陕西省西安市2022-2023学年高一下学期4月期中大联考物理试题（含解析）

陕西省西安市2022-2023学年高一下学期4月期中大联考物理试题

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

一、单选题

1．如图，辛丑年农历除夕神舟十三号航天员在遥远的中国空间站向祖国和人民送上了新春的祝福。下列相关说法正确的是（　　）

A．在空间站中宇航员所受的重力为零

B．宇航员在空间站中“静止”不动时处于平衡状态

C．空间站绕地球运动经远地点时的速度大于7.9km/s

D．空间站绕地球运动经远地点时的加速度小于9.8m/s2

2．如图，地球赤道上的山丘e、近地资源卫星p和同步通信卫星q均在赤道平面上绕地心做匀速圆周运动。设e、p、q速率分别为v1、v2、v3，向心加速度分别为a1、a2、a3，则下列判断正确的是（　　）

A．v1>v2>v3 B．v2>v3>v1 C．a2>a1>a3 D．a1<a2<a3

3．若地球可看成质量均匀的球体，则关于万有引力和重力，下列说法正确的是（　　）

A．质量为的物体，在两极和赤道所受到的地球的万有引力大小不相等

B．质量为的物体，在两极和赤道所受到的重力大小相等

C．若地球自转角速度变大，赤道上物体所受的重力大小不变

D．若地球自转角速度变大，赤道上物体所受的重力大小变小

4．如图所示，A、B两物体系在跨过光滑定滑轮的一根轻绳的两端，当A物体以速度v向左运动时，系A、B的绳分别与水平方向成30°、60°角，此时B物体的速度大小为（    ）

A．v B．v

C．v D．v

5．中国的面食文化博大精深，种类繁多，其中“山西刀削面”堪称天下一绝，传统的操作手法是一手托面，一手拿刀，直接将面削到开水锅里。小面圈刚被削离时距开水锅的高度为，与锅沿的水平距离为，锅的半径也为，将削出的小面圈的运动视为平抛运动，且小面圈都落入锅中，重力加速度为，则下列关于所有小面圈在空中运动的描述正确的是（　　）

A．运动的时间都相同 B．速度的变化量都相同

C．落入锅中时，最大速度是最小速度的倍 D．若初速度为，则

6．水流星是一个经典的杂技表演项目，杂技演员将装水的杯子用细线系着在竖直平面内做圆周运动，杯子到最高点杯口向下时，水也不会从杯中流出，若杯子的质量为m，所装水的质量为M，杯子在最高点时水对杯底刚好无压力，重力加速度为g，则杯子运动到圆周的最高点时，杂技演员对绳子的拉力大小为（      ）

A．0 B．mg C．Mg D．(M+m)g

7．如图所示，轻杆长为，在杆两端分别固定质量均为的小球和B，光滑水平转轴穿过杆上距小球为处的点，外界给系统一定能量后，杆和小球在竖直平面内转动，小球B运动到最高点时，杆对小球B恰好无作用力，忽略空气阻力，重力加速度为g。则小球B在最高点时（　　）

A．小球B的速度为零

B．小球的速度大小为

C．水平转轴对杆的作用力为

D．水平转轴对杆的作用力为

8．年月日是第五个“中国航天日”，备受关注的中国首次火星探测的任务名称、任务标识在“中国航天日”启动仪式上公布。中国行星探测任务被命名为“天问”系列，首次火星探测任务被命名为“天问一号”。已知火星的质量和半径分别为地球的和，地球表面的重力加速度为，火星的公转半径大于地球的公转半径，下列有关说法正确的是（　　）

A．从地球上发射卫星探测火星，发射速度要大于

B．地球的公转速度、公转周期均小于火星的

C．火星表面的重力加速度约为

D．火星的第一宇宙速度为地球的

9．已知地球质量为M，半径为R，自转周期为T，地球同步卫星质量为m，引力常量为G，有关同步卫星，下列说法正确的是（　　）

A．卫星距离地面高度为 B．卫星的运行速度小于第一宇宙速度

C．卫星运行时受到的向心力为 D．卫星运行的向心加速度大于地球表面重力加速度

10．如图所示，小球自空中自由下落从转动的圆形纸筒穿过，开始下落时小球离纸筒顶点的高度h=0.8m，纸筒绕水平轴匀速转动的角速度为，g取10m/s2。若小球穿筒壁时能量损失不计，撞破纸的时间也可不计，且小球穿过后纸筒上只留下一个孔，则纸筒的半径R为（　　）

A．0.2m B．0.4m C．2.1m D．1.0m

二、多选题

11．2019年11月5日我国成功发射第49颗北斗导航卫星，标志着北斗三号系统3颗地球同步轨道卫星全部发射完毕。人造卫星的发射过程要经过多次变轨方可到达预定轨道，在发射地球同步卫星的过程中，卫星从圆轨道Ⅰ的A点先变轨到椭圆轨道Ⅱ，然后在B点变轨进入地球同步轨道Ⅲ，则（　　）

A．卫星在同步轨道Ⅲ上的运行速度小于7.9km/s

B．卫星在轨道稳定运行时，经过A点时的速率比过B点时小

C．若卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道上运行的周期分别为T1、T2、T3，则T1＜T2＜T3

D．现欲将卫星由轨道Ⅱ变轨进入轨道Ⅲ，则需在B点通过点火加速来实现

12．年月日时分，我国自行研制的探月工程三期载人返回飞行试验器，在西昌卫星发射中心用长征三号丙运载火箭发射升空，我国探月工程首次实施的载人返回飞行试验首战告捷。假设月球是一个质量为M，半径为的均匀球体。万有引力常数为，下列说法错误的是（　　）

A．在月球上发射一颗环绕其表面运行的卫星，它的最小周期为

B．在月球上发射一颗环绕其表面运行的卫星，它的最大运行速度为

C．在月球上以初速度竖直上抛一个物体，物体落回到抛出点所用时间为

D．在月球上以初速度竖直上抛一个物体，物体上升的最大高度为

13．如图所示是“神舟”系列飞船返回舱返回地面的示意图，假定其过程可简化为打开降落伞一段时间后，整个装置匀速下降，为确保安全着陆，需点燃返回舱的缓冲火箭，在火箭喷气过程中返回舱做减速直线运动，则（　　）

A．火箭开始喷气瞬间，伞绳对返回舱的拉力变小

B．返回舱在喷气过程中减速的主要原因是空气阻力

C．返回舱在喷气过程中所受的合力可能大于其重力

D．返回舱在喷气过程中处于失重状态

14．近期天文学界有很多新发现，若某一新发现的星体质量为m、半径为R、自转周期为T、引力常量为G，下列说法正确的是(　　)

A．如果该星体的自转周期，则该星体会解体

B．如果该星体的自转周期，则该星体会解体

C．该星体表面的引力加速度为

D．如果有卫星靠近该星体表面做匀速圆周运动，则该卫星的速度大小为

15．2019年10月28日发生了天王星冲日现象，即太阳、地球、天王星处于同一直线，此时是观察天王星的最佳时间。已知日地距离为R0，天王星和地球的公转周期分别为T和T0，则下列说法正确的是（　　）

A．天王星与太阳的距离为

B．天王星与太阳的距离为

C．至少再经过t=时间，天王星再次冲日

D．至少再经过t=时间，天王星再次冲日

16．2022年6月5日，神舟十四号载人飞船成功对接空间站，在神舟十四号任务期间，中国空间站将建成国家太空实验室。中国空间站在离地高度约为400km轨道运行，在轨运行时，可看成做匀速圆周运动。已知地球半径R=6400km，地球表面重力加速度g=9.8m/s2，引力常量G=6.67×10-11N·m2/kg2，地球同步卫星离地面高度约为36000km，下列说法正确的是（　　）

A．中国空间站在轨运行的线速度大于7.9km/s

B．中国空间站运行的角速度大于地球同步卫星运行的角速度

C．根据题中已知条件可求出中国空间站的质量

D．根据题中已知条件可求出中国空间站的运行周期

三、解答题

17．半径为、密度为的球内部有半径为r（r＜R）的球形空腔，空腔中心位于离球心处（如图）。质量为的质点离球心距离为，如果三角形是直角三角形：

（1）∠ACB为直角时，求该质点被多大力吸向球；

（2）∠BAC为直角时，求该质点被多大力吸向球。

18．已知引力常量G，地球半径R，月球和地球之间的距离r，同步卫星距地面的高度h，月球绕地球的运转周期T1，地球的自转周期T2，地球表面的重力加速度g，某同学根据以上条件，提出一种估算地球质量M的方法：同步卫星绕地心做圆周运动，由得。

（1）请判断上面的结果是否正确，并说明理由，如不正确，请给出正确的解法和结果；

（2）请根据已知条件再提出两种估算地球质量的方法并解得结果（用上面所给的已知量表示）。

19．双星系统是宇宙中相对独立的系统，它由两颗彼此环绕的恒星构成。已知某双星系统的两颗天体的总质量为M，这两颗天体间的距离为L，由于L远大于天体自身的半径，两天体都可看成质点。引力常量为G。求：

（1）双星系统的角速度大小。

（2）双星系统两天体的线速度大小之和。

参考答案：

1．D

【详解】A、在空间站中宇航员仍受重力的作用，故A错误；

B、宇航员在空间站中“静止”是相对空间站来讲，宇航员在围绕地球做圆周运动，有向心加速度，所以宇航员不是处于平衡状态，故B错误；

C、7.9km/s是围绕地球做圆周运动的最大速度，而空间站绕地球运动经远地点时在做近心运动，所以空间站绕地球运动经远地点时的速度小于远地点所在的圆形轨道的速度，可得空间站绕地球运动经远地点时的速度小于7.9km/s，故C错误；

D、在地球表面的重力加速度为9.8m/s2，根据

可得

则空间站绕地球运动经远地点时的加速度小于9.8m/s2，故D正确。

故选D。

2．B

【详解】AB．山丘e与同步通信卫星q转动周期相等，根据

由于山丘e的轨道半径小于同步通信卫星q的轨道半径，故v3>v1；根据卫星的万有引力提供向心力有

解得

由于近地资源卫星的轨道半径小于同步通信卫星q的轨道半径，故近地资源卫星的线速度大于同步通信卫星的线速度，即v2>v3；故v2>v3>v1，故A错误，B正确；

CD、山丘e与同步通信卫星q转动周期相等，根据

由于山丘e的轨道半径小于同步通信卫星q的轨道半径，故山丘e的轨道加速度小于同步通信卫星q的加速度，即a1<a3；根据卫星的周期公式

由于近地资源卫星的轨道半径小于同步通信卫星q的轨道半径，故近地资源卫星的加速度小于同步通信卫星的加速度，即a3<a2；故a1<a3 <a2，故CD错误；

故选B。

3．D

【详解】A．设地球的质量为M，半径为R，自转角速度为。根据万有引力定律知物体在两极和赤道所受到的地球的万有引力大小相等，均为，故A错误；

B．设物体在两极和赤道所受到的重力分别为G极和G赤。物体在两极时，所需要的向心力为零，则

在赤道，地球对物体的万有引力等于重力和向心力之和，即有

则，故B错误；

CD．由

知若地球自转角速度变大，物体所需要的向心力变大，赤道上物体所受的重力大小变小，故C错误，D正确。

故选D。

4．A

【详解】试题分析：分别对A、B物体速度沿着绳子方向与垂直绳子方向进行分解，根据三角函数关系及沿着绳子方向速度大小相等，可知两物体的速度大小关系．

对A物体的速度沿着绳子方向与垂直绳子方向进行分解，则有沿着绳子方向的速度大小为；对B物体的速度沿着绳子方向与垂直绳子方向进行分解，则有沿着绳子方向的速度大小为，由于沿着绳子方向速度大小相等，所以则有，因此，故A正确．

5．D

【详解】A．平抛运动的时间由下落的高度决定，小面落入锅中的过程中，由于煮面的锅不是平底锅，故不能保证削面下落的高度相同，即削面下落的高度不相同，则根据

可知，削面下落时的间不相同，故A错误；

B．根据速度的变化量可知，加速度相同，下落时间不相同，故速度的变化量不相同，故B错误；

CD、根据

解得

水平位移的范围为

L＜x＜L+2R=3L

根据

得，初速度的范围为

由动能定理得

联立解得

，

显然落入锅中时，最大速度不是最小速度的3倍，故C错误，D正确；

故选D。

6．A

【详解】杯子通过最高点时，水对杯底刚好无压力，则对水满足mg=m，即，则对杯和水的整体：T+Mg=M，解得T=0，即绳子的拉力恰好为零．故A正确，BCD错误；故选A．

7．C

【详解】A．球B运动到最高点时，球B对杆恰好无作用力，即重力恰好提供向心力，有

解得

故A错误；

B．由于AB两球的角速度相等，则球A的速度大小

故B错误；

CD.B球到最高点时，对杆无弹力，此时A球受重力和拉力的合力提供向心力，有

解得：

F=1.5mg

故C正确，D错误。

故选C。

8．C

【详解】A．从地球上发射卫星探测火星，发射速度要大于11.2km/s，如果发射速度大于16.7km/s，卫星则会挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系之外，故A错误；

B．由

可知行星围绕太阳公转的线速度和周期分别为

火星的公转半径大于地球的公转半径，可知地球的线速度大于火星的线速度，地球的公转周期小于火星的公转周期，故B错误；

C．由

可得地球表面的重力加速度

同理可得火星表面的重力加速度

故C正确；

D．由

可得地球的第一宇宙速度

同理可得火星的第一宇宙速度

故D错误。

故选C。

9．B

【详解】A．万有引力提供向心力

r为轨道半径，得

而卫星到地表的高度

A错误；

B．第一宇宙速度为

第一宇宙速度是最大的圆轨道运行速度，所以卫星的运行速度小于第一宇宙速度，B正确；

C．卫星运行时受到的向心力大小是

C错误；

D．根据

地表重力加速度为

根据

卫星运行的向心加速度

卫星运行的向心加速度小于地球表面的重力加速度，D错误。

故选B。

10．C

【详解】根据自由落体的速度公式

可得，小球到达纸筒顶点的速度为

由于小球穿过后纸筒上只留下一个孔，则小球穿过纸筒所需的时间为

根据自由落体的位移公式有

带入数据解得

当时，纸筒的半径为

当时，纸筒的半径为

故选C。

11．ACD

【详解】A．由万有引力提供向心力有

得

则轨道半径越大，线速度越小，卫星在同步轨道Ⅲ上的运行速度小于7.9km/s，故A正确；

B．由开普勒第二定律可知近地点速度快，远地点速度慢，故B错误；

C．由开普勒第三定律

可知轨道大的周期大，故C正确；

D．卫星由轨道Ⅱ变轨进入轨道Ⅲ，是由向心运动变为圆周运动，则需在B点通过点火加速来实现，故D正确。

故选ACD。

12．BCD

【详解】AB．根据万有引力提供向心力可知在月球上发射一颗环绕其表面运行的卫星，它的最大运行速度为

解得

则最小周期为

解得

故A正确，B错误；

CD．在月球表面，根据万有引力与重力的关系有

以初速度竖直上抛一个物体，物体落回到抛出点所用时间和最大高度为

，

解得

，

故CD错误；

本题选择错误选项；故选BCD。

13．AC

【详解】A．火箭开始喷气前匀速下降，拉力等于重力减去返回舱受到的空气阻力，火箭开始喷气瞬间反冲力直接对返回舱作用，因而伞绳对返回舱的拉力变小，故A正确；

B．返回舱在喷气过程中减速的主要原因是缓冲火箭向下喷气而获得向上的反冲力，不是空气阻力，故B错误；

C．根据题意可知，返回舱在喷气过程中做减速直线运动，加速度方向向上，若加速度大小大于重力加速度，则返回舱在喷气过程中所受的合力可能大于其重力，故C正确；

D．返回舱在喷气过程中做减速直线运动，加速度方向向上，处于超重状态，故D错误。

故选AC。

14．AD

【详解】AB. 如果在该星体“赤道”表面有一物体，质量为，当它受到的万有引力大于跟随星体自转所需的向心力时，则有：

解得：

此时，星体处于稳定状态不会解体，而当该星体的自转周期：

此时，星体会解体，故A正确，B错误；

C. 在该星体表面，则有：

解得该星体表面的引力加速度为：

故C错误；

D. 如果有质量为的卫星靠近该星体表面做匀速圆周运动，则有：

解得该卫星的速度大小为：

故D正确．

15．AC

【详解】AB．太阳对地球的万有引力提供地球做圆周运动的向心力，有

同理，对天王星有

解得

选项A正确，B错误；

CD．设经时间t，再次出现天王星冲日，则有

其中

解得

选项C正确，D错误。

故选AC。

16．BD

【详解】A．中国空间站在轨运行做匀速圆周运动时，由万有引力提供向心力

在地球表面有

解得

A错误；

B．根据

中国空间站的轨道半径小于地球同步卫星的轨道半径，则中国空间站运行的角速度大于地球同步卫星运行的角速度，B正确；

C．由于在万有引力提供向心力的表达式中，环绕天体的质量消去了，只能求中心天体的质量，即根据题中已知条件不能求出中国空间站的质量，C错误；

D．根据

可知，根据题中已知条件可求出中国空间站的运行周期，D正确。

故选BD。

17．（1）；（2）

【详解】如图：

半径为的大球对质点提供的是吸引力，吸引力

半径为的小球对质点提供的是排斥力，排斥力

为空腔中心到质点的距离，

（1）当为直角时

根据余弦定理，质点所受的吸引力：

（2）当为直角时

同理可得

18．（1）见解析；（2）见解析

【详解】（1）上面结果是错误的，地球半径R在计算过程中不能忽略

（2）①对于月球绕地球做圆周运动

②在地面物体重力近似等于万有引力

19．（1） ；（2）

【详解】（1）设两颗天体的轨道半径分别是、，由万有引力提供向心力得

，

又

，

联立可得

解得

（2）由线速度与角速度的关系

可得

，

解得双星系统两天体的线速度大小之和为