精品解析：北京市第五十五中学2026-2027学年高三第一学期10月调研物理试卷

北京市第五十五中学2026-2027学年度第一学期 10月调研试卷 高三物理 本试卷共 8 页，共 100 分，调研时长 90 分钟 第一部分 （选择题 共 42 分） 一、单项选择（每小题3分，共42分） 1. 一定质量的理想气体从状态A经过状态B变化到状态C，过程是等温过程，BC延长线过原点，其图像如图所示。下列说法正确的是（ ） A. B. C. D. 2. 把一块带负电的锌板连接在验电器上，验电器指针张开一定的角度。用紫外线灯照射锌板，发现验电器指针的张角发生变化。下列推断合理的是（ ） A. 验电器指针的张角会不断变大 B. 验电器指针的张角会变小 C. 验电器指针的张角发生变化是因为锌板获得了电子 D. 若改用红外线照射锌板也一定会使验电器指针的张角发生变化 3. 如图所示，质量为的物体沿倾角为的固定斜面以速度匀速下滑，重力加速度为，则重力的功率为（ ） A. B. C. D. 4. 小红的书包静止在略倾斜的课桌表面上。若稍微增大桌面倾斜角，书包仍然静止。关于书包受力情况，下列说法正确的是（ ） A. 桌子对书包的支持力变大 B. 桌子对书包的摩擦力不变 C. 地面对桌子的摩擦力变大 D. 地面对桌子的支持力不变 5. 立定跳远的动作分解图如图所示，图甲为人从地面起跳的动作，图乙、丙为人在空中的动作，图丁为人的落地动作，不计空气阻力，下列说法正确的是（　　） A. 图甲中，地面对人的摩擦力向左 B. 图乙中，人处于失重状态 C. 图丙中，人处于超重状态 D. 图丁中，地面对人的支持力大于人对地面的压力 6. 一小球从a点被水平抛出，若小球每次与地面碰撞都会损失一部分机械能，不计空气阻力，则小球经过多次弹跳后停在水平地面，部分运动轨迹如图所示，下列说法正确的是（ ） A. 小球在a点的机械能大于在b点的机械能 B. 小球在b点的动能可能等于在d点的动能 C. 从c点到d点，小球的动能先减小后增大，机械能不变 D. 从a点到c点，小球的动能和重力势能均先减小后增大 7. 如图所示，某人从同一点水平抛出a、b、c三个小球，分别撞在竖直墙壁上，不计空气阻力，下列说法正确的是（　　） A. c的运动时间比a的运动时间短 B. a、b、c的速度变化量的方向不同 C. a抛出时的初速度比b抛出时的初速度大 D. b的质量一定比c的质量小 8. 一辆小汽车在水平路面上由静止启动，在前5s内做匀加速直线运动，5s末达到额定功率，之后保持额定功率运动，其v-t图像如图所示，已知汽车的质量为m=2×103kg，汽车受到的阻力为车重的0.1倍，g取10m/s2，则下列说法正确的是（ ） A. 汽车在前5s内的加速度为0.5m/s2 B. 汽车的最大速度为15m/s C. 汽车的额定功率为50kW D. 汽车在前5s内的牵引力为6×103N 9. 如图所示，天和核心舱处于半径为r3的圆轨道Ⅲ；飞船处于半径为r1的圆轨道Ⅰ上的A点，通过变轨操作后，沿椭圆轨道Ⅱ运动到B处与核心舱对接。则飞船（ ） A. 由轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ要在A点减速 B. 沿轨道Ⅱ运行时经过B点的速度小于A点的速度 C. 沿轨道Ⅱ运行时经过B点的加速度大于A点的加速度 D. 沿轨道Ⅲ运行的周期小于沿轨道Ⅰ运行的周期 10. 2025 年 2 月，实践 25 号卫星成功为北斗 G7 卫星加注推进剂，完成了人类航天史上首次“太空加油”。已知北斗 G7 卫星在地球同步静止轨道绕地球做匀速圆周运动，下列说法正确的是（　　） A. 北斗 G7 卫星的运行周期小于地球赤道上随地球自转物体的运行周期 B. 北斗G7 卫星的向心加速度小于地球表面附近的重力加速度 C. 北斗G7 卫星的运行速度小于地球赤道上随地球自转物体的线速度 D. 加注燃料前，北斗 G7 卫星受到稀薄大气阻力，高度降低，线速度减小 11. 如图所示，一轻杆可绕光滑固定转轴，在竖直平面内自由转动，杆的两端固定有小球A和B（可看作质点），A、B的质量分别为和，到转轴的距离分别为和，重力加速度为。现将轻杆从水平位置由静止释放，轻杆开始绕轴自由转动，不计空气阻力，当球A到达最低点时，下列说法正确的是（ ） A. A、B系统机械能不守恒 B. 球A的机械能增大 C. 球B的机械能变化量为 D. 杆对球A做的功为 12. 如图，两个完全相同的小球由两根等长的轻绳连接，固定于O点，并以竖直线为轴，分别在水平面内做匀速圆周运动，两个小球始终处于同一竖直平面内。关于两小球的状态，下列图示描述可能正确的是（ ） A. B. C. D. 13. 如图甲所示为某离心分离装置示意图，水平转台可在电机的带动下绕过圆心的竖直轴转动。开始时将质量为1kg的物块静置于转台上，物块到转台圆心O的距离为1m，时刻启动电机，转台由静止开始加速转动，其角速度与时间关系图像如图乙所示，物块与转台间的动摩擦因数，重力加速度，则物块能随转台一起转动（相对转台静止）的时间为（　　） A. B. 1s C. D. 14. 无偿献血、救死扶伤的崇高行为，是文明社会的标志之一。现代献血常采用机采成分血的方式，就是指把健康人捐献的血液，通过血液分离机分离出其中某一种成分（如血小板、粒细胞或外周血干细胞）储存起来，再将分离后的血液回输到捐献者体内。分离血液成分需要用到一种叫离心分离器的装置，其工作原理的示意图如图所示，将血液装入离心分离器的封闭试管内，离心分离器转动时给血液提供一种“模拟重力”的环境，“模拟重力”的方向沿试管远离转轴的方向，其大小与血液中细胞的质量以及其到转轴距离成正比。血液在这个“模拟重力”环境中，也具有“模拟重力势能”。初始时试管静止，血液内离转轴同样距离处有两种细胞a、b，其密度分别为和，它们的大小与周围血浆密度的关系为。对于试管由静止开始绕轴旋转并不断增大转速的过程中，下列说法中正确的是（ ） A. 细胞a相对试管向外侧运动，细胞b相对试管向内侧运动 B. 细胞a的“模拟重力势能”变小，细胞b的“模拟重力势能”变大 C. 这种离心分离器“模拟重力”对应的“重力加速度”沿转动半径方向向外侧逐渐变大 D. 若某时刻a、b两种细胞沿垂直于转轴方向的速率相等，则“模拟重力”对细胞a做功的功率等于对细胞b做功的功率 第二部分 非选择题（共58分） 二、实验题（共18分） 15. 利用图甲装置做“验证机械能守恒定律”的实验。 （1）关于上述实验，下列说法中正确的是___________ A. 实验时应先释放重物，再接通电源 B. 电磁打点计时器应接直流电源 C. 重物最好选择质量大、体积小的物块 D. 可以利用公式来求解瞬时速度 （2）经过规范实验操作得到如图乙所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点、、，测得它们到起始点 的距离分别为、和。已知重物质量，重力加速度，打点计时器打点的周期为，从打点到打点过程中，重物重力势能的减少量；重物动能的增加量____________。 （3）很多实验结果显示，重力势能的减少量略大于动能的增加量，产生该误差的原因可能是 ___________、写一条即可）。 16. 三个同学根据不同的实验装置，验证“平抛运动的规律”； （1）甲同学采用如图甲所示的装置，用小锤击打弹性金属片，金属片把A球沿水平方向弹出，同时B球被松开自由下落，观察到两球同时落地，改变小锤打击的力度，即改变A球被弹出时的速度，两球仍然同时落地，这说明___________ A. 做平抛运动的物体在竖直方向上做自由落体运动 B. 做平抛运动的物体在水平方向上做匀速直线运动 （2）乙同学采用频闪摄影的方法拍摄到如图乙所示的小球做平抛运动的照片，小球在平抛运动中的几个位置如图乙中的a、b、c、d，图中每个小方格的边长L=2.5cm，则小球平抛的初速度v0=___________m/s；（g 取10m/s²） （3）丙同学采用如图丙所示的装置，安装设备和实验过程中，下列操作正确的是___________。 A. 斜槽末端必须调节为水平 B. 平面直角坐标系的原点建立在斜槽的末端 C. 每次释放小球时挡板在斜槽上的位置可任意调节 D. 小球上沾上墨水，让小球和纸面接触直接画出抛物线 17. 某学习小组利用如图甲所示的实验装置来探究加速度与力、质量的关系。图中带滑轮的长木板放置于水平桌面上，拉力传感器与滑轮之间的轻绳始终与长木板平行，拉力传感器可直接显示绳上的拉力大小，打点计时器所接电源的频率为50Hz。 （1）关于本次实验的注意事项，下列说法正确的是___________。 A. 实验中要保证砂和砂桶的总质量远小于小车的质量 B. 实验时应将长木板的右端垫高以补偿打点计时器对小车的阻力及其他阻力 C. 实验时应先释放小车再接通打点计时器的电源 （2）实验得到图乙所示的纸带，纸带上各点均为计时点，小车加速度大小a=_________m/s2。（结果保留2位有效数字）。 （3）改变砂和砂桶的总质量，得到多组力传感器示数F和小车加速度a，以F为横轴、a为纵轴作出a-F 图像，该图像的斜率为k，则小车质量M=___________（用k表示）。 三、计算论证题（本题共4小题，共40分） 18. 质量m=2kg的物体在光滑水平面上运动，其分速度vx和vy随时间变化的图线如图所示，求： （1）物体的加速度大小与方向； （2）t=8s时物体的速度大小与方向（可以用与x正方向夹角的正切值表示方向）； （3）前4s内物体的位移大小与方向（可以用与x正方向夹角的正切值表示方向）： 19. 如图，AB为竖直半圆轨道的竖直直径，轨道A端与水平面相切。质量为的光滑木块从水平面上滑上A再经过B，若在B点速度大小是，到B点对轨道的压力恰好为零，g取，求 （1）轨道半径的大小； （2）木块经A点时对轨道的压力； （3）木块落地点到A点的距离。 20. 物理学中，力与运动关系密切，而力的空间累积效果—做功，又是能量转化的量度。因此我们研究某些运动时，可以先分析研究对象的受力特点，进而分析其能量问题。已知重力加速度为，且在下列情境中，均不计空气阻力。 （1）劲度系数为的轻质弹簧上端固定，下端连一可视为质点的小物块，若以小物块的平衡位置为坐标原点，以竖直向下为正方向建立坐标轴，如图所示，用表示小物块由平衡位置向下发生的位移。 a.在坐标系中画出小物块只在重力和弹簧弹力作用下振动过程中所受合力的图像，并求出小物块位移为时合力做功的大小（要求：需要有必要的求解过程）。 b.系统的总势能为重力势能与弹性势能之和。我们已经知道了重力势能的变化与重力做功的关系以及弹性势能的变化与弹力做功的关系，请你结合小物块的受力特点和求解变力功的基本方法，以平衡位置为系统总势能的零势能参考点，推导小物块振动位移为时系统总势能Ep的表达式。 （2）若已知此简谐运动的振幅为，求小物块在振动位移为时的动能Ek（用A和k表示） 21. “嫦娥”五号探测器是中国首个实施无人月面取样返回的月球探测器。现研究探测器先环绕地球再变轨，采集月壤后回到地球的过程。设探测器质量为m，首先在近地轨道上绕地球运行，如图甲所示。地球质量M，引力常量G，地球半径为R。 （1）求探测器变轨前的运行速度大小； （2）将探测器推至月球附近的过程，为了安全需经历多次变轨。研究其第一次变轨，在地表附近的A点迅速启动发动机，使探测器进入椭圆轨道，该轨道的远地点B距地心为8R。已知探测器的引力势能可表示为（无限远处势能为零） a.求变轨前探测器的机械能； b.结合开普勒第二定律，求点火过程中发动机对探测器做的功W； （3）在返回器完成研究任务、返回至地表附近时速度过大，以此速度直接冲入大气层会损伤返回器。科学家提出采用半弹道跳跃方式再入返回；如图乙所示，通过小角度擦入大气层，以“打水漂”的形式多次跳跃再入，通过返回器与大气层的摩擦逐步减速至安全速度内。返回器在“打水漂”过程中减少的动能转变为其内能主要通过烧蚀材料带走，剩余少量能量则通过向四周辐射的形式耗散。有天文爱好者质疑该计划的安全性；返回器产生的辐射是否会对地球表面产生显著影响？请你结合第一次“打水漂”过程的相关数据，与太阳对地球的辐射进行比较，给出结论并进行合理解释。（相关计算结果可保留一位有效数字）以下为可能用到的数据：返回器质量，第一次进入大气层的速度，跳出大气层的速度，返回器跳跃一次并恢复初始温度的总时长，辐射能量占比，跳跃时离地平均高度。地球半径，太阳辐射至地表的单位面积功率为。 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $ 北京市第五十五中学2026-2027学年度第一学期 10月调研试卷 高三物理 本试卷共 8 页，共 100 分，调研时长 90 分钟 第一部分 （选择题 共 42 分） 一、单项选择（每小题3分，共42分） 1. 一定质量的理想气体从状态A经过状态B变化到状态C，过程是等温过程，BC延长线过原点，其图像如图所示。下列说法正确的是（ ） A. B. C. D. 【答案】C 【解析】 【详解】一定质量的理想气体过程，温度T不变，是等温变化，则根据玻意耳定律得 从图像可知，则有 对于过程，根据理想气体状态方程有  整理得 图像是过原点的倾斜直线，即体积与热力学温度成正比，说明气体的压强不变，是等压变化，故 综上所述，A、B、C 三个状态下气体的压强大小关系为 故选C。 2. 把一块带负电的锌板连接在验电器上，验电器指针张开一定的角度。用紫外线灯照射锌板，发现验电器指针的张角发生变化。下列推断合理的是（ ） A. 验电器指针的张角会不断变大 B. 验电器指针的张角会变小 C. 验电器指针的张角发生变化是因为锌板获得了电子 D. 若改用红外线照射锌板也一定会使验电器指针的张角发生变化 【答案】B 【解析】 【详解】AB．锌板带负电，用紫外线照射发生光电效应，光电子从锌板逸出，锌板所带负电荷量减少，验电器指针的张角应先变小，故A错误，B正确； C．光电效应现象中，电子从金属表面逸出，锌板是失去了电子，而不是获得了电子，故C错误； D．红外线的频率小于紫外线，光子能量  较小，若红外线光子能量小于锌的逸出功，则不会发生光电效应，验电器指针张角不会变化，故D错误。 故选B。 3. 如图所示，质量为的物体沿倾角为的固定斜面以速度匀速下滑，重力加速度为，则重力的功率为（ ） A. B. C. D. 【答案】C 【解析】 【详解】重力的大小为，速度大小为，重力方向竖直向下，速度方向沿斜面向下，两者夹角为 。根据瞬时功率公式 ，则重力的功率 故选C。 4. 小红的书包静止在略倾斜的课桌表面上。若稍微增大桌面倾斜角，书包仍然静止。关于书包受力情况，下列说法正确的是（ ） A. 桌子对书包的支持力变大 B. 桌子对书包的摩擦力不变 C. 地面对桌子的摩擦力变大 D. 地面对桌子的支持力不变 【答案】D 【解析】 【详解】AB．设书包质量为，桌面倾角为，书包所受支持力、静摩擦力的大小分别为和，为重力加速度。书包有沿桌面下滑的趋势，故静摩擦力沿桌面向上。下图以点表示书包，标出重力、支持力和静摩擦力的方向。 取沿桌面向上、垂直桌面向外为各自的正方向，由书包的平衡条件得， 解得， 桌面倾角增大且书包仍静止时，增大、减小，因此静摩擦力增大、支持力减小，故AB错误； CD．取课桌和书包为整体，两者间的支持力、摩擦力属于内力。设课桌质量为，地面支持力、摩擦力的大小分别为和。整体静止，水平方向没有其他外力，取竖直向上为正方向，由水平、竖直方向的平衡条件分别得， 倾角变化不改变两者总重力，地面支持力不变、摩擦力始终为零，故C错误，D正确。 故选D。 5. 立定跳远的动作分解图如图所示，图甲为人从地面起跳的动作，图乙、丙为人在空中的动作，图丁为人的落地动作，不计空气阻力，下列说法正确的是（　　） A. 图甲中，地面对人的摩擦力向左 B. 图乙中，人处于失重状态 C. 图丙中，人处于超重状态 D. 图丁中，地面对人的支持力大于人对地面的压力 【答案】B 【解析】 【详解】A．人起跳时，脚相对于地面运动趋势向左，人受到地面的摩擦力向右，选项A错误； BC．人在空中时，加速度为重力加速度，处于完全失重状态，选项B正确、C错误； D．地面对人的支持力与人对地面的压力为一对相互作用力，作用力与反作用力大小相等、方向相反，选项D错误。 故选B。 6. 一小球从a点被水平抛出，若小球每次与地面碰撞都会损失一部分机械能，不计空气阻力，则小球经过多次弹跳后停在水平地面，部分运动轨迹如图所示，下列说法正确的是（ ） A. 小球在a点的机械能大于在b点的机械能 B. 小球在b点的动能可能等于在d点的动能 C. 从c点到d点，小球的动能先减小后增大，机械能不变 D. 从a点到c点，小球的动能和重力势能均先减小后增大 【答案】C 【解析】 【详解】A．不计空气阻力，小球还未与地面发生碰撞，故从点到点只有重力做功，机械能守恒，小球在a点的机械能等于在b点的机械能，故A错误； B．小球从点到点与地面经历了一次碰撞过程，机械能损失了一部分，故小球在点机械能小于在点机械能，又小球在点重力势能大于点重力势能，故小球在b点的动能大于在d点的动能，故B错误； C．从c点到d点，小球与地面没有碰撞过程，机械能不变，小球重力先做负功后做正功，故小球的动能先减小后增大，故C正确； D．从a点到c点，小球的重力先做正功后做负功，故重力势能先减小后增大。与地面碰撞前，动能增大，碰撞后运动到c点过程中，动能减小，故D错误。 故选C。 7. 如图所示，某人从同一点水平抛出a、b、c三个小球，分别撞在竖直墙壁上，不计空气阻力，下列说法正确的是（　　） A. c的运动时间比a的运动时间短 B. a、b、c的速度变化量的方向不同 C. a抛出时的初速度比b抛出时的初速度大 D. b的质量一定比c的质量小 【答案】C 【解析】 【详解】A．根据 解得 小球a下落高度h最小，飞行时间最短，小球c下落高度h最大，飞行时间最长，c的运动时间比a的运动时间长，故A错误； B．根据，速度变化量的方向与重力加速度方向相同，竖直向下，故a、b、c的速度变化量的方向相同，故B错误； C．根据 解得 小球a下落高度小于小球b下落高度，故a抛出时的初速度比b抛出时的初速度大，故C正确； D．不同质量的小球做平抛运动，运动性质相同，无法判断b的质量与c的质量的关系，故D错误。 故选C。 8. 一辆小汽车在水平路面上由静止启动，在前5s内做匀加速直线运动，5s末达到额定功率，之后保持额定功率运动，其v-t图像如图所示，已知汽车的质量为m=2×103kg，汽车受到的阻力为车重的0.1倍，g取10m/s2，则下列说法正确的是（ ） A. 汽车在前5s内的加速度为0.5m/s2 B. 汽车的最大速度为15m/s C. 汽车的额定功率为50kW D. 汽车在前5s内的牵引力为6×103N 【答案】D 【解析】 【详解】A．v﹣t图像的斜率表示加速度，可得前5s内的加速度为，故A错误； D．对车进行受力分析有， 解得汽车在前5s内的牵引力为，故D正确； BC．匀加速直线运动阶段结束时汽车达到额定功率，，此时有 当汽车的加速度为零时达到最大速度，即此时牵引力等于阻力，则有 解得vₘₐₓ＝30m/s 故BC错误。 故选D。 9. 如图所示，天和核心舱处于半径为r3的圆轨道Ⅲ；飞船处于半径为r1的圆轨道Ⅰ上的A点，通过变轨操作后，沿椭圆轨道Ⅱ运动到B处与核心舱对接。则飞船（ ） A. 由轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ要在A点减速 B. 沿轨道Ⅱ运行时经过B点的速度小于A点的速度 C. 沿轨道Ⅱ运行时经过B点的加速度大于A点的加速度 D. 沿轨道Ⅲ运行的周期小于沿轨道Ⅰ运行的周期 【答案】B 【解析】 【详解】A．从较低圆轨道Ⅰ变轨到远地点半径更大的椭圆轨道Ⅱ时，点位置不变，引力势能不变；要使转移轨道的远地点半径增大，飞船机械能必须增加，因而点动能和切向速度都要增大，故A错误； B．椭圆轨道Ⅱ在和处的速度均沿轨道切线方向。由角动量守恒，轨道半径越大处速度越小，因此经过点的速度小于点的速度，故B正确； C．卫星只受中心天体的万有引力，轨道上各点的加速度大小为。由外轨道半径大于内轨道半径，得 所以点的加速度小于点的加速度，故C错误； D．由开普勒第三定律，绕同一中心天体运行的圆轨道周期满足。因此 即轨道Ⅲ的周期大于轨道Ⅰ的周期，故D错误。 故选B。 10. 2025 年 2 月，实践 25 号卫星成功为北斗 G7 卫星加注推进剂，完成了人类航天史上首次“太空加油”。已知北斗 G7 卫星在地球同步静止轨道绕地球做匀速圆周运动，下列说法正确的是（　　） A. 北斗 G7 卫星的运行周期小于地球赤道上随地球自转物体的运行周期 B. 北斗G7 卫星的向心加速度小于地球表面附近的重力加速度 C. 北斗G7 卫星的运行速度小于地球赤道上随地球自转物体的线速度 D. 加注燃料前，北斗 G7 卫星受到稀薄大气阻力，高度降低，线速度减小 【答案】B 【解析】 【详解】A．北斗G7是地球同步卫星，运行周期等于地球自转周期，与地球赤道上随地球自转物体的周期相等，故A错误； B．万有引力提供向心加速度，由 可得，地球表面附近重力加速度（为地球半径），同步卫星轨道半径，因此其向心加速度小于地球表面重力加速度，故B正确； C．同步卫星与赤道上随地球自转物体的角速度相同，线速度，同步卫星轨道半径远大于地球半径，因此其运行速度大于赤道上随地球自转物体的线速度，故C错误； D．卫星受稀薄大气阻力高度降低，稳定后由 可得，减小则线速度增大，故D错误。 故选B。 11. 如图所示，一轻杆可绕光滑固定转轴，在竖直平面内自由转动，杆的两端固定有小球A和B（可看作质点），A、B的质量分别为和，到转轴的距离分别为和，重力加速度为。现将轻杆从水平位置由静止释放，轻杆开始绕轴自由转动，不计空气阻力，当球A到达最低点时，下列说法正确的是（ ） A. A、B系统机械能不守恒 B. 球A的机械能增大 C. 球B的机械能变化量为 D. 杆对球A做的功为 【答案】D 【解析】 【详解】A．A、B系统只有重力做功，则机械能守恒，故A错误； B．球B向上转动，动能和重力势能都增加，即球B机械能增加，则球A的机械能减小，故B错误； C．当球A到达最低点时，设A的速度为v，由于二者的角速度相等，则由，有 可得 对A、B系统，由机械能守恒定律有 解得 则球B的机械能变化量为，故C错误； D．对球A，由动能定理有 解得杆对球A做的功为，故D正确。 故选D。 12. 如图，两个完全相同的小球由两根等长的轻绳连接，固定于O点，并以竖直线为轴，分别在水平面内做匀速圆周运动，两个小球始终处于同一竖直平面内。关于两小球的状态，下列图示描述可能正确的是（ ） A. B. C. D. 【答案】A 【解析】 【详解】设上段绳与竖直方向夹角为 ，下段绳与竖直方向夹角为 ，上、下两球到转轴距离分别为 、。先看下球。下球在水平面内做圆周运动，高度不变，所以竖直方向合力为零；向心加速度水平指向转轴，所以水平方向合力必须指向转轴。下球只受重力和下段绳拉力，重力只有竖直向下的作用，因此下段绳拉力必须同时有向上的分量和指向转轴的水平分量。又因为拉力沿下段绳并指向上球，所以从下球看，上球必须在它的上方且更靠近转轴，即 ，图 D 不符合。对下球列式，有 ， 得 ，再看上球。上段绳对上球的拉力 指向点，具有向上、指向转轴的分量；下段绳对上球的拉力指向下球，具有向下、背离转轴的分量。上球竖直方向合力为零，有 上球水平方向指向转轴的合力提供向心力，有 结合下球水平方向方程，得 所以 因为 ，所以 即 。这说明上段绳应更靠近竖直方向，下段绳应更向外倾斜。图 B 中两段绳共线，表示 ，不符合；图 C 中下段绳比上段绳更靠近竖直方向，表示 ，不符合；只有图 A 同时满足 和，故A正确。 故选A。 13. 如图甲所示为某离心分离装置示意图，水平转台可在电机的带动下绕过圆心的竖直轴转动。开始时将质量为1kg的物块静置于转台上，物块到转台圆心O的距离为1m，时刻启动电机，转台由静止开始加速转动，其角速度与时间关系图像如图乙所示，物块与转台间的动摩擦因数，重力加速度，则物块能随转台一起转动（相对转台静止）的时间为（　　） A. B. 1s C. D. 【答案】C 【解析】 【详解】由图乙结合可知，物块随转台加速转动时的线速度大小变化情况为 则物块沿切向方向的加速度大小为 根据牛顿第二定律可得，物块沿切向方向的静摩擦力大小为 则物块指向圆心的最大静摩擦力大小为 当物块受的摩擦力为最大静摩擦力时，物块能随转台一起转动达到最大的角速度，此时根据牛顿第二定律可得 解得 由乙图可知，此时物块能随转台一起转动（相对转台静止）的时间为。 故选C。 14. 无偿献血、救死扶伤的崇高行为，是文明社会的标志之一。现代献血常采用机采成分血的方式，就是指把健康人捐献的血液，通过血液分离机分离出其中某一种成分（如血小板、粒细胞或外周血干细胞）储存起来，再将分离后的血液回输到捐献者体内。分离血液成分需要用到一种叫离心分离器的装置，其工作原理的示意图如图所示，将血液装入离心分离器的封闭试管内，离心分离器转动时给血液提供一种“模拟重力”的环境，“模拟重力”的方向沿试管远离转轴的方向，其大小与血液中细胞的质量以及其到转轴距离成正比。血液在这个“模拟重力”环境中，也具有“模拟重力势能”。初始时试管静止，血液内离转轴同样距离处有两种细胞a、b，其密度分别为和，它们的大小与周围血浆密度的关系为。对于试管由静止开始绕轴旋转并不断增大转速的过程中，下列说法中正确的是（ ） A. 细胞a相对试管向外侧运动，细胞b相对试管向内侧运动 B. 细胞a的“模拟重力势能”变小，细胞b的“模拟重力势能”变大 C. 这种离心分离器“模拟重力”对应的“重力加速度”沿转动半径方向向外侧逐渐变大 D. 若某时刻a、b两种细胞沿垂直于转轴方向的速率相等，则“模拟重力”对细胞a做功的功率等于对细胞b做功的功率 【答案】C 【解析】 【详解】A．转动时细胞做圆周运动需要向心力为 由于a、b两种细胞的、均相同，质量大的细胞即密度大的细胞需要的向心力大，周围细胞对它的作用力小于需要的向心力做离心运动而向外侧运动，由于b细胞密度大，所以b细胞相对试管向外侧运动，密度小的a细胞需要的向心力小，周围细胞对它的作用力大于所需要的向心力做近心运动，相对试管向内侧运动，A错误； B．“模拟重力”的方向沿试管远离转轴的方向，细胞b相对试管向外侧运动，“模拟重力”做正功，“模拟重力势能”变小，细胞a相对试管向内侧运动，“模拟重力”做负功，“模拟重力势能”变大，B错误； C．“模拟重力”大小与血液中细胞的质量以及其到转轴距离成正比，根据 可知，“重力加速度”与其到转轴距离成正比，所以沿转动半径方向向外侧逐渐变大，C正确； D．根据 可知，当a、b两种细胞沿垂直于转轴方向的速率相等时，“模拟重力”越大功率越大，而b细胞密度大，质量大，且距离转轴较远，所以b细胞“模拟重力”较大，功率大，D错误。 故选C。 第二部分 非选择题（共58分） 二、实验题（共18分） 15. 利用图甲装置做“验证机械能守恒定律”的实验。 （1）关于上述实验，下列说法中正确的是___________ A. 实验时应先释放重物，再接通电源 B. 电磁打点计时器应接直流电源 C. 重物最好选择质量大、体积小的物块 D. 可以利用公式来求解瞬时速度 （2）经过规范实验操作得到如图乙所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点、、，测得它们到起始点 的距离分别为、和。已知重物质量，重力加速度，打点计时器打点的周期为，从打点到打点过程中，重物重力势能的减少量；重物动能的增加量____________。 （3）很多实验结果显示，重力势能的减少量略大于动能的增加量，产生该误差的原因可能是 ___________、写一条即可）。 【答案】（1）C （2） （3）重物下落过程中受到空气阻力（或纸带与打点计时器间存在摩擦阻力，合理即可） 【解析】 【小问1详解】 A．为充分利用纸带，实验规范要求先接通电源，待打点稳定后再释放重物，故A错误； B．电磁打点计时器使用的是交流电源，而非直流电源，故B错误； C．选择质量大、体积小的重物，可以大幅减小空气阻力和纸带摩擦带来的相对误差，故C正确； D．若使用计算速度，相当于默认重物只受重力、已经满足机械能守恒，属于用待验证的结论推导自身，失去验证的意义，实验中应该通过纸带上两点间的平均速度等于中间时刻的速度来计算重物的速度，故D错误。 故选C。 【小问2详解】 根据匀变速直线运动规律，点是、两点的中间时刻，因此点瞬时速度 因此重物动能的增加量 【小问3详解】 重力势能减少量略大于动能增加量，是因为下落过程中重物的部分重力势能转化为了内能，即存在阻力做功：比如空气对重物的阻力、纸带和打点计时器限位孔之间的摩擦阻力等，都会导致动能的增加量小于势能的减少量。 16. 三个同学根据不同的实验装置，验证“平抛运动的规律”； （1）甲同学采用如图甲所示的装置，用小锤击打弹性金属片，金属片把A球沿水平方向弹出，同时B球被松开自由下落，观察到两球同时落地，改变小锤打击的力度，即改变A球被弹出时的速度，两球仍然同时落地，这说明___________ A. 做平抛运动的物体在竖直方向上做自由落体运动 B. 做平抛运动的物体在水平方向上做匀速直线运动 （2）乙同学采用频闪摄影的方法拍摄到如图乙所示的小球做平抛运动的照片，小球在平抛运动中的几个位置如图乙中的a、b、c、d，图中每个小方格的边长L=2.5cm，则小球平抛的初速度v0=___________m/s；（g 取10m/s²） （3）丙同学采用如图丙所示的装置，安装设备和实验过程中，下列操作正确的是___________。 A. 斜槽末端必须调节为水平 B. 平面直角坐标系的原点建立在斜槽的末端 C. 每次释放小球时挡板在斜槽上的位置可任意调节 D. 小球上沾上墨水，让小球和纸面接触直接画出抛物线 【答案】（1）A （2）1.0##1 （3）A 【解析】 【小问1详解】 A球做平抛运动，B球同时开始做自由落体运动，无论A的水平初速度多大，两球始终同时落地，说明A在竖直方向的运动规律和B完全一致，即平抛运动在竖直方向上做自由落体运动，该实验无法验证水平方向的运动性质。 故选A。 【小问2详解】 平抛运动竖直方向为匀加速直线运动，满足连续相等时间内的位移差公式 由图可知相邻两点竖直位移差 代入得频闪间隔 水平方向为匀速直线运动，相邻两点水平位移为，因此初速度 【小问3详解】 A．斜槽末端调为水平，才能保证小球离开斜槽后初速度水平，做平抛运动，故A正确； B．坐标系原点应建立在小球在斜槽末端时球心的位置，而非斜槽末端端点，故B错误； C．每次必须将小球从斜槽同一位置由静止释放，才能保证每次平抛的初速度一致，挡板位置不能任意调节，故C错误； D．小球直接接触纸面会受到摩擦，运动轨迹不再是标准平抛抛物线，应通过小球撞击水平挡板留下的点迹来描出轨迹，故D错误。 故选A。 17. 某学习小组利用如图甲所示的实验装置来探究加速度与力、质量的关系。图中带滑轮的长木板放置于水平桌面上，拉力传感器与滑轮之间的轻绳始终与长木板平行，拉力传感器可直接显示绳上的拉力大小，打点计时器所接电源的频率为50Hz。 （1）关于本次实验的注意事项，下列说法正确的是___________。 A. 实验中要保证砂和砂桶的总质量远小于小车的质量 B. 实验时应将长木板的右端垫高以补偿打点计时器对小车的阻力及其他阻力 C. 实验时应先释放小车再接通打点计时器的电源 （2）实验得到图乙所示的纸带，纸带上各点均为计时点，小车加速度大小a=_________m/s2。（结果保留2位有效数字）。 （3）改变砂和砂桶的总质量，得到多组力传感器示数F和小车加速度a，以F为横轴、a为纵轴作出a-F 图像，该图像的斜率为k，则小车质量M=___________（用k表示）。 【答案】（1）B （2） （3） 【解析】 【小问1详解】 A．由于拉力传感器可以直接测量绳上的拉力，因此不需要用砂和砂桶的总重力近似绳的拉力，无需保证砂和砂桶的总质量远小于小车质量，故A错误； B．小车在砂和砂桶的作用下向左运动，长木板右端垫高后，木板左低右高，小车受到沿木板向左的重力分力，可以补偿打点计时器对小车的阻力及其他阻力，故B正确； C．为保证小车运动开始时就能在纸带上打点，应先接通打点计时器的电源，待打点稳定后再释放小车，故C错误。 故选B。 【小问2详解】 打点计时器的频率为，相邻计时点的时间间隔为，由图可知相邻标记点之间还有一个计时点，所以相邻标记点的时间间隔为。 根据匀变速直线运动中连续相等时间内的位移差规律有 纸带上相邻标记段的长度分别为、、、，相邻两段位移之差为 代入得 保留两位有效数字得 【小问3详解】 补偿阻力后，小车受到两段细绳的拉力，每段绳的拉力均为拉力传感器的示数，故小车所受合力为$2F$。 根据牛顿第二定律有 解得 因此图像的斜率为 解得 三、计算论证题（本题共4小题，共40分） 18. 质量m=2kg的物体在光滑水平面上运动，其分速度vx和vy随时间变化的图线如图所示，求： （1）物体的加速度大小与方向； （2）t=8s时物体的速度大小与方向（可以用与x正方向夹角的正切值表示方向）； （3）前4s内物体的位移大小与方向（可以用与x正方向夹角的正切值表示方向）： 【答案】（1），方向沿y轴正方向。 （2），方向与x正方向夹角的正切值为，斜向第一象限。 （3），方向与x正方向夹角的正切值为​，斜向第一象限。 【解析】 【小问1详解】 x方向：由图可知，​恒定为3m/s，做匀速直线运动，因此x方向加速度 y方向：由图可知，物体做初速度为0的匀加速直线运动，加速度为图线的斜率 合加速度，方向沿y轴正方向。 【小问2详解】 时，，由图得 合速度大小为 设速度方向与x正方向的夹角为，则 即速度方向与x正方向夹角的正切值为，斜向第一象限。 【小问3详解】 x方向前4s为匀速直线运动，位移 y方向前4s的位移为 合位移大小为 设位移方向与x正方向的夹角为，则 即位移方向与x正方向夹角的正切值为​，斜向第一象限。 19. 如图，AB为竖直半圆轨道的竖直直径，轨道A端与水平面相切。质量为的光滑木块从水平面上滑上A再经过B，若在B点速度大小是，到B点对轨道的压力恰好为零，g取，求 （1）轨道半径的大小； （2）木块经A点时对轨道的压力； （3）木块落地点到A点的距离。 【答案】（1）10m；（2）24N，方向竖直向下；（3）20m 【解析】 【详解】（1）木块经B点时，对轨道的压力恰好为零，重力刚好提供向心力，则有 解得轨道半径的大小为 （2）木块由A点到B点，根据机械能守恒定律可得 解得 在A点，根据牛顿第二定律可得 解得 根据牛顿第三定律可知，木块经A点时对轨道的压力大小为24N，方向竖直向下。 （3）木块离开B点后做平抛运动，则竖直方向有 水平方向有 联立解得 20. 物理学中，力与运动关系密切，而力的空间累积效果—做功，又是能量转化的量度。因此我们研究某些运动时，可以先分析研究对象的受力特点，进而分析其能量问题。已知重力加速度为，且在下列情境中，均不计空气阻力。 （1）劲度系数为的轻质弹簧上端固定，下端连一可视为质点的小物块，若以小物块的平衡位置为坐标原点，以竖直向下为正方向建立坐标轴，如图所示，用表示小物块由平衡位置向下发生的位移。 a.在坐标系中画出小物块只在重力和弹簧弹力作用下振动过程中所受合力的图像，并求出小物块位移为时合力做功的大小（要求：需要有必要的求解过程）。 b.系统的总势能为重力势能与弹性势能之和。我们已经知道了重力势能的变化与重力做功的关系以及弹性势能的变化与弹力做功的关系，请你结合小物块的受力特点和求解变力功的基本方法，以平衡位置为系统总势能的零势能参考点，推导小物块振动位移为时系统总势能Ep的表达式。 （2）若已知此简谐运动的振幅为，求小物块在振动位移为时的动能Ek（用A和k表示） 【答案】（1）a.，；b. （2） 【解析】 【小问1详解】 a.小物块在平衡位置处时，重力与弹簧弹力平衡，设平衡时弹簧伸长量为，有 当小物块相对平衡位置向下位移为时，弹簧总伸长量为，取向下为正方向，合力为 因此图像是过坐标原点、斜率为的倾斜直线，小物块由平衡位置向下发生的位移，合力的图像如图所示 变力做功的大小等于图线与轴围成的面积，位移从到的过程中，对应图形为直角三角形，由于力的方向与位移方向相反，功为负值，因此合力做功的大小为 b.根据势能变化与力做功的关系：系统总势能的增量等于克服合力做的功。以平衡位置为总势能的零参考点，当小物块从运动到位移为的过程中，克服合力做的功就等于总势能的增量，也就是图线与轴围成的面积绝对值，即 【小问2详解】 竖直方向弹簧振子的运动过程中，物块动能与系统总势能之和守恒。已知此简谐运动的振幅为，故当物块位移为时，速度为，动能为，此时系统总机械能全部表现为总势能，即总机械能为 故小物块在振动位移为时，系统总势能为 由机械能守恒，此时动能为总机械能减去当前总势能，即 21. “嫦娥”五号探测器是中国首个实施无人月面取样返回的月球探测器。现研究探测器先环绕地球再变轨，采集月壤后回到地球的过程。设探测器质量为m，首先在近地轨道上绕地球运行，如图甲所示。地球质量M，引力常量G，地球半径为R。 （1）求探测器变轨前的运行速度大小； （2）将探测器推至月球附近的过程，为了安全需经历多次变轨。研究其第一次变轨，在地表附近的A点迅速启动发动机，使探测器进入椭圆轨道，该轨道的远地点B距地心为8R。已知探测器的引力势能可表示为（无限远处势能为零） a.求变轨前探测器的机械能； b.结合开普勒第二定律，求点火过程中发动机对探测器做的功W； （3）在返回器完成研究任务、返回至地表附近时速度过大，以此速度直接冲入大气层会损伤返回器。科学家提出采用半弹道跳跃方式再入返回；如图乙所示，通过小角度擦入大气层，以“打水漂”的形式多次跳跃再入，通过返回器与大气层的摩擦逐步减速至安全速度内。返回器在“打水漂”过程中减少的动能转变为其内能主要通过烧蚀材料带走，剩余少量能量则通过向四周辐射的形式耗散。有天文爱好者质疑该计划的安全性；返回器产生的辐射是否会对地球表面产生显著影响？请你结合第一次“打水漂”过程的相关数据，与太阳对地球的辐射进行比较，给出结论并进行合理解释。（相关计算结果可保留一位有效数字）以下为可能用到的数据：返回器质量，第一次进入大气层的速度，跳出大气层的速度，返回器跳跃一次并恢复初始温度的总时长，辐射能量占比，跳跃时离地平均高度。地球半径，太阳辐射至地表的单位面积功率为。 【答案】（1） （2）a.；b. （3）返回器产生的辐射远小于太阳对地球的辐射，故返回器产生的辐射不会对地球表面产生显著影响 【解析】 【小问1详解】 探测器变轨前在近地轨道上环绕地球做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力得 解得 【小问2详解】 a.变轨前探测器的动能为 变轨前探测器的引力势能为 变轨前探测器的机械能为 b.变轨后探测器在椭圆轨道上运动，设其在A、B点的速度大小分别为、。变轨后探测器从A到B的过程，根据机械能守恒定律得 根据开普勒第二定律可得 联立解得 变轨的瞬间探测器的引力势能不变，根据功能关系可得点火过程中发动机对探测器做的功为 【小问3详解】 根据能量守恒定律，结合题意可得第一次“打水漂”过程探测器辐射的能量为 假设这些能量均匀向四周辐射，辐射到地球表面（即平均辐射到以h为半径的球面）时单位面积的能量为 因此单位面积功率为 代入数据，解得 已知太阳辐射至地表的单位面积功率为 可得 可见返回器产生的辐射远小于太阳对地球的辐射，故返回器产生的辐射不会对地球表面产生显著影响。 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $