2023年第十六届中学生数理化生综合实践活动高一物理应用知识展示试题（A卷）

第十六届中学生数理化生合实践活动 高一年级物理参考答案及评分标准 一、选择题 (本大题共８小题,每小题４分,共３２分．每小题只有１个选项正确) 1. D 2. D 解析：悬挂后背包带与竖直方向的夹角为θ，根据平衡条件可得2Fcosθ=mg；解得背包带的拉力F= ，在斜挎包的质量一定的条件下，为了使悬挂时背包带受力最小，则最大，由于相邻挂钩之间的距离为7cm，图乙中斜挎包的宽度约为21cm，故使背包带跨过四个挂钩时θ≈0，cosθ≈1，此时背包带受力最小，故ABC错误、D正确． 3. D 解析：对结点O处受力分析，设绳的拉力为T，设弹簧伸长量为，有，解得：，A错误。通过A选项分析：，解得绳的拉力：，对斜面体和A整体受力分析：绳的拉力对整体水平分力与摩擦力平衡，所以摩擦力为：，B错误。根据B选项的分析绳的拉力,斜面体右移，变大，T变大，但由于两物体质量未知，所以A受摩擦力方向无法判断，故A受摩擦力大小变化无法确定，C错误。对A与斜面体整体竖直方向受力分析，设地面对斜面体支持力为N，斜面体质量M，，因为，解得，与无关，D正确。 4. C 解析：物体受到三个力，分别是重力，绳子NB的拉力FB，绳子MA的拉力FA，物体处于静止状态，则三个力的合力为零，由题意可知，重心与O点的连线为重力的方向，FB与重力交于O点，由共点力平衡可知，FA也交于O点。故AB错误； CD．对O点受力正交分解，如图，可得水平方向有，依题意，此时MA比NB长，故，因此，则FA<FB，故C正确；D错误。故选C。 5. D 解析：图像斜率表示加速度，由图可知从 至 期间，飞船加速度不断减小，方向竖直向上（由速度为正可判断竖直向下为正方向），故A错误；从 至 期间，飞船加速度大小，故B错误；图像与时间轴围成的面积表示位移，由图知，从 至 期间，飞船下降的位移为故C错误；从 至 2期间，飞船的位移为飞船平均速度大小故D正确。故选D。 6. C 解析：由速度-位移公式，可知，故ABD错误，C正确。故选C。 7. B 解析：单位时间内的流量恒定为，取一段水柱，从离开水龙头到落地时有，，，解得，可得，，解得，即水落到地面时水柱直径，故选B。 8. C 解析：若弹簧弹力为F，则有，，，联立可得， 因为，所以，所以，，故选C。 二、填空及实验探究题(本大题共４小题,共２７分) 9.30.2 N（6分） 解析：过B点作CD的垂线，其垂足为E，由几何关系可知，BE的长度约为2m。设轻绳所在平面与水平面的夹角为，两轻绳上的拉力大小为F，合力为，石磙做匀速直线运动，所以其受力平衡，对两石磙整体受力分析，有,其中，，代入数据解得.由上述分析可知，设BD绳上的拉力与BE夹角为，则该夹角的余弦值为,有,解得。 10 . （每空3分） 解析：舰载机开始运动时，推力大于阻力，舰载机做加速运动，随着速度增加，阻力越来越大，根据牛顿第二定律可知加速度越来越小，直到阻力大小与推力F相等时，速度达到最大值，设最大速度为，此时空气阻力大小为 升力大小为，正压力大小为，甲板对舰载机的阻力为，总的阻力大小为，故 解得。根据上述分析可知，航空母舰甲板对舰载机的正压力为。 11 .匀速直线 （每空3分） 解析：设小球落至水面所用时间为t1，在水中运动做匀变速运动，加速度为a，则，v=gt1，。联立解得a=0m/s2，则小球在水中匀速运动。 设释放点距水面x，则，，，利用均值定理，当时t最小，即。 12. （每空3分） 解析：（1）根据某段时间内的平均速度等于这段时间内中点时刻的瞬时速度， 得0.4s末的速度为，0.2s末的速度为，则木块的加速度为。 (2)选取木块为研究的对象，木块沿斜面方向是受力：ma=mgsin θ-μmgcos θ,所以要测定摩擦因数，还需要测出斜面的倾角，得。 三、解答题(本大题共３小题,共４１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 .（13分） 解：（1）对木楔受力分析受到重力，压力，支持力和摩擦力，如图所示。若门推动木楔在地板上缓慢匀速移动，竖直方向 ，..........................................2分 水平方向.......................................2分 最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力.......................................2分 联立解得 .......................................2分 （2）不管用多大力推门，塞在门下缝隙处的木楔都能将门卡住而不再运动，即 .......................................2分 若木楔质量较小，可得 .......................................2分 故临界角的正切值为 .......................................1分 14 .（14分） 解：（1）设无人机在上升过程中的加速度大小为。加速过程用时，上升高度.......................................1分 末速度. 匀速过程，上升高度.......................................1分 匀减速过程，上升高度.......................................1分 根据题意. 联立解得.......................................1分 （2）设无人机在空中自由下落时间为，以大小为 的加速度匀减速下降时间为，当落地速度恰为时，在空中运动时间最短，则有 .......................................1分 . 联立解得，.......................................1分 .......................................1分 故无人机在空中下落最短时间.......................................1分 （3）根据题意分析可知，一次全过程拍摄的面积为两个半圆和一个矩形的面积。 根据乙图可得视野半径.......................................1分 则直径.......................................1分 矩形边长为水平方向加速、匀速和减速的总位移，即 ....................1分 则矩形面积为.......................................1分 两个半圆的总面积为.......................................1分 能拍摄的最大面积为.......................................1分 15.（14分） 解：（1）以物块和绳的整体为研究对象，由牛顿第二定律有.......................................3分 以物块和与其相连的长为（l―x）的绳为研究对象，由牛顿第二定律有...................3分 联立解得.................................4分 （2）由上式可知，当M>>m时，对于x在0到l之间取任意值时，都有.................................4分 即若绳质量m远小于物块质量M，可认为绳中拉力处处相等，且等于绳端点受到的力。.................................2分 学科网（北京）股份有限公司 $$第十六届中学生数理化生综合实践活动 高一物理应用知识展示(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，否则成绩无效；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域内， 2.请在答题纸和试卷上填写有效信息.考试时间为90分钟，满分100分. 3.成绩查询：2024年1月8日起，可通过指定网站(www.isuyang.cn)查询成绩. 一、选择题（本大题共8小题，每小题4分，共32分.每小题只有1个选项正确） 1.国际单位制（缩写SI)定义了米(m)、秒(s)等7个基本单位，其他单位均可由物理关系导出， 例如，由m和s可以导出速度单位m·s1.历史上，曾用“米原器”定义米，用平均太阳日定义 秒但是，以实物或其运动来定义基本单位会受到环境和测量方式等因素的影响，而采用物理 常量来定义则可避免这种困扰.1967年用铯一133原子基态的两个超精细能级间跃迁辐射的 频率△y=9192631770Hz定义s;1983年用真空中的光速c= 299792458m·s定义m.2018年第26届国际计量大会决定，7个 基本单位全部用基本物理常量来定义（对应关系如右图，例如，s对应 △y,m对应c).新SI自2019年5月20日（国际计量日）正式实施，这 将对科学和技术发展产生深远影响.下列选项不正确的是(). A.?个基本单位全部用物理常量定义，保证了基本单位的稳定性 B.用铯一133原子基态的两个超精细能级间跃迁辐射的频率定义s,辐射9192631770 个周期的持续时间为1s C.用真空中的光速c(m·s1)定义m,因为长度l与速度v存在l=vt关系，而s已定义 D.因为普朗克常量h(J·s)的单位中没有kg,所以无法用它来定义质量单位 2.如图甲为一种门后挂钩的照片，相邻挂钩之间的距离 为7cm,图乙中斜挎包的宽度约为21cm,在斜挎包的质 量一定的条件下，为了使悬挂时背包带受到挂钩的力最 小，下列措施正确的是(). 甲 乙 高一物理(A卷)共6页第1页 A.随意挂在一个钩子上 B.使背包带跨过两个挂钩 C.使背包带跨过三个挂钩 D.使背包带跨过四个挂钩 3.如右图所示，轻绳AO绕过光滑的定滑轮，一端与斜面上的物 体A相连，另一端与轻弹簧右端及轻绳BO上端的结点O相 B 连，轻弹簧轴线沿水平方向，斜面体、物块A和悬挂的物块B均 717nn 处于静止状态.轻绳的OC段与竖直方向的夹角为0，斜面倾角为α，物块A和B的质量分别为 mA、mB.弹簧的劲度系数为k,下列说法正确的是(). A.弹簧的伸长量为mag cot日 k B地面对斜面体的摩擦力大小为”65°，方向水平向右 C.若将斜面体向右移动一小段后，调整物块A的位置，使轻弹簧的轴线仍然沿水平方向， 物块A受到的摩擦力增大 D.若沿水平方向移动斜面体，保持轻弹簧轴线沿水平方向，系统处于静止状态，则斜面体 对地面的压力与A的位置无关 4.三角形薄板ABC厚薄均匀、质量均匀分布，AD、BE分别为 BC、AC边中线，过这两条中线的交点的竖直线l交BC的延长 线于O.两根轻绳分别系于A、B,轻绳BN固定在天花板某点，调 节轻绳MA,使N、B、C三点共线，且AB边保持水平，此时MA 比NB长，如右图所示.则三角形薄板静止时(). A.三点M、A、C一定共线 B.三点M、A、D一定共线 C.轻绳NB中拉力大于轻绳MA中拉力 D.轻绳NB中拉力小于轻绳MA中拉力 5.一艘飞船通过控制系统打开降落伞，从高度H=57.5km处 以v0=500m·s1的速度开始竖直向下做减速运动，从2t。 (t。=100s)时飞船开始做匀速运动，其收尾速度为0.1v。,当 t=3t。时，飞船通过反推发动机开始做匀减速直线运动，4t。时 恰好达到地面，速度为零.下列说法正确的是(). 0.1o A.从t=0至2t。期间，飞船加速度不断减小，方向竖直向下 0 2403.4t0t B.从t=3t。至4t期间，飞船加速度大小是5m·s2 C.从t=2t。至4t。期间，飞船下降的位移为5km D.从t=0至2to期间，飞船的平均速度大小是250m·s1 高一物理(A卷)共6页第2页 6.如右图所示，甲图是我国新研制的两种型号穿甲弹A1 和A2,乙图是被穿透的钢板，若它们的出膛初速度分别 可达1.8km·s1和1.5km·s1,能穿透同一种钢板厚 度的极限值分别为600mm和450mm,那它们穿透钢板 过程的加速度之比约为(). A.36:25 B.9:10C.27:25D.25:23 7.如右图所示，拧开水龙头，水向下流出的过程中流量处处相等（流 量Q即单位时间流过某横截面的液体体积，Q=Sv,v为速度，S为 横截面积)，水柱的直径会发生变化.内径为2cm的水龙头，安装在离 地面75cm高处.若水龙头开口处的流速为1m·s1,重力加速度g 取10m·s2,则水落到地面时水柱的直径为(). A.0.5 cm B.1.0 cm C.2.0 cm D.4.0 cm 8.一长度为l、劲度系数为k的均匀轻弹簧分割成长度分别为l1和l2的两部分，且l1=nl2,n 为整数，则相应的劲度系数k1和k2为( ） A.k=k n十1 &:年 C.k1=(n十1) D.k2=(n+1) n 二、填空及实验探究题（本大题共4小题，共27分） 9.(6分)如图甲所示，古代北方播种后，用驴拉两个 小石磙压土埋麦种，以利于麦种发芽.简化图如图乙所 示，AB平行于轻杆CD,轻绳AC、BD长度相同.若轻 绳长为2.01m,两石磙相同，整体（含轻杆）的总质量 乙 21kg,与地面间的摩擦力大小是其对地面正压力的3，AB=0.3m,CD=0.7m,B、L 点的高度差为1m,g取10m·s2,不计其他摩擦，则石磙做匀速直线运动时每根轻绳上的拉 力大小约为 (结果保留一位小数). 10.(6分)一航空母舰上的舰载机从静止开始在水平甲板上做 舰载机 直线加速运动，直至离开甲板起飞，如图所示.已知舰载机在甲 航空母舰 板上运动时所受到的甲板对它的阻力的大小是其正压力大小的 4倍；当舰载机速度大小为时，舰载机受到与运动方向相反的空气阻力大小为bπ2，受到垂 直于运动方向的升力大小为cv2,b、c、为常量，且b>c>0.假设驾驶员一开始就将舰载机的 推力设置为允许的恒定值F,且推力沿着机身向前的方向，舰载机在离开甲板之前的瞬间其速 高一物理(A卷)共6页第3页 度已经逼近最大此最大速度的大小为 ,对应的航空母舰甲板对舰载机的正压力大小 为 .已知舰载机质量为m,重力加速度大小为g(bmg>cF). 11.(6分)一水池水深H=0.8m.现从水面上方h=0.8m高处由静止释放一质量为m=0.1 kg的硬质球体，测得球体从释放到落至水池底部用时t=0.6s.已知球体直径远小于水池深 度，不计空气及水的阻力，重力加速度g取10·s.则球体在水中做 运动；从水面 上方处由静止释放球体，才能使球体从释放到落至池底所用时间最短， 12.(9分)为了测量木块与木板间的动摩擦因数，某小组使用DIS位移传感器设计了如图甲 所示的实验装置，让木块从斜木板上一点A由静止释放，位移传感器可以测出木块到传感器 的距离.位移传感器连接计算机，描绘出木块相对传感器的位移随时间的变化规律如图乙 所示 x/cm 24 位移传感器 14- 777777777777777777777777777777 接计算机 04 0.20.40.6 甲 乙 (1)根据图乙，计算0.4s时木块的速度v= m·s-1,木块的加速度a= m·s-(结果均保留两位有效数字). (2)为了测定动摩擦因数4，又已知木板与水平面的夹角，则：的表达式为：= (已知当地的重力加速度g,用题中的字母表示) 三、解答题（本大题共3小题，共41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.(13分)为保证空调冷气不外漏，很多办公室都安装了简易自动关门 器，该装置的原理可以简化为用一弹簧拉着的门，某次门在关闭时被卡 住，细心的小明发现了门下缝隙处塞紧了一个木楔，侧面如图所示，已 1木摆 知木楔质量为m,其上表面可视作光滑，下表面与水平地面间的动摩擦 因数为“，木楔上表面与水平地面间夹角为日，重力加速度为g,木楔质量很小，最大静摩擦力 高一物理(A卷)共6页第4页 近似等于滑动摩擦力. (1)若门推动木楔在地板上缓慢匀速移动，求门下端对木楔上表面的压力大小； (2)小明研究发现，存在临界角0。，若木楔倾角0≤0。，不管用多大力推门，塞在门下缝隙 处的木楔都能将门卡住而不再运动，求这一临界角的正切值tan0。. 14.(14分)小明利用无人机拍摄学校运动会的鸟瞰视频，无人机始终竖直向下拍摄且其视张 角为74°（如图乙），无人机由静止开始竖直向上做匀加速运动，经过2s后又匀速上升2.5s, 最后再匀减速3s,直至悬停在20m高度的空中，接着以1m·s-2加速度水平加速3s后匀速 飞行2s,再经3s减速到0，此时一次拍摄结束，最后因操作不当，无人机开始做自由落体运 动，为了无人机的安全，适当时机调整为以大小为3m·s的加速度匀减速下降，要求无人机 落地速度最大不得超过v=√10m·s1,g取10m·s2,求： (1)无人机在竖直方向做匀加速运动的加速度大小； (2)无人机在空中下落最短时间： (3)一次全过程拍摄的最大面积. 高一物理(A卷)共6页第5页 15.(14分)接触物体之间的相 互作用，如绳中的拉力、接触面 间的压力、支持力等是生活中 常见的力的作用.在处理这些相 甲 丙 互作用时，我们常用到一些理想模型：如物体间通过轻绳连接，斜面与平面间通过光滑小圆孤 连接，等等这些理想化的连接条件与一般的情形相比有哪些区别和联系呢？请分析以下问 题.如图甲所示，质量均匀分布的长绳AB质量为，绳长为l,B端与一质量为M的物块相 连，物块可视为质点现在A端作用一个大小恒定为F的水平外力，使绳拉着物块沿光滑水平 面做直线运动. (1)求在绳内距A端x处绳的拉力Fr与x的关系； (2)请证明：若绳质量m远小于物块质量M,可认为绳中拉力处处相等，且等于绳端点受 到的力. 高一物理(A卷)共6页第6页