2023-2024学年四川省南充市西充中学高一（下）期中考试物理试卷（含解析）

这是一份2023-2024学年四川省南充市西充中学高一（下）期中考试物理试卷（含解析），共14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.下列说法正确的是( )
A. 行驶的汽车过凹形路面时，汽车对路面的压力小于汽车的重力
B. 在铁路的转弯处，通常要求内轨高于外轨，目的是减轻轮缘对轨道的挤压
C. 天文学家开普勒通过对大量行星观测记录的研究，发表了开普勒行星运动定律
D. 所有行星绕太阳运行的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的中心
2.如图所示，AB两点连线垂直于河岸，小南同学由A点划船渡河，船头指向始终与河岸垂直，河宽为120m，水流速度为4m /s，船在静水中的速度为3m /s，则小船到达对岸的位置距B点( )
A. 180 mB. 160 mC. 120mD. 100m
3.盾构隧道掘进机，简称盾构机，是一种隧道掘进的专用工程机械，又被称作“工程机械之王”，是城市地铁建设、开山修路、打通隧道的利器。图为我国最新研制的“聚力一号”盾构机的刀盘，其直径达16m，转速为5r/min，下列说法正确的是( )
A. 刀盘工作时的角速度为10πrad/sB. 刀盘边缘的线速度大小为πm/s
C. 刀盘旋转的周期为12sD. 刀盘工作时各刀片的线速度均相同
4.如图所示，某同学练习定点投篮，其中有两次篮球垂直撞在竖直篮板上，篮球的轨迹分别如图中曲线1、2所示。若两次抛出篮球的速度v1和v 2的水平分量分别为v1x和v 2x，竖直分量分别为v1y和v 2y，不计空气阻力，下列关系正确的是
( )
A. v1xv 2yB. v1x>v2x，v1yC. v1xv2x，v1y>v 2y
5.如图所示，一个内壁光滑的圆锥筒，其轴线垂直于水平面，圆锥筒固定不动。有一质量为m的小球A紧贴着筒内壁在水平面内做匀速圆周运动，筒口半径和筒高分别为R和H，小球A所在的高度为筒高的一半，已知重力加速度为g，则下列说法正确的是
( )
A. 小球A受到重力、支持力和向心力三个力作用
B. 小球A受到的合力方向垂直筒壁斜向上
C. 小球A受到的合力大小为mgRH
D. 小球A做匀速圆周运动的角速度ω= 2gHR
6.拱宸桥东西横跨大运河，是京杭大运河到杭州的终点标志。始建于明崇祯四年(1631年)，清光绪十一年(1888年)重建，中间几经兴废。该桥长98米，高16米。假设某人骑一电动车，人车总质量100kg，以4m/s的速度过拱宸桥的最高点，最高点可看作半径为16m的圆形，g=10m/s2，则在最高点车对桥的压力大小为
( )
A. 1100NB. 0NC. 900ND. 975N
7.2022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。从天体物理学可知，地球沿椭圆轨道绕太阳运动所处如图所示的四个位置分别对应我国的四个节气，以下关于地球的运行正确的说法是( )
A. 冬至时地球公转速度最小
B. 从夏至到秋分的时间大于地球公转周期的四分之一
C. 地球做匀速率椭圆轨道运动
D. 地球绕太阳运行方向是顺时针方向
8.2023年11月23日《中国日报》消息，11月23日18时00分04秒，我国在西昌卫星发射中心使用长征二号丁运载火箭及远征三号上面级成功将互联网技术试验卫星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，发射任务取得圆满成功。如果互联网技术试验卫星的轨道半径为r，周期为T，地球的半径为R，引力常量为G，则( )
A. 地球的质量为4π2T2Gr3B. 地球的质量为4π2R3GT2
C. 地球的密度为3πGT2D. 地球的密度为3πr3GT2R3
二、多选题：本大题共3小题，共15分。
9.如图所示，在同一平面内的三颗不同人造地球卫星A、B、C，都环绕地球做匀速圆周运动，关于各物理量的关系，下列说法中正确的是
( )
A. 三颗卫星的线速度vA>vB>vC
B. 根据万有引力定律，可知卫星所受地球引力FA>FB>FC
C. 三颗卫星的角速度ωA>ωB>ωC
D. 三颗卫星的向心加速度aA10.发射地球同步卫星时不是一次性地把卫星送到最终的轨道上，发射时，先将卫星发射至近地圆周轨道1，然后使其在轨道2上沿椭圆轨道运行，最后将卫星送入同步圆周轨道3，轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点，如图所示，卫星分别在三个轨道上正常运行时，下列物理量的比较关系中正确的是
( )
A. 卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率
B. 卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度
C. 卫星在轨道2上运行到P点时与它在轨道3上运行到P点时加速度是相等的
D. 卫星在轨道1上运行时的速度，与它在轨道2上经过Q点时的速度大小相等
11.如图所示，在匀速转动的圆盘上，沿半径方向放置以细线相连的质量均为5kg的A、B两个小物块，A离轴心 r1=20cm ，B离轴心 r2=30cm ，A、B与盘面间的动摩擦因数都为0.4，最大静摩擦力等于滑动摩擦力大小，则下列说法正确的是( )
A. 若细线上没有张力，圆盘转动的最大角速度为2 103rad/s
B. 欲使A，B与盘面间不发生相对滑动，则盘转动的最大角速度为4.0rad/s
C. 随着角速度的增大，A，B与盘面间发生相对滑动前，细线的最大拉力为5N
D. 当圆盘转速达到A、B刚好不滑动时，烧断细线，则A做向心运动、B做离心运动
三、实验题：本大题共2小题，共18分。
12.用如图甲所示的向心力演示仪来探究小球做匀速圆周运动所需向心力的大小Fn与质量m、角速度ω、和半径r之间的关系。

(1)在研究向心力Fn的大小和轨道半径r的关系时，要保持___________相同。
A.m和r B．ω和r C．Fn和m D．m和ω
(2)某同学借助传感器测出小球做圆周运动的向心力Fn和周期T，获得了多组数据，画出了如图乙所示关系图像，则该操作过程中要保持哪些物理量不变____________。
A.m和ω B．m和r C．ω和r D．Fn和T
13.在“研究小球做平抛运动的规律”的实验中：(1)如图甲所示的实验中，观察到两球同时落地，说明平抛运动在竖直方向做_________；如图乙所示的实验：将两个光滑斜轨道固定在同一竖直面内，滑道末端水平，把两个质量相等的小钢球，从斜面的相同高度由静止同时释放，观察到球1落到水平板上并击中球2，这说明平抛运动在水平方向做_________；
(2)该同学用频闪照相机拍摄到如图所示的小球平抛运动的照片，照片中小方格的边长L=2.5cm，小球在平抛运动中的几个位置如图中的a、b、c、d所示，则照相机每隔_________s曝光一次，小球平抛初速度为v0=_________m/s(当地重力加速度大小g=10m/s2)。
四、计算题：本大题共3小题，共35分。
14.火星成为中国深空探测的第二颗星球。2020年4月24日，中国行星探测任务被命名为“天问系列”。若探测器在某高度处绕火星做匀速圆周运动的周期为T，忽略火星的自转，火星表面的重力加速度为g，已知火星的半径为R，引力常量为G，求：
(1)火星的质量M；
(2)求探测器距火星表面的高度h。
15.如图所示，一名跳台滑雪运动员经过一段时间的加速滑行后从O点水平飞出，经过3 s落到斜坡上的A点。已知O点是斜坡的起点，斜坡与水平面的夹角θ=37°，运动员的质量m=50 kg，不计空气阻力(sin 37°=0.6,cs 37°=0.8,g取10 m/s2)。求：
(1)A点与O点的距离L；(2)运动员离开O点时的速度大小。
16.如图所示，AB为竖直光滑圆弧的直径，其半径R=0.9m，A端沿水平方向。水平轨道BC与半径r=0.9m的光滑圆弧轨道CD相接于C点，D为圆轨道的最低点，圆弧轨道CD、DE对应的圆心角θ=37°。一质量为M=0.9kg的物块(视为质点)从水平轨道上某点以某一速度冲上竖直圆轨道，并从A点飞出，经过C点恰好沿切线进入圆弧轨道，取g=10m/s²，sin37°=0.6，cs37°=0.8。求：
(1)物块到达C点时的速度大小vC；
(2)在A点受到的弹力大小FA；
(3)物体对C点的压力大小FC；
答案和解析
1.【答案】C
【解析】A.行驶的汽车过凹形路面时，汽车的加速度向上，处于超重状态，汽车对路面的压力大于汽车的重力，故A错误；
B.在铁路的转弯处，通常要求外轨高于内轨，目的是减轻轮缘对轨道的挤压，故B错误；
C.天文学家开普勒通过对大量行星观测记录的研究，发表了开普勒行星运动定律，故C正确；
D.所有行星绕太阳运行的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上，故D错误。
故选C。
2.【答案】B
【解析】【分析】
解决本题的关键知道分运动和合运动具有等时性，各分运动具有独立性，互不干扰，注意小船参与了静水的运动和水流的运动，由船速与河宽求出渡河时间，再根据渡河时间与水流速度的大小求出小船到达对岸的位置距B点的距离。
【解答】当船头与河岸垂直时，渡河时间为t=dv船=1203s=40s
沿河流方向小河随水向下运动的距离为s=v水t=4×40m=160m
故B正确ACD错误
3.【答案】C
【解析】【分析】
本题考查了圆周运动的结果物理量之间的关系：ω=2πn，v=ωr，T=1n，同轴转动角速度相等，根据v=ωr判断线速度的大小；注意转速的单位换算为r/s，基础题。
【解答】
AC.盾构机的转速为n=5r/min= 112 r/s，根据角速度与转速的关系有ω=2πn=16πrad/s，周期为T=2πω=12s，故A错误，C正确；
B.盾构机的半径为8m，可知刀盘边缘的线速度大小约为v=rω=43πm/s，故B错误；
D.因为各刀片转动是同轴转动，所以各刀片的角速度相等，而半径不同，根据 v=rω 可知刀盘工作时各刀片的线速度不相同，故D错误。
4.【答案】A
【解析】【分析】
本题采用逆向思维，将斜抛运动变为平抛运动处理，知道平抛运动在水平方向和竖直方向上的运动规律。由于两次篮球垂直撞在竖直墙面上，该运动的逆运动为平抛运动，结合平抛运动在水平方向和竖直方向上的运动规律分析求解。
【解答】将篮球的运动反向处理，即为平抛运动，由图可知，第二次运动的高度较小，所以运动时间较短，水平射程相等，但第二次用的时间较短，故第二次水平分速度较大，即v1xv2y。故A正确BCD错误。
5.【答案】D
【解析】
AB.如图所示，小球只受重力和支持力，重力和支持力的合力提供向心力，小球做匀速圆周运动，则合外力一定指向圆心，故AB错误；
CD.设图示中 OA 与水平方向夹角为 θ ，由牛顿第二定律可得
F合=mgtanθ=mgHR=mω2r
由几何关系可知
r=12R
联立解得
ω= 2gHR
故C错误，D正确。
故选D。
6.【答案】C
【解析】【分析】
本题考查的是根据牛顿第二定律求出车在最高点受到的支持力，由牛顿第三定律得出车对桥的压力。
【解答】
车在最高点时由牛顿第二定律
mg−FN=mv2r
解得
FN=mg−mv2r=1000N−100×4216N=900N
由牛顿第三定律可知，最高点车对桥的压力大
小为900N。
故选C。
7.【答案】B
【解析】【分析】根据图示情景应用开普勒第一定律与开普勒第二定律分析答题。
本题考查了开普勒第一与第二定律的应用，掌握基础知识是解题的前提，根据题意分析清楚图示情景应用基础知识即可解题；平时要注意基础知识的学习与积累。
【解答】A.由开普勒第二定律，地球与太阳的连线在相等时间内扫过的面积相等，近地点公转速度最快，即冬至时地球公转速度最大， A错误；
B.由开普勒第二定律，地球与太阳的连线在相等时间内扫过的面积相等，可知地球在近地点比远地点转动的快，地球从夏至至秋分的时间大于地球公转周期的四分之一，B正确；
C.由开普勒第一定律知地球绕太阳运动的轨道是椭圆，由开普勒第二定律，地球与太阳的连线在相等时间内扫过的面积相等，地球绕太阳是非匀速率椭圆轨道运动，C错误；
D.一年四季的顺序是春夏秋冬，地球绕太阳运行方向(正对纸面)是逆时针方向，D错误。
故选 B。
8.【答案】D
【解析】【分析】
求天体质量有两种方法，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；二是对于绕星球做圆周运动的卫星，根据万有引力提供向心力列方程进行解答。
【解答】
根据GMmr2=mr4π2T2可得M=4π2r3GT2，选项A，B错误;
地球的体积为V=43πR3，所以地球的密度为ρ=MV=3πr3GT2R3，选项C错误，D正确。
9.【答案】AC
【解析】ACD.由万有引力提供向心力可得
GMmr2=mv2r=mω2r=ma
可得
v= GMr ， ω= GMr3 ， a=GMr2
由于
rA则有
vA>vB>vC ， ωA>ωB>ωC ， aA>aB>aC
故AC正确，D错误；
B.根据
F引=GMmr2
由于不知道三颗卫星的质量关系，所以无法比较三颗卫星所受地球引力大小关系，故B错误。
故选AC。
10.【答案】BC
【解析】【分析】
根据人造卫星的万有引力等于向心力，列式求出线速度、角速度、和向心加速度的表达式进行讨论即可。再有就是抓住卫星变轨的精髓，加速离心轨道外扩，减速近心轨道内敛。
【解答】
A.人造卫星绕地球做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力，设卫星的质量为m、轨道半径为r、地球质量为M，有GMmr2=mv2r，解得：v= GMr，轨道3半径比轨道1半径大，卫星在轨道3上的速率小于它在轨道1上的速率，故A错误；
B、万有引力提供向心力，由牛顿第二定律得：GMmr2=mω2r，解得：ω= GMr3，卫星在轨道3上的轨道半径大于在轨道1上轨道半径，卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度，故B正确；
C.万有引力提供向心力，由牛顿第二定律得：GMmr2=ma，解得：a=GMr2 G、M、r都相等，则则卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度，故C正确；
D.根据卫星变轨问题可知，2号轨道相对1号轨道属于离心，故v2Q>v1Q，D 错误。
11.【答案】AB
【解析】解：两个小物块A、B的质量为m=5kg，A离轴心r1=20cm=0.2m，B离轴心r2=30cm=0.3m，A、B与盘面间的动摩擦因数都为μ=0.4。
A.当物块B所需的向心力小于等于所受摩擦力时，细线上张力为零。设B的向心力等于摩擦力时圆盘转速为ω1，则有：μmg=mω12r2
代入数据解得ω1=2 103rad/s，故A正确；
BC.当A、B所受静摩擦力均达到最大静摩擦力时刚好与盘面间不发生相对滑动，设此时圆盘得角速度为ω2，细线的张力为T。
分别对A和B根据牛顿第二定律可得：μmg−T=mω22r1，μmg+T=mω22r2
代入数据解得：ω2=4.0rad/s，T=4.0N，故B正确，C错误；
D.烧断细线时，A、B做圆周运动所需向心力分别为：
FA=mω22r1，代入数据解得：FA=16N
FB=mω22r2，代入数据解得：FB=24N
物块A、B的最大静摩擦力为fA=fB=μmg=0.4×5×10N=20N
由于fA>FA可知物块A随盘一起转动，由fB故选：AB。
由题意可知当细线上没有张力时，B与盘间的静摩擦力没有达到最大静摩擦力，故由静摩擦力充当向心力，由向心力公式可求得角速度；当A、B所受静摩擦力均达到最大静摩擦力时，圆盘的角速度达到最大值ω2，超过ω2时，A、B将相对圆盘滑动。分别对两个物体，根据牛顿第二定律和向心力公式列式，即可求得最大角速度。根据离心的知识分析烧断细线后A、B的运动情况。
对于圆周运动动力学问题，分析受力情况，确定向心力由什么力提供是解题的关键。本题还要抓住物体刚要滑动的临界条件：静摩擦力达到最大值。
12.【答案】 D B
【解析】(1)[1]由牛顿第二定律有
Fn=mω2r
即在研究向心力 Fn 的大小和轨道半径r的关系时，要保持m和 ω 相同，故D正确，ABC错误。
故选D。
(2)[2]由于图像是线性关系的图像，由牛顿第二定律有
Fn=m(2πT)2r=4mrπ2⋅1T2
可知该操作过程中要保持m和r不变，故B正确，ACD错误。
故选B。
13.【答案】(1)自由落体运动；匀速直线运动；
(2)0.05；1。
【解析】【分析】
(1)根据平抛运动的水平分运动与竖直分运动的性质进行分析即可；
(2)结合平抛运动规律进行分析求解。
本题的关键是掌握平抛运动的性质及规律。
【解析】
(1)用小锤打击弹性金属片，B球就水平飞出，同时A球被松开，做自由落体运动，两球同时落到地面，则说明平抛运动竖直方向是自由落体运动；
因为观察到的现象是球1落到水平木板上击中球2，可知球1在水平方向上的运动规律与球2相同，即平抛运动在水平方向上做匀速直线运动；
(2)在竖直方向上，根据匀变速直线运动的规律可得，得，
由公式，可得小球初速度为。
14.【答案】解：(1)根据万有引力定律：GMmR2=mg
得：M=gR2G
(2)对探测器：
GMm(R+h)2=m4π2T2(R+h)
解得：h=3gR2T24π2−R。
【解析】(1)根据火星表面物体的重力等于万有引力分析计算；
(2)根据火星探测器做圆周运动的向心力由万有引力提供分析计算。
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，然后根据火星表面上质量的物体受到的万有引力和重力相等求解火星的质量；利用火星万有引力等于向心力列式求探测器距火星表面的高度。
15.【答案】解：(1)平抛运动下降的高度，
则A点与O点的距离；
(2)平抛运动的水平位移x=Lcs37°=75×0.8m=60m，
运动员离开O点时的速度大小。
【解析】(1)根据平抛运动的时间求出竖直位移，结合几何关系求出A、O两点的距离。
(2)根据几何关系求出水平位移，结合运动的时间求出运动员离开O点时的速度大小。
解决本题的关键是知道平抛运动在水平方向和竖直方向上的运动规律，结合运动学公式灵活求解。
16.【答案】(1)经过C点恰好沿切线进入圆弧轨道，对于A到C的平抛运动过程v y2=2g×2R
根据sinθ=vyvC
解得vC=10m/s
(2)根据tanθ=vyvA
在A点Mg+FA=Mv A2R
解得FA=55N
(3)在C点F C′−Mgcsθ=Mv C2r
解得F C′=107.2N
根据牛顿第三定律可知FC=F C′=107.2N

【解析】本题考查平抛运动、竖直面内的圆周运动，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，结合运动的合成与分解求解物体到C点的速度；在AC点，对小球受力分析，根据合力提供向心力列式求解在A点受到的弹力大小FA，结合牛顿第三定律求解物体对C点的压力大小FC