北京市清华大学附属中学2027届高三上学期统练物理试题（9.22）

高三物理统练 2026.9.22 本部分共10题，每题3分，共30分。在每题给出的四个选项中，有的题只有一个选项是正确的，有的题有多个选项是正确的。全部选对的得3分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分。 1．如图所示，钢架雪车运动员在具有阻力的倾斜赛道上滑行，则（ ） A．运动员在转弯时加速度为0 B．运动员和钢架雪车整体机械能守恒 C．钢架雪车所受重力和赛道对钢架雪车的支持力是一对平衡力 D．钢架雪车对赛道的压力与赛道对钢架雪车的支持力是一对作用力和反作用力 2．吊环是男子竞技体操项目之一。双环由两吊绳分别悬挂。某运动员两手各握一环以静止方式展示了下列四种姿态，若同种姿态下两吊绳中的张力大小相等，则四种姿态下吊绳中张力最小的是（ ） A． B． C． D． 3．郭守敬望远镜是我国首个天文领域大科学装置，积累了大量的观测数据。分析观测数据表明，某行星绕一恒星做匀速圆周运动的周期为T，轨道半径为该恒星半径的n倍。不考虑其他星体的影响，引力常量为G，则该恒星的平均密度为（ ） A． B． C． D． 4．“外骨骼机器人”是一种能增强运动能力的可穿戴装置。如图所示，在倾角为θ的斜坡上，某同学最多能拉着质量为m的物体以恒定速度v沿斜坡向上运动；穿戴“外骨骼机器人”后，最多能拉着质量为1.4m的物体仍以相同的速度沿斜坡向上运动，绳子始终平行于斜坡，物体与斜坡之间的动摩擦因数为μ，重力加速度大小为g，则该同学穿戴装置后，拉力的功率增加了（ ） A． B． C． D． 5．如图所示，均匀介质中的三个质点S、P、Q，它们分别静止于直角坐标系Oxy平面内的（0，0）、（-2，0）和（4，3）处。t=0时刻，S从平衡位置开始垂直Oxy平面向上振动，振动频率为2 Hz，形成向外传播的简谐横波，图中实线圆表示某时刻相邻的两个波峰，则（ ） A．该波的波速大小为8 m/s B．t=0.125 s时，P位于波峰 C．该波传播到P、Q的时间差为0.75 s D．t=1.25 s以后，P、Q的位移大小始终相同 6．如图所示，质量相等的两个小物块M和N，M恰好静止于倾角为θ的固定斜面上。N从斜面上某位置由静止释放，t0时刻以速度v与M发生弹性碰撞。已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力，N与斜面间无摩擦，碰撞时间极短，斜面足够长，下列描述M、N速度规律的vM-t、vN-t图像正确的是（ ） A． B． C． D． 7．为清除太空碎片对航天器的潜在威胁，某兴趣小组提出一种设想。如图所示，一质量为m的太空碎片绕地球做半径为r的匀速圆周运动（图中实线），在Q点受到一个与其速度方向垂直且背离地心向外的瞬时冲量I作用、变轨到图中的椭圆轨道，最终进入大气层而烧毁，设地球质量为M，引力常量为G、则该太空碎片受到冲量作用后瞬间的动能为（ ） A． B． C． D． 8．如图所示，水平面内一光滑小球沿正方形线框fghi保持速率不变运行，a、b、c、d分别是各边中点，在拐点处小球所受合力的冲量大小和其动量大小的比值是（ ） A． B． C． D． 9．在物理中，图像中点、线、截距、斜率、面积的物理意义对规律的理解很有帮助，对于图中的y-x图像，下面说法不正确的是（ ） A．若x轴表示位移x，y轴表示加速度a，则图中阴影部分的面积表示速度平方的一半 B．若x轴表示位移x，y轴表示机械能E，则图线任意一点的切线斜率表示该点处物体所受合外力F C．汽车沿直线行驶时，若x轴表示汽车的速度v，y轴表示汽车的牵引力功率P，则图线任意一点的切线斜率表示该处汽车的牵引力F D．初始静止的物体仅受变力F（仅大小变化，方向不变）作用下运动时动能一直在增大，若x轴表示逐渐增大的动能Ek，y轴表示与之对应的1/F，则图中阴影部分的面积表示物体此过程的位移 10．如图所示，运动员在空场上将排球从a点击出，a点与球网顶部b点的水平距离为x，竖直距离为h，排球被击出时速度大小为v、方向与重力方向之间的夹角为θ（0°＜θ＜180°），将排球视为质点，其运动轨迹所在平面与球网平面垂直，不计空气阻力，不考虑擦网球。运动员某次以θ=90°击球时，排球无缝贴着b点的球网越过球网后正好落到对方场地的底线上，相对于此次击球，下列说法正确的是（ ） A．保持v、x、h不变，减小θ，排球一定下网 B．保持v、x、h不变，增大θ，排球一定不会出界 C．保持θ不变，增大x同时减小h，不管v怎么调整，排球不下网就一定出界 D．保持x、h不变，同时增大v和θ，排球从被击出到落地所需时间可能不变 第二部分 本部分共8题，共70分。 实验题（11题10分，12题11分，共21分） 11．某同学设计了一个验证牛顿第二定律的实验，使用的器材有：直导轨、小车、光电门、数字毫秒计、遮光条、天平、钩码、刻度尺、游标卡尺、定滑轮、细绳等。实验装置如图所示，光电门固定在导轨A处，遮光条安装在小车上。光电门上的黑点处有极细的激光束，当遮光条挡住光束时开始计时，不遮挡光束时停止计时。连接小车两端的细绳分别跨过左右定滑轮、各悬挂10个质量均为m0的钩码，定滑轮间的细绳与导轨平行。重力加速度大小为g。实验步骤如下： ⅰ．用天平测量小车和遮光条的总质量m，用刻度尺测量出遮光条右边界的距离s，用游标卡尺测量出遮光条的宽度d。 ⅱ．调节导轨倾斜程度，使小车沿导轨向右滑动时通过两个光电门的遮光时间近似相等。 ⅲ．从左侧细绳取下n个钩码挂到右侧细绳，再从导轨左端由静止释放小车，用数字毫秒计测量两个遮光条各自经过光电门A的遮光时间t1、t2（t1＞t2）。 回答下列问题： （1）步骤ⅱ操作的主要目的是__________________。 （2）步骤ⅲ中测得的小车加速度大小a=______（用d、s、t1和t2表示）。 （3）该同学改变n，测出多组a，作出a-n图像。若a-n图像明显不过原点，考虑步骤ⅰ、ⅱ和ⅲ中的操作，原因可能是______。 （4）由牛顿第二定律可推出小车的真实加速度大小a′=______（用m0、m、g和n表示），考虑到遮光条的宽度导致的系统误差，a′______a（填“＞”、“＜”或“=”）。 12．用如图1所示的实验装置验证机械能守恒定律。重锤从高处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带通过打点计时器，打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。已知当地重力加速度为g。 （1）除图中所示的装置之外，还必须使用的器材是______； A．直流电源 B．交流电 C．刻度尺 （2）下面列举了该实验的几个操作步骤： A．按照图1所示安装好实验器材并连接好电源 B．使用天平测量重锤的质量 C．先打开夹子释放纸带，再接通电源开关打出一条纸带 D．测量纸带上某些选定的点间的距离 E．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能 其中没有必要进行的或者操作不当的步骤是______（选填步骤前的字母）； （3）如图2所示，根据打出的纸带，选取纸带上的连续的五个点A、B、C、D、E，通过测量并计算出点A距起始点O的距离为s0，点AC间的距离为s1，点CE间的距离为s2，若相邻两点的打点时间间隔为T，设重锤质量为m，根据这些条件计算重锤从释放到下落OC距离时的重力势能变化量ΔEp=______，动能变化量ΔEk=______； （4）某同学利用图2中纸带，先分别测量出从A点到B、C、D、E、F、G点的距离h（其中F、G点为E点后连续打出的点，图中未画出），再计算打出B、C、D、E、F各点时重锤下落的速度v和v2，绘制v2-h图像，如图3所示，并求得图线的纵轴截距b和斜率k。则由图可得，打A点时重锤速度va=______，重力加速度g=______。 （5）某同学想用图4所示的装置验证机械能守恒定律。光滑的斜面倾角为30°，他将一条轻质细绳跨过定滑轮，绳的两端各系一个物块A和B，它们的质量相等，用手托住A，初始时A静止，B也静止在斜面底端。当绳刚好被拉紧时，释放A。他想仅利用刻度尺验证A落地前瞬间两物块的机械能之和与释放时相等，请写出他需要测量的物理量，并直接写出这些物理量应满足的关系式。 13．（6分）一小球从空中某点O水平抛出，经过A、B两点（B点未画出），已知小球在A点的速度大小为2v，方向与水平方向成45°角，小球在B点的速度大小为3v，不计空气阻力，重力加速度为g，结果可保留根号，求： （1）小球从O点抛出时的初速度的大小v0； （2）小球由A到B的运动时间t。 14．（9分）我国计划于2028年前后发射“天问三号”火星探测器，2032年前后携带火星样品返回。已知探测器在离火星一定高度处绕火星做匀速圆周运动的周期为T，线速度大小为v，引力常量为G。求： （1）火星的质量M； （2）火星的平均密度ρ； （3）若火星的半径为R，求火星的第一宇宙速度v1。 15．（9分）《天工开物》记载了一种传统木工工具——刨子。如图所示，刨子主要由刨身和刨刀构成。为体验使用刨子，小明先将刨刀取下，用大小为F、方向斜向下并与水平面夹角为θ的力作用于刨身，使其在木材水平表面做匀速直线运动，已知重力加速度大小为g。 （1）求刨身做匀速直线运动时受到的滑动摩擦力大小。 （2）若刨身与木材间的动摩擦因数为μ，求刨身的质量。 （3）将刨刀装入后，刨子总质量为M，改变推力，使刨子在木材水平表面由静止开始做匀加速直线运动。若加速度大小为a，运动距离为L，求该过程中刨子所受合力的冲量大小。 16．（8分）如图是一种球形机器人跳跃原理的示意图，水平横轴过球心O点与外壳固定，外壳上的两固定挡板位于过O点的水平线上，两质量均为m的摆锤，由长均为R的不可伸长轻绳悬挂于轴上的O点，初始时刻，两摆锤同时以水平初速度v0分别从最低点向相反方向摆动，直至与两挡板发生完全非弹性碰撞，碰撞时间极短，随后带动外壳以共同速度竖直向上运动，机器人到达最高点后落回地面瞬间，外壳立即静止，两摆锤速度不变，与挡板分离，继续向下运动。已知机器人（含摆锤）总质量为M=4 kg，m=1 kg，R=0.4 m，v0=4 m/s。重力加速度取g=10 m/s2，忽略空气阻力，摆锤可视为质点，求： （1）摆锤与挡板碰撞后瞬间，机器人的动能Ek； （2）机器人外壳上升的最大高度h； （3）从摆锤开始运动到第一次外壳落地静止过程中的机械能损失ΔE。 17．（9分）中国每逢节日庆典都会点燃烟花，质量为M的烟花弹药（可以看成质点）被竖直射到高空，在最高点处爆炸后，瞬间分裂成质量相同的大量碎片并以相同的速率向四面八方均匀射出。若爆炸点距地面高度为h，爆炸所释放的化学能E=Mgh，且全部转化为碎片的机械能，碎片个数为N，忽略空气阻力，重力加速度为g。 （1）烟花爆炸后，碎片还未落到地面上的过程中，取竖直向上为正方向，请画出空中烟花最高点以及最低点碎片的v-t图像。 （2）烟花爆炸后，最低点的碎片刚落到地面上时，所有碎片在空中所围成空间图形的体积为多大？ （3）当所有的烟花碎片落地后，它们在地面上的分布将呈现出圆面的形状，这些烟花在地面上沿着环线方向______分布（“均匀”、“不均匀”），沿着径向方向______分布（“均匀”、“不均匀”）。（注：以圆面的圆心为中心画出任意大小的圆，环线方向即沿着圆周线的方向，径向即沿着半径方向）。地面上任意两片烟花碎片的距离记做L，则L的最大值____4h（填“＜”、“=”、“＞”） 思考： 17．中国每逢节日庆典都会点燃烟花，质量为M的烟花弹药（可以看成质点）被竖直射到高空，在最高点处爆炸后，瞬间分裂成质量相同的大量碎片并以相同的速率向四面八方均匀射出。若爆炸点距地面高度为h，爆炸所释放的化学能E=Mgh，且全部转化为碎片的机械能，碎片个数为N，忽略空气阻力，重力加速度为g。 （4）某次发射烟花时，发射人员为了保护广场的地砖，在地砖上放置了一块半径为r的小圆形铁板，然后将烟花放置在铁板的中心，烟花被点燃后竖直向上升空。已知铁板的几何尺寸远小于烟花炸开后碎片所围成空间图形的尺寸，试估计最终掉落到铁板上的所有碎片的总动能？ 18．（8分）小行星撞击地球虽然发生概率较低，却会使地球生命面临重大威胁。我国已经提出了近地小行星防御的发展蓝图，计划在2030年实现一次对小行星的动能撞击，2030至2035年间实现推离偏转。 如图所示，已知地球质量为M，可视为质量分布均匀的球体，引力常量为G。若一颗质量为m的小行星距离地心为r时，速度的大小，m远小于M。不考虑地球运动及其它天体的影响。 （1）若小行星的速度方向垂直于它与地心的连线，通过分析判断该小行星能否围绕地球做圆周运动。 （2）若小行星的速度方向沿着它与地心的连线指向地心。取无穷远处的引力势能为零时，小行星在距地心为r′处的引力势能。 a．设想提前发射质量为0.1 m的无人飞行器，在距离地心为r处与小行星发生迎面撞击，小行星撞后未解体。将撞击过程简化为完全非弹性的对心碰撞。为彻底解除小行星对地球的威胁，使其不与地球碰撞。求飞行器撞击小行星时的最小速度v0。 b．设想对小行星施加适当的“推力”后，使其在距离地心为r处的速度方向与它和地心连线的夹角变为30°，速度大小不变，也能解除对地球的威胁。由开普勒第二定律可知，小行星仅在地球引力作用下，它与地心的连线在任意相等时间内扫过相等的面积。求小行星在此后的运动过程中，距地心的最近距离r0。 学科网（北京）股份有限公司 $