精品解析：湖北省武汉市武汉西藏中学2023-2024学年高一下学期5月期中物理试题

武汉西藏中学2023-2024学年下学期期中考试 高一物理试卷 一、单选题 1. 一个实心的正方体铁块与一个实心的正方体木块质量相等，将它们放在水平地面上，下列结论正确的是（以地面处重力势能为零）（　　） A. 铁块的重力势能大于木块的重力势能 B. 铁块的重力势能小于木块的重力势能 C. 铁块的重力势能等于木块的重力势能 D. 上述三种情况都有可能 【答案】B 【解析】 【详解】物体的重力势能为 表示的是物体重心与零势能面的高度差，因木块的重心与地面的高度差较大，故木块的重力势能大。 故选B。 2. 汽车从静止开始先做匀加速直线运动，然后做匀速运动。汽车所受阻力恒定，下列汽车功率P与时间t的关系图像中，能描述上述过程的是（　　） A. B. C. D. 【答案】C 【解析】 【详解】汽车开始做匀加速运动，则 则功率 匀速时的功率 因 故选C。 3. 有关静止卫星，下列表述正确的是（　　） A. 围绕地球运动的所有静止卫星距地面的高度都必须相同 B. 静止卫星的发射速度小于第一宇宙速度 C. 运动周期与地球自转周期相同的卫星肯定是静止卫星 D. 可以在北京上空发射一颗静止卫星，用以安全监控 【答案】A 【解析】 【详解】CD．静止卫星是指与地球相对静止的卫星，这种卫星绕地球转动的角速度与地球自转的角度速度相同，而且轨道平面只能与赤道平面重合，其他轨道上周期是24小时的卫星却不是静止卫星，北京不在赤道上，故静止卫星不能定点在北京上空，故CD错误； B．第一宇宙速度是所有卫星的最小发射速度，静止卫星的发射速度大于第一宇宙速度，故B错误； A．根据万有引力提供向心力可得 得 其中为地球质量，为地球自转周期，是地球半径，因此所有地球静止卫星距地面的高度都是相同的，故A正确。 故先A。 4. 为研究太阳系内行星的运动，需要知道太阳的质量，已知地球半径为R，地球质量为m，太阳与地球中心间距为r，地球表面的重力加速度为g，地球绕太阳公转的周期为T。则太阳的质量为（忽略地球自转）（　　） A. B. C. D. 【答案】D 【解析】 【详解】由万有引力定律和向心力公式得 假设地球表面有一个质量为的物体，根据地球表面的物体受到的万有引力近似等于重力，有 联立两式得 故选D。 5. 如图所示，北京时间2021年10月16日，神舟十三号载人飞船成功对接天和核心舱构成四舱组合体（还在原轨道上飞行）。此后，航天员王亚平成功出舱作业，成为中国女航天员太空行走第一人。下列说法正确的是（　　） A. 对接前，核心舱处于平衡状态 B. 对接前，为提高轨道高度飞船应加速 C. 对接后，飞船的线速度大于第一宇宙速度 D. 对接后，空间站由于质量增大，轨道半径将明显变小 【答案】B 【解析】 【详解】A．对接前，核心舱绕地球做匀速圆周运动，不是处于平衡状态，选项A错误； B．对接前，为提高轨道高度飞船应加速做离心运动，选项B正确； C．第一宇宙速度是绕地球做圆周运动卫星的最大环绕速度，任何地球卫星的运行速度都小于第一宇宙速度，则对接后，飞船的线速度仍小于第一宇宙速度，选项C错误； D．根据 可得 可知，对接后，即使空间站质量增大，但是轨道半径将不变，选项D错误。 故选B。 6. 2021年5月15日7时18分，由祝融号火星车及进入舱组成的天问一号着陆巡视器成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区，由此又掀起了一股研究太空热。某天文爱好者做出如下假设：未来人类宇航员登陆火星，在火星表面将小球竖直上抛，取抛出位置O点处的位移x=0，从小球抛出开始计时，以竖直向上为正方向，小球运动的图像如图所示（其中a、b均为已知量）。忽略火星的自转，且将其视为半径为R的匀质球体，引力常量为G，则下列分析正确的是（　　） A. 小球从初始竖直上抛到最高点的平均速度为a B. 小球从O点上升的最大高度为 C. 火星的质量为 D. 火星的第一宇宙速度为 【答案】C 【解析】 【详解】AB．根据 可得 由图像可知 v0=a 则 根据匀变速直线运动规律，小球从初始竖直上抛到最高点的平均速度为 小球从O点上升的最大高度为 选项AB错误； C．根据 可得火星的质量为 选项C正确； D．根据 火星的第一宇宙速度为 选项D错误。 故选C。 二、多选题 7. 引力波探测于2017年获得诺贝尔物理学奖。双星的运动是引力波的来源之一，假设宇宙中有一双星系统由P、Q两颗星体组成，这两颗星绕它们连线上的某一点在二者之间万有引力作用下做匀速圆周运动，测得P星的周期为T，P、Q两颗星之间的距离为l，P、Q两颗星的轨道半径之差为Δr（P星的轨道半径大于Q星的轨道半径），引力常量为G，则（　　） A. P、Q两颗星的向心力大小相等 B. P、Q两颗星的线速度之差为 C. P、Q两颗星的质量之差为 D. P、Q两颗星的质量之和为 【答案】AC 【解析】 【详解】A．双星系统中的两颗星体靠相互间的万有引力提供向心力，故向心力大小相等，A正确； B．设P、Q两星的轨道半径分别为rP、rQ，由万有引力提供向心力，有 G=mPrP G=mQrQ 又 rQ+rP=l rP-rQ=Δr 联立得 rP=，rQ= 由v=得 vP=，vQ= 故 Δv= B错误； C．联立得 mQ=，mP= 所以 Δm= C正确； D．联立得 G（rQ+rP） 解得 mQ+mP= D错误。 故选AC。 8. 嫦娥五号探测器在月球着陆前，沿不同的轨道绕月球做匀速圆周运动并在距离月球表面H处有一次悬停，对障碍物和坡度进行识别，自主避障。选定相对平坦的区域后，开始缓速垂直下降。如果引力常量G已知，不考虑月球的自转。则（　　） A. 嫦娥五号探测器在从H处开始着陆过程中可以视作做自由落体运动 B. 嫦娥五号探测器在环月圆轨道上绕月运行的速度小于月球第一宇宙速度 C. 嫦娥五号探测器沿不同的圆轨道绕月球运动时，轨道半径越大绕行线速度越大 D. 嫦娥五号探测器贴近月球表面做匀速圆周运动时，若已知探测器的运行周期，即可估算月球密度 【答案】BD 【解析】 【分析】 【详解】A.嫦娥五号探测器在最后H处开始着陆过程中缓速垂直下降，加速度小于g，则不可以视作做自由落体运动，选项A错误。 BC.根据万有引力做向心力可得： 所以 轨道半径越大绕行线速度越小，环月速度小于月球第一宇宙速度，选项B正确、C错误。 D.根据万有引力做向心力可得 所以月球质量 则密度 选项D正确。 故选BD。 9. 下面选项错误的是（　　） A. 牛顿发现了万有引力定律，并计算出引力常量G B. 万有引力公式中r趋向于0，F趋向于无穷大 C. 地球的第一宇宙速度是地球卫星最大的环绕速度 D. 地球静止卫星离地面的高度相同，质量可以不同，不能定点在北京上空 【答案】AB 【解析】 【分析】 【详解】A．牛顿发现了万有引力定律，卡文迪许用实验测出引力常量G，选项A错误，符合题意； B．当万有引力公式中的r趋向于0时，万有引力定律不再适用，选项B错误，符合题意； C．根据 可得 可知，地球的第一宇宙速度是绕地球表面运行的卫星的速度，是地球卫星最大的环绕速度，选项C正确，不符合题意； D．地球静止卫星离地面的高度相同，质量可以不同，不能定点在北京上空，只能定点在赤道的上空，选项D正确，不符合题意。 故选AB。 三、实验题 10. 卡文迪什利用如图所示的扭称实验装置测量了引力常量： （1）如图所示，横梁一端固定有一质量为m、半径为r的均匀铅球A，旁边有一质量为m、半径为r的相同铅球B，A、B两球表面的最近距离为L，两球间的万有引力大小为F，则可以表示出引力常量________。 （2）为了测量石英丝极微的扭转角，该实验装置中采取“微小量放大”思想的措施是________。 A．增大石英丝的直径 B.增大刻度尺与平面镜的距离 C.利用平面镜对光线的反射 D.减小T形架横梁的长度 【答案】 ①. ②. BC## CB 【解析】 【详解】（1）[1] 根据万有引力公式可得 得引力常量 （2）[2] A．当增大石英丝的直径时，会导致石英丝不容易转动，对“微小量放大”没有作用，故A错误； BC．为了测量石英丝极微小的扭转角，该实验装置中采用使“微小量放大”。利用平面镜对光线的反射，来体现微小形变的，或当增大刻度尺与平面镜的距离时，转动的角度更明显，故BC正确； D．当减小T型架横梁的长度时，会导致石英丝不容易转动，对“微小量放大”没有作用，故D错误； 故选BC。 11. 未来中国宇航员将会登月成功，假设宇航员在登月前后做物理实验，测量物体的质量。实验：宇宙飞船绕月球做匀速圆周运动时处于完全失重状态，在这种环境中无法用天平直接称量物体的质量，宇航员在飞船中用如图所示的装置来间接测量小球的质量，给小球一个初速度，让它在细线的拉力下做匀速圆周运动，飞船中还有刻度尺、秒表两种测量工具。 若已知小球做匀速圆周运动时拉力传感器的示数为F，还需要测量的物理量是_____和周期，为了减小测量周期的误差，可测量n转对应的时间t，则待测小球质量的表达式为m=_____。 【答案】 ①. 小球做匀速圆周运动的半径r ②. 【解析】 【详解】[1][2]拉力传感器已测出拉力F，可知要间接测量小球的质量，还需要测量的物理量是小球做匀速圆周运动的半径r；根据测量n转对应的时间t，得其做匀速圆周运动的周期为 根据牛顿第二定律得 解得 四、 计算题 12. 某人造卫星距地面高h，地球半径为R，质量为M，地面重力加速度g0，万有引力常量为G 。求： （1）试分别用h、R、M、G表示卫星的周期T、线速度v、角速度ω； （2）试分别用h、R、g0表示卫星周期T、线速度v、角速度ω。‍ 【答案】（1），，；（2），， 【解析】 【详解】（1）设人造卫星的质量为m，根据牛顿第二定律有 ① 解得 ② 根据匀速圆周运动规律可得 ③ ④ （2）地面上质量为m0的物体所受万有引力等于重力，即 ⑤ 联立②③④⑤可分别解得 ⑥ ⑦ ⑧ 13. 如图所示，“天舟”与“天宫”对接后的组合体沿圆形轨道运行。经过时间t，组合体绕地球转过的角度为（弧度），地球半径为R，地球表面重力加速度为g，引力常量为G，不考虑地球自转。求： （1）地球质量M； （2）组合体运动的周期T； （3）组合体所在圆轨道离地面高度H。 【答案】（1）（2）（3） 【解析】 【详解】（1）根据地球表面物体的重力等于万有引力可得 所以有 （2）组合体的角速度为 故周期为 （3）组合体做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，有 解得 14. 图示为修建高层建筑常用的塔式起重机。在起重机将质量m=5×103kg的重物竖直吊起的过程中，重物由静止开始向上做匀加速直线运动，加速度a=0.2m/s2，当起重机输出功率达到其允许的最大值时，保持该功率直到重物做vm=1.02m/s的匀速运动。取g=10m/s2,不计额外功。求： （1）起重机允许输出的最大功率； （2）重物做匀加速运动所经历的时间和起重机在第2秒末的输出功率。 【答案】（1）P0=5.1×104W；（2）5s；P=2.04×104W 【解析】 【分析】 【详解】（1）设起重机允许输出的最大功率为P0，重物达到最大速度时，此时物体做匀速直线运动，拉力F0等于重力。 P0=F0vm ① F0=mg ② 代入数据，有 P0=5.1×104W ③ （2）匀加速运动结束时，起重机达到允许输出的最大功率，设此时重物受到的拉力为F，速度为v1，匀加速运动经历时间为t1，有： P0=Fv1 ④ F-mg=ma ⑤ v1=at1 ⑥ 由③④⑤⑥，代入数据，得 t1=5s ⑦ T=2s时，重物处于匀加速运动阶段，设此时速度为v2，输出功率为P，则 v2=aT ⑧ P=Fv2 ⑨ 由⑤⑧⑨，代入数据，得 P=2.04×104W 【点睛】高中物理中，分析受力和物理过程是非常重要的．最大功率要用第三阶段中的Pm=Fv=mgvm计算，而不能用第一阶段中的F与第三阶段中的vm的乘积计算，两个F是不同的；vm是最终速度，整个过程并不全是匀加速运动，不能用vm=at来计算整个过程时间。应该根据Pm=Fv1=（mg+ma）at来求t。 要注意某一时刻的物理量要对应起来。 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $ 武汉西藏中学2023-2024学年下学期期中考试 高一物理试卷 一、单选题 1. 一个实心的正方体铁块与一个实心的正方体木块质量相等，将它们放在水平地面上，下列结论正确的是（以地面处重力势能为零）（　　） A. 铁块的重力势能大于木块的重力势能 B. 铁块的重力势能小于木块的重力势能 C. 铁块的重力势能等于木块的重力势能 D. 上述三种情况都有可能 2. 汽车从静止开始先做匀加速直线运动，然后做匀速运动。汽车所受阻力恒定，下列汽车功率P与时间t的关系图像中，能描述上述过程的是（　　） A. B. C. D. 3. 有关静止卫星，下列表述正确的是（　　） A. 围绕地球运动的所有静止卫星距地面的高度都必须相同 B. 静止卫星的发射速度小于第一宇宙速度 C. 运动周期与地球自转周期相同的卫星肯定是静止卫星 D. 可以在北京上空发射一颗静止卫星，用以安全监控 4. 为研究太阳系内行星的运动，需要知道太阳的质量，已知地球半径为R，地球质量为m，太阳与地球中心间距为r，地球表面的重力加速度为g，地球绕太阳公转的周期为T。则太阳的质量为（忽略地球自转）（　　） A. B. C. D. 5. 如图所示，北京时间2021年10月16日，神舟十三号载人飞船成功对接天和核心舱构成四舱组合体（还在原轨道上飞行）。此后，航天员王亚平成功出舱作业，成为中国女航天员太空行走第一人。下列说法正确的是（　　） A. 对接前，核心舱处于平衡状态 B. 对接前，为提高轨道高度飞船应加速 C. 对接后，飞船的线速度大于第一宇宙速度 D. 对接后，空间站由于质量增大，轨道半径将明显变小 6. 2021年5月15日7时18分，由祝融号火星车及进入舱组成的天问一号着陆巡视器成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区，由此又掀起了一股研究太空热。某天文爱好者做出如下假设：未来人类宇航员登陆火星，在火星表面将小球竖直上抛，取抛出位置O点处的位移x=0，从小球抛出开始计时，以竖直向上为正方向，小球运动的图像如图所示（其中a、b均为已知量）。忽略火星的自转，且将其视为半径为R的匀质球体，引力常量为G，则下列分析正确的是（　　） A. 小球从初始竖直上抛到最高点的平均速度为a B. 小球从O点上升的最大高度为 C. 火星的质量为 D. 火星的第一宇宙速度为 二、多选题 7. 引力波探测于2017年获得诺贝尔物理学奖。双星的运动是引力波的来源之一，假设宇宙中有一双星系统由P、Q两颗星体组成，这两颗星绕它们连线上的某一点在二者之间万有引力作用下做匀速圆周运动，测得P星的周期为T，P、Q两颗星之间的距离为l，P、Q两颗星的轨道半径之差为Δr（P星的轨道半径大于Q星的轨道半径），引力常量为G，则（　　） A. P、Q两颗星的向心力大小相等 B. P、Q两颗星的线速度之差为 C. P、Q两颗星的质量之差为 D. P、Q两颗星的质量之和为 8. 嫦娥五号探测器在月球着陆前，沿不同的轨道绕月球做匀速圆周运动并在距离月球表面H处有一次悬停，对障碍物和坡度进行识别，自主避障。选定相对平坦的区域后，开始缓速垂直下降。如果引力常量G已知，不考虑月球的自转。则（　　） A. 嫦娥五号探测器在从H处开始着陆过程中可以视作做自由落体运动 B. 嫦娥五号探测器在环月圆轨道上绕月运行的速度小于月球第一宇宙速度 C. 嫦娥五号探测器沿不同的圆轨道绕月球运动时，轨道半径越大绕行线速度越大 D. 嫦娥五号探测器贴近月球表面做匀速圆周运动时，若已知探测器的运行周期，即可估算月球密度 9. 下面选项错误的是（　　） A. 牛顿发现了万有引力定律，并计算出引力常量G B. 万有引力公式中r趋向于0，F趋向于无穷大 C. 地球的第一宇宙速度是地球卫星最大的环绕速度 D. 地球静止卫星离地面的高度相同，质量可以不同，不能定点在北京上空 三、实验题 10. 卡文迪什利用如图所示的扭称实验装置测量了引力常量： （1）如图所示，横梁一端固定有一质量为m、半径为r的均匀铅球A，旁边有一质量为m、半径为r的相同铅球B，A、B两球表面的最近距离为L，两球间的万有引力大小为F，则可以表示出引力常量________。 （2）为了测量石英丝极微的扭转角，该实验装置中采取“微小量放大”思想的措施是________。 A．增大石英丝的直径 B.增大刻度尺与平面镜的距离 C.利用平面镜对光线的反射 D.减小T形架横梁的长度 11. 未来中国宇航员将会登月成功，假设宇航员在登月前后做物理实验，测量物体的质量。实验：宇宙飞船绕月球做匀速圆周运动时处于完全失重状态，在这种环境中无法用天平直接称量物体的质量，宇航员在飞船中用如图所示的装置来间接测量小球的质量，给小球一个初速度，让它在细线的拉力下做匀速圆周运动，飞船中还有刻度尺、秒表两种测量工具。 若已知小球做匀速圆周运动时拉力传感器的示数为F，还需要测量的物理量是_____和周期，为了减小测量周期的误差，可测量n转对应的时间t，则待测小球质量的表达式为m=_____。 四、 计算题 12. 某人造卫星距地面高h，地球半径为R，质量为M，地面重力加速度g0，万有引力常量为G 。求： （1）试分别用h、R、M、G表示卫星的周期T、线速度v、角速度ω； （2）试分别用h、R、g0表示卫星周期T、线速度v、角速度ω。‍ 13. 如图所示，“天舟”与“天宫”对接后的组合体沿圆形轨道运行。经过时间t，组合体绕地球转过的角度为（弧度），地球半径为R，地球表面重力加速度为g，引力常量为G，不考虑地球自转。求： （1）地球质量M； （2）组合体运动的周期T； （3）组合体所在圆轨道离地面高度H。 14. 图示为修建高层建筑常用的塔式起重机。在起重机将质量m=5×103kg的重物竖直吊起的过程中，重物由静止开始向上做匀加速直线运动，加速度a=0.2m/s2，当起重机输出功率达到其允许的最大值时，保持该功率直到重物做vm=1.02m/s的匀速运动。取g=10m/s2,不计额外功。求： （1）起重机允许输出的最大功率； （2）重物做匀加速运动所经历的时间和起重机在第2秒末的输出功率。 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $