2021届陕西省西安市西安中学高三上学期期中考试物理试题(解析版)

2021届陕西省西安市西安中学高三上学期期中考试物理试题（解析

版）

一、选择题：（本题12小题，每小题4分，共48分。其中1—8为单选题，9—12为多选题。其中多选题选对但不全给2分，错选或不选给0分。）

1. A 、B 、C 三点在同一直线上，一个物体自A 点从静止开始作匀加速直线运动，经过B 点时的速度为v ，到C 点时的速度为2v ，则AB 与BC 两段距离大小之比是（ ） A. 1：4 B. 1：3

C. 1：2

D. 1：1

【答案】B 【解析】

【详解】ABCD ．对AB 过程，由匀变速直线运动的速度与位移的关系式可得

22AB v ax =

解得

2

2AB

v x a

= 对BC 过程可得

()

2

222BC v v ax -=

解得

2

32BC

v x a

= 所以AB 与BC 的位移大小之比为1:3，故选ACD 错误，B 正确。 故选B 。

2. “蹦极”是一项非常刺激的体育运动．某人身系弹性绳自高空P 点自由下落，图中a 点是弹性绳的原长度位置，c 是人所到达的最低点，b 是人静止地悬吊着时的平衡位置．人在从P 点下落到最低点c 点的过程中（）

A. 人在a 点时速度最大

B. 人在ab 段做加速度增大的加速运动，处于失重状态

C. 在bc段绳的拉力大于人的重力，人处于超重状态

D. 在c点，人的速度为零，处于平衡状态

【答案】C

【解析】

人下落至b处，拉力等于重力，加速度为零，获得最大速度．故A错误．在ab段绳的拉力小于人的重力，加速度向下，并且随着下降弹力绳的拉力逐渐变大，加速度减小，人处于失重状态．故B错误．在bc段绳的拉力大于人的重力，加速度向上，人处于超重状态，选项C正确；在c点，人的速度为零，但是弹力大于重力，不是处于平衡状态，选项D错误；故选C.

点睛：解决本题的关键能够根据物体的受力判断物体的运动，知道合力的方向与加速度方向相同，当加速度方向与速度方向相同时，做加速运动，当加速度方向与速度方向相反时，做减速运动．

3. 如图所示，M是一个截面为四分之一圆的柱体，小球m处于竖直墙面和柱体的弧面之间，整个系统在水平力F的作用下处于静止状态，所有接触面均光滑。若系统发生轻微扰动，此后发现F增大且系统仍保持静止状态，则（）

A. 柱体对小球的支持力减小

B. 小球的位置降低

C. 地面对柱体的支持力增大

D. 竖直墙对小球的支持力减小

【答案】B

【解析】

【详解】以整体为研究对象，水平方向根据平衡条件可得推力F的大小等于墙面对小球的支持力，即N=F；以小球为研究对象，受到重力、墙面对它的支持力和柱体对它的支持力，如图所示，作出三个力所在的三角形，开始推力为F，后来发现F增大且系统仍保持静止状态，即后来力F变为F′，如图。

A ．根据图象可知，柱体对小球的支持力增大，故A 错误；

B ．由于柱体对小球的支持力方向与水平方向的夹角减小，所以小球的位置降低，故B 正确；

CD ．以整体为研究对象，竖直方向根据平衡条件可得地面对柱体的支持力等于小球和柱体的总重力，保持不变；水平方向根据平衡条件可得推力F 的大小等于墙面对小球的支持力，则竖直墙对小球的支持力增大，故CD 错误。 故选B 。

4. GPS 导航系统可以为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，它是由周期约为12h 的卫星群组成．则GPS 导航卫星与地球同步卫星相比（ ） A. 地球同步卫星的角速度大 B. 地球同步卫星的轨道半径小 C. GPS 导航卫星的线速度大 D. GPS 导航卫星的向心加速度小

【答案】C 【解析】

【详解】A ．由题，北斗导航系统的同步卫星周期大于GPS 导航卫星的周期，由公式ω=2T

知道，北斗导航系统的同步卫星的角速度小；故A 错误；

B ．由根据开普勒定律得到，北斗导航系统的同步卫星的轨道半径；故B 错误；

C ．由公式v GM

r

G 是常量，M 是地球的质量不变，则GPS 导航卫星的线速度大；故C 正确； D ．由公式a=2GM

r

分析得知，GPS 导航卫星的向心加速度大；故D 错误。 故选C 。

5. 雨滴从静止开始下落，下落过程中受到的阻力与速度成正比，比例常数为k ，经过时间t 速度达到最大，雨滴的质量为m ，选向下为正方向，则该过程阻力的冲量为（ ）

A. mgt

B. 2m g k

C. 2m g mgt k -

D. 2m g mgt k

+

【答案】C 【解析】

【详解】雨滴下落所受的阻力正比于速度，设为f kv =，则雨滴先加速后达到匀速时，设最大速度为m v ，有

m mg f kv ==

可得

m mg

v k

=

对雨滴下落过程由动量定理

f m 0mgt I mv +=-

联立解得阻力的冲量为

2f m g I mgt k

=-

故选C 。

6. 以30/m s 的水平初速度0v 抛出的物体，飞行一段时间后，打在倾角θ为30的斜面上，此时速度方向与斜面夹角α为60?，(如图所示)，则物体在空中飞行的时间为(不计空气阻力，g 取210/m s )（ ）

A. 1.5s 3s C. 1.53s D. 33s 【答案】B 【解析】

小球打在倾角θ为30°斜面上，速度方向与斜面夹角α为60°，有几何关系可知，速度与水平方向的夹角

为30°，将该速度分解：0

tan 30y v v =，又有：y gt =v ，联立并代入数据解得：3t s =

，故B 正确，ACD

错误．

7. 如图所示，长均为L 的两根轻绳，一端共同系住质量为m 的小球，另一端分别固定在等高的A 、B 两点，A 、B 两点间的距离也为L ，重力加速度大小为g 。现使小球在竖直平面内以AB 为轴做圆周运动，若小球在最高点速率为v 时，两根轻绳的拉力恰好均为0，改变小球运动的速度，当小球在最高点时，每根轻绳的拉力大小为3mg ，则此时小球的速率为（ ）

2v 3v

C. 2v

D. 2v

【答案】C 【解析】

【详解】根据几何关系可知，小球做圆周运动的半径为

3

r =

小球在最高点速率为v 时，两根绳的拉力恰好均为零，有

2

v mg m r

=

解得

32

v gr gL ==

3mg ，小球受到的合外力

2cos304F mg F mg =+?=

根据牛顿第二定律有

2

4v mg m r

'= 联立解得

v ′=2v

故选C 。

8. 一辆汽车在平直的公路上由静止开始启动。在启动过程中，汽车牵引力的功率及其瞬时速度随时间的变化情况分别如图甲、乙所示。

已知汽车所受阻力恒为重力的1

5

，重力加速度g 取210m /s 。下列说法正确的是（ ）

A. 该汽车的质量为3000kg

B. 06m /s v =

C. 在5~15s 内，汽车的位移大小约为67.19m

D. 在前5s 内，阻力对汽车所做的功为25kJ 【答案】C 【解析】

【详解】A ．由图像可得，汽车匀加速阶段的加速度为

21m/s v

a t

?=

=? 汽车匀加速阶段的牵引力为

3000N P

F v

=

= 匀加速阶段由牛顿第二定律得

0.2F mg ma -=

解得

1000kg m =

A 错误；

B ．牵引力功率为15kW 时，汽车行驶的最大速度为

07.5m/s f

P

v F =

= B 错误；

C ．5～15s 内，由动能定理得

22010.221

2

Pt mgx mv mv -=

- 解得

67.1875m 67.19m x =≈

C 正确；

D ．前5s 内汽车的位移为

2

112.5m 2

x at =

= 阻力做功为

0.225kJ f F W mgx =-=-

D 错误。 故选C 。

9. 如图所示，某商场售货员在倾角为30的斜面上，用平行于斜面向下的力由静止开始匀加速推动一木箱。若推力大小为8N ，木箱的质量为4kg ，木箱与斜面间的动摩擦因数为3

3

，g 取210m /s ，则在木箱沿斜面移动1m 的过程（ ）

A. 木箱重力势能减小了40J

B. 摩擦力对木箱做功为20J -

C. 合外力对木箱做功为8J

D. 木箱获得的速度大小为4m /s

【答案】BC 【解析】

【详解】A ．向下移动过程中，重力做功为

G 1

4101J 20J 2

W mgh ==???=

故重力势能减小20J ，故A 错误； B ． 摩擦力大小为

33os3040N 20N f mgc μ=?=

= 故摩擦力对木箱做功为

f 20J W fx =-=-

故B 正确；

C ．合力大小为

1

sin308N 20N 40N 12N 8N 2

F mg =?+-=?-=

故合外力对木箱做功为

81J=8J W Fx ==?

故C 正确； D ．根据动能定理得

218J 2

mv =

木箱获得的速度大小为

2m s v =

故D 错误。 故选BC 。

10. 一滑块以初速度v 0从固定的足够长粗糙斜面底端沿斜面向上滑行，该滑块的“速度－时间”图象可能（ ）

A. B. C. D.

【答案】BC 【解析】

【详解】ACD ．物体向上做匀减速运动，加速度大小为

1sin cos sin cos mg mg a g g m

θμθ

θμθ+=

=+

到达最高点后物体向下加速运动，加速度大小为

2sin cos sin cos mg mg a g g m

θμθ

θμθ-=

=-

即上升时加速度大于下降时的加速度，AD 错误C 正确；

B ．物体向上做匀减速运动，到达最高点后静止于斜面上，B 正确。 故选B

C 。

11. 如图所示，物体以一定初速度从倾角α=37°的斜面底端沿斜面向上运动，上升的最大高度为3.0m 。选择地面为参考平面，上升过程中，物体的机械能E 机随高度h 的变化如图所示。g =10m/s 2，sin37°=0.60，cos37°=0.80则（ ）

A. 物体的质量约为m =0.67kg

B. 物体与斜面间的动摩擦因数μ=0.40

C. 物体上升过程的加速度大小a =10m/s 2

D. 物体回到斜面底端时的动能E k =10J

【答案】CD 【解析】

【详解】A ．在最高点物体速度为零，动能为零，物体在最高点的机械能等于重力势能，则有

0E Ep mgh =+=

所以物体质量为

30kg 1kg 10 3.0

E m gh =

==? 故A 错误；

B ．由功能关系可知物体机械能减少量等于克服摩擦力做的功

cos37sin37h

mg E μ-?

=??

代入数值解得0.5μ= 故B 错误；

C ．由牛顿第二定律可得

mgsin mgcos ma αμα+=

代入数值可得210m/s a = 故C 正确；

D ．物体上升过程和下滑过程克服摩擦力做的功相同，由B 可知物体上升过程中克服摩擦力做的功等于机械能的减少量20J ，说明物体整个过程克服摩擦力做的功为40J ，整个运动过程中重力、支持力做功为零，由动能定理可得物体回到斜面底端时的动能为50J-40J=10J ，故D 正确。 故选CD 。

12. 如图所示，三个小球A 、B 、C 的质量均为m ，A 与B 、C 间通过铰链用轻杆连接，杆长为L ，B 、C 置于水平地面上，用一轻质弹簧连接，弹簧处于原长．现A 由静止释放下降到最低点，两轻杆间夹角α由60°变为120°，A 、B 、C 在同一竖直平面内运动，弹簧在弹性限度内，忽略一切摩擦，重力加速度为g.则在此过程中

A. A 的动能达到最大前，B 受到地面的支持力小于32

mg B. A 的动能最大时，B 受到地面的支持力等于

32

mg C. 弹簧的弹性势能最大时，A 的加速度方向竖直向下 D. 弹簧的弹性势能最大值为3

mgL 【答案】AB 【解析】

A 的动能最大时，设

B 和

C 受到地面的支持力大小均为F ，此时整体在竖直方向受力平衡，可得2F =3mg ，所以3

2

F mg =

，在A 的动能达到最大前一直是加速下降，处于失重情况，所以B 受到地面的支持力小于3

2

mg ，故AB 正确；当A 达到最低点时动能为零，此时弹簧的弹性势能最大，A 的加速度方向向上，故C 错误；A 球达到最大动能后向下做减速运动，到达最低点时三个小球的动能均为零，由机械能守恒定律得，弹簧的弹性势能为E p ＝mg (L cos 30°

－L cos 60°)＝31

P E mgL -=，故D 错误．

所以AB 正确，CD 错误． 二、填空题（每空2分，共14分）

13. 某同学用图甲所示的实验装置测定当地的重力加速度，正确操作后获得图乙所示的一条纸带。他用天平测得小车的质量为M ，钩码质量为m ，用毫米刻度尺测得纸带上自0点到连续点1、2、3、4、5、6的距离分别为：1 1.07cm d =、2 2.23cm d =、3 3.49cm d =、4 4.82cm d =、5 6.22cm d =、67.70cm d =。已知实验所用交流电频率为50Hz f =。

()1打点2时小车的速度大小为________m /s （结果保留两位有效数字）

；

()2小车运动过程中的平均加速度大小为 ________2

m /s （

结果保留两位有效数字）。 ()3若此装置已平衡摩擦力，且求得小车的加速度为a ，则当地的重力加速度可表示为________（用字母表

示）。

【答案】 (1). 0.61 (2). 2.0 (3). ()M m a m

+ 【解析】

【详解】(1)[1]打点2的瞬时速度为

2

312(3.49 1.07)10m/s 0.61m/s 20.04

d d v T ---?==≈

(2)[2]根据△x =aT 2运用逐差法得

222

63322

(7.70 3.49 3.49)10m/s 2.0m/s 990.02

d d d a T -----?===? (3)[3]钩码的小车的系统已平衡摩擦力，根据牛顿第二定律得

mg T ma -=

T Ma =

联立可得

()mg M m a =+

则当地的重力加速度为

()M m a

g m

+=

14. 如图甲所示的实验装置，可用来探究物体在斜面上运动的加速度以及弹簧储存的弹性势能。用到的实验器材有斜劈、弹簧（劲度系数较大）、带有遮光片的滑块（总质量为m ）、光电门、数字计时器（图中未画出）、游标卡尺、刻度尺。实验步骤如下：

①用游标卡尺测得遮光片的宽度为d ；

②弹簧放在挡板P 和滑块之间，当弹簧为原长时，遮光片中心对准斜面上的A 点；

③光电门固定于斜面上的

B 点，并与数字计时器相连；

④压缩弹簧，然后用销钉把滑块固定，此时遮光片中心对准斜面上的O 点； ⑤用刻度尺测量A 、B 两点间的距离L ；

⑥拔去锁定滑块的销钉，记录滑块经过光电门时数字计时器显示的时间Δt ； ⑦移动光电门位置，多次重复步骤④⑤⑥。

根据实验数据作出的21Δt L -（）图像为如图乙所示的一条直线，并测得2

1

Δt L -（）

图像斜率为k 、纵轴截距为b 。

①根据2

1

Δt L -（）图像可求得滑块经过A 位置时的速度A v =________，滑块在斜面上运动的加速度a =________。

②本实验中，使用的弹簧劲度系数较大，滑块从O 到A 恢复原长过程中，弹簧弹力远大于摩擦力和重力

沿斜面的分量，则弹簧储存的弹性势能p E =________，p E 的测量值与真实值相比偏________（填“大”或“小”）。

【答案】 (1). b (2).

2

2

kd (3). 22mbd (4). 大 【解析】

【详解】①[1][2]滑块从A 到B 做匀加速直线运动，设加速度为a ，由于宽度较小，时间很短，所以瞬时速度接近平均速度，因此有B 点的速度为

B d

v t

=

? 根据运动学公式则有

222B A v v aL -=

化简为

2

22212A v a

L t d d

=+?

结合图象可得

2

2A

v b d

=，22a k d =

解得

A v d b =，2

2

kd a = (2)[3][4]由于弹簧弹力远大于摩擦力和重力沿斜面的分量，所以摩擦力和重力沿斜面的分量忽略不计，根据能量守恒可得

22P 11

22

A E mv mbd =

= 考虑摩擦力和重力沿斜面的分量，根据动能定理可得

2

N G f 12

A W W W mv +-=

而E P 真＝W N ，摩擦力小于重力沿斜面的分量，E p 的测量值与真实值相比，测量值偏大。

三、计算题（本大题共2小题，共25.0分）

15. 如图所示，质量为2kg M =的小平板车静止在光滑水平面上，车的一端静止着质量为2kg M =的物体A （可视为质）

。一个质量为20g m =的子弹以500m/s 的水平速度迅速射穿A 后，速度变为100m /s ，最后物体A 静止在车上。若物体A 与小车间的动摩擦因数μ0.5=。 (1)平板车最后的速度是多大？ (2)全过程损失的机械能为多少？ (3)A 在平板车上滑行的时间为多少？

【答案】(1)2m/s ；(2)2392J ； (3)0.4s 【解析】

【详解】(1)根据系统动量守恒

0'()mv mv M M v =++

解得木板车最后的速度

2m/s v =

(2)根据能量守恒可得损失的机械能

222011

1'()222

E mv mv M M v ?=--+

代入数据解得

2392J E ?=

(3)子弹打木块的

瞬间动量守恒有

0'A mv mv Mv =+

解得子弹穿透A 物体后，A 物体的速度4m/s A v =，之后A 物体匀减速到最终与木板车共速，根据牛顿第二定律

Mg Ma μ=

根据匀变速运动方程

A v v at =-

解得

0.4s t =

16. 如图所示，在高130m h =的光滑水平平台上，物块A 以初速度0v 水平向右运动，与静止在水平台上的物块B 发生碰撞，B A 230kg m m ==，碰撞后物块A 静止，物块B 以一定的水平速度向右滑下平台，做平抛运动，并恰好沿光滑圆弧形轨道BC 的B 点的切线方向进入圆弧形轨道，B 点的高度215m h =，圆弧轨道的圆心O 与平台等高，轨道最低点C 的切线水平，并与地面上长为70m L =的水平粗糙轨道CD 平滑连接，物块B 沿轨道BCD 运动与右边墙壁发生碰撞。已知g 取210m /s 。求： (1)物块A 初速度0v 的大小； (2)物体滑到C 点时对轨道的压力；

(3)若小物块与墙壁只发生一次碰撞，碰后速度等大反向，反向运动过程中没有冲出B 点，最后停在轨道

CD 上的某点p p （点没画出）。设小物块与轨道CD 之间的动摩擦因数为μ，求μ的取值范围。

【答案】（1）20m/s （2）1000N （3）最小为16

， 最大为1

2

【解析】

【详解】(1)设从A 运动到B 的时间为t ，则有

21212

h h gt -=

代入数据解得

t =

由

R =h 1 R cos θ=h 1-h 2

可得

θ=60°

小物块平抛的水平速度是v 1，则有

1

tan 60gt

v =

解得

v 1=10 m/s

A 与

B 发生碰撞的过程中系统的动量守恒，选取向右为正方向，由动量守恒定律得

m A v 0=m B v 1

由于

m B =2m A

解得

v 0=20m/s

(2)小物块由A 到C ，机械能守恒，有

22101122

B B

C B m gh m v m v =

- 代入数据解得

C v =

在C 点，由牛顿第二定律有

2

C

B B v N m g m R

-=

代入数据解得

N =1000N

(3) 设小物块在水平轨道CD 上通过的总路程为s ，根据题意，该路程的最大值是

s max =3L

路程的最小值是

s min =L

路程最大时，动摩擦因数最小；路程最小时，动摩擦因数最大。由能量守恒知

2111

2B B min B max m gh m v m gs μ+=

2111

2

B B max B min m gh m v m gs μ+=

联立解得

16min μ=

12

max

μ= 17. 下列说法中正确的是___________ A. 若两分子间距离增大，分子势能可能增大

B. 同种物质在不同条件下所生成的晶体的微粒排列规律都相同

C. 热量不可以从低温物体传到高温物体

D. 对于一定质量的理想气体，在压强不变而体积增大时，单位时间碰撞容器壁单位面积的分子数一定减少

E. 在相对湿度相同的情况下，夏天比冬天的绝对湿度大 【答案】ADE 【解析】

【详解】A ．若两分子间表现为引力时，分子距离增大，分子力做负功，则分子势能增大，选项A 正确； B ．同种物质在不同条件下所生成的晶体的微粒排列规律不一定都相同，如金刚石与石墨，选项B 错误； C ．根据热力学第二定律可知，热量可以从低温物体传到高温物体，但是要引起其他的变化，选项C 错误； D ．对于一定质量理想气体，在压强不变而体积增大时，温度升高，分子平均速率变大，分子数密度减小，则单位时间碰撞容器壁单位面积的分子数一定减少，选项D 正确；

E ．在相对湿度相同的情况下，夏天的温度比冬天的温度高，所以夏天比冬天的绝对湿度大；故E 正确。 故选ADE 。

18. 如图，一端封闭、粗细均匀的U 形玻璃管开口向上竖直放置，管内用水银将一段气体封闭在管中．当温度为280K 时，被封闭的气柱长L=22cm ，两边水银柱高度差h=16cm ，大气压强

=76cmHg ．

（1）为使左端水银面下降3cm ，封闭气体温度应变为多少？

（2）封闭气体的温度重新回到280K 后，为使封闭气柱长度变为20cm ，需向开口端注入的水银柱长度为多少？

【答案】（1）2350T k =（2）10cm 【解析】

试题分析：（1）设玻璃管的横截面积为S ，封闭气体压强为1P ，初始根据水银液面受力平衡可分析得

1016P cmHg P +=，可得160P cmHg =

当左端水银面下降3cm ，右端液面必然上升3cm ，则左右液面高度差变为163310h cm cm cm cm ?=--=，此时封闭气体压强为2P

同样根据液面平衡可分析得2010P cmHg P +=，可得266P cmHg = 根据理想气体状态方程

1

212

(3)PLS P L S T T +=，代入温度1280T k =，可得2350T k = （2）设此时封闭气体压强为3P ，封闭气体的长度'20L cm =，根据理想气体状态方程可得

31

11

'P L S PLS T T =计算可得366P cmHg = 此时作用液面高度差0310h P P cm ?=-=

左端液面上升1'2x L L cm =-=，右端上升218x h x h cm =+-?=，所以开口端注入水银的长度为

1210x x cm +=

考点：理想气体状态方程

19. 一列沿x 轴正方向传播的简谐横波，0t =时，波刚好传播到M 点，波形如图实线所示，0.3s t =时，波刚好传播到N 点，波形如图虚线所示。则以下说法正确的是（ ）

A. 波的周期为0.6s

B. 波的

波速为20m /s

C. c 点在0~0.3s 内通过的路程等于24 cm

D. 1

s 6

t =时，b 点到达平衡位置

E. 0时刻后a 点比b 点先回到平衡位置 【答案】BDE 【解析】

【详解】A ．根据波的图像可知，波长8m λ=，从M 点传到N 点位移

3

104m=6m 4

x λ?=-=

所以所需时间

3

0.3s 4

t T ?==

所以周期

0.4s T =

选项A 错误； B ．波速

8

m/s=20m/s 0.4

v T

λ

=

=

选项B 正确；

C ．波传到c 点需要时间

'2

's 0.1s 20

x t v ??=

== 在0~0.3s 内，c 点只运动了0.2s ，即

1

2

T 通过路程 228cm=16cm s A ==?

选项C 错误；

D ．此时b 点对应的纵坐标为4cm ，对应角度为30度，所以b 点对应的横坐标为

1064m

23

x π

λπ=-=

当原点的波传到b 点时，b 点处于平衡位置，时间

1s 6

x t v =

= 选项D 正确；

E ． 0时刻后a 点由波峰向下振动，b 点向上振动，则a 点比b 点先回到平衡位置，选项E 正确。 故选BDE 。

20. 图为一光导纤（可简化为一长玻璃）的示意图，AB 代表端面。若光线以入射角i 从端面的O 点射入，在D 处恰好发生全反射。已知光在真空的传播速度为c 。 (1)求光在玻璃丝中的折射率；

(2)若玻璃丝长为L ，求光线从玻璃丝的AB 端面传播到另一端面的时间。

【答案】(1)2

sin 1n i =+；(2)22(1sin )Ln L

T i c c

==+

【解析】

【详解】(1)如图，设光线在端面AB 的折射角为r ，

由折射定律得

sin sin i

n r

=

设该光线在玻璃丝内发生全反射时的临界角为α； 则有

1sin n

α=

由几何关系

α+r =90°

解得

2sin 1n i =+(2)光在玻璃丝中传播速度的大小为

c

v n

=

光速在玻璃砖沿平行于长度方向的分量为

v x =v sin α

光线从端面AB 传播到另一端面所需要的时间为

x

L T v =

解得

22(1sin )Ln L T i c c

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