2022-2023学年山东省潍坊市昌乐县高一（下）期中物理试卷（含解析）

2022-2023学年山东省潍坊市昌乐县高一（下）期中物理试卷

学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________

第I卷（选择题）

一、单选题（本大题共8小题，共24.0分）

1.  在科学发展的历程中，许多科学家做出了杰出的贡献，下列叙述符合史实的是(    )

A. 开普勒总结出了行星运动的规律，发现了万有引力定律
B. 关于万有引力公式公式中引力常量的值是牛顿测得的
C. 相对论的出现使经典物理学在自己的适用范围内不再继续发挥作用
D. 牛顿将行星与太阳、地球与月球、地球与地面物体之间的引力规律推广到宇宙中的一切物体，得出了万有引力定律

2.  如图所示，细线一端拴一个小球，另一端固定在点，小球沿弧线来回摆动，点是悬线的最低点，则(    )

A. 小球摆到点时，速度为水平方向，加速度为零
B. 小球摆到点时，速度为零，且处于平衡状态
C. 小球在整个运动过程中一定有一个位置处于平衡状态
D. 若小球运动到某一点时细线断开，则此后小球做匀变速运动

3.  天文学家发现，三颗行星、、绕着仙女座厄普西仑星做匀速圆周运动，如图所示，行星周期为天，轨道半径为地球与太阳之间的距离为，，引力常量，根据题中数据可求出(    )

A. 厄普西仑星的半径 B. 厄普西仑星的第一宇宙速度
C. 行星的周期大于天 D. 行星的加速度大于行星的加速度

4.  国务院批复，自年起将月日设立为“中国航天日”。年月日我国首次成功发射的人造卫星东方红一号，目前仍然在椭圆轨道上运行，其轨道近地点高度约为，远地点高度约为；年月日成功发射的东方红二号卫星运行在赤道上空的地球同步轨道上。设东方红一号周期为、在远地点的加速度为，东方红二号的加速度为，周期为；固定在地球赤道上的物体随地球自转的加速度为，周期为。则(    )

A.  B.  C.  D.

5.  “套圈游戏”深受大家的喜爱，游戏者要站到区域线外将圆圈水平抛出，落地时套中的物体即为“胜利品”。某同学在一次“套圈”游戏中，从点以某一速度水平抛出的圆圈落到了物体左边，如图。为了套中该物体，该同学做了如下调整，则下列方式中一定套不中的是忽略空气阻力(    )

A. 从点正上方以原速度水平抛出 B. 从点正前方以原速度水平抛出
C. 从点增大速度水平抛出 D. 从点正下方减小速度水平抛出

6.  如图所示，在斜面顶端先后水平抛出同一小球，第一次小球落到斜面中点，第二次小球落到斜面底端，从抛出到落至斜面上忽略空气阻力(    )
 

A. 两次小球运动时间之比
B. 两次小球运动时间之比
C. 两次小球抛出时初速度之比
D. 两次小球抛出时初速度之比

7.  长为的细绳，一端系一质量为的小球，另一端固定于某点．当绳竖直时小球静止，再给小球一水平初速度，使小球在竖直平面内做圆周运动．关于小球的运动下列说法正确的是(    )

A. 小球过最高点时的最小速度为零
B. 小球开始运动时绳对小球的拉力为
C. 小球过最高点时速度大小一定为
D. 小球运动到与圆心等高处时向心力由细绳的拉力提供

8.  把火星和地球都视为质量均匀分布的球体．已知地球半径约为火星半径的倍，地球质量约为火星质量的倍．由这些数据可推算出(    )

A. 地球表面和火星表面的重力加速度之比为：
B. 地球表面和火星表面的重力加速度之比为：
C. 地球和火星的第一宇宙速度之比为：
D. 地球和火星的第一宇宙速度之比为：

二、多选题（本大题共4小题，共16.0分）

9.  如图所示，下列有关生活中圆周运动实例分析，其中说法正确的是(    )
 

A. 甲图中，汽车通过凹形桥的最低点时，速度不能超过
B. 乙图中，“水流星”匀速转动过程中，在最低处水对桶底的压力最大
C. 丙图中，火车转弯超过规定速度行驶时，内轨对内轮缘会有挤压作用
D. 丁图中，同一小球在光滑而固定的圆锥筒内的、位置先后分别做匀速圆周运动，则在、两位置小球向心加速度相等

10.  两颗人造地球卫星质量之比是：，轨道半径之比是：，则下述说法中，正确的是(    )

A. 它们的周期之比是： B. 它们的线速度之比是：
C. 它们的向心加速度之比是： D. 它们的向心力之比是：

11.  人类登上火星，考察完毕后，乘坐一艘宇宙飞船从火星返回地球时，经历了如图所示的变轨过程，则有关这艘飞船的下列说法正确的是(    )

A. 飞船在轨道Ⅰ上经过点时的速度小于飞船在轨道Ⅱ上经过点时的速度
B. 飞船在轨道Ⅱ上运动时，经过点时的速度大于经过点时的速度
C. 飞船在轨道Ⅲ上运动到点时的加速度等于飞船在轨道Ⅱ上运动到点时的加速度
D. 飞船绕火星在轨道Ⅰ上运动的周期跟飞船返回地球的过程中绕地球以与轨道Ⅰ同样的轨道半径运动的周期相同

12.  新华社酒泉年月日电，中国第十艘载人飞船在极端严寒的西北戈壁星夜奔赴太空，神舟十五号航天员乘组于月日清晨入驻“天宫”，与神舟十四号航天员乘组相聚中国人的“太空家园”。已知空间站离地面的高度为，地球的半径为，地球表面的重力加速度为，引力常量为，忽略地球自转。若空间站可视为绕地心做匀速圆周运动，则下列说法正确的是(    )
 

A. 空间站的周期为
B. 空间站的线速度大小为
C. 空间站的角速度为
D. 空间站中的航天员在睡眠区睡眠时，他们相对于地心处于平衡状态

第II卷（非选择题）

三、实验题（本大题共2小题，共14.0分）

13.  某兴趣小组用如图甲所示的装置与传感器结合验证向心力表达式实验时用手拨动旋臂产生圆周运动，力传感器和光电门固定在实验器上，实时测量角速度和向心力．
电脑通过光电门测量挡光杆通过光电门的时间，并由挡光杆的宽度、挡光杆通过光电门的时间、挡光杆做圆周运动的半径自动计算出砝码做圆周运动的角速度，则其计算角速度的表达式为______ ．
图乙中取两条曲线为相同半径、不同质量下向心力与角速度的关系图线，由图可知曲线对应的砝码质量______ 填“大于”或“小于”曲线对应的砝码质量．
 

14.  某同学利用图所示装置研究平抛运动的规律。实验时该同学使用频闪仪和照相机对做平抛运动的小球进行拍摄，频闪仪每隔发出一次闪光，某次拍摄后得到的照片如图所示图中未包括小球刚离开轨道的影像。图中的背景是放在竖直平面内的带有方格的纸板，纸板与小球轨迹所在平面平行，其上每个方格的边长为。该同学在实验中测得的小球影像的高度差已经在图中标出。

完成下列填空：结果均保留位有效数字

小球运动到图中位置时，其速度的水平分量大小为__________，竖直分量大小为___________；

根据图中数据可得，当地重力加速度的大小为___________。

四、简答题（本大题共1小题，共12.0分）

15.  牛顿发现的万有引力定律是世纪自然科学最伟大的成果之一。万有引力定律在应用中取得了辉煌的成就。应用万有引力定律能“称量”地球质量，也实现了人类的飞天梦想。已知地球的半径为，地面的重力加速度为，引力常量为。求：
地球的密度。
地球的第一宇宙速度。
我国成功发射第颗北斗导航卫星，被称为“最强北斗”。这颗卫星是地球同步卫星，已知地球的自转周期、求该卫星的高度。

五、计算题（本大题共3小题，共34.0分）

16.  如图所示，从点以水平速度抛出小球，小球垂直落在倾角为的斜面上，不计空气阻力，重力加速度。求：
小球落在斜面上时速度的大小；
小球从抛出到落在斜面上经历的时间。

17.  如图所示，半径为的光滑半圆轨道竖直放置，质量为的钢球从点射入。通过轨道的最高点后水平抛出，落在点左侧离点处的点。重力加速度。求：
小球在点时速度的大小；
小球在点时对轨道的压力。

18.  如图所示装置可绕竖直轴转动，可视为质点的小球与两细线连接后分别系于、两点，当细线沿水平方向绷直时，细线与竖直方向的夹角。已知小球的质量，细线长，重力加速度取，
若装置匀速转动时，细线刚好被拉直成水平状态，求此时的角速度．
若装置匀速转动的角速度，求细线和上的张力大小、．

答案和解析

1.【答案】 

【解析】解：开普勒总结出了行星运动的规律，万有引力定律是牛顿发现的，故A错误；
B.卡文迪什第一次在实验室里测出了万有引力常量，不是牛顿测得的，故B错误；
C.经典力学是狭义相对论在低速条件下的近似，因此经典力学在自己的适用范围内还将继续发挥作用，只是在微观高速运动的粒子情境中，经典力学不再适用，故C错误；
D.牛顿将行星与太阳、地球与月球、地球与地面物体之间的引力规律推广到宇宙中的一切物体，得出了万有引力定律，故D正确。
故选：。
根据物理学史和常识解答，记住著名物理学家的主要贡献即可。
本题考查物理学史，是常识性问题，对于物理学上重大发现、发明、著名理论要加强记忆，这也是考试内容之一。
 

2.【答案】 

【解析】解：小球摆到点时，速度为水平方向，但此时有向心加速度，方向指向圆心，数值不为零，故A错误；
B.小球摆到点时，速度为零，之后会往回运动，所以不可能处于平衡状态，故B错误；
C.小球沿弧线来回摆动，作非匀速圆周运动，合外力和加速度始终不为零，不会处于平衡状态，故C错误；
D.若小球运动到某一点时细线断开，此后小球只受到重力作用，加速度为重力加速度保持不变，可知做匀变速运动，故D正确。
故选：。
理解小球在摆动过程中速度和加速度的变化特点，结合题目选项完成分析。
本题主要考查了单摆的相关应用，理解单摆的特点和不同位置的物理量之间的关系即可完成分析。
 

3.【答案】 

【解析】解：、根据万有引力提供向心力，得：，只能计算出行星的轨道半径，无法计算出厄普西仑星的半径，故A错误；
B、由万有引力提供向心力，由于不知道中心天体的球体半径，所以无法求解厄普西仑星的第一字宙速度，故B错误；
C、由开普勒第三定律，由图可知，所以，即行星的周期大于天，故C正确；
D、由万有引力提供向心力，有，由图可知，所以行星的加速度小于行星的加速度，故D错误。
故选：。
三颗行星、、绕着仙女座厄普西仑星做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力，由此列式分析。
本题的关键是要明确各行星的运动学规律和动力学规律，然后结合牛顿第二定律和万有引力定律列式分析。
 

4.【答案】 

【解析】解：根据题意可知，东方红二号卫星为地球同步卫星，它的和地球赤道上的物体随地球自转的角速度和周期相等，即

由开普勒第三定律可知，由于东方红一号卫星的轨道半长轴小于东方红二号卫星的轨道半径，则有
则有，故AB错误；
由于东方红二号卫星的半径大于地球赤道上的物体随地球自转的半径，由公式可知，则有
由万有引力提供向心力有

解得
由于东方红一号卫星到远地点的距离小于东方红二号卫星的半径，则有
综上所述有，故C错误，D正确。
故选：。
根据万有引力提供向心力，结合圆周运动周期公式求解东方红号和东方红号的周期；东方红号是地球同步卫星，比较东方红号与地球赤道上的物体的周期；
根据向心加速度公式，比较东方红号与地球赤道上的物体的加速度；根据万有引力提供向心力可比较东方红一号和东方红二号的加速度；
解决本题的关键掌握万有引力等于重力，并能灵活运用；还要知道同步卫星的运行周期和地球自转周期相等。
 

5.【答案】 

【解析】解：、设圆圈平抛运动下落的高度为，水平位移为，初速度为，竖直方向为自由落体运动，有，解得下落时间为，水平为匀速直线运动，所以水平位移为，圆圈落到了物体左边，说明圆圈的水平位移偏小，若从点正上方以原速度水平抛出，增大，由可知时间增大，由知，水平位移增大，可能套住物体，故A不符合题意；
B、若点正前方以原速度水平抛出，则高度不变，运动时间不变，根据，水平位移不变，落地点右移，可能套住物体，故B不符合题意；
C、若点位置不变，增大速度水平抛出，增大，由知，水平位移增大，可能套住物体，故C不符合题意；
D、若点正下方，减小速度水平抛出，和都减小，由，知，水平位移减小，圆圈还落到物体左边，故D符合题意。
故选：。
根据平抛运动水平方向匀速直线和竖直方向自由落体运动逐项分析即可。
本题考查了平抛运动的相关知识，解决本题的关键是根据高度求出时间，根据水平速度表示水平位移。
 

6.【答案】 

【解析】解：、根据得，，两小球下落的高度之比为：，则两次小球运动的时间之比为，故A、B错误。
C、根据知，两小球水平位移之比为：，时间之比为，则初速度之比为：，故C正确，D错误。
故选：。
根据下降的高度之比，结合位移时间公式求出运动的时间之比，结合水平位移和时间之比求出两次抛出小球的初速度之比．
解决本题的关键知道平抛运动在水平方向上和竖直方向上的运动规律，知道运动的时间由高度决定，初速度和时间共同决定水平位移．
 

7.【答案】 

【解析】解：、根据得，小球通过最高点的最小速度，故A错误。
B、在最低点，根据牛顿第二定律得，，解得绳子对小球的拉力，故B错误。
C、小球通过最高点的最小速度为，但是通过最高点的速度不一定为，也可能大于，故C错误。
D、在与圆心等高处，小球做圆周运动的向心力由绳子拉力提供，故D正确。
故选：。
在最高点，绳子拉力为零时，小球的速度最小，根据牛顿第二定律求出最小速度．在最低点，根据绳子拉力和重力的合力提供向心力求出绳子拉力的大小．在与圆心等高处，通过径向的合力提供向心力，确定小球做圆周运动向心力的来源．
解决本题的关键知道圆周运动向心力的来源，即通过径向的合力提供向心力，在最高点和最低点，靠重力和拉力的合力提供向心力，在与圆心等高处，靠拉力提供向心力．
 

8.【答案】 

【解析】解：、、据万有引力等于重力，有，得．
由题意，地球半径约为火星半径的倍，地球质量约为火星质量的倍，则地球表面和火星表面的重力加速度之比为：故A、B错误．
C、根据万有引力等于向心力，有，得则得地球和火星的第一宇宙速度之比为：，故C错误，D正确．
故选：
根据万有引力等于重力，得到求解重力加速度之比；根据求解第一宇宙速度之比．
本题关键是记住星球表面的重力加速度和第一宇宙速度的表达式，然后代入数据求解即可．
 

9.【答案】 

【解析】解：、汽车通过凹形桥的最低点加速度向上，处于超重状态，速度大小可以超过，故A错误；
B、“水流星”匀速转动过程中，加速度大小保持不变，方向始终指向圆心，则在最低处加速度方向竖直向上，不需要分解到其他方向上，所以此处水对桶底的压力最大，故B正确；
C、丙图中，当火车转弯超过规定速率行驶时，重力和支持力的合力不足以提供向心力，外轨会受到挤压，故C错误；
D、丁图中，小球在两个不同的位置都受到重力和支持力，且重力和支持力的大小方向都相同，两个力的合力提供向心力，则小球在两个位置的加速度相等，故D正确；
故选：。
根据题意分析出汽车的加速度方向，由此分析出其速度的可能情况；
根据加速度的方向，结合超失重的知识点分析出水对桶底压力最大的位置；
根据火车转弯的特点得出速度超过规定值时火车会挤压外轨；
根据对小球的受力分析，结合几何关系得出两个位置的加速度关系。
本题主要考查了圆周运动的相关应用，熟悉物体的受力分析，理解其向心力来源，结合牛顿第二定律即可完成解答。
 

10.【答案】 

【解析】解：人造地球卫星绕地球做圆周运动的向心力由万有引力提供有：

A、知，，故A错误；
B、知：，故B正确；
C、知，，故C正确；
D、知，，故D错误。
故选：。
人造地球卫星绕地球做圆周运动，万有引力提供圆周运动的向心力由此判定周期等描述圆周运动的物理量与半径的关系即可．
本题抓住万有引力提供圆周运动向心力，熟悉公式并能灵活运用是关键．
 

11.【答案】 

【解析】解：飞船在轨道Ⅰ上经过点时需点火加速做离心运动，才能进入轨道Ⅱ，则飞船在轨道Ⅰ上经过点时的速度小于飞船在轨道Ⅱ上经过点时的速度，故A正确；
B.由开普勒第二定律可知，飞船在轨道Ⅱ上运动时，离火星越近速度越大，经过点时的速度大于经过点时的速度，故B正确；
C.根据万有引力提供向心力有

解得
可知，飞船运动到同一点的加速度相等，故C正确；
D.根据万有引力提供向心力有

解得
由于火星的质量与地球质量不相等，则飞船绕火星在轨道Ⅰ上运动的周期跟飞船返回地球的过程中绕地球以与轨道Ⅰ同样的轨道半径运动的周期不同，故D错误。
故选：。
飞船由低轨到高轨要点火加速，同一点低轨的速度小于高轨的速度，经过点的万有引力一样则加速度一样。由
，判断周期的大小。
本题要知道飞船在轨道Ⅰ上运动到点时与飞船在轨道Ⅱ上运动到点时受到的万有引力大小相等，根据牛顿第二定律可知加速度必定相等，与轨道和其它量无关。
 

12.【答案】 

【解析】解：由万有引力提供空间站绕地球做匀速圆周运动的向心力，可得

在地球表面，万有引力等于重力。


解得，故A正确；
B.由万有引力提供向心力，可得

解得，故B正确；
C.由万有引力提供向心力，可得

解得，故C错误；
D.空间站中的航天员在睡眠区睡眠时，他们随空间站绕地心做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，处于完全失重状态，他们相对于地心处于不平衡状态，D错误。
故选：。
万有引力提供空间站绕地球运动的向心力，结合，分别求空间站的周期、线速度和角速度。空间站绕地球做圆周运动，加速度不为零，空间站不是平衡状态。
本题考查了空间站绕地球运动的参量求解问题，难度不大。
 

13.【答案】  小于 

【解析】解：物体转动的线速度
由
解得：
图中抛物线说明：向心力和成正比；若保持角速度和半径都不变，则质点做圆周运动的向心加速度不变，由牛顿第二定律：可知，质量大的物体需要的向心力大，所以曲线对应的砝码质量小于曲线对应的砝码质量．然后再结合图象中的数据判断是否满足：在半径相同的情况下，．
故答案为：；小于
根据挡光片的挡光宽度及挡光片经过光电门时的遮光时间可以算出挡光片的线速度，再根据即可求解；
根据牛顿第二定律和图中抛物线说明在半径相同的情况下，．
该题主要考查了圆周运动的基本公式以及了解控制变量法的应用，即要研究一个量与另外一个量的关系，需要控制其它量不变，难度适中．
 

14.【答案】；； 

【解析】解：小球在水平方向做匀速直线运动，由图可知，则水平分速度，代入数据得，
竖直方向做自由落体运动，可运用匀变速直线运动规律求解，匀变速直线运动中间时刻速度等于全过程平均速度，
若在点时竖直分速度记为，则有，其中，解得：。
小球在竖直方向做匀加速直线运动，由可知，重力加速度为：
。
故答案为：；；
小球做平抛运动，在分析处理数据时应将运动分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的匀变速直线运动进行处理，结合题干给出的时间以及图中竖直位移的数据进行求解。
本题主要考查研究平抛运动的实验，要求学生能运用平抛运动规律，对实验数据进行分析处理。
 

15.【答案】解：设地面附近围绕地球做匀速圆周运动的物体质量为，根据万有引力及向心力关系有：
解得地球质量为：
地球体积为：
则地球密度为：
联立解得：
地面表面贴近地球做匀速圆周运动的卫星的线速度即为第一宇宙速度，根据向心力公式有：
解得地球的第一宇宙速度：
地球同步卫星的运行周期与地球自转周期相同，设其运行半径为，根据万有引力提供向心力，则有：

那么地球同步卫星的运行高度为：
联立解得：
答：地球的密度为；
地球的第一宇宙速度为；
这颗地球同步卫星距离地面的高度为。 

【解析】根据万有引力及向心力关系解得地球质量，根据密度的计算公式求解密度；
根据向心力公式求解地球的第一宇宙速度；
根据万有引力提供向心力结合向心力公式求解地球同步卫星的运行高度。
本题主要是考查了万有引力定律及其应用；解答此类题目一般要把握两条线：一是在星球表面，忽略星球自转的情况下，万有引力等于重力；二是根据万有引力提供向心力列方程进行解答。
 

16.【答案】解：根据几何关系可得：

小球落在斜面上时竖直方向的速度为：

球从抛出到落在斜面上经历的时间
答：小球落在斜面上时速度的大小为；
小球从抛出到落在斜面上经历的时间为。 

【解析】根据几何关系得出小球落在斜面上的速度；
根据竖直方向上的运动特点，结合运动学公式得出运动的时间。
本题主要考查了平抛运动的相关应用，理解平抛运动在不同方向上的运动特点，结合运动学公式和几何关系即可完成分析。
 

17.【答案】解：设钢球从点射出时的速度为，根据平抛运动规律有：


其中，
代入数值解得：
小球在点时，根据牛顿第二定律可得：

代入数值解得
根据牛顿第三定律可得小球在点时对轨道的压力为
方向竖直向上。
答：小球在点时速度的大小为；
小球在点时对轨道的压力为，方向竖直向上。 

【解析】根据平抛运动不同方向上的运动特点，结合运学公式得出点速度的大小；
根据牛顿第二定律和牛顿第三定律得出小球在点时对轨道的压力。
本题主要考查了圆周运动的相关应用，理解平抛运动不同方向上的运动特点，结合牛顿第二定律即可完成分析。
 

18.【答案】解：当细线刚好被拉直，则的拉力为零，靠的拉力和重力的合力提供向心力，
根据牛顿第二定律有：，
解得．
若装置匀速转动的角速度，
竖直方向上有：，
水平方向上有：，
代入数据解得，． 

【解析】当细线刚好被拉直，则的拉力为零，靠的拉力和重力的合力提供向心力，结合牛顿第二定律求出此时的角速度．
抓住小球竖直方向上的合力为零，水平方向上的合力提供向心力，结合牛顿第二定律求出细线和的张力．
解决本题的关键知道小球向心力的来源，抓住临界状态，结合牛顿第二定律进行求解．