2023-2024学年山东省济宁市重点中学高三（上）开学考试物理试卷（含解析）

2023-2024学年山东省济宁市重点中学高三（上）开学考试物理

试卷

一、单选题（本大题共8小题，共24.0分）

1.电梯上升过程中，某同学用智能手机记录了电梯速度随时间变化的关系，如图所示。电梯

处于失重状态上升的时段是（）

(

S

Z

)

趣

照

时间⑸

A.从20.0s到30.0sB.从30.0s至lj40.0sC.从40.0s至U50.0sD.从50.0s至lj60.0s

2.如图所示，小球力和B套在光滑水平杆上，两球间连接轻弹簧，4、B分别通过长度相等的

轻绳一起吊起质量为300g的小球C,当两绳与水平杆的夹角为37。时恰好处于平衡状态，此时

弹簧压缩了2cm。已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,重力加速度大小取lOrn/s?。弹簧始终在

弹性限度内，弹簧的劲度系数为（）

A.200/V/mB.100/V/mC.50/V/mD.IN/m

3.一列复兴号动车进站时做匀减速直线运动，车头经过站台上三个立柱A、B、C,对应时刻

分别为G、12、打，其x-t图像如图所示。则下列说法正确的是（）

-

A.s：t2:t3={y/~3—（A/2—1）:1

B.车头经过立柱4的速度大小为嬖

C.车头经过立柱B的加速度大小为建*

D.车头经过立柱4、B过程中的平均速度大小为备

4.如图所示，不可伸长的轻绳跨过光滑定滑轮，一端连接质量为2nl的小球（视为质点），另

一端连接质量为m的物块，小球套在光滑的水平杆上。开始时轻绳与杆的夹角为。，现将小球

从图示位置静止释放，当小球到达图中竖直虚线位置时的速度大小为"，此时物块尚未落地。

重力加速度大小为g,则下列说法正确的是（）

2m

m

A.当0=90。时，物块的速度大小为2u

B.当0=90。时，小球所受重力做功的功率为

C.小球到达虚线位置之前，轻绳的拉力始终小于mg

D.小球到达虚线位置之前，小球一直向右做加速运动

5.4、B两艘快艇在湖面上做匀速圆周运动，在相同的时间内，它们通过的路程之比是5：4,

运动方向改变的角度之比是4：3,它们的向心加速度之比为（）

6.如图所示，某火车从静止开始做匀加速直线运动出站，连续经过R、S、T三点，已知RS段

的距离是80?n,ST段的距离是RS的两倍，S7■段的平均速度也是RS的两倍，火车经过R点时离

出发点的距离为（）

RST

/〃力/〃〃〃，/〃〃〃〃〃〃〃乃〃〃〃

A.10mB.20mC.40mD.80m

7.如图所示，光滑球4与粗糙半球B放在倾角为30。的固定斜面上，两球恰好能保持静止状态,

已知两球半径相等，质量也相等，取重力加速度大小g=10m/s2,最大静摩擦力等于滑动摩

擦力。则B球与斜面间的动摩擦因数为（）

8.如图，一质量为M、长为，的木板静止在光滑水平桌面上，另一质量为m的小物块（可视为

质点）从木板上的左端以速度处开始运动。已知物块与木板间的滑动摩擦力大小为/,当物块

以％的速度从木板右端离开时，木板的速度大小为方，则下列关系式正确的是（）

m

M

A.v0=vr+v2B.>^mvo—fl

C.<flD.~Mvl=fl

二、多选题（本大题共4小题，共16.0分）

9.如图（a）所示，太阳系外的一颗行星P绕恒星Q做匀速圆周运动。由于P的遮挡，探测器探

测到Q的亮度随时间做如图（b）所示的周期性变化，该周期与P的公转周期相同。已知Q的质量

为M,引力常量为G。关于P的公转，下列说法正确的是（）

A.周期为2Q-琳B.角速度的大小为合

C.半径为空丝1子”3D.加速度的大小为当3

47rz“一£。

10.图甲是全球最大回转自升塔式起重机，它的开发标志着中国桥梁及铁路施工装备进一步

迈向世界前列。该起重机某次从1=0时刻由静止开始竖直提升质量为?n的物体，其a-t图像

如图乙所示，ti~t2内起重机的功率为额定功率，不计其他阻力，重力加速度大小为g,贝I（）

甲乙

A.该起重机的最大速度为即口

B.该起重机的额定功率为（mg+ma（））aoti

C.在0〜Q时间内，起重机的位移为劭片

D.在0〜N和0〜4时间内，牵引力做的功之比为tv。。一“）

II.如图所示，一轻弹簧下端固定在倾角为。=30。的固定斜面底端，弹簧处于原长时上端位

于斜面上的B点，斜面上B点以上粗糙、以下光滑，质量为m的滑块（可视为质点）从4点由静

止释放，沿斜面下滑后压缩弹簧。已知4、B间的距离为L,滑块与粗糙部分的动摩擦因数为〃，

重力加速度大小为g,不计空气阻力，弹簧劲度系数为k且始终在弹性限度内，下列正确的是

（）

A.〃

B.弹簧的最大压缩量为鬻

C.滑块沿斜面下滑后，最终将处于平衡状态

D.滑块沿斜面运动的过程中，因摩擦产生的热量为

12.如图所示，光滑半圆形球面固定在水平面上，两个可视为质点的小球a和6用质量可忽略

的刚性细杆相连并静止在球面内，已知细杆长度是半球面半径的4倍，细杆与水平面的夹

角9=8。。现给b球上施加外力，使得a、b小球沿球面缓慢移动（。、a、b始终在同一竖直平

面内），直至小球Q到达与球心。点等高处。已知Isin37。=0.6,cos37°=0.8,下列说法正确的

是（）

B.a,b的质量之比为5:4

C.轻杆对。的作用力逐渐增大D.球面对a的作用力先增大后减小

三、实验题（本大题共2小题，共14.0分）

13.某同学做“研究小球做平抛运动”的实验如图甲所示

（1）该实验中必须满足的条件和进行的实验操作是。（）

人测定平抛小球的质量mB.确保斜槽光滑

C.确保斜槽末端水平。.测定斜槽顶端到桌面的高度八

（2）图乙是该同学采用频闪照相机拍摄到的小球做平抛运动的照片，图乙背景中每一小方格的

边长为L=7.2cm,A.B、C是照片中小球的三个位置，（取“111，〃,「I,那么:

①照相机拍摄时每s曝光一次；

②小球做平抛运动的初速度的大小为m/s。

14.某实验小组做“探究加速度与力的关系”实验时，先采用如图甲所示的常规实验方案，

处理数据时发现误差比较明显。该小组经过分析讨论，对实验方案进行了改进和优化，采用

如图乙所示实验方案，具体实验操作步骤如下：

4挂上托盘和祛码，调整垫块位置，使质量为M的小车拖着纸带沿木板匀速下滑；

在取下托盘和祛码，用天平测出它们的总质量为m,查出并记录当地重力加速度g；

C.把小车放回木板上原位置，由静止释放，测出其下滑的加速度a；

D改变祛码质量和垫块位置，多次测量m和a,通过作图可得到a-F的关系。

(1)比较甲、乙两实验方案，实验时需要满足条件M»m的实验方案是(选填

“甲”、“乙”或“甲和乙”)；

(2)采用乙实验方案，在作a-F关系时，小车受到的合外力尸=；

(3)在一次实验操作中，获得如图丙所示的纸带，4、B、C、D、E为计数点，其中相邻两计

数点间均有四个点未画出，所用交变电源的频率为50Hz,由纸带可求得小车运动的加速度

a=m/s2(计算结果保留两位有效数字);

DE

iiii|iiIi|iiii|iiii|iiii|iiii|iiii|iiii|iiii|niipii|iiii|iiii|iiii|nii|iiii|iiii|iiii|iiiqiinpii|iiii|iiii|liii|iHi|iiii|iiii

234567891011121314

丙

(4)图丁是该小组先后采用甲、乙两个实验方案描绘出的a-F关系图象，图象中(选填

①或②)是乙实验方案得到的a-F关系图象。

四、计算题(本大题共2小题，共20.0分)

15.飞机在水平跑道上加速滑行时受到机身重力、竖直向上的机翼升力、发动机推力、空气

阻力、地面支持力和地面对飞机的摩擦阻力作用。其中机翼升力与阻力均与飞机运动的速度

平方成正比，且比例系数分别为自和心，地面的摩擦力与地面支持力成正比。已知飞机质量

为小，飞机在跑道上加速滑行时发动机推力为F=翠。求：

(1)飞机起飞时，发动机推力的功率P;

(2)若飞机在水平跑道上匀加速滑行，当发动机推力功率为即起飞功率的一半)时，飞机与

地面间摩擦阻力外的大小为多少？

16.2022年2月，苏翊鸣在单板滑雪男子大跳台比赛中夺得冠军，成为冬奥会历史上最年轻

的单板大跳台冠军。现将比赛中的某段过程简化成如图所示的小球(可视为质点)的运动，小

球从倾角为。=37。的斜面顶端。点以先飞出，已知%=25m/s,且与斜面夹角为a=53。。

图中虚线04B为小球在空中的运动轨迹，且4为轨迹上离斜面最远的点，B为小球在斜面上的

落点，C是过4作竖直线与斜面的交点，不计空气阻力，已知sin37。=0.6,cos37。=0.8,重

力加速度取g=10m/s2o求：

(1)小球落至斜面上B点时的速度。B大小：

(2)4、C两点间距离无。

五、综合题(本大题共2小题，共26.0分)

17.漩涡星系是宇宙中一种常见的星系结构，它又分为螺旋星系(S系)和棒旋星系(SB系)。其

中螺旋星系由明亮的中央核心和美丽的旋臂构成。中央核心区域存在大量的恒星系团，旋臂

中含有星际物质和年青的恒星。建立简化的螺旋星系结构模型，中央核心区可以看作半径为R

的球体，总质量为M,巨量的恒星均匀的分布在中央核心区内。在核心区之外的旋臂上仅有

极少的恒星和星际物质。整个星系所有恒星都绕星系中心做匀速圆周运动，恒星到星系中心

的距离为r,引力常量为G。

(1)求处于旋臂区域(r>R)的恒星做匀速圆周运动的周期大小7与r的关系式；

(2)根据电荷均匀分布的球壳内试探电荷所受库仑力的合力为零，利用库仑力与万有引力的表

达式的相似性和相关力学知识，求分布在中央核心区(r<R)的恒星做匀速圆周运动的周期To；

(3)科学家通过天文观测，得到位于此螺旋星系旋臂区域(r>R)的恒星做匀速圆周运动的周

期大小7随r的变化关系图像如图所示。根据在r>R范围内的恒星周期随r的变化规律，科学

家预言螺旋星系旋臂区域(r>R)存在一种特殊物质，称之为暗物质(真实存在但无法直接观

测)。暗物质与通常的物质会发生万有引力相互作用，并遵循万有引力定律，求r=nR内暗物

质的质量M'。

OR

18.如图所示，足够长的光滑水平轨道4B的左端与足够长的倾角为37。的传送带相接(滑块经

过此位置滑上传送带时机械能无损失)，传送带逆时针匀速转动，皮带运动速度为=2m/s;

右边是光滑竖直半圆轨道。用轻质细线连接可看作质点的甲、乙两滑块，中间夹一轻质压缩

弹簧，弹簧压缩时的弹性势能为72/,弹簧与甲、乙两滑块不拴连。甲的质量为mi=3kg,

甲、乙均静止在水平轨道上。传送带与乙滑块间的动摩擦因数为0.5。(重力加速度大小g取

10m/s2.sin37°=0.6,cos37°=0.8)

(1)固定乙滑块，烧断细线，甲滑块离开弹簧后进入半圆轨道，恰好能通过半圆轨道最高点D,

求竖直半圆轨道的半径R;

(2)固定甲滑块，烧断细线，乙滑块离开弹簧后在传送带上滑行的最远距离(相对于4点)为5=

8m,求滑块乙的质量；

(3)甲、乙两滑块均不固定，烧断细线以后，撤去弹簧，问甲滑块和乙滑块能否再次在4B面

上发生水平碰撞？若碰撞，求再次碰撞前瞬间甲、乙两滑块的速度大小；若不会碰撞，说明

原因。(乙滑块质量为第二问中所求的值)

//////zl

答案和解析

I.【答案】c

【解析】当加速度方向向下时，电梯处于失重状态，由于电梯上升，即速度方向向上，则在失重

状态时，电梯正在向上做减速运动，根据速度一时间图像可知，在从40.0s到50.0s内电梯正在向

上减速运动，即电梯处于失重状态上升的时段是从40.0s到50.0s。

故选C。

2.【答案】B

【解析】对小球C受力分析可知

mg—2Tsin37°

对弹簧

kx=Tcos37°

解得

k=100N/m

故选B。

3.【答案】D

【解析】A.对于初速度为0的匀加速直线运动，连续相邻相等位移内的时间比为

71：72：

T3:-=1:(V-2-1):(<3-V-2):-

x-t图像的斜率表示速度，根据图像可知，车头经过4、8、C过程相邻立柱的间距相等，但是车

头经过立柱C时的速度并不为0,根据逆向思维可知，通过的时间不满足比例关系，故4错误；

8.匀变速直线运动，全程的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，即t2时间内中间时刻的瞬时速度

为等，但车头经过立柱4的速度为12时间内中间位置的瞬时速度，而匀变速一定中的中间位置

的瞬时速度大于中间时刻的瞬时速度，即车头经过立柱4的速度大于半，故B错误；

以

C.根据上述，t2时间内中间时刻的瞬时速度为

12

匕〜t3时间内中间时刻的速度为

3%o-%2%

Vo=------0-----=--0-------

t3—1113-

根据逆向思维，结合速度公式有

解得

=2劭/£__1_\=4祀M__1_\

a一+——以卜2t3—£J匕+门一121t213—tJ

22

故C错误；

D平均速度等于总位移与总时间的比值，则车头经过立柱4、B过程中的平均速度大小为

_2%-xx

V=---0------0-=-----0--

士2—〃《2—

故。正确。

故选Do

4.【答案】D

【解析】AC.绳轻绳与杆的夹角为a时物块和小球的速度大小分别为药和v2，则有

cosa：

vr—v2

当小球运动到虚线位置时a=90。，故巧=0,可见在小球运动到虚线位置的过程在中，物块向

下先做加速运动后做减速运动，即先失重后超重，轻绳的拉力先小于mg后大于zng,故AC错

误；

A小球达到虚线位置时，其所受重力的方向与速度方向垂直，重力做功的功率为零，故故8错误；

D在小球运动到虚线位置的过程在中，只有轻绳对小球做功且一直做正功，根据动能定理可知，

小球的速度一直增大，小球一直向右做加速运动，故。正确。

故选Do

5.【答案】B

【解析】在相同的时间内，它们通过的路程之比是5：4,运动方向改变的角度之比是4：3,则根

据

s0

V=；、3=一

tt

可知线速度之比和角速度之比分别为5：4和4：3

根据向心加速度的公式

a-va>

可知向心加速度之比为5：3

故选B。

6.【答案】A

【解析】因为ST段的距离是RS的两倍，sr段的平均速度也是RS的两倍，所以两段时间也相同，

由匀变速直线运动推论可得

4%—160m-80m=80m-aT2

时间中点S点速度等于RT段的平均速度，则有

240m120m

%=

根据匀变速直线运动速度位移公式可得，火车经过S点时离出发点的距离为

2a

则火车经过R点时离出发点的距离为

xR=xs—80m=10m

故选A。

7.【答案】C

【解析】对4受力分析，AB=2/?,AC=R,根据几何关系可知，Z-CAB=60°,根据几何关系可

知，£=30°,则

2尸弹cos30°=mg

对8受力分析

FNB=mgcos30°+F^sin30°

对整体受力分析

f=27ngsin30°,f=p.FNB

解得：

故选Co

mg

8.【答案】C

【解析】4滑块和木板组成的系统动量守恒，有

mv0=mv1+MV2

滑块质量?n和木板质量M不一定相等，故4错误；

8.对木板，由动能定理有

12

fx^=2Mv2

对滑块，由动能定理有

112

-fx^=-^mvi2-2mvo

%="+/

联立可得

12121212

mv-mvmv

2o=2i2>2i

故B错误；

8由

fl=块-x扇

_Vo+Vi

x块~2t

也，

x板=1,t

又因为

v0>v1>v2

则有

Vn+ViVVnV

一号2)t〉学〉/受2”"疫

故C正确，。错误。

故选Co

【点睛】本题CD选项还可以用u-t图像解，图像面积表示位移，可以直观看出%块＜

9.【答案】BC

【解析】4两次亮度变化的时间间隔为P公转的一个周期，则P公转的周期为

T=£1一七0

故A错误;

区角速度的大小为

27T27r

Ct)——

Tti-to

故8正确:

C.根据

2

Mm4TT

G—5-=m-5-r

T=Q—%

得公转半径为

3GM(t]—t0)2

2

r-J4TI

故C正确;

D根据

Mm

G—2~=ma

结合

3GM(t]—t0)2

Y=------------------------------------

J4n2

得加速度的大小为

2TT32TTGM

a=------------------------------------------

fl-f0-to

故。错误。

故选BC。

10.【答案】BD

【解析】4在0~口时间内物体做匀加速直线运动，在。〜匕时间内末速度为劭匕，在"~t2时

间内物体做加速度减小的加速运动，可知该起重机的最大速度大于与“，故A错误；

B.tj时刻的速度为

"1—劭一

。〜口时间内，根据牛顿第二定律有

F—mg=ma0

该起重机的额定功率为

P—Fvt—(mg+mao)aot1

故8正确；

C.在0〜0时间内，起重机做匀加速直线运动，位移为

12

X=2aofi

故C错误；

。.在0〜Q时间内，牵引力做的功为

,.1,1

名=Fix=(mg+ma0)•2aoti=2P球】

在〜t2时间内，牵引力做的功为

川2=P瀛。-2

在0〜q和。〜t2时间内，牵引力做的功之比为

1

=ti：(2t2-ti)

+w2

故。正确。

故选80。

11.【答案】AD

【解析】A滑块在斜面粗糙部分能下滑，，则

mgsind>^mgcosd

解得

故A正确；

B.滑块第一次从4到最低点的过程，由能量守恒得

1

mg(L+x)sin0=^mgLcosd+-^kx2

由于滑块与粗糙部分的动摩擦因数为4大小不确定，所以弹簧的最大压缩量不确定，故B错误;

C滑块沿斜面下滑后，最终将在B点下面做简谐运动，故C错误；

。.滑块最终做简谐运动，到达B点时速度为零，由能量守恒可知因摩擦产生的热量为

1

Q=mgLsind=­

故。正确。

故选A。。

12.【答案】ACD

【解析】AB.对轻杆，受两个球的弹力是一对平衡力，根据牛顿第三定律，杆对a、b两球作用力

大小相等，且沿杆方向。对两球进行受力分析，如下图

设球面的半径为R,则AOac与左侧力三角形相似，40bc与右侧力三角形相似，则

magT

0c-ac

mbg_T

0c—be

可得

ma_be

ma-ac

由题意可知细杆长度是半球面半径的一2倍，根据几何知识可得

a=45°

则

/?=90°-a-0=37°

y=90°-p=53°

由于4ac/与4bce相似，可得

mabebeRsiny4

ma~ac-af~Rsin/3~3

故A正确，8错误；

C对a球进行受力分析，a球重力、细杆的弹力7和球面的支持力F,a球受力平衡，重力、T和尸可

组成矢量三角形，由于重力大小和方向不变，根据4B选项分析可知T和F的夹角始终为135。，根

据几何知识可得到力的辅助圆如下图

由图可知，当a、b小球沿球面缓慢移动直至小球a到达与球心。点等高处过程中，轻杆对a的作用

力T逐渐增大，直到等于辅助圆的直径，由于轻杆对a的作用力与轻杆对b的作用力大小相等，故

此过程中轻杆对b的作用力逐渐增大，故C正确；

D根据C选项分析可知，当a、b小球沿球面缓慢移动直至小球a到达与球心。点等高处过程中，球

面对a的作用力「先增大到等于辅助圆的直径，再减小，故。正确。

故选ACDo

13.【答案】⑴C；(2)①0.12;②1.8

【解析】(1)口］平抛运动中与小球质量无关，A错误；斜槽轨道不一定需要光滑，只要保证小球每

次从同一位置由静止释放即可，B错误；通过调节斜槽末端保持水平，可以保证初速度沿水平方

向，C正确；不需要测定斜槽顶端到桌面的高度%,。错误。故选C。

(2)［2］由

0y=2L=gT2

解得

T=0.12s

［3］由平抛运动水平方向做匀速运动可知

x3L

v0=-=y=1.8m/s

14.【答案】(1)甲；

(2)mg；

(3)0.80(0.780.82)；

(4)①

【解析】(1)口］根据题意，图甲所示实验方案中托盘和祛码的总重力充当小车的合外力，为减小

托盘和祛码质量对实验的影响，应满足M>>m,而图乙所示方案的实验原理为，挂上托盘和祛

码，调整垫块位置，使质量为M的小车拖着纸带沿木板匀速下滑时，由平衡条件有

Mgsind—4Mgeos。—T=0,T=mg

取下托盘和硅码，让小车沿木板加速下滑，则有

MgsinB—“MgeosJ=Ma

由上几式解得

F合=T=mg=Ma

所以不需要满足M»m,则实验时需要满足条件M»m的实验方案是甲。

(2)［2］用乙实验方案，在作a-尸关系时，小车受到的合外力F=mg。

(3)［3］利用逐差法可得小车的加速度为

-2

XCE-XAC(7.60-4.40)x102

a=--------=--------------=------=0.80m/s

4Tz4xO.lz

(4)［4］由于用乙实验方案，在作a-F关系时，小车受到的合外力

F=mg=Ma

则有

1

a=MF

所以图像中①是乙实验方案得到的a-F关系图象。

15.【答案】(1)「=拳痣；(2)号=瑞mg

【解析】(1)当飞机恰好离开跑道时，地面的支持力恰好为零，故有

2

mg=krv

解得飞机起飞时的速度为

此时，发动机推力的功率

P=Fv

解得

p=^

3

(2)设飞机与地面之间的等效动摩擦因数为〃，根据牛顿运动定律得

2

F推一k2V2—n(jng—/c1v)=ma

要使飞机做匀加速运动，由加速度恒定可知

22

(ikyV—k2v=0

即满足

_七

当发动机推力的功率为:时，飞机的滑行速度为

1Img

此时地面对飞机的支持力

FN=mg-kM

解得

3

FN

此时飞机受到地面的摩擦阻力为

3k2

Ff==砺7ng

16.［答案］(1)vB—5V97m/s;(2)xAC=31.25m

【解析】(1)垂直斜面方向上做类竖直上抛运动

0=Iosina-geos。•tA

解得

—2.5s

小球落至B点的时间

=2—5s

小球落至B点时，垂直于斜面的速度大小

vB1=%=vosina=20m/s

平行于斜面的速度大小

cosa

vB2=v0+gsin。-tB=45m/s

诏i+VB2~5，97mls

vB=

(2)4点离斜面的垂直高度

lz、

hA=2（^i+0）t4=25m

4、C两点间距高

h

x=---An=31.25m

ACCOS0

17.【答案】(l)r=2〃J^；(2)T0=2兀居；(3)M'=5—1)M

【解析】(1)设某恒星质量为m，由万有引力提供向心力得

Mm47r2

G--=m-5-r

解得

(2)在rSR内部，星体质量

由万有引力提供向心力得

M（）m4/

G--5-=M—丁

丁2To

解得

R3

To~2兀GM

(3)对处于十球体边缘的恒星，由万有引力提供向心力得

Mm47r2

GR

对处于r=nR处的恒星，由万有引力提供向心力得

(M+M')m47r2

°(nR)2=nr-(nR)

T2

由图像可知r2R时

T=kr

所以有

M+M'_nR

M=~R

解得

M'=(n-1)M

18.【答案】(l)0.96m；(2)Mg；⑶甲的速度为2「m/s,乙的速度为21ym/s=生善？n/s，

甲和乙能再次在28面上发生水平碰撞

【解析】