精品解析：江西省南昌县莲塘第一中学2023-2024学年高一下学期4月期中考试物理试题

莲塘一中2023-2024学年下学期高一4月期中考试 物理试卷 一、选择题（本题共10个小题，1~7题只有一个选项符合题目要求，选对得4分；8~10题有多项符合题目要求，全部选对得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答得0分） 1. 某同学参加立定跳远比赛，起跳到落地的过程如图所示，其比赛成绩是2.5m，在空中时脚离地的最大高度约为0.8m，忽略空气阻力，g取10m/s2，则该同学到达最高点时的速度约为（　　） A. 3m/s B. 5m/s C. 8m/s D. 10m/s 2. 把A、B两相同小球在离地面同一高度处以相同大小的初速度分别沿水平方向和竖直方向抛出，不计空气阻力，如图所示，则下列说法正确的是（ ） A. 两小球落地时速度相同 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，重力对两小球做功相同 D. 从开始运动至落地，重力对两小球做功平均功率相同 3. 如图所示，质量为m的物体，放于水平面上，物体上竖直固定一原长为L、劲度系数为k的轻质弹簧。现用手拉住弹簧上端P缓慢向上提，使物体离开地面上升一段距离，在这一过程中，若P端上移的距离为H。关于物体的重力势能，下列说法正确的是（　　） A. 减少了 B. 增加了mgH C. 增加了 D 减少了 4. 如图所示，摆球质量为m，悬线的长为L，把悬线拉到水平位置后放手。设在摆球从A点运动到B点的过程中，空气阻力f的大小不变，（空气阻力方向与速度方向相反）则下列说法正确的是（　　） A. 重力做功为 B. 悬线拉力做负功 C. 空气阻力做功为 D. 空气阻力做功为 5. 设两个黑洞A、B绕其连线上的O点做匀速圆周运动，如图所示．黑洞A的轨道半径大于黑洞B的轨道半径，两个黑洞的总质量为M，两个黑洞间的距离为L，其运动周期为T，则（ ） A. 黑洞A的质量一定大于黑洞B的质量 B. 黑洞A的向心力一定小于黑洞B的向心力 C. 两个黑洞间的距离L一定时，M越大，T越大 D. 两个黑洞的总质量M一定时，L越大，T越大 6. 2020年1月12日，中国人民解放军海军055型驱逐舰首舰“南昌舰”正式服役。若“南昌舰”满载时的最大速度为，额定输出功率为。“南昌舰”在海面航行的过程中所受的阻力（与速度v成正比，即，则“南昌舰”满载时（　　） A. “南昌舰”在额定输出功率下匀速航行时的牵引力大小为 B. “南昌舰”在额定输出功率下由静止开始航行，在达到最大速度前做匀加速直线运动 C. “南昌舰”在海面上航行的过程中， D. “南昌舰”以的速度匀速航行时，发动机的输出功率为 7. a、b、c、d四颗地球卫星，a还未发射，在地球赤道上随地球一起转动，向心加速度为；b处于较低的轨道上，离地心距离为r，运行角速度为，加速度为；c是地球静止卫星，离地心距离为4r，运行角速度为，加速度为；d是高空探测卫星，各卫星排列位置如图所示，地球的半径为R。则以下说法正确的是（　　） A. B. 卫星d的运动周期有可能是24小时 C. D. 卫星b每天可以观测到8次的日出 8. 如图所示，在一倾角为的斜面顶端分别以和水平抛出质量相同的两个小球，分别落在斜面上的B、C位置，不计空气阻力，则小球从飞出到落到斜面上的整个过程中，下列说法正确的是（　　） A. 两小球在空中飞行的时间之比为 B. 两小球在空中飞行的时间相同 C. 两小球下落的高度之比为 D. 落到雪坡上的瞬时速度方向一定相同 9. 如图甲所示，轻杆一端固定在O点，另一端固定一小球，现让小球在竖直平面内做半径为R的圆周运动。小球运动到最高点时，受到的弹力为F，速度大小为v，其F-v2图像如乙图所示，则（　　） A. 小球的质量为 B. 当地的重力加速度大小为 C. v2=c时，小球对杆的弹力方向向下 D. v2=2b时，小球受到的弹力与重力大小相等 10. 人类为了寻找地外生命，对火星探测的力度加大。已知地球公转周期为T，地球到太阳的距离为，绕太阳运行的速率为；火星到太阳的距离为，绕太阳运行的速率为；太阳的质量为，引力常量为。一个质量为的行星探测器被发射到一围绕太阳的椭圆轨道上运行，它以地球轨道上的A点为近日点，以火星轨道上的点为远日点，如图所示。不计火星、地球对行星探测器的影响，则（　　） A. 行星探测器在点的加速度大小等于 B. 行星探测器在A点的速度大小为 C. 行星探测器在点加速后可能沿火星轨道运行 D. 行星探测器沿椭圆轨道从A点到点的运行时间为 二、实验题 （每空2分，共14分） 11. 一兴趣小组在学习了平抛运动后，进行了“探究平抛运动的特点”实验，实验中，以小球离开轨道末端时的球心位置为坐标原点O，建立水平（x）与竖直（y）坐标轴。让质量为m的小球从斜槽上离水平桌面高为h处由静止释放，使其水平抛出，通过多次描点可绘出小球做平抛运动时球心的轨迹如图甲所示。 （1）以下实验操作合理且必要的是________（填正确答案标号） A. 调整斜槽末端，必须使末端保持水平 B. 小球每次都从斜槽上不同位置由静止释放 C. 以球心为坐标原点，借助重垂线确定竖直方向并建立直角坐标系 D. 用砂纸打磨斜槽轨道，尽量使斜槽轨道光滑一些 （2）某同学在实验过程中，记录了小球平抛运动轨迹的一部分，如图乙所示。取，由图中所给的数据可判断出图中坐标原点O________（选填“是”或“不是”）抛出点；小球从A点运动到B点的时间为________s；平抛运动的初速度是________m/s。 12. 在某星球表面，宇航员利用图示装置测星球表面的重力加速度，铁架台放在水平台面上，上端固定电磁铁M，接通电磁铁M的开关后能吸住小球，电磁铁正下方安装一个位置可上下调节的光电门A。实验中测出小球的直径为d、小球球心与光电门中心的高度差为h，断开开关，小球自由下落，记录小球通过光电门的挡光时间t，调整光电门位置，得出多组h、t数据。 （1）实验中，小球经过光电门时的瞬时速度大小______（用给定的物理量符号表示）。 （2）实验中，多次实验得到多组h、t数据后，数据处理时应绘制图像，得出的图像斜率为k，则该星球的重力加速度______（用d、k表示）。 （3）星球表面的重力加速度已在第（2）问中测出，若宇航员测得该星球的半径为R，已知引力常量为G，则该星球的质量______（用G、R、d、k表示）。 三、解答题（13题10分， 14题15分， 15题15分） 13. 设想从地球赤道平面内架设一垂直于地面延伸到太空电梯，电梯的箱体可以将人从地面运送到地球同步轨道的空间站。已知地球表面两极处的重力加速度为，地球自转周期为，地球半径为，万有引力常量为。求 （1）同步轨道空间站距地面的高度； （2）太空电梯的箱体停在距地面高处时，箱体对质量为的乘客的作用力。 14. 如图所示，质量为m=2kg的物体静止在水平地面上，受到与水平地面夹角为θ=37°、大小F=10N的拉力作用，物体移动了l=4m，物体与地面间的动摩擦因数μ=0.5，g取10m/s2，cos37°=0.8。求： （1）物体所受各个力所做的功； （2）合力F合所做的功W。 （3）物体移动了2m时，拉力F做功的功率是多少？ 15. 小华站在水平地面上，手握不可伸长的轻绳一端，绳的另一端系有质量为m=0.3kg的小球，甩动手腕，使球在竖直平面内做圆周运动．当球某次运动到最低点时，绳恰好受到所能承受的最大拉力被拉断，球以绳断时的速度水平飞出，球飞行水平距离x＝1.2m后落地，如图所示，已知握绳的手离地面高度h＝1.2m，手与球之间的绳长l＝0.9m，重力加速度g取10m/s2．忽略手的运动半径和空气阻力． （1）求绳断时球的速度大小v1和球落地时的速度大小v2 （2）问绳能承受最大拉力多大？ （3）改变绳长，使球重复上述运动，若绳仍在球运动到最低点时断掉，要使球抛出的水平距离最大，绳长应为多少？最大水平距离为多少？ 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $$ 莲塘一中2023-2024学年下学期高一4月期中考试 物理试卷 一、选择题（本题共10个小题，1~7题只有一个选项符合题目要求，选对得4分；8~10题有多项符合题目要求，全部选对得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答得0分） 1. 某同学参加立定跳远比赛，起跳到落地的过程如图所示，其比赛成绩是2.5m，在空中时脚离地的最大高度约为0.8m，忽略空气阻力，g取10m/s2，则该同学到达最高点时的速度约为（　　） A. 3m/s B. 5m/s C. 8m/s D. 10m/s 【答案】A 【解析】 【详解】该同学腾空过程中离地面的最大高度为0.8m，下降过程做平抛运动，根据运动学公式 从最高点到落地的时间为 该同学在空中的时间约为 在空中最高点的速度即该同学起跳时水平方向的分速度，根据分运动与合运动的等时性，水平方向的分速度为 故选A。 2. 把A、B两相同小球在离地面同一高度处以相同大小的初速度分别沿水平方向和竖直方向抛出，不计空气阻力，如图所示，则下列说法正确的是（ ） A. 两小球落地时速度相同 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，重力对两小球做功相同 D. 从开始运动至落地，重力对两小球做功的平均功率相同 【答案】C 【解析】 【详解】A．两个小球在运动的过程中都是只有重力做功，机械能守恒，所以根据机械能守恒可以知两物体落地时速度大小相等，但方向不同，所以速度不同，故A错误； B．到达底端时两物体的速率相同，重力也相同，但A物体重力与速度有夹角，B物体重力与速度方向相同，所以落地前的瞬间B物体重力的瞬时功率大于A物体重力的瞬时功率，故B错误； C．根据重力做功的表达式得两个小球在运动的过程重力对两小球做功都为mgh，重力对两小球做功相同，故C正确； D．从开始运动至落地，重力对两小球做功相同，但过程A所需时间小于B所需时间，根据 可知重力对两小球做功的平均功率不相同，故D错误。 故选C。 3. 如图所示，质量为m的物体，放于水平面上，物体上竖直固定一原长为L、劲度系数为k的轻质弹簧。现用手拉住弹簧上端P缓慢向上提，使物体离开地面上升一段距离，在这一过程中，若P端上移的距离为H。关于物体的重力势能，下列说法正确的是（　　） A. 减少了 B. 增加了mgH C. 增加了 D. 减少了 【答案】C 【解析】 【详解】手拉着弹簧上端P缓慢向上移动，物体始终处于平衡状态。根据胡克定律得弹簧的伸长量 在这一过程中，P端上移的距离为H，所以物体上升的高度为 所以物体重力势能的增加了 故选C。 4. 如图所示，摆球质量为m，悬线的长为L，把悬线拉到水平位置后放手。设在摆球从A点运动到B点的过程中，空气阻力f的大小不变，（空气阻力方向与速度方向相反）则下列说法正确的是（　　） A. 重力做功为 B. 悬线拉力做负功 C. 空气阻力做功为 D. 空气阻力做功为 【答案】D 【解析】 【详解】A．重力做功与初末位置的高度差有关，则有 故A错误； B．因为悬线的拉力始终与球的运动方向垂直，所以拉力不做功，故B错误； CD．由于空气阻力大小不变，方向始终与运动方向相反，则空气阻力做功为 故C错误，D正确。 故选D。 5. 设两个黑洞A、B绕其连线上的O点做匀速圆周运动，如图所示．黑洞A的轨道半径大于黑洞B的轨道半径，两个黑洞的总质量为M，两个黑洞间的距离为L，其运动周期为T，则（ ） A. 黑洞A的质量一定大于黑洞B的质量 B. 黑洞A的向心力一定小于黑洞B的向心力 C. 两个黑洞间的距离L一定时，M越大，T越大 D. 两个黑洞的总质量M一定时，L越大，T越大 【答案】D 【解析】 【详解】两个黑洞A、B组成双星系统，两者周期相同，各自由相互的万有引力提供向心力，黑洞A和B的向心力大小相等。设黑洞A、B的轨道半径分别为rA、rB，由牛顿第二定律得 又 联立解得 因为，所以，即黑洞A质量一定小于黑洞B的质量，两个黑洞间的距离L一定时，M越大，T越小，两个黑洞的总质量M一定时，L越大，T越大。 故选D。 6. 2020年1月12日，中国人民解放军海军055型驱逐舰首舰“南昌舰”正式服役。若“南昌舰”满载时的最大速度为，额定输出功率为。“南昌舰”在海面航行的过程中所受的阻力（与速度v成正比，即，则“南昌舰”满载时（　　） A. “南昌舰”在额定输出功率下匀速航行时的牵引力大小为 B. “南昌舰”在额定输出功率下由静止开始航行，在达到最大速度前做匀加速直线运动 C. “南昌舰”在海面上航行的过程中， D. “南昌舰”以的速度匀速航行时，发动机的输出功率为 【答案】C 【解析】 【分析】 【详解】A．“南昌舰”在海面上航行的过程中有功率公式 代入数值，得 故A错误； B．“南昌舰”在额定输出功率下由静止开始航行时，前一段匀加速运动，随着速度的增加，牵引力减小，此时加速度减小的加速运动，最后达到最大速度，匀速直线运动，故B错误； C．由于匀速直线运动，所以“南昌舰”处于受力平衡状态，故水平方向有 根据阻力和速度变化关系 代入数值计算得 故C正确； D．“南昌舰”以7.5m/s速度匀速航行时， 根据阻力和速度变化关系得牵引力为 有功率公式代入数值得 故D错误。 故选C。 7. a、b、c、d四颗地球卫星，a还未发射，在地球赤道上随地球一起转动，向心加速度为；b处于较低的轨道上，离地心距离为r，运行角速度为，加速度为；c是地球静止卫星，离地心距离为4r，运行角速度为，加速度为；d是高空探测卫星，各卫星排列位置如图所示，地球的半径为R。则以下说法正确的是（　　） A. B. 卫星d的运动周期有可能是24小时 C. D. 卫星b每天可以观测到8次的日出 【答案】D 【解析】 【详解】A．卫星围绕地球做圆周运动，根据万有引力提供向心力有 可得，卫星绕地球运动的向心加速度大小为 可知卫星绕地球运动的向心加速度与其轨道半径的平方成反比。然而卫星a在地球赤道上随地球一起转动，向心力只来自于万有引力的一小部分，所以卫星a的向心加速度不与轨道半径的平方成反比，则，故A错误； B．根据开普勒第三定律有 c是地球静止卫星，其周期为24小时，由于卫星d的轨道半径大于卫星C的轨道半径，所以卫星d的运动周期大于24小时，故B错误； CD．卫星围绕地球做圆周运动，根据万有引力提供向心力有 可得 则有 则卫星b每天可以观测到8次的日出，故C错误，D正确。 故选D。 8. 如图所示，在一倾角为的斜面顶端分别以和水平抛出质量相同的两个小球，分别落在斜面上的B、C位置，不计空气阻力，则小球从飞出到落到斜面上的整个过程中，下列说法正确的是（　　） A. 两小球在空中飞行的时间之比为 B. 两小球在空中飞行的时间相同 C. 两小球下落的高度之比为 D. 落到雪坡上的瞬时速度方向一定相同 【答案】AD 【解析】 【详解】AB．两小球落在同一斜面上，位移偏向角相同均为，由位移三角形可知 因两小球的初速度之比为1:2，可知飞行时间之比为1:2，故A正确，B错误； C．平抛运动的竖直分运动为自由落体运动，有 两小球的飞行时间之比为1:2，则竖直位移之比为1:4，故C错误； D．因位移偏向角相同均为，根据，可知速度偏向角相同，则落到雪坡上的瞬时速度与水平方向的夹角为相同，即落到雪坡上的瞬时速度方向一定相同，故D正确。 故选AD。 9. 如图甲所示，轻杆一端固定在O点，另一端固定一小球，现让小球在竖直平面内做半径为R的圆周运动。小球运动到最高点时，受到的弹力为F，速度大小为v，其F-v2图像如乙图所示，则（　　） A. 小球的质量为 B. 当地的重力加速度大小为 C. v2=c时，小球对杆弹力方向向下 D. v2=2b时，小球受到的弹力与重力大小相等 【答案】AD 【解析】 【详解】B．由图乙可知，当v2=b时，杆对球的弹力恰好为零，此时小球只受重力，重力提供向心力，即 解得重力加速度为 故B错误； A．当v2=0时，向心力为零，杆对球的弹力恰好与球的重力等大反向，即 即小球的质量为 故A正确； C．根据圆周运动规律，当v2=b时杆对球的弹力为零，当v2<b时，有 杆对球的弹力方向向上； 当v2>b时，有 杆对球的弹力方向向下，所以v2=c>b，杆对小球的弹力方向向下，根据牛顿第三定律，小球对杆的弹力方向向上，故C错误； D．当v2=2b时，有 解得 故D正确。 故选AD。 10. 人类为了寻找地外生命，对火星探测的力度加大。已知地球公转周期为T，地球到太阳的距离为，绕太阳运行的速率为；火星到太阳的距离为，绕太阳运行的速率为；太阳的质量为，引力常量为。一个质量为的行星探测器被发射到一围绕太阳的椭圆轨道上运行，它以地球轨道上的A点为近日点，以火星轨道上的点为远日点，如图所示。不计火星、地球对行星探测器的影响，则（　　） A. 行星探测器在点的加速度大小等于 B. 行星探测器在A点的速度大小为 C. 行星探测器在点加速后可能沿火星轨道运行 D. 行星探测器沿椭圆轨道从A点到点的运行时间为 【答案】AC 【解析】 【详解】A．根据牛顿第二定律有 解得 故A正确； B．相对于地球轨道，行星探测器为高轨道，在A点由高轨道到低轨道，需要减速，可知行星探测器在A点的速度大小大于，故B错误； C．相对于火星轨道，行星探测器为低轨道，根据卫星的变轨原理可知，行星探测器在点加速后可能沿火星轨道运行，故C正确； D．根据开普勒第三定律有 行星探测器沿椭圆轨道从A点到点的运行时间为 解得 故D错误。 故选AC。 二、实验题 （每空2分，共14分） 11. 一兴趣小组在学习了平抛运动后，进行了“探究平抛运动的特点”实验，实验中，以小球离开轨道末端时的球心位置为坐标原点O，建立水平（x）与竖直（y）坐标轴。让质量为m的小球从斜槽上离水平桌面高为h处由静止释放，使其水平抛出，通过多次描点可绘出小球做平抛运动时球心的轨迹如图甲所示。 （1）以下实验操作合理且必要的是________（填正确答案标号） A. 调整斜槽末端，必须使末端保持水平 B. 小球每次都从斜槽上不同的位置由静止释放 C. 以球心为坐标原点，借助重垂线确定竖直方向并建立直角坐标系 D. 用砂纸打磨斜槽轨道，尽量使斜槽轨道光滑一些 （2）某同学在实验过程中，记录了小球平抛运动轨迹的一部分，如图乙所示。取，由图中所给的数据可判断出图中坐标原点O________（选填“是”或“不是”）抛出点；小球从A点运动到B点的时间为________s；平抛运动的初速度是________m/s。 【答案】（1）AC （2） ①. 不是 ②. 0.1 ③. 2 【解析】 【小问1详解】 A．该实验中要求斜槽末端的切线保持水平以保证小球做平抛运动。故A正确； B．小球每次必须从相同的高度位置滚下，以保证小球水平抛出时的速度相同。故B错误； C．以球心为坐标原点，借助重垂线确定竖直方向并建立直角坐标系。故C正确； D．只要小球每次从相同的高度位置滚下，以相同的水平速度抛出即可，钢球与斜槽间的摩擦对实验没影响。故D错误。 故选AC。 【小问2详解】 [1]由平抛运动的水平位移可知，OA段和AB段的时间相等，若O为抛出点，则OA段和AB段的竖直位移之比为1：3，而实际竖直位移之比是1：2，可知O点不是抛出点。 [2] 在竖直上有 解得 即小球从A点运动到B点的时间为0.1s。 [3] 平抛运动的初速度是 12. 在某星球表面，宇航员利用图示装置测星球表面的重力加速度，铁架台放在水平台面上，上端固定电磁铁M，接通电磁铁M的开关后能吸住小球，电磁铁正下方安装一个位置可上下调节的光电门A。实验中测出小球的直径为d、小球球心与光电门中心的高度差为h，断开开关，小球自由下落，记录小球通过光电门的挡光时间t，调整光电门位置，得出多组h、t数据。 （1）实验中，小球经过光电门时的瞬时速度大小______（用给定的物理量符号表示）。 （2）实验中，多次实验得到多组h、t数据后，数据处理时应绘制图像，得出图像斜率为k，则该星球的重力加速度______（用d、k表示）。 （3）星球表面的重力加速度已在第（2）问中测出，若宇航员测得该星球的半径为R，已知引力常量为G，则该星球的质量______（用G、R、d、k表示）。 【答案】（1） （2） （3） 【解析】 【小问1详解】 小球经过光电门时的瞬时速度大小 【小问2详解】 小球自由下落h，由，解得 由图像的斜率为k，得 则该星球的重力加速度 【小问3详解】 物体在星球表面的重力等于物体受到星球的万有引力 解得 三、解答题（13题10分， 14题15分， 15题15分） 13. 设想从地球赤道平面内架设一垂直于地面延伸到太空的电梯，电梯的箱体可以将人从地面运送到地球同步轨道的空间站。已知地球表面两极处的重力加速度为，地球自转周期为，地球半径为，万有引力常量为。求 （1）同步轨道空间站距地面的高度； （2）太空电梯的箱体停在距地面高处时，箱体对质量为的乘客的作用力。 【答案】（1）；（2），方向为背离地心 【解析】 【详解】（1）由万有引力提供向心力 在地球表面两极处有 联立可得，同步轨道空间站距地面的高度为 （2）太空电梯的箱体停在距地面高处时，乘客受到的万有引力为 太空电梯的箱体停在距地面高处时，乘客所需要的向心力为 所以，箱体对质量为的乘客的作用力为 方向为背离地心。 14. 如图所示，质量为m=2kg的物体静止在水平地面上，受到与水平地面夹角为θ=37°、大小F=10N的拉力作用，物体移动了l=4m，物体与地面间的动摩擦因数μ=0.5，g取10m/s2，cos37°=0.8。求： （1）物体所受各个力所做的功； （2）合力F合所做的功W。 （3）物体移动了2m时，拉力F做功的功率是多少？ 【答案】（1）重力和支持力做功均为零，拉力做功32J，摩擦力做功-28J；（2）4J；（3） 【解析】 【详解】（1）重力和支持力方向与物体运动方向垂直，故重力和支持力不做功，做功均为零，拉力做功为 物体受到的摩擦力为 摩擦力做功为 （2）合力F合所做的功 （3）对物体，根据牛顿第二定律 解得物体的加速度为 物体移动了2m时，根据动力学公式 解得 拉力F做功的功率为 15. 小华站在水平地面上，手握不可伸长的轻绳一端，绳的另一端系有质量为m=0.3kg的小球，甩动手腕，使球在竖直平面内做圆周运动．当球某次运动到最低点时，绳恰好受到所能承受的最大拉力被拉断，球以绳断时的速度水平飞出，球飞行水平距离x＝1.2m后落地，如图所示，已知握绳的手离地面高度h＝1.2m，手与球之间的绳长l＝0.9m，重力加速度g取10m/s2．忽略手的运动半径和空气阻力． （1）求绳断时球的速度大小v1和球落地时的速度大小v2 （2）问绳能承受的最大拉力多大？ （3）改变绳长，使球重复上述运动，若绳仍在球运动到最低点时断掉，要使球抛出的水平距离最大，绳长应为多少？最大水平距离为多少？ 【答案】（1）m/s，m/s；（2）11N；（3）0.6m，m 【解析】 【详解】（1）设绳断后球飞行时间为t，由平抛运动规律，有竖直方向 ， 水平方向 球落地时的速度大小文 解得 m/s，m/s （2）在最低点，根据牛顿第二定律有 解得 =11N （3）设绳长为，绳断时球的速度大小为v3，绳承受的最大拉力不变，则有 绳断后球做平抛运动，竖直位移为h-，水平位移为，时间为，则有 h-= 解得 当m时x有极大值，解得 m 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $$