高中物理新教材同步必修第二册 模块综合试卷（一）

模块综合试卷(一) (时间：90 分钟 满分：100 分) 一、选择题(本题共12 小题，每小题4 分，共48 分.1～7 为单项选择题，8～12 为多项选择 题) 1.如图1 所示，在皮带传送装置中，皮带把物体P 匀速传送至高处，在此过程中，下述说法 正确的是( ) 图1 A.摩擦力对物体做正功 B.支持力对物体做正功 C.重力对物体做正功 D.合外力对物体做正功 答案 A 解析 摩擦力方向平行皮带向上，与物体运动方向相同，故摩擦力做正功，A 对；支持力始 终垂直于速度方向，不做功，B 错；重力对物体做负功，C 错；合外力为零，做功为零，D 错. 2.质量不等但有相同初动能的两个物体在动摩擦因数相同的水平地面上滑行，直到停止，则 ( ) A.质量大的物体滑行距离大 B.质量小的物体滑行距离大 C.两个物体滑行的时间相同 D.质量大的物体克服摩擦力做的功多 答案 B 解析 由动能定理得－μmgx＝0－Ek，两个物体克服摩擦力做的功一样多，质量小的物体滑 行距离大，B 正确，A、D 错误；由Ek＝mv2得v＝，再由t＝＝可知，滑行的时间与质量有 关，两个物体滑行时间不同，C 错误. 3.(2019·北京卷)2019 年5 月17 日，我国成功发射第45 颗北斗导航卫星，该卫星属于地球静 止轨道卫星(同步卫星).该卫星( ) A.入轨后可以位于北京正上方 B.入轨后的速度大于第一宇宙速度 C.发射速度大于第二宇宙速度 D.若发射到近地圆轨道所需能量较少 答案 D 解析 同步卫星只能位于赤道正上方，A 项错误；由＝知，卫星的轨道半径越大，卫星做匀 速圆周运动的线速度越小，因此入轨后的速度小于第一宇宙速度(近地卫星的速度)，B 项错 误；同步卫星的发射速度大于第一宇宙速度，小于第二宇宙速度，C 项错误；将卫星发射到 越高的轨道克服引力做功越多，故发射到近地圆轨道所需能量较少，D 正确. 4.如图2 所示为质点做匀变速曲线运动轨迹的示意图，且质点运动到D 点(D 点是曲线的拐 点)时速度方向与加速度方向恰好互相垂直，则质点从A 点运动到E 点的过程中，下列说法 中正确的是( ) 图2 A.质点经过C 点的速率比D 点的大 B.质点经过A 点时的加速度方向与速度方向的夹角小于90° C.质点经过D 点时的加速度比B 点的大 D.质点从B 到E 的过程中加速度方向与速度方向的夹角先增大后减小 答案 A 解析 因为质点做匀变速运动，所以加速度恒定，C 项错误.在D 点时加速度与速度垂直， 故知加速度方向向上，合力方向也向上，所以质点从A 到D 的过程中，合力方向与速度方 向夹角大于90°，合力做负功，动能减小，vC>vD，A 项正确，B 项错误.从B 至E 的过程中， 加速度方向与速度方向夹角一直减小，D 项错误. 5.(2019·天津卷)2018 年12 月8 日，肩负着亿万中华儿女探月飞天梦想的嫦娥四号探测器成 功发射，“实现人类航天器首次在月球背面巡视探测，率先在月背刻上了中国足迹”，如图 3 所示.已知月球的质量为M、半径为R.探测器的质量为m，引力常量为G，嫦娥四号探测器 围绕月球做半径为r 的匀速圆周运动时，探测器的( ) 图3 A.周期为 B.动能为 C.角速度为 D.向心加速度为 答案 A 解析 嫦娥四号探测器环绕月球做匀速圆周运动时，万有引力提供其做匀速圆周运动的向心 力，有＝mω2r＝m＝mr＝ma，解得ω＝、v＝、T＝、a＝，则嫦娥四号探测器的动能为Ek＝ mv2＝，由以上可知A 正确，B、C、D 错误. 6.(2018·石室中学高一下学期期末)如图4 所示，固定的倾斜光滑杆上套有一个质量为m 的圆 环，圆环与竖直放置的轻质弹簧一端相连，弹簧的另一端固定在地面上的A 点，弹簧处于 原长，圆环高度为h.让圆环沿杆滑下，滑到杆的底端时速度为零.则在圆环下滑到底端的过 程中(重力加速度为g，杆与水平方向夹角为30°)( ) 图4 A.圆环的机械能守恒 B.弹簧的弹性势能先减小后增大 C.弹簧的弹性势能变化了mgh D.弹簧与光滑杆垂直时圆环动能最大 答案 C 解析 圆环与弹簧组成的系统机械能守恒，但圆环的机械能不守恒，A 错误；弹簧形变量先 增大后减小然后再增大，所以弹簧的弹性势能先增大后减小再增大，B 错误；由于圆环与弹 簧组成的系统机械能守恒，圆环的机械能减少了mgh，所以弹簧的弹性势能增加mgh，C 正 确；弹簧与光滑杆垂直时，圆环所受合力沿杆向下，圆环具有与速度同向的加速度，所以做 加速运动，D 错误. 7.(2018·石室中学高一下学期期末)如图5 所示，abc 是竖直面内的光滑固定轨道，ab 水平、 长度为2R；bc 是半径为R 的四分之一圆弧，与ab 相切于b 点.一质量为m 的小球，始终受 到与重力大小相等的水平外力的作用，自a 点处从静止开始向右运动.重力加速度为g.小球 从a 点开始运动到其轨迹最高点，动能的增量为( ) 图5 A.2mgR B.4mgR C.5mgR D.6mgR 答案 A 解析 由题意知水平拉力为F＝mg，设小球达到c 点的速度为v1，从a 到c 根据动能定理可 得：F·3R－mgR＝mv1 2，解得：v1＝2；小球离开c 点后，竖直方向做竖直上抛运动，水平 方向做初速度为零的匀加速直线运动，由于水平方向加速度ax＝g，小球至轨迹最高点时vx ＝v1，故小球从a 点开始运动到最高点时的动能的增量为ΔEk＝mv1 2＝2mgR. 8.(2019·江苏卷)如图6 所示，摩天轮悬挂的座舱在竖直平面内做匀速圆周运动.座舱的质量为 m，运动半径为R，角速度大小为ω，重力加速度为g，则座舱( ) 图6 A.运动周期为 B.线速度的大小为ωR C.受摩天轮作用力的大小始终为mg D.所受合力的大小始终为mω2R 答案 BD 解析 座舱做匀速圆周运动，合力提供向心力，知座舱的运动周期T＝、线速度大小v＝ ωR、所受合力的大小F＝mω2R，选项B、D 正确，A 错误；座舱的重力为mg，座舱做匀速 圆周运动受到的合力大小不变，方向时刻变化，故座舱受到摩天轮的作用力大小不可能始终 为mg，选项C 错误. 9.(2018·简阳市高一下学期期末)竖直平面内有两个半径不同的半圆形光滑轨道，如图7 所示， A、M、B 三点位于同一水平面上，C、D 分别为两轨道的最低点，将两个相同的小球分别从 A、B 处同时无初速度释放，则( ) 图7 A.通过C、D 时，两球的线速度大小相等 B.通过C、D 时，两球的角速度大小相等 C.通过C、D 时，两球的机械能相等 D.通过C、D 时，两球对轨道的压力相等 答案 CD 解析 对任意一球研究，设半圆轨道的半径为r，根据机械能守恒定律得：mgr＝mv2，得： v＝，由于r 不同，则v 不等，故A 错误；由v＝rω 得：ω＝＝，可知两球的角速度大小不 等，故B 错误；两球的初始位置机械能相等，下滑过程机械能都守恒，所以通过C、D 时两 球的机械能相等，故C 正确；通过圆轨道最低点时小球的向心加速度为an＝＝2g，根据牛 顿第二定律得：FN－mg＝man，得轨道对小球的支持力大小为FN＝3mg，由牛顿第三定律知 球对轨道的压力为FN′＝FN＝3mg，与半径无关，则通过C、D 时，两球对轨道的压力相等， 故D 正确. 10.(2018·永春一中高一下学期期末)如图8，北斗导航卫星的发射需要经过几次变轨，例如某 次变轨，先将卫星发射至近地圆轨道1 上，然后在P 处变轨到椭圆轨道2 上，最后由轨道2 在Q 处变轨进入圆轨道3，轨道1、2 相切于P 点，轨道2、3 相切于Q 点.忽略空气阻力和 卫星质量的变化，则以下说法正确的是( ) 图8 A.该卫星从轨道1 变轨到轨道2 需要在P 处减速 B.该卫星从轨道1 到轨道2 再到轨道3，机械能逐渐减小 C.该卫星在轨道3 的动能小于在轨道1 的动能 D.该卫星稳定运行时，在轨道3 上经过Q 点的加速度等于在轨道2 上Q 点的加速度 答案 CD 解析 该卫星从轨道1 变轨到轨道2 需要在P 处加速，选项A 错误；该卫星从轨道1 到轨道 2 需要点火加速，则机械能增加；从轨道2 再到轨道3，又需要点火加速，机械能增加；故 该卫星从轨道1 到轨道2 再到轨道3，机械能逐渐增加，选项B 错误；根据v＝可知，该卫 星在轨道3 的速度小于在轨道1 的速度，则卫星在轨道3 的动能小于在轨道1 的动能，选项 C 正确；根据a＝可知，该卫星稳定运行时，在轨道3 上经过Q 点的加速度等于在轨道2 上 Q 点的加速度，选项D 正确. 11.(2019·江苏卷)如图9 所示，轻质弹簧的左端固定，并处于自然状态.小物块的质量为m， 从A 点向左沿水平地面运动，压缩弹簧后被弹回，运动到A 点恰好静止.物块向左运动的最 大距离为s，与地面间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g，弹簧未超出弹性限度.在上述过 程中( ) 图9 A.弹簧的最大弹力为μmg B.物块克服摩擦力做的功为2μmgs C.弹簧的最大弹性势能为μmgs D.物块在A 点的初速度为 答案 BC 解析 小物块处于最左端时，弹簧的压缩量最大，然后小物块先向右加速运动再减速运动， 可知弹簧的最大弹力大于滑动摩擦力μmg，选项A 错误；物块从开始运动至最后回到A 点 过程，路程为2s，可得物块克服摩擦力做功为2μmgs，选项B 正确；物块从最左侧运动至A 点过程，由能量守恒定律可知Epm＝μmgs，选项C 正确；设物块在A 点的初速度为v0，整个 过程应用动能定理有－2μmgs＝0－mv0 2，解得v0＝2，选项D 错误. 12.如图10 所示，两个圆弧轨道固定在水平地面上，半径R 相同，a 轨道由金属凹槽制成，b 轨道由金属圆管制成(圆管内径远小于半径R)，均可视为光滑轨道，在两轨道右端的正上方 分别将金属小球A 和B(直径略小于圆管内径)由静止释放，小球距离地面的高度分别用hA和 hB表示，下列说法中正确的是( ) 图10 A.若hA＝hB≥R，两小球都能沿轨道运动到最高点 B.若hA＝hB≥R，两小球在轨道上上升的最大高度均为R C.适当调整hA和hB，均可使两小球从轨道最高点飞出后，恰好落在轨道右端口处 D.若使小球沿轨道运动并且从最高点飞出，hA的最小值为R，B 小球在hB＞2R 的任何高度释 放均可 答案 AD 解析 若小球A 恰好能到a 轨道的最高点，由mg＝m，得vA＝，由mg(hA－2R)＝mvA 2，得 hA＝R；若小球B 恰好能到b 轨道的最高点，在最高点的速度vB＝0，根据机械能守恒定律得 hB＝2R，所以hA＝hB≥R 时，两球都能到达轨道的最高点，故A、D 正确；若hB＝R，小球B 在轨道上上升的最大高度等于R；若hA＝R，则小球A 在到达最高点前离开轨道，有一定的 速度，由机械能守恒定律可知，A 在轨道上上升的最大高度小于R，故B 错误.小球A 从最高 点飞出后做平抛运动，下落R 高度时，水平位移的最小值为xA＝vA＝·＝R＞R，所以若小球 A 从最高点飞出后会落在轨道右端口外侧，而适当调整hB，B 可以落在轨道右端口处，所以 适当调整hA和hB，只有B 球可以从轨道最高点飞出后，恰好落在轨道右端口处，故C 错误. 二、实验题(本题共2 小题，共12 分) 13.(5 分)某兴趣小组用如图11 甲所示的装置与传感器结合，探究向心力大小的影响因素.实 验时用手拨动旋臂使它做圆周运动，力传感器和光电门固定在实验器上，测量角速度和向心 力. (1)电脑通过光电门测量挡光杆通过光电门的时间，并由挡光杆的宽度d、挡光杆通过光电门 的时间Δt、挡光杆做圆周运动的半径r，自动计算出砝码做圆周运动的角速度，则计算其角 速度的表达式为________________. (2)图乙中取①②两条曲线为相同半径、不同质量下向心力与角速度的关系图线，由图可知， 曲线①对应的砝码质量__________(选填“大于”或“小于”)曲线②对应的砝码质量. 图11 答案 (1)(3 分) (2)小于(2 分) 解析 (1)砝码转动的线速度v＝ 由ω＝ 计算得出ω＝ (2)题图中抛物线说明向心力F 和ω2成正比.若保持角速度和半径都不变，则质点做圆周运动 的向心加速度不变，由牛顿第二定律F＝ma 可知，质量大的物体需要的向心力大，所以曲 线①对应的砝码质量小于曲线②对应的砝码质量. 14.(7 分)(2018·石室中学高一下学期期末)某同学用如图12 甲所示的装置验证机械能守恒定 律，他将两物块A 和B 用轻质细绳连接并跨过轻质定滑轮，B 下端连接纸带，纸带穿过固定 的打点计时器，用天平测出A、B 两物块的质量mA＝300 g，mB＝100 g，A 从高处由静止开 始下落，B 拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定 律，图乙给出的是实验中获取的一条纸带：0 是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4 个点(图中未标出)，计数点间的距离如图乙所示，已知打点计时器计时周期为T＝0.02 s，则： 图12 (1)在打点0～5 过程中系统动能的增加量ΔEk＝______ J，系统势能的减小量ΔEp＝ ________J，由此得出的结论是__________________；(重力加速度g＝9.8 m/s2，结果均保留 三位有效数字) (2)用v 表示物块A 的速度，h 表示物块A 下落的高度.若某同学作出的－h 图像如图丙所示， 则可求出当地的重力加速度g＝________m/s2(结果保留三位有效数字). 答案 (1)1.15(2 分) 1.18(2 分) 在误差允许范围内，A、B 组成的系统机械能守恒(1 分) (2)9.70(2 分) 解析 (1)根据某段时间内平均速度等于中间时刻的瞬时速度，计数点5 的瞬时速度v5＝＝ m/s＝2.40 m/s，则系统动能的增加量：ΔEk＝(mA＋mB)v5 2＝×0.4×2.42 J≈1.15 J，系统重力 势能的减小量ΔEp＝(mA－mB)gh＝0.2×9.8×(38.40＋21.60)×10－2 J≈1.18 J.在误差允许的范围 内，A、B 组成的系统机械能守恒. (2)根据机械能守恒定律得： (mA－mB)gh＝(mA＋mB)v2 得v2＝gh 故斜率k＝g＝ m/s2 代入数据得：g＝9.70 m/s2. 三、计算题(本题共4 小题，共40 分) 15.(7 分)火星半径约为地球半径的，火星质量约为地球质量的，地球表面的重力加速度g 取 10 m/s2. (1)求火星表面的重力加速度.(结果保留两位有效数字) (2)若弹簧测力计在地球上最多可测出质量为2 kg 的物体所受的重力，则该弹簧测力计在火 星上最多可测出质量为多大的物体所受的重力？ 答案 (1)4.4 m/s2 (2)4.5 kg 解析 (1)对于在星球表面的物体，有 mg＝G(2 分) 可得＝()2＝×()2＝(2 分) 故g 火＝g 地≈4.4 m/s2.(1 分) (2)弹簧测力计的最大弹力不变，即 m 地g 地＝F＝m 火g 火(1 分) 则m 火＝m 地＝4.5 kg.(1 分) 16.(8 分)(2019·天津卷)完全由我国自行设计、建造的国产新型航空母舰已完成多次海试，并 取得成功.航母上的舰载机采用滑跃式起飞，故甲板是由水平甲板和上翘甲板两部分构成， 如图13 甲所示.为了便于研究舰载机的起飞过程，假设上翘甲板BC 是与水平甲板AB 相切的 一段圆弧，示意如图乙，AB 长L1＝150 m，BC 水平投影L2＝63 m，图中C 点切线方向与水 平方向的夹角θ＝12˚(sin 12°≈0.21).若舰载机从A 点由静止开始做匀加速直线运动，经t＝6 s 到达B 点进入BC.已知飞行员的质量m＝60 kg，g＝10 m/s2，求： 图13 (1)舰载机水平运动的过程中，飞行员受到水平力所做的功W； (2)舰载机刚进入BC 时，飞行员受到竖直向上的压力FN多大. 答案 (1)7.5×104 J (2)1.1×103 N 解析 (1)舰载机由静止开始做匀加速直线运动，设其刚进入上翘甲板时的速度为v，则有＝ ①(1 分) 根据动能定理，有W＝mv2－0②(2 分) 联立①②式，代入数据，得W＝7.5×104 J③(1 分) (2)设上翘甲板所对应的圆弧半径为R，根据几何关系，有L2＝Rsin θ④(1 分) 由牛顿第二定律，有FN－mg＝m⑤(2 分) 联立①④⑤式，代入数据，得FN＝1.1×103 N.(1 分) 17.(11 分)如图14 所示，半径为R＝1.5 m 的光滑圆弧支架竖直放置，圆心角θ＝60°，支架的 底部CD 水平，离地面足够高，圆心O 在C 点的正上方，右侧边缘P 点固定一个光滑小轮， 可视为质点的小球A、B 系在足够长的跨过小轮的轻绳两端，两球的质量分别为mA＝0.3 kg、mB＝0.1 kg.将A 球从紧靠小轮P 处由静止释放，不计空气阻力，g 取10 m/s2. 图14 (1)求A 球运动到C 点时的速度大小； (2)若A 球运动到C 点时轻绳突然断裂，从此时开始，需经过多长时间两球重力的功率大小 相等？(计算结果可用根式表示). 答案 (1)2 m/s (2) s 解析 (1)由题意可知，A、B 组成的系统机械能守恒，有 mAvA 2＋mBvB 2＝mAghA－mBghB(2 分) hA＝R－Rcos 60°＝(1 分) hB＝R(1 分) vB＝vAcos 30°＝vA(1 分) 联立解得vA＝2 m/s(1 分) (2)轻绳断裂后，A 球做平抛运动，B 球做竖直上抛运动，B 球上抛初速度vB＝vAcos 30°＝ m/s (1 分) 设经过时间t 两球重力的功率大小相等，则mAgvAy＝mBgvBy(1 分) vAy＝gt(1 分) vBy＝vB－gt(1 分) 联立解得t＝ s(1 分) 18.(14 分)如图15 所示，从A 点以v0＝4 m/s 的水平速度抛出一质量m＝1 kg 的小物块(可视 为质点)，当物块运动至B 点时，恰好沿切线方向进入光滑圆弧轨道BC，经圆弧轨道后滑上 与C 点等高、静止在粗糙水平面的长木板上，圆弧轨道C 端的切线水平，已知长木板的质 量M＝4 kg，A、B 两点距C 点的高度分别为H＝0.6 m、h＝0.15 m，圆弧轨道半径R＝0.75 m，物块与长木板之间的动摩擦因数μ1＝0.5，长木板与水平面间的动摩擦因数μ2＝0.2，长 木板与水平面间的最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力，g 取10 m/s2.已知sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8.求： 图15 (1)小物块运动至B 点时的速度大小和方向； (2)物块滑动至C 点时，对圆弧轨道C 点的压力大小； (3)长木板至少为多长，才能保证物块不滑出长木板. 答案 (1)5 m/s 与水平方向成37°角斜向下 (2)47.3 N (3)2.8 m 解析 (1)小物块从A 点到B 点做平抛运动，有 H－h＝gt2(