2023-2024学年黑龙江省双鸭山重点中学高二（上）开学物理试卷
一、单选题（本大题共9小题，共37.0分）
1.卫星绕地球的运行可视为匀速圆周运动，离地球越近的卫星( )
A. 周期越大 B. 角速度越大 C. 线速度越小 D. 向心加速度越小
2.物理学理论是系统化了的物理知识，它以为数不多的物理概念为基石，以物理定律为核心，建立了经典物理学与近代物理学及其各分支的严密的逻辑体系。古希腊哲学家德谟克利特认为空间是物质运动的条件，亚里士多德用“地点”概念来表示空间，认为时间是连续的。下列对有关概念理解正确的是( )
A. 功和冲量都是很典型的状态量，而能量和动量是典型的过程量
B. 冲量表述了对质点作用一段时间的积累效应的物理量，是改变质点机械运动状态的原因
C. 动量守恒定律在研究高速、微观领域是不适用的
D. 矢量是数学、物理学和工程科学等多个自然科学中的基本概念，动量是矢量，冲量是标量
3.某同学在练习投篮，篮球在空中的运动轨迹如图中虚线所示，篮球所受合力的示意图可能正确的是( )
A.
B.
C.
D.
4.某生态公园的人造瀑布景观如图所示，水流从高处水平流出槽道，恰好落入步道边的游泳池中。现制作一个为实际尺寸的模型展示效果，模型中槽道里的水流速度应为实际的( )
A.
B.
C.
D.
5.如图甲所示，一轻弹簧的两端分别与质量为和的两物块相连接，并且静止在光滑的水平面上。现使瞬间获得水平向右的速度，以此刻为计时零点，两物块的速度随时间变化的规律如图乙所示，从图像信息可得( )
A. 时刻弹簧被压缩到最短 B. 在、时刻弹簧处于原长状态
C. 两物块的质量之比为：： D. 在时刻两物块的动能大小相等
6.质量为的小鸟，以速度沿着与水平方向成角斜向上的方向匀速直线飞行，重力加速度为，则( )
A. 小鸟处于超重状态
B. 小鸟在运动的过程中机械能守恒
C. 空气对小鸟作用力的大小为
D. 重力对小鸟做功功率为
7.如图所示，一内壁光滑、质量为、半径为的环形细圆管管的内径相对于环半径可忽略不计用硬杆竖直固定在地面上。有一质量为的小球可在圆管中运动球直径略小于圆管直径，可看作质点，小球以速率经过圆管最低点时，此时硬杆对圆管的作用力大小为( )
A. B. C. D.
8.达芬奇的手稿中描述了这样一个实验：一个罐子在空中沿水平直线向右做匀加速运动，沿途连续漏出沙子。若不计空气阻力，则下列图中能反映空中沙子排列的几何图形是( )
A. B. C. D.
9.人们用滑道从高处向低处运送货物。如图所示，可看作质点的货物从圆弧滑道顶端点静止释放，沿滑道运动到圆弧末端点时速度大小为。已知货物质量为，滑道高度为，且过点的切线水平，重力加速度取。关于货物从点运动到点的过程，下列说法不正确的有( )
A. 重力做的功为
B. 阻力做的功为
C. 释放后过点时向心加速度大小为
D. 经过点时货物对轨道的压力大小为
二、多选题（本大题共3小题，共15.0分）
10.如图，我国某些农村地区人们用手抛撒谷粒进行水稻播种。某次抛出的谷粒中有两颗的运动轨迹如图所示，其轨迹在同一竖直平面内，抛出点均为，且轨迹交于点，抛出时谷粒和谷粒的初速度分别为和，其中方向水平，方向斜向上。忽略空气阻力，关于两谷粒在空中的运动，下列说法正确的是( )
A. 谷粒在最高点的速度小于 B. 谷粒的加速度小于谷粒的加速度
C. 两谷粒从到的运动时间相等 D. 谷粒的平均速度大于谷粒的平均速度
11.如图所示为大球和小球叠放在一起、在同一竖直线上进行的超级碰撞实验，可以使小球弹起并上升到很大高度。将质量为的大球在下，质量为的小球在上叠放在一起，从距地面高处由静止释放，远大于球的半径，不计空气阻力。假设大球和地面、大球与小球的碰撞均为完全弹性碰撞，且碰撞时间极短。下列说法正确的是( )
A. 两球一起下落过程中，小球对大球的弹力大小为
B. 大球与地面碰撞前的速度大小为
C. 无论取什么值，大球与小球碰撞后大球的速度均不能为
D. 若大球的质量远大于小球的质量，小球相比于地面上升的最大高度为
12.甲、乙两人做抛球游戏，如图所示，甲站在一辆平板车上，车与水平地面间的摩擦不计。甲与车的总质量，另有一质量的球，乙站在车对面的地上，身旁有若干质量不等的球。开始车静止，甲将球以速度相对于地面水平抛给乙，乙接到抛来的球后，马上将另一只球以相同速率水平抛回给甲，甲接到球后，再以速率将此球水平抛给乙，这样反复进行，乙每次抛回给甲的球的质量都等于他接到球的质量的倍，则( )
A. 甲第一次抛出球后，车的速度为，方向水平向左
B. 甲第二次抛出球后，车的速度为，方向水平向左
C. 从第一次算起，甲抛出个球后，再也不能接到乙抛回来的球
D. 从第一次算起，甲抛出个球后，再也不能接到乙抛回来的球
三、实验题（本大题共1小题，共14.0分）
13.在设计验证动量守恒的实验中：
小明同学用如图所示的装置进行实验，不需要满足的条件是：______ 。
A.轨道是光滑的
B.轨道末端的切线是水平的
C.和的球心在碰撞的瞬间在同一高度
D.碰撞的瞬间和球心连线与轨道末端的切线平行
E.每次球都要从同一高度静止滚下
实验时，小球的质量为，半径，的质量为，半径为。为了完成实验并且尽可能减小实验误差，则 ______ 填、、， ______ 填、、。
小华同学将、两滑块在一水平长直气垫导轨上相碰，用频闪照相机分别在，，，时刻闪光拍照，摄得如图所示照片，其中像有重叠，已知轴上单位长度为，向右为正方向，，，请完成下列填空。
若碰前静止，则碰撞发生在 ______ 时刻，碰后的动量大小为______ 用、、表示；
若碰后静止，则碰前的动量大小为______ ，碰前的动量大小为______ 用、、表示。
四、简答题（本大题共3小题，共34.0分）
14.火箭的飞行应用了反冲的原理，靠喷出气流的反冲作用而获得巨大的速度。设质量为的火箭由静止发射时，在极短的时间内喷射燃气的质量是，喷出的燃气相对地面的速率是。
求火箭在喷气后增加的速度；
比冲是用于衡量火箭引擎燃料利用效率的重要参数。所谓“比冲”，是指火箭发动机工作时，在一段时间内对火箭的冲量与这段时间内所消耗燃料的质量的比，数值上等于消耗单位质量的燃料时火箭获得的冲量。假设用表示喷气过程中火箭获得的向前的推力，用表示火箭发动机的比冲，请根据题目信息写出比冲的定义式，并推导该火箭发动机比冲的决定式。
15.如图所示，质量的圆环套在光滑的水平轨道上，质量的小球通过长的轻绳与圆环连接。现将细绳拉直，且与平行，由静止释放小球，重力加速度。求：
小球通过最低点时，小球和圆环的速度大小；
从小球开始运动到小球运动到最低点这段时间内，圆环的位移大小；并尺规作图，在原图中标出小球到达最低点时，小球和圆环的位置。
16.某同学设计了如图所示的趣味实验来研究碰撞问题，用材料和长度相同的不可伸长的轻绳依次将个大小相同、质量不等的小球悬挂于水平天花板下方，且相邻的小球静止时彼此接触但无相互作用力，小球编号从左到右依次为、、、、，每个小球的质量为其相邻左边小球质量的倍。在第个小球右侧有一光滑轨道，其中段是水平的，段是竖直面内的半圆形，两段光滑轨道在点平滑连接，半圆轨道的直径沿竖直方向。在水平轨道的端放置一个与第个悬挂小球完全相同的小球，所有小球的球心等高。现将号小球由最低点向左拉起高度，保持绳绷紧状态由静止释放号小球，使其与号小球碰撞，号小球再与号小球碰，以此类推。所有碰撞均为在同一直线上的正碰且无机械能损失。已知重力加速度为，空气阻力、小球每次碰撞时间均可忽略不计。
求号小球与号小球碰撞之前，号小球的速度的大小；
若，求第个小球与小球发生第一次碰撞后，小球的速度的大小；
若，当半圆形轨道半径时，小球第一次被碰撞后恰好能通过轨道的最高点，求值的大小。
答案和解析
1.【答案】
【解析】解：依题意，卫星所受万有引力提供向心力有：
变形解得：
从上式易知，离地球越近的卫星，其线速度越大，角速度越大，周期越小，向心加速度越大。
故选：。
根据万有引力提供向心力，列式分析求解即可。
卫星的轨道圆心与地球的球心重合，万有引力提供圆周运动的向心力，由此展开讨论。
2.【答案】
【解析】解：、功是力在空间上的积累效果，冲量是力在时间上的积累效果，所以这两个物理量都是很典型的过程量，而能量和动量是典型的状态量，故A错误；
B、冲量表述了对质点作用一段时间的积累效应的物理量，是改变质点机械运动状态的原因，故B正确；
C、动量守恒定律在研究高速、微观领域是适用的，故C错误；
D、矢量是数学、物理学和工程科学等多个自然科学中的基本概念，动量和冲量均是矢量，故D错误。
故选：。
首先，根据功和冲量、能量和动量的概念进行分析；
其次，根据冲量的定义判断冲量与质点运动状态之间的关系；
接着，根据动量守恒定律的适用范围判断其是否适用于高速、微观领域；
最后，根据动量和冲量的标矢性进行分析即可。
本题考查了动量的相关知识，解决本题的关键是理解功与冲量、动量和能量的概念，以及动量守恒定律的适用条件。
3.【答案】
【解析】解：篮球在空中的运动轨迹为曲线，物体做曲线运动的条件是所受合力方向与运动方向即轨迹的切向方向不共线，并且合力方向指向曲线轨迹的凹侧，故A正确，BCD错误。
故选：。
根据物体做曲线运动的条件和受力特点解答。
本题考查了力与运动问题，要理解当物体所受合力方向与运动方向不共线时，物体运动方向会向合力的方向偏转，运动轨迹为曲线。
4.【答案】
【解析】解：水流从高处水平流出槽道后做平抛运动，制作一个为实际尺寸的模型，
可知模型中竖直高度和水平位移应都为原来的，
根据平抛运动的规律，
可知模型中水流做平抛运动的时间
水平方向上根据
可知
，故C正确，ABD错误。
故选：。
根据平抛运动规律，水平方向做匀速直线匀速，竖直方向做自由落体运动，求解水流的实际速度；根据模型缩小的比例，求解模型中槽道里的水流的速度与实际流速的比例关系。
本题考查平抛运动规律，需要将人造瀑布抽象成平抛运动模型。
5.【答案】
【解析】解：、由图乙可知两物块的运动过程：开始时逐渐减速，逐渐加速，弹簧被压缩，时刻二者速度相同，弹簧被压缩至最短，系统动能最小，弹性势能最大，然后弹簧逐渐恢复原长，继续加速，先减速为零，然后反向加速，时刻，弹簧恢复原长状态，因为此时两物块速度相反，所以弹簧的长度将逐渐增大，两物块均减速，时刻，两物块速度相等，弹簧最长，系统动能最小，所以从到过程中弹簧由伸长状态逐渐恢复原长，故A错误，B正确；
C、从开始到时刻，取向右为正方向，根据系统动量守恒有
其中：，
解得：：：，故C错误；
D、在时刻，两物块的速度相等，但质量不相等，所以两物块的动能大小不相等，故D错误。
故选：。
根据图像分析两物块的运动过程，确定弹簧的状态；根据动量守恒定律求两物块的质量之比，再分析时刻两物块的动能关系。
本题考查对图像和运动过程的分析能力，解题关键是分析出时刻二者速度相同，弹簧被压缩至最短，系统动能最小，弹性势能最大，时刻，弹簧恢复原长状态，时刻，两物块速度相等，弹簧最长，系统动能最小。
6.【答案】
【解析】解：、小鸟做匀速直线运动，加速度为，小鸟既不超重，又不失重，处于平衡状态，故A错误；
B、小鸟斜向上做匀速直线运动，速度不变，动能不变。高度增大，重力势能增大，所以小鸟在运动的过程中机械能增大，故B错误；
C、小鸟做匀速直线运动，所受外力的合力为，根据平衡条件可知，空气对小鸟作用力与重力平衡，所以空气对小鸟作用力的大小为，方向竖直向上，故C正确；
D、重力对小鸟做功功率为：，负号表示重力做负功，故D错误。
故选：。
根据加速度方向分析小鸟的运动状态；根据动能和重力势能的变化分析小鸟机械能的变化；根据平衡条件求空气对小鸟作用力的大小；根据功率公式求解重力对小鸟做功功率。
本题主要考查共点力平衡、功率的计算、超重等知识，关键是弄清楚小鸟的受力情况和运动情况，根据平衡条件求空气的作用力。根据功率的计算公式求解重力对小鸟做功功率。
7.【答案】
【解析】解：小球在最低点时，受力分析，由自身重力和圆管对小球向上的支持力提供向心力，
根据牛顿第三定律，小球对管壁的作用力为
根据平衡，硬杆对圆管的作用力大小为
故ABC错误，D正确。
故选：。
受力分析，由自身重力和圆管对小球向上的支持力提供向心力，根据牛顿第三定律和平衡条件，分析硬杆对圆管的作用力大小。
本题解题关键是根据受力情况，分析向心力来源。
8.【答案】
【解析】解：
法一：以漏下的沙子为参考系，罐子向右上角做匀加速直线运动竖直方向上加速度为，方向向上，水平方向上加速度为恒定加速度，方向向右，加速度大小方向恒定，对于每一瞬间落下的沙子都满足该条件，即任何时刻落下的沙子都在罐子的左下角且跟罐子的连线与水平线的夹角恒定，所以，沙子排列的几何图形为一条直线，故D正确，ABC错误；
法二：假设沙子以加速度向右运动，做平抛运动时重力加速度为，由匀变速直线运动位移与时间的关系可以得出：时刻漏出的沙具有水平的初速度，沙随罐子一起做匀加速运动位移为，沙漏出后做平抛运动，时刻的水平位移，，，以罐子初始时刻为坐标原点，在时刻漏出的沙在时刻的位置坐标为，已知加速度和恒定，且为固定值，令为常数，所以有，因为、、都为已知量，所以满足一次函数表达关系式，为任意时刻，所以沙子排列的几何图形为一条直线，故D正确，ABC错误；
故选：。
根据罐子的运动特点得出罐子在水平方向上的受力特点，同时沙子在竖直方向上受到重力的作用，结合选项和沙子合力的方向完成分析。
本题主要考查了曲线运动的相关应用，理解运动合成的原理即可，难度不大。要注意沙子离开罐子做平抛运动，而不是自由落体运动。
9.【答案】
【解析】解：重力做的功为
故A正确；
B.下滑过程据动能定理可得
代入数据解得，克服阻力做的功为
故B正确；
C.经过点时速度为零，则向心加速度大小为零，故C错误；
D.经过点时，据牛顿第二定律可得
解得货物受到的支持力大小为
据牛顿第三定律可知，货物对轨道的压力大小为，故D正确。
本题选择错误选项，故选：。
根据动能定理得出重力做的功和克服阻力做的功；
根据加速度的计算公式得出加速度的大小；
根据牛顿第二定律和牛顿第三定律得出货物在点对轨道的压力。
本题主要考查了动能定理的相关应用，根据动能定理分析出力的做功情况，结合牛顿第二定律和牛顿第三定律即可完成分析。
10.【答案】
【解析】解：抛出的两谷粒在空中均仅受重力作用，加速度均为重力加速度，故谷粒的加速度等于谷粒的加速度，故B错误；
C.谷粒做平抛运动，谷粒做斜向上抛运动，均从点运动到点，在竖直方向上谷粒做竖直上抛运动，谷粒做自由落体运动，竖直方向上位移相同，故谷粒运动时间较长，故C错误；
A.谷粒做斜抛运动，水平方向上为匀速直线运动，故运动到最高点的速度即为水平方向上的分速度；从点运动到点，与谷粒比较，水平位移相同，但谷粒的运动时间较长，故谷粒水平方向上的速度较小，即最高点的速度小于，故A正确；
D.两谷粒从点运动到点的位移相同，但谷粒的运动时间较长，根据
则谷粒的平均速度大于谷粒的平均速度，故D正确。
故选：。
谷粒均做抛体运动，水平方向做匀速运动，竖直方向受重力，做匀变速直线运动；
谷粒做斜向上抛运动，谷粒做平抛运动，二者竖直方向上位移相同，故可判断运动时间的大小关系；
水平方向上位移相同，根据时间关系，可判断二者水平方向上速度大小关系；
两谷粒从点运动到点的位移相同，根据可判断平均速度大小。
本题考查抛体运动的理解，解题的关键是化曲为直的思想。
11.【答案】
【解析】解：、两球一起下落过程中都做自由落体运动，加速度均为，小球对大球的弹力大小为，故A错误；
B、两球自由下落过程中，由自由落体运动规律得，解得大球与地面碰撞前的速度大小为，故B正确；
C、大球碰撞地之后，速度瞬间反向，大小相等。两球发生弹性碰撞，碰撞前后动量守恒，机械能也守恒。设碰撞后大球的速度为小球的速度为，取向上为正方向，由动量守恒定律有
由机械能守恒定律有
两式联立解得：
可知当时，大球与小球碰撞后大球的速度为，故C错误；
D、设大球质量为，并设碰撞后小球速度大小为，大球速度大小为，选向上为正方向，由动量守恒和机械能守恒
解得：
当时，不考虑影响，则
小球上升高度为，故D正确。
故选：。
两球一起下落过程中都做自由落体运动，相互间没有作用力；由自由落体运动规律求大球与地面碰撞前的速度大小；大球碰撞地之后以原速率反弹，然后与小球发生弹性碰撞，根据动量守恒定律和机械能守恒定律相结合求出碰撞后大球的速度表达式，再分析碰撞后大球的速度能不能为；根据动量守恒定律和机械能守恒定律相结合求出碰撞后小球速度表达式，再求小球相比于地面上升的最大高度。
解决本题时，要理清两球的运动过程，把握弹性碰撞的基本规律：动量守恒定律和机械能守恒定律。要注意规定正方向，用正负号表示速度方向。
12.【答案】
【解析】解：、设向左为正方向，甲第一次抛出球后，对甲、车与第一只球，根据动量守恒定律有
解得
方向水平向左，故A正确；
B、设向左为正方向，甲第二次抛出球后，对甲、车与第二只球，根据动量守恒定律有
解得
方向水平向左，故B正确；
、设向左为正方向，甲第一次抛出球后第一个小球和甲、车组成的系统有
甲第二次抛出球后，两个小球和甲、车组成的系统有
甲第三次抛出球后有
根据规律可知，甲第次抛出球后有
根据上述有
若甲不能接到乙抛回来的球，则有
解得
即从第一次算起，甲抛出个球后，再也不能接到乙抛回来的球，故C错误，D正确。
故选：。
A、抛出的第一个小球和甲、车组成的系统运用动量守恒定律求出甲第一次抛出球后，车的速度；
B、甲第二次抛出球后，对甲、车与第二只球，根据动量守恒定律求出甲第二次抛出球后，车的速度；
、甲恰好不能接到乙抛回来的球时两车的速度相同。以甲及从甲车上抛出的小球为系统，运用动量守恒定律，求出甲总共抛出小球的个数。
本题考查了动量守恒定律的应用，分析清楚抛球过程是解题的前提与关键，正确选择研究对象应用动量守恒定律即可解题，解题时注意正方向的选择与数学归纳法的应用。
13.【答案】
【解析】解：、实验中利用小球碰撞后做平抛运动验证动量守恒，实验要求小球碰撞为对心碰撞，所以和的球心在碰撞的瞬间在同一高度，且碰撞的瞬间和球心连线与轨道末端的切线平行，轨道末端的切线必须是水平的；实验中只要保证小球从斜槽同一高度静止释放即可，轨道无需光滑。
故选：。
、根据实验原理，为防止碰撞过程反弹应有，为保证和的球心在碰撞的瞬间在同一高度且与轨道末端的切线平行，应有；
、由图可知，若碰撞前静止，碰撞后一定向右运动，可知位置应为碰撞后的位置，说明应静止在处，运动后某一时刻与相碰，碰撞后向右运动，向右运动，可知从开始运动到处用时为，故碰撞发生在时刻。
碰撞后运动的时间为，故B的动量大小为：；
若碰撞后保持静止，则碰撞发生在第、两次闪光时刻之间，第次闪光时在处，在处。碰撞后静止，故碰撞发生在处。碰撞后反向向左运动，第二次闪光时到达位置，故碰撞发生在时刻；
碰撞前在内运动，运动，则碰撞前的速度为：
碰撞前的动量大小为：
碰撞前在内位移为，则速度为：
则的动量大小为：
故答案为：；、；、；、。
根据实验原理分析此实验对器材、装置、步骤的要求。
为了保证碰撞前后使入射小球不反弹，故必须使入射小球的质量大于被碰小球的质量；为了使两球发生正碰，两小球的半径相同；
若碰前静止，则碰前只能静止在碰撞位置，故碰撞位置只能在处；的第二个像即为碰后时的位置；则可明确碰撞的动量；再分析的运动情况，即可明确碰撞时刻。
若碰撞后静止，则它碰后只能静止在碰撞位置，故只能静止在处，则可明确碰撞的动量；再分析的运动，即可明确的碰前动量。
第一题考查验证动量守恒定律的实验，主要是运用等效思维方法，明确平抛时间相等，用水平位移代替初速度，这样将不便验证的方程式变成容易验证。第二题考查动量守恒定律的实验分析，要注意明确频闪照的分析方法，能从图中、的位置确定它们各自的运动情况，从而明确碰撞前后的动量以及碰撞时刻。
14.【答案】在很短时间内，研究火箭及其喷出的燃气组成的系统，可以不考虑火箭的重力，系统动量守恒
，
火箭在喷气后增加速度；
比冲的定义式，
在很短时间内，火箭受到的冲量，
代入比冲的定义式得，即为比冲的决定式。
答：火箭在喷气后增加的速度为；
比冲的定义式为，该火箭发动机比冲的决定式为。
【解析】根据系统动量守恒即可求解；
由题意可得比冲的定义式，由动量定理即可判断比冲的定义式即为其决定式。
本题是一道信息题，考查动量守恒定律和动量定理，要能从题目中提炼信息得到比冲的定义式。
15.【答案】解：取水平向右为正方向，根据小球和圆环组成的系统水平方向动量守恒可得
由系统机械能守恒，可得
联立解得圆环和小球的速度分别为：
小球和圆环组成的系统水平方向动量守恒，取水平向左为正方向，设小球下落到最低点所用时间为，此过程中，小球、圆环的水平速度分别为、，小球、圆环的水平位移大小分别为、，则有
，即：
则有：
即：
又有：
联立方程解得圆环的位移大小为：
小球到达最低点时，小球和圆环的位置如图所示。
答：小球通过最低点时，小球和圆环的速度大小分别为、；
见解析。
【解析】小球和圆环组成的系统水平方向动量守恒，可列出方程；小球和圆环组成的系统机械能守恒，可列出方程，联立求解小球通过最低点时，小球和圆环的速度大小。
从小球开始运动到小球运动到最低点这段时间内，小球和圆环组成的系统，水平方向始终满足动量守恒，可列出方程；小球和圆环运动时间相同，则可得小球质量、圆环质量与两者水平位移大小的关系，再结合两者水平位移大小与轻绳长度的关系，可求圆环的位移大小，再用图画出小球和圆环的位置。
解答本题时，要以小球和圆环组成的系统为研究对象，第问与人船模型相似，两者水平位移大小之和等于绳长。
16.【答案】解：设号小球的质量为，碰前的速度为，对于号小球由高运动到最低点过程，根据机械能守恒
解得
设号、号小球碰撞后的速度分别为和，取水平向右为正方向，对、号小球碰撞过程，由动量守恒定律
由能量关系
可得
同理可推知号小球与碰前速度
号小球与碰撞交换速度
解得
当时，可得
若，由的结果知道球的初速度
恰好能通过轨道的最高点，则
小球由到点有
联立解得
答：小球的速度为
小球的速度
的值为
【解析】利用圆周运动结合动能定理，求出小球碰撞前的速度；
利用动量守恒定律和机械能守恒求出小球的速度；
利用动量守恒定律、动能定理、圆周运动最高点的临界条件，求出值。
本题主要考查动量守恒和圆周运动，对学生理解能力要求较高。
第1页，共1页
