2023年第十九屆上海市高中物理競(jìng)賽(TI杯)試卷及解答

第十九屆上海市高中根底物理知識(shí)競(jìng)賽〔TI杯〕考生注意：1、答卷前，考生務(wù)必先將區(qū)〔縣〕、學(xué)校、姓名、準(zhǔn)考證號(hào)等填寫清楚。2、本卷總分值150分。考試時(shí)間120分鐘。3、計(jì)算題要有解題步驟，無(wú)過(guò)程只有答案不得分。4、本卷重力加速度g的大小均取10m/s2。5、全部答案做在答題紙上。 6、本卷允許使用TI圖形計(jì)算器。一．單項(xiàng)選擇題〔每題4分，共36分〕1．一個(gè)質(zhì)點(diǎn)做方向不變的直線運(yùn)動(dòng)，加速度的方向始終與速度方向相同，但加速度大小逐漸減小直到為零，在此過(guò)程中〔 〕〔A〕位移逐漸增大，當(dāng)加速度減小到零后，位移將不再增大〔B〕位移逐漸增大，當(dāng)加速度減小到零后，位移將逐漸減小〔C〕速度逐漸增大，當(dāng)加速度減小到零時(shí)，速度到達(dá)最大值〔D〕速度逐漸增大，當(dāng)加速度減小到零時(shí)，速度到達(dá)最小值2．如下圖，放在光滑水平面上的木塊原先以速率v0向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)。現(xiàn)有一隨時(shí)間從零開(kāi)始做線性變化的水平力F向左作用在木塊上。在這個(gè)過(guò)程中，以向右為正方向，能正確描述木塊運(yùn)動(dòng)的圖線是以下圖中的〔 〕3．動(dòng)車組是由幾節(jié)自帶動(dòng)力的車廂〔動(dòng)車〕和幾節(jié)不帶動(dòng)力的車廂〔拖車〕編成的組。設(shè)動(dòng)車組運(yùn)行過(guò)程中的阻力與質(zhì)量成正比，每節(jié)動(dòng)車與拖車的質(zhì)量相等，每節(jié)動(dòng)車的額定功率都相等，假設(shè)開(kāi)一節(jié)動(dòng)車帶三節(jié)拖車時(shí)，最大速率為120km/h，那么當(dāng)開(kāi)五節(jié)動(dòng)車帶三節(jié)拖車時(shí)，最大速率為〔 〕〔A〕60km/h 〔B〕240km/h 〔C〕300km/h 〔D〕600km/h4．以下圖甲是一列沿x軸正方向傳播的波在所示t＝1.0s時(shí)刻的波形圖，圖乙是參與波動(dòng)的某一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像，那么以下說(shuō)法中正確的是〔 〕〔A〕波速是8m/s〔B〕圖中Q質(zhì)點(diǎn)比P質(zhì)點(diǎn)先回到平衡位置〔C〕圖乙可能是圖甲中質(zhì)點(diǎn)M的振動(dòng)圖像〔D〕圖乙可能是圖甲中質(zhì)點(diǎn)N的振動(dòng)圖像5．如右圖所示，小圓環(huán)A吊著一個(gè)質(zhì)量為m2的物塊并套在一個(gè)豎直放置的大圓環(huán)上。另有一根一端拴著質(zhì)量為m1的物塊的細(xì)繩，跨過(guò)固定在大圓環(huán)最高點(diǎn)B處的一個(gè)小滑輪后，另一端系在小圓環(huán)A上。設(shè)小圓環(huán)、滑輪、繩子的質(zhì)量以及相互之間的摩擦均不計(jì)，繩子不可伸長(zhǎng)。假設(shè)平衡時(shí)弦AB所對(duì)應(yīng)的圓心角為，那么兩物塊的質(zhì)量比m1:m2為〔 〕〔A〕cosEQ\F(,2)〔B〕2sinEQ\F(,2)〔C〕sinEQ\F(,2)〔D〕2cosEQ\F(,2)6．水平拋出的物體，抵達(dá)光滑斜面上頂端P處時(shí)，速度方向恰好沿斜面方向，物體沿斜面繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，Q為斜面底端，如右圖所示。以下圖是描述該物體沿x方向和y方向運(yùn)動(dòng)的速度-時(shí)間圖，其中正確的是〔 〕7．小球P貼著水面每秒上下振動(dòng)5次，同時(shí)沿x軸正方向勻速移動(dòng)。O點(diǎn)是小球P的初始位置。某一時(shí)刻的水面波如下圖，圖中實(shí)線表示水面波的波峰位置〔此刻小球P恰好處于波峰〕。那么此水面波的傳播速度及小球P勻速移動(dòng)的速度大小分別是〔〕〔A〕0.4m/s，0.2m/s 〔B〕0.2m/s，0.4m/s〔C〕0.1m/s，0.2m/s〔D〕0.2m/s，0.1m/s8．2012年6月15日，中國(guó)第一臺(tái)自行設(shè)計(jì)、自主建成的“蛟龍?zhí)枿曒d人潛水器在西太平洋的馬里亞納海溝試驗(yàn)區(qū)開(kāi)展了第一次下潛試驗(yàn)，最大下潛深度約為6.4km。假設(shè)地球是一半徑R＝6400km、質(zhì)量分布均勻的球體，那么〔A〕999/1000〔B〕1001/1000〔C〕9992/10002 〔D〕10012/100029．如下圖，水平高臺(tái)上有一小車，水平地面上有一拖車，兩車間用一根不可伸長(zhǎng)的繩跨過(guò)定滑輪相連。拖車從滑輪正下方以恒定速度沿直線向右運(yùn)動(dòng)，那么在拖車行進(jìn)的過(guò)程中，小車的加速度〔 〕〔A〕逐漸減小 〔B〕逐漸增大〔C〕先減小后增大 〔D〕先增大后減小二．多項(xiàng)選擇題〔每題5分，共45分。選對(duì)局部答案得2分，有錯(cuò)不得分〕10．用DIS做驗(yàn)證牛頓第三定律的實(shí)驗(yàn)，點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)菜單中“力的相互作用〞。把兩個(gè)力探頭的掛鉤鉤在一起，向相反方向拉動(dòng)，觀察顯示器屏幕上出現(xiàn)的結(jié)果如下圖。觀察分析兩個(gè)力傳感器的相互作用力隨時(shí)間變化的曲線，可以得到以下實(shí)驗(yàn)結(jié)論：〔〕〔A〕作用力與反作用力時(shí)刻相等〔B〕作用力與反作用力作用在同一物體上〔C〕作用力與反作用力大小相等〔D〕作用力與反作用力方向相反11．如下圖，一直升機(jī)通過(guò)軟繩打撈河中物體，物體質(zhì)量為m，由于河水的流動(dòng)將物體沖離，使軟繩偏離豎直方向，當(dāng)直升機(jī)和物體相對(duì)地面靜止時(shí)，與物體相連的繩端切線與水平方向成角，那么以下說(shuō)法中正確的是〔〕〔A〕繩子的拉力為mg/sin〔B〕繩子的拉力可能小于mg〔C〕物體受到河水的作用力等于繩子拉力的水平分力〔D〕物體受到河水的作用力不等于繩子拉力的水平分力12．如下圖，一固定光滑桿與水平方向夾角，將一質(zhì)量m1的小環(huán)套在桿上，通過(guò)輕繩懸掛一個(gè)質(zhì)量為m2的小球，靜止釋放后，環(huán)與小球保持相對(duì)靜止一起下滑，此時(shí)繩子與豎直方向夾角，那么以下說(shuō)法正確的是：〔〕〔A〕桿對(duì)小環(huán)的作用力大于m1g＋m〔B〕m1不變，那么m2越大，越小〔C〕與m1、m2無(wú)關(guān)〔D〕假設(shè)桿不光滑，那么不可能等于013．下雪天，在平直的高速公路上勻速行駛的卡車司機(jī)突然發(fā)現(xiàn)前方停著一輛故障車，雖急剎車，車仍在向前滑行，并撞上故障車，兩車共同滑行了一段距離后停下?？ㄜ囐|(zhì)量M是故障車質(zhì)量的4倍。設(shè)相撞前瞬間卡車速度為v1，剛相撞后的速度為v2，相撞的時(shí)間極短，那么以下說(shuō)法中正確的是〔 〕〔A〕v1:v2的值為5:4〔B〕v1:v2的值為4:5〔C〕卡車在碰撞過(guò)程中損失的機(jī)械能完全傳給了故障車〔D〕卡車在碰撞過(guò)程中受到的沖量大小為M〔v2－v1〕14．有一質(zhì)量不計(jì)的豎直滑桿，滑桿上端固定，下端懸空，如圖甲所示，為了研究學(xué)生沿桿下滑的情況，在桿的頂部裝有一拉力傳感器，可以顯示桿所受拉力的大小。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始，一學(xué)生手握滑桿，靜止一段時(shí)間后開(kāi)始下滑，最后仍握住滑桿靜止〔人仍未落地〕。手與桿間的動(dòng)摩擦因數(shù)＝2，傳感器顯示的力隨時(shí)間變化如圖乙所示，那么〔 〕〔A〕學(xué)生下滑過(guò)程中最大速為2.4m/s〔B〕學(xué)生下滑的總長(zhǎng)度為6m〔C〕學(xué)生下滑過(guò)程中人對(duì)桿的最大握力小于260N〔D〕學(xué)生下滑過(guò)程中桿對(duì)人的最大作用力為530N15．如下圖，一根不可伸長(zhǎng)的輕繩兩端分別系一個(gè)質(zhì)量為ma的小球a和質(zhì)量為mb的小球b，細(xì)繩跨在兩根固定在同一高度的平行光滑水平細(xì)桿C和D上，假設(shè)將a球置于地面上，拉直繩子將b球從與CD同一水平高度處?kù)o止釋放，當(dāng)與b球相連的繩子擺至豎直時(shí)，a球?qū)Φ孛鎵毫偤脼榱恪Ｄ敲匆韵陆Y(jié)論中正確的是〔 〕〔A〕假設(shè)先將細(xì)桿D水平向左平移少許，然后靜止釋放b球，那么當(dāng)a球?qū)Φ孛鎵毫偤脼榱銜r(shí)，與b球相連的繩子擺過(guò)的角度小于90〔B〕假設(shè)先將細(xì)桿D水平向左平移少許，然后靜止釋放b球，那么當(dāng)a球?qū)Φ孛鎵毫偤脼榱銜r(shí)，與b球相連的繩子擺過(guò)的角度仍為90〔C〕假設(shè)先將細(xì)桿D水平向右平移少許，然后靜止釋放b球，那么當(dāng)a球?qū)Φ孛鎵毫偤脼榱銜r(shí)，與b球相連的繩子擺過(guò)的角度小于90〔D〕假設(shè)先將細(xì)桿D水平向右平移少許，然后靜止釋放b球，那么當(dāng)a球?qū)Φ孛鎵毫偤脼榱銜r(shí)，與b球相連的繩子擺過(guò)的角度仍為9016．一個(gè)斜面體質(zhì)量為M，傾角為，置于動(dòng)摩擦因數(shù)為的水平地面上。當(dāng)質(zhì)量為m的木塊沿斜面體無(wú)摩擦地下滑時(shí)，斜面體保持靜止。那么〔 〕〔A〕地面對(duì)斜面體的支持力大小為〔M＋m〕g〔B〕地面對(duì)斜面體的支持力大小為〔M＋mcos2〕g〔C〕地面對(duì)斜面體的摩擦力大小為〔M＋m〕g〔D〕地面對(duì)斜面體的摩擦力大小為mgsincos17．如下圖，長(zhǎng)為L(zhǎng)的輕桿的下端用鉸鏈固接在水平地面上，上端固定一個(gè)質(zhì)量為m的小球，輕桿處于豎直位置，同時(shí)與一個(gè)質(zhì)量為M的長(zhǎng)方體剛好接觸。由于微小擾動(dòng)，桿向右側(cè)倒下，當(dāng)小球與長(zhǎng)方體別離時(shí)，桿與水平面的夾角為30，且桿對(duì)小球的作用力恰好為零，假設(shè)不計(jì)一切摩擦。那么〔 〕〔A〕長(zhǎng)方體與小球的質(zhì)量比是4:1〔B〕別離時(shí)小球的速率為EQ\R(gL)〔C〕別離后長(zhǎng)方體的速率為EQ\R(gL)/2〔D〕長(zhǎng)方體對(duì)小球做功－mgL/418．如下圖，ABCD是一段在豎直平面內(nèi)的光滑軌道，AB段與水平面成角，BC段水平，CD段與水平面成角?，F(xiàn)有兩個(gè)小球P、Q，質(zhì)量分別為2m和m，用一長(zhǎng)為l的輕質(zhì)直桿連接，l小于BC段的長(zhǎng)度。將P、Q從AB段由靜止釋放，釋放時(shí)Q離水平面BC的高度為H〔A〕兩小球在水平軌道上運(yùn)動(dòng)的速率均為EQ\R(〔6gH＋4glsin〕/3)〔B〕小球P滑上CD軌道的最大高度為H＋〔2sin－sin〕l/3〔C〕PQ從AB段運(yùn)動(dòng)到BC段的過(guò)程中，輕桿對(duì)Q球做功為EQ\F(2,3)mglsin〔D〕PQ完全在水平軌道上向左運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，輕桿對(duì)Q球做功為－EQ\F(2,3)mglsin三．實(shí)驗(yàn)題〔共13分〕19．〔7分〕利用光電計(jì)時(shí)器測(cè)量重力加速度。提供的實(shí)驗(yàn)器材有：鐵架臺(tái)、帶有刻度尺的鋼管、鋼球〔線度很小〕、鋼球吸附器、兩個(gè)光電門、接鋼球用的小網(wǎng)，如右圖所示?！?〕寫出實(shí)驗(yàn)原理；〔2〕根據(jù)提供的實(shí)驗(yàn)器材，畫(huà)出實(shí)驗(yàn)裝置圖；〔3〕寫出實(shí)驗(yàn)步驟，并寫明需要測(cè)量的物理量及計(jì)算g的公式。四．計(jì)算題〔共56分〕20．〔12分〕圖甲為一風(fēng)力實(shí)驗(yàn)示意圖。質(zhì)量為m＝1kg的小球穿在固定的足夠長(zhǎng)的水平細(xì)桿上，開(kāi)始時(shí)靜止于A點(diǎn)，用沿桿向右的恒定風(fēng)力F作用于小球上，經(jīng)時(shí)間t1＝0.4s后撤去風(fēng)力。小球沿細(xì)桿運(yùn)動(dòng)的v-t圖像如圖乙所示。試求：〔1〕小球沿細(xì)桿滑行的距離；〔2〕小球與細(xì)桿間的動(dòng)摩擦因數(shù)；〔3〕風(fēng)力F的大小。21．〔13分〕平直公路上甲乙兩地相距s0，A、B兩車分別從甲、乙兩地同時(shí)出發(fā)，A車初速度大小為v1，加速度大小為a1，B車初速度大小為v2，加速度大小為a2。開(kāi)始時(shí)B車在前A車在后，加速度a1、a2與運(yùn)動(dòng)方向相同。試討論A、B兩車能夠相遇的條件。22．〔15分〕質(zhì)量為m的圓環(huán)A套在質(zhì)量也為m的勻質(zhì)桿B的上端，如右圖所示，桿B呈豎直狀態(tài)，下端離地高度為H時(shí)靜止起釋放，并且開(kāi)始計(jì)時(shí)。設(shè)桿B與圓環(huán)A相對(duì)滑動(dòng)時(shí)的摩擦力為kmg〔k＞1〕，且桿B在下落撞擊地面豎直向上反彈的過(guò)程中無(wú)能量損失。試求：〔1〕假設(shè)桿足夠長(zhǎng)，桿第一次落地反彈后到與圓環(huán)再次相對(duì)靜止所用的時(shí)間；〔2〕假設(shè)桿足夠長(zhǎng)，桿下端第二次落地所用時(shí)間；〔2〕假設(shè)桿下端第二次落地時(shí)圓環(huán)A還在桿上，桿的最小長(zhǎng)度。23．〔16分〕標(biāo)準(zhǔn)排球場(chǎng)總長(zhǎng)為18m，寬為9m，設(shè)球網(wǎng)高度為2m，運(yùn)發(fā)動(dòng)站離網(wǎng)3m接近邊線和A處面對(duì)球網(wǎng)豎直跳起將球水平擊出，空氣阻力不計(jì)，如右圖所示?！?〕假設(shè)擊球點(diǎn)的高度為2.〔2〕當(dāng)擊球點(diǎn)的高度為何值時(shí)，無(wú)論水平擊球的初速度多大，球不是觸網(wǎng)就是越界？參考答案：一．1、C， 2、B， 3、C， 4、D， 5、B， 6、C， 7、D， 8、A， 9、A。二．10、C、D，11、B、D， 12、A、C、D， 13、A、D， 14、A、B、D，15、B、D，16、B、D，17、A、D， 18、A、B、C，三．實(shí)驗(yàn)題19．〔1〕實(shí)驗(yàn)原理為自由落體規(guī)律〔2分〕?！?〕①見(jiàn)右圖〔4分〕。〔3〕方法①固定上面的光電門，每移動(dòng)一次下面的光電門，測(cè)鋼球通過(guò)兩光電門時(shí)間ti，由EQ\O(v,\S(－))＝h2/ti＝v0＋gti/2，作出EQ\O(v,\S(－))-t圖，由斜率求出g，其中h2為兩光電門之間的距離?；蚍椒á诠潭ㄉ舷鹿怆婇T，測(cè)鋼球通過(guò)兩光電門時(shí)間，求出EQ\O(v,\S(－))，由EQ\O(v,\S(－))＝v0＋gti/2＝EQ\R(2gh1)＋gh2/2EQ\O(v,\S(－))，求出g＝2EQ\O(v,\S(－))2〔EQ\R(h1＋h2)－EQ\R(h1)〕2/h22。其中h1為鋼球到上面光電門的距離。〔7分〕四．計(jì)算題：20．〔1〕由圖可知s＝1.22/2＝1.2m〔3分〕，〔2〕0.4s-1.2s為勻減速運(yùn)動(dòng)，a2＝v/t＝2.5m/s2，mg＝ma2，＝0.25〔4分〕，〔3〕0-0.4s為勻加速運(yùn)動(dòng)，a1＝v/t＝5m/s2，F(xiàn)－mg＝ma1，F(xiàn)＝7.5N〔7分〕。21．設(shè)A、B兩車的位移分別為XA和XB，XA＝v1t＋a1t2/2，XB＝v2t＋a2t2/2，兩車能相遇即XA＝XB有解，即〔a1－a2〕t2/2＋〔v1－v2〕t－s0＝0有解〔6分〕，〔1〕當(dāng)a1＞a2時(shí)方程有一解，即兩車一定能相遇一次〔2分〕〔2〕當(dāng)a1＝a2時(shí)，當(dāng)滿足v1＞v2時(shí)方程有一解，即兩車一定能相遇一次〔2分〕〔3〕當(dāng)a1＜a2時(shí)，當(dāng)滿足〔v1－v2〕2＞2〔a1－a2〕s0時(shí)方程有兩解，即兩車一定能相遇兩次，當(dāng)滿足〔v1－v2〕2＝2〔a1－a2〕s0時(shí)方程有一解，即兩車一定能相遇一次〔3分〕22．〔1〕一起自由落體：v0＝EQ\R(2gH)，t1＝EQ\R(2H/g)，撞地后桿向上勻減速運(yùn)動(dòng)，環(huán)向下勻減速運(yùn)動(dòng)，桿v0＝v＝EQ\R(2gH)，向上，a2＝〔k＋1〕g，向下；環(huán)v0＝v＝EQ\R(2gH)，