山东省2022-2023学年高一下学期期中考试物理试卷（含解析）

山东省2022-2023学年高一下学期期中考试物理试卷

学校:___________姓名：___________班级：________________

一、单选题

1．下列说法正确的是（   ）

A．在经典力学中,物体的质量不随运动状态而改变,在狭义相对论中,物体的质量也不随运动状态而改变

B．在经典力学中,物体的质量随运动速度的增加而减小,在狭义相对论中,物体的质量随物体速度的增大而增大

C．在经典力学中,物体的质量是不变的,在狭义相对论中,物体的质量随物体速度的增大而增大

D．上述说法都是错误的

2．2021年11月8日神舟十三号航天员，顺利完成出窗任务。12月9日三名航天员翟志刚、王亚平、叶光富相互配合在中国自己的空间站完成了第二次太空授课。在空间站内所有物体都处于完全失重状态，航天员可以站在空间站地面上，也可以自由悬停在空中任意位置。则下述说法正确的有（　　）

A．航天员悬停在站内空中时，受重力和站内空气的浮力作用，二者是平衡力

B．航天员悬停在站内空中时受所重力就是合外力

C．航天员站在站内地面对地面的压力大小等于他的重力大小

D．航天员在空间站内的惯性大小与他在去空间站途中不相同

3．在高速公路的拐弯处，通常路面都是外高内低。如图所示，在某路段汽车向左拐弯，司机左侧的路面比右侧的路面低一些。汽车的运动可看做是做半径为R的在水平面内的圆周运动。设内外路面高度差为h，路基的水平宽度为d，路面的宽度为L。已知重力加速度为g。要使车轮与路面之间的横向摩擦力（即垂直于前进方向）等于零，则汽车转弯时的车速应等于（　　）

A． B． C． D．

4．如图甲所示，南京紫金山天文台展示的每隔2h拍摄的某行星及其一颗卫星的照片。小齐同学取向左为正方向，在图甲照片上用刻度尺测得行星球心与卫星之间的距离L如图乙所示。已知该卫星围绕行星做匀速圆周运动，在图甲照片上测得行星的直径为2cm，万有引力常量为。下列说法正确的是（　　）

A．该卫星围绕行星运动的周期为 B．该卫星围绕行星运动的周期为

C．该行星的平均密度 D．该行星的平均密度

5．如图所示，水平光滑桌面上有一个小球在细绳的作用下，绕桌面上的固定点O做匀速圆周运动。下列说法正确的是（　　）

A．若增大角速度，保持绳长不变，则拉力变大

B．若增大角速度，保持绳长不变，则拉力变小

C．若增大绳长，保持角速度不变，则拉力不变

D．若增大绳长，保持角速度不变，则拉力变小

6．甲、乙两质点间万有引力的大小为F，若保持它们的质量不变，将它们之间的距离减小为原来的二分之一，则它们之间的万有引力将变为（　　）

A．F B． C．8F D．4F

7．有一种叫“飞椅”的游乐项目。长为L=5m的钢绳一端系着座椅，另一端固定在半径为R=2m的水平转盘边缘，转盘可绕穿过其中心的竖直轴转动。当转盘以角速度匀速转动时，钢绳与转轴在同一竖直平面内，与竖直方向的夹角为θ。不计钢绳的重力，以下说法正确的是（）（　　）

A．若飞椅以的转速水平匀速转动，飞椅的旋转周期为10s

B．若飞椅的角速度逐渐缓慢增加，线速度大小会与角速度成正比增大

C．当飞椅的角速度时，绳与竖直方向的夹角为

D．若要使某时刻绳与竖直方向的夹角为，需要

8．如图所示，在粗糙水平木板上放一个物块，使水平木板和物块一起在竖直平面内沿逆时针方向做匀速圆周运动，ab为水平直径，cd为竖直直径，在运动过程中木板始终保持水平，物块相对木板始终静止，则（　　）

A．物块始终受到三个力作用

B．只有在a、b、c、d四点，物块受到的合外力才指向圆心

C．从a到b，物块所受的摩擦力先增大后减小

D．从b到a，物块处于超重状态

9．甲、乙两个质点间的万有引力大小为F，若甲物体的质量不变，乙物体的质量增加到原来的6倍，同时，它们之间的距离变为原来的2倍，则甲、乙两物体的万有引力大小将变为（　　）

A． B． C． D．

二、多选题

10．如图所示，直径为d的纸筒以角速度绕中心轴匀速转动，将枪口垂直指向圆筒轴线，使子弹穿过圆筒，结果发现圆筒上只有一个弹孔，若忽略空气阻力及子弹自身重力的影响，则子弹的速度可能是（　　）

A． B． C． D．

11．我国首次火星探测任务被命名为“天问一号”。已知火星质量约为地球质量的10%，半径约为地球半径的50%，下列说法正确的是（　　）

A．火星探测器的发射速度小于地球的第二宇宙速度

B．火星探测器的发射速度应介于地球的第一和第二宇宙速度之间

C．火星的第一宇宙速度小于地球的第一宇宙速度

D．火星表面的重力加速度小于地球表面的重力加速度

12．如图所示，物理老师将铁锁可看成质点从鼻尖处无初速度释放后，保持自己的头部位置不动，忽略空气阻力。以下说法正确的是（　　）

A．铁锁第一次返回时会撞击鼻尖

B．铁锁刚释放时，它的加速度方向不指向圆心O

C．从最高点下摆到最低点过程中，角速度保持不变

D．从最高点下摆到最低点过程中，向心加速度一直增大

13．作为2020夏季奥运会的主办国，日本的“东京8分钟”惊艳亮相里约奥运闭幕式。地理位置上，东京与里约恰好在地球两端，片中，日本首相化身马里奥，通过打穿地球的管道，从东京一跃到达里约现场，带来了名为“东京秀”的表演环节。现代理论上已经证明：质量分布均匀的球壳对壳内物体的万有引力为零。现假设地球是一半径为R、质分布均匀的实心球体，O为球心。不考虑空气阻力，关于人在地球管道中的运动，下列说法正确的是（　　）

A．通过O点前后分别做匀加速和匀减速运动，不需要动力装置和刹车装置

B．通过O点前后分别做加速和减速运动，加速度先变小后变大

C．到达O点时的速度最大，加速度为零

D．在沿管道运动过程中不受引力作用，处于完全失重状态，所以需要动力装置和刹车装置

14．地球同步卫星离地心距离为r，运行速率为，加速度为，地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为，第一宇宙速度为，地球半径为R，则下列结论正确的是（　　）

A． B． C． D．

三、实验题

15．一艘宇宙飞船飞近某一新发现的行星，并进入靠近该行星表面的圆形轨道绕行数圈后，着陆在行星上，宇宙飞船上备有以下实验仪器：

A．弹簧测力计一个   B．精确秒表一只   C．天平一台（附砝码一套）   D．物体一个

为测定该行星的密度，宇航员在绕行中进行了一次测量，依据测量数据可以求出密度.。

（1）绕行时测量所用的仪器为________（用仪器的字母序号表示），所测物理量为________。

（2）密度表达式：________（万有引力常量为G）

16．探究向心力大小F与物体的质量m、角速度和轨道半径r的关系实验。

(1)本实验所采用的实验探究方法与下列哪些实验是相同的__________；

A．探究平抛运动的特点

B．探究两个互成角度的力的合成规律

C．探究加速度与物体受力、物体质量的关系

(2)某同学用向心力演示器进行实验，实验情景如甲、乙、丙三图所示。

a。三个情境中，图________是探究向心力大小F与质量m关系（选填“甲”、“乙”、“丙”）。

b。在甲情境中，若两钢球所受向心力的比值为，则实验中选取两个变速塔轮的半径之比为_________。

17．为探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系。某实验小组通过如图甲所示装置进行实验。滑块套在水平杆上，随水平杆一起绕竖直杆做匀速圆周运动，力传感器通过一细绳连接滑块。用来测量向心力的大小。滑块上固定一遮光片，测得质量为，遮光片宽度为，光电门可以记录遮光片通过的时同，测得旋转半径为r，滑块随杆匀速圆周运动，每经过光电门一次，通过力传感器和光电门就同时获得一组向心力和角

速度的数据。

（1）为了深究向心力与角度的关系，需要控制______和______保持不变，某次旋转过程中遮光片经过光电门时的遮光时间为，则角速度______。

（2）以为纵坐标，以为横坐标，可在坐标纸中指出数据点作一条如图乙所示直线，图线不过坐标原点的原因是______。

四、填空题

18．如图所示，质量为的小杯里盛有的水，用绳子系住小杯在竖直平面内做“水流星”表演，转动半径为。则为使小杯经过最高点时水不流出，在最高点时最小速率是___________；当水杯在最高点速率时，取，绳的拉力大小为__________。

五、解答题

19．物体A的重力为，如图甲所示，一原长为的轻弹簧将物体A吊起静止时，弹簧长度为；如图乙所示，若将物体A置于水平地面上，用该弹簧水平向左拉物体A。当物体A匀速运动时弹簧的长度为。以上两种情况弹簧都没有超过弹性限度。求：

（1）该弹簧的劲度系数；

（2）物体A与水平地面间的动摩擦因数；

（3）若图乙中的物体A向左运动时弹簧的长度为，则此时物体A与水平地面间的摩擦力的大小；

（4）若置于水平地面上的物体A原来静止，图乙中的弹簧长度自原长逐渐增大至时，物体A与水平地面间的摩擦力的大小。

20．太阳系各行星几乎在同一平面内沿同一方向绕太阳做圆周运动。当地球恰好运行到火星和太阳之间，且三者几乎排成一条直线的时候，天文学称为“火星冲日”。已知火星公转半径与地球公转半径的比值为（C为常数），地球的公转周期为T，求：

（1）火星公转周期；

（2）相邻两次火星冲日的时间间隔。

21．如图所示，竖直面内有光滑斜面AB和光滑半圆轨道BC在B点平滑连接，半圆轨道的半径为R。一质量为m的小球从A点由静止滚下，恰好能通过半圆轨道最高点C点，之后小球又恰好垂直落到斜面AB上，小球可视为质点，重力加速度g已知，求：

（1）A点到水平面BD的高度H；

（2）斜面AB的长度L。

22．某星球的半径为R，一物体在该星球表面附近自由下落，若在最初T时间内下落的高度为h。已知引力常量为G，该星球表面无大气。试求：

（1）星球的质量。

（2）该星球的第一宇宙速度。

参考答案

1．C

【详解】由相对论质量公式可知物体的质量随速度的增大而增大；经典力学的基础是牛顿运动定律，经典力学是狭义相对论在低速（v＜＜c）条件下的近似．在狭义相对论的所有公式中，只要令v＜＜c，在数学上稍作变换，就会发现，它们将全部退化为牛顿的经典力学公式．故ABD错误，C正确；

故选C。

2．B

【详解】AB．航天员悬停在站内空中时，只受重力，重力就是合外力，提供航天员随空间站做匀速圆周运动的向心力，故A错误，B正确；

C．航天员随空间站做匀速圆周运动，处于完全失重状态，航天员站在站内地面对地面的压力大小等于零，故C错误；

D．航天员的惯性与航天员的质量有关，与所处位置和运动状态无关，则航天员在空间站内的惯性大小与他在去空间站途中相同，故D错误。

故选B。

3．B

【详解】由题意知当

mgtanθ＝m

时其横向摩擦力等于零，所以

v＝＝

4．C

【详解】AB．由题意可知，24h卫星和行星之间的距离和0h时相反，转过半个周期，卫星绕行星做匀速圆周运动的周期为

故AB错误；

CD．由

行星体积为

通过甲图可知卫星在甲图中做圆周运动的半径是10cm，即卫星的轨道半径是行星半径的十倍，即，行星密度为

联立解得

故C正确，D错误。

故选C。

5．A

【详解】AB．根据分析可得小球做匀速圆周运动时，绳子的拉力提供向心力，所以有

可得保持绳长不变时即不变，若增大角速度，拉力变大，A正确，B错误；

CD．同理保持角速度不变，若增大绳长即变大，拉力变大，CD错误。

故选A。

6．D

【详解】设甲、乙两个质点相距r，质量分别为M、m，它们之间的万有引力

若保持它们各自的质量不变，将它们之间的距离减小为原来的二分之一，则甲、乙两个质点间的万引力

故选D。

7．C

【详解】A．飞椅的转速为

根据周期与转速的关系得

A错误；

CD．设悬绳与竖直夹角为，有

当时，；当时，，故C正确，D错误；

B．根据角速度与线速度的关系，有

由于会改变，故与不是正比关系，故B错误。

故选C。

8．D

【详解】A．在c、d两点处，物块只受重力和支持力，在其他位置处物块受到重力、支持力、静摩擦力三个作用力，选项A错误；

B．物块做匀速圆周运动，合外力提供向心力，所以合外力始终指向圆心，选项B错误；

C．从a运动到b，物块的加速度的方向始终指向圆心，水平方向的加速度先减小后反向增大，根据牛顿第二定律知，物块所受木板的摩擦力先减小后增大，选项C错误；

D．从b运动到a，向心加速度有向上的分量，则物块处于超重状态，选项D正确。

故选D。

9．D

【详解】原来甲、乙间的万有引力大小可表示为

当乙的质量及甲、乙距离发生变化后，引力大小可表示为

故选D。

10．AC

【详解】在子弹飞行的时间内，圆筒转动的角度为（2n－1）π，n=1、2、3……，则时间为

所以子弹的速度为

n=1、2、3……

当n=1时，

当n=2时，

当n=3时，

故选AC。

11．CD

【详解】A．当发射速度大于第二宇宙速度时，探测器将脱离地球的引力在太阳系的范围内运动，火星在太阳系内，所以火星探测器的发射速度应大于第二宇宙速度，故A错误；

B．第二宇宙速度是探测器脱离地球的引力到太阳系中的临界条件，当发射速度介于地球的第一和第二宇宙速度之间时，探测器将围绕地球运动，故B错误；

C．万有引力提供向心力，则有

解得第一宇宙速度为

所以火星的第一宇宙速度为

所以火星的第一宇宙速度小于地球的第一宇宙速度，故C正确；

D．万有引力近似等于重力，则有

解得星表面的重力加速度

所以火星表面的重力加速度小于地球表面的重力加速度，故D正确。

故选CD。

12．BD

【详解】A．由机械能守恒，回到鼻尖处时，速度为零，故不会撞击鼻尖，故A错误；

B．铁锁刚释放时，由向心加速度公式

可知向心加速度为零，只有切向加速度，合加速度方向沿切线方向，故B正确；

C．铁锁可看成质点从鼻尖处无初速度释放后，由于忽略空气阻力，做单摆运动时机械能守恒，从最高点下摆到最低点过程中，有

解得

故速度越来越大，由

可知角速度越来越大，故C错误；

D．由圈周运动的向心加速度公式

可知向心加速度一直增大，故D正确。

故选BD。

13．BC

【详解】通过O点前，人受到的引力指向地心O，故做加速运动，且球壳厚度越来越大，中间球体体积越来越小，则人所受引力越来越小，则加速度越来越小，当到达O点时，所受引力为零，则加速度为零，速度达到最大，通过O点后，所受引力越来越大且方向指向O点，故人做减速运动，且加速度变大。

故选BC。

14．AD

【详解】AB．因为地球同步卫星的角速度和地球赤道上的物体随地球自转的角速度相同，由公式可知，

故A正确，B错误；

CD．对于地球同步卫星和以第一宇宙速度运动的近地卫星，由万有引力提供做匀速圆周运动所需向心力，得

得

所以

故C错误，D正确。

故选AD。

15．     B     周期T    

【详解】(1)(2)[1][2][3]在地表附近，由重力等于万有引力则有

宇宙飞船绕行星做圆周运动，万有引力等于向心力则有

该行星的密度为

联立解得

由以上可知为测定该行星的密度ρ，需要测出宇宙飞船绕行星做圆周运动的周期T，需要用秒表B测周期。

16．     C     丙     2：1

【详解】(1)[1]在这个实验中，利用控制变量法来探究向心力的大小与小球质量，角速度，半径之间的关系；

A.探究平抛运动的特点，例如两球同时落地，两球在竖直方向上的运动效果相同，应用了等效思想，故A不符合题意；

B．探究两个互成角度的力的合成规律，即两个分力与合力的作用效果相同，采用的是等效替代的思想，故B不符合题意；

C．探究加速度与物体受力、物体质量的关系是通过控制变量法研究的，故C符合题意。

故选C。

(2)a．[2]根据

F=mrω2

可知，要探究向心力大小F与质量m关系，需控制小球的角速度和半径不变，由图可知，两侧采用皮带传动，所以两侧具有相等的线速度，根据皮带传动的特点可知，应该选择两个塔轮的半径相等，而且运动半径也相同，选取不同质量的小球，故丙符合题意。

B．[3]由图可知，两个球的质量相等，半径相同，根据牛顿第二定律

两个塔轮边缘的线速度相等

根据

联立可得两个变速塔轮的半径之比为

17．     滑块质量     旋转半径          滑块受到摩擦力

【详解】（1）[1][2]根据控制变量法，为了探究向心力与角速度的关系，需要控制滑块质量和旋转的半径不变。

[3]物体转动的线速度为

其中

则

（2）[4]图线不过坐标原点的原因是：滑块和水平杆之间有摩擦力，开始一段时间，摩擦力提供向心力，当摩擦力达到最大值后，才存在绳子拉力。

18．     2     30

【详解】[1]为使小杯经过最高点时水不流出，则在最高点水需要的向心力应大于等于重力，即

解得，即最小速率为2 m/s。

[2] 当水杯在最高点速率为4 m/s时，有

解得

19．（1）；（2）；（3）；（4）

【详解】（1）图甲中弹簧将物体A吊起静止时，根据受力平衡可得

解得弹簧的劲度系数为

（2）物体A水平向左匀速运动时，根据受力平衡可得

又

联立解得物体A与水平地面间的动摩擦因数为

（3）物体A向左运动时，滑动摩擦力大小不变，则有

（4）图乙中的弹簧长度自原长逐渐增大至时，弹簧的弹力大小为

可知物体A仍然保持静止，此时和水平地面间的摩擦力为静摩擦力，根据受力平衡可得

20．（1）CT；（2）

【详解】（1）由开普勒第三定律

解得

（2）由题意

由角速度和周期关系

解得

21．（1）（2）

【详解】（1）因小球恰好能通过半圆轨道最高点C点，则

从A到C由动能定理

解得

（2）小球离开C点后做平抛运动，垂直打在斜面上，则

由几何关系

解得

斜面AB的长度

22．（1）；（2）

【详解】(1)由自由落体的规律得

在星球表面

联立得

(2)又因为

得