吉林省德惠市实验中学、前郭五中等九校2020届高三物理上学期期中试卷（附解析Word版）

2019--2020 学年度第一学期期中考试 高三物理 一、选择题：本题共 12 小题，每小题 4 分。（在每小题给出的四个选项中，第 1-8 题只有一 项符合题目要求，第 9～12 题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) 1.一个质量为 m 的物体以 a=2g 的加速度竖直向下运动，则在此物体下降 h 高度的过程中，物 体的(　　) A. 重力势能减少了 2mgh B. 动能增加了 2mgh C. 机械能保持不变 D. 机械能增加了 mgh 【答案】BD 【解析】 【详解】A．下降 h 高度，则重力做正功 mgh，所以重力势能减小 mgh，A 错误； B．根据动能定理可得 F 合 h=ΔEk，又 F 合=ma=2mg，故 ΔEk=2mgh，B 正确； CD．重力势能减小 mgh，而动能增大 2mgh，所以机械能增加 mgh，C 错误，D 正确． 2.一同学从 楼的窗口处，两只手一高一低同时释放两个铁球，忽略空气的影响，则两球在落 地 前的运动情况，下列叙述正确的是（ ） A. 下落过程中两球间的距离逐渐增大 B. 下落过程中两球间的距离保持不变 C. 下落过程中两球间的距离逐渐减小 D. 两球落地时的速度相等 【答案】B 【解析】 【分析】 根据两小球的运动情况去分析两球下落的距离，从而找出它们相隔的距离． 【详解】同时释放的两个小球做自由落体运动，运动情况完全一样，它们之间的高度在落地 前就是释放时的距离。故下落过程中两球间的距离保持不变；选项 B 正确，AC 错误；由于开 始下落的高度不同，则两球落地时的速度不相等，选项 D 错误；故选 B。 【点睛】本题考查自由落体运动的规律，因为两小球是同时释放的，故两小球在空中运动完 5全相同，故一直保持开始的距离不变． 3.如图，A、B 两物体叠放在一起，静放在水平地面上，在水平拉力 F 的作用下，两者相对静 止一起向右做匀加速直线运动，则下列说法正确的是 A. B 对 A 的摩擦力对 A 做负功 B. B 对 A 的摩擦力对 A 不做功 C. A 对 B 的摩擦力对 B 做负功 D. B 对 A 的支持力对 A 做正功 【答案】C 【解析】 【详解】AB.整体的加速度方向向右，对 A 物体运用牛顿第二定律，知 A 所受摩擦力方向水平 向右，所以 B 对 A 的摩擦力对 A 做正功，故 A 错误，B 错误； C. A 对 B 的摩擦力方向水平向左，所以 A 对 B 的摩擦力对 B 做负功，故 C 正确； D. B 对 A 支持力的方向与运动方向垂直，所以支持力不做功，故 D 错误； 4.如图，光滑的四分之一圆弧轨道 AB 固定在竖直平面内，A 端与水平面相切．穿在轨道上的 小球在拉力 F 作用下，缓慢地由 A 向 B 运动，F 始终沿轨道的切线方向，轨道对球的弹力为 N.在运动过程中( ) A. F 增大,N 增大 B. F 减小,N 减小 C. F 增大,N 减小 D. F 减小,N 增大 【答案】C 【解析】 【详解】对球进行受力分析，它受到重力、支持力和拉力的作用，如图所示：根据共点力平衡条件有： N=mgcosθ， F=mgsinθ， 其中 θ 为支持力 N 与竖直方向的夹角， 当物体向上移动时，θ 变大，故 N 变小，F 变大。 A. F 增大,N 增大。与结论不符，故 A 错误； B. F 减小,N 减小 与结论不符，故 B 错误； C. F 增大,N 减小。与结论相符，故 C 正确； D. F 减小,N 增大。与结论不符，故 D 错误。 5.一雨滴从空中由静止开始沿竖直方向下落，雨滴下落过程中所受重力保持不变，其速度-时 间图像如图所示，关于雨滴在加速阶段的受力和运动情况，以下判断正确的是 A. 雨滴下落过程中只受重力 B. 雨滴下落过程中加速度恒定不变 C. 雨滴下落过程受到逐渐增大的空气阻力 D. 雨滴下落过程中速度随时间均匀增加 【答案】C 【解析】 根据雨滴速度-时间图像可知，雨滴加速度逐渐减小，所以雨滴除受重力外，还受变化的空气 阻力，根据 F=ma 可知，空气阻力应逐渐增大，由于雨滴加速度逐渐减小，所以相同时间内雨 。滴的速度变逐渐减小，由上分析可知，C 正确，A、B、D 错误。 6.如图所示,由 A、B 组成 双星系统，绕它们连线上的一点做匀速圆周运动,其运行周期为 T,A、B 间的距离为 L,它们的线速度之比 =2,则（ ） A. AB 角速度比为： B. AB 质量比为： = C. A 星球质量为：MA= D. 两星球质量为：MA+MB= 【答案】D 【解析】 【详解】A、万有引力提供双星做圆周运动 向心力,他们做圆周运动的周期 T 相等,根据 可知角速度之比为 1:1，故 A 错； BCD、根据 ， ，可知两星球运动的半径之比为 由牛顿第二定律得: 解得： 同理： 的 的 1 2 v v 2 1 A B ω ω = A B M M 2 1 2 3 2 4 L GT π 2 3 2 4 L GT π 2 T πω = v rω= 1 2 2v v = 1 2 2:1r r = 21 2 2 22 2( )GM M M rL T π= 2 2 2 3 2 1 2 2 4 4 3 r L LM GT GT π π= = 21 2 1 12 2( )GM M M rL T π=且 所以 AB 质量比为 ，故 BC 错；D 对； 综上所述本题答案是：D 【点睛】双星受到的万有引力大小相等,周期相同,万有引力提供做圆周运动的向心力,应用牛 顿第二定律分别对每一个星体列方程,然后求出双星的质量 7.如图所示，A、B 两小球分别连在轻绳两端，B 球另一端用弹簧固定在倾角为 30°的光滑斜 面上．A、B 两小球的质量分别为 mA、mB，重力加速度为 g，若不计弹簧质量，在绳被剪断瞬间， A、B 两球的加速度大小分别为(　　) A. 都等于 B. 和 0 C. 和 D. 和 【答案】D 【解析】 【 详 解 】 根 据 题 意 得 ： 剪 断 绳 子 前 弹 簧 的 弹 力 为 ： ，绳中的力为： ； 剪断绳后，绳子上的力瞬间消失，弹簧上的弹力瞬间保持不变。 则 A 的加速度大小为： ，代入解之得： ； B 的加速度大小为： ，代入解之得： 。 A. 都等于 。与结论不符，故 A 错误； B. 和 0。与结论不符，故 B 错误； C. 和 。与结论不符，故 C 错误； 2 2 2 3 1 2 2 2 4 8 3 r L LM GT GT π π= = 2 3 2 3 2 3 1 2 2 2 2 4 8 4 3 3 L L LM M GT GT GT π π π+ = + = 1 2 A B M M = 2 g 2 g 2 A B m g m  2 g 2 g 2 A B m g m  0 A B A B 1( ) sin 30 ( )2F m m g g m m g= + = +弹 0 A A 1sin 30 2F m g g m g= =绳 0 A A Asin 30m g g m a= 0 A sin30 2 ga g= = 0 B B B sin30m a F m g= −弹 A B B 2 m ga m = ⋅ 2 g 2 g 2 A B m g m  2 gD. 和 。与结论相符，故 D 正确。 8.如图所示，可视为质点的小球，位于半径为 m 半圆柱体左端点 A 的正上方某处，以一定 的初速度水平抛出小球，其运动轨迹恰好能与半圆柱体相切于 B 点.过 B 点的半圆柱体半径与 水平方向的夹角为 60°，则初速度为(不计空气阻力，重力加速度 g 取 10 m/s2)(　) A. m/s B. m/s C. m/s D. m/s 【答案】C 【解析】 飞行过程中恰好与半圆轨道相切于 B 点，知速度与水平方向的夹角为 30°，则 设位移与水平方向的夹角为 θ，则有： ，因为 ，则竖 直位移为 ， ，联立以上各式解得： ，故 C 正确，ABD 错误。 9.有消息称，英国曼彻斯特大学的天文学家，已经在银河系里发现一颗由曾经的庞大恒星转 变而成的体积较小的行星，这颗行星完全由钻石构成．若已知万有引力常量 G，还需知道哪些 信息可以计算该行星的质量(　　) A. 该行星表面的重力加速度及绕行星运行的卫星的轨道半径 B. 该行星 自转周期与星体的半径 C. 围绕该行星做圆周运动的卫星公转周期及运行半径 D. 围绕该行星做圆周运动的卫星公转周期及公转线速度 【答案】CD 【解析】 A. 由 ，得 M= ，则已知行星表面的重力加速度 g 和卫星绕行星表面附近运行 的 2 g 2 A B m g m  3 5 5 3 4 3 3 5 15 2 0 0 tan30 yv v = 0tan30 3tan 2 6 θ = = tan 3 2 y y x R θ = = 3 4y R= 2 32 2yv gy gR= = 0 3 5 /v m s= 2 GMmmg R = 2gR G的轨道半径 R，即可求出行星的质量 M.故 A 错误； BC.因 ，得 M= ，则可知若知道轨道半径和公转周期，则可求得行星 的质量。故 B 错误，C 正确； D．因 ，得 M= ，则可知若知道轨道半径和公转线速度，则可求得行星的质 量。故 D 正确。 故选：CD 点睛：要测量一天体的质量，需分析一围绕该天体运动的卫星的运动．卫星绕行星做匀速圆 周运动，根据卫星的万有引力等于向心力，向心力用线速度、角速度、周期的表示，分析由 所给量求天体质量． 10.有 a、b、c、d 四颗地球卫星，a 还未发射，在赤道表面上随地球一起转动，b 是近地轨道 卫星，c 是地球同步卫星，d 是高空探测卫星，它们均做匀速圆周运动，各卫星排列位置如图 所示，则（　　） A. 在相同时间内 a 转过 弧长最长 B. b 的向心加速度近似等于重力加速度 g C. c 在 6h 内转过的圆心角是 D. d 的运动周期有可能是 22h 【答案】BC 【解析】 【详解】A、由 ，得 ，卫星的半径越大，线速度越小，所以 b 的线 速度比 c、d 大，而 a 与 c 的角速度相等，根据 v=ωr 可知，a 的线速度小于 c 的线速度，则 在相同时间内 b 转过的弧长最长;故 A 错误. B、b 是近地轨道卫星，则其向心加速度约为 g;故 B 正确. C、c 是地球同步卫星，周期是 24h，则 c 在 6h 内转过的圆心角是 ;故 C 正确. 的 2 2 2 4GMm m rr T π= 2 3 2 4 r GT π 2 2 GMm vmr r = 2rv G 2 π 2 2 Mm vG mr r = GMv r = 2 πD、由开普勒第三定律 知，卫星的半径越大，周期越大，所以 d 的运动周期大于 c 的 周期 24h;故 D 错误. 故选 BC。 【点睛】对于卫星问题，要建立物理模型，根据万有引力提供向心力，分析各量之间的关系， 并且要知道同步卫星的条件和特点． 11.我国发射的第一颗探月卫星“嫦娥一号”，进入距月面高度h 的圆形轨道正常运行．已知 月球半径为 R，月球表面的重力加速度为 g，万有引力常量为 G，则（　　） A. 嫦娥一号绕月球运行的周期为 B. 嫦娥一号绕行的速度小于月球第一宇宙速度 C. 嫦娥一号绕月球运行的角速度为 D. 嫦娥一号轨道处的重力加速度 【答案】BCD 【解析】 【详解】嫦娥一号卫星绕月做匀速圆周运动，由月球的万有引力提供向心力，则得： ， 在月球表面上，万有引力等于重力，则有： ，得 GM=gR2， A.由上解得： ，故 A 错误； B. 由上解得： ，而月球第一宇宙速度为在月球表面附近绕行时的速度。即 ， 。故 B 正确； C. 由上解得： ，故 C 正确； 3 2 R kT = 2 R g π 2 3( ) gR R h+ 2( )R gR h+ 2 2 2 2 2 4 ( ) ( )( ) ( ) GMm vm R h m m R h mgR h T R h π ω ′= + = = + =+ + 2 GMmm g R ′′ = 3 2 )2 (R hT gR π += 2gRv R h = + 2vmg m R = v gR= 2 3( ) gR R h ω = +D. 由上解得，嫦娥一号轨道处的重力加速度为 ，故 D 正确。 12.如图所示，圆弧形光滑轨道 ABC 固定在竖直平面内，O 是圆心，OC 竖直，OA 水平．A 点紧 靠一足够长的平台 MN，D 点位于 A 点正上方，如果从 D 点无初速度释放一个小球，从 A 点进 入圆弧轨道，有可能从 C 点飞出，做平抛运动，落在平台 MN 上．下列说法正确的是（　　） A. 只要 D 点的高度合适,小球可以落在 MN 上任意一点 B. 在由 D 运动到 M 和由 C 运动到 P 的过程中重力功率都越来越大 C. 由 D 经 A、B、C 点到 P 过程中机械能守恒 D. 如果 DA 距离为 h,则小球经过圆弧轨道最低点 B 时对轨道的压力为 【答案】BC 【解析】 【详解】A. 小球恰好通过 C 点时，有 ，得小球通过 C 点的最小速度为： ，小球离开 C 点后做平抛运动，由 ，小球离开 C 点做平抛运动的水平距离 最小值为： ，所以小球只有落在平台 MN 上距 M 点距离为 的右侧位置 上，故 A 错误； B. 在由 D 运动到 M 的过程中，速度增大，由 P=mgv 知，重力功率增大。由 C 运动到 P 的过程 中，由 P=mgvy，知 vy 增大，则重力功率增大，故 B 正确； C. 小球由 D 经 A、B、C 到 P 的过程中，轨道对小球不做功，只有重力做功，机械能守恒，故 C 正确； D. 小球从 D 运动到 B 的过程中，由机械能守恒得： ，在 B 点，由牛顿第 二定律得： ，解得： ，由牛顿第三定律得知，小球经过 B 点时对轨道的压力为： ，故 D 错误。 二、验探究题（共 14 分，.把答案填在题中相应的横线上.） 13.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，某同学使用了如图所示的装置，计时器打点 2( )Rg gR h ¢= + 2 mghmg R 3+ 2 Cvmg m R = 2 Cv gR= 21 2R gt= 2 C 2x v t R= = ( 2 1)R− 2 B 1( ) 2mg h R mv+ = 2 BvN mg m R − = 23 mghN mg R = + 23 mghN N mg R ′ = = +频率为 50Hz。 （1）该同学得到一条纸带，在纸带上取连续的六个点，如图所示，自 A 点起，相邻两点间的 距离分别为 10.0mm、12.0mm、14.0mm、16.0 mm、18.0 mm，则打 E 点时小车的速度为 m/s，打 A、F 两点的过程中小车的平均速度为 m/s，小车的加速度为 m/s2。 （2）该同学要探究小车的加速度 a 和质量 M 的关系，应该保持 不变；若该同学要探 究加速度 a 和拉力 F 的关系，应该保持 不变。 （3）该同学通过数据的处理作出了 a-F 图象如图所示。 ①图中的直线不过原点的原因是 。 ②图线发生弯曲的原因是 。 【答案】（1）0.85、0.7、5 （2）F、M （3）①平衡摩擦力过度 ②没有满足 M 远远大于 m 【解析】 试题分析：(1)做匀变速直线运动的物体在一段时间内的中间时刻速度等于该段过程中的平均 速度，故 ，根据逐差法可得： （2）根据控制变量法，可得该同学要探究小车的加速度 a 和质量 M 的关系，应该保持合力不 变，若该同学要探究加速度 a 和拉力 F 的关系，应该保持质量不变 （3）由图象可知小车的拉力为 0 时，小车的加速度大于 0，说明合外力大于 0，说明平衡摩 擦力过度，该实验中当小车的质量远大于钩码质量时，才能近似认为细线对小车的拉力大小 0.85 /2E DFv m sT = = 2 2 0.75 /4 EF CD DE BCa m sT − + −= =等于砝码盘和砝码的总重力大小，随着 F 的增大，即随着钩码质量增大，逐渐的钩码质量不 再比小车质量小的多，因此会出现较大误差，图象会产生偏折现象， 考点：考查了探究加速度与力、质量的关系实验 点评：解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的操作步骤和数据处理以及注意事项， 然后结合物理规律去解决实验问题． 14.为测定物块与木板间的动摩擦因数，某课外实验小组设计了如图所示的实验装置，如图所 示．实验步骤如下： （1）某同学在实验室找到一个小正方体木块，并放置在木板上． （2）调整木板的倾角．将弹簧（实验中的弹簧可视为轻质弹簧）的一端固定在木板上，另一 端位于木板上的 B 点．正方体木块从木板上 A 点静止释放后沿木板下滑，压缩弹簧运动至 C 点后被弹回，上滑至 D 点时速度为零．（3）测得 AB 间的距离为 x1，BC 间的距离为 x2，BD 间 的距离为 x3． （4）改变 θ 角的大小，按以上步骤重做实验，得出多组数据，利用所学规律算出物快与木 板间的动摩擦因数，求其平均值． 请根据上述步骤以及所学的物理规律处理以下问题； 关于正方体木块从 A 下滑到 B 过程中的受力示意图（其中 mg 为木块的重力，N 为斜面对木块 的支持力，f 为木块受到的摩擦力、F 为弹簧对木块的弹力）．下图分析正确的是______． ②若某次实验测得：x1=40cm、x2=5cm、x3=25cm，θ=45°，则物快与木板间的动摩擦因数为 ______ ③试比较物快在上述过程中刚接触与刚离开弹簧时动能的大小，并简要说明理由___________． 【答案】 (1). C (2). 0.2 (3). 物块刚接触弹簧时的动能大于刚离开弹簧时的动 能，理由是机械能转化为内能 【解析】【详解】①[1]从 A 到 B 过程，物块受力如图所示： 故选：C； ②[2]在整个过程中，对物块，由动能定理得： mg(x1−x3)sin45∘−μmgcos45∘(x1+2x2+x3)=0−0， 解得： ； ③[3]物块刚接触与刚离开弹簧时，弹簧形变量为零，弹性势能为零，物块的高度相同，物块 重力势能相同，物块的机械能等于其动能，从物块刚接触弹簧到物块刚离开弹簧过程中，物 块要克服摩擦力做功，部分机械能转化为内能，物块的机械能减少，因此物块刚接触弹簧时 的动能大于刚离开弹簧时的动能； 三、计算题（共 3 小题，共计 38 分。要求规范的解题，写出必要的文字说明） 15.某跳伞运动员做低空跳伞表演，他离开飞机先向下做了 180m 的自由落体运动后，打开降 落伞，伞张开后，他接着做了 10 秒的匀减速运动后到达地面，到达地面的速度是 2m/s．重力 加速度 g=10m/s2；问： （1）该跳伞运动员打开降落伞时的速度是多少？ （2）该跳伞运动员离开飞机时距离地面的高度是多少？ 【答案】（1）60m/s（2）490m 【解析】 （1）运动员打开伞前做自由落体运动，根据 h= gt2 求出下可求得运动员打开伞时所用的时间 所以运动员打开降落伞时的瞬时速度是 v=gt=10×6=60m/s． （2）由公式 1 3 1 2 3 0.40 0.25 0.22 0.40 2 0.05 0.25 x x x x x µ − −= = =+ + + × + 1 2 1 2 2 180 610 ht s sg ×= = = 0 2 tv v xv t + =＝知 离开飞机时到达地面的所用的总高度为 s=h1+x=180m+310m=490m 点睛：本题关键明确运动员的两段运动过程，找出已知量和待求量，然后选择恰当的运动学 公式列式求解． 16.如图所示，质量为 M=0.5kg，长 l =1m 的木板静止在光滑水平面上，将质量为 m=1kg 可视 为质点的物块以初速度 v0=4m/s 滑上木板的左端，同时对木板施加一个水平向右的恒力 F，为 确保物块不滑离木板，求 F 的最小值。（物块与木板之间的动摩擦因数 μ=0.2，最大静摩擦力 等于滑动摩擦力，重力加速度 g 取 10m/s2。） 【答案】F 的最小值为 1N 【解析】 【详解】在物块和木板有相对滑动过程中 对物块应用牛顿第二定律 ① 对木板应用牛顿第二定律： 解得：a2=2F+4 ② 分析可知当物块滑到木板最右端恰与木板共速时 F 最小，设此过程用时为 t，达到的共同速度 为 v 共， 则有： v 共=v0-a1t， ③ v 共=a2t ④ 木块位移： ⑤ 模板位移 0 60 2 10 3102 2 tv vx t m m + += = × = 1mg maµ = 2 1 2m/smga gm µ µ= = = 2F mg Maµ+ = 0 1 2 v vx t += 共 ⑥ ⑦ 联立可得 F 最小值为：F=1N 17.如图所示，水平桌面上有一轻弹簧，左端固定在 A 点，自然状态时其右端位于 B 点。D 点 位于水平桌面最右端，水平桌面右侧有一竖直放置的光滑轨道 MNP，其形状为半径 R＝0.45m 的圆环剪去左上角 127°的圆弧，MN 为其竖直直径，P 点到桌面的竖直距离为 R，P 点到桌面 右侧边缘的水平距离为 1.5R．若用质量 m1＝0.4kg 的物块将弹簧缓慢压缩到 C 点，释放后弹 簧恢复原长时物块恰停止在 B 点，用同种材料、质量为 m2＝0.2kg 的物块将弹簧缓慢压缩到 C 点释放，物块过 B 点后其位移与时间的关系为 x＝4t﹣2t2，物块从 D 点飞离桌面后恰好由 P 点沿切线落入圆轨道。g＝10m/s2，求： （1）质量为 m2 的物块在 D 点的速度； （2）判断质量为 m2＝0.2kg 的物块能否沿圆轨道到达 M 点： （3）质量为 m2＝0.2kg 的物块释放后在桌面上运动的过程中克服摩擦力做的功. 【答案】（1）2.25m/s（2）不能沿圆轨道到达 M 点 （3）2.7J 【解析】 【详解】（1）设物块由 D 点以初速度 vD 做平抛运动，落到 P 点时其竖直方向分速度为： vy m/s＝3m/s tan53° 所以：vD＝2.25m/s （2）物块在内轨道做圆周运动，在最高点有临界速度，则 mg＝m ， 2 0 2 vx t += 共 1 2x x l= + 2 2 10 0.45gR= = × × y D v v = 4 3 = 2v R解得：v m/s 物块到达 P 的速度： m/s＝3.75m/s 若物块能沿圆弧轨道到达 M 点，其速度为 vM，由 D 到 M 的机械能守恒定律得： 可得： ，这显然是不可能的，所以物块不能到达 M 点 （3）由题意知 x＝4t-2t2，物块在桌面上过 B 点后初速度 vB＝4m/s，加速度为： 则物块和桌面的摩擦力： 可得物块和桌面的摩擦系数: 质量 m1＝0.4kg 的物块将弹簧缓慢压缩到 C 点，释放后弹簧恢复原长时物块恰停止在 B 点，由 能量守恒可弹簧压缩到 C 点具有的弹性势能为： 质量为 m2＝0.2kg 的物块将弹簧缓慢压缩到 C 点释放，物块过 B 点时，由动能定理可得： 可得， 在这过程中摩擦力做功： 由动能定理，B 到 D 的过程中摩擦力做的功： W2 代入数据可得：W2＝-1.1J 质量为 m2＝0.2kg 的物块释放后在桌面上运动的过程中摩擦力做的功 即克服摩擦力做功为 2.7 J. 3 2 2gR= = 2 2 2 23 2.25P D yv v v= + = + ( )2 2 2 2 2 1 1 1 cos532 2M Pm v m v m g R= − ⋅ + ° 2 0.3375Mv = − 24m/sa = 2 2m g m aµ = 0.4µ = p 1 0BCE m gxµ− = 2 p 2 2 1 2BC BE m gx m vµ− = 2mBCx = 1 2 1.6JBCW m gxµ= − = − 2 2 2 2 0 1 1 2 2Dm v m v= − 1 2 2.7JW W W= + = −