内容正文:
吉林一中2025级高一下学期物理学科训练试题(平行班)
一 、选择题(共10题,合计46分。其中1-7为单选题,每题4分,8-10为多选题,每题6分,全部全对得6分,选对但不全得3分,有错误选项的得0分)
1. 在天文学发展的历史中,有许多科学家做出了杰出的贡献,下列说法正确的是( )
A. 哥白尼是地心说的代表人物
B. 第谷提出了万有引力定律
C. 开普勒提出了行星运动的三大定律
D. 牛顿测出了万有引力常量
2. 如图是某电力机车雨刮器的示意图,雨刮器由刮水片和雨刮臂连接而成,、为刮水片的两个端点,为刮水片与雨刮臂的连接点,若保持雨刮臂绕轴在竖直平面内范围内转动,角速度不变,刮水片MN始终保持竖直,下列说法正确的是( )
A. P点的线速度始终不变
B. 同一时刻,M、N两点的线速度不同
C. 若减小雨刮器OP的长度,则N点的线速度大小变小
D. 若增大雨刮器OP的长度,则刮水片刮水时覆盖面积不变
3. 有a、b、c、d四颗地球卫星,a还未发射,在赤道表面上随地球一起转动,b是近地轨道卫星,c是地球静止卫星,d是高空探测卫星,它们均做匀速圆周运动,各卫星排列位置如图所示,则( )
A. a的向心加速度等于重力加速度g B. 四颗地球卫星中b的线速度最大
C. c在4小时内转过的圆心角是 D. d的运动周期有可能是20小时
4. 如图甲所示,河外星系中有两个黑洞,质量分别为M1和M2,它们以两者连线上的某一点为圆心做匀速圆周运动。为研究方便简化为如图乙所示示意图,黑洞A和黑洞B均可看成球体,OA > OB,且黑洞A的半径大于黑洞B的半径。根据你所学的知识,下列说法正确的是( )
A. 黑洞A的运行角速度小于黑洞B的运行角速度
B. 两个黑洞质量之间的关系一定是M1>M2
C. 人类要把航天器发射到距黑洞A较近的区域进行探索,发射速度大于第二宇宙速度小于第三宇宙速度
D. 若双星的质量一定,双星之间的距离越大,其转动周期越大
5. 关于下列四幅图中物体做圆周运动的描述正确的是( )
A. 图甲中只要铁轨的外侧高于内侧,火车以任意速度转弯,铁轨对火车轮缘均不会产生作用力
B. 图乙中汽车通过拱形桥最高点时,对桥面的压力大于汽车自身重力
C. 图丙中汽车以一定的速度通过凹形桥底端时,汽车速度越小,凹形桥半径越大,汽车越容易爆胎
D. 图丁中汽车在水平路面安全转弯时,由地面对汽车的静摩擦力提供向心力
6. 举重是一项常见的体育运动,其中抓举比赛要求运动员用一个连续不断的动作将杠铃提起,到两臂在头上伸直,再站立起来。则在此举重过程中( )
A. 地面对运动员做了正功 B. 地面对运动员做了负功
C. 运动员对杠铃做了正功 D. 运动员对杠铃做了负功
7. 如图所示,一斜面与水平面平滑连接,斜面与水平面间的夹角为α。一滑块(可视为质点)从斜面上A点由静止释放,最终停止在水平面上的B点。滑块与斜面和水平面间的动摩擦因数均为μ,AB连线与水平面间的夹角为θ,不计空气阻力,则( )
A. μ=tanθ B. μ=sinθ
C. μ =tanα D. μ=sinα
8. 太空电梯的原理与生活中的普通电梯十分相似。只需在地球同步轨道上建造一个空间站,并用某种足够长也足够结实的“索道”将其与地面相连。如图所示,假设有一长度为r的太空电梯连接地球赤道上的固定基地与同步卫星轨道上的空间站a,整个太空电梯相对地面静止。卫星b与空间站a的运行方向相同,某时刻二者距离最近,已知地球半径为R,自转周期为T,下列说法错误的是( )
A. 太空电梯各点向心力全部由万有引力提供,处于完全失重状态
B. 太空电梯上各点线速度平方与该点离地球球心距离成反比
C. 太空电梯靠近地球一端的角速度等于空间站a的角速度
D. 若经过时间t之后,a、b第一次相距最远,则卫星b的周期为
9. 如图所示,在O点处固定一力传感器,细绳一端系上质量为m的小球,另一端连接力传感器,使小球绕O点在竖直平面内做半径为r的圆周运动。t1时刻小球通过最低点时力传感器的示数为9mg,经过半个圆周,在t2时刻通过最高点时力传感器的示数为2mg。已知运动过程中小球受到的空气阻力随小球速度的减小而减小,重力加速度为g,下列说法正确的是( )
A. t2时刻小球到达最高点时的速度大小为
B. 从t1时刻到t2时刻的运动过程中,小球克服空气阻力做的功为
C. 小球再次经过最低点时,力传感器的示数等于7mg
D. 小球再次经过最低点时,力传感器的示数大于7mg
10. 在某星球表面将一轻弹簧竖直固定在水平面上,把质量为m的小球P(可视为质点)从弹簧原长处由静止释放,小球沿竖直方向向下运动,小球的加速度a与弹簧压缩量x间的关系如图所示,其中和为已知量,(弹簧的弹性势能表达式为,其中k上为弹簧的劲度系数,y为弹簧形变量)。下列说法中正确的是( )
A. 当弹簧压缩量为时,小球P的速度为零
B. 小球向下运动至速度为零时所受弹簧弹力大小为
C. 弹簧劲度系数为
D. 当弹簧压缩量为时,弹簧的弹性势能为
二、实验题(11题6分,12题9分,合计15分)
11. 用如图所示的装置来探究小球做圆周运动所需向心力的大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系。
(1)在探究向心力与半径、质量、角速度的关系时,用到的实验方法是 。
A. 微元法 B. 等效替代法 C. 控制变量法 D. 理想化模型法
(2)在一次实验中,某同学把两个质量相等的钢球放在A、C位置, A、C到塔轮中心距离相同,将皮带处于左右塔轮的半径不等的层上。匀速转动手柄,标尺上的等分格显示左、右两个小球所受向心力的比值为1:9,则皮带连接的左、右塔轮半径之比为 。
A. 2: 1 B. 3: 1 C. 1: 3 D. 1: 2
12. 某实验小组的同学为了探究向心力大小与角速度的关系,设计了如图甲所示的实验装置:电动机带动转轴匀速转动,改变电动机的电压可以改变转轴的转速;其中AB是固定在竖直转轴上的水平凹槽,A端固定的压力传感器可测出小球对其压力的大小,B端固定一宽度为d的挡光片,光电门可测量挡光片每一次的挡光时间。该同学多次改变转速后,记录了一系列力与对应角速度的数据,忽略小球所受的摩擦力,作出了如图乙所示的图像。
具体实验步骤如下:
①测出挡光片与转轴的距离为R;
②将小钢球紧靠传感器放置在凹槽上,测出此时小钢球球心与转轴的距离为;
③启动电动机,使凹槽AB绕转轴匀速转动;
④记录下此时压力传感器的示数F和光电门的挡光时间;
⑤多次改变转速后,利用记录的数据作出了如图乙所示的图像。
(1)小钢球转动的角速度_________(用d、R、表示);
(2)乙图中坐标系的横轴应为_________(选填A、B或C);
A. B. C. \
(3)由图乙得到的结论是________________________________。
(4)本实验中所使用的小钢球的质量___________kg(结果保留2位有效数字)。
三、解答题(13题12分,14题12分,15题15分,合计39分)
13. 如图是某一型号的起重机,保持其工作功率为额定功率,由静止竖直向上吊起一个重为100kg的货物,经过5s达到最大速度,最大速度为10m/s,重力加速度取g=10m/s2,求:
(1)起重机的额定功率;
(2)0~5s拉力做功和货物上升的高度。
14. 如图所示,若北斗卫星导航系统中的一颗卫星a位于赤道上空的轨道Ⅰ上,其对地张角为60°,Ⅱ为地球赤道上方的近地卫星b的轨道。已知地球的半径为R,卫星a的周期为T,引力常量为G,求:
(1)卫星b的周期;
(2)地球的平均密度。
15. 如图所示,质量为m的小滑块静止在足够大的粗糙水平转盘上,一根长为L的细线一端连接在滑块上,另一端连接在圆盘竖直转轴上的A点,细线刚好伸直时与竖直方向的夹角,重力加速度为g,使转盘绕转轴在水平面内转动,并缓慢增大转动的角速度,滑块与转盘间的动摩擦因数为0.6,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,求:
(1)当为多少时,绳子恰好有拉力大小;
(2)当为多少时,滑块恰好与转盘脱离;
(3)当时,细线恰好断裂,滑块在圆盘上的落点与转轴的距离为多少。
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吉林一中2025级高一下学期物理学科训练试题(平行班)
一 、选择题(共10题,合计46分。其中1-7为单选题,每题4分,8-10为多选题,每题6分,全部全对得6分,选对但不全得3分,有错误选项的得0分)
1. 在天文学发展的历史中,有许多科学家做出了杰出的贡献,下列说法正确的是( )
A. 哥白尼是地心说的代表人物
B. 第谷提出了万有引力定律
C. 开普勒提出了行星运动的三大定律
D. 牛顿测出了万有引力常量
【答案】C
【解析】
【详解】A. 哥白尼是日心说的提出者,反对地心说,故A错误;
B. 万有引力定律由牛顿提出,第谷仅进行了天文观测,故B错误;
C. 开普勒提出了行星运动的三大定律,故C正确;
D. 万有引力常量由卡文迪什通过扭秤实验测定,故D错误。
故选C。
2. 如图是某电力机车雨刮器的示意图,雨刮器由刮水片和雨刮臂连接而成,、为刮水片的两个端点,为刮水片与雨刮臂的连接点,若保持雨刮臂绕轴在竖直平面内范围内转动,角速度不变,刮水片MN始终保持竖直,下列说法正确的是( )
A. P点的线速度始终不变
B. 同一时刻,M、N两点的线速度不同
C. 若减小雨刮器OP的长度,则N点的线速度大小变小
D. 若增大雨刮器OP的长度,则刮水片刮水时覆盖面积不变
【答案】C
【解析】
【详解】A.P点的轨迹为圆周,线速度的大小不变,但方向改变,故A错误;
B.根据线速度的公式
可知同一时刻,M、N两点的线速度相同,要注意MN两点都在刮水片上,而刮水片是平动,不是同轴传动,所以MN两点的运动状态都相同,故B错误;
C.若减小OP的长度,N点运动时间不变,但曲线轨迹变短,故线速度变小,故C正确;
D.若增大OP的长度,则刮水片刮水时覆盖面积将会增大,故D错误。
故选C。
3. 有a、b、c、d四颗地球卫星,a还未发射,在赤道表面上随地球一起转动,b是近地轨道卫星,c是地球静止卫星,d是高空探测卫星,它们均做匀速圆周运动,各卫星排列位置如图所示,则( )
A. a的向心加速度等于重力加速度g B. 四颗地球卫星中b的线速度最大
C. c在4小时内转过的圆心角是 D. d的运动周期有可能是20小时
【答案】B
【解析】
【详解】设地球质量为M,质量为m的卫星绕地球做半径为r、线速度为v、周期为T的匀速圆周运动,根据牛顿第二定律有
①
解得
②
③
B.根据②式可知
a和c的周期相同,所以角速度相同,根据可知
所以四颗地球卫星中b的线速度最大,故B正确;
A.根据前面分析可知
由于b是近地轨道卫星,所以其向心加速度等于重力加速度g,再根据可知a的向心加速度小于g,故A错误;
C.c的周期为24小时,所以它在4小时内转过的圆心角是
故C错误;
D.根据③式可知
故D错误。
故选B。
4. 如图甲所示,河外星系中有两个黑洞,质量分别为M1和M2,它们以两者连线上的某一点为圆心做匀速圆周运动。为研究方便简化为如图乙所示示意图,黑洞A和黑洞B均可看成球体,OA > OB,且黑洞A的半径大于黑洞B的半径。根据你所学的知识,下列说法正确的是( )
A. 黑洞A的运行角速度小于黑洞B的运行角速度
B. 两个黑洞质量之间的关系一定是M1>M2
C. 人类要把航天器发射到距黑洞A较近的区域进行探索,发射速度大于第二宇宙速度小于第三宇宙速度
D. 若双星的质量一定,双星之间的距离越大,其转动周期越大
【答案】D
【解析】
【详解】A.黑洞A的运行角速度等于黑洞B的运行角速度,故A错误;
B.两黑洞做圆周运动的向心力由来自对方的万有引力提供,所以两黑洞做圆周运动的向心力相等,得
即
由于OA > OB,即
所以
故B错误;
C.两个黑洞处于银河系外,人类要把航天器发射到距黑洞A较近的区域进行探索,发射速度应大于第三宇宙速度,故C错误;
D.对于黑洞A、B,根据万有引力提供向心力有,
又
联立得
由该式可知,若双星的质量一定,双星之间的距离越大,其转动周期越大,故D正确。
故选D。
5. 关于下列四幅图中物体做圆周运动的描述正确的是( )
A. 图甲中只要铁轨的外侧高于内侧,火车以任意速度转弯,铁轨对火车轮缘均不会产生作用力
B. 图乙中汽车通过拱形桥最高点时,对桥面的压力大于汽车自身重力
C. 图丙中汽车以一定的速度通过凹形桥底端时,汽车速度越小,凹形桥半径越大,汽车越容易爆胎
D. 图丁中汽车在水平路面安全转弯时,由地面对汽车的静摩擦力提供向心力
【答案】D
【解析】
【详解】A.设轨道倾角为,若火车与轨道内外侧导轨均没作用力时速度为,有
火车超速,则外轨产生压力,火车速度小时,内轨产生压力,只有当火车以规定的速度转弯,铁轨对火车轮缘才均不会产生作用力,故A错误;
B.汽车通过拱桥最高点时,汽车的加速度方向向下,汽车处于失重状态,对桥的压力小于汽车自身重力,故B错误;
C.汽车过凹形桥时,根据
可知,对桥的压力大于汽车自身重力,汽车速度越小,凹形桥半径越大,压力越小,汽车越不容易爆胎,故C错误;
D.汽车在水平路面安全转弯时,由地面对汽车的静摩擦力提供向心力,故D正确。
故选D。
6. 举重是一项常见的体育运动,其中抓举比赛要求运动员用一个连续不断的动作将杠铃提起,到两臂在头上伸直,再站立起来。则在此举重过程中( )
A. 地面对运动员做了正功 B. 地面对运动员做了负功
C. 运动员对杠铃做了正功 D. 运动员对杠铃做了负功
【答案】C
【解析】
【详解】AB.地面对运动员的支持力没有位移,可知地面对运动员不做功,AB错误;
CD.运动员对杠铃的支持力向上,位移向上,则运动员对杠铃做了正功,C正确,D错误。
故选C。
7. 如图所示,一斜面与水平面平滑连接,斜面与水平面间的夹角为α。一滑块(可视为质点)从斜面上A点由静止释放,最终停止在水平面上的B点。滑块与斜面和水平面间的动摩擦因数均为μ,AB连线与水平面间的夹角为θ,不计空气阻力,则( )
A. μ=tanθ B. μ=sinθ
C. μ =tanα D. μ=sinα
【答案】A
【解析】
【详解】设斜面长为,水平面长为,释放点距离水平面高度为h,对滑块,由动能定理有
整理得
几何关系可知
联立解得
故选A。
8. 太空电梯的原理与生活中的普通电梯十分相似。只需在地球同步轨道上建造一个空间站,并用某种足够长也足够结实的“索道”将其与地面相连。如图所示,假设有一长度为r的太空电梯连接地球赤道上的固定基地与同步卫星轨道上的空间站a,整个太空电梯相对地面静止。卫星b与空间站a的运行方向相同,某时刻二者距离最近,已知地球半径为R,自转周期为T,下列说法错误的是( )
A. 太空电梯各点向心力全部由万有引力提供,处于完全失重状态
B. 太空电梯上各点线速度平方与该点离地球球心距离成反比
C. 太空电梯靠近地球一端的角速度等于空间站a的角速度
D. 若经过时间t之后,a、b第一次相距最远,则卫星b的周期为
【答案】AB
【解析】
【详解】AC.太空电梯各点随地球一起做匀速圆周运动,均处于失重状态,具有相同的角速度,只有位置达到同步卫星的高度的点才处于完全失重状态,故A错误,与题意相符;C正确,与题意不符;
B.设太空电梯上各点到地球球心的距离为L,根据
可知,太空电梯上各点线速度与该点离地球球心距离成正比,故B错误,与题意相符;
D.若经过时间t之后,a、b第一次相距最远,则有
即
解得
故D正确,与题意不符。
本题选错误的,故选AB。
9. 如图所示,在O点处固定一力传感器,细绳一端系上质量为m的小球,另一端连接力传感器,使小球绕O点在竖直平面内做半径为r的圆周运动。t1时刻小球通过最低点时力传感器的示数为9mg,经过半个圆周,在t2时刻通过最高点时力传感器的示数为2mg。已知运动过程中小球受到的空气阻力随小球速度的减小而减小,重力加速度为g,下列说法正确的是( )
A. t2时刻小球到达最高点时的速度大小为
B. 从t1时刻到t2时刻的运动过程中,小球克服空气阻力做的功为
C. 小球再次经过最低点时,力传感器的示数等于7mg
D. 小球再次经过最低点时,力传感器的示数大于7mg
【答案】BD
【解析】
【详解】A.根据题意,在最高点,由牛顿第二定律有
解得
故A错误;
B.根据题意,在最低点,由牛顿第二定律有
由最低点到最高点,设小球克服空气阻力做的功为,由动能定理有
解得
故B正确;
CD.设由最高点到最低点,小球克服空气阻力做的功为,由动能定理有
由于阻力做功的原因,小球在后半个圆周运动过程的平均速率小于前半个圆周运动过程的平均速率,则后半个圆周运动过程的平均阻力小,可得
解得
由牛顿第二定律有
可得
故C错误,D正确。
故选BD。
10. 在某星球表面将一轻弹簧竖直固定在水平面上,把质量为m的小球P(可视为质点)从弹簧原长处由静止释放,小球沿竖直方向向下运动,小球的加速度a与弹簧压缩量x间的关系如图所示,其中和为已知量,(弹簧的弹性势能表达式为,其中k上为弹簧的劲度系数,y为弹簧形变量)。下列说法中正确的是( )
A. 当弹簧压缩量为时,小球P的速度为零
B. 小球向下运动至速度为零时所受弹簧弹力大小为
C. 弹簧劲度系数为
D. 当弹簧压缩量为时,弹簧的弹性势能为
【答案】BD
【解析】
【详解】A.由题意可知,小球由静止释放,到弹簧压缩量为的过程中,由牛顿第二定律得
可见,小球做加速度逐渐减小的加速运动,当弹簧压缩量为时,加速度为零,速度达到最大,故A错误;
B.由图像可得,小球刚释放时
当小球向下运动至速度为零时,由对称性可知,此时加速度向上大小为,即
解得弹簧弹力大小为
故B正确;
C.由图像知,当弹簧压缩量为时,加速度为零,则
即
故C错误;
D.由题意知,当弹簧压缩量为时,弹簧的弹性势能为
故D正确。
故选BD。
二、实验题(11题6分,12题9分,合计15分)
11. 用如图所示的装置来探究小球做圆周运动所需向心力的大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系。
(1)在探究向心力与半径、质量、角速度的关系时,用到的实验方法是 。
A. 微元法 B. 等效替代法 C. 控制变量法 D. 理想化模型法
(2)在一次实验中,某同学把两个质量相等的钢球放在A、C位置, A、C到塔轮中心距离相同,将皮带处于左右塔轮的半径不等的层上。匀速转动手柄,标尺上的等分格显示左、右两个小球所受向心力的比值为1:9,则皮带连接的左、右塔轮半径之比为 。
A. 2: 1 B. 3: 1 C. 1: 3 D. 1: 2
【答案】(1)C (2)B
【解析】
【小问1详解】
在探究向心力与半径、质量、角速度的关系时,先控制其中两个物理量不变,探究向心力与另一个物理量的关系,用到的实验方法是控制变量法。
故选C。
【小问2详解】
把两个质量相等的钢球放在A、C位置, A、C到塔轮中心距离相同,匀速转动手柄,标尺上的等分格显示左、右两个小球所受向心力的比值为,根据可知,左右塔轮的角速度之比为;由于左右塔轮边缘处的线速度大小相等,根据可知,皮带连接的左、右塔轮半径之比为。
故选B。
12. 某实验小组的同学为了探究向心力大小与角速度的关系,设计了如图甲所示的实验装置:电动机带动转轴匀速转动,改变电动机的电压可以改变转轴的转速;其中AB是固定在竖直转轴上的水平凹槽,A端固定的压力传感器可测出小球对其压力的大小,B端固定一宽度为d的挡光片,光电门可测量挡光片每一次的挡光时间。该同学多次改变转速后,记录了一系列力与对应角速度的数据,忽略小球所受的摩擦力,作出了如图乙所示的图像。
具体实验步骤如下:
①测出挡光片与转轴的距离为R;
②将小钢球紧靠传感器放置在凹槽上,测出此时小钢球球心与转轴的距离为;
③启动电动机,使凹槽AB绕转轴匀速转动;
④记录下此时压力传感器的示数F和光电门的挡光时间;
⑤多次改变转速后,利用记录的数据作出了如图乙所示的图像。
(1)小钢球转动的角速度_________(用d、R、表示);
(2)乙图中坐标系的横轴应为_________(选填A、B或C);
A. B. C. \
(3)由图乙得到的结论是________________________________。
(4)本实验中所使用的小钢球的质量___________kg(结果保留2位有效数字)。
【答案】(1) (2)C
(3)在实验误差允许范围内,当质量与转动半径不变时,向心力与角速度的平方成正比
(4)0.45
【解析】
【小问1详解】
利用光电门可以测出挡光片通过光电门的瞬时速度大小为
所以角速度大小为
【小问2详解】
根据公式,在质量与半径不变时,向心力F与的大小成正比。
故选C。
【小问3详解】
略。
【小问4详解】
根据图像可知斜率大小为
对照公式并代入半径大小
可解得
三、解答题(13题12分,14题12分,15题15分,合计39分)
13. 如图是某一型号的起重机,保持其工作功率为额定功率,由静止竖直向上吊起一个重为100kg的货物,经过5s达到最大速度,最大速度为10m/s,重力加速度取g=10m/s2,求:
(1)起重机的额定功率;
(2)0~5s拉力做功和货物上升的高度。
【答案】(1)
(2),
【解析】
【小问1详解】
物体上升达到最大速度时,
此时
经计算得
【小问2详解】
全程拉力做功为
根据动能定理,
解得货物上升高度为
14. 如图所示,若北斗卫星导航系统中的一颗卫星a位于赤道上空的轨道Ⅰ上,其对地张角为60°,Ⅱ为地球赤道上方的近地卫星b的轨道。已知地球的半径为R,卫星a的周期为T,引力常量为G,求:
(1)卫星b的周期;
(2)地球的平均密度。
【答案】(1)
(2)
【解析】
【小问1详解】
设地球半径为,卫星的轨道半径为,对地张角为,则半张角为。由几何关系可知,
解得
卫星和卫星均绕地球做匀速圆周运动,根据开普勒第三定律
为常量,对卫星有
对近地卫星,轨道半径
有
故
代入数据得
解得
【小问2详解】
对卫星,由万有引力提供向心力,有
解得地球质量
地球体积
平均密度
代入
得
则
15. 如图所示,质量为m的小滑块静止在足够大的粗糙水平转盘上,一根长为L的细线一端连接在滑块上,另一端连接在圆盘竖直转轴上的A点,细线刚好伸直时与竖直方向的夹角,重力加速度为g,使转盘绕转轴在水平面内转动,并缓慢增大转动的角速度,滑块与转盘间的动摩擦因数为0.6,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,求:
(1)当为多少时,绳子恰好有拉力大小;
(2)当为多少时,滑块恰好与转盘脱离;
(3)当时,细线恰好断裂,滑块在圆盘上的落点与转轴的距离为多少。
【答案】(1)
(2)
(3)
【解析】
【小问1详解】
根据最大静摩擦力等于向心力可得
解得
【小问2详解】
滑块恰好脱离转盘时滑块与转盘作用力为0,则
解得
【小问3详解】
当时滑块已脱离转盘,设细线与转轴夹角,
解得
所以
此时小球离转盘高度
小球线速度
细线断裂后小球作平抛运动,
解得,
联立上式解得
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