2020-2021学年福建省厦门市高一(下)期末物理试卷(附答案详解)

一、单选题（本大题共4小题，共16.0分）

1.下列说法正确的是

A. 第谷通过多年的观测和精确的计算，得出了行星运动三大定律

B. 卡文迪许在测量万有引力常量的实验中，主要运用了极限的思想

C. 平抛运动的水平、竖直分运动具有等时性的特点

D. 做圆周运动的物体，其所受合力的方向一定指向圆心

2.如图所示，小立同学使用扳手更换家里的水龙头，当用扳手拧水龙头时，扳手上A、B两点的角速度分别和，线速度大小分别为和，则

A. ，

B. ，

C. ，

D. ，

3.如图所示，光滑水平桌面上有一小铁球正以速度v沿直线运动．某时刻起，将一条形磁铁固定在铁球运动的正前方A处或旁边的B处，则

A. 若磁铁固定在A处，小铁球将做匀速直线运动

B. 若磁铁固定在A处，小铁球将做匀变速直线运动

C. 若磁铁固定在B处，小铁球将做匀速圆周运动

D. 若磁铁固定在B处，小铁球将做曲线运动

4.如图甲所示，倾角为的足够长斜面固定在水平地面上，一质量为的小物块以一定的初速度从底端冲上斜面，过程中物块的动能与其沿斜面运动距离s之间的关系如图乙所示，已知重力加速度g取，，，则

A. 物体与斜面间的动摩擦因数

B. 物块沿斜面上滑的最大距离为

C. 物块从斜面底端运动到最高点过程中，由于摩擦产生的热量为32J

D. 物体回到斜面底端时的动能

二、多选题（本大题共4小题，共24.0分）

5.“复兴号”动车组用多节车厢提供动力，从而达到提速的目的。某动车组在平直的轨道上行驶，它有4节动力车厢，每节动力车厢发动机的额定功率均为P，动车组能达到的最大速度为，则

A. 若动车组以恒定功率启动，则该动车组启动过程做匀加速直线运动

B. 若动车组以恒定功率启动，则该动车组启动过程加速度逐渐减小

C. 达到最大速度时，该动车组所受的阻力为

D. 达到最大速度时，该动车组所受的阻力为

6.2021年6月17日，神舟十二号载人飞船与天和核心舱完成对接，航天员聂海胜，刘伯明、汤洪波进入天和核心舱，标志着中国人首次进入了自己的空间站。对接过程如图所示，天和核心舱处于半径为的圆轨道Ⅲ，神舟十二号飞船处于半径为的圆轨道Ⅰ，运行周期为，通过变轨操作后，沿椭圆轨道Ⅱ运动到P处与天和核心舱对接。则神舟十二号飞船

A. 需要加速才能由轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ

B. 沿轨道Ⅰ运行的周期大于天和核心舱沿轨道Ⅲ运行的周期

C. 沿轨道Ⅱ运动到对接点P过程中，速度不断增大

D. 沿轨道Ⅱ运行的周期为

7.如图甲所示，轻质细杆一端与一小球可视为质点相连，另一端可绕O点在竖直平面内做圆周运动。小球运动到最高点时轻杆转动的角速度为，此时小球受到杆的弹力大小为F，其图像如图乙所示。重力加速度g取，则

A. 小球的质量为2kg

B. 杆的长度为

C. 当时，小球受杆的弹力方向向上

D. 当时，小球受杆的弹力方向向下

8.如图所示，轻绳的一端系一质量为m的金属环，另一端绕过定滑轮悬挂一质量为5m的重物。金属环套在固定的竖直光滑直杆上，定滑轮与竖直杆之间的距离，金属环从图中P点由静止释放，OP与直杆之间的夹角，不计一切摩擦，重力加速度为g，则

A. 金属环从P上升到Q的过程中，重物所受重力的瞬时功率一直增大

B. 金属环从P上升到Q的过程中，绳子拉力对重物做的功为

C. 金属环在Q点的速度大小为

D. 若金属环最高能上升到N点，则ON与直杆之间的夹角

三、填空题（本大题共2小题，共8.0分）

9.按照狭义相对论的观点，在太空中“迎着”光飞行的宇宙飞船上，观察者测得的光速______选填“大于”、“等于”、“小于”，其中c为真空中的光速。

由于狭义相对论效应，北斗卫星导航系统卫星上的原子钟会因为高速运动而导致时间______选填“变慢”或“变快”，这些时钟如果不加以校正的话，系统每天将累积很大的定位误差，因此，这些卫星的软件需要计算和抵消相对论效应，确保定位准确。

10.某同学将弹珠平行于竖直墙面水平向右弹出，利用摄像机记录其运动过程，处理之后的运动轨迹如图所示．测得每块砖的高度为、长度为27cm，忽略空气阻力，重力加速度g取，则弹珠从图中A点运动到B点所用时间为______s，弹珠弹出时的水平初速度为______。

四、实验题（本大题共2小题，共12.0分）

11.如图所示是探究向心力的大小F与质量m，角速度和半径r之间的关系的实验装置。匀速转动手柄1，可以使变速塔轮2和塔轮2和3之间用皮带连接以及长槽4和短槽5随之匀速转动，槽内的小球也随着做匀速圆周运动。使小球做匀速圆周运动的向心力分别由挡板6、7、8对小球的压力提供。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9下降，从而露出标尺10和标尺11。根据两标尺上露出的红白相间等分标记，可以粗略计算出两个球所受向心力比值。

本实验主要采用的实验方法是______。

A.等效法

B.极限法

C.控制变量法

为了研究向心力F与半径r的关系，应该将两个相同质量的小球分别放在挡板______和挡板______处。均选填“6”、“7”、“8”

某次实验中，两质量相同的小球放置位置如图乙所示，已知用皮带连接的轮塔2和3的半径之比为2：1，则标尺10，标尺11上露出的红白相间的等分格数之比应为______。

12.利用图甲所示的装置做“验证机械能守恒定律”的实验。

关于上述实验，下列说法中正确的是______。

A.重物要选择密度较小的木块

B.重物的质量可以不用测量

C.该实验需要使用秒表

实验中得到一条点迹清晰的纸带如图乙所示，将打下的第一个点记作O，在纸带上测量五个连续的点A、B、C、D、E到O点的距离分别为、、、、。已知打点计时器的所用交流电源的频率为50Hz，重物的质量为，重力加速度g取。则重物由O点运动到D点的过程中，动能增加量______J。结果保留3位有效数字

某同学利用公式算重物的速度，由此计算重物增加的动能，然后计算此过程中重物减小的重力势能，则结果应当是______选填“”、“”或“”。你认为这样的验证方法是否正确？______选填“是”或“否”。

五、计算题（本大题共3小题，共40.0分）

13.如图甲所示，质量的物体放置在水平地面上，在水平向右拉力F的作用下由静止开始运动，运动到时撤去拉力，拉力大小F随位移大小x变化的关系如图乙所示。已知物体与地面间的动摩擦因数为，重力加速度g取。求：

物体运动到处的速度大小；

物体运动的总位移大小。

14.2021年5月15日，我国火星探测器“天问一号”的着陆巡视器成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区，相信不远的将来，我们就能实现宇航员登陆火星。假设宇航员在火星表面做实验，将一个小球以初速度竖直上抛，经过时间t小球落回抛出点。已知火星的半径为R，万有引力常量为G，忽略空气阻力和火星自转影响。

求火星表面附近的重力加速度；

估算火星的质量M；

假设“天问一号”绕火星运行的轨道为圆形轨道，周期为T，求“天问一号”距离火星表面的高度h。

15.如图所示，倾角的斜面AB长为，通过平滑的小圆弧与水平直轨道BC连接，CD、DE为两段竖直放置的四分之一圆管，两管相切于D处、半径均为。右侧有一倾角的光滑斜面PQ固定在水平地面上。一质量为，可视为质点的小物块从斜面AB顶端由静止释放，经ABCDE轨道从E处水平飞出后，恰能从P点平行PQ方向飞入斜面。小物块与斜面AB的动摩擦因数，与BCDE段摩擦不计，重力加速度g取，，，求：

小物块到达C点时对轨道的压力大小；

点与P点的水平距离；

若斜面PQ上距离P点的M点下方有一段长度可调的粗糙部分MN，其调节范围为，与小物块间的动摩擦因数，斜面底端固定一轻质弹簧，弹簧始终在弹性限度内，且不与粗糙部分MN重叠，求小物块在MN段上运动的总路程s与MN长度L的关系式。

答案和解析

1.【答案】C

【解析】解：A、开普勒通过研究第谷观测的天文数据，得出了行星运动三大定律，故A错误；

B、卡文迪许在测量万有引力常量的实验中，主要运用了放大的思想，故B错误；

C、做平抛运动的物体同时参与水平方向和竖直方向的分运动，则水平、竖直分运动具有等时性的特点，故C正确；

D、做圆周运动的物体，其所受合力的方向不一定指向圆心，只有做匀速圆周运动的物体，其所受合力的方向一定指向圆心，故D错误。

故选：C。

本题根据物理学史和曲线运动的知识进行答题，根据开普勒、卡文迪许的物理学成就，以及分运动的等时性、向心力特点进行解答。

解决本题的关键要知道物体做圆周运动时，外界需要提供向心力，只有做匀速圆周运动的物体，其所受合力的方向一定指向圆心，做变速圆周运动的物体合力的方向不一定指向圆心。

2.【答案】A

【解析】解：由于A、B两点属于同轴转动，所以A、B两点的角速度是相等的，即；

同时由图可知A点的半径大于B点的半径，即，因角速度相同，则由可知，A点的线速度大，即，故A正确，BCD错误。

故选：A。

物体上的各点在共轴转动时，各点具有相同的角速度，然后结合线速度与角速度之间的关系进行求解即可。

解决本题的突破口在于A、B两点的角速度相同，然后熟练掌握匀速圆周运动的各物理量之间公式即可。

3.【答案】D

【解析】解：A、磁铁放在A处时，合力向前，加速度向前，物体加速运动，故A错误；

B、磁铁放在A处时，合力向前，加速度向前，物体加速运动，但磁力大小与距离有关，故加速度是变化的，不是匀加速运动，故B错误；

C、磁铁放在B处时，合力与速度不共线，故小钢球向右侧偏转，但不是匀速圆周运动，故C错误；

D、磁铁放在B处时，合力与速度不共线，故小钢球向右侧偏转；磁力大小与距离有关，故加速度是变化的，故小球做变加速曲线运动，故D正确；

故选：D。

物体做曲线运动的条件是合力方向与速度方向不在同一条直线上．

本题关键明确曲线运动的条件，知道物体的轨迹会向合力的一侧偏转；同时明确加速度是随着磁力的变化而变化的．

4.【答案】D

【解析】解：A、根据动能定理可得：，所以图象斜率的绝对值表示合外力。根据图乙可知，图象的斜率绝对值：；

根据牛顿第二定律可得：，解得：，故A错误；

B、设物块沿斜面上滑的最大距离为x，根据动能定理可得：，解得：，故B错误；

C、物块从斜面底端运动到最高点过程中，由于摩擦产生的热量为：，解得：，故C错误；

D、根据能量守恒定律可得物体回到斜面底端时的动能，故D正确。

故选：D。

图象斜率的绝对值表示合外力，根据图乙求解合外力，根据牛顿第二定律求解动摩擦因数和物块沿斜面上滑的最大距离；根据求解产生的热；根据能量守恒定律求解物体回到斜面底端时的动能。

本题主要是考查功能关系、动能定理、牛顿第二定律等知识，关键是知道图象斜率的绝对值表示合外力，根据功能关系、能量关系进行解答。

5.【答案】BC

【解析】解：AB、由可知，若动车组以恒定功率启动，则v增大F减小，又，则该动车组启动过程加速度逐渐减小，该动车组启动过程并非做匀加速直线运动，故A错误，B正确；

CD、当动车组达到最大速度时，有，故C正确，D错误。

故选：BC。

根据和牛顿第二定律判断以恒定功率启动的动车组的运动特点；当动车组达到最大速度时，阻力和牵引力大小相等。

本题要注意动车组的功率与牵引力有关，与阻力无关。

6.【答案】AD

【解析】解：由低轨道进入高轨道，即由轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ需要加速做离心运动，故A正确；

B.根据开普勒第三定律，轨道Ⅰ的轨道半径小于轨道Ⅲ的轨道半径，则沿轨道Ⅰ运行的周期小于天和核心舱沿轨道Ⅲ运行的周期，故B错误；

C.神舟十二号载人飞船沿轨道Ⅱ运动到对接点P过程中，根据开普勒第二定律，速度越来越小，故C错误；

D.根据开普第三定律

解得

故D正确。

故选：AD。

由低轨道进入高轨道，需要加速做离心运动，根据开普勒第三定律绕同一中心天体的行星轨道半径的三次方与周期平方成正比。

本题考查万有引力的应用，解题关键在于理解卫星的变轨问题，从低轨道进入高轨道需要加速，从高轨道到低轨道要减速。

7.【答案】AC

【解析】解：设杆的长度为L，小球的质量为m；

A、当小球的角速度为零时小球在最高点时速度为零，此时杆的作用力等于小球的重力，由图乙所示图象可知，时，，则，代入数据解得，小球质量，故A正确；

B、当杆的作用力为零时，小球在最高点只受重力作用，重力提供向心力，

由图示图象可知时，，对小球，由牛顿第二定律得：，代入数据解得，杆的长度，故B错误；

CD、设时杆对小球的作用力大小为，方向竖直向下，

对小球，由牛顿第二定律得：，

代入数据解得：，负号表示方向向上，即当时，小球受杆的弹力方向向上，故C正确，D错误。

故选：AC。

分析小球在最高点的受力情况，分析图乙所示图象，求出力与对应的角速度平方，应用牛顿第二定律分析答题。

本题考查了牛顿第二定律的应用，分析清楚小球的受力情况、由图乙所示图象求出力与角速度的对应关系是解题的前提，应用牛顿第二定律即可解题。

8.【答案】BCD

【解析】解：刚开始，重物的速度为零，重物所受重力的瞬时功率为零，当环上升到Q时，由于环的速度向上与绳垂直，重物的速度为零，此时重物所受重力的瞬时功率为零，故金属环从P上升到Q的过程中，重物所受重力的瞬时功率先增大后减小，故A错误；

B.金属环从P上升到Q的过程中，对重物由动能定理可得

解得绳子拉力对重物做的功为

故B正确；

C.设金属环在Q点的速度大小为v，对环和重物整体，由机械能守恒定可得

解得

故C正确；

D.若金属环最高能上升到N点，则在整个过程中，对环和重物整体，由机械能守恒定律可得

解得ON与直杆之间的夹角

故D正确。

故选：BCD。

对重物，初始速度为0则重力功率为0，末速度与重力垂直则重力功率也为0；环从P上升到O的过程中，对重物由动能定理可得拉力对重物做的功；对环和重物整体，由机械能守恒定可得环在Q点的速度；整个过程中，对环和重物整体，由机械能守恒定律可解得角度大小。

本题多次运用几何关系及机械能守恒定律，定律的表达式除题中变化的动能等于变化的重力势能外，还可以写成圆环的变化的机械能等于重物的变化的机械能。同时关注题中隐含条件的挖掘。

9.【答案】等于  变慢

【解析】解：根据狭义相对论的光速不变原理可知，在太空中“迎着”光飞行的宇宙飞船上，观察者测得的光速等于c；

根据狭义相对论“时间膨胀”原理可知，北斗卫星导航系统卫星上的原子钟会因为高速运动而导致时间变慢，这些时钟如果不加以校正的话，系统每天将累积很大的定位误差。

故答案为：等于；变慢。

根据狭义相对论的光速不变原理分析；

根据狭义相对论“时间膨胀”原理分析。

本题关键是记住狭义相对论的光速不变原理，知道运动中的“时间膨胀”；狭义相对论的两个基本假设：狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的；光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。

10.【答案】  3

【解析】解：， 

弹珠从A点到B点、B点到C点的水平距离相等，则AB、BC之间的时间间隔相等，设该时间间隔都是T，

在竖直方向： 

由导出公式： 

联立得： 

水平方向： 

代入数据得：弹珠弹出时的水平初速度 

故答案为：；3。

平抛运动在竖直方向上做自由落体运动，在水平方向上做匀速直线运动，根据竖直方向上的位移，通过求出弹珠从图中A点运动到B点所用时间，结合水平位移求平抛运动的初速度．

解决本题的关键知道平抛运动在水平方向和竖直方向上的运动规律，结合运动学公式灵活求解．

11.【答案】C  6  8  1：4

【解析】解：本实验主要采用的实验方法是控制变量法，C正确，AB错误。故选C．

由可知，为了研究向心力F与半径的关系，应该将两个相同质量的小球分别放在挡板6和挡板8处。

皮带连接的轮塔2和3边缘线速度相等，半径之比为2：1，则角速度之比为1：2，两质量相同的小球放置位置如图乙所示，即质量m、半径，相同，则向心力F与角速度平方成正比，故标尺10，标尺11上露出的红白相间的等分格数之比应为1：4．

故答案为：，，8，：4

要探究小球受到的向心力大小与角速度的关系，需控制一些变量，即保持小球的质量、转动的半径不变。

根据实验原理与向心力公式可解得．

本实验采用控制变量法，即要研究一个量与另外一个量的关系，需要控制其它量不变。

12.【答案】B      否

【解析】解：、重物最好选择密度较大的铁块，受到的阻力较小，故A错误。

B、本题是以自由落体运动为例来验证机械能守恒定律，需要验证的方程是：，因为我们是比较mgh、的大小关系，故m可约去比较，不需要用天平测量重物的质量，故B正确；

C、由于有打点计时器同时测量了位移还计了时，故秒表不需要，故C错误；

故选：B 

利用匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于这段时间的平均速度求打D点的速度：； ，动能增加量。

某同学用算重物的速度，再按动能的公式求出动能的增加量必等于，因为开始用公式算重物的速度时实际已经默认机械能守恒了。故这样的验证方法是错误的。

故答案为：；；、否

必须保证计时器的两限位孔在同一竖直线上且重物的质量要大体积要小，这样才能保证物体做自由落体运动；用自由落体运动需要验证的方程是：，可知不需要测量重物的质量m；打点计时器能够计时，秒表不需要；

纸带法实验中，若纸带匀变速直线运动，测得纸带上的点间距，利用匀变速直线运动的推论，可计算出打出某点时纸带运动的瞬时速度，从而求出动能的增加量；

若用公式算重物的速度，实际上已经默认机械能守恒了，这样重力势能的减小量就等于动能的增加量，此方法是错误的。

解决本题的关键知道实验的原理，通过原理确定所需测量的物理量，以及知道实验中的注意事项，在平时的学习中，需加以总结，要熟记求纸带上某点瞬时速度的求法。

13.【答案】解：从施加拉力F到物体运动至处，由动能定理可得

整理代入数据可得 

从施加拉力F到物体最终静止，设物体运动的总位移大小为s，由动能定理可得

整理代入数据可得 

答：物体运动到处的速度大小为；

物体运动的总位移大小为。

【解析】根据动能定理，列方程求解可得速度大小；

从施加拉力F到物体最终静止，根据动能定理求出总位移。

在处理直线运动问题时，可以选择动能定理，也可以利用动力学内容来处理，要注意结合题意来选择。

14.【答案】解：小球在火星表面做竖直上抛运动，则有

可得 

忽略火星自转影响，物体在火星表面受到的重力等于火星对物体的万有引力，则

解得 

“天问一号”绕火星做匀速圆周运动，由火星的万有引力提供向心力，得

联立解得 

答：火星表面附近的重力加速度为。

火星的质量M为；

“天问一号”距离火星表面的高度h为。

【解析】小球在火星表面做竖直上抛运动，其运动的加速度即为火星表面附近的重力加速度，根据竖直上抛运动的规律可求火星表面的重力加速度；

根据万有引力和重力相等可求火星的质量。

“天问一号”绕火星做匀速圆周运动，由火星的万有引力提供向心力，由此列式求解“天问一号”距离火星表面的高度h。

解决本题的关键要掌握万有引力等于重力，以及万有引力提供向心力这两条思路，并能灵活运用。

15.【答案】解：小物块由A运动到C的过程中，由动能定理可得：

在C处，根据牛顿第二定律有：

由牛顿第三定律可知，小物块对轨道的压力大小

得： 

小物块由A运动到E的过程中，由动能定理得：

代入数据解得 

小物块恰能从P点平行PQ飞入斜面，即其速度与水平方向夹角为，则：

E点与P点的水平距离为：

代入数据解得： 

物块飞入P点的速度大小为：

若经弹簧一次反弹后恰能回到P点，经过粗糙段MN两次，则

代入数据解得： 

即当时，小物块经过弹簧一次反弹后从P点飞出，

， 

当时小物块无法冲出斜面，且，故小物块不会停在MN段上，最终在N点与弹簧间往复运动，在N点的速度为零，由能量守恒定律可得：

得：， 

综上所述，小物块在MN段上运动的总路程s与其长度L的关系式为：

答：小物块到达C点时对轨道的压力大小为；

点与P点的水平距离为；

小物块在MN段上运动的总路程s与MN长度L的关系式为

【解析】分析小物块运动过程的做功情况，根据动能定理求得小球在圆弧轨道上的速度表达式，然后由牛顿第二定律求得支持力；

根据动能定理，结合运动的分解求得水平距离；

对物块分两次分析，经弹簧反弹从P点飞出，或者在N点与弹簧间往复运动。

本题涉及复杂的力学问题，要按时间顺序认真分析小物块的运动过程，把握每个过程的物理规律，根据不同情况写出对应的表达式，尤其是结合数学的函数法，要学会应用。