河南省天一大联考2023-2024学年高一下学期期末物理试题（解析版）

天一大联考2023—2024学年（下）高一年级期末考试物理考生注意：1.答题前，考生务必将自己的姓名、考生号填写在试卷和答题卡上，并将考生号条形码粘贴在答题卡上的指定位置。2.回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上，写在本试卷上无效。3.考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。一、单项选择题：本题共7小题，每小题4分，共28分。每小题只有一个选项符合题目要求。1.关于做曲线运动的物体，下列说法正确的是（）A.速度方向时刻变化B.加速度方向时刻变化C.合力有可能沿轨迹切线方向D.位移大小一定大于路程【答案】A【解析】【详解】A．曲线运动速度方向沿着轨迹的切线方向，速度方向时刻变化，A正确；B．曲线运动加速度方向不一定变化，例如，平抛运动加速度方向不变，B错误；C．曲线运动的速度一定沿着轨迹的切线方向，若合力也沿轨迹切线方向，则合力与速度方向在同一条直线上，物体做直线运动，不能做曲线运动，C错误；D．曲线运动位移大小一定小于路程，D错误。故选A。2.如图所示，摩托车爱好者骑着摩托车在水平路面上遇到沟壑，摩托车以水平速度离开地面，落在对面的平台上。若增大初速度，下列判断正确的是（）A.运动时间变长B.速度变化量增大C.落地速度可能减小D.落地速度与竖直方向的夹角增大【答案】D【解析】【详解】A．摩托车以水平速度离开地面，落在对面的平台上，竖直方向有则其所用时间为若增大初速度，运动时间不变，故A错误；B．小球在空中运动过程中的加速度恒定为重力加速度，由知速度变化量不变，故B错误；C．落地速度增大初速度v0，落地速度增大，C错误；D．落地速度与竖直方向的夹角增大初速度，时间不变，落地速度与竖直方向的夹角增大，D正确；故选D。3.如图所示，为地球的中心，垂直于赤道面。为在赤道面的圆轨道上运行的卫星，为在垂直赤道面的圆轨道上运行的卫星，为平行于赤道面、以为圆心的圆轨道，已知卫星和卫星的运行轨道半径均为地球同步卫星的一半，下列判断正确的是（）A.卫星的运动周期一定大于8小时B.卫星和卫星的机械能一定相同C.轨道可能成为地球卫星的运行轨道D.卫星和卫星所受向心力一定相同【答案】A【解析】【详解】A．卫星的运行轨道半径为地球同步卫星的一半，根据开普勒第三定律可知解得h>8h故A正确；BD．两卫星的质量关系未知，无法分析机械能和向心力大小，故BD错误；C．轨道的卫星受指向地球球心的万有引力，不可能为地球卫星的运行轨道，故C错误；故选A。4.如图所示，竖直挡板放置在水平面上，长为直杆一端可绕光滑固定轴转动，另一端固定一个质量为的光滑小球，小球靠在竖直挡板上，挡板以水平速度匀速向左运动。已知重力加速度为，当直杆与竖直方向夹角为且小球未与挡板脱离时，下列判断正确的是（）A.小球的速度大小为B.小球的速度大小为C.小球重力做功的功率为D.小球重力做功功率为【答案】C【解析】【详解】AB.小球的速vp可以分解为水平方向的v1和竖直方向的v2，如图所示其中水平方向的速度v1与挡板的速度相等，即根据几何知识可得选项AB错误；CD．小球重力做功的功率为选项C正确，选项D错误。故选C。5.如图所示，带电绝缘圆环固定在水平面内，圆心为，直径左侧均匀带正电荷，右侧均匀带等量负电荷。绝缘杆竖直固定，一带孔小球带正电，小球与竖直杆间动摩擦因数为。小球从正上方某位置由静止释放，在运动到之前，下列判断正确的是（）A.小球的加速度一定一直减小B.小球受到的摩擦力可能减小C.小球的动能一定一直增大D.小球受到的电场力逐渐增大【答案】D【解析】【详解】ABD．根据对称性分析可知：在关于O点对称的左右圆环上取一个微元所带的电荷组成等量异种电荷，OP为等量异种电荷连线的中垂线，所以电场强度方向与OP垂直，根据平四边形定则知，圆环在OP上电场强度方向垂直于OP，水平向右，从P到O电场强度大小逐渐变大，小球受到的电场力逐渐增大；水平方向上，小球处于平衡态，所以小球受到杆的弹力大小与电场力大小相等，则竖直方向上由牛顿第二定律得可得小球受到的摩擦力逐渐变大，加速度可能一直减小，也可能先减小再变大，AB错误，D正确；C．小球的加速度如果一直减小，则小球的速度一直增大，动能也会一直变大；若小球的加速度先减小再变大，则小球的速度先变大再变小，那么小球的动能也是先变大再变小，C错误。故选D。6.如图所示，水平粗糙杆和光滑竖直杆均固定。质量均为的带孔小球和穿在两杆上，两小球和用轻质细线相连，与横杆间的动摩擦因数为。在水平拉力作用下向右运动，上升的速度恒为，在向右运动位移为的过程中，的重力势能增加，与横杆间由于摩擦而产生的热量为，拉力做功为，不计空气阻力，重力加速度为，下列判断正确的是（）A. B.C. D.小球做加速运动【答案】A【解析】【详解】A．因Q沿竖直光滑杆匀速直线运动，所以绳子对Q竖直向上的拉力等于Q的重力。由相互作用力可知，绳子对P竖直向下的拉力大小等于Q的重力，由滑动摩擦力公式所以故A正确；BCD．由运动学分析可知，两小球运动过程中沿绳子方向分速度相同，设绳子与竖直方向夹角为因小球Q做匀速直线运动，所以小球P做减速运动，动能减小。故BCD错误，故选A。7.宇宙中存在一些距离其他恒星较远的两颗恒星组成的双星系统，通常可忽略其他星体的引力作用。如图所示，恒星P和Q绕连线上的点（点未画出）做圆周运动，P和Q之间的距离为。行星绕P做圆周运动，行星绕Q做圆周运动，行星、的轨道半径相同，运动周期之比为。行星质量均远小于恒星的质量，引力常量为，下列判断正确的是（）A.的距离为B.的距离为C.若Q做圆周运动的速度大小为，则P做圆周运动的速度大小为D.若Q的质量为，则P绕做圆周运动的周期为【答案】B【解析】【详解】AB．根据万有引力提供向心力有可知P、Q的质量之比为双星系统围绕两星体间连线上的某点做匀速圆周运动，设该点距星体P为r1，距星体Q为r2，根据万有引力提供向心力有同时有解得，故A错误，B正确；C．根据匀速圆周运动线速度与角速度的关系可知，若做圆周运动的速度大小为，则做圆周运动的速度大小为，故C错误；D．若的质量为，则的质量为4m，则有解得故D错误；故选B。二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分，共18分。每小题有多个选项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。8.如图所示，竖直面内光滑圆轨道的圆心为O，半径为R。两质量不同的小球P和Q用一段轻质杆相连，自图示位置由静止释放。在P和Q两球沿轨道滑动的过程中，下列判断正确的是（）A.P和Q的向心加速度大小不相等B.P和Q的向心力大小相等C.P和Q的速度大小相等D.P和Q的角速度大小相等【答案】CD【解析】【详解】A．根据向心力公式可知，向心加速度大小相等，A错误；B．两小球质量不同，向心力大小不同，B错误；C．根据可知，两小球线速度大小相等，C正确；D．两小球用轻杆相连，两小球绕球心在相等时间内转过的角度相同，角速度ω相同，D正确。故选CD。9.如图所示，哈雷彗星沿椭圆轨道绕太阳运动，太阳的中心在椭圆的一个焦点上，、为长轴的两端点，、为短轴的两端点。椭圆轨道的近日点到太阳中心的距离为，远日点到太阳中心的距离为，引力常量为。哈雷彗星在椭圆轨道运行的周期为，下列判断正确的是（）A.哈雷彗星从到的机械能先减小后增大B.太阳的质量为C.一个周期内，哈雷彗星在段的运动时间小于D.假设另一行星绕太阳做匀速圆周运动，轨道半径为，则其运动周期为【答案】BC【解析】【详解】A．哈雷彗星绕太阳沿椭圆轨道运动中，只有两者之间的引力做功，则机械能守恒，故A错误；B．哈雷彗星运动椭圆轨道可以等效于半径为由万有引力提供向心力有得太阳的质量为故B正确；C．越靠近近日点速率越大，所以一个周期内，哈雷彗星在EPF段的运动时间小于，故C正确；D．由开普勒第三定律有得另一行星的周期为故D错误。故选BC。10.如图所示，在点固定一个负点电荷，长度为的不可伸长轻质绝缘丝线一端也固定在点，另一端拴一个质量为、带电荷量为的带电小球。对小球施加一个水平向右的拉力，小球静止，此时丝线与竖直方向的夹角为。某时刻撤去拉力，撤去拉力瞬间小球的加速度大小为，丝线恰好对小球无拉力，此后小球做圆周运动，运动到最低点时，小球的加速度大小为，点电荷所带电荷量绝对值为。已知重力加速度为，静电力常量为，，，不计空气阻力，下列判断正确的是（）A.B.C.D.若点电荷电荷量缓慢减少，小球到最低点时的加速度减小【答案】AC【解析】【详解】A．释放小球瞬间，小球的加速度为故A正确；B．运动到最低点时，小球的加速度有合外力提供，此时的合外力恰好等于向心力，由重力势能转化为动能，电势能不变故B错误；C．释放瞬间绳子拉力恰好为零，所以库仑力等于重力分力解得故C正确；D．由于库仑力始终与运动方向垂直，不做功，所以小球P运动到最低点的速度不变，加速度不变，故D错误。故选AC。三、非选择题：本题共5小题，共54分。11.用如图1所示装置研究平抛运动，将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上，钢球沿斜槽轨道滑下后从点水平飞出，落在水平挡板上。由于挡板靠近硬板一侧较低，钢球落在挡板上时，钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点。移动挡板，重新释放钢球，如此重复，白纸上将留下一系列痕迹点。重力加速度为。（1）实验时还需要器材________（填“弹簧秤”“重垂线”“打点计时器”或“天平”）。每次将小球由________（填“同一位置”或“不同位置”）静止释放，小球运动时________（填“可以”或“不可以”）与木板上的白纸相接触。（2）如图2所示为小球平抛运动轨迹上的几个点，其上覆盖了一张透明的方格纸。已知方格纸每小格的边长均为。由图2可知点________（填“是”或“不是”）平抛运动的初位置，经过点时的速度大小为________。【答案】（1）①.重锤线②.同一位置③.不可以（2）①.不是②.【解析】【小问1详解】[1]为了检验实验装置中的硬板是否处于竖直平面内，且保证小球从斜槽末端飞出时，做平抛运动，还需要用到重锤线；[2]为了保证每次小球平抛时都具有相同的初速度，需要让钢球每次都从同一位置由静止释放；[3]为了保证小球做平抛运动，运动过程中小球不可以与木板上的白纸相接触。【小问2详解】[1]从图2中可看出小球从过程中，通过相邻轨迹点时水平方向的位移相等，则所用时间相等。若O点为起点，则小球在竖直方向上发生的位移之比应为；但从图中可看出小球在竖直方向上的位移比不满足该关系，所以可推知O点不是小球的起抛点；[2]设小球做平抛运动的初速度为，则有可求得，小球下落至B点时，竖直方向的速度大小为可得小球下落至B点时的速度大小为12.某同学利用如图所示的实验装置来验证系统机械能守恒，轻质细线跨过固定在铁架台上的轻质滑轮，两端各悬挂一只小球P和Q，P质量比Q大。已知小球Q的直径为d，重力加速度为g。实验操作如下：①把实验装置安装好；②开始时固定小球P，使Q球与A位置等高，与P、Q相连的细线竖直。释放P，记录光电门显示的遮光时间t，测量A与光电门的高度差H；③改变光电门的位置，重复实验步骤2，记录t和H。请回答下列问题：（1）为了减小实验误差，实验中应选用______（填“实心小铁球”“小木球”或“空心小铁球”）。（2）验证P和Q组成的系统机械能守恒，还需要的实验器材和对应测量的物理量有______（填正确选项序号）。A.天平，测量小球P的质量M和小球Q的质量mB.打点计时器，测量小球Q过光电门的速度vC.刻度尺，测量开始时两小球的高度差h（3）想要验证P和Q的系统机械能守恒，只需验证表达式g=______（用已知量和测量量的字母表示）成立即可。（4）在坐标纸上，以H为横坐标，以u（填“t”、“”或“”）为纵坐标，描点连线后得到一条直线，测得斜率为k，只需验证g=______（用已知量和测量量的字母表示）成立，即可验证机械能守恒。【答案】（1）实心小铁球（2）A（3）（4）【解析】【小问1详解】为了减小空气阻力产生的实验误差，实验中应选用实心小铁球；【小问2详解】根据机械能守恒定律得用天平，测量小球P的质量M和小球Q的质量m，不用打点计时器测量小球Q过光电门的速度v，也不用刻度尺测量开始时两小球的高度差h。故选A。【小问3详解】根据机械能守恒定律得解得【小问4详解】根据机械能守恒定律得解得斜率为解得13.如图所示，光滑的斜劈OAB中OA竖直，斜劈倾角。长为L的轻质细线一端固定在挡板（固定在斜劈上）上O点，另一端拴一个质量为m、可视为质点的小球，细线初始时平行于斜劈，小球和斜劈一起绕竖直轴OA匀速转动。已知重力加速度为g，不计空气阻力，，。（1）若小球对斜劈刚好无压力，求此时角速度的大小；（2）若角速度，求小球稳定运动时细线拉力的大小。【答案】（1）；（2）【解析】【详解】（1）若小球对斜劈刚好无压力，根据牛顿第二定律得解得（2）因为所以小球已经离开斜面，设绳与竖直方向的夹角为α，根据牛顿第二定律得解得14.如图所示，一倾角为斜劈固定在水平面上，斜劈上表面光滑，一轻绳的一端固定在斜面上的点，另