内容正文:
2023—2024学年度第二学期高一年级
期中考试物理试卷
(考试时间:75分钟 总分100分)
注意事项:所有试题的答案均填写在答题纸上,答案写在试卷上的无效.
一、单选题:本题共11小题,每题4分,共44分.在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的.
1. 英国物理学家卡文迪许首次精确测量了万有引力常量G的数值,其单位是( )
A. B. C. D.
2. 转笔是一项通过手指转动笔的休闲活动。如图所示,假设某转笔高手能让笔绕其上的O点做匀速圆周运动,则下列说法正确的是( )
A. 笔杆上各点(不在转轴上)的线速度大小相同
B. 笔杆上的点离O点越远,其角速度越小
C. 笔杆上的点离O点越近,其角速度越小
D. 笔杆上的点离O点越近,其线速度越小
3. 如图小球与悬线相连在水平面内做匀速圆周运动,则小球受到的力有( )
A. 向心力 B. 重力、拉力和向心力 C. 拉力和向心力 D. 重力、拉力
4. 如图所示,某滑雪运动员进入竖直面内的圆弧形滑道AB,从A点滑行到最低点B的过程中,重力对他做的功为,他克服阻力做的功为,则在A点滑行到B点的过程中,该运动员( )
A. 动能增加了
B. 重力势能减小了
C. 所受合外力做功
D. 弹力做功为
5. 如图,长为l的轻杆,一端固定一个小球;另一端固定在光滑的水平轴上,使小球在竖直平面内做圆周运动,小球过最高点的速度为v,下列叙述正确的是( )
A. v值不可以小于
B. 当v由零逐渐增大时,小球最高点所需向心力也逐渐增大
C. 当v由值逐渐增大时,杆对小球的弹力逐渐减小
D. 当v由值逐渐减小时,杆对小球的弹力逐渐减小
6. 2022年2月3日,远在400公里外的空间站的太空出差三人组,在空间站“变”出奥运五环(如图),希望冬奥会选手们取得好成绩为国争光,下列说法正确的是( )
A. 若考虑到虚薄空气影响而不对空间站及时补充能量,空间站的轨道高度将会缓慢降低,线速度增大
B. 奥运五环能悬浮在空中是因为合外力为零
C. 空间站绕地运行的速率等于第一宇宙速度
D. 空间站的运行周期大于地球静止卫星的周期
7. 2023年我国“天宫号”太空实验室实现了长期有人值守,我国迈入空间站时代。如图所示,宇航员乘坐“天舟号”沿椭圆轨道进入空间站,.A、B两点分别为椭圆轨道的近地点和远地点。则( )
A. “天舟号”A处飞向B处做加速运动
B. “天舟号”与“天宫号”运动周期相等
C. “天舟号”与“天宫号”对接前必须先加速运动
D. “天舟号”与“天宫号”在对接处受到的引力相等
8. 取一支按压式圆珠笔,将笔的按压式小钢帽朝下按压在桌面上,如图所示.将手放开后,笔会向上弹起一定的高度,忽略一切阻力.下列说法正确的是( )
A. 从笔开始运动到最高点,笔做匀变速直线运动
B. 当笔刚要离开桌面时,笔克服重力的功率达到最大
C. 从笔外壳与内芯碰撞结束到笔运动到最高点,笔克服重力的功率一直减小
D. 从笔开始运动到刚要离开桌面,桌面对笔的作用力对笔做正功
9. 某行星探测器成功实现了在这个星球表面的环绕飞行,其释放的着陆器成功实现了在这颗星球表面的软着陆。已知这颗星球的质量为地球的0.1倍,半径为地球的0.4倍,则“天问一号”环绕火星表面飞行的速度约为( )
A. B. C. D.
10. 如图,某公路急转弯处是一圆弧,路面外高内低,当轿车行驶的速率为时,轿车恰好没有向公路内、外两侧滑动的趋势。则当汽车在该弯道处( )
A. 质量更大的卡车经过时,与轿车相比,的值变小
B. 路面结冰时,与未结冰时相比,的值变小
C. 车速高于时,车辆就会向外侧滑动
D. 当车速高于时,但只要不超出某一最高限度,车辆便不会向外侧滑动
11. 如图所示,水平圆盘上有两个相同的小木块a和b,质量均为m,用轻绳相连,轻绳恰好伸直且无拉力。为转轴,a与转轴的距离为l,b与转轴的距离为2l,木块与圆盘间的动摩擦因数均为μ,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度大小为g。在圆盘从静止开始绕转轴缓慢地加速转动的过程中,下列说法正确的是( )
A. a木块所受静摩擦力先变大后变小,再变大
B. 因a、b两木块所受摩擦力始终指向圆心,所以不做功
C. 若轻绳承受极限值为2μmg,则在a、b两木块开始相对圆盘滑动前轻绳不会断掉
D. 角速度达到时,a、b两木块开始相对圆盘滑动
二、非选择题:共5题,共56分其中第13题~第16题解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,只写出最后答案的不能得分;有数值计算时,答案中必须明确写出数值和单位。
12. 如图所示是探究向心力的大小与质量、角速度和半径之间的关系的实验装置。转动手柄,可使两侧变速塔轮以及长槽和短槽随之匀速转动。当皮带分别处于1、2、3层时,左、右塔轮的角速度之比分别为1:1、1:2和1:3。皮带分别套在左右两轮塔上的不同圆盘上,可使两个槽内的小球分别以各自的角速度做匀速圆周运动,其向心力由挡板对小球的压力提供,球对挡板的反作用力,通过杠杆作用使弹簧测力筒下降,从而露出标尺,标尺上露出的红白相间的等分格显示出两个球所受向心力的比值。那么:
(1)下列实验实验方法与本实验相同的是___________。
A.探究两个互成角度的力的合成规律 B.探究加速度与力、质量关系
C.伽利略对自由落体的研究 D.探究平抛运动的特点
(2)若探究向心力大小F与半径r的关系时,两侧变速塔轮应该同时选择第___________层(选填“1”“2”或“3”),长短槽放置质量___________(选填“相等”或“不相等”)的小球,小球应分别放在___________两处。(选填“A、C”或“B、C”)。
(3)小明利用传感器来进行研究向心力与角速度关系,物块放在平台卡槽内,平台绕轴转动,物块做匀速圆周运动,平台转速可以控制,光电计时器可以记录转动快慢。
小明按上述实验将测算得的结果用作图法来处理数据,如图所示纵轴F为力传感器读数,横轴为,图线不过坐标原点的原因是___________,用电子天平测得物块质量为,直尺测得半径为,图线斜率大小为___________(结果保留两位有效数字)。
13. 如图所示,运动员腰部系着轻绳拖着轮胎从静止开始沿着笔直的跑道匀加速奔跑,末轮胎的速度为。已知绳与地面的夹角,绳对轮胎的拉力大小为,,。求:
(1)内,绳子拉力对轮胎所做功W;
(2)第末,绳子拉力的功率P。
14. 某型号汽车发动机的额定功率为,在水平路面上行驶时受到的阻力恒为,汽车质量为。现汽车从静止开始以恒定功率启动,求:在这启动过程中
(1)汽车行驶的最大速度;
(2)当汽车的速度大小为时,汽车的加速度大小。
15. “嫦娥一号”探月卫星在空中的运动可简化为如图5所示的过程,卫星由地面发射后,经过发射轨道进入停泊轨道,在停泊轨道经过调速后进入地月转移轨道,再次调速后进入工作轨道.已知卫星在停泊轨道和工作轨道运行的半径分别为R和R1,地球半径为r,月球半径为r1,地球表面重力加速度为g,月球表面重力加速度为.求:
(1)卫星在停泊轨道上运行的线速度大小;
(2)卫星在工作轨道上运行的周期.
16. 为了研究滑板运动中的滑道设计,如图所示,将滑道的竖直截面简化为直轨道与圆弧轨道,半径与垂直,两点的高度差,两点的高度差,段动摩擦因数,段摩擦不计,圆弧半径,运动过程空气阻力不计,与水平方向的夹角,将运动员及滑板简化为一质量的质点,经过前一滑道的滑行,到达图示的A点时速度恰好水平向右做平抛运动,到达B点时速度恰好与斜面平行进入斜面,经过后竖直上抛再从E点落回滑道,取,求:
(1)运动员到达B点时的速度大小;
(2)运动员第一次到达D点时滑板对D点的压力大小;
(3)运动员第二次向上冲出E点时的速度大小。
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2023—2024学年度第二学期高一年级
期中考试物理试卷
(考试时间:75分钟 总分100分)
注意事项:所有试题的答案均填写在答题纸上,答案写在试卷上的无效.
一、单选题:本题共11小题,每题4分,共44分.在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的.
1. 英国物理学家卡文迪许首次精确测量了万有引力常量G的数值,其单位是( )
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】根据万有引力定律得
则万有引力常量G的单位为。
故选A。
2. 转笔是一项通过手指转动笔的休闲活动。如图所示,假设某转笔高手能让笔绕其上的O点做匀速圆周运动,则下列说法正确的是( )
A. 笔杆上各点(不在转轴上)的线速度大小相同
B. 笔杆上的点离O点越远,其角速度越小
C. 笔杆上的点离O点越近,其角速度越小
D. 笔杆上的点离O点越近,其线速度越小
【答案】D
【解析】
【详解】BC.笔杆上各点的角速度相同,故BC错误;
AD.根据
由于各点的角速度相同,所以半径越小,线速度越小,即笔杆上的点离O点越近,其线速度越小,故A错误,D正确。
故选D。
3. 如图小球与悬线相连在水平面内做匀速圆周运动,则小球受到的力有( )
A. 向心力 B. 重力、拉力和向心力 C. 拉力和向心力 D. 重力、拉力
【答案】D
【解析】
【详解】A B C.向心力是按效果命名的力,受力分析时不能分析向心力。ABC错误;
D.小球受到的力有重力、拉力。D正确。
故选D。
4. 如图所示,某滑雪运动员进入竖直面内的圆弧形滑道AB,从A点滑行到最低点B的过程中,重力对他做的功为,他克服阻力做的功为,则在A点滑行到B点的过程中,该运动员( )
A. 动能增加了
B. 重力势能减小了
C. 所受合外力做功
D. 弹力做功为
【答案】B
【解析】
【详解】AC.根据动能定理可得
故AC错误;
B.根据
可知重力势能减小了,故B正确;
D.由于轨道弹力总是与速度方向垂直,所以弹力做功为0,故D错误。
故选B。
5. 如图,长为l的轻杆,一端固定一个小球;另一端固定在光滑的水平轴上,使小球在竖直平面内做圆周运动,小球过最高点的速度为v,下列叙述正确的是( )
A. v的值不可以小于
B. 当v由零逐渐增大时,小球在最高点所需向心力也逐渐增大
C. 当v由值逐渐增大时,杆对小球的弹力逐渐减小
D. 当v由值逐渐减小时,杆对小球的弹力逐渐减小
【答案】B
【解析】
【详解】A.由于小球过最高点时,杆对小球的弹力方向可以竖直向上,所以v的值可以小于,故A错误;
B.根据
可知当v由零逐渐增大时,小球在最高点所需向心力也逐渐增大,故B正确;
CD.重力刚好提供向心力时,有
可得
当v由值逐渐增大时,根据牛顿第二定律可得
可知杆对小球的弹力逐渐增大;当v由值逐渐减小时,根据牛顿第二定律可得
可知杆对小球的弹力逐渐增大;故CD错误。
故选B。
6. 2022年2月3日,远在400公里外的空间站的太空出差三人组,在空间站“变”出奥运五环(如图),希望冬奥会选手们取得好成绩为国争光,下列说法正确的是( )
A. 若考虑到虚薄空气影响而不对空间站及时补充能量,空间站的轨道高度将会缓慢降低,线速度增大
B. 奥运五环能悬浮在空中是因为合外力为零
C. 空间站绕地运行的速率等于第一宇宙速度
D. 空间站的运行周期大于地球静止卫星的周期
【答案】A
【解析】
【详解】A.若考虑到虚薄空气影响而不对空间站及时补充能量,则空间站速度减小,万有引力大于所需向心力,空间站做近心运动,空间站的轨道高度将会缓慢降低,由于万有引力做正功,所以空间站的速度增大,故A正确;
B.奥运五环能悬浮在空中是因为万有引力刚好提供其绕地球做匀速圆周运动所需的向心力,故B错误;
C.根据万有引力提供向心力得
解得
地球第一宇宙速度是卫星绕地球做匀速圆周运动的最大线速度,所以空间站绕地运行的速率小于第一宇宙速度,故C错误;
D.根据万有引力提供向心力得
解得
可知空间站的运行周期小于地球静止卫星的周期,故D错误。
故选A
7. 2023年我国“天宫号”太空实验室实现了长期有人值守,我国迈入空间站时代。如图所示,宇航员乘坐“天舟号”沿椭圆轨道进入空间站,.A、B两点分别为椭圆轨道的近地点和远地点。则( )
A. “天舟号”A处飞向B处做加速运动
B “天舟号”与“天宫号”运动周期相等
C. “天舟号”与“天宫号”对接前必须先加速运动
D. “天舟号”与“天宫号”在对接处受到的引力相等
【答案】C
【解析】
【详解】A.“天舟号”A处飞向B处重力势能增大,动能减小,做减速运动,故A错误;
B.由开普勒第三定律,可知“天舟号”比“天宫号”运动周期小,故B错误;
C.“天舟号”与“天宫号”对接前必须先加速,做离心运动,才能与天宫号对接,故C正确;
D.“天舟号”与“天宫号”的质量不相等,由可知在对接处受到的引力不相等,故D错误。
故选C。
8. 取一支按压式圆珠笔,将笔的按压式小钢帽朝下按压在桌面上,如图所示.将手放开后,笔会向上弹起一定的高度,忽略一切阻力.下列说法正确的是( )
A 从笔开始运动到最高点,笔做匀变速直线运动
B. 当笔刚要离开桌面时,笔克服重力的功率达到最大
C. 从笔外壳与内芯碰撞结束到笔运动到最高点,笔克服重力的功率一直减小
D. 从笔开始运动到刚要离开桌面,桌面对笔的作用力对笔做正功
【答案】C
【解析】
【详解】A.从笔开始运动到最高点,笔除受到重力外,还受到的弹簧弹力及桌面的作用,可知笔受到的合力为变力,所以笔做的是非匀变速直线运动,故A错误;
BC.圆珠笔开始时先向上运动时,弹簧弹力大于外壳重力,外壳向上加速运动,当弹簧弹力等于外壳重力时,外壳的速度最大,之后弹簧弹力小于外壳重力,外壳向上减速运动,直到与内芯碰撞后一起离开桌面时,继续向上做减速运动,可知当笔刚要离开桌面时,速度不是最大,笔克服重力的功率不是最大;从笔外壳与内芯碰撞结束到笔运动到最高点,笔向上做减速运动,笔克服重力的功率一直减小,故B错误,C正确;
D.从笔开始运动到笔刚要离开桌面,由于桌面对笔的作用点未发生位移,所以桌面对笔不做功,故D错误。
故选C。
9. 某行星探测器成功实现了在这个星球表面的环绕飞行,其释放的着陆器成功实现了在这颗星球表面的软着陆。已知这颗星球的质量为地球的0.1倍,半径为地球的0.4倍,则“天问一号”环绕火星表面飞行的速度约为( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】卫星绕星球表面做匀速圆周运动时,由万有引力提供向心力得
解得
可得火星第一宇宙速度与地球第一宇宙速度之比为
则“天问一号”环绕火星表面飞行的速度约为
故选C。
10. 如图,某公路急转弯处是一圆弧,路面外高内低,当轿车行驶的速率为时,轿车恰好没有向公路内、外两侧滑动的趋势。则当汽车在该弯道处( )
A. 质量更大的卡车经过时,与轿车相比,的值变小
B. 路面结冰时,与未结冰时相比,的值变小
C. 车速高于时,车辆就会向外侧滑动
D. 当车速高于时,但只要不超出某一最高限度,车辆便不会向外侧滑动
【答案】D
【解析】
【详解】AB.某公路急转弯处是一圆弧,路面外高内低,当轿车行驶的速率为时,轿车恰好没有向公路内、外两侧滑动的趋势,轿车该弯道处受力如图所示
根据牛顿第二定律可得
解得
可知质量更大的卡车经过时,与轿车相比,的值不变;路面结冰时,与未结冰时相比,的值不变,故AB错误;
CD.车速高于时,力和支持力的合力不足以提供向心力,车辆有向外侧滑动的趋势,车辆受到指向内侧的静摩擦力,所以只要速度不超出最高限度,车辆不会向外侧滑动,故C错误,D正确。
故选D。
11. 如图所示,水平圆盘上有两个相同的小木块a和b,质量均为m,用轻绳相连,轻绳恰好伸直且无拉力。为转轴,a与转轴的距离为l,b与转轴的距离为2l,木块与圆盘间的动摩擦因数均为μ,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度大小为g。在圆盘从静止开始绕转轴缓慢地加速转动的过程中,下列说法正确的是( )
A. a木块所受静摩擦力先变大后变小,再变大
B. 因a、b两木块所受摩擦力始终指向圆心,所以不做功
C. 若轻绳承受极限值为2μmg,则在a、b两木块开始相对圆盘滑动前轻绳不会断掉
D. 角速度达到时,a、b两木块开始相对圆盘滑动
【答案】A
【解析】
【详解】A.当角速度非常小时,两木块均由静摩擦力提供圆周运动的向心力,根据
可知
当角速度逐渐增大时,摩擦力逐渐增大,随后,b木块先达到最大静摩擦力,角速度进一步逐渐增大时,绳绷紧,有弹力作用,此时,由于绳的弹力等于木块b增加的向心力,而b增加的向心力大于a增加的向心力,即绳的弹力大于a增加的向心力,则木块a的静摩擦力减小,随角速度增大,a静摩擦力将减小为0,之后,a的静摩擦力随角速度的增大而反向增大,可知,a木块所受摩擦力先减小至0,后反向增大,故A正确;
B.在圆盘从静止开始绕转轴缓慢地加速转动的过程中,a、b两木块的动能逐渐增大,根据动能定理可知,摩擦力对a、b两木块均做正功,故B错误;
CD.由A选项分析可知,当a木块的摩擦力背心圆心达到最大时,a、b两木块开始相对圆盘滑动,对b木块有
对a木块有
联立解得
,
可知角速度达到时,a、b两木块开始相对圆盘滑动;若轻绳承受极限值,则在a、b两木块开始相对圆盘滑动前轻绳会断掉,故CD错误。
故选A。
二、非选择题:共5题,共56分其中第13题~第16题解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,只写出最后答案的不能得分;有数值计算时,答案中必须明确写出数值和单位。
12. 如图所示是探究向心力的大小与质量、角速度和半径之间的关系的实验装置。转动手柄,可使两侧变速塔轮以及长槽和短槽随之匀速转动。当皮带分别处于1、2、3层时,左、右塔轮的角速度之比分别为1:1、1:2和1:3。皮带分别套在左右两轮塔上的不同圆盘上,可使两个槽内的小球分别以各自的角速度做匀速圆周运动,其向心力由挡板对小球的压力提供,球对挡板的反作用力,通过杠杆作用使弹簧测力筒下降,从而露出标尺,标尺上露出的红白相间的等分格显示出两个球所受向心力的比值。那么:
(1)下列实验的实验方法与本实验相同的是___________。
A.探究两个互成角度的力的合成规律 B.探究加速度与力、质量关系
C.伽利略对自由落体的研究 D.探究平抛运动的特点
(2)若探究向心力的大小F与半径r的关系时,两侧变速塔轮应该同时选择第___________层(选填“1”“2”或“3”),长短槽放置质量___________(选填“相等”或“不相等”)的小球,小球应分别放在___________两处。(选填“A、C”或“B、C”)。
(3)小明利用传感器来进行研究向心力与角速度关系,物块放在平台卡槽内,平台绕轴转动,物块做匀速圆周运动,平台转速可以控制,光电计时器可以记录转动快慢。
小明按上述实验将测算得的结果用作图法来处理数据,如图所示纵轴F为力传感器读数,横轴为,图线不过坐标原点的原因是___________,用电子天平测得物块质量为,直尺测得半径为,图线斜率大小为___________(结果保留两位有效数字)。
【答案】 ①. B ②. 1 ③. 相等 ④. B、C ⑤. 物体与平台之间存在摩擦力的影响 ⑥. 0.75
【解析】
【详解】(1)[1]本实验所用的研究方法是控制变量法,与“验证牛顿第二定律”的实验方法相同,故选B;
(2)[2]若探究向心力的大小F与半径r的关系时,应保证角速度相同,则两侧变速塔轮应该同时选择第1层;
[3]需要保证质量相同,则长短槽放置质量相等的小球;
[4]探究向心力的大小F与半径r的关系,要保持运动的半径不同,即要将质量相同的小球分别放在挡板B和挡板C处。
(3)[5]图像不过坐标原点,此时拉力的实际表达式为
即原因是物体与平台之间存在摩擦力的影响;
[6]图像的斜率为
13. 如图所示,运动员腰部系着轻绳拖着轮胎从静止开始沿着笔直的跑道匀加速奔跑,末轮胎的速度为。已知绳与地面的夹角,绳对轮胎的拉力大小为,,。求:
(1)内,绳子拉力对轮胎所做的功W;
(2)第末,绳子拉力的功率P。
【答案】(1);(2)
【解析】
【详解】(1)根据运动学公式可得,内轮胎的位移为
则内,绳子拉力对轮胎所做的功为
(2)根据
可得加速度大小为
则第末,轮胎的速度大小为
则第末,绳子拉力的功率为
14. 某型号汽车发动机的额定功率为,在水平路面上行驶时受到的阻力恒为,汽车质量为。现汽车从静止开始以恒定功率启动,求:在这启动过程中
(1)汽车行驶的最大速度;
(2)当汽车的速度大小为时,汽车的加速度大小。
【答案】(1);(2)
【解析】
【详解】(1)汽车从静止开始以恒定功率启动,在这启动过程中,当牵引力等于阻力时,汽车速度达到最大,则有
解得汽车行驶的最大速度为
(2)当汽车的速度大小为时,汽车的牵引力大小为
根据牛顿第二定律可得
解得加速度大小为
15. “嫦娥一号”探月卫星在空中的运动可简化为如图5所示的过程,卫星由地面发射后,经过发射轨道进入停泊轨道,在停泊轨道经过调速后进入地月转移轨道,再次调速后进入工作轨道.已知卫星在停泊轨道和工作轨道运行的半径分别为R和R1,地球半径为r,月球半径为r1,地球表面重力加速度为g,月球表面重力加速度为.求:
(1)卫星在停泊轨道上运行的线速度大小;
(2)卫星在工作轨道上运行的周期.
【答案】(1) (2)
【解析】
【详解】(1)卫星停泊轨道是绕地球运行时,根据万有引力提供向心力:
解得:卫星在停泊轨道上运行的线速度;
物体在地球表面上,有,得到黄金代换,代入解得;
(2)卫星在工作轨道是绕月球运行,根据万有引力提供向心力有,
在月球表面上,有,得,
联立解得:卫星在工作轨道上运行的周期.
16. 为了研究滑板运动中的滑道设计,如图所示,将滑道的竖直截面简化为直轨道与圆弧轨道,半径与垂直,两点的高度差,两点的高度差,段动摩擦因数,段摩擦不计,圆弧半径,运动过程空气阻力不计,与水平方向的夹角,将运动员及滑板简化为一质量的质点,经过前一滑道的滑行,到达图示的A点时速度恰好水平向右做平抛运动,到达B点时速度恰好与斜面平行进入斜面,经过后竖直上抛再从E点落回滑道,取,求:
(1)运动员到达B点时的速度大小;
(2)运动员第一次到达D点时滑板对D点的压力大小;
(3)运动员第二次向上冲出E点时的速度大小。
【答案】(1);(2);(3)
【解析】
【详解】(1)由平抛运动可得
运动员经过B点时,由运动分解可得
联立求解得
(2)运动员从B运动到D,由动能定理有
运动员在D点,受力分析根据牛顿第二定律可得
解得
根据牛顿第三定律可知
方向竖直向下;
(3)沿斜面下滑时,由牛顿第二定律有
解得
根据运动学公式,有
解得
返回时,有
解得
由运动学公式,有
有几何关系可知
可知,运动员未离开斜面,再次返回C点时,有
根据动能定理
解得
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