2023-2024学年北京东直门中学高三（上）期中物理试题和答案

高中PAGE1试题2023北京东直门中学高三（上）期中物理2023.11考试时间：90分钟总分100分第一部分本部分共14小题，每小题3分，共42分。在每小题列出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项。1.水平广场上一小孩跨自行车沿圆弧由M向N匀速转弯。如图中画出了小孩跨车转弯时所受合力F的四种方向，其中能正确反映合力F的方向的是（）A.B.C. D.2.关于平抛运动和匀速圆周运动，下列说法正确的是（）A.做平抛运动的物体的加速度方向一定是竖直向下B.做平抛运动的物体落地时的速度方向一定是竖直向下C.做匀速圆周运动的物体线速度不变D.做匀速圆周运动的物体向心加速度不变3.我国高分系列卫星的高分辨对地观察能力不断提高．今年5月9日发射的“高分五号”轨道高度约为705km，之前已运行的“高分四号”轨道高度约为36000km，它们都绕地球做圆周运动．与“高分四号”相比，下列物理量中“高分五号”较小的是（）A.周期B.角速度C.线速度D.向心加速度4.如图所示为自行车皮带传动装置，主动轮上两轮的半径分别为和，从动轮的半径为，A、B、C分别为轮缘上的三点，设皮带不打滑，A、B、C三点（）A.线速度之比B.加速度之比C.角速度之比D.周期之比5.如图甲所示，质量的物块静置于水平地面上，从某时刻开始，受到如图乙所示的竖直向上的拉力作用，取，关于物块在内的受力及运动情况，下列说法正确的是（）A.内物块对地面的压力为B.内物块处于失重状态C.时，物块的速度为D.时，物块距地面的高度为6.长度为1m的细线，拴一质量的小球（不计大小），另一端固定于O点。让小球在水平面内做匀速圆周运动，这种运动通常称为圆锥摆运动。如图所示，摆线与竖直方向的夹角，重力加速度，则下列说法正确的是（）A.小球运动的角速度为B.细线的拉力大小为C.小球运动的线速度大小为D.小球所受到的向心力大小为7.我国自主建设、独立运行的北斗卫星导航系统由数十颗卫星构成，目前已经向“一带一路”相关国家提供相关服务。设想其中一颗人造卫星在发射过程中，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做匀速圆周运动如图所示。下列说法正确的是（）A.卫星在轨道1的任何位置都具有相同动能B.卫星在轨道2的任何位置都具有相同加速度C.在轨道1与在轨道2运行比较，卫星在P点的动能不同D.在轨道1上的运转周期大于在轨道2上运转周期8.如图所示，在光滑水平地面上，两相同物块用细线相连，两物块质量均为1kg，细线能承受的最大拉力为2N。若在水平拉力F作用下，两物块一起向右做匀加速直线运动。则F的最大值为（）A.1N B.2N C.4N D.5N9.某人所受重力为G，穿着平底鞋起跳，竖直着地过程中，双脚与地面间的作用时间为t，地面对他的平均冲击力大小为4G，若他穿上带有减震气垫的鞋起跳，以与第一次相同的速度着地时，双脚与地面间的作用时间变为2.5t，则地面对他的平均冲击力变为（）A.1.2G B.1.6G C.2.2G D.2.6G10.如图所示，在竖直板上某高度处固定一个圆弧轨道，轨道的末端水平，在与轨道末端O点同一高度处固定一块电磁铁，并通过O点处的开关控制。当释放A小球运动到斜槽末端O点处时，触动开关，B小球开始做自由落体运动，同时A小球做平抛运动，两个小球恰好在P点相遇。由于小球有一定体积，A、B两球相碰时A球的球心恰好在P点左侧一格处。固定在竖直板上的方格纸为正方形小格，每小格的边长均为5cm，则（）A.球A、B在P点相遇，说明平抛运动在竖直方向上是匀速直线运动B.球A、B在P点相遇，说明平抛运动在水平方向上是匀速直线运动C.小球A做平抛运动的初速度大小约为1.5m/sD.小球A做平抛运动的初速度大小约为3.0m/s11.有a、b、c、d四颗地球卫星：a还未发射，在地球赤道上随地球表面一起转动；b在地球的近地圆轨道上正常运行；c是地球同步卫星；d是高空探测卫星。各卫星排列位置如图，则下列说法正确的是（）A.在相同时间内d转过的弧长最长B.四颗卫星的向心加速度大小关系是C.四颗卫星的线速度大小关系是D.四颗卫星的角速度大小关系是12.以初速度v0竖直向上抛出一质量为m的小物块．假定物块所受的空气阻力f的大小与速率成正比，小物块经过时间t0落回原处．用v、s、E和F分别表示该物体的速率、位移、机械能和所受的合力，则下列图象中可能正确的是A. B. C. D.13.如图质量相等的两个物体A和B用轻绳连接跨过定滑轮(不计绳与滑轮、滑轮与轴之间的摩擦)．当用水平变力F拉物体B沿水平方向向右做匀速直线运动的过程中()A.物体A上升过程中处于平衡状态B.物体A上升过程中重力小于绳子的拉力C.由于B物体一侧的绳子与水平方向的夹角逐渐减小，所以物体B的速率小于物体A的速率D.地面对物体B的支持力逐渐减小14.如图甲，一质量为m的物块A与轻质弹簧连接，静止在光潜水平面上。物块B向A运动，时与弹簧接触，到时与弹簧分离，第一次碰撞结束，A、B的图像如图乙所示。A、B分离后，A滑上粗糙斜面，然后滑下，与一直在水平面上运动的B再次碰撞，之后A再次滑上斜面，达到的最高点与前一次相同。斜面倾角为（），与水平面光滑连接。碰撞过程中弹簧始终处于弹性限度内，下列说法正确的是（）A.从到时间内，A的位移为B.A、B两物体的质量比为C.碰撞过程弹簧弹性势能的最大值为D.A与斜面间动摩擦因数为0.25第二部分本部分共6小题，共58分。15.某实验小组用如图所示装置探究小车的加速度与力，质量的关系。（1）探究加速度与力、质量这三者之间的关系，我们所采用的实验方法是________________（2）调节滑轮位置，使拉小车的细线与长木板平行，小车质量M砝码与盘的总质量m，当满足m__________M时，我们可以把砝码与盘的重力当作小车受到的细线的拉力。（3）保持小车质量不变，改变砝码的质量，多次实验，通过分析纸带，我们可得到小车的加速度和所受拉力F的关系。如图所示为某同学所画的加速度与力的关系，请你分析直线不通过原点的原因？_________（4）小车从静止开始运动，利用打点计时器在纸带上记录小车的运动情况，如图所示，其中0点为纸带上记录到的第一点。1、2、3、4、5是该同学在纸带上所取的一些点（每两个点之间还有四个计时点未画出），图中所标明的数据为1、2、3各点到0点的距离，已知打点计时器打点周期，木块运动的加速度____________，小车在经过计数点4点时的速度为v4=________m/s。（计算结果均保留两位有效数字）16.用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律。重锤从高处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带通过打点计时器，打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。已知当地重力加速度为g。（1）除图中所示的装置之外，还必须使用的器材是__________；A．直流电源、天平（含砝码）B．直流电源、刻度尺C．交流电源、天平（含砝码）D．交流电源、刻度尺（2）下面列举了该实验的几个操作步骤：A．按照图所示安装好实验器材并连接好电源B．先打开夹子释放纸带，再接通电源开关打出一条纸带C．测量纸带上某些点间的距离D．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能其中没有必要进行的或者操作不当的步骤是_________（选填步骤前的字母）（3）如图所示，根据打出的纸带，选取纸带上的连续的五个点A、B、C、D、E，通过测量并计算出点A距起始点O的距离为，点间的距离为，点间的距离为，若相邻两点的打点时间间隔为T。重锤质量为m，根据这些条件计算重锤从释放到下落距离时的重力势能减少量Ep=______。动能增加量Ek=________；在实际计算中发现，重锤减小的重力势能总是大于重锤增加的动能，其原因主要是________________；（4）某同学利用图中纸带，先分别测量出从A点到B、C、D、E、F、G点的距离h（其中F、G点为E点后连续打出的点，图中未画出），再计算打出B、C、D、E、F各点时重锤下落的速度v和，绘制图像，如图所示，并求得图线的纵轴截距b和斜率k。①请说明如何根据图像验证重锤下落过程机械能是否守恒？__________。②假设上述实验操作中不受一切阻力影响，此时绘制的图线的纵轴截距和斜率与b、k的关系最可能的是_________。A．B．C．D．17.跳台滑雪是一项勇敢者的运动，运动员穿专用滑雪板，在滑雪道上获得一定速度后从跳台飞出，在空中飞行一段距离后着陆。如图所示，运动员从跳台A处以v0=15m/s的速度沿水平方向飞出，经过t=2.0s在斜坡B处着陆。运动员可视为质点，空气阻力不计，重力加速度g取10m/s2。求：（1）AB之间的高度差h；（2）AB之间的距离lAB；（3）着陆时运动员的速度大小v1。18.如图所示，竖直平面内的四分之一圆弧轨道下端与水平桌面相切，小滑块A和B分别静止在圆弧轨道的最高点和最低点。现将A无初速释放，下滑到最低点与小滑块B正碰，之后沿桌面滑动。已知圆弧轨道和水平桌面均光滑，圆弧轨道半径R=0.2m；A、B的质量分别为m1=0.3kg、m2=0.1kg，g取10m/s2。求：（1）与B碰撞前瞬间，小滑块A的速度大小v1；（2）若A与B碰撞后结合为一个整体，求：a.碰撞后瞬间A、B的速度大小v2；b.碰撞过程中，A与B组成的系统所损失的机械能ΔE；（3）若A与B发生弹性碰撞，求碰撞后A的速度vA。19.游乐场中的过山车是一项富有刺激性的娱乐设施，某同学设计了不同装置来研究过山车项目中所遵循的物理规律。已知重力加速度g。（1）一种弹射式过山车，其部分过程可抽象成如图14所示模型：光滑水平轨道AB与固定在竖直面内的粗糙半圆形导轨BC在B点平滑相接，导轨半径为R。一个质量为m的物体（可视为质点）获得某一向右速度后沿轨道AB运动，它经过B点的速度大小为v1，之后沿半圆形导轨运动，到达C点的速度大小为v2。求：①物体通过C点时，轨道对物体的弹力大小F；②物体沿半圆形导轨运动过程中阻力所做的功W。（2）一种翻滚式过山车，在开始运动时依靠一个机械装置将翻滚过山车推上斜轨某处，此后就没有任何装置为它提供动力了。其可抽象成如图所示模型：弧形轨道下端与半径为R的固定竖直圆轨道平滑相接，M点和N点分别为圆轨道的最低点和最高点。小球（可视为质点）从弧形轨道上P点无初速度滑下，先后经过M点和N点，而后沿圆轨道滑下。忽略一切摩擦。求弧形轨道上P点距M点高度h的最小值。20.2021年5月，“天问一号”探测器成功在火星软着陆，我国成为世界上第一个首次探测火星就实现“绕、落、巡”三项任务的国家。（1）为了简化问题，可以认为地球和火星在同一平面上绕太阳做匀速圆周运动，如图1所示。已知地球的公转周期为，火星的公转周期为。a．已知地球公转轨道半径为，求火星公转轨道半径；b．考虑到飞行时间和节省燃料，地球和火星处于图1中相对位置时是在地球上发射火星探测器的最佳时机，推导在地球上相邻两次发射火星探测器最佳时机的时间间隔。（2）火星探测器在火星附近的A点减速后，被火星捕获进入了1号椭圆轨道，紧接着在B点进行了一次“远火点平面机动”，俗称“侧手翻”，即从与火星赤道平行的1号轨道，调整为经过火星两极的2号轨道，将探测器绕火星飞行的路线从“横着绕”变成“竖着绕”，从而实现对火星表面的全面扫描，如图2所示。以火星为参考系，质量为的探测器沿1号轨道到达B点时速度为，为了实现“侧手翻”，此时启动发动机，在极短的时间内喷出部分气体，假设气体为一次性喷出，喷气后探测器质量变为、速度变为与垂直的。求喷出气体速度u的大小；（3）B点到火星球心的距离为，火星质量为。探测器在以B为远火点的椭圆轨道2上运行时轨道近火点C（图中未标出）到火星球心的距离为（未知）。已知引力势能，其中M为产生引力场物体（中心天体）的质量，m为研究对象的质量，G为引力常量，r为两者质心的距离，求探测器沿2号轨道运动至近火点的速度的大小。

参考答案第一部分本部分共14小题，每小题3分，共42分。在每小题列出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项。1.【答案】D【详解】小孩跨自行车沿圆弧由M向N匀速转弯，可以看做是匀速圆周运动，所以合力与赛车的速度方向的垂直，并指向圆弧的内侧，D正确，ABC错误．故选D2.【答案】A【详解】A．做平抛运动的物体在运动过程中，只受重力作用，所以加速度方向一定竖直向下，A正确；B．平抛运动的合速度是由水平分速度和竖直分速度合成而来，所以落地时一定不会竖直向下，B错误；CD．做匀速圆周运动过程中速度和加速度大小恒定不变，速度和加速度的方向时刻在变，CD错误。故选A。3.【答案】A【分析】【详解】设卫星的质量为m，轨道半径为r，地球的质量为M，卫星绕地球匀速做圆周运动，由地球的万有引力提供向心力，则得得可知，卫星的轨道半径越大，周期越大，而角速度、线速度和向心加速度越小，“高分五号”的轨道半径比“高分四号”的小，所以“高分五号”较小的是周期，较大的是角速度、线速度和向心加速度。故选A。点睛：解决本题的关键是要掌握万有引力提供向心力这一重要理论，知道卫星的线速度、角速度、周期、加速度与轨道半径的关系，对于周期，也可以根据开普勒第三定律分析．4.【答案】B【详解】AC．B、C通过皮带传动，则有A、B同轴转动，则有由于，，解得，故AC错误；D．由于，，结合上述有故D错误；B．由于，，结合上述解得故B正确。故选B。5.【答案】C【详解】A．由图乙可知，内拉力为0.5N，由平衡可知，物块对地面的压力为0.5N，故A错误；B．由图乙可知，内拉力为1.5N，则物块向上加速，则物块处于超重状态，故B错误；C．由图乙可知，内拉力为1.5N，则物块向上加速，加速度为时，物块的速度为故C正确；D．由图乙可知，内拉力为1N，则物块匀速向上运动，时，物块距地面的高度为故D错误。故选C。6.【答案】D【详解】B．细线的拉力大小为故B错误；A．根据牛顿第二定律有解得故A错误；C．小球运动的线速度大小为故C错误；D．向心力大小为故D正确。故选D。7.【答案】C【分析】【详解】A．卫星在轨道1上运动过程中，根据开普勒第二定律可知，越靠近地球其速度越大，动能越大，故A错误；B．由公式可知，卫星在轨道2上的加速度大小不变，但加速度方向指向圆心，方向一直改变，故B错误；C．卫星从轨道1上转移到轨道2上要在P点点火加速做离心运动，即卫星在轨道1上的P点速度小于在轨道2上的P点速度，则在轨道1与在轨道2运行比较，卫星在P点的动能不同，故C正确。D．由开普勒第三定律可知，卫星在轨道1上的半长轴小于卫星在轨道2上的半径，则卫星在轨道1上的运行周期小于在轨道2上的运行周期，故D错误；故选C。8.【答案】C【详解】对两物块整体做受力分析有F=2ma再对于后面的物块有FTmax=maFTmax=2N联立解得F=4N故选C。9.【答案】C【详解】设脚着地瞬间的速度大小为v，取竖直向上为正，穿着平底布鞋时双脚竖直着地过程中，根据动量定理其中穿上气垫鞋时双脚竖直着地过程中，根据动量定理有解得故选C。10.【答案】C【详解】AB．球A做平抛运动，而球B做自由落体运动，球A、B在P点相遇，说明平抛运动在竖直方向上是自由落体运动，故AB错误；CD．平抛运动在水平方向做匀速直线运动，在竖直方向做自由落体运动，将小球看成质点，则有，通过小球在方格纸上的落点可得，解得故C正确，D错误。故选C。11.【答案】D【详解】设地球质量为M，质量为m的卫星绕地球做半径为r、线速度为v、周期为T、角速度，加速度为a的匀速圆周运动，在环绕模型中，根据牛顿第二定律有分别解得，，，AC．根据上述计算可知，在环绕模型中轨道半径越高，线速度越小，三颗卫星的线速度大小关系是a和c的周期相同，所以角速度相同，根据可知相同时间内卫星转过的弧长则线速度越大，弧长越长即相同时间内转过的弧长最长。故AC错误；B．在环绕模型中轨道半径越高，向心加速度越小，即根据可知无法比较和的大小关系。故B错误；D．在环绕模型中轨道半径越高，角速度越小，又因为a和c角速度相同，则有故D正确。故选D。12.【答案】A【详解】A、小物块向上运动的过程中，受到重力和空气阻力两个力作用，重力不变，空气阻力随速率的增大而增大，所以合力不断减小，由牛顿第二定律知加速度不断减小，小物块做加速度减小的减速运动，小物块向下运动的过程中，合力不断减小，由牛顿第二定律知加速度不断减小，当，匀速下降，小物块做加速度减小的加速运动，当时做匀速运动，故A正确；B、根据动能定理可知，小物块落回原处的速度大小小于初速度v0，根据s-t图象的斜率等于速度，可知该图表示小物块落回原处的速度大小大于初速度v0，，与题不符，故B错误；C、由于空气阻力对小球要做负功，所以小球的机械能逐渐减小，根据功能关系知：，得，故C错误；D、小物块向上运动的过程中，合力，则有，故D错误；故选A．【点睛】对于图象问题要明确两坐标轴及斜率的含义等，对于比较复杂的图象问题可以利用物理规律写出两个物理量的函数关系式，根据数学知识进一步判断图象性质．13.【答案】B【详解】AB．将B物体的速度进行分解如图所示,运动过程中减小，B的速度不变，则A的速度逐渐增大，说明A物体在竖直向上做加速运动,由牛顿第二定律可知物体A上升过程中重力小于绳子的拉力，故A错误；B正确；C．根据可知A的速度小于B的速度，故C错误；D．由于，B在竖直方向上平衡，有：Tsin+N=mg，运用外推法：若绳子无限长，B物体距滑轮足够远，即当→0时，有vA→vB，这表明，物体A在上升的过程中，加速度必定逐渐减小，绳子对A物体的拉力逐渐减小，sin减小，则支持力增大．故D错误．14.【答案】C【详解】A．图像面积等于位移，有图可知，A图线从到时间内，斜率增大，面积小于，即A的位移小于，A错误；B．时，A、B共速，由动量守恒得A、B两物体的质量比为B错误；C．时，弹性势能最大，根据机械能守恒得C正确；D．设A沿斜面返回到斜面底端时的速度大小为v，A再一次上滑到相同高度，即再一次碰撞后的速度仍为，根据动量守恒和机械能守恒A上滑过程，由动能定理A下滑过程，由动能定理联立得D错误。故选C。第二部分本部分共6小题，共58分。15.【答案】①.控制变量法②.m＜＜M③.没有平衡摩擦力或未完全平衡摩擦力④.2.0⑤.0.81【详解】（1）[1]．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，当控制质量不变时，研究加速度与力的关系；当合力一定时，研究加速度与质量的关系，所采用的实验方法是控制变量法。（2）[2]．当小车的质量远大于砝码盘和砝码的总质量时，才能近似认为细线对小车的拉力大小等于砝码盘和砝码的总重力大小，即满足m＜＜M。（3）[3]．当F≠0时，a=0．也就是说当绳子上有拉力时小车加速度仍为零，该同学实验操作没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够。（4）[4][5]．根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度得：根据逐差法可知，其加速度为：16.【答案】①.D②.B③.mg(s0+s1)④.⑤.由于阻力的存在，使得一部分势能转化为内能⑥.v2—h图像应为一条不过原点且斜率接近2g的直线⑦.D【分析】【详解】（1）[1]打点计时器使用交流电源，实验中需要测量点迹间的距离，从而得出瞬时速度和下降的高度，所以需要刻度尺。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，不需要测量质量，则不需要天平。故选D。（2）[2]A．按照图中所示安装好实验器材并连接好电源，A正确，不符合题意；B．先接通电源，再打开夹子释放纸带，B错误，符合题意；C．测量纸带上某些点间的距离，C正确，不符合题意；D．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能，D正确，不符合题意。故选B。（3）[3]重锤从释放到下落到C位置时的重力势能减少量为Ep=mg(s0+s1)[4]动能增加量为Ek=mvC2=m=[5]实验中，发现重锤减少的势能总是大于重锤增加的动能，造成这种现象的主要原因是由于阻力的存在，使得一部分势能转化为内能。（4）①[6]若机械能守恒有mgh=mv2-mvA2整理后有v2=2