2022-2023学年天津三中高一（下）期中物理试卷（含解析）

2022-2023学年天津三中高一（下）期中物理试卷

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

1.  如图所示，某台计算机的硬盘约有近万个磁道磁道为不同半径的同心圆，每个磁道分为个扇区每个扇区为圆周。电动机使磁盘以转速匀速转动。磁头在读、写数据时是不动的，磁盘每转一周，磁头沿半径方向跳动一个磁道，若不计磁头大小及磁头转移磁道所需的时间，则磁盘转动时(    )

A. 点的线速度小于点的线速度
B. 点的向心加速度小于点的向心加速度
C. 硬盘转动一圈的时间为
D. 一个扇区通过磁头所用的时间为

2.  年初，我国宣布北斗导航系统正式商业运行。北斗导航系统又被称为“双星定位系统”，具有导航、定位等功能。“北斗”系统中两颗工作卫星均绕地心做匀速圆周运动，轨道半径均为，某时刻两颗工作卫星分别位于轨道上的、两位置如图所示。若卫星均顺时针运行，地球表面处的重力加速度为，地球半径为，不计卫星间的相互作用力，则(    )

A. 卫星由位置运动至位置所需的时间为
B. 这两颗卫星的加速度大小相等，大小均为
C. 卫星向后喷气就一定能追上卫星
D. 卫星中的仪器因不受重力而处于完全失重状态

3.  某生态公园的人造瀑布景观如图所示，水流从高处水平流出槽道，恰好落入步道边的游泳池中。现制作一个为实际尺寸的模型展示效果，模型中槽道里的水流速度应为实际的(    )

A.
B.
C.
D.

4.  据报道一颗来自太阳系外的彗星于年月日擦火星而过。如图所示，假设火星绕太阳做匀速圆周运动，轨道半径为，周期为。该彗星在穿过太阳系时由于受到太阳的引力，轨道发生弯曲，彗星与火星在圆轨道点“擦肩而过”。已知万有引力常量，则(    )

A. 可计算出火星的质量
B. 可计算出彗星经过点时受到的引力
C. 可计算出彗星经过点的速度大小
D. 可确定彗星在点的速度大于火星绕太阳的速度
 

5.  如图所示，是一段半径为的圆弧曲面，在光滑水平面上一小球以某一速度运动到点，最后落到水平地面上的点，已知小球没有跟圆弧曲面的任何其他点接触，则的最小距离为(    )

A.  B.  C.  D.

6.  年月日时分，长征七号运载火箭成功发射，月日时分许，围绕地球飞行了圈的多用途飞船缩比返回舱开始返回。假设飞船围绕地球做匀速圆周运动，若已知地面重力加速度和地球半径及引力常量，可以求出的物理量为(    )

A. 多用途飞船围绕地球做匀速圆周运动的向心力
B. 多用途飞船围绕地球做匀速圆周运动的轨道半径
C. 地球质量
D. 多用途飞船围绕地球做匀速圆周运动的线速度

7.  如图所示，质量分别是和的两个球、穿在水平光滑杆上，不计一切摩擦，两球之间用一条轻绳连接，当整个装置绕中心轴以角速度匀速旋转时，两球离转轴的距离保持不变，两球的轴的距离用、表示，则此时(    )

A. 两球均受到重力、支持力、绳的拉力和向心力四个力的作用
B. 球受到的向心力大小等于球受到的向心力大小
C. 一定等于
D. 当增大时，球将向外运动

8.  世界上首家私人太空旅馆运营商西班牙“银河套房”公司宣布，拟在未来建立全球第一家太空旅馆“太空度假村”。游客入住期间，每天能欣赏到次日出，并将以每小时万公里的速度旅行，每分钟环绕地球一周。下列说法正确的是(    )

A. “太空度假村”运行的速度大于同步卫星运行的速度
B. “太空度假村”到地球的距离大于同步卫星到地球的距离
C. “太空度假村”运行的速度小于赤道上随地球自转的物体的速度
D. “太空度假村”的向心加速度大于赤道上随地球自转的物体的向心加速度

9.  如图所示，半径为的光滑半圆轨道竖直放置，一小球以某一速度进入半圆轨道，通过最高点时，对轨道的压力为其重力的一半，不计空气阻力，则小球落地点到点的水平距离为______

10.  如图所示为“探究小球做匀速圆周运动时的向心加速度与转速、半径的关系”的实验装置。有机玻璃支架上固定一直流电动机，电动机转轴上固定一半径为的塑料圆盘，圆盘中心正下方用细线连接一重锤，圆盘边缘连接一轻质细绳，细绳另一端连接一个小球实验操作如下：
按如图所示组装好实验器材；
闭合电源开关，让小球做如图所示的匀速圆周运动，若不计一切阻力，当小球运动稳定时，调节水平激光笔的高度和竖直激光笔的位置，让激光恰好照射到小球的球心如图中点所示，用刻度尺测量小球做匀速圆周运动的半径和球心到塑料圆盘的竖直高度；
当小球某时刻经过图中点时开始计时，并记录为第次，当小球第次经过点时，所经历的时间为；
切断电源，整理器材。
请回答下列问题：
小球做匀速圆周运动的向心力由______ 提供；
A.重力
B.绳的拉力
C.绳的拉力的水平分力
D.重力与绳的拉力的合力
若电动机的转速增大，激光笔应______ 选填“左移”或“右移”；
小球做匀速圆周运动的向心加速度大小为______ 用、、和表示。

11.  某探究小组为探究向心力与线速度、角速度、圆周半径等大小关系，利用两个相同材质可绕竖直轴转动的水平转盘和两个相同的长方体小橡皮擦进行实验。如图所示，转盘半径分别为和，点在大转盘的边缘处、点在大转盘上离转轴距离为处，点在小转盘的边缘处，橡皮擦与转盘间的最大静摩擦力是其所受重力的倍，大转盘通过皮带带动小转盘无打滑地转动。现将一橡皮擦放置在处。
为探究线速度大小相等时向心力大小与圆周半径大小的关系，应将另一橡皮擦放在______ 填“”或“”处，当缓慢增大转速，可看到放置在______ 处的橡皮擦先开始滑动。
为探究角速度相等时向心力大小与圆周半径大小的关系，应将另一橡皮擦放在______ 填“”“”处，缓慢增大转速，可看到放置在______ 处的橡皮擦先开始滑动。

12.  如图，置于圆形水平转台边缘的小物块随转台加速转动，当转速达到某一数值时，物块恰好滑离转台开始做平抛运动。现测得转台半径，离水平地面的高度，物块平抛落地过程水平位移的大小。设物块所受的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取重力加速度，求：
物块做平抛运动的初速度大小；
物块恰好要滑动时的向心加速度；
物块与转台间的动摩擦因数。

13.  宇航员到了某星球后做了如下实验：如图所示，在光滑的圆锥顶用长为的细线悬挂一质量为的小球，圆锥顶角当圆锥和球一起以周期匀速转动时，球恰好对锥面无压力已知星球的半径为，万有引力常量为求：
线的拉力；
该星球表面的重力加速度；
若在该星球表面上水平抛出一个物体，使该物体不再落回该星球表面，则物体需要的最小初速度；

14.  有一根长的刚性轻绳，其一端固定于点，另一端系着质量的小球可视为质点，将小球提至点正上方的点处，此时绳刚好伸直且无张力，如图所示，不计空气阻力，取，则：
为保证小球能在竖直面内做完整的圆周运动，在点至少应施加给小球多大的水平速度？
在小球以速度水平抛出的瞬间，绳中的张力为多少？
在小球以速度水平抛出的瞬间，绳中若有张力，求其大小；若无张力，试求绳子再次伸直时所经历的时间。

答案和解析

1.【答案】 

【解析】解：、点、点为同轴传动，角速度相等，由于的转动半径大于的转动半径，根据，点的线速度大于点的线速度，故A错误；
B、点、点角速度相等，由于的转动半径大于的转动半径，根据，点的向心加速度大于点的向心加速度，故B错误；
C、硬盘转速为，故转一圈的时间为：，故C错误；
D、每个扇区为圆周，转一圈的时间为，故一个扇区通过磁头所用的时间为，故D正确；
故选：。
点与点是同轴传动，角速度相等，根据比较线速度大小，根据比较向心加速度大小，由转速得到周期。
本题关键是理清题意，然后结合圆周运动的基本公式列式求解，难度不大，属于基础题。
 

2.【答案】 

【解析】解：、在地球表面重力与万有引力大小相等有可得，又卫星在轨道上运动，万有引力提供圆周运动的加速度，故有，可得卫星的加速度，故B错误；
A、万有引力提供圆周运动向心力有：可得卫星运行周期为：，所以卫星从位置到位置所需时间，故A正确；
C、卫星向后喷气，卫星做加速运动，在轨道上做圆周运动所需向心力增加，而提供向心力的万有引力没有发生变化，故卫星将做离心运动，卫星轨道变大，故卫星不能追上同轨道运行的卫星，故C错误；
D、卫星中的仪器处于完全失重状态，但仍然要受到重力的作用，故D错误。
故选：。
根据万有引力提供圆周运动向心力和地球表面重力与万有引力相等求解出卫星轨道处的加速度及卫星运动的周期；根据卫星变轨条件判卫星向后喷气就一定能否追上卫星；根据超失重定义判断卫星的状态。
万有引力引用主要入手点：一是万有引力提供圆周运动向心力，二是在星球表面重力与万有引力相等。注意向心力公式的不同表达式是正确解题的关键。
 

3.【答案】 

【解析】解：水流做平抛运动，
水平方向：
竖直方向：
联立解得：，
模型的，都变为原来的，故，故B正确，ACD错误。
故选：。
根据平抛运动规律，水平方向做匀速直线匀速，竖直方向做自由落体运动，求解水流的实际速度；根据模型缩小的比例，求解模型中槽道里的水流的速度与实际流速的比例关系。
本题考查平抛运动规律，需要将人造瀑布抽象成平抛运动模型。
 

4.【答案】 

【解析】解：、火星绕太阳在圆轨道上运动，根据万有引力提供向心力，列出等式
，所以只能求出太阳的质量，无法求出火星的质量，故A错误；
B、由于不知道彗星的质量，所以无法求解彗星经过点时受到的引力，故B错误；
、彗星经过点做离心运动，万有引力小于向心力，不能根据求解彗星经过点的速度大小，
该彗星在穿过太阳系时由于受到太阳的引力，轨道发生弯曲，彗星与火星在圆轨道的点“擦肩而过”，所以可确定彗星在点的速度大于火星绕太阳的速度，故C错误，D正确；
故选：。
火星绕太阳在圆轨道上运动，根据万有引力提供向心力，列出等式求解．
根据变轨的知识分析出彗星和火星在点的速度大小关系。
本题考查了万有引力在天体中的应用，解题的关键在于：据万有引力提供向心力，列出等式只能求出中心体的质量．这是该题的解答过程中容易出现错误的地方．
 

5.【答案】 

【解析】解：在点，小球开始离开圆弧曲面，只受重力，则有：
 
得：。
小球做平抛运动，由得：
则平抛运动的最小水平位移为：。
所以的最小距离为：故C正确，、、D错误。
故选：。
小球没有跟圆弧曲面的任何点接触时做平抛运动，根据高度求出运动的时间．由于没跟曲面接触，知在点对接触面的压力为零，根据重力提供向心力求出平抛运动的初速度，从而得出平抛运动水平位移，即可得出的最小距离．
本题综合运用了平抛运动和圆周运动的知识，关键掌握平抛运动的规律和圆周运动在最高点由径向的合力提供向心力．
 

6.【答案】 

【解析】解：、多用途飞船围绕地球做圆周运动的向心力为：

由于不知道飞船的质量，所以无法计算出其围绕地球做圆周运动的向心力，故A错误；
B、根据，
联立解得：，故B正确；
C、根据万有引力提供重力可得：

解得：，故C正确；
D、根据线速度的表达式可知，在知道周期和圆周运动半径的情况下能计算出飞船的线速度，故D正确；
故选：。
根据向心力的计算公式得出向心力的大小；
根据万有引力与重力和向心力的关系列式得出对应的半径、线速度和质量的表达式，结合题意完成分析。
本题主要考查了万有引力定律的相关应用，理解飞船做圆周运动的向心力来源，结合牛顿第二定律即可完成分析。
 

7.【答案】 

【解析】解：、两球均受到重力、支持力和绳子的拉力作用，向心力是三个力的合力，不是实际受到的力。故A错误。
B、两球的重力均与支持力平衡，由绳的拉力提供向心力，则球受到的向心力等于球受到的向心力。故B正确。
C、根据向心力公式，两球的角速度相同，向心力大小相等，则半径之比：：：，则故C正确。
D、根据向心力大小相等得到，，由于角速度相同，此方程与角速度无关，又不变，所以当增大时，两球半径不变，球不会向外运动。故D错误。
故选：。
当整个装置匀速旋转时，两个小球都做匀速圆周运动，两球受到重力、支持力和轻绳的拉力三个力作用，重力与支持力平衡，由绳的拉力提供向心力。根据向心力公式分析半径关系。
本题是连接体问题，分析向心力的来源是关键。对于两个及以上物体的圆周运动问题，还要抓住物体之间的关系。
 

8.【答案】 

【解析】解：、根据万有引力提供向心力可得；

因为“太空度假村”的运行周期比同步卫星的小，可知“太空度假村”运行的速度大，运行的轨道半径小，即到地球的距离小于同步卫星到地球的距离，故A正确，B错误；
C、根据线速度的计算公式可知赤道上随地球做自转的物体的速度小于同步卫星的速度，故“太空度假村”运行的速度大于赤道上随地球自转的物体的速度，故C错误；
D、根据万有引力提供向心力可得：

可知“太空度假村”的向心加速度大于同步卫星运行的向心加速度，根据可得赤道上随地球自转的物体的向心加速度小于同步卫星的向心加速度，故“太空度假村”的向心加速度大于赤道上随地球自转的向心加速度，故D正确；
故选：。
根据万有引力提供向心力得出线速度、周期等的表达式，结合半径的大小关系完成分析。
本题主要考查了万有引力定律的相关应用，理解物体做圆周运动的向心力来源，结合牛顿第二定律即可完成分析。
 

9.【答案】 

【解析】解：小球经过最高点时，由牛顿第三定律得，轨道对小球的弹力
对小球受力分析，由牛顿第二定律得：
解得，小球经过点的速度
小球从点离开后做平抛运动，竖直方向：
水平方向：
联立解得：
故答案为：。
小球经过最高点时，对小球受力分析，根据牛顿第二定律求解小球经过点的速度；小球从点离开后做平抛运动，水平方向为匀速直线运动，竖直方向为自由落体运动，结合运动学公式求解即可。
本题考查竖直面内的圆周运动和平抛运动，解题关键是小球经过点时，对小球做好受力分析，结合牛顿第二定律和平抛运动规律分析求解即可。
 

10.【答案】  左移  

【解析】解：小球在水平面在匀速圆周运动，小球受到的合力提供向心力；由图可知小球受到重力和绳子拉力，绳子拉力的竖直分力与重力平衡，故小球做匀速圆周运动的向心力由重力与绳的拉力的合力提供，或由绳的拉力的水平分力提供，故AB错误，CD正确。
故选：。
设绳子与竖直方向的夹角为，以小球为对象，根据牛顿第二定律可得
若电动机的转速增大，小球做匀速圆周运动的角速度增大，则绳子与竖直方向的夹角增大，故激光笔应左移。
由题意可知小球做匀速圆周运动的周期为
则角速度为
小球做匀速圆周运动的向心加速度大小为
故答案为：；左移；。
根据受力分析判断；
根据牛顿第二定律分析判断；
推导周期和角速度、及向心加速度。
本题考查探究小球做匀速圆周运动时的向心加速度与转速、半径的关系实验，要求掌握实验原理、实验装置、实验步骤和数据处理。
 

11.【答案】       

【解析】解：为探究线速度大小相等时向心力大小与圆周半径大小的关系，则需要保持线速度相等，由图可知，与属于皮带传送，所以与的线速度相等，应将另一橡皮擦放在处；
当需要的向心力大于提供的向心力时，物块开始滑动，则对应的临界条件为：，可知当缓慢增大转速，可看到放置在半径较小的处的橡皮擦先开始滑动；
为探究角速度相等时向心力大小与圆周半径大小的关系，则需要保持角速度相等，而与属于同轴转动，角速度是相等的，所以应将另一橡皮擦放在处；，可知缓慢增大转速，可看到放置在半径比较大的处的橡皮擦先开始滑动．
故答案为：，；，。
要探究小球线速度一定时，受到的向心力大小与角速度的关系，需控制小球的质量、线速度不变，让转动的半径变化；
要探究小球角速度一定时，受到的向心力大小与角速度的关系，需控制小球的质量、角速度不变，让转动的半径变化。
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．
 

12.【答案】解：物块做平抛运动，在竖直方向上有
在水平方向上有
由以上两式解得
物块恰好要滑动时的向心加速度
物块离开转台时，最大静摩擦力提供向心力，有
又摩擦力为
联立以上两式解得
代入数据解得
答：物块做平抛运动的初速度大小为；
物块恰好要滑动时的向心加速度为；
物块与转台间的动摩擦因数为。 

【解析】根据平抛运动规律将物体的运动分解为水平方向和竖直方向，求出初速度即可；
根据线速度与向心加速度的关系求出物块恰好要滑动时的向心加速度；
最后根据物块离开转台时，最大静摩擦力提供向心力，结合滑动摩擦力的计算公式求出动摩擦因数。
本题考查了平抛运动与圆周运动的结合，难度不大，解决本题的关键是理解物块将要发生滑动时的线速度即为平抛运动的初速度。
 

13.【答案】解：对该小球进行受力分析，小球受到自身重力与细绳拉力，二者合力指向水平方向的圆心，画出受力分析示意图如下

由图可知，拉力，根据圆周运动的规律可知，其中，将其代入求得拉力为：；
根据受力分析示意图可知，重力，所以；
由题意可知，该速度为此星球的第一宇宙速度，根据第一宇宙速度的公式，，将中的二结果代入可得：。
答：拉力为：；
此星球的重力加速度为：；
若在该星球表面上水平抛出一个物体，使该物体不再落回该星球表面，则物体需要的最小初速度为：。 

【解析】对小球进行受力分析得到其拉力大小，再求出重力得到重力加速度大小，若在该星球表面上水平抛出一个物体，使该物体不再落回该星球表面，则该速度为第一宇宙速度。
此题需要注意题目中描述的速度即为第一宇宙速度。
 

14.【答案】解：小球在竖直面内能够做完整的圆周运动的临界条件为在最高点时，由重力提供做圆周运动所需要的向心力得：

解得：
因为，故绳中有张力，
由牛顿第二定律得：

代入数据解得绳中的张力为：
因为，故绳中无张力，小球将做平抛运动，其运动轨迹如图中实线所示：

由几何关系得：
水平方向上，有：
竖直方向上，由自由落体运动规律得：
代入数据联立解得： 
答：为保证小球能在竖直面内做完整的圆周运动，在点至少应施加给小球的水平速度；
在小球以速度水平抛出的瞬间，绳中的张力为；
在小球以速度水平抛出的瞬间无张力，绳子再次伸直时所经历的时间为。 

【解析】小球在竖直面内能够做完整的圆周运动，在最高点时至少应该是重力作为所需要的向心力，由重力作为向心力可以求得最小的速度；
根据第一问的判断可以知道，故绳中有张力，由向心力的公式可以求得绳的拉力的大小；
由于，故绳中没有张力，小球将做平抛运动，根据平抛运动的规律可以求得运动的时间。
本题考查的是竖直面内圆周运动临界条件，同时涉及平抛运动，此题的难点在于给定物体的速度与临界速度相对比，可以判断物体能否做圆周运动，进而再根据不同的运动的规律来分析解决问题，本题能够很好地考查学生的分析解决问题的能力。