【配套K12】2018_2019学年高中物理模块综合试卷沪科版必修2

模块综合试卷(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)1．一个物体在光滑水平面上以初速度v0做曲线运动，已知在此过程中物体只受一个恒力F 作用，运动轨迹如图1所示．则由M到N的过程中，物体的速度大小将( )图1A．逐渐增大B．逐渐减小C．先增大后减小D．先减小后增大答案 D解析判断做曲线运动的物体速度大小的变化情况时，应从下列关系入手：当物体所受合外力方向与速度方向的夹角为锐角时，物体做曲线运动的速率增大；当物体所受合外力方向与速度方向的夹角为钝角时，物体做曲线运动的速率减小；当物体所受合外力方向与速度方向的夹角始终为直角时，物体做曲线运动的速率不变．在本题中，合力F的方向与速度方向的夹角先为钝角，后为锐角，故D选项正确．2．火星有两颗卫星，分别是火卫一和火卫二，它们的轨道近似为圆．已知火卫一的周期为7小时39分，火卫二的周期为30小时18分，则两颗卫星相比( )A．火卫一距火星表面较近B ．火卫二的角速度较大C ．火卫一的运动速度较小D ．火卫二的向心加速度较大 答案 A解析 由GMm r 2＝ma ＝mv 2r ＝m 4π2T 2r 得：a ＝GMr 2，v ＝GMr，r ＝3GMT 24π2，则T 大时，r 大，a 小，v 小，且由ω＝2πT知，T 大，ω小，故正确选项为A.3．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2A ．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C 到D 的过程中，方向与速度方向夹角大于90°，合力做负功，动能减小，v C >v D ，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．4．把甲物体从2h 高处以速度v 0水平抛出，落地点与抛出点的水平距离为L ，把乙物体从h 高处以速度2v 0水平抛出，落地点与抛出点的水平距离为s ，不计空气阻力，则L 与s 的关系为( ) A ．L ＝s2B ．L ＝2sC ．L ＝22s D ．L ＝2s答案 C解析 根据2h ＝12gt 12，得t 1＝2h g， 则L ＝v 0t 1＝2v 0h g. 由h ＝12gt 22，得t 2＝2hg，则s ＝2v 0t 2＝2v 02h g，所以L ＝22s ，故选项C 正确．5．明代出版的《天工开物》一书中就有牛力齿轮翻车的图画(如图3所示)，记录了我们祖先的劳动智慧．若A 、B 、C 三齿轮半径的大小关系为r A >r B >r C ，则( )图3A ．齿轮A 的角速度比C 的大B ．齿轮A 、B 的角速度大小相等C ．齿轮B 与C 边缘的线速度大小相等D ．齿轮A 边缘的线速度比齿轮C 边缘的线速度大 答案 D解析 齿轮A 边缘的线速度v A 与齿轮B 边缘的线速度v B 相等，齿轮B 、C 的角速度ωB ＝ωC .由v A ＝ωA r A ，v B ＝ωB r B ，v C ＝ωC r C ，v A ＝v B ，r A >r B >r C ，ωB ＝ωC 可得：ωA <ωB ，ωA <ωC ，v B >v C ，v A >v C ，故选项D 正确．6．2015年9月23日，在江苏省苏州市进行的全国田径锦标赛上高兴龙获得男子跳远冠军，在一次试跳中，他(可看成质点)水平距离达8 m ，最高处高达1 m ．设他离开地面时的速度方向与水平面的夹角为α，若不计空气阻力，则tan α等于( ) A.18 B.14 C.12 D ．1 答案 C解析 从起点A 到最高点B 可看成平抛运动的逆过程，如图所示，运动员做平抛运动，初速度方向与水平方向夹角的正切值为tan α＝2tan β＝2×h x 2＝2×14＝12，选项C 正确．7．引力波现在终于被人们用实验证实，爱因斯坦的预言成为科学真理．早在70年代就有科学家发现，高速转动的双星可能由于辐射引力波而使星体质量缓慢变小，观测到周期在缓慢减小，则该双星间的距离将( )A ．变大B ．变小C ．不变D ．可能变大也可能变小 答案 B8．(多选)如图4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 ，则()图4A ．由A 到B 重力做的功等于mgh B ．由A 到B 重力势能减少12mv 2C ．由A 到B 小球克服弹力做功为mghD ．小球到达位置B 时弹簧的弹性势能为mgh －mv 22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，选项C 错误，D 正确．9．(多选)如图5所示，斜面顶端A 与另一点B 在同一水平线上，甲、乙两小球质量相等．小球甲沿光滑固定斜面以初速度v 0从顶端A 滑到底端，小球乙以同样的初速度从B 点抛出，不计空气阻力，则( )图5A ．两小球落地速率相同B ．两小球落地时，重力的瞬时功率相同C ．从开始运动至落地过程中，重力对它们做功相同D ．从开始运动至落地过程中，重力的平均功率相同 答案 AC解析 由于斜面光滑，且不计空气阻力，故两小球运动过程中只有重力做功，由机械能守恒定律可知两小球落地时速率相同，故选项A 正确；由于A 小球沿斜面做匀加速运动，B 小球做斜抛运动，它们落地时的速度方向不同，故两小球落地时，重力的瞬时功率不相同，选项B 错误；由于重力做功与路径无关，只与初、末位置的高度差有关，故从开始运动至落地过程中，重力对它们做功相同，选项C 正确；由于两小球的运动方式不同，所以从开始运动至落地过程中所用时间不同，由P ＝W t可知重力的平均功率不同，选项D 错误．10．(多选)在圆轨道上运动的质量为m 的人造地球卫星，它到地面的距离等于地球半径R ，地面上的重力加速度为g ，则( ) A ．卫星的动能为mgR4B ．卫星运动的周期为4π2R gC ．卫星运动的加速度为g2D ．卫星运动的速度为2Rg 答案 AB解析 人造卫星绕地球做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力，设地球质量为M 、卫星的轨道半径为r ，则GMm (2R )2＝mv 22R ，忽略地球自转的影响有GMmR2＝mg ，联立得v ＝gR2，卫星的动能E k ＝12mv 2＝14mgR ，选项A 正确，D 错误；卫星运动的周期T ＝2πrv ＝4π2Rg，选项B 正确；设卫星运动的加速度为a ，则有GMm (2R )2＝ma ，联立得a ＝g4，选项C 错误．11．(多选)如图6所示，一质量为M 的光滑大圆环，用一细轻杆固定在竖直平面内；套在大环上质量为m 的小环，从大环的最高处由静止滑下，滑到大环的最低点的过程中(重力加速度为g )( )图6A ．小环滑到大圆环的最低点时处于失重状态B ．小环滑到大圆环的最低点时处于超重状态C ．此过程中小环的机械能守恒D ．小环滑到大环最低点时，大圆环对杆的拉力大于(m ＋M )g 答案 BCD解析 小环滑到大圆环的最低点时，有竖直向上的加速度，由牛顿运动定律可知小环处于超重状态，同时知杆对大圆环的拉力大于(M ＋m )g ，由牛顿第三定律知，大圆环对杆的拉力大于(M ＋m )g ，故选项A 错误，选项B 、D 正确．由于大环固定不动，对小环的支持力不做功，只有重力对小环做功，所以小环的机械能守恒，故选项C 正确．12．(多选)图7甲为0.1 kg 的小球从最低点A 冲入竖直放置在水平地面上、半径为0.4 m 的半圆轨道后，小球速度的平方与其高度的关系图像，如图乙所示．已知小球恰能到达最高点C ，轨道粗糙程度处处相同，空气阻力不计．g 取10 m/s 2，B 为AC 轨道中点．下列说法正确的是( )图7A ．图乙中x ＝4B ．小球从B 到C 损失了0.125 J 的机械能 C ．小球从A 到C 合外力对其做的功为－1.05 JD ．小球从C 抛出后，落地点到A 的距离为0.8 m 答案 ACD解析 当h ＝0.8 m 时小球在C 点，由于小球恰能到达最高点C ，故mg ＝m v C 2r，所以v C 2＝gr＝10×0.4 m 2·s －2＝4 m 2·s －2，故选项A 正确；由已知条件无法计算出小球从B 到C 损失了0.125J 的机械能，故选项B 错误；小球从A 到C ，由动能定理可知W 合＝12mv C 2－12mv A 2＝12×0.1×4 J－12×0.1×25 J＝－1.05 J ，故选项C 正确；小球离开C 点后做平抛运动，故2r ＝12gt 2，落地点到A 的距离x 1＝v C t ，解得x 1＝0.8 m ，故选项D 正确． 二、实验题(本题共2小题，共16分)13．(8分)如图8甲所示是某同学探究做圆周运动的物体质量、向心力、轨道半径及线速度关系的实验装置，圆柱体放置在水平光滑圆盘上做匀速圆周运动．力传感器测量向心力F ，速度传感器测量圆柱体的线速度v ，该同学通过保持圆柱体质量和运动半径不变，来探究向心力F 与线速度v 的关系：图8(1)该同学采用的实验方法为________．A ．等效替代法B ．控制变量法C ．理想化模型法(2)改变线速度v ，多次测量，该同学测出了五组F 、v 数据，如下表所示：该同学对数据分析后，在图乙坐标纸上描出了五个点． ①作出F －v 2图线；②若圆柱体运动半径r ＝0.2 m ，由作出的F －v 2的图线可得圆柱体的质量m ＝____ kg.(结果保留两位有效数字) 答案 (1)B (2)①②0.1814．(8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．(1)某同学用20分度游标卡尺测量出小球的直径为1.020 cm.图9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.图9(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 22(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 cm 2.55 ms＝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势能的增加量，即gh ＝v A 22－v B 22；(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，损失的能量越多，动能的减少量和势能的增加量差值就越大．三、计算题(本题共3小题，共36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)15．(10分)如图10所示，假设某星球表面上有一倾角为θ＝37°的固定斜面，一质量为m＝2.0 kg 的小物块从斜面底端以速度9 m/s 沿斜面向上运动，小物块运动1.5 s 时速度恰好为零．已知小物块和斜面间的动摩擦因数为0.25，该星球半径为R ＝1.2×103km.试求：(sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)图10(1)该星球表面上的重力加速度g 的大小； (2)该星球的第一宇宙速度的大小． 答案 (1)7.5 m/s 2(2)3×103m/s解析 (1)对物块受力分析，由牛顿第二定律可得 －mg sin θ－μmg cos θ＝ma ，①a ＝0－v 0t，②由①②代入数据求得g ＝7.5 m/s 2. (2)设第一宇宙速度为v ，由mg ＝m v 2R得：v ＝gR ＝3×103m/s.16．(12分)如图11所示，质量为m ＝1 kg 的小滑块(视为质点)在半径为R ＝0.4 m 的14圆弧A端由静止开始释放，它运动到B 点时速度为v ＝2 m/s.当滑块经过B 后立即将圆弧轨道撤去．滑块在光滑水平面上运动一段距离后，通过换向轨道由C 点过渡到倾角为θ＝37°、长s ＝1 m 的斜面CD 上，CD 之间铺了一层匀质特殊材料，其与滑块间的动摩擦因数可在0≤μ≤1.5之间调节．斜面底部D 点与光滑地面平滑相连，地面上一根轻弹簧一端固定在O 点，自然状态下另一端恰好在D 点．认为滑块通过C 和D 前后速度大小不变，最大静摩擦力等于滑动摩擦力．取g ＝10 m/s 2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，不计空气阻力．图11(1)求滑块对B 点的压力大小以及在AB 上克服阻力所做的功； (2)若设置μ＝0，求质点从C 运动到D 的时间； (3)若最终滑块停在D 点，求μ的取值范围．答案 见解析解析 (1)在B 点，N －mg ＝m v 2R解得N ＝20 N由牛顿第三定律，N ′＝20 N 从A 到B ，由动能定理，mgR －W ＝12mv 2解得W ＝2 J(2)μ＝0，滑块在CD 间运动，有mg sin θ＝ma 加速度a ＝g sin θ＝6 m/s 2由匀变速运动规律得s ＝vt ＋12at 2解得t ＝13s ，或t ＝－1 s(舍去)(3)最终滑块停在D 点有两种可能：a.滑块恰好能从C 下滑到D .则有mg sin θ·s －μ1mg cos θ·s ＝0－12mv 2，得到μ1＝1b ．滑块在斜面CD 和水平地面间多次反复运动，最终静止于D 点．当滑块恰好能返回C ： －μ2mg cos θ·2s ＝0－12mv 2得到μ2＝0.125当滑块恰好能静止在斜面上，则有mg sin θ＝μ3mg cos θ，得到μ3＝0.75所以，当0.125≤μ<0.75时，滑块能在CD 和水平地面间多次反复运动，最终静止于D 点． 综上所述，μ的取值范围是0.125≤μ<0.75或μ＝1. 【考点】动能定理的综合应用问题 【题点】动能定理的综合应用问题17．(14分)为了研究过山车的原理，某物理小组提出了下列设想：取一个与水平方向夹角为θ＝60°、长为L 1＝2 3 m 的倾斜轨道AB ，通过微小圆弧与长为L 2＝32m 的水平轨道BC 相连，然后在C 处设计一个竖直完整的光滑圆轨道，出口为水平轨道上D 处，如图12所示．现将一个小球从距A 点高为h ＝0.9 m 的水平台面上以一定的初速度v 0水平弹出，到A 点时速度方向恰沿AB 方向，并沿倾斜轨道滑下．已知小球与AB 和BC 间的动摩擦因数均为μ＝33，g 取10 m/s 2.最新K12教育教案试题图12(1)求小球初速度v 0的大小；(2)求小球滑过C 点时的速率v C ；(3)要使小球不离开轨道，则竖直圆弧轨道的半径R 应该满足什么条件？ 答案 (1) 6 m/s (2)3 6 m/s (3)0<R ≤1.08解析 (1)小球开始时做平抛运动：v y 2＝2gh ，代入数据解得v y ＝2gh ＝2×10×0.9 m/s ＝3 2 m/s ， A 点：tan 60°＝v y v x， 得v x ＝v 0＝v y tan 60°＝323 m/s ＝ 6 m/s. (2)从水平抛出到C 点的过程中，由动能定理得mg (h ＋L 1sin θ)－μmgL 1cos θ－μmgL 2＝12mv C 2－12mv 02，代入数据解得v C ＝3 6 m/s.(3)小球刚好能过最高点时，重力提供向心力， 则mg ＝mv 2R 1，12mv C 2＝2mgR 1＋12mv 2， 代入数据解得R 1＝1.08 m ，当小球刚能到达与圆心等高时，有12mv C 2＝mgR 2，代入数据解得R 2＝2.7 m ，当圆轨道与AB 相切时R 3＝BC ·tan 60°＝1.5 m ，即圆轨道的半径不能超过1.5 m ，综上所述，要使小球不离开轨道，R 应该满足的条件是0<R ≤1.08 m.。