2018-2019学年高中物理 模块综合试卷 新人教版必修2

模块综合试卷
(时间：90分钟满分：100分)
一、单项选择题(本题共13小题，每小题3分，共39分)
1．(2018·浙江省9＋1高中联盟第二学期期中考试)在物理学发展史上伽利略、开普勒等许多科学家为物理学的发展做出了巨大贡献．以下选项中不符合他们观点的是( )
A．伽利略认为：在忽略空气阻力的情况下，羽毛和铁块下落速度一样快
B．伽利略认为：物体沿光滑斜面下滑后上升到另一光滑斜面，最终将回到原来的高度
C．开普勒认为：火星与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相同
D．开普勒认为：绕太阳公转的所有行星轨道半长轴的长度跟它的公转周期的比值都相等
答案 D
2.一户外健身器材如图1所示，当器材上轮子转动时，轮子上A、B两点的( )
图1
A．转速n B＞n A
B．周期T B＞T A
C．线速度v B＞v A
D．角速度ωB＞ωA
答案 C
3．(2018·浙江6月学考)如图2所示为1687年出版的《自然哲学的数学原理》一书中牛顿所画草图．他设想在高山上水平抛出物体，若速度一次比一次大，落点就一次比一次远．当速度足够大时，物体就不会落回地面，成为人造地球卫星．若不计空气阻力，这个速度至少为( )
图2
A．7.9 km/s B．8.9 km/s
C．11.2 km/s D．16.7 km/s
答案 A
4．(2018·浙江6月学考)如图3所示，质量为m的小车在与竖直方向成α角的恒定拉力F作用下，沿水平地面向左运动一段距离l.在此过程中，小车受到的阻力大小恒为F f，重力加速度为g，则( )
图3
A．拉力对小车做的功为Fl cos α
B．支持力对小车做的功为Fl sin α
C．阻力对小车做的功为－F f l
D．重力对小车做的功为mgl
答案 C
解析根据力做功的公式W＝Fl cos θ，其中θ为力、位移的夹角，所以拉力做的功为W＝Fl sin α，选项A错误；支持力、重力不做功，选项B、D错误，阻力做功W f＝－F f l，选项C正确．
5．“投壶”是我国一种传统投掷游戏．如图4所示，大人和小孩在同一竖直线上的不同高度分别以水平速度v1、v2抛出“箭矢”(可视为质点)，都能投入地面上的“壶”内，“箭矢”在空中的运动时间分别为t1、t2.忽略空气阻力，则( )
图4
A．t1＜t2B．t1＝t2
C．v1＜v2D．v1＞v2
答案 C
解析根据平抛运动规律知下落时间t＝2h
g
，由于h1＞h2，故t1＞t2，所以A、B错误；根据v＝
x
t
，得v1
＜v2，C正确，D错误．
6.(2017·浙江省名校新高考研究联盟第二次联考)如图5所示，在水平桌面上摆一条弯曲的轨道，它是由几段稍短的弧形光滑轨道组合而成的．通过压缩弹簧使钢球从轨道的C端进入，在轨道的约束下做曲线运动．则下列说法中正确的是( )
图5
A ．小球运动过程中，受到重力、弹力和向心力作用
B ．小球在运动过程中做速度不变的运动
C ．弹簧的弹性势能转化为小球的动能和重力势能
D ．从A 点飞出时，小钢球的速度方向一定沿着A 点的切线方向 答案 D
7.(2018·宁波市高三上学期期末“十校联考”)如图6是位于某游乐园的摩天轮，高度为108 m ，直径是98 m ．一质量为50 kg 的游客乘坐该摩天轮做匀速圆周运动旋转一圈需25 min.如果以地面为零势能面，则他到达最高点时的(g ＝10 m/s 2
，不计空气阻力)( )
图6
A ．重力势能为5.4×104
J ，角速度为0.2 rad/s B ．重力势能为4.9×104 J ，角速度为0.2 rad/s C ．重力势能为5.4×104
J ，角速度为4.2×10－3
rad/s D ．重力势能为4.9×104
J ，角速度为4.2×10－3
rad/s 答案 C
解析 E p ＝mgh ＝5.4×104 J
T ＝25 min ＝1 500 s
ω＝2πT
≈4.2×10－3
rad/s ，C 正确．
8．(2018·浙江省名校协作体第二学期考试)游乐园中的竖直摩天轮在匀速转动时，其每个载客轮舱都能始终保持竖直直立状(如图7所示)，一质量为m 的旅行包放置在该摩天轮轮舱水平底板上．已知旅行包在最高点对底板的压力为0.8mg ，下列说法正确的是( )
图7
A ．摩天轮转动过程中，旅行包所受合力不变
B ．旅行包随摩天轮的运动过程中始终受到轮舱水平底板的摩擦力作用
C ．旅行包随摩天轮运动到圆心等高处时受到的摩擦力为0.2mg
D ．旅行包随摩天轮运动的过程中机械能守恒 答案 C
解析 摩天轮匀速转动，旅行包所受合外力大小不变，方向变化，A 错误；在最高点向心力由重力和底板的支持力提供，F n ＝mg －F N ＝mg －0.8mg ＝0.2mg
在圆心等高处，向心力由摩擦力提供F f ＝F n ＝0.2mg ，C 正确．
旅行包在最高点和最低点不受摩擦力作用，B 项错误；由于动能不变，重力势能变化，故旅行包随摩天轮运动过程中机械能不守恒，D 项错误．
9．(2018·温州市六校协作体高三上学期期末联考)有一种特殊的手机，在电池能量将要耗尽时，为了应急需要，可以通过摇晃手机来维持通话．假设每摇晃一次相当于将150 g 的重物举高45 cm ，每秒摇两次，则( ) A ．摇晃手机的平均功率约为1.4 W B ．每摇晃一次手机做的功约为1.4 J
C ．摇晃过程中手机的机械能直接转化为化学能
D ．摇晃过程中手机的电能直接转化为机械能 答案 A
解析 摇晃一次手机所做的功W ＝mgh ＝0.15×10×0.45 J＝0.675 J ，B 错．P ＝W t ＝0.6750.5
W ＝1.35 W≈1.4 W，
A 对．摇晃过程中手机的机械能直接转化为电能，C 、D 错．
10．(2015·浙江10月选考科目考试)快艇在运动中受到的阻力与速度平方成正比(即F f ＝kv 2
)．若油箱中有20 L 燃油，当快艇以10 m/s 匀速行驶时，还能行驶40 km ，假设快艇发动机的效率保持不变，则快艇以20 m/s 匀速行驶时，还能行驶( ) A ．80 km B ．40 km C ．10 km D ．5 km
答案 C
解析 20 L 燃油可用于克服阻力做功一定，即F f s ＝kv 2s 一定，s 与v 2
成反比，当速度增加为原来的2倍时，路程应为原来的1
4
，C 对．
11．(2018·余姚市高一第二学期期中考试)2017年4月，我国成功发射的“天舟一号”货运飞船与“天宫二号”空间实验室完成了首次交会对接，对接形成的组合体仍沿“天宫二号”原来的轨道(可视为圆轨道)运动，与“天宫二号”单独运行相比，组合体运行的( ) A ．周期变大 B ．角速度变大 C ．动能变大 D ．向心加速度变大
答案 C
解析 由于对接后组合体的轨道半径与“天宫二号”相同，故v 、ω、T 、a 大小不变，由E k ＝12mv 2
知，由于
质量变大，故动能变大．
12.(2018·浙江省9＋1高中联盟第二学期期中考试)“跳一跳”小游戏需要操作者控制棋子离开平台时的速度，使其能跳到旁边平台上．如图8所示的抛物线为棋子在某次跳跃过程中的运动轨迹，其最高点离平台的高度为h ，水平速度为v ；若质量为m 的棋子在运动过程中可视为质点，只受重力作用，重力加速度为g ，则( )
图8
A ．棋子从最高点落到平台上所需时间t ＝
2h g
B ．若棋子在最高点的速度v 变大，则其落到平台上的时间变长
C ．棋子从最高点落到平台的过程中，重力势能增加mgh
D ．棋子落到平台上时的速度大小为2gh 答案 A
解析 由h ＝12
gt 2
得：t ＝
2h
g
，A 项正确；下落时间与初速度v 无关，B 项错误；下落过程中，重力势能减
少mgh ，C 项错误 ；由机械能守恒定律：12mv ′2＝12
mv 2＋mgh 得：v ′＝v 2
＋2gh ，D 项错误．
13．(2018·浙江省名校新高考研究联盟第二次联考)应用物理知识分析生活中的常见现象，可以使物理学习更加有趣和深入．例如你用手掌平托一苹果，保持这样的姿势在竖直平面内以速率v 按顺时针方向做半径为
R 的匀速圆周运动，如图9所示．假设t ＝0时刻苹果在最低点a 且重力势能为零，关于苹果从最低点a 运动
到最高点c 的过程，下列说法正确的是( )
图9
A ．苹果在最高点c 受到的手的支持力为mg ＋m v 2
R
B ．苹果的重力势能随时间的变化关系为E p ＝mgR ⎣
⎢⎡⎦
⎥⎤1－cos ⎝ ⎛⎭⎪⎫v
R t
C ．苹果在运动过程中机械能守恒
D ．苹果在运动过程中的加速度越来越小 答案 B
解析 在最高点，苹果受到手的支持力，方向向上，受到重力，方向向下，故根据牛顿第二定律可得mg －F N
＝m v 2R ，解得F N ＝mg －m v 2R ，A 错误；t 时刻苹果相对于a 点的高度h ＝R (1－cos ωt )＝R [1－cos ⎝ ⎛⎭
⎪⎫v R t ]，所以重力势能随时间的变化关系式为E p ＝mgR ·⎣
⎢⎡⎦
⎥⎤1－cos ⎝ ⎛⎭⎪⎫v
R t ，B 正确；手的支持力对苹果做功，苹果的机械能不
守恒，C 错误；苹果做匀速圆周运动，加速度大小恒定不变，方向时刻指向圆心，D 错误． 二、不定项选择题(本题共3小题，每小题3分，共9分)
14.如图10所示，一质量为m 的小球固定于轻质弹簧的一端，弹簧的另一端固定于O 点处．将小球拉至A 处，弹簧恰好无形变，由静止释放小球，它运动到O 点正下方B 点速度为v ，AB 间的竖直高度差为h ，忽略空气阻力，则( )
图10
A ．由A 到
B 重力对小球做的功等于mgh B ．由A 到B 小球的重力势能减少12mv 2
C ．由A 到B 小球克服弹力做功为mgh
D ．小球到达位置B 时弹簧的弹性势能为mgh －mv 2
2
答案 AD
解析 重力做功只和高度差有关，故由A 到B 重力做的功等于mgh ，选项A 正确；由A 到B 重力势能减少mgh ，选项B 错误；由A 到B 小球克服弹力做功为W ＝mgh －12mv 2
，又小球在A 处时，弹簧无形变，故小球在B 处时
弹簧的弹性势能为mgh －12mv 2
，选项C 错误，D 正确．
【考点】各种功能关系及应用 【题点】各种功能关系及应用
15．(2018·浙江省百校开学摸底联考)2017年6月19日，长征三号乙遥二十八火箭发射中星9A 卫星过程中出现变故，由于运载火箭的异常，致使卫星没有按照原计划进入预定轨道．经过航天测控人员的配合和努力，通过多次轨迹调整，7月5日卫星成功变轨进入预定轨道．卫星变轨原理图如图11所示，卫星从椭圆轨道Ⅰ远地点Q 改变速度进入预定轨道Ⅱ，P 点为椭圆轨道近地点，下列说法正确的是( )
图11
A ．卫星在椭圆轨道Ⅰ运行时，在P 点的速度等于在Q 点的速度
B ．卫星在椭圆轨道Ⅰ的Q 点的速度小于在预定轨道Ⅱ的Q 点的速度
C ．卫星在椭圆轨道Ⅰ的Q 点的加速度大于在预定轨道Ⅱ的Q 点的加速度
D ．卫星耗尽燃料后，在微小阻力的作用下，机械能减小，轨道半径变小，动能变大 答案 BD
16．如图12甲所示，质量不计的弹簧竖直固定在水平面上，t ＝0时刻，将一金属小球从弹簧正上方某一高度处由静止释放，小球接触弹簧并将弹簧压缩至最低点(形变在弹性限度内)，然后又被弹起离开弹簧，上升到一定高度后又下落，如此反复．通过安装在弹簧下端的压力传感器，测出该过程中弹簧弹力F 随时间t 变化的图象如图乙所示，则( )
图12
A ．运动过程中小球的机械能守恒
B ．t 2时刻小球的速度为零
C ．t 1～t 2这段时间内，小球的动能在逐渐减小
D．t2～t3这段时间内，小球的动能与重力势能之和在增加
答案BD
解析运动过程中弹簧的弹力对小球做功，所以小球的机械能不守恒，A错误．t2时刻，弹簧弹力最大，说明弹簧的压缩量最大，小球的速度为零，B正确．t1～t2这段时间内，小球接触弹簧并把弹簧压缩到最短，小球的速度先增大到最大，然后减小到零，所以小球的动能先增大后减小，C错误．t2～t3这段时间内，弹簧弹力从最大值开始逐渐减小，说明弹簧的压缩量逐渐减小，小球开始逐渐上升，弹簧的弹力对小球做正功，所以小球的机械能增加，即其动能与重力势能之和在增加，D正确．
【考点】系统机械能守恒定律的应用
【题点】机械能守恒定律在弹簧类问题中的应用
三、实验题(本题共2小题，共12分)
17．(6分)(2018·台州中学高二下学期期中考试)在探究“功和速度变化的关系”的实验中，小张同学用如图13所示装置，尝试通过测得细绳拉力(近似等于悬挂重物重力)做的功和小车获得的速度的值进行探究，则：
图13
(1)下列说法正确的是________．
A．该方案需要平衡摩擦力
B．该方案需要重物的质量远小于小车的质量
C．该方案操作时细绳应该与木板平行
D．该方案处理数据时应选择匀速时的速度
(2)某次实验获得的纸带如图14所示，小张同学每隔4点标一个计数点，则C点的速度为________ m/s(电火花计时器的工作频率为50 Hz，计算结果保留3位有效数字)．
图14
(3)小张同学又设计了如图15所示装置，尝试通过橡皮筋弹射小球的方式来探究“功和速度变化的关系”，测得小球离地高度为h，弹射水平距离为L，重力加速度为g，则小球的抛出速度可表示为________．
图15
答案 (1)ABC (2)0.178(0.173～0.183均可) (3)L g 2h
18.(6分)某课外活动小组利用竖直上抛运动验证机械能守恒定律．
图16
(1)某同学用20分度游标卡尺测量出小球的直径为1.020 cm.如图16所示弹射装置将小球竖直向上抛出，先后通过光电门A 、B ，计时装置测出小球通过A 、B 的时间分别为2.55 ms 、5.15 ms ，由此可知小球通过光电门A 、B 时的速度分别为v A 、v B ，其中v A ＝________m/s.
(2)用刻度尺测出光电门A 、B 间的距离h ，已知当地的重力加速度为g ，只需比较________(用题目中涉及的物理量符号表示)是否相等，就可以验证机械能是否守恒．
(3)通过多次实验发现，小球通过光电门A 的时间越短，(2)中要验证的两数值差越大，试分析实验中产生误差的主要原因是_____________________________________________________． 答案 (1)4(4.0或4.00也对) (2)gh 和v A 22
－
v B
2
2
(3)小球上升过程中受到空气阻力的作用，速度越大，
所受阻力越大
解析 (1)小球通过光电门可近似认为做匀速直线运动，所以v A ＝d t A ＝1.020×10－2
2.55×10－3
m/s ＝4 m/s ；
(2)在验证机械能守恒定律时，要看动能的减少量是否等于重力势能的增加量，即gh 与v A
22
－
v B 2
2
是否相
等；
(3)小球通过A 的时间越短，意味着小球的速度越大，而速度越大受到的空气阻力就越大，损失的能量就越多，动能的减少量和重力势能的增加量差值就越大．
四、计算题(本题共3小题，共40分，解答时应写出必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位) 19．(12分)我国将于2022年举办冬奥会，跳台滑雪是其中最具观赏性的项目之一．如图17所示，质量m ＝60 kg(包括雪具在内)的运动员从长直助滑道AB 的A 处由静止开始以加速度a ＝3.6 m/s 2
匀加速滑下，到达助滑道末端B 时速度v B ＝24 m/s ，A 与B 的竖直高度差H ＝48 m ，为了改变运动员的运动方向，在助滑道与起跳台之间用一段弯曲滑道平滑衔接，其中最低点C 处附近是一段以O 为圆心的圆弧．助滑道末端B 与滑道最低点C 的高度差h ＝5 m ，运动员在B 、C 间运动时阻力做功W ＝－1 530 J ，取g ＝10 m/s 2.
图17
(1)求运动员在AB 段下滑时受到的阻力F f 的大小；
(2)若运动员能够承受的最大压力为其所受重力的6倍，则C 点所在圆弧的半径R 至少应为多大． 答案 (1)144 N (2)12.5 m
解析 (1)运动员在AB 上做初速度为零的匀加速直线运动，设AB 的长度为x ，则有v B 2
＝2ax ① 由牛顿第二定律有mg H
x
－F f ＝ma ② 联立①②式，代入数据解得F f ＝144 N③
(2)设运动员到达C 点时的速度为v C ，在由B 到达C 的过程中，由动能定理得
mgh ＋W ＝12mv C 2－12
mv B 2④
设运动员在C 点所受的支持力为F N ，由牛顿第二定律有
F N －mg ＝m v C
2R
⑤
由题意知F N ＝6mg ⑥
联立④⑤⑥式，代入数据解得R ＝12.5 m.
20．(14分)(2018·浙江省名校协作体高三上学期考试)如图18所示，质量m ＝1 kg 的小物块静止放在粗糙水平面上，它与水平面表面的动摩擦因数μ＝0.4，且与水平面边缘O 点的距离s ＝8 m ．在台阶右侧固定了一个1
2
圆弧挡板，半径R ＝3 m ，左端为O 点，圆心与桌面同高．今以O 点为原点建立平面直角坐标系．现用
F ＝8 N 的水平恒力拉动小物块，一段时间后撤去拉力，小物块最终水平抛出并击中挡板．(g 取10 m/s 2，不计空气阻力)
图18
(1)若小物块恰能击中圆弧最低点，求其离开O 点时的动能大小；
(2)在第(1)中拉力F 作用的时间；
(3)若小物块在空中运动的时间为0.6 s ，则拉力F 作用的距离．
答案 (1)7.5 J (2)7932 s (3)6516
m 解析 (1)小物块离开O 点后做平抛运动，
故：R ＝v 0t
R ＝12gt 2
E k O ＝12
mv 0 2 代入数值解得E k O ＝7.5 J
(2)开始运动到小物块到达O 点的过程，由动能定理得：Fx －μmgs ＝12
mv 02 所以x ＝7916
m 由牛顿第二定律得F －μmg ＝ma ，a ＝4 m/s 2
12at 02＝x ，t 0＝7932 s (3)小物块离开O 点后做平抛运动，由下落时间可知下落距离y ＝12
gt 2，y ＝1.8 m ， ①若小物块落到半圆的左半边，则平抛运动水平位移
x 1＝R －R 2－y 2＝0.6 m
v 1＝x 1t
＝1 m/s FL 1－μmgs ＝12
mv 12
所以L 1＝6516
m ②若小物块落到半圆的右半边，同理可得v 2＝9 m/s
L 2＝14516
m ＞8 m(舍去) 21．(14分)(2018·浙江省高三“五校联考”第一次考试)如图19甲所示，倾角为θ＝37°的传送带以恒定速率逆时针运行，现将一质量m ＝2 kg 的小物体轻轻放在传送带的A 端，物体相对地面的速度随时间变化的关系如图乙所示，2 s 末物体到达B 端，取沿传送带向下为正方向，g ＝10 m/s 2
，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，求：
图19
(1)小物体在传送带A 、B 两端间运动的平均速度v 的大小；
(2)物体与传送带间的动摩擦因数μ；
(3)2 s 内物体机械能的减少量ΔE 及因与传送带摩擦产生的内能Q .
答案 (1)8 m/s (2)0.5 (3)48 J 48 J
解析 (1)由v －t 图象与t 轴所围面积表示位移可知，x AB ＝16 m ，则v ＝
x AB t
＝8 m/s. (2)由v －t 图象可知传送带运行速度为v 1＝10 m/s ，
物体从A 到B 先做加速度为a 1＝10－01－0
m/s 2＝10 m/s 2的匀加速运动， 经过时间t 1＝1 s 后再做加速度为a 2＝12－102－1
m/s 2＝2 m/s 2的匀加速运动， 再经过时间t 2＝1 s ，物体以大小为v 2＝12 m/s 的速度到达传送带B 端．
由物体在传送带上的受力情况知 a 1＝mg sin θ＋μmg cos θm 或a 2＝mg sin θ－μmg cos θm
解得μ＝0.5.
(3)小物体到达传送带B 端时的速度大小v 2＝12 m/s
物体的动能增加了ΔE k ＝12mv 22＝12
×2×122 J ＝144 J 物体的重力势能减少了ΔE p ＝mgx AB sin θ＝2×10×16×0.6 J＝192 J
所以物体机械能的减少量ΔE ＝48 J
由功能关系可知
Q ＝μmg cos θ(v 1t 1－v 12t 1)＋μmg cos θ⎝ ⎛⎭
⎪⎫v 1＋v 22t 2－v 1t 2
代入数值得Q＝48 J.。