高一下学期期末考试仿真卷（四）-2020-2021学年鲁科版（2019）高中物理必修第二册（含答案及解析）

高一物理下学期期末考试仿真卷四 一、单选题（本大题共8小题，共24.0分） 1. 在天花板上的O点系一根细绳，细绳的下端系一小球．小球拉至细绳处于水平的位置，由静止释放小球，小球从位置A开始沿圆弧下落到悬点的正下方的B点的运动过程中，不计空气阻力，下面说正确的是   A. 小球受到的向心力大小不变 B. 细绳对小球的拉力对小球做正功 C. 重力对小球做功的平均功率为零 D. 重力对小球做功的功率先变大后变小 2. 如下图所示，质量为m的物体静止在倾角为的斜面体上，物体与斜面间的动摩擦因数为，现使斜面体水平向左匀速运动距离l，物体始终与斜面体保持相对静止．则在斜面体水平向左匀速运动距离l的过程中 A. 摩擦力对物体做的功为 B. 斜面体对物体的支持力做的功为 C. 重力对物体做的功为mgl D. 斜面体对物体做的功为零 3. 质量为的汽车，发动机的功率为，在水平公路上能以的最大速度行驶，如果保持功率不变，汽车速度为时，汽车的加速度为 A. B. C. D. 4. 固定的倾斜光滑杆上套有一个质量为m的圆环，圆环与竖直放置的轻质弹簧一端相连，弹簧的另一端固定在地面上的A点，弹簧处于原长h。让圆环沿杆滑下，滑到杆的底端时速度为零，则 A. 在下滑过程中圆环的机械能守恒 B. 在下滑过程中弹簧的弹性势能先减小后增大 C. 弹簧的弹性势能在整个过程中增加了mgh D. 在下滑过程中含始未位置有两个位置弹簧弹力的功率为零 5. 在离水平地面h高处将一质量为m的小球以速率水平抛出，落地时小球的速率为已知小球运动过程中受到空气阻力作用，重力加速度为g，则 A. 整个运动过程中，小球的重力势能增加了mgh B. 整个运动过程中，小球的动能增加了mgh C. 整个运动过程中，小球的机械能减少了 D. 小球落地时，小球重力的瞬时功率为mgv 6. 如图所示，在一次救灾工作中，一架沿水平直线飞行的直升飞机A，用悬索重力可忽略不计救护困在湖水中的伤员在直升飞机A和伤员B以相同的水平速度匀速运动的同时，悬索将伤员提起，在某一段时间内，A、B之间的距离以式中H为直升飞机A离水面的高度，各物理量的单位均为国际单位制单位规律变化，则在这段时间内，下面判断中正确的是不计空气作用力      A. 悬索的拉力小于伤员的重力 B. 悬索成倾斜直线 C. 伤员做速度减小的曲线运动 D. 伤员做加速度大小、方向均不变的曲线运动 7. 一竖直倒立的圆锥筒，筒侧壁倾斜角度不变。一小球在的内壁做匀速圆周运动，球与筒内壁的摩擦可忽略，小球距离地面的高度为H，则下列说法中正确的是     A. H越小，小球对侧壁的压力越大 B. H越大，小球做圆周运动的线速度越大 C. H越小，小球做圆周运动的向心力越小 D. H越大，小球做圆周运动的周期越小 8. 把火星和地球都视为质量均匀分布的球体，已知地球半径约为火星半径的2倍，地球质量约为火星质量的10倍，由这些数据可推算出　　 A. 地球和火星的第一宇宙速度之比为：1 B. 地球和火星的第一宇宙速度之比为：1 C. 地球表面和火星表面的重力加速度之比为5：1 D. 地球表面和火星表面的重力加速度之比为10：1 二、多选题（本大题共4小题，共16.0分） 9. 我国于2018年12月成功发射“嫦娥四号”探测器，实现了人类首次月球背面着陆。假设“嫦娥四号”探测器的发射过程简化如下：探测器从地球表面发射后，进入地月转移轨道，经过M点时变轨进入距高月球表面100km的圆形轨道I，在轨道I上经过P点时再次变轨进入椭圆轨道Ⅱ，之后将在Q点着陆月球表面。下列说法正确的是 A. “嫦娥四号”探测器的发射速度大于地球的第二宇宙速度 B. “嫦娥四号”在轨道Ⅰ上的周期小于在轨道Ⅱ上的周期 C. “嫦娥四号”在轨道I上经过P点的加速度等于在轨道Ⅱ上经过P点的加速度 D. “嫦娥四号”在地月转移轨道上经过M点的速度大于在轨道I上经过M点的速度 10. 从地面竖直向上抛出一物体，受到的空气阻力恒定不变，其机械能等于动能与重力势能之和。取地面为重力势能零点，该物体的和随它离开地面的高度h的变化如图所示。由图中数据可得    A. 物体的质量为 B. 物体受到的空气阻力为 C. 时，物体的动能 D. 从地面至，物体的动能减少 11. 如图所示，一轻绳通过无摩擦的小定滑轮O与小球B连接，另一端与套在光滑竖直杆上的小物块A连接，杆两端固定且足够长，物块A由静止从图示位置释放后，先沿杆向上运动．设某时刻物块A运动的速度大小为，小球B运动的速度大小为，轻绳与杆的夹角为则      A. B. C. 小球B减小的势能等于物块A增加的动能 D. 当物块A上升到与滑轮等高时，它的机械能最大 12. 如图所示，A、B、C、D、E为楼梯台阶边缘上的五个点，它们在同一竖直面内，且各级台阶都相同。从A点沿水平方向先后抛出甲、乙两个小球，甲球刚好可以落到B点，乙球刚好可以落到E点，不计空气阻力，则 A. 甲、乙两球的下落时间之比为 B. 甲、乙两球的初速度大小之比为 C. 两小球刚好落到台阶时瞬时速度方向不同 D. 两小球刚好落到台阶时瞬时速度方向相同 三、实验题（本大题共2小题，共16.0分） 13. 为验证做匀速圆周运动物体的向心加速度与其角速度、轨道半径间的定量关系：，某同学设计了如图所示的实验装置。其中AB是固定在竖直转轴上的水平凹槽，A端固定的压力传感器可测出小钢球对其压力的大小，B端固定一宽度为d的挡光片，光电门可测量挡光片每一次的挡光时间。 实验步骤： 测出挡光片与转轴的距离为L； 将小钢球紧靠传感器放置在凹槽上，测出此时小钢球球心与转轴的距离为r； 使凹槽AB绕转轴匀速转动； 记录下此时压力传感器示数F和挡光时间。 小钢球转动的角速度________用L、d、表示； 若忽略小钢球所受摩擦，则要测量小钢球加速度，还需要测出________________，若该物理量用字母x表示，则在误差允许范围内，本实验需验证的关系式为________________用L、d、、F、r、x表示 14. 某同学用如图甲所示装置“验证机械能守恒定律”时，所用交流电源的频率为，得到如图乙所示的纸带．选取纸带上打出的连续五个点A、B、C、D、E，测出A点距起点O的距离为，点A、C间的距离为，点C、E间的距离为，g取，测得重物的质量为． 下列做法正确的有________． A.必须要称出重物和夹子的质量 B.图中两限位孔必须在同一竖直线上 C.将连着重物的纸带穿过限位孔，用手提住，且让手尽量靠近打点计时器 D.实验时，先放开纸带，再接通打点计时器的电源 E.数据处理时，应选择纸带上距离较近的两点作为初、末位置 选取O、C两点为初、末位置验证机械能守恒定律，重  物减少的重力势能是_______J，打下C点时重物的速度大小是________结果均保留三位有效数字 根据纸带算出打下各点时重物的速度v，量出下落距离s，则以为纵坐标、s为横坐标画出的图像应是下列选项中的________． 四、计算题（本大题共4小题，共44.0分） 15. 汽车在水平直线公路上行驶，额定功率为，汽车行驶过程中所受阻力恒为，汽车的质量。求：汽车在整个运动过程中所能达到的最大速度； 当汽车的速度为时的加速度。 16. 分我国嫦娥四号探测器成功在月球背面着陆后，着陆器与巡视器顺利分离，“玉兔二号”驶抵月球背面。假设“玉兔二号”月球车在月球表面做了一个自由下落试验，测得物体由静止自由下落高度的时间为t。已知月球半径为R，自转周期为T，引力常量为G。求： 月球的质量。 月球同步卫星离月球表面高度。 17. 如图，一个质量为的小球以某一初速度从P点水平抛出，恰好从光滑圆弧ABC的A点的切线方向进入圆弧不计空气阻力，进入圆弧时无机械能损失。已知圆弧半径，，小球到达A点时的速度。取求： 小球做平抛运动的初速度； 点与A点的水平距离和竖直距离； 小球到达圆弧最高点C时对轨道的压力。 18. 高为的光滑斜面AB，倾角，底端与水平面BD相连，经过B点时无机械能损失，在水平面末端墙上固定一轻弹簧，水平面BC段粗糙，长度为20 m，动摩擦因数，水平面CD段光滑，且等于弹簧原长，质量为的物块，由斜面顶端A点静止下滑，求： 弹簧被压缩具有的最大弹性势能； 物块最终会停在距离C点多远的地方； 物块与水平面摩擦产生的热量为多少。 答案和解析 1.【答案】D 【解析】 【分析】 小球被释放后做圆周运动，只有重力做功，机械能守恒，在下落过程中速度逐渐增大，运动过程中，由向心力公式可判断出向心力变化．绳子拉力与小球速度始终垂直，对小球不做功．重力的瞬时功率由公式可判断． 本题主要考查了圆周运动向心力公式、机械能守恒定律及牛顿第二定律的直接应用，要求同学们能正确分析小球的受力情况，会利用特殊点法分析重力做功的功率变化情况． 【解答】 A、小球从A点运动到B点过程中，速度逐渐增大，由向心力公式可知，向心力逐渐增大，故A错误； B、小球做圆周运动，细绳对小球的拉力方向始终与小球的速度垂直，可知，拉力对小球不做功，故B错误； C、重力对小球做的功为mgL，则其平均功率不为零，故C错误； D、小球在A点时速度为零，重力的瞬时功率为零，到达B点时，重力与速度垂直，由公式可知重力的瞬时功率也为零，则重力对小球做功的瞬时功率先变大后变小，故D正确； 故选：D。 2.【答案】D 【解析】 【分析】 对物体受力分析，可以求得斜面对物体的支持力和摩擦力，再由功的公式即可求得对物体做的功的大小。 对物体受力分析，求出力的大小，再由功的公式即可做功的大小。 【解答】 物体处于静止，对物体受力分析可得， 在竖直方向       在水平分析   解得  ，  支持力与竖直方向的夹角为 A.摩擦力做的功，故A错误； B.支持力做的功为，故B错误； C.重力做功为零，故C错误； D.由于匀速运动，所以斜面体对物体作用力的合力与速度方向垂直，则作用力做的总功为零，故D正确。 故选D。 3.【答案】A 【解析】 【分析】 当汽车以额定功率行驶时，随着汽车速度的增加，汽车的牵引力会逐渐的减小，直到最后牵引力和阻力相等，到达最大速度之后做匀速运动，此时的速度达到最大，由功率公式求出阻力，再根据牛顿第二定律求解加速度。 本题考查的是汽车的启动方式，对于汽车的两种启动方式，恒定加速度启动和恒定功率启动，对于每种启动方式的汽车运动的过程一定要熟悉。 【解答】 当牵引力和阻力相等时，汽车的速度最大，最大速度为，由可得， 阻力 速度达到时汽车的牵引力为 由牛顿第二定律可得， ， 所以。 故选A。 4.【答案】C 【解析】 【分析】 本题对物理过程进行受力、运动、做功分析，是解决问题的根本方法。要注意系统的机械能守恒，但圆环的机械能并不守恒。分析圆环沿杆下滑过程中的受力和做功情况，只有重力和弹簧的拉力做功，所以圆环机械能不守恒，但是系统的机械能守恒；根据形变量的变化分析弹簧弹性势能的变化；对系统，由机械能守恒求弹簧的弹性势能在整个过程中增加量。根据功率公式可分析何时功率为零。 【解答】 A、在下滑过程中，有两个力对圆环做功，即环的重力和弹簧的拉力，所以圆环的机械能不守恒，如果把圆环和弹簧组成的系统作为研究对象，则系统的机械能守恒，故A错误， B、弹簧的弹性势能随弹簧的形变量的变化而变化，由图知弹簧先缩短后再伸长，故弹簧的弹性势能先增大再减小后增大。故B错误。 C、根据系统的机械能守恒，圆环的机械能减少了mgh，那么弹簧的机械能即弹性势能增大了mgh。故C正确。 D、由功率公式可得，当力为零、速度为零或两者的夹角为时，弹力的功率均可以为零，因此弹力功率为零有4处：开始和末了位置，弹簧原长位置和弹簧与杆垂直位置，故D错误。 故选：C。 5.【答案】C 【解析】 【分析】 根据下降的高度求出重力做功的大小，重力做正功重力势能减少；根据动能定理求出小球动能的增加量；根据功能关系求出小球机械能的变化量；根据瞬时功率公式求出重力的瞬时功率。 本题考查了功能关系的基本运用，知道重力做功与重力势能变化的关系，除重力以外其它力做功与机械能的关系，并能灵活运用。 【解答】 A.小球运动过程中下降的高度为h，则重力做功为mgh，重力势能减少了mgh，故A错误； B.根据动能定理得：，故小球的动能增加了，故B错误； C.整个运动过程中，克服空气阻力做功为：，根据功能关系知，小球的机械能减少了，故C正确； D.落地时，速度方向不是竖直向下，则重力的瞬时功率不等于mgv，故D错误。 故选C。 6.【答案】D 【解析】 【分析】 解决本题的关键知道B实际的运动是水平方向上的分运动和竖直方向上的分运动的合运动；根据牛顿第二定律可比较出拉力和重力的大小。 【解答】 A.因A、B之间的距离以规律变化，则可知伤员上升的高度，在竖直方向上有向上的加速度，根据牛顿第二定律有，可知拉力大于重力，A错误； B.直升机A和伤员B以相同的水平速度匀速运动，所以悬索是竖直的，B错误； C.伤员在水平方向上的速度不变，在竖直方向上的速度逐渐增大，所以合速度大小逐渐增大，C错误； D.B实际的运动是水平方向上的匀速直线运动和竖直方向上的匀加速直线运动的合运动，是加速度不变的曲线运动，D正确。 故选D。 7.【答案】B 【解析】 【分析】 小球做匀速圆周运动，提供圆周运动的向心力是重力mg和支持力F的合力，作出力图，得出向心力大小不变，H越高，圆周运动的半径越大，由向心力公式分析周期、线速度大小。 本题考查应用物理规律分析实际问题的能力。此题是圆锥摆模型，关键是分析物体的受力情况，抓住不变量进行研究。 【解答】 对球受力分析，如图所示 A.侧壁对小球的支持力不变，则小球对侧壁的压力不变，故A错误； 小球做匀速圆周运动，由重力mg和支持力F的合力提供圆周运动的向心力，作出力图如图，则向心力为：，m，不变，向心力大小不变，根据牛顿第二定律得，H越高，r越大，不变，则v越大，故B正确，C错误； D.根据，解得，则知H越高，r越大，T越大，故D错误； 故选B。 8.【答案】A 【解析】 【分析】 根据万有引力提供向心力求出第一速度的大小，从而得出第一宇宙速度之比； 根据万有引力等于重力得出重力加速度的表达式，从而得出重力加速度之比。 解决本题的关键掌握万有引力等于重力和万有引力提供向心力这两个理论，并能灵活运用。 【解答】 根据万有引力提供向心力为：，第一宇宙速度公式有：，，故A正确，B错误． 根据得重力加速度公式为：，，故CD错误 故选A。 9.【答案】CD 【解析】 【分析】 本题考查了本题考查了向心力、万有引力定律及其应用；知道解决天体运动问题的一般方法：万有引力提供向心力；根据开普勒第三定律可得半长轴越大，运动周期越大。 通过宇宙速度的意义判断嫦娥四号发射速度的大小；根据开普勒第三定律，结合半长轴的大小与圆轨道半径的大小比较运动的周期；根据圆周运动和离心运动来解释M点的速度大小。 【解答】 A.嫦娥四号发射出去后绕地球做椭圆运动，没有离开地球束缚，故嫦娥四号的发射速度大于，小于，故A错误； B.根据开普勒第三定律可得半长轴a越大，运动周期越大，显然轨道Ⅰ的半长轴半径大于轨道Ⅱ的半长轴，故沿轨道Ⅰ运动的周期大于沿轨道Ⅱ运动的周期，故B错误； C.根据，得加速度，知“嫦娥四号”在两轨道上的P点加速度大小相等，故C正确； D.嫦娥四号在地月转移轨道上经过M点时要进入Ⅰ轨道需要减速，故“嫦娥四号”在地月转移轨道上经过M点的速度大于在轨道Ⅰ上经过M点的速度，故D正确。 故选CD。 10.【答案】ABD 【解析】 【分析】 解决本题的关键要从图象读取有效信息，明确动能、重力势能和机械能的关系，根据功能关系进行解答。 根据时的值和公式求出物体的质量；根据功能关系求解阻力；时，物体的动能为根据动能与机械能、重力势能的关系求物体的动能减少量。 【解答】 A、由图知，时，由得，故A正确；  B、上升的过程中机械能减少，根据功能关系可得，解得，故B正确； C、时，，，则物体的动能为，故C错误；  D、从地面至，物体的机械能减少了20J，重力势能增加了80J，因此，物体的动能减少100J，故D正确。 故选：ABD。 11.【答案】AD 【解析】 【分析】 将物块A的速度分解为沿绳子方向和垂直于绳子的方向，在沿绳子方向的分速度等于B的速度，当A运动到与滑轮等高处时，B的速度为零，分析机械能是否最大。 解决本题的关键会对速度进行分解，以及掌握机械能守恒的条件，会利用系统机械能守恒解决问题。 【解答】 设轻绳与竖直方向夹角为，将物块A的速度分解为沿绳子方向和垂直于绳子的方向，在沿绳子方向的分速度等于B的速度在沿绳子方向的分速度为，所以，故A正确，B错误； C.AB组成的系统只有重力做功，系统机械能守恒，系统重力势能的减小量等于系统动能的增加量，则小球B重力势能的减小等于系统动能的增加和A的重力势能的增加，故C错误； D.除重力以外其它力做的功等于机械能的增量，物块A上升到与滑轮等高前，拉力做正功，机械能增加，物块A上升到与滑轮等高后，拉力做负功，机械能减小，所以A上升到与滑轮等高时，机械能最大，故D正确。 故选AD。 12.【答案】AD 【解析】 【分析】 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，知道运动的时间由高度决定，初速度和时间共同决定水平位移。 【解答】 A.根据得，，因为甲乙两球下降的高度之比为1：4，则下落的时间之比为1：2，故A正确； B.两球水平位移之比为1：4，根据知，初速度之比为1：2，故B错误； 两球分别落在B点和E点，可知两球位移与水平方向的夹角相同，因为平抛运动某时刻速度方向与水平方向夹角的正切值是位移与水平方向夹角正切值的2倍，可知两瞬时速度方向相同，故C错误，D正确。 故选AD。 13.【答案】 ；小钢球质量；  。 【解析】 【分析】 本题考查了验证做匀速圆周运动物体的向心加速度与其角速度、轨道半径间的定量关系；此实验是对牛顿第二定律和向心加速度关系式的考察运用，要把牛顿第二定律和向心加速度关系式综合起来运用。 有遮光片的宽度和挡光时间可求出遮光片的线速度，根据角速度与线速度的关系式即可算出小球角速度； 由牛顿第二定律可知需要测量的物理量以及需验证的关系式。 【解答】 遮光片的线速度，遮光片的角速度，遮光片和小球角速度相同所以小球角速度； 由牛顿第二定律可知，，所以要测量小球加速度，还需测出小球质量。 因此，，又因为： 所以要验证的关系式：． 故答案为： ；小钢球质量；  。 14.【答案】； ；； 。 【解析】 【分析】 了解实验中的注意事项后分析解答。 重物减少的重力势能为mgh，根据在匀变速直线运动中时间中点的瞬时速度大小等于该过程中的平均速度，可以求出打下记数点C时的速度大小； 根据机械能守恒的表达式可明确对应的图象 【解答】 验证机械能守恒定律，质量可约掉，不须要称出重物和夹子的质量，A错误； B.题图甲中两限位孔必须在同一竖直线上，故B正确； C.实验前，手应提住纸带上端，并使纸带竖直，使重物尽量靠近打点计时器，C错误； D.开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再释放重物，让它带着纸带一同落下，如果先放开纸带让重物下落，再接通打点计时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差，故D错误 E.数据处理时，应选择纸带上距离较远的两点作为初、末位置，以减小测量的误差，故E错误． 重物减少的重力势能为：  打下C点时重物的速度 在验证机械能守恒定律的实验中，有： 则有：，g是常数，所以图线为过原点的倾斜直线，故C图正确。 15.【答案】解：汽车达到最大速度时，合力为零。 所以汽车所受阻力等于牵引力，即 而汽车牵引力为 所以汽车最大速度为； 当汽车的速度时， 汽车的牵引力为 由牛顿第二定律可得： 所以汽车的加速度为。 【解析】本题考查的机车启动和运动问题，当牵引力等于阻力时，机车速度达到最大；以及利用牛顿第二定律和瞬时功率公式求解。 当牵引力等于阻力时速度达到最大，直接带入瞬时功率公式求最大速度； 根据求出牵引力，再根据牛顿第二定律求出加速度。 16.【答案】解：由自由落体运动规律有， 解得； 在月球表面的物体受到的重力等于万有引力， 解得； 月球同步卫星绕月球做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力，有 ， 解得。 答：月球的质量为； 月球同步卫星离月球表面高度为。 【解析】本题主要考查求解天体质量，掌握万有引力提供向心力是求解的关键。 由自由落体运动规律有，求出月球表面重力加速度；在月球表面的物体受到的重力等于万有引力，求出月球的质量； 月球同步卫星绕月球做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力，求出月球同步卫星离月球表面高度。 17.【答案】解：小球恰好从光滑圆弧ABC的A点的切线方向进入圆弧，则小球到A点的速度与水平方向的夹角为，所以：            由平抛运动的规律得：，，       代入数据，解得：，。     从A到C的运动过程中，运用动能定理得：         代入数据解之得：。       由圆周运动向心力公式得：        代入数据解之得：        由牛顿第三定律，得：小球对轨道的压力大小8N，方向竖直向上。 答：小球做平抛运动的初速度为；点与A点的水平距离为，竖直距离为；    小球到达圆弧最高点C时对轨道的压力大小为8N，方向竖直向上。 【解析】恰好从光滑圆弧ABC的A点的切线方向进入圆弧，说明到到A点的速度方向与水平方向的夹角为，这样可以求出初速度； 平抛运动水平方向做匀速直线运动，竖直方向做自由落体运动，根据平抛运动的基本规律求出P点与A点的水平距离和竖直距离； 选择从A到C的运动过程，运用动能定理求出C点速度，根据向心力公式求出小球在最高点C时对轨道的压力。 本题是平抛运动和圆周运动相结合的典型题目，除了运用平抛运动和圆周运动的基本公式外，求速度的问题，动能定理不失为一种好的方法。 18.【答案】解：物块从A点沿斜面下滑，从A点到到达C点过程， 由动能定理可得：， 解得物块到达C点时的动能为：， 此后其压缩弹簧，由于水平面光滑，故减小的动能完全转化为弹簧的弹性势能，故其最大弹性势能为：； 弹簧恢复形变过程，将滑块推出，其弹性势能转化为滑块到达C点的动能，此后摩擦力做功，动能又通过克服摩擦力做功转化为内能， 则有：， 解得：，即物块会停在距离C点5m的地方； 由功能关系可得物块与水平面摩擦产生的热量为： 。 【解析】本题主要考查功能关系、动能定理的理解与应用，明确过程中的功能关系是解题的关键，难度不大。 对AC过程应用动能定理解得物体达到C位置时的动能，再由系统机械能守恒得解； 由功能关系解得物块停止的位置； 由摩擦力做功得解。 第2页，共2页 $