2023-2024学年江苏省无锡市江阴市四校联考高一（下）期中物理试卷（含解析）

这是一份2023-2024学年江苏省无锡市江阴市四校联考高一（下）期中物理试卷（含解析），共14页。试卷主要包含了单选题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。

1.2022年2月4日北京冬奥会开幕式以二十四节气为倒计时，最后定格于立春节气，惊艳全球，二十四节气，代表着地球在公转轨道上的二十四个不同的位置，如图所示，从天体物理学可知地球沿椭圆轨道绕太阳运动所处四个位置，分别对应我国的四个节气，以下说法正确的是( )
A. 地球绕太阳运行方向(正对纸面)是顺时针方向
B. 地球绕太阳做匀速率椭圆轨道运动
C. 地球从夏至至秋分的时间小于地球公转周期的四分之一
D. 冬至时地球公转速度最大
2.如图三幅图反映了三种起电的方式，下列说法正确的是( )
A. 甲图是橡胶棒与毛皮摩擦后，把正电荷传给了毛皮，使橡胶棒带上了负电
B. 乙图无论小球D带正电还是负电，与A接触时都把电荷传给C、C′，使箔片张开
C. 丙图中先把靠近的带电小球C移开，再分开A、B，则A、B带上了等量异种电荷
D. 三种起电方式的实质都是电子的转移
3.下列四个电场中，a、b两点电场强度相同的是( )
A. B.
C. D.
4.一带正电的小球A，带电荷量为+Q，在它左侧用丝线悬挂带电量为+q的小球B，如图所示，下列说法正确的是( )
A. 若小球A向右平移一小段距离，则稳定后丝线与竖直方向的夹角减小
B. 小球A对小球B的库仑力比小球B对小球A的库仑力大
C. 若增加小球A的带电量，则稳定后丝线与竖直方向夹角不变
D. 若使小球A带电荷量为−Q，则稳定后丝线与竖直方向夹角不变
5.物体在大小为F与水平方向夹角为θ的拉力作用下沿水平向右运动了一段位移l，物体与水平面间的动摩擦因数为μ，设此过程拉力对物体做功为W1，重力对物体做功为W2，摩擦力对物体做功为W3，合力对物体做功为W合。下列说法正确的是( )
A. W1=FlB. W2=mglC. W3=−μmglD. W合=W1+W3
6.如图所示电场中，一带电粒子仅在电场力作用下沿电场线从M点运动到N点，该过程的速度v随时间t变化的关系图像可能为( )
A. B.
C. D.
7.游乐场有一“摩天轮”如图所示，轮面与水平面成一定的角度，一游客随“摩天轮”一起做匀速圆周运动，则( )
A. 游客的机械能守恒
B. 重力对游客始终做负功
C. 任意相等时间内，游客的重力势能变化量相等
D. 游客的重力功率最大时，游客与轮的轮心等高
8.厦门大学天文学系顾为民教授团队利用我国郭守敬望远镜积累的海量恒星光谱，发现了一个处于宁静态的中子星与红矮星组成的双星系统，质量比约为2：1，同时绕它们连线上某点O做匀速圆周运动，研究成果于2022年9月22日发表在《自然⋅天文》期刊上。则此中子星绕O点运动的( )
A. 角速度大于红矮星的角速度B. 轨道半径小于红矮星的轨道半径
C. 向心力大小约为红矮星的2倍D. 线速度大于红矮星的线速度
9.引体向上是《国家学生体质健康标准》中规定的高中男生测试项目之一。若一男生在测试中1分钟内完成了20次引体向上，则测试过程中该男生克服重力做功的平均功率约为( )
A. 50W
B. 120W
C. 350W
D. 800W
10.2019年1月15日，“嫦娥四号”生物科普试验载荷项目团队发布消息称停留在月球上的“嫦娥四号”探测器上的一颗棉花种子已经发芽，这是人类首次在月球上进行生物生长试验。如图所示，“嫦娥四号”先在环月圆轨道I上运动，接着在I上的P点实施变轨进入近月椭圆轨道II，再由近月点Q实施近月制动，最后成功登陆月球，下列说法正确的( )
A. “嫦娥四号”绕轨道II运行的周期大于绕轨道I运行的周期
B. “嫦娥四号”沿轨道I运动至P时，需要制动减速才能进入轨道II
C. “嫦娥四号”沿轨道II运行时，在P点的加速度大小大于在Q点的加速度大小
D. “嫦娥四号”在轨道II上由P点运行到Q点的过程，速度逐渐减小
11.2021年10月16日，神舟十三号载人飞船与天和核心舱采用自主快速径向交会对接模式成功对接，与此前已对接的天舟二号、天舟三号货运飞船一起构成四舱(船)组合体。翟志刚、王亚平、叶光富三名航天员从神舟十三号载人飞船进入天和核心舱，将在轨飞行6个月，据王亚平介绍，航天员在核心舱内每天能看到16次日出。已知地球半径为6400km，地球表面的重力加速度为10m/s2，下列说法正确的是( )
A. 核心舱的运行速度大于第二宇宙速度
B. 核心舱的离地高度约等于地球半径
C. 核心舱的向心加速度大于赤道上的物体随地球自转的向心加速度
D. 根据狭义相对论，在轨飞行的过程中，航天员的手表变快了
二、实验题（本题共1小题，共12分）
12.用如图1所示的装置验证机械能守恒定律。已知当地重力加速度为g。

(1)下面几个操作步骤中没有必要进行的或者操作不当的是______(选填步骤前的字母)。
A.测量重锤的质量
B.按照图示安装好实验器材并连接交流电源
C.先打开夹子释放纸带，再接通电源开关打出一条纸
(2)如图3所示，根据打出的纸带，选取纸带上连续的五个点A、B、C、D、E，通过测量并计算出点A距起始点O的距离为s0，点AC间的距离为s1，点CE间的距离为s2。若相邻两点的打点时间间隔为T，重锤质量为m。从打O点到打C点的过程中，重锤的重力势能减少量ΔEp= ______；动能增加量ΔEk= ______。
(3)甲同学利用图中纸带，先分别测量出从A点到B、C、D、E、F、G点的距离ℎ(其中F、G点为E点后连续打出的点，图中未画出)，再计算打出B、C、D、E、F各点时重锤下落的速度v和v2，绘制v2−ℎ图像，如图2所示，并求得图线的纵轴截距b和斜率k。
a.请根据图像说明如何验证重锤在下落过程中机械能守恒；
b.乙同学利用甲同学的数据，分别计算C、D、E、F、G点到B点的距离ℎ′，绘制v2−ℎ′图像，求得纵轴截距b′和斜率k′，则b′ ______b；k′ ______k(选填“大于”、“小于”或“等于”)。
三、计算题（本题共3小题，共44分）
13.2021年5月15日7时18分，“天问一号”火星探测器成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区，我国成为第二个成功着陆火星的国家。若“天问一号”火星探测器被火星捕获后，贴近火星表面环绕火星做“近火”匀速圆周运动N圈，用时为t，已知火星的半径为R，引力常量为G，求：
(1)“天问一号”火星探测器环绕火星做“近火”匀速圆周运动的线速度大小；
(2)火星的平均密度ρ。
14.一辆新能源汽车在专用道上进行起步测试，汽车沿平直的公路以恒定功率P从静止开始启动，车上装载的传感器记录了牵引力F随速度v变化的图像如图所示，加速过程在图中B点结束，汽车运动过程中所受的阻力始终不变。求：(1)汽车恒定功率P的大小；
(2)汽车匀速运动时的速度大小；
15.在农村人们盖房打地基叫打夯，夯锤的结构如图1所示。打夯共有五人，其中四人分别握住拴着夯锤的绳子，一个人负责喊号，喊号人一声号子，四个人同时用力将夯锤竖直向上提起，号音一落四人同时松手，经过一段时间后，夯锤自由下落至地面将地基砸实。某次打夯时，夯锤的质量m=80kg，每个人都对夯锤施加与竖直方向夹角为θ=37°的斜向上的力，大小均为F=375N.当夯锤离开地面ℎ=30cm时松手，最后夯锤落地将地面砸深ℎ1=5cm。取地面为零势能参考面，重力加速度g=10m/s2，求：
(1)松手时锤的速度大小v；
(2)夯锤对地面平均冲击力的大小F1；
(3)夯锤上升阶段，夯锤的机械能E与上升高度H的函数关系式，并画出图像。
答案和解析
1.【答案】D
【解析】解：A.地球经历春夏秋冬由图可知是逆时针方向运行，故A错误；
B.根据开普勒第二定律可知，近日点速率大，远日点速率小，是变速率椭圆运动，故B错误，D正确；
C.四季把椭圆上的总路程四等分，但是夏至至秋分在远日点附近速率小，故时间大于地球公转周期的四分之一，故C错误；
故选：D。
根据图和开普勒第二定律分析，地球绕太阳运行过程中远日点速率小，近日点速率大。
本题考查地球绕太阳的运动，由开普勒运动定律和已知判断求解，要求同学们要理解和掌握椭圆运动的特点和规律。
2.【答案】D
【解析】解：A.橡胶棒与毛皮摩擦过程中，由于橡胶棒原子核束缚电子的本领强，橡胶棒得到电子带负电，毛皮因失去电子带正电，是因为电子从毛皮转移到橡胶棒，使橡胶棒带上了负电，故A错误；
B.小球D带正电时，电子从A与箔片转移到小球D，使箔片带正电，小球D带负电时，电子从小球D转移到箔片带负电，两种情况均使箔片带同种电荷相斥，使箔片张开，故B错误；
C.小球C感应A、B，发生静电感应现象，A、B带上等量异种电荷，移开小球C后，静电感应消失，分开后A、B均不带电，故C错误；
D.三种起电方式的本质都是电子的转移。不带电的物体因失去电子带正电，得到电子带负电，电子在转移的过程中，电荷的总量保持不变，故D正确。
故选：D。
不论静电感应带电，还是摩擦起电，它们不会创造电荷，只是电荷的转移，从一物体转移另一物体，或从一部分转移另一部分，摩擦起电是由一个物体转移到另一个物体，静电感应是由物体的一部分转移到另一部分，在摩擦起电时，相互摩擦的两物体会同时带上等量异号电荷，而发生转移的一定是电子。
本题考查起电中的电荷守恒定律的应用，要注意明确无论是摩擦起电、接触起电还是感应起电均是电子的转移，正电荷是无法转移的。
3.【答案】C
【解析】解：A、根据点电荷的电场的特点可知，图中a、b两点的电场强度大小相等，但方向不同，则电场强度不同，故A错误；
B、根据电场线的疏密看出a、b两点的电场强度大小不相等，故B错误；
C、匀强电场中a、b两点电场强度大小相等，方向相同，故C正确；
D、根据等量同种点电荷电场的特点可知，a、b两点的电场强度大小不相等，故D错误。
故选：C。
电场强度是矢量，只有两点的场强大小和方向都相同时，电场强度才相同，根据这个条件，即可进行判断。
对于等量异种电荷和等量同种电荷的电场线分布要抓住对称性。等量异种电荷连线的中垂线是一条等势线，其各点的电场强度方向相同。
4.【答案】A
【解析】解：A、根据共点力平衡得，小球受到的库仑力F=kQqr2=mgtanθ，若小球A向右平移一小段距离，r增大，小球受到A的库仑力F越小，丝线与竖直方向夹角θ越小，故A正确。
B、根据牛顿第三定律，A球对小球B的库仑力与小球B对A球的库仑力是一对作用力和反作用力，大小总是相等的，故B错误。
C、若增加A球带电量，根据共点力平衡得，小球受到的电场力F=kQqr2=mgtanθ，则各丝线与竖直方向夹角增大，故C错误。
D、保持各小球带电情况不变，若使A球带−Q，则小球受到库仑引力，向右偏转，与A球的距离减小，库仑力都增大，则丝线与竖直方向夹角将增大，故D错误。
故选：A。
根据共点力平衡得，小球受到的库仑力F=kQqr2=mgtanθ，丝线与竖直方向夹角θ与小球受到A的库仑力F之间是单调递增关系，θ大，说明库仑力F大，库仑力减小，则θ必减小。
本题要注意根据力的平衡条件分析小球的偏转情况，根据共点力平衡得，小球受到的库仑力F=kQqr2=mgtanθ，丝线与竖直方向夹角θ越小，说明小球受到A的库仑力F越小，F越大，则θ越大。
5.【答案】D
【解析】解：根据功的计算公式得：
拉力对物体做功为：
W1=Flcsθ
重力对物体做功为：
W2=0
摩擦力对物体做功为：
W3=−fl
f=−μFN
FN=mg−Fsinθ
联立解得：W3=−μ(mg−Fsinθ)l
所以总功为：
W合=W1+W3，故ABC错误，D正确。
故选：D。
根据功的公式W=FLcsθ进行分析计算；合外力做功可以是合力对物体做功，也可以是各个力做功的代数和。
解决本题的关键掌握功的公式W=Fscsθ，会求各种恒力做的功。
6.【答案】C
【解析】解：电场中电场线越密的地方电场强度越大，可知从M到N的电场强度逐渐减小，则粒子从M到N的加速度逐渐减小，粒子向右做加速度逐渐减小的加速运动，或向右做加速度逐渐减小的减速运动，根据v−t图像的切线斜率表示加速度，可知切线斜率逐渐减小。故ABD错误，C正确。
故选：C。
电场线的疏密表示场强的大小，由此判断电场力的变化与加速度的变化；速度—时间图象中，图象的斜率表示加速度，由此分析。
理解电场线的特点：电场线的疏密表示场强的大小，沿电场线方向电势逐渐降低。v−t图象的应用和电场线的相关知识，要明确斜率的含义，要能根据图象判断物体的运动情况，进而分析受力情况。能根据电场线的分布判断电场强度的大小，难度适中。
7.【答案】D
【解析】解：A游客随“摩天轮”一起做匀速圆周运动，动能不变，重力势能不断变化，故机械能不守恒，故A错误；
B、重力做功等于重力势能的减小量，重力势能减小时重力做正功，重力势能增加时重力做负功，故B错误；
C、任意相等时间内，游客竖直方向的分位移△ℎ不一定相同，故游客的重力势能变化量mg△ℎ不一定相等，故C错误；
D、游客与轮的轮心等高时，竖直分速度最大，故游客的重力功率最大，故D正确；
故选：D．
游客随“摩天轮”一起做匀速圆周运动，动能不变，重力势能不断变化，重力做功等于重力势能的减小量，根据P=mgvcsα求解重力的瞬时功率．
本题关键是明确机械能的概念，知道机械能守恒的条件，会根据公式P=Fvcsα求解瞬时功率，基础题目．
8.【答案】B
【解析】解：A、双星系统中，两星的角速度相等，即中子星绕O点运动的角速度等于红矮星的角速度，故A错误；
B、根据万有引力提供向心力：Gm1m2L2=m1ω2r1，Gm1m2L2=m2ω2r2
解得：m1m2=r2r1，即星体质量越大，轨道半径越小，根据题意中子星质量大，可知，中子星绕O点运动的轨道半径小于红矮星的轨道半径，故B正确；
C、双星系统中，有星体之间的万有引力提供向心力，可知，中子星绕O点运动的向心力大小等于红矮星的向心力大小，故C错误；
D、根据v=ωr，根据上述，双星系统角速度相等，中子星的轨道半径小一些，则中子星绕O点运动的线速度小于红矮星的线速度，故D错误；
故选：B。
双星系统中两天体的角速度相等；
双星做圆周运动时，万有引力提供向心力，据此判断中子星和红矮星的轨道半径和向心力的大小；
根据v=ωr判断线速度大小。
本题考查双星问题，解题关键是知道双星问题中，万有引力提供向心力。
9.【答案】B
【解析】解：男生的身高约1.75m，每次引体向上重心上升的高度约为ℎ=0.6m
男生质量约为m=60kg，t=1min=60s内该男生克服重力做功约为W=nmgℎ=25×60×10×0.6J=9000J
该男生克服重力做功的平均功率约为P−=Wt=900060W=150W，与120W最接近，故B正确，ACD错误。
故选：B。
根据男生重心上升的高度求出每次引体向上时克服重力做的功，从而求得1分钟内克服重力做的功，然后根据功率公式求出克服重力做功的平均功率。
学生在解答本题时应注意估算问题要结合实际情况对数值做出合理的假设。
10.【答案】B
【解析】解：A、根据开普勒第三定律a3T2=k，可得半长轴a越大，运动周期越大，显然轨道Ⅰ的半长轴(半径)大于轨道Ⅱ的半长轴，故沿轨道Ⅱ运动的周期小于沿轨道Ⅰ运动的周期，故A错误；
B、沿轨道Ⅰ运动至P时，制动减速，万有引力大于向心力做向心运动，做近心运动才能进入轨道Ⅱ.故B正确；
C、根据GMmr2=ma得：a=GMr2，沿轨道Ⅱ运行时，在P点的加速度小于在Q点的加速度，故C错误；
D、在轨道Ⅱ上由P点运行到Q点的过程中，万有引力方向与速度方向成锐角，万有引力对其做正功，速度逐渐增大，故D错误。
故选：B。
根据开普勒第三定律可知卫星的运动周期和轨道半径之间的关系；根据做近心运动时万有引力大于向心力，做离心运动时万有引力小于向心力，可以确定变轨前后速度的变化关系；根据F合=ma可知在不同轨道上的同一点加速度相同。
本题要注意：①由高轨道变轨到低轨道需要减速，而由低轨道变轨到高轨道需要加速，这一点在解决变轨问题时要经常用到，一定要注意掌握。
②根据F=ma所求的加速度a是指物体的合加速度，即包括向心加速度也包括切向加速度。
11.【答案】C
【解析】解：A、核心舱的运行速度应小于第一宇宙速度，故A错误；
B、核心舱的周期：T=2416ℎ=1.5ℎ=5400s，
核心舱绕地球做圆周运动，万有引力提供向心力，由牛顿第二定律得：GMmr2=m4π2T2r，
在地球表面的物体受到的重力等于万有引力，即：GMm′R2=m′g，
核心舱距地面的高度：ℎ=r−R，
代入数据解得：ℎ=300km；
故B错误；
C、根据GMmr2=ma，可得a=GMr2，所以核心舱的向心加速度大于地球同步卫星的向心加速度，根据a=ω2r，可知地球同步卫星的向心加速度大于赤道上的物体随地球自转的向心加速度，所以核心舱的向心加速度大于赤道上的物体随地球自转的向心加速度，故C正确；
D、根据狭义相对论，在轨飞行的过程中，航天员的手表变慢了，故D错误；
故选：C。
天宫一号绕地球做圆周运动，运行速度小于第一宇宙速度，万有引力提供向心力，由牛顿第二定律求出它的轨道半径，然后求出离地面的高度．
本题考查了万有引力定律的应用，应用万有引力公式与牛顿第二定律可以解题，解题时要注意“黄金代换”GM的应用，这是正确解题的关键．
12.【答案】AC mg(s0+s1) m(s1+s2)232T2 大于 等于
【解析】解：(1)实验操作时，应先接通打点计时器电源，待打点稳定后再打开夹子释放纸带，不用测量重锤的质量，故操作不当的步骤是AC；
(2)重锤从释放到下落OC距离时的重力势能减少量为
ΔEp=mg (s0+s1)
根据匀变速直线运动中间时刻速度等于该段过程的平均速度，则有
vC=xAE4T=s1+s24T
动能增加量
ΔEk=12mvC2−0=m(s1+s2)232T2
(3)a、若机械能守恒有：mgℎ=12mv2−12mvA2
整理后有：v2=2gℎ+vA2
若重锤下落的过程中机械能守恒，则v2−ℎ图像应为一条不过原点且斜率接近2g的直线。
b、v2−ℎ图像中斜率k=2g，纵轴截距b=vA2，乙同学利用甲同学的数据，分别计算C、D、E、F、G点到B点的距离ℎ′，绘制v2−ℎ′的图像，同理可得斜率不变，k′=k，纵轴截距b′=vB2，因vB>vA，故b′大于b。
故答案为：(1)AC；(2)mg(s0+s1)； m(s1+s2)232T2；(3)a.见解析；b.大于；等于
(1)根据实验原理与操作规范分析判断；
(2)根据纸带数据计算重力势能变化量，根据匀变速直线运动中间时刻速度等于该段的平均速度计算打C点时重锤速度；根据动能表达式计算动能的变化量；
(3)根据机械能守恒推导表达式，结合图像判断；根据图像斜率和截距的物理意义分析判断。
本题关键掌握利用纸带数据计算速度，表示出重力势能和动能的变化量，掌握利用图像处理问题。
13.【答案】解：(1)分析题意可知，火星探测器环绕火星做“近火”匀速圆周运动N圈，用时为t，
则探测器在轨道上运动的周期：T=tN。
“天问一号”火星探测器环绕火星做“近火”匀速圆周运动的线速度大小：v=2πRT
解得：v=2πNRt
(2)根据万有引力提供向心力有：GMmR2=m4π2T2R
则火星的平均密度为ρ=M43πR3
联立解得：ρ=3πN2Gt2
答：(1)“天问一号”火星探测器环绕火星做“近火”匀速圆周运动的线速度大小为2πNRt；
(2)火星的平均密度为3πN2Gt2。
【解析】(1)根据题意，求解周期，再解得速度大小。
(2)火星探测器在火星表面做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，求解火星质量，结合密度公式解得。
此题考查了万有引力定律及其应用，明确探测器的运动性质和动力学条件，然后根据万有引力等于向心力列式求解火星质量，从而计算密度。
14.【答案】解：(1)由图像A点可知，P=FAvA=2×104×15W=3×105W；
(2)加速过程在B点结束，汽车做匀速直线运动，由图可知阻力大小为：f=FB=1×104N；
由P=FBvm得vm=PFm=3×1051×104=30m/s。
答：(1)汽车恒定功率P的大小为3×105W；
(2)汽车匀速运动时的速度大小为30m/s。
【解析】(1)汽车以恒定功率启动，任取图象中一点，由P=Fv即可求解额定功率；
(2)汽车在B点开始做匀速运动，由平衡条件求出牵引力，再根据功率公式求解此时的速度。
本题考查功率公式的应用，要注意正确理解图象的性质以及P=Fv的正确应用。
15.【答案】解：已知ℎ=30cm=0.3m，ℎ1=5cm=0.05m
(1)四个人用力将夯锤竖直向上提起的过程，对夯锤，由牛顿第二定律得
4Fcs37°−mg=ma
则夯锤的加速度为
a=4Fcs37°−mgm=4×300−80×1080m/s2=5m/s2
由速度—位移关系公式v2=2aℎ，可得松手时锤的速度大小为
v= 2aℎ= 2×5×0.3m/s= 3m/s
(2)松开手后，夯锤上升的高度
ℎ1=v22g=32×10m=0.15m
设夯锤落地时，地面对夯锤的平均作用力为F1，夯锤从最高点到地面停下的过程，由动能定理得
mg(ℎ+ℎ1+ℎ2)−F1ℎ2=0−0
解得：
F1=mg(ℎ+ℎ1+ℎ2)ℎ2=80×10×(0.3+0.15+0.05)0.05N=8000N
由牛顿第三定律可知，夯锤落地时对地面的平均冲击力F1大小为8×103N。
(3)松开手后，夯锤上升的高度
ℎ1=v22g=32×10m=0.15m
①当0②当0.3m如图所示：

答：(1)松手时锤的速度大小v为 3m/s；
(2)夯锤对地面平均冲击力的大小F1为8×103N；
(3)见解析。
【解析】(1)根据牛顿第二定律求出夯锤的加速度，结合速度—位移公式求出松手时的速度。
(2)根据速度—位移公式求出松开手后夯锤上升的高度。对夯锤从最高点到地面停下的过程，由动能定理列式，即可求出夯锤对地面平均冲击力的大小F1；
(3)夯锤上升阶段，分段根据功能关系得到夯锤的机械能E与上升高度H的函数关系式，再画出图像。
本题采用动力学观点和功能观点研究，关键要理清夯锤的运动过程，知道加速度是联系力学和运动学的桥梁。运用动能定理时，要灵活选取研究过程。