2023北京二中高一（下）期末物理（选考）试题及答案

高中PAGE1高中2023北京二中高一（下）期末物理（选考）一、单项选择题（每小题的四个选项中，只有一个选项是正确的，每小题3分，共42分）1.下列物理量属于标量的是（）A.动能 B.动量 C.速度 D.冲量2.如图所示，一物体在与水平成角的拉力F作用下，匀速前进了时间t，则（）A.摩擦力对物体的冲量大小为 B.拉力对物体的冲量大小为FtC.重力对物体的冲量为零 D.合外力对物体的冲量大小为Ft3.玻璃杯从同一高度落下，掉在水泥地上比掉在草地上容易碎，这是由于玻璃杯与水泥地面撞击的过程中()A.玻璃杯的动量较大B.玻璃杯受到的冲量较大C.玻璃杯的动量变化较大D.玻璃杯的动量变化较快4.如图所示，用长为的轻绳悬挂一质量为的小球，对小球再施加一个力，使绳与竖直方向成角并绷紧，小球处于静止状态，此力最小为（）A.B.C.D.5.某车队从同一地点先后从静止开出n辆汽车，在平直的公路上沿一直线行驶，各车均先做加速度为a的匀加速直线运动，达到速度v后做匀速直线运动，汽车都匀速行驶后，相邻两车距离均为s，则相邻两车启动的时间间隔为（）A. B. C. D.6.质量为m速度为v的A球，跟质量为4m的静止B球发生正碰，碰撞可能是弹性，也可能是非弹性，则碰后B球的速度可能是（）A. B. C. D.7.如图所示，一颗人造卫星原来在椭圆轨道1绕地球E运行，在P点变轨后进入轨道2做匀速圆周运动．下列说法正确的是：（）A.不论在轨道1还是轨道2运行，卫星在P点的速度都相同B.不论在轨道1还是轨道2运行，卫星在P点的加速度都相同C.卫星在轨道1的任何位置都具有相同加速度D.卫星在轨道2的任何位置都具有相同动量(动量P=mv，v为瞬时速度)8.如图甲所示，两小球a，b在足够长的光滑水平面上发生正碰。小球a、b质量分别为m1和m2，且m1=100g。取水平向右为正方向，两小球碰撞前后位移随时间变化的x-t图像如图乙所示。由此可以得出以下判断①碰撞前球a做匀速运动，球b静止；②碰撞后球a和球b都向右运动；③m2=300g；④碰撞前后两小球的机械能总量不变；则以上判断中正确的是（）A.①③ B.①②③ C.①③④ D.②④9.一物理学习小组在竖直电梯里研究超重失重现象：力传感器上端固定在铁架台上，下端悬挂一个质量为m的钩码。当电梯1楼和3楼之间运行时，数据采集系统采集到拉力F随时间t的变化如图所示。忽略由于轻微抖动引起的示数变化，下列说法正确的是（）A.a到b过程中电梯向上运动，b到c过程中电梯向下运动B.a到c过程中钩码的机械能先增加后减小C.图形abc的面积等于图形def的面积D.a到b过程中钩码处于超重状态，b到c过程中钩码处于失重状态10.按压式圆珠笔内装有一根小弹簧，尾部有一个小帽，压一下小帽，笔尖就伸出来。如图所示，使笔的尾部朝下，将笔向下按到最低点，使小帽缩进，然后放手，笔将向上弹起至一定的高度。忽略摩擦和空气阻力。笔从最低点运动至最高点的过程中A.笔的动能一直增大B.笔的重力势能与弹簧的弹性势能总和一直减小C.弹簧的弹性势能减少量等于笔的动能增加量D.弹簧的弹性势能减少量等于笔的重力势能增加量11.如图所示，站在车上的人，用锤子连续敲打小车．初始时，人、车、锤都静止．假设水平地面光滑，关于这一物理过程，下列说法正确的是（）A.连续敲打可使小车持续向右运动B.人、车和锤组成的系统机械能守恒C.当锤子速度方向竖直向下时，人和车水平方向的总动量为零D.人、车和锤组成的系统动量守恒12.如图所示，质量为m、半径为R的半圆槽轨道置于光滑水平面上，左端紧靠墙壁，一质量同为m的物块从半圆轨道的顶端a点无初速度释放，b点为半圆轨道的最低点，c点为半圆轨道另一侧与a等高的点，不计一切摩擦，下列说法正确的是（）A.物块在运动的过程中机械能守恒B.物块在弧形槽内上升的最大高度为C.物块第二次通过b点时的速度为0D.半圆槽的最大速度为13.随着科幻电影《流浪地球》的热映，“引力弹弓效应”进入了公众的视野。“引力弹弓效应”是指在太空运动的探测器，借助行星的引力来改变自己的速度。为了分析这个过程，可以提出以下两种模式：探测器分别从行星运动的反方向或同方向接近行星，分别因相互作用改变了速度。如图所示，以太阳为参考系，设行星运动的速度为u，探测器的初速度大小为v0，在图示的两种情况下，探测器在远离行星后速度大小分别为v1和v2。探测器和行星虽然没有发生直接的碰撞，但是在行星的运动方向上，其运动规律可以与两个质量不同的钢球在同一条直线上发生的弹性碰撞规律作类比。那么下列判断中正确的是（）A.v1>v0 B.v1=v0 C.v2>v0 D.v2=v014.1934年至1938年，科学家曾先后用中子轰击轴235（）原子核，铀核分裂时释放出核能，同时还会产生几个新的中子（），这些中子又会轰击其他铀核……于是就导致一系列铀核持续裂变，并释放出大量核能。这就是裂变中的链式反应。实际上，中子的速度不能太快，否则会与轴235“擦肩而过”，铀核不能“捉”住它，不能发生核裂变。实验证明，速度与热运动速度相当的中子最适于引发核裂变。这样的中子就是“热中子”，或称慢中子。但是，核裂变产生的是速度很大的快中子，因此，还要设法使快中子减速，为此，在铀核周围要放“慢化剂”，快中子跟慢化剂中的原子核碰撞后，中子速度减少，变为慢中子。假设中子与慢化剂中的原子核发生的碰撞为弹性正碰，且碰撞前慢化剂中的原子核是静止的，那么下列物质中最适合做慢化剂的是（）A.电子（） B.铀原子（）C.铅原子（） D.碳原子（）二、实验题（本大题共2小题，共18分）15.利用如图装置做“验证机械能守恒定律”实验。（1）除带夹子的重物、纸带、铁架台（含铁夹）、打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的器材是______。A.秒表B.刻度尺C.天平（含砝码）（2）实验中，先接通电源，再释放重物，得到如图所示的纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得他们到起始点O的距离分别为、、。已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T。设重物的质量为m。从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能的减少量______，动能的增加量______。（3）某同学用下述方法研究机械能是否守恒：在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点O的距离h，计算对应计数点的重物速度为v，描绘图像，并做如下判断：若图像是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能守恒，请你分析论证该同学的判断依据是否正确。______16.利用图1所示的仪器研究动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。（1）试验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的。但是，可以通过仅测量______，间接地解决这个问题。A.小球开始释放的高度hB.小球抛出点距地面的高度HC.小球做平抛运动的射程（2）图2中的O点是小球抛出点在地面上的垂直投影。实验时，先让入射球m1多次从斜轨上S位置静止释放，找到其平均落地点的位置P，测量平抛射程OP，然后把被碰小球m2静止于轨道的水平部分，再将入射小球m1从斜轨上S位置静止释放，与小球m2相撞，并多次重复。接下来要完成的必要步骤是______；A.用天平测量两个小球的质量m1、m2；B.测量小球m1开始释放高度h；C.测量抛出点距地面的高度h；D.分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、N；E.测量平抛射程OM，ON；（3）若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为______（用②中测量的量表示）；（4）经测定，m1=45.0g，m2=7.5g，小球落地点的平均位置到O点的距离如图2所示。若碰撞前、后m1的动量分别为p1与p1ʹ，碰撞后m2的动量为p2ʹ，则实验结果表明，碰撞前、后系统总动量的比值为______；（5）碰撞的恢复系数的定义为，其中v1和v2分别是碰撞前两物体的速度，v1ʹ和v2ʹ分别是碰撞后两物体的速度。利用（4）中的数据可以计算出，本次碰撞的恢复系数e=______。（结果保留两位有效数字）三、计算题（本题共4小题，共40分。解答各小题时，应写出必要的文字说明、表达式和重要步骤，只写出最后答案的不得分。有数值计算的题，答案中必须明确数值和单位）17.如图，质量为m的物体，仅在与运动方向相同的恒力F的作用下，经过时间t，发生了一段位移l，速度由v1增加到v2。结合图中情景，请猜测并推导：（1）恒力和其作用时间的累积Ft直接对应着什么物理量的变化？并由牛顿运动定律和运动学公式推导这种关系的表达式。（2）恒力在其作用空间上的积累Fl直接对应着什么物理量的变化？并由牛顿运动定律和运动学公式推导这种关系的表达式。18.如图所示，将一个质量为的砂箱用长为的轻绳悬挂起米，一颗质量为的子弹水平射入砂箱，砂箱发生摆动，若子弹射击砂箱时的速度为，求：（1）子弹刚打入砂箱时，它们共同速度的大小；（2）子弹刚打入砂箱时，细绳拉力的大小；（3）子弹与砂箱共同上摆过程中，摆过的最大角度的余弦值。19.火箭的飞行应用了反冲的原理，靠喷出气流的反冲作用而获得巨大的速度。设质量为m的火箭由静止发射时，在极短的时间内喷射燃气的质量是，喷出的燃气相对地面的速率是u。求火箭在喷气后增加的速度；（已知）20.若规定两质点相距无限远时引力势能为零，则质量分别为M、m的两个质点相距为r时的引力势能，式中G为引力常量。若在地球表面发射一枚火箭，要使其能最终脱离地球引力束缚，飞行至距地球无穷远处，求火箭最小的发射速度。（已知地球半径为R，地球表面重力加速度为g，忽略地球自转及其他天体对火箭的影响）21.发射火箭要耗费大量的燃料，科学家设想在未来的航天事业中用太阳帆来加速星际宇宙飞船。按照近代光的粒子说，光由光子组成，光子可以简单的理解为具有动量和能量的微粒，且能量E与动量p满足关系式，式中c为真空中的光速。当光照射到物体表面上时，不论光被物体吸收还是被物体表面反射，光子的动量都会发生改变，进而对物体表面产生一种压力，在没有空气的宇宙中，太阳帆可以靠着阳光照射产生的压力，向前加速飞行。若已知某太阳帆的面积为S，真空中的光速为c，阳光照射太阳帆时每平方米面积上的功率为，照在太阳帆上的光子一半被反射，一半被吸收，求此时太阳帆所受到的压力的大小。（假设阳光垂直照射帆面）22.在运用动量定理处理二维问题时，可以在相互垂直的x、y两个方向上分别研究。例如，质量为m的小球斜射到木板上，入射的角度是，碰撞后弹出的角度也是，碰撞前后的速度大小都是v，如图所示，碰撞过程中忽略小球所受重力。（1）分别求出碰撞前后x、y方向小球的动量变化、；（2）分析说明小球对木板的作用力的方向。23.打水漂是同学们喜闻乐见的游戏之一。仅需要一块小瓦片，在手上呈水平放置后，用力甩出，瓦片就会擦水面飞行，不断地在水面上向前弹跳，直至下沉。为了在高中阶段研究它，我们可以忽略瓦片的旋转，把瓦片与水的作用过程简化为碰撞过程。假设瓦片每次碰撞前后竖直方向的速度大小保持不变，但在碰撞过程中水平面并不光滑，对瓦片有摩擦力作用，动摩擦因数为，若已知瓦片质量为m，水平抛出后，初次撞击水面时速度大小为v、且与竖直方向夹角为，求瓦片出手后所能飞行的最远距离。（重力加速度为g，碰撞过程中忽略瓦片所受重力，空气阻力不计）附加题：（共20分）24.质量为m的小球在重力和空气阻力的共同作用下，在空中运动，若小球在运动过程中受到的空气阻力大小与速度大小成正比，即，其中k为已知的常量，重力加速度为g，请回答以下问题：（1）若小球在足够高的位置由静止开始下落，则：a.小球下落过程中所能达到的最大速度为______；b.若小球下落t时间后达到最大速度，则小球达到最大速度时，下落的距离为______。（2）若小球自距离地面高度为H的A点以水平速度抛出，经过一段时间t后落在地面上B点，如图a所示。由于有空气阻力的存在，若想直接求出A、B两点间的水平距离S和小球到达B点（但尚未着地）时的末速度，计算难度很大。为此，我们可以做以下变换：如图b所示，将初速度分解为两个分速度和，且使的大小满足。那么小球从A到B的曲线运动，可以看作小球沿和两个方向的直线运动的叠加。则：c.小球沿方向的分运动的位移为______，A、B两点间的水平距离S为______；d.小球到达B点（但尚未着地）时的末速度的大小为______。（回答d问时，角可以认为是已知量）

参考答案一、单项选择题（每小题的四个选项中，只有一个选项是正确的，每小题3分，共42分）1.【答案】A【详解】动能只有大小，没有方向，属于标量；而动量、速度、冲量既有大小又有方向，属于矢量。故选A。2.【答案】B【详解】A．由于做匀速运动，阻力大小与的水平分力相等，摩擦力大小为摩擦力对物体的冲量的大小为A错误；B．运动时间为，则拉力的冲量为B正确；C．运动时间为，重力对物体的冲量大小为C错误；D．物体匀速运动，由动量定理知合外力对物体的冲量为零，D错误。故选B3.【答案】D【详解】玻璃杯从同一高度下落，落地前的速度大小相等，故落地前的动量相等；而最后的速度均为零；故说明动量的变化一定相等；由动量定理可知冲量也一定相等；但由于掉在水泥地上的时间较短，则说明玻璃杯掉在水泥地上动量变化较快，从而导致冲击力较大；使玻璃杯易碎；故D正确．4.【答案】A【详解】可用动态三角形分析此题，如图所示，当外力F与绳上拉力垂直时，F取得最小值．故选A．5.【答案】D【详解】设某辆车从静止开始做匀加速直线运动经过时间t速度恰好达到v，其前面一辆车运动时间为t+△t，则且联立上述方程得各辆车依次启动的时间间隔故选D。6.【答案】B【详解】若A、B发生完全非弹性碰撞，根据动量守恒定律可得解得若A、B发生弹性碰撞，根据动量守恒定律和机械能守恒可得联立解得则碰撞后B球的速度应满足故选B。7.【答案】B【详解】从轨道1变轨到轨道2，需要加速逃逸，故A错误；根据公式可得：，故只要到地心距离相同，加速度就相同，卫星在椭圆轨道1绕地球E运行，到地心距离变化，运动过程中的加速度在变化，B正确C错误；卫星在轨道2做匀速圆周运动，运动过程中的速度方向时刻在变，所以动量方向不同，D错误．8.【答案】C【详解】由图可知，0~2s内，a的速度大小为b球的速度为零，处于静止状态；2~6s内，两球的速度分别为由此可知，a向左运动，b向右运动；两球碰撞过程，根据动量守恒定律有解得此时，有说明碰撞前后两小球的机械能总量不变。故选C。9.【答案】C【分析】【详解】A．从a到b过程中，力F大于0，钩码加速度向上，但可以向下做减速运动，同理，从b到c过程中钩码可能向上做加速运动，故A错误；B．在整个运动过程中，如果a到c的过程向上加速则拉力对小球做正功，机械能增加，如果向下减速则拉力对小球做负功机械能减少，故B错误；C．图像中面积表示力对时间的积累，即冲量。故图形abc的面积等于图形def的面积。故C正确；D．a到c的过程中，钩码所受力大于0，根据加速度大于0，即从a到c钩码处于超重状态。10.【答案】D【详解】开始时弹力大于笔的重力，则笔向上做加速运动；当弹力等于重力时加速度为零，速度最大；然后弹力小于重力，笔向上做减速运动，当笔离开桌面时将做竖直上抛运动，直到速度减为零到达最高点；A．笔的动能先增大后减小，选项A错误；B．因只有弹力和重力做功，则笔的重力势能、动能和弹簧的弹性势能守恒；因动能先增加后减小，则笔的重力势能与弹簧的弹性势能总和先减小后增加，选项B错误；CD．因整个过程中动能不变，则弹簧的弹性势能减少量等于笔的重力势能的增加量，选项C错误，D正确；故选D.11.【答案】C【详解】A.人、车和锤看做一个系统处在光滑水平地面上，水平方向所受合外力为零，故水平方向动量守恒，总动量始终为零，当大锤有相对大地向左的速度时，车有向右的速度，当大锤有相对大地向右的速度时，车有向左的速度，故车来回运动，故A错误；B.大锤击打小车时，发生的不是完全弹性碰撞，系统机械能有损耗，故B错误；C.大锤的速度竖直向下时，没有水平方向的速度，因为水平方向总动量恒为零，故人和车的总动量也为零，故C正确；D.人、车和锤水平方向动量守恒，因为大锤会有竖直方向的加速度，故竖直方向合外力不为零，竖直动量不守恒，系统总动量不守恒，故D错误．12.【答案】C【详解】A．物块由a到b的过程机械能守恒，通过b点后槽对物块的支持力做功，物块机械能不守恒，故A错误；B．物块由a到b根据机械能守恒定律可得解得当物块在弧形槽内上升到最大高度时，物块与槽共速，有解得故B错误；CD．物块第一次经过b点到第二次经过b点，根据水平方向动量守恒和机械能守恒可得解得，故C正确，D错误。故选C。13.【答案】A【详解】AB．根据题意，设行星的质量为M，探测器的质量为m，当探测器从行星的反方向接近行星时（左图），再设向左为正方向，根据动量守恒和能量守恒得-mv0+Mu=Mu′+mv1mv02+Mu2=Mu′2+mv12整理得v1-v0=u+u′所以v1>v0A正确，B错误；CD．同理，当探测器从行星的同方向接近行星时（右图），再设向左为正方向，根据动量守恒和能量守恒得mv0+Mu=Mu″-mv2mv02+Mu2=Mu″2+mv22整理得v0-v2=u+u″所以v2<v0CD错误。故选A。14.【答案】D【详解】设中子质量为m,碰前速度为v0，碰后速度为v1，原子核质量为M，碰后速度为v2，中子与原子核发生弹性正碰，以速度v0为正方向，则mv0=mv1+Mv2得可见，原子核质量M越小，碰后中子速度v1越小，因此慢化剂应该选用质量较小的原子核。故选D。二、实验题（本大题共2小题，共18分）15.【答案】①.B②.③.④.见详解【详解】（1）[1]打点计时器能够直接读出时间，实验中需要用刻度尺测量点间的距离，从而求出瞬时速度以及重力势能的减小量，实验中验证动能的增加量和重力势能的减小量是否相等，质量可以约去，不需要用天平测量质量。故选B。（2）[2]从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能减少量为[3]B点的瞬时速为则动能的增加量为（3）[4]该同学的判断依据不正确。在重物下落h的过程中，若阻力f恒定，根据可得则此时图像是过原点的一条直线，但机械能不守恒，所以要想通过图像的方法验证机械能是否守恒，还必须看图像的斜率是否接近2g。16.【答案】①.C②.ADE③.④.1.01⑤.0.46【详解】（1）[1]小球离开轨道后做平抛运动，由于小球抛出点的高度相等，它们在空中的运动时间相等，小球的水平位移与小球的初速度成正比，可以用小球的水平位移代替其初速度，即测量射程。故选C。（2）[2]要验证动量守恒定律定律，即验证小球离开轨道后做平抛运动，它们抛出点的高度相等，在空中的运动时间t相等，上式两边同时乘以t得可得因此实验需要测量两球的质量和小球做平抛运动的水平射程，为了测量位移，应找出落点。故选ADE。（3）[3]若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为（4）[4]碰撞前、后总动量的比值（5）[5]碰撞的恢复系数为三、计算题（本题共4小题，共40分。解答各小题时，应写出必要的文字说明、表达式和重要步骤，只写出最后答案的不得分。有数值计算的题，答案中必须明确数值和单位）17.【答案】（1）见解析；（2）见解析【分析】【详解】（1）由牛顿第二定律和匀变速直线运动的公式有F=ma，v2=v1+at联立有Ft=mv2-mv1则恒力和其作用时间的累积Ft直接对应着动量变化。（2）由牛顿第二定律和匀变速直线运动的公式有F=ma，v22-v12=2al联立有Fl=mv22-mv12则恒力在其作用空间上的积累Fl直接对应着动能变化。18.【答案】（1）1m/s；（2）72N；（3）0.9【详解】（1）子弹水平射入砂箱过程，据动量守恒定律可得解得（2）子弹刚打入砂箱时，据牛顿第二定律可得解得（3）子弹与砂箱共同上摆过程中，设最大摆角为，据机械能守恒定律可得解得19.【答案】【详解】在很短时间Δt内，研究火箭及其喷出的燃气组成的系统，可以不考虑火箭的重力，系统动量守恒，取喷出气体速度方向为正方向，则有mΔv+Δm（