量D.光电门1到光电门2的间距L（3）若两滑块碰撞过程动量守恒，则必须满足的关系式为_______________（用（2）中的物理量表示）。（4）若滑块A、B之间的碰撞为弹性碰撞，则关系式满足________。A.B.C.D.〖答案〗（1）B（2）BC（3）（4）D〖解析〗（1）[1]滑块通过光电门1的时间大于通过光电门2的时间，说明光电门1到光电门2为加速运动，则右端较高，因此可以调高左侧底座旋钮保证气垫导轨水平；故选B。（2）[2]A．用挡光片的宽度d虽然能计算出滑块碰撞前后的瞬时速度，但动量守恒和机械能守恒的表达式的左右两边均有，可以约掉，故不需要测量；故A错误；BC．为了能够表示动量和动能，都需要测两滑块的质量，故BC正确；D．滑块在碰撞前后均在气垫导轨上做匀速直线运动，故不需要测光电门1到光电门2的间距L，故D错误。故选BC。（3）[3]滑块A与B碰撞前后的瞬时速度分别为，，若碰撞过程中动量守恒，取水平向左为正方向，根据公式有整理可得（4）[4]若为弹性碰撞，即机械能守恒，结合动量守恒有联立解得代入瞬时速度可得关系式为故选D。15.空间机械臂作为在轨支持、服务的一项关键技术，对空间科学的应用和发展起到了很大的带动作用。空间站上安装的机械臂不仅可以维修、安装空间站部件，还可以发射、抓捕卫星。如图所示，空间站在半径为r的轨道上做匀速圆周运动。从空间站伸出长为d的机械臂，微型卫星放置在机械臂的外端。在机械臂的作用下，微型卫星、空间站、地球在同一直线上，微型卫星与空间站同步做匀速圆周运动。已知地球半径为R，地球表面重力加速度为g，微型卫星质量为m，求：（1）空间站所在轨道处的重力加速度；（2）机械臂对微型卫星的作用力大小（忽略空间站对卫星的引力以及空间站的尺寸）。〖答案〗（1）；（2）〖解析〗（1）地表物体在空间站位置联立解得（2）对空间站有微型卫星联立解得16.在一场排球比赛中，运动员甲从高度为H的O点用力将球以速度大小水平击出，恰好落在对方底线内的B点。下一球对方吊球过网，在球即将落地时，运动员乙飞扑过来，于A点将球救起，排球过网后，与地面发生了一次弹性碰撞，然后也落在了B点。已知A点在O点的正下方，被乙救起的球初速度大小为，方向与水平方向成夹角，运动过程中的最大高度也为H。排球与地面发生弹性碰撞后，水平速度不变，竖直速度大小不变，方向相反，不计空气阻力，重力加速度为g。（1）求两球初速度大小之比（2）若球网设置在如图所示的C位置，两人击出的排球都恰好能飞过球网顶端，求：①两球从被击出到球网顶端过程中的时间之比；②球网的高度h（结果用H表示）。〖答案〗（1）；（2）①；②〖解析〗（1）由可知由x=vxt可知则（2）①两球从飞出到球网之前，水平位移相等，则由x=vxt可得②其中以上联立可得17.如图，真空中有两个足够大的平行金属板与水平面成放置，上极板带正电，下极板带负电，板间电场强度为板间的同一竖直面内有两个球形小油滴A和B，质量均为，A不带电，B带电荷量为（），初始时A、B竖直方向的高度差为h。现将A、B同时由静止释放，一段时间后二者相遇并融合为新油滴C。二者融合的过程中总质量、总电荷量均守恒，并满足动量守恒。融合后的瞬间，给装置通入空气，此后C恰好做匀速直线运动。已知球形油滴受到的空气阻力大小为，其中k为比例系数，m为油滴质量，v为油滴运动速率，不计空气浮力，重力加速度为g。求：（1）初始时A、B水平方向的距离；（2）比例系数k；（3）C匀速运动时间过程中电势能的变化量。〖答案〗（1）；（2）；（3）