2021年第十四届中学生数理化生综合实践活动高一应用知识展示物理试题（A卷）

第十四届中学生数理化综合实践活动 高一年级物理应用知识展示试题 参考答案及评分标准 （选择题每小题6分，共计48分） 1. D 2.D 3. C 4.A 解析：羽毛球上升阶段，竖直方向的速度逐渐减小，图像的斜率逐渐减小，在最高点，竖直方向的速度为零，即图像的斜率为零；羽毛球下落阶段，竖直方向的速度逐渐增大，图像的斜率逐渐增大。羽毛球上升阶段竖直方向的合力较大，加速度较大，根据匀变速直线运动的规律，羽毛球上升阶段竖直方向的初速度大于下降阶段竖直方向的末速度，即羽毛球上升阶段竖直方向的平均速度较大，上升时间较短。综上所述，只有选项A正确。 故选A。 5.D 解析：由胡克定律可知：每根橡皮条提供的弹力F＝kL，由力的平行四边形定则和几何关系可得：F合＝2Fcosθ＝2F×＝，选项D正确，选项A、B、C错误． 答案：D 6.A 解析：A．红外线的传播速度等于光速，可以认为汽车A与测速仪B相距时，开始刹车做匀减速直线运动直到停止。设汽车A接收到超声波的信号时，它与测速仪B之间的距离为x，则汽车从开始刹车到停止，先后通过与两段距离所用时间分别等于超声波往返的时间，且这两段时间一定相等。根据初速度等于零的匀加速直线运动连续相等时间的比例规律，可知这两段距离之比为3：1，即 解得 A正确； B．汽车A从开始刹车至停止所用的时间等于超声波往返的时间 B错误； C．由逆向思维，汽车A刹车过程中，有 解得加速度大小为 C错误； D．同理，汽车A刹车过程中的初速度大小为 D错误。 故选A。 7. B 解析： 对小物块受力分析，因为，设弹性轻绳开始原长到A点的伸长量为， 则在A点物块对地面的压力 设在B点绳子与竖直方向的夹角为θ，则物块在B点弹性轻绳中的张力 则物块在B对地面的压力为 因为，小物块从B运动到A的过程中，绳与竖直方向的夹角减小，增大，物块对地面的正压力减小，由可知，小物块受到的滑动摩擦力逐渐减小。故选B。 8、B 9. ③ （6分） 10. （6分） 解析：将螺线管等效看作是高为h，长度为l的斜面，则小球在螺线管上运动时的加速度大小为 设小球在进行第n次圆周运动时的初、末速度大小分别为v1、v2，根据运动学规律有 解得小球第n次圆周运动所用的时间为 11.；；（每空6分） 解析：（1）设划水阶段和运桨阶段赛艇的加速度分别为、，设动力大小为F，阻力大小为f，由牛顿第二定律可得：划水阶段有。空中运桨阶段有 又 联立可得 （2）设赛艇的最大速度为，根据题意可知，运动员完成一次动作，赛艇前进了26m，则 由题意知，， 结合 解得 则 12. （每空6分） 解析：（1）A到中点  从中点到A有  t总=t1+t2                  解得       . (2)由C到D有 设摄像机受到的风力为F，绳子拉力为T ，重力为mg。则 Tsinβ-F=ma Tcosβ=mg 得 13. 解：（1）雨滴下落到地面的速度 （2分） 由运动学公式和牛顿第二定律得 （ 2分） F1=ma1 （2分） 联立解以上各式并代入数据得 F1=500 N （2分） （2） 由运动学公式和牛顿第二定律得 a2= （2分） F2=ma2 （1分） 联立解以上各式并代入数据得F2=0.67N （2分） 由动能定理（或功能关系）得W浮+W阻=WG -mv22=0.5J （2分） 14、设绳子中的张力为，仪器对绳子的拉力可以分解为拉绳的两个力，而 （3分） 如图所示，由构成一个菱形，依图中几何关系有 （3分） 又因为绳发生的是微小形变，所以 （3分） 故 （3分） 当时 （3分） 15【解析】(1)小球受到重力mg、上下两根轻杆的拉力F1、F2，，如图所示 竖直方向上，物体处于平衡状态 （2分） 水平方向上，由牛顿第二定律 （2分） 且 （2分） 下面套筒受到重力Mg、左右两根轻杆的拉力为F3、F4（根据对称性，F3、F4相等），由物体的平衡可知 ， （2分） 而 （2分） 联立，解得 （2分） (2)升高。 （3分） 由于扰动，蒸汽机的转速降低，套筒才会下移。为保持原来的转速，传动机构应使蒸汽机转速升高。（3分） 16、解：不妨设水杯高为1个单位． （1）由题意可知，当装了半杯水后，杯子质量:水的质量． （2分） 若，则杯子质量:水的质量， （2分） 即杯子占总质量的， （1分） 水占总质量的， （1分） 又因为杯子的重心位置（这里的重心位置指重心到水杯底面的距离）为，水的重心位置为，所以装入半杯水后的水杯的重心位置为，（2分） 故装入半杯水后的水杯的重心到水杯底面的距离与水杯高度的比值为．（2分） （2）设装入水后的水杯的重心位置为，将问题转化为：求当为何值时，最小． 当装入水后，杯子质量:水的质量，即杯子占总质量的，水占总质量的，杯子的重心位置为．因为装入水的质量为，水的高度为1，所以装入质量为的水，水的高度为，故水的重心位置为， 所以装入水后的水杯的重心位置为 （4分） 有基本不等式知，当（2分） 即时，f（x）有最小值（1分） 即装入的水后使装入水后的水杯的重心最低．（1分） 学科网（北京）股份有限公司 $$第十四届中学生数理化综合实践活动 高一物理应用知识展示试题(A卷) 地区 学校 姓名 信息卡号 测试说明： 1.必须在答题纸上答卷，否则成锁无效：选择题的答案涂到答题纸对应题目的标号上，非 选择题的答案书写在答题纸指定区城内」 2.请在答题纸和试卷上填写有效信息.考试时间为120分钟，满分150分 3.成绩查询：2022年1月5日起，可通过指定网站(www.isuyang.cm)查询成绩， 一、选择题（本大题共8小题，每小题6分，共48分，每小题只有1个选项正确） 1.北京时间2021年10月5日下午，2021年诺贝尔物理学奖 揭晓，3位科学家因对复杂系统中的混沌和明显随机现象的 研究而分享了2021年的诺贝尔物理学奖.下列不属于他们研 究范围的是(). A.全球气候变化 B.原子到行星尺度的物理系统 C.人工神经网络 D.理想状态下的机械运动 2.如图为2022年冬奥会国家跳台滑雪中心“雪 如意”，它由出发台、助滑坡、着陆坡、缓冲区四 部分构成，下列说法正确的是(. A.运动员出发后先做加速直线运动，接着 做减速直线运动 B.若助滑坡和者陆坡雪质一样，则运动员 在两个阶段加速度一样 C.运动员在整个过程中有一段时间只受重力作用 D.运动员在助滑阶段的重心应比着陆阶段重心低 高一物理(A卷)共5页第1页 3.有一个运动员参加了在雪如意组织的测试赛，以下四个姿势是该运动员在比赛过程中某四 个时间点展现出来的姿态，则四个姿态中运动员加速度数值最大的可能是( D 4.2021年举行的东京奥运会上，我国羽毛球选手陈雨非获得女单冠军. 如图为陈雨菲在发球时常采用的高远球发后场战术，球的运动轨迹如图 所示，假设此过程中羽毛球竖直方向所受空气阻力大小保持不变，以竖 直向上为正方向，则下列关于羽毛球竖直方向的位移一时间图象中，可能正确的是( 5,如图所示，一个“Y“形弹号顶部跨度为L,两根相同的橡皮条自由长 度均为L,在两橡皮条的末端用一块软羊皮（长度不计）做成裹片.若橡 皮条的弹力与形变量的关系满足胡克定律，且劲度系数为k,发射弹丸 时每根橡皮条的最大长度为2L(弹性限度内)，则发射过程中裹片对 弹丸的最大作用力为( A.kL B.2k1 C 21 D.V 2 6.如图所示为研究自动驾驶技术的一个实 验示意图，在平直公路上，汽车A向超声测 速仪B做直线运动，设1，=0时汽车A与测 红外线 速仪B相距d1-347.5m,此时测速仪B发 超声 A 运动方向 出一个超声波信号和红外线，汽车A接收到 红外线时刹车做匀减速运动，当测速仪B接收到反射回来的超声波信号时，汽车A恰好停止， 此时汽车A和测速仪B相距d:=337.5m,已知超声波的速度e-340m·s1,红外线的速 度远大于超声波的速度，下列说法正确( A.汽车A接收到超声波的信号时，它与测速仪B的间距为340m B.汽车A从开始刹车至停下的时间为2.5s C,汽车A刹车过程中的加速度大小为6m·s D.汽车A刹车过程中的初速度大小为12m·s 高一物理(A卷)共5页第2页 7,如图所示，A、B是粗糙水平面上的两点，O、P,A三点在同一竖直 线上，且OP=L,在P点处固定一光滑的小立柱，一小物块通过原长 为L。的弹性轻绳与悬点O连接.当小物块静止于A点时，小物块受 到弹性轻绳的拉力小于重力.将小物块移至B点（弹性轻绳处于弹性 限度内，且满足胡克定律)，由静止释放后小物块沿地面向左运动通过 A点，若L。<L,则在小物块从B运动到A的过程中(). A,小物块受到的滑动摩擦力保持不变 B.小物块受到的滑动摩擦力逐渐减小 C,小物块受到的滑动摩擦力逐渐增大 D.小物块受到的滑动摩擦力先减小后增大 8.我国在2020年7月成功发射“天问1号”，开始了火星探测任务.已知质量为m的着陆器在 着陆火星前，会在火星表面附近经历一个时长为。、速度由。减速到零的过程已知火星的质 量约为地球的0.1倍，半径约为地球的0,5倍，且重力加速度与天体质量成正比，与半径的平 方成反比.地球表面的重力加速度大小为g,忽略火星大气阻力，若该减速过程可视为一个竖直 向下的匀减速直线运动，此过程中着陆器受到的制动力大小约为( A.m0.4g-)Rm0.4g+)Cm0.2g-2） t。 D.m(0.2g+) t 二、填空及实验探究题（本大题共4小题，共36分） 9.(6分)有一如图所示的行李箱被同学提上了公交车，上车后有以下几种 摆放方式：①竖放，如图所示：②侧放（即让图中的左侧面与公交车地板 接触)：③平放，即让图中面积最大的箱子背面与公交车地板接触.上述方 式中你认为最稳定的是 (填“①”“②”或“③”) 10.(6分)如图，竖直放置的等螺距螺线管是用长为【的透明硬质直管（内径 远小于)弯制而成，高为h,将一光滑小球自上端管口由静止释放，从上向 下看（俯视），小球在重复做半径为R的圆周运动.小球第n次圆周运动所用 的时间为 11.(12分)2021年7月28日东京奥运会，中国组合陈云霞 张灵、吕杨，崔晓桐，夺得赛艇女子四人组冠军，为我国夺得 奥运第10金，女子四人双桨比赛中，赛艇（含运动员和装备） 的总质量为250kg,运动员用双桨同步划水使赛艇沿直线 高一物理(A卷)共5页第3页 运动，一次动作分划水和空中运桨两个阶段，假设划水和空中运桨时间均为1s,划水时双桨产 生动力大小为赛艇所受阻力的2倍，阻力大小恒定某时刻双桨刚人水时赛艇的初速度大小为 5m·s·,运动员紫接着完成一次动作的过程中，赛艇前进了26m,则划水和空中运桨两阶段 赛艇的加速度大小之比为 :此过程中赛艇的最大速度的大小为 12.(12分)某中学阳光体育活动跑操过程如图所示.环形 跑道由矩形ABCD和两个半圆BEC,DFA组成.已知AB 长L,AD长d跑操时，学生均匀地排列在环形跑道上以 相同的方式整齐地跑动，某人用遥控直升机下悬挂质量为 m的摄像机拍摄跑操情况.开始时遥控直升机悬停在C点 正上方. (1)小王在跑操前正好站在A点，听到起跑命令后从静止开始沿AB方向做匀加速直线 运动，到达AB中点时速度达到，然后匀速率跑动则小王跑完一圈所用的时间为 (2)若遥控直升机从C点正上方运动到D点正上方经历的时问为：，直升飞机的运动视作 水平方向的匀加速直线运动.在拍摄过程中悬挂摄影机的轻绳与竖直方向的夹角始终为B,假 设空气对摄像机的作用力始终水平，这段时间内空气对摄像机作用力的大小为 三、解答题（本大题共4小题，共66分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步 骤只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位) 13.(15分)下雨是常见的自然现象，如果雨滴下落为自由落体运动，则雨滴落到地面时，对地 表动植物危害巨大实际上，动植物都没有被雨滴砸伤因为雨滴下落时不仅受到重力，还受到 空气浮力和阻力，才使得雨滴落地时不会因速度太大面将动植物砸伤，某次下暴雨，质量m一 2.5×10kg的雨滴，从高h=2000m的云层下落(g取10m·s). (1)如果不考虑空气浮力和阻力，雨滴做自由落体运动，落到地面经△：1=1.0×10s速 度变为零因为雨滴和地面作用时间很短，可认为在△1时间内地面对雨滴的作用力不变且不 考虑雨滴的重力，求地面对雨滴作用力的大小： (2)考虑到雨滴同时还受到空气浮力和阻力的作用，设雨滴落到地面的实际速度为8m· s',落到地面上经△：=3.0×10s速度变为零，在△1：时间内地面对雨滴的作用力不变且 不考虑雨滴的重力，求地面对雨滴作用力的大小以及雨滴下落过程中克服空气浮力和阻力所 做功的代数和， 高一物理(A卷)共5页第4页 14.(15分)电梯修理员、牵引专家和赛艇运动员 等，常需要知道绳子或金属线中的张力，可又不能 -2a 到那些绳，线的自由端去测量，为解决这些问题，一 家英国公司研制出一种夹在绳上的仪表，用一个杠杆使绳子的某点有一个微小偏移量，如图所 示，仪表便很容易就能测出垂直于绳的回复力.请推导一个能计算绳子中张力的公式：如果偏 移量8为12mm,2a为250mm,回复力为300N,计算绳中的张力. 15,(18分)飞球调速器是英国工程师詹 姆斯·瓦特于1788年为控制蒸汽机速度 而设计的，如图甲所示，这是人造的第一 个自动控制系统如图乙所示是飞球调速 器模型，它由两个质量为m的球通过4 根长为1的轻杆与竖直轴的上，下两个套 筒饺接，上面套简固定，下面套筒质量为M,可沿轴上下滑动，不计一切摩擦，重力加速度为g, 当整个装置绕竖直轴以恒定的角速度仙匀速转动时（飞球调速器的旋转速度和蒸汽机相同）： (1)求此时轻杆与竖直轴之间的夹角0的余弦值： (2)为实现对蒸汽机的自动控制（即将蒸汽机的转速控制在一定范围内），由于扰动，当套 筒下移时，传动机构应使蒸汽机的转速升高还是降低？请简述其控制原理。 16.(18分)已知圆柱形水杯质量为a,其重心在圆柱轴的中点处（杯底厚度及重量忽略不计， 且水杯直立放置)，质量为6的水恰好装满水杯，装满水后，水杯的重心还在圆柱轴的中点处。 (1)若b=3a,求装入半杯水后的水杯的重心到水杯底面的距离与水杯高的比值. (2)水杯内装多少水可以使装人水后的水杯的重心最低？为什么？ 高一物理(A卷)共5页第5页