2021-2022学年湖北省武汉市钢城第四中学高一下学期期中考试物理

2021-2022学年湖北省武汉市钢城第四中学高一下学期期中考试物理一、选择题（本题共11小题，每小题4分，共44分。在每个小题给出的四个选项中，第1-7题只有一项符合题目要求，第8—11题有多个选项符合题目要求。全部选对的给4分，选对但不全的得2分，有错选或者不答的得0分。）1.变速自行车靠变换齿轮组合来改变行驶速度。如图是某一变速自行车齿轮转动结构示意图，图中A轮有48齿，B轮有42齿，C轮有18齿，D轮有12齿，则（）

A.该车可变换两种不同挡位B.该车可变换五种不同挡位C.当A轮与D轮组合时，两轮的角速度之比ωA∶ωD＝1∶4D.当A轮与D轮组合时，两轮角速度之比ωA∶ωD＝4∶1【1题答案】【答案】C【解析】【详解】AB．A轮通过链条分别与C、D轮连接，自行车可有两种不同的挡位，B轮分别与C、D轮连接，又可有两种不同的挡位，所以该车可变换四种不同挡位，故A、B错误；CD．皮带类传动边缘点线速度相等，又齿轮的齿数与齿轮的半径大小成正比，故前齿轮的齿数与转动角速度的乘积等于后齿轮齿数与转动角速度的乘积，当A轮与D轮组合时，两轮边缘线速度大小相等，则有NA·ωA＝ND·ωD解得ωA∶ωD＝ND∶NA＝12∶48＝1∶4故C正确，D错误故选C2.如图所示，内壁光滑的圆锥筒的轴线垂直于水平面，圆锥筒固定不动，两个质量相同的小球A和B紧贴着内壁分别在图中所示的水平面内做匀速圆周运动（）A.球A的角速度一定大于球B的角速度B.球A的线速度一定大于球B的线速度C.球A的运动周期一定小于球B的运动周期D.球A对筒壁的压力一定大于球B对筒壁的压力【2题答案】【答案】B【解析】【分析】【详解】ABC．对小球受力分析，小球受到重力和支持力，它们的合力提供向心力，如图根据牛顿第二定律，有解得、A的半径大，则A的线速度大，角速度小，根据，可知A球的周期大，故AC错误，B正确；D．支持力根据牛顿第三定律可知，球A对筒壁的压力一定等于球B对筒壁的压力，故D错误。故选B。3.如图所示是在同一轨道平面上的三颗不同的人造地球卫星，关于各物理量的关系，下列说法正确的是A.线速度vA<vB<vC B.万有引力FA>FB>FCC.角速度ωA>ωB>ωC D.向心加速度aA<aB<aC【3题答案】【答案】C【解析】【分析】万有引力提供卫星做圆周运动的向心力，应用万有引力公式与牛顿第二定律求出线速度、角速度、向心加速度，然后分析答题．【详解】万有引力提供卫星做圆周运动的向心力；，解得：v=，，，由图示可知，卫星的轨道半径：rA＜rB＜rC，则三颗卫星的线速度vA＞vB＞vC，角速度ωA＞ωB＞ωC，向心加速度：aA＞aB＞aC，故C正确，AD错误；由于不知道卫星间的质量关系，无法根据万有引力公式判断卫星所受地球引力的关系，故B错误；故选C．【点睛】本题考查了万有引力定律的应用，知道万有引力提供卫星做圆周运动的向心力是正确解题的关键，应用万有引力公式、牛顿第二定律可以解题．4.滑雪运动员沿斜坡下滑了一段距离，重力对他做功为2000J，物体克服阻力做功200J．则物体的（）A.机械能减小了200J B.动能增加了2200JC.重力势能减小了1800J D.重力势能增加了2000J【4题答案】【答案】A【解析】【详解】除重力外，物体克服阻力做功200J，故机械能减小200J，故A正确；外力对物体所做的总功为2000J-200J=1800J，是正功，则根据动能定理得：动能增加1800J．故B错误；重力对物体做功为2000J，是正功，则物体重力势能减小2000J．故CD错误；故选A．5.如图所示，质量为m的物体在一个与水平方向成角的拉力F作用下，一直沿水平面向右匀加速直线运动，则下列关于物体在时间t内所受力的冲量，正确的是（）

A.拉力F的冲量大小为FtcosB.摩擦力的冲量大小为FtsinC.重力冲量大小为mgtD.物体所受支持力的冲量大小为mgt【5题答案】【答案】C【解析】【详解】A．拉力冲量大小为故A错误；B．动摩擦因数和加速度未知，无法求出摩擦力大小，即无法求出摩擦力冲量，故B错误；C．重力的冲量大小为故C正确；D．物体在竖直方向合力为零，即支持力的冲量大小为得故D错误。故选C。6.使用高压水枪作为切割机床的切刀具有独特优势，得到广泛应用。如图所示，若水柱截面积为S，水流以速度v垂直射到被切割的钢板上，之后水速减为零，已知水的密度为，则水对钢板的冲力为（）A. B. C. D.【6题答案】【答案】B【解析】【详解】取时间内的水研究对象，设时间内有体积为V的水打在钢板上，则这些水的质量为以这部分水为研究对象，它受到钢板的作用力为F，以水运动的方向为正方向，由动量定理有即由牛顿第三定律可以知道，水对钢板的冲击力大小也为故选B。7.我国首颗量子科学实验卫星于2016年8月16日1点40分成功发射，量子卫星成功运行后，我国将在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信，构建天地一体化的量子保密通信与科学实验体系．假设量子卫星轨道在赤道平面，如图所示．已知量子卫星的轨道半径是地球半径的m倍，同步卫星的轨道半径是地球半径的n倍，图中P点是地球赤道上一点，由此可知（）A.量子卫星的环绕速度大于7.9km/sB.同步卫星与量子卫星的运行周期之比为C.量子卫星与同步卫星的速率之比为D.量子卫星与P点的速率之比为【7题答案】【答案】D【解析】【详解】第一宇宙速度是所有环绕地球做圆周运动的卫星的最大速度，则量子卫星的环绕速度小于7.9km/s，选项A错误；根据开普勒第三定律可知：，则，选项B错误；根据可知，选项C错误；根据可知，则，根据v=ωr可知量子卫星与P点的速率之比为，选项D正确；故选D.8.如图为过山车以及轨道简化模型，以下判断正确的是（）A.过山车在圆轨道上做匀速圆周运动B.过山车在圆轨道最高点时的速度应不小于C.过山车在圆轨道最低点时乘客处于超重状态D.过山车在斜面h=2R高处由静止滑下能通过圆轨道最高点【8题答案】【答案】BC【解析】【详解】过山车在竖直圆轨道上做圆周运动，机械能守恒，动能和重力势能相互转化，速度大小变化，不是匀速圆周运动，故A错误；在最高点，重力和轨道对车的压力提供向心力，当压力为零时，速度最小，则,解得：，故B正确；在最低点时，重力和轨道对车的压力提供向心力，加速度向上，乘客处于超重状态，故C正确；过山车在斜面h=2R高处由静止滑下到最高点的过程中，根据动能定理得：,解得；v′=0，所以不能通过最高点，故D错误．故选BC．9.水平传送带匀速运动，速度大小为v，现将一小工件放到传送带上。设小工件初速度为零，当它在传送带上滑动一段距离后速度达到v而与传送带保持相对静止。设小工件质量为m，它与传送带间的动摩擦因数为μ，则在小工件相对传送带滑动的过程中（）A.滑动摩擦力对小工件做的功为mv2B.小工件的机械能增量为mv2C.小工件相对于传送带滑动的路程大小为D.传送带对小工件做功为零【9题答案】【答案】ABC【解析】【分析】【详解】AD．小工件相对传送带滑动的过程中，受到的合外力就是传送带对它施加的摩擦力，根据动能定理可知，摩擦力做的功等于小工件增加的动能，小工件的初速度为零，末速度为v，其动能增加为mv2，则小工件受到的滑动摩擦力对小工件做的功为mv2，选项A正确，而选项D错误；B．根据功能关系知，除了重力和弹力以外的其他力所做的功等于小工件机械能的改变量，选项B正确；C．由动能定理可得μmgs1＝mv2则s1＝s1是小工件相对地面位移，该过程中，传送带相对地面的位移为s2＝vt＝v·＝2s1则小工件相对于传送带的位移为s＝s2－s1＝选项C正确。故选ABC。10.如图所示，两个质量和速度均相同的子弹分别水平射入静止在光滑水平地面上质量相同、材料不同的两矩形滑块A、B中，射入A中的深度是射入B中深度的两倍．上述两种射入过程相比较A.射入滑块A的子弹速度变化大B.整个射入过程中两滑块受的冲量一样大C.两个过程中系统产生的热量相同D.射入滑块A中时阻力对子弹做功是射入滑块B中时的两倍【10题答案】【答案】BC【解析】【详解】设子弹的初速度为v，共同速度为v′，则根据动量守恒定律，有：mv=（M+m）v′，

解得：v′=；由于两矩形滑块A、B的质量相同，故最后子弹与滑块的速度都是相同的，子弹速度变化相同，故A错误；滑块A、B的质量相同，初速度均为零，末速度均为，故动量变化量相等，根据动量定理，冲量相等，故B正确；根据能量守恒定律，两个过程中系统产生的热量等于系统减小的机械能，故两个过程中系统产生的热量相同，故C正确；根据动能定理，射入滑块中时阻力对子弹做功等于动能的增加量，故射入滑块A中时阻力对子弹做功等于射入滑块B中时阻力对子弹做功，故D错误；故选BC.点睛：解题时要知道子弹射入滑块过程中，子弹和滑块系统动量守恒，根据动量守恒定律列式求解共同速度，系统产生的内能等于机械能的损失．11.如图，小球自a点由静止自由下落，到b点时与弹簧接触，到c点时弹簧被压缩到最短，若不计弹簧质量和空气阻力，在小球由b→c的运动过程中，下列说法正确的是（）A.小球和地球构成的系统总机械能守恒B.小球的重力势能随时间减少C.小球在b点时动能最大D.小球动能的减少量小于弹簧弹性势能的增加量【11题答案】【答案】BD【解析】【详解】A．在弹簧、小球和地球组成的系统中，重力势能、动能、弹性势能相互转化，机械能总量守恒，A错误；B．小球不断下降，重力势能不断减小，B正确；C．小球刚接触b点时，重力大于弹力，加速度方向向下，小球还会继续向下加速，则小球的动能还会继续增大，故小球在b点时动能并不是最大的，C错误；D．小球由b→c的运动过程中，满足即弹簧弹力做负功，则弹簧的弹性势能增加了，而动能减小量为，小球动能的减少量小于弹簧弹性势能的增加量，D正确。故选BD。二、非选择题（本题共5个小题，共56分）12.某同学设计出如图所示的实验装置来“验证机械能守恒定律”，让小球从A点自由下落，下落过程中经过A点正下方的光电门B时，光电计时器记录下小球通过光电门时间t，当地的重力加速度为g．（1）为了验证机械能守恒定律，该实验还需要测量下列哪些物理量_________．A．小球的质量mB．AB之间的距离HC．小球从A到B的下落时间tABD．小球的直径d（2）小球通过光电门时的瞬时速度v=_________(用题中所给的物理量表示)．（3）调整AB之间距离H，多次重复上述过程，作出随H的变化图象如图所示，当小球下落过程中机械能守恒时，该直线斜率k0=__________．（4）在实验中根据数据实际绘出—H图象的直线斜率为k（k＜k0），则实验过程中所受的平均阻力f与小球重力mg的比值=_______________（用k、k0表示）．【12题答案】【答案】①.BD；②.；③.；④.；【解析】【分析】该题利用自由落体运动来验证机械能守恒，因此需要测量物体自由下落的高度hAB，以及物体通过B点的速度大小，在测量速度时我们利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度，因此明白了实验原理即可知道需要测量的数据；由题意可知，本实验采用光电门利用平均速度法求解落地时的速度；则根据机械能守恒定律可知，当减小的机械能应等于增大的动能；由原理即可明确注意事项及数据的处理等内容．【详解】（1）根据机械能守恒的表达式可知，方程两边可以约掉质量，因此不需要测量质量，故A错误；根据实验原理可知，需要测量的是A点到光电门B的距离H，故B正确；利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度，不需要测量下落时间，故C错误；利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度时，需要知道挡光物体的尺寸，因此需要测量小球的直径，故D正确．故选BD．

（2）已知经过光电门时的时间小球的直径；则可以由平均速度表示经过光电门时的速度；

故；

（3）若减小的重力势能等于增加的动能时，可以认为机械能守恒；则有：mgH=mv2；

即：2gH=（）2

解得：，那么该直线斜率k0=．

（4）乙图线=kH，因存在阻力，则有：mgH-fH=mv2；

所以重物和纸带下落过程中所受平均阻力与重物所受重力的比值为；【点睛】考查求瞬时速度的方法，理解机械能守恒的条件，掌握分析的思维，同时本题为创新型实验，要注意通过分析题意明确实验的基本原理才能正确求解．13.用如图所示的装置来探究小球做圆周运动所需向心力的大小与质量、角速度和半径之间的关系。两个变速塔轮通过皮带连接，转动手柄使长槽和短槽分别随变速塔轮匀速转动，槽内的钢球就做匀速圆周运动。横臂的挡板对钢球的压力提供向心力，钢球对挡板的反作用力通过横臂的杠杆作用使弹簧测力套筒下降，从而露出标尺，标尺上的红白相间的等分格显示出两个钢球所受向心力的比值。如图所示是探究过程中某次实验时装置的状态。（1）在研究向心力的大小与质量、角速度和半径之间的关系时我们主要用到了物理学中______的方法；A．理想实验法B．等效替代法C．控制变量法D．演绎法（2）在探究向心力的大小与质量关系时，要保持不变的是______（填选项前的字母）。A．和B．和C．和D．和（3）在探究向心力的大小与角速度的关系时，若图中标尺上红白相间的等分格显示出两个小球所受向心力之比为，则与皮带连接的两个变速塔轮的半径之比为______（填选项前的字母）。A．B．C．D．【13题答案】【答案】①.C②.A③.B【解析】【详解】（1）[1]在研究向心力的大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系时我们主要用到了物理学中的控制变量法，故C正确，ABD错误；（2）[2]根据F=mω2r可知，在探究向心力的大小F与质量m关系时，要保持不变的是ω和r，故A正确，BCD错误；（3）[3]若两个钢球质量m和运动半径r相等，图中标尺上黑白相间的等分格显示出钢球1和钢球2所受向心力的比值为1:9，根据F=mω2r可知两轮的角速度之比为1:3，根据v=ωR可知，因为变速轮塔1和变速轮塔2是皮带传动，边缘线速度相等，则与皮带连接的变速轮塔1和变速轮塔2的半径之比为3:1，故B正确，ACD错误。14.质量是2000kg、额定功率为80kW的汽车，在平直公路上行驶中的最大速度为20m/s．若汽车从静止开始做匀加速直线运动，加速度大小为2m/s2，运动中的阻力不变．求：(1)汽车所受阻力的大小．(2)3s末汽车的瞬时功率．(3)汽车做匀加速运动的时间．(4)汽车在匀加速运动中牵引力所做的功．【14题答案】【答案】(1)f=4000N；(2)P=4.8×104W；(3)t=5s；(4)W=2×105J。【解析】【详解】（1）当汽车匀速直线运动时，速度达到最大，此时牵引力与阻力大小相等，则得：，又由，得阻力：（2）（3）当汽车的实际功率达到额定功率时，匀加速运动结束，设汽车做匀加速运动的时间为t，末速度为v．汽车做匀加速运动的末速度为，根据牛顿第二定律得：由运动学公式得：联立得：则3s