2022-2023学年河北省秦皇岛市青龙满族自治县二校高一（下）期末联考物理试卷（含解析）

这是一份2022-2023学年河北省秦皇岛市青龙满族自治县二校高一（下）期末联考物理试卷（含解析），共16页。试卷主要包含了单选题，多选题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。

1. 探究向心力的大小Fn与小球质量m、角速度ω和标尺半径r之间关系的实验装置如图所示，已知挡板A、B、C到转轴距离之比为1:2:1。某次实验选用质量相同的小球分别放在变速塔轮的长槽挡板A处和短槽挡板C处，当塔轮匀变速转动时左右两标尺露出的格子数之比为1:4。则传动手柄皮带所用的左右两侧塔轮圆盘半径之比为( )
A. 2:1B. 1:2C. 4:1D. 1:4
2. 2021年12月9日，中国空间站“天宫课堂”第一课正式开讲，这是时隔8年之后，中国航天员再次进行太空授课。空间站转一圈的时间约90分钟，保证太空授课信号通畅的功臣是中继卫星，中继卫星在地球同步静止轨道运行，空间站、中继卫星绕地球的运动均可视为匀速圆周运动，下列说法正确的是( )
A. 空间站的角速度小于中继卫星的角速度B. 空间站的加速度大于中继卫星的加速度
C. 空间站的线速度小于中继卫星的线速度D. 中继卫星的线速度等于第一宇宙速度
3. 关于两个运动的合成，下列说法中正确的是( )
A. 两个直线运动的合运动一定是直线运动
B. 两个匀速直线运动的合运动一定是直线运动
C. 两个匀加速直线运动的合运动一定是直线运动
D. 两个初速度为零的匀加速直线运动的合运动一定是直线运动
4. 在星球P和星球Q的表面，以相同的初速度v0竖直上抛一小球，小球在空中运动时的v−t图像分别如图所示。假设两星球均为质量均匀分布的球体，星球P的半径是星球Q半径的3倍，下列说法正确的是( )
A. 星球P和星球Q的质量之比为3:1
B. 星球P和星球Q的密度之比为1:1
C. 星球P和星球Q的第一宇宙速度之比为1:1
D. 星球P和星球Q的近地卫星周期之比为1:3
5. 如图所示，a点在b点的正上方，现从a、b两点分别以速度v1、v2水平抛出两个相同的小球，可视为质点，它们在水平地面上方的P点相遇．假设在相遇过程中两球的运动没有受到影响，不计空气阻力，则下列说法正确的是( )
A. 两个小球从a、b两点同时抛出
B. 两小球抛出的初速度v1>v2
C. 从a点抛出的小球着地时水平射程较大
D. 从a点抛出的小球着地时重力的瞬时功率较大
6. 已知地球的半径为R，万有引力常量为G，某人造地球卫星在离地球表面h高处的轨道上做周期为T的匀速圆周运动，则下列说法错误的是( )
A. 该卫星的环绕速度小于第一宇宙速度
B. 该卫星运行的角速度大小为2πT
C. 地球的质量为4π2(R+h)3GT2
D. 地球表面的重力加速度大小4π2(R+h)3GT2R3
7. 一个小物体从斜面底端冲上足够长的斜面，然后又滑回斜面底端，已知小物体的初动能为E，返回斜面底端时的速度为v，克服摩擦力做功为E2；若小物体冲上斜面的初动能为2E，则下列选项中正确的一组是( )
①物体返回斜面底端时的动能为E ②物体返回斜面底端时的动能为3E2
③物体返回斜面底端时的速度大小为2v ④物体返回斜面底端时的速度大小为 2v
A. ①③B. ②④C. ①④D. ②
二、多选题（本大题共3小题，共18.0分）
8. 有科学家认为，木星并非围绕太阳运转，而是围绕着木星和太阳之间的某个公转点进行公转，因此可以认为木星并非太阳的行星，它们更像是太阳系中的“双星系统”。假设太阳的质量为m1，木星的质量为m2，它们中心之间的距离为L，引力常量为G，则下列说法正确的是( )
A. 太阳的轨道半径为R=m1m1+m2L
B. 木星的轨道半径为r=m2m1L
C. 这个“双星系统”运行的周期为T=2πL LG(m1+m2)
D. 若认为木星绕太阳中心做圆周运动，则木星的运行周期为T=2πL LGm1
9. 如图所示，一个质量为m的物体以某一速度从A点冲上倾角为30∘的斜面，其运动的加速度为5g8，这物体在斜面上上升的最大高度为h，则物体在斜面上运动的整个过程中( )
A. 上升过程物体动能减少了54mgh
B. 上升过程重力势能增加了58mgh
C. 物体在斜面上运动的整个过程机械能损失了12mgh
D. 物体沿斜面上升过程克服重力做功的平均功率小于下降过程重力做功的平均功率
10. 如图所示，长为L的长木板水平放置，在木板的A端放置一个质量为m的小物体．现缓慢抬高A端，使木板以左端为轴转动．当木板转到跟水平面的夹角为α时，小物体开始滑动，此时停止转动木板，小物体滑到底端的速度为v，则在整个过程中( )
A. 木板对物体做功为12mv2B. 摩擦力对小物体做功为mgLsinα
C. 支持力对小物体做功为零D. 克服摩擦力做功为mgLsinα−12mv2
三、实验题（本大题共2小题，共20.0分）
11. 在验证机械能守恒定律的实验中，质量为0.20kg的重物拖着纸带自由下落，在纸带上打出一系列的点，如图所示．已知相邻计数点间的时间间隔为0.02秒，当地的重力加速度为9.80m/s2，回答以下问题．
(1)纸带的______(选填“左”或“右”)端与重物相连；
(2)打点计时器应接______(选填“直流”或“交流”)电源，实验时应先______(填“释放纸带”或“接通电源”)；
(3)从起点P到打下计数点B的过程中物体的重力势能减少量△Ep=______J，此过程中物体动能的增加量△Ek=______J；(结果保留3位有效数字)
12. 在“探究平抛运动的特点”实验中，采用如图甲所示的实验装置。
(1)关于实验装置和操作，下列说法正确的是______ 。
A.安装斜槽时应使其末端切线水平
B.小球与斜槽之间有摩擦会增大实验误差
C.小球必须每次从斜槽上同一位置由静止开始释放
D.小球在斜槽上释放的位置尽可能靠近斜槽末端

(2)如果小球每次从斜槽上不同位置静止释放，离开斜槽末端后落到同一水平卡槽上，那么小球每次在空中运动的时间______ (选填“相同”或“不同”)。
(3)小张同学为研究平抛运动，采用如图乙所示的方式来确定平抛运动轨迹(即横档条卡住平抛小球，用铅笔标注小球最高点)，那么坐标原点应选小球在斜槽末端点时的______ 。
A.球的顶端
B.球心
C.球的底端
(4)如图丙所示，A、B、C是小球平抛轨迹在方格纸上的三个位置。已知方格纸每一小格长L=5cm，g取10m/s2，则小球平抛的初速度v0= ______ m/s。
(5)小方同学用数码相机拍摄小球做平抛运动的录像(每秒25帧)，他目测斜槽末端到挡板的竖直高度大约为0.2m，小方同学采用逐帧分析的方法进行研究，那么他大约可以得到______ 帧小球正在空中运动的照片。
四、计算题（本大题共3小题，共34.0分）
13. 一宇航员在某未知星球的表面上做平抛运动实验。在离地面h高处让小球以v0的初速度水平抛出，测得小球落地点与抛出点的水平距离为x，已知该星球的半径为R，万有引力常量为G，不计星球的自转，求：
(1)未知星球的第一宇宙速度；
(2)未知星球的密度。
14. 标准排球场总长为18m，宽为9m，设球网高度为2m，运动员站离网3m接近边线的A处(图中未画出)面对球网竖直跳起将球水平击出，空气阻力不计，如图所示。(g=10m/s2)
(1)若击球点的高度为2.5m，为使球不触网的最小速度为多少？使球不出界的最大速度为多少？
(2)当击球点的高度为何值时，无论水平击球的初速度多大，球不是触网就是越界？
15. 跳台滑雪是冬奥会的比赛项目之一，如图为一简化后的跳台滑雪的雪道示意图。助滑坡由AB和BC组成，AB是倾角为37°的斜坡，BC是半径为R=10m的圆弧面，圆弧面和斜面相切于B，与水平面相切于C，AB竖直高度差h1=35m，竖直跳台CD高度差为h2=5m，跳台底端与倾角为37°的斜坡DE相连。运动员连同滑雪装备总质量为80kg，从A点由静止滑下，通过C点水平飞出，飞行一段时间落到着陆坡上，测得着陆坡上落点E到D点距离L=125m(不计空气阻力，重力加速度g=10m/s2，sin37°=0.6，cs37°=0.8)。求：
(1)运动员到达C点的速度大小；
(2)运动员由A滑到C克服雪坡阻力做了多少功？
答案和解析
1.【答案】A
【解析】
【分析】
本题主要考查探究向心力的大小Fn与小球质量m、角速度ω和半径r之间关系的实验，明确实验原理是解决问题的关键。根据向心力公式和圆周运动线速度与角速度的关系式，结合皮带传动轮子边缘各点的线速度大小相等，同轴转动各点的角速度相等，由此分析即可得出左右两侧塔轮圆盘半径之比。
【解答】
设轨迹半径为r，塔轮半径为R，根据向心力公式F=mω2r，根据v=ωR，解得：R=v mrF，皮带传动轮子边缘各点的线速度大小相等，所以左、右两侧塔轮圆盘的半径之比为R左R右= rArC·F右F左= 1×41×1=2: 1，故A正确，BCD错误。
2.【答案】B
【解析】解：A、中继卫星在地球同步静止轨道运行，周期为24小时，空间站转一圈约90分钟，由公式ω=2πT，知空间站角速度大于中继卫星角速度，故A错误；
B、由开普勒第三定律r3T2=k，知中继卫星轨道半径大于空间站轨道半径，由GMmr2=ma得：a=GMr2，所以空间站的加速度大于中继卫星的加速度，故B正确；
CD、由万有引力定律提供向心力GMmr2=mv2r得：v= GMr，可知空间站的线速度大于中继卫星的线速度，中继卫星的线速度小于第一宇宙速度，故CD错误。
故选：B。
根据万有引力提供圆周运动向心力由轨道半径关系分析向心加速度、线速度、角速度的关系．
熟练掌握万有引力提供圆周运动向心力并熟知第一宇宙速度和同步卫星的相关问题是解决本题的关键．
3.【答案】D
【解析】A.两个直线运动的合运动不一定是直线运动，如平抛运动，故A错误；
B.两个匀速直线运动的合运动，因为合加速度为零，合速度可能为0，可能不为零，故两个匀速直线运动的合运动可能静止，可能做匀速直线运动，故B错误；
C.两个匀加速直线运动的合初速度方向与合加速度方向如果不在同一条直线上，合运动为曲线运动，故C错误；
D.两个初速度为零的匀加速直线运动，因为合初速度为零，合加速度不为零，则合运动是初速度为零的匀加速直线运动，故D正确。
故选D。
4.【答案】B
【解析】根据v−t图像的斜率表示加速度，可是两星球表面重力加速度之比为 gP:gQ=3:1
A.根据GMmR2=mg
可得M=gR2G
得到MP:MQ=27:1
故A错误；
B.由3
联立可得ρ=3g4πGR
得到ρP:ρQ=1:1
故B正确；
C.由GMmR2=mv2R
联立上面式子得到v= gR
得出星球P和星球Q的第一宇宙速度之比为vP:vQ=3:1
故C错误；
D.由GMmR2=m4π2RT2
可得T=2π Rg
得出TP:TQ=1:1
故D错误。
故选B。
5.【答案】D
【解析】A. 因为两个小球在P点相遇，可知a球下降的高度大于b球下降的高度，可知a球的运动时间较长，所以a球先抛出．故A错误．
B. 因为从抛出到P点的过程中，水平位移相等，a球的运动时间较长，则a球的初速度较小，即v1C. 到达P点时，a球的竖直分速度较大，所以从P点到地面，a球先落地，b球后落地，b的初速度大，所以b球的水平射程较大，故C错误．
D. 根据P=mgvy知，a球距离地面的高度大，则a球落地时竖直分速度较大，则a球着地时重力的瞬时功率较大，故D正确．
6.【答案】D
【解析】解：A、第一宇宙速度是绕地球匀速圆周运动的最大速度也是近地卫星的最大速度，由于神舟七号飞船轨道半径大于地球半径，故其运行速度小于第一宇宙速度，故A正确；
B、根据角速度定义，可求卫星运动的角速度ω=2πT，故B正确；
C、根据万有引力提供圆周运动向心力有：GMm(R+h)2=m(2πT)2(R+h)可得：地球质量M=4π2(R+h)3GT2，故C正确；
D、在球地球表面重力与万有引力相等有：GMmR2=mg可得地球表面重力加速度g=GMR2=4π2(R+h)3T2R2，故D错误。
本题选错误的，
故选：D。
第一宇宙速度是绕地球圆周运动的最大速度，万有引力提供圆周运动向心力由此分析线速度向心加速和地球表面重力加速度。
运用黄金代换式GM=gR2求出问题是考试中常见的方法．向心力的公式选取要根据题目提供的已知物理量或所求解的物理量选取应用。
7.【答案】C
【解析】
【分析】
本题考查了动能定理的直接应用，注意以不同的初动能冲上斜面时，运动的位移不同，摩擦力做的功也不同。冲上斜面和返回到斜面底端两过程中克服摩擦阻力做功相等；初动能增大后，上升的高度也随之变大，可根据匀减速直线运动的速度位移公式求出上升的位移，进而表示出克服摩擦力所做的功；对两次运动分别运用动能定理即可求解。
【解答】
以初动能为E冲上斜面并返回的整个过程中，运用动能定理得：−E2=12mv2−E(1)
设以初动能为E冲上斜面的初速度为v0，则以初动能为2E冲上斜面时，初速度为 2v0，加速度相同，根据2ax=v2−v02可知第二次冲上斜面的位移是第一次的两倍，所以上升过程中克服摩擦力做功是第一次的两倍，整个上升返回过程中克服摩擦力做功是第一次的两倍，即为E，以初动能为2E冲上斜面并返回的整个过程中运用动能定理得：−E=Ek−2E ，所以返回斜面底端时的动能为Ek=E，故①正确，②错误；Ek=E=12mv12，联立(1)式得：v1= 2v，故③错误，④正确，故ABD错误，C正确。
8.【答案】CD
【解析】
【分析】
双星靠相互间的万有引力提供向心力，具有相同的角速度，应用牛顿第二定律列方程求解。
解决本题的关键知道双星靠相互间的万有引力提供向心力，具有相同的角速度，会用万有引力提供向心力进行求解。
【解答】
AB、双星靠相互之间的万有引力提供向心力，两者角速度相同，设为ω，则：
对太阳，有：Gm1m2L2=m1ω2R ①
对木星，有：Gm1m2L2=m2ω2r ②
得：m1R=m2r ③
又R+r=L，解得：R=m2m1+m2L，r=m1m1+m2L，故AB错误；
C、由①得：Gm2L2=ω2R=4π2T2R ④
由②得：Gm1L2=ω2r=4π2T2r ⑤
由④⑤解得：T=2πL LG(m1+m2)，故C正确；
D、若认为木星球绕太阳中心做圆周运动，根据万有引力提供向心力，得：Gm1m2L2=m2(2πT)2L，解得T=2πL LGm1，故D正确。
故选：CD。
9.【答案】AC
【解析】AB.由题知，物体在斜面上上升的最大高度为h，克服重力做功为mgh，则重力势能增加了mgh，根据牛顿第二定律得mgsin30∘+f=ma
得到摩擦力大小为 f=18mg ，物体克服摩擦力做功为Wf=f×hsin30∘=18mg×2h=14mgh
所以物体的机械能损失了 14mgh ，动能减少了WG+Wf=54mgh
A正确，B错误；
C.物块向上运动的过程中与向下运动的过程中摩擦力对物体做的功是相等的，所以物体在斜面上运动的整个过程机械能损失了 12mgh ，C正确；
D.由于物块在运动的过程中克服摩擦力做功，所以物块回到出发点时的速度一定小于开始时的速度，所以物块上升过程中的平均速度大于下降过程中的平均速度，所以物体沿斜面上升过程克服重力做功的平均功率大于下降过程重力做功的平均功率，D错误。
故选AC。
10.【答案】AD
【解析】BD.物块在缓慢提高过程中，静摩擦力始终与运动方向垂直，所以摩擦力不做功，物块在滑动过程中，由动能定理可得W滑+mgLsinα=12mv2−0
则有滑动摩擦力做功为 12mv2−mgLsinα ，所以克服摩擦力做功为 mgLsinα−12mv2 ，B错误D正确；
C.在下滑的过程中，支持力不做功，在上升的过程中，根据动能定理可得W−mgLsinα=0
所以支持力对物体做功为W=mgLsinα
C错误；
A.木板对物体做功为支持力和摩擦力对物体做功的和，所以木板对物体做功为W=12mv2−mgLsinα+mgLsinα=12mv2
A正确。
故选AD。
11.【答案】左 交流 接通电源 0.400 0.388
【解析】解：(1)重物做加速运动，纸带在相等时间内位移逐渐增大，可知纸带的左端与重物相连．
(2)打点计时器应接交流电源，实验时先接通电源，再释放纸带．
(3)从起点P到打下计数点B的过程中物体的重力势能减少量为：
△Ep=mgh=0.20×9.8×0.2043J≈0.400J．
B点的瞬时速度为：
vB=xAC2T=(24.56−16.68)×10−20.04m/s=1.97m/s
则动能的增加量为：△Ek=12mvB2=12×0.20×1.972J≈0.388J．
故答案为：(1)左(2)交流，接通电源(3)0.400； 0.388
(1)根据相等时间内的位移变化判断纸带的哪一端与重物相连．
(2)打点计时器应接交流电源，实验时先接通电源，再释放纸带．
(3)根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出B点的速度，从而得出动能的增加量，根据下降的高度求出重力势能的减小量．
解决本题的关键掌握纸带的处理方法，会通过纸带求解瞬时速度，从而得出动能的增加量，会根据下降的高度求解重力势能的减小量．
12.【答案】AC 相同 A 1.5 5
【解析】解：(1)A.研究平抛运动的实验很关键的地方是要保证小球能够水平飞出，只有水平飞出时小球才做平抛运动，则安装实验装置时，斜槽末端切线必须水平的目的是保证小球飞出时初速度水平，故A正确；
B.小球与斜槽之间有摩擦，不会影响小球做平抛运动，故B错误；
C.由于要记录小球的运动轨迹，必须重复多次，才能画出几个点，因此为了保证每次平抛的轨迹相同，所以要求小球每次从同一高度且静止释放，故C正确；
D.为了保证小球做平抛运动的初速度适当，小球在斜槽上释放的位置离斜槽末端的高度不能太低，故D错误。
故选：AC。
(2)小球每次滚下的初始位置不同，则平抛运动的初速度不同，平抛运动的时间由高度决定，与初速度无关，可知小球每次在空中运动的时间相同。
(3)确定平抛运动轨迹过程，是横档条卡住平抛小球，用铅笔标注小球最高点，故坐标原点也应选小球在斜槽末端点时的球的顶端；
(4)L=5cm=0.05m
由图可知，从A到B与从B到C时间间隔相等，设为T，竖直方向，根据Δy=gT2=2L
解得：T=0.1s
水平方向v0T=3L
解得v0=1.5m/s
(5)小球做平抛运动，竖直方向做自由落体运动，课桌的高度约为0.2m，根据竖直方向上的运动特点可得：
h=12gt2
解得t= 2hg= 2×0.210s=0.2s
又因为每秒25帧照片，所以0.2s将拍到n=0.21×25帧=5帧
故答案为：(1)AC；(2)相同；(3)A；(4)1.5；(5)5
(1)根据实验原理掌握正确的实验操作；
(2)根据实验现象得出小球运动时间的关系；
(3)根据实验原理分析出坐标原点应在小球的顶端；
(4)根据平抛运动的特点结合运动学公式得出小球的初速度；
(5)先根据竖直方向上的运动特点得出时间，利用时间完成分析。
本题主要考查了平抛运动的相关应用，根据实验原理掌握正确的实验操作，结合平抛运动的特点和运动学公式即可完成分析。
13.【答案】(1) v0x 2hR ；(2) 3hv022πRGx2
【解析】(1)小球做平抛运动，在水平方向x=v0t
在竖直方向上有h=12gt2
解得该星球表面的重力加速度为g=2hv02x2
绕地球表面做圆周运动的卫星GMmR2=mg=mv2R
解得v= gR=v0x 2hR
(2)根据GMm1R2=m1g
可得M=gR2G=2hv02R2Gx2
未知星球的密度ρ=MV=2hv02R2Gx243πR3=3hv022πRGx2
14.【答案】(1) 3 10m/s ， 15 2m/s ；(2)2.08m
【解析】(1)球恰好触网时，根据 h1=12gt12 得t1= 2h1g= 2×2.5−210s=1 10s
则v1=s1t1=31 10m/s=3 10m/s
向场地对角线的顶角处击球时，根据 h2=12gt22 得t2= 2h2g= 2×2.510s=1 2s
平抛运动的水平位移s2= 122+92=15m
则v2=s2t2=151 2m/s=15 2m/s
(2)在竖直方向上H−2=12gt12
而t1=3v0
在竖直方向上H=12gt22
而t2=15v0
联立解得H≈2.08m
15.【答案】解：(1)从 C 点飞出后，做平抛运动，竖直方向h2+Lsinθ=12gt2
水平方向Lcsθ=vCt
联立解得vC=25m/s；
(2)从A到C由动能定理得mgh1+mgR(1−csθ)−Wf=12mvC2
解得运动员由A滑到C克服雪坡阻力做功Wf=4600J。

【解析】
【分析】
本题涉及两个过程，平抛运动采用分解的方法研究，动能定理是求解功的一种常用方法。
(1)运动员过C点水平飞出后做平抛运动，水平方向做匀速直线运动，竖直方向做自由落体运动，分别列出两个方向的位移与时间的关系，求解运动员到达C点的速度大小；
(2)根据动能定理研究运动员由A滑到C的过程，求解克服阻力做的功。