湖北省2023-2024学年高一下学期期中考试物理试卷(解析版)

这是一份湖北省2023-2024学年高一下学期期中考试物理试卷(解析版)，共20页。试卷主要包含了选择题的作答，非选择题的作答等内容，欢迎下载使用。
试卷满分：100分
注意事项：
1．答题前，先将自己的姓名、准考证号、考场号、座位号填写在试卷和答题卡上，并将准考证号条形码粘贴在答题卡上的指定位置。
2．选择题的作答：每小题选出答案后，用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。写在试卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。
3．非选择题的作答：用黑色签字笔直接答在答题卡上对应的答题区域内。写在试卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。
一、单项选择题（每小题4分。在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求。）
1. 在物理学的研究中用到的思想方法很多，对下图中描述正确的是（ ）
A. 甲图中，测定引力常量的实验运用了放大法测微小量
B. 乙图中，研究小船渡河问题时，主要运用了类比法
C. 丙图中，观察AB割线的变化得到B点的瞬时速度方向的过程，运用了控制变量法
D. 丁图中，研究力和运动关系时，运用了等效替代法
【答案】A
【解析】A．甲图中，卡文迪什测定引力常量的实验运用了放大法测微小量，故A正确；
B．乙图中，研究小船渡河问题时，主要运用了等效法，故B错误；
C．丙图中，A点逐渐向B点靠近时，观察AB割线的变化，就是曲线在B点的切线方向，运用了极限思想，得到B点的瞬时速度方向，故C错误；
D．丁图中，伽利略研究力和运动关系时，运用了理想实验方法，巧妙地设想了两个对接斜面的实验，故D错误。
故选A。
2. 一物体在光滑水平面上做匀速直线运动，某时刻对该物体施加一水平恒力，关于物体此后可能运动及该力做功情况的判断，下列说法中错误的是（ ）
A. 物体做直线运动，该力对物体做正功
B. 物体做直线运动，该力对物体先做正功后做负功
C. 物体做曲线运动，该力对物体做正功
D. 物体做曲线运动，该力对物体先做负功后做正功
【答案】B
【解析】A．如果水平恒力的方向与运动方向相同，则物体做直线运动，该力对物体做正功，所以A正确，不符题意；
B．如果水平恒力的方向与运动方向相反，则物体做直线运动，该力对物体先做负功后做正功，所以B错误，符合题意；
C．如果水平恒力的方向与运动方向夹角为锐角，则物体做曲线运动，该力对物体做正功，所以C正确，不符题意；
D．如果水平恒力的方向与运动方向夹角为钝角，则物体做曲线运动，该力对物体先做负功后做正功，所以D正确，不符题意；
故选B。
3. 质量为的小球，从离桌面高的A处由静止下落，桌面离地面B处高度为，如图所示。若以桌面为参考平面，重力加速度，下列说法正确的是（ ）
A. 小球在A点的重力势能为12J
B. 小球在B点的重力势能为4J
C. 由A点下落至B点过程中重力做功为12J
D. 由A点下落至B点过程中重力势能的变化量为12J
【答案】C
【解析】A．若以桌面为参考平面，小球在A点的重力势能为
故A错误；
B．若以桌面为参考平面，小球在B点的重力势能为
故B错误；
C．由A点下落至B点过程中重力做功为
故C正确；
D．由A点下落至B点过程中重力势能势能变化量
故D错误。
故选C。
4. 如图所示，轻杆的一端固定在通过O点的水平转轴上，另一端固定一个小球，轻杆绕O点在竖直平面内沿顺时针方向做匀速圆周运动，其中A点为最高点、C点为最低点，B点与O点等高，下列说法正确的是（ ）
A. 小球经过A点时，所受杆的作用力一定竖直向下
B. 从A点到C点的过程，小球合力始终指向圆心
C. 从A点到C点的过程，小球重力的功率保持不变
D. 小球经过B点时，所受杆的作用力沿着BO方向
【答案】B
【解析】A．小球经过A点时，合外力提供向心力，则当小球速度较小时
则所受杆的作用力竖直向上；当小球速度较大时
则所受杆的作用力竖直向下；当小球速度满足
则杆对小球无作用力。故A错误；
B．依题意，小球做匀速圆周运动，合外力提供向心力，从A点到C点的过程，小球合力始终指向圆心。故B正确；
C．由图可知A点和C点处重力与速度方向垂直，则小球重力的功率为0，与B点对称的位置处重力与速度共线，故重力功率不为0，则从A点到C点的过程，小球重力的功率先增大再减小。故C错误；
D．合外力提供向心力，小球受重力和杆给的作用力，则小球所受杆的作用力为右上方。故D错误。
故选B。
5. 如图所示，一辆货车利用跨过光滑定滑轮的轻质不可伸长的缆绳提升一箱货物，已知货箱的质量为，货物的质量为m，货车向左做匀速直线运动，在将货物提升到图示的位置时，货箱速度为v，连接货车的缆绳与水平方向夹角为，不计一切摩擦，下列说法正确的是（ ）
A. 货车的速度等于B. 货物处于失重状态
C. 缆绳中的拉力大于D. 货车对地面的压力大于货车的重力
【答案】C
【解析】A．关联速度可知，沿着绳上的速度相等，可知
解得
A错误；
B．减小，增大，货车向左做匀速直线运动，v增大，加速度向上，则货物处于超重状态，B错误；
C．由加速度向上，则
缆绳中的拉力大于，C正确；
D．对货车受力分析可得
即
货车的对地面的压力小于货车的重力，D错误；
故选C。
6. 粗糙的水平地面上一物体在水平拉力作用下做直线运动，水平拉力F及物体的运动速度v随时间t变化的图像如图甲和图乙所示。取重力加速度。则（ ）
A. 前2s内水平拉力F做功为120J
B. 前4s内物体的位移为10m
C. 物体的质量为7.5kg
D. 时水平拉力F的功率为30W
【答案】D
【解析】A．图像与时间轴所围几何图形的面积表示位移，前2s内物体的位移
则水平拉力F做功为
故A错误；
B．前4s内物体的位移为
故B错误；
C．根据图像可知，2s后物体做匀速直线运动，水平拉力与摩擦力平衡，即摩擦力大小为5N，2s前物体做匀加速直线运动，根据牛顿第二定律有
根据图乙可知
解得
故C错误；
D．根据图乙可知，1s时物体的速度为2m/s，则时水平拉力F的功率为
故D正确。
故选D。
7. 如图所示，竖直平面的圆环，ab为水平直径，cd为另一条直径，一个小球（可以看成质点）在c点以水平向右的初速度抛出，刚好落在d点，已知直径ab与直径cd的夹角（，；），不计空气阻力，则（ ）
A. 圆环的半径为0.75m
B. 抛出点c距水平直径ab的高度为0.225m
C. 若小球从c点以不同的速度水平向右抛出，一定不可能垂直落在圆环上
D. 若小球从c点以不同的速度水平向右抛出，经过直径cd上不同位置时的速度方向不相同
【答案】B
【解析】ABD．小球做平抛运动如图所示
设小球抛出经过t时间落d点，根据平抛运动规律有
，
根据几何知识有
解得
，
则圆环的半径为
抛出点c距水平直径ab的高度为
若小球从c点以不同的速度水平向右抛出，无论落在cd上的何处，其位移偏角均为，则有
设速度偏角为，则有
则
则为定值，可知若小球从c点以不同的速度水平向右抛出，经过直径cd上不同位置时的速度方向相同，故AD错误，B正确；
C．若小球从c点水平向右抛出垂直落在圆环上f点如图所示
则f点速度反向延长线过圆心，由平抛运动的特点可知速度反向延长线过水平位移的中点g，由图可知g点可以为水平位移的中点，故可能垂直落在圆环上，故C错误。
故选B。
二、多项选择题（每小题4分。在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。）
8. 下列有关生活中的圆周运动实例分析，其中说法正确的是（ ）
A. 铁路的转弯处，外轨比内轨高的原因是为了利用轮缘与内轨的侧压力帮助火车转弯
B. 汽车通过拱桥的最高点时处于失重状态
C. 滚筒洗衣机里衣物随着滚筒做高速匀速圆周运动，衣物运动到最高点A和最低点B点时对滚筒壁弹力大小相等
D. 同一小球在光滑而固定的圆锥筒内的A、B位置先后做匀速圆周运动，则在A、B两位置小球所受筒壁的支持力大小相等
【答案】BD
【解析】A．在铁路的转弯处，通常要求外轨比内轨高，当火车按规定速度转弯时，由重力和支持力的合力完全提供向心力，从而减轻轮缘对外轨道的挤压，A错误；
B．对汽车在最高点，根据牛顿第二定律得
因为
故汽车处于失重状态，B正确；
C．根据牛顿第二定律，在最低点有
在最高点时有
可得，C错误；
D．小球在两位置做匀速圆周运动，由其合力提供向心力，受筒壁的支持力为
（为锥体顶角的一半），故支持力大小相等，D正确；
故选BD。
9. 2024年3月21日13时27分，我国在酒泉卫星发射中心成功将云海二号02组卫星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，如图所示，发射过程简化如图所示，卫星首先升空抵达半径为的近地圆轨道Ⅰ上Q点，然后在Q点短暂加速进入过渡的椭圆轨道Ⅱ，在椭圆轨道Ⅱ的远地点P点经合适调节便可稳定于预定所在的半径为的圆轨道Ⅲ上。下列判断正确的是（ ）
A. “云海二号”由轨道Ⅱ的P点转移到轨道Ⅲ需要在P点加速
B. “云海二号”在轨道Ⅱ上的运行周期小于在轨道Ⅲ上的运行周期
C. “云海二号”在轨道Ⅱ上经过Q点的加速度等于在轨道Ⅰ上经过Q点的加速度
D. “云海二号”在轨道Ⅰ与地心连线和在轨道Ⅲ与地心连线在相同时间内扫过的面积相等
【答案】ABC
【解析】A．卫星的发射与变轨，发射过程在两个切点位置需要加速，故“云海二号”由轨道Ⅱ的P点转移到轨道Ⅲ需要在P点加速，A正确；
B．由开普勒第三定律
可知，因为“云海二号”在轨道Ⅱ上的半长轴小于在轨道Ⅲ上的轨道半径，故“云海二号”在轨道Ⅱ上的运行周期小于在轨道Ⅲ上的运行周期，B正确；
C．根据牛顿第二定律，同一位置受到的万有引力相同，产生的加速度也相同，C正确；
D．开普勒第二定律面积定律是针对同一轨道上，连线在相同时间扫过的面积才相等。不同轨道连线扫过的面积不相同，D错误。
故选ABC。
10. 如图，在竖直平面内，半径为R的圆弧轨道ABC和水平轨道PA在A点相切，BC为圆弧轨道的直径，O为圆心，OA和OB之间的夹角为，一个质量为m的小球沿水平轨道向右运动，经A点沿圆弧轨道通过C点，落至水平轨道；在整个过程中，除受到重力及轨道作用力外，小球还一直受到一个水平恒力的作用。已知小球在C点所受合力的方向指向圆心，且此时小球对轨道的压力恰好为零。离开C点后立即撤去水平恒力，不计一切摩擦，重力加速度大小为g。则下列说法正确的是（ ）
A. 小球在A点时速度最大
B. 小球在B点时速度最大
C. 小球到达C点时速度的大小为
D. 小球到达水平地面时距A点的距离为
【答案】BC
【解析】AB．由于小球在C点所受合力的方向指向圆心，且此时小球轨道的压力恰好为零，表明水平恒力与重力的合力方向与直径BC平行，即B为圆周运动的等效的物理最低点，C为圆周运动的等效的物理最高点，类比于一般的圆周运动，可知，小球在等效物理最低点B点时速度最大，小球在等效物理最高点C点时速度最小，A错误，B正确；
C．结合上述，在C点，对小球分析有
代入得
C正确；
D．水平竖直建立直角坐标，竖直方向速度为
竖直方向位移为
代入得
水平方向速度为
水平方向位移为
代入得
所以距A点距离为，D错误；
故选BC。
三、实验题（2小题，共16分。把答案填写在答题卡中的横线上。）
11. 探究向心力大小F与物体的质量m、角速度和轨道半径r的关系实验。
（1）本实验所采用的实验探究方法与下列哪个实验是相同的 ；
A. 探究平抛运动的特点
B. 探究两个互成角度的力的合成规律
C. 探究匀变速直线运动规律
D. 探究加速度与物体受力、物体质量的关系
（2）某同学用如下图所示实验装置进行探究，圆柱体放置在水平圆盘上做匀速圆周运动，圆柱体与圆盘之间的摩擦可忽略不计。力传感器测量向心力大小F，角速度传感器测量角速度大小，该组同学通过保持圆柱体质量和运动半径不变，来探究F与的关系。
该组同学让圆柱体做半径为r的匀速圆周运动，得到如图1所示图像，对图线的数据进行处理，获得了如图2所示的图像，该图像是一条过原点的直线，则图像2的横坐标x代表的是____，如果直线的斜率为k，则可以得到圆柱体的质量为____。
【答案】（1）D （2）
【解析】
【小问1详解】
本实验采用的实验探究方法是控制变量法，采用这个探究方法的实验还有“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”，D正确；
故选D。
【小问2详解】
由向心力公式知
可知，当质量m和运动半径r不变时
所以图像横坐标x代表的是。
图像的斜率为
则可以得到圆柱体的质量为
12. 在“探究平抛运动的特点”实验中，实验小组从不同角度进行实验。（g取）
（1）采用如图所示的装置做实验。在此实验中，下列操作或说法正确的是________。
A. 将斜槽轨道的末端调成水平
B. 本实验不需要用天平测出小球质量，也不需要配备铅垂线
C. 小球释放的初始位置越高越好
D. 图甲中挡条每次必须等间距下移
（2）实验中探究物体做平抛运动时，它的速度方向与水平方向的夹角为θ，其正切值随时间t变化的图像如图所示，则初速度_______m/s。（结果保留两位有效数字）
（3）由（2）中实验测得落点和平抛起点连线与水平方向夹角为45°，则经过的时间为_______s，位移为_______m。（结果均保留两位有效数字）
（4）在此实验中，每次都要让小球从斜槽上的同一位置由静止滚下，但小球与斜槽间有摩擦力，这个摩擦力_______（选填“会”或“不会”）使实验的误差增大。
【答案】（1）A （2）1.0 （3） 0.20 0.28 （4）不会
【解析】
【小问1详解】
A．为了保证小球沿水平方向飞出，应将斜槽轨道的末端调成水平，A正确；
B．本实验不需要天平测出小球的质量，但需要配备铅垂线以确定竖直方向，B错误；
C．实验中需要小球每次从斜槽上同一位置由静止释放，小球释放的初始位置适合即可，不是越高越好，释放位置过高，会导致初速度较大，小球经过纸面的时间较短，竖直方向下落的高度较低，描绘的轨迹不便于数据计算，C错误；
D．图甲中挡条每次不需要等间距下移，D错误。
故选A。
【小问2详解】
由
可得随时间t变化的图像斜率为
解得
【小问3详解】
由
解得
水平分位移、竖直分位移分别为
故位移为
【小问4详解】
斜槽轨道不需要光滑，只要保证小球每次从同一位置释放即可，因为小球每次从同一位置释放，路径相同，每次损失的机械能相同，到达斜面底端时速度相等。
四、解答题（3小题，共44分。解答时要写出必要的文字说明和重要的演算步骤。）
13. 我国新能源汽车领先全球，2024年3月28日小米第一台汽车XiamiSU7正式上市，其技术领先且价格符合大众消费，一辆小米新能源汽车在平直公路上行驶，汽车的质量为，发动机的额定功率为，设汽车行驶过程中受到的阻力大小恒为。
（1）在不超过额定功率的前提下，求该汽车所能达到的最大速度；
（2）如果汽车从静止开始做匀加速直线运动。加速度的大小，在发动机不超过额定功率的前提下，求汽车维持匀加速运动的时间t。
【答案】（1）50m/s；（2）1.25s
【解析】（1）设汽车以额定功率启动后达到最大速度时牵引力为，汽车达到最大速度时有
又
联立，解得
（2）设汽车在匀加速度运动时，牵引力为F，根据牛顿第二定律
解得
设保持匀加速的时间t，匀加速达到的最大速度为，则有
解得
由匀变速直线运动速度公式得
解得
14. 宇航员站在某质量分布均匀的星球表面一斜坡上P点，沿水平方向以初速度抛出一个小球，测得小球经时间t落到斜坡另一点Q上，如图所示，斜坡的倾角为，，，已知该星球的半径为R，引力常量为G，球的体积公式是。求：
（1）该星球表面的重力加速度g；
（2）该星球的密度；
（3）该星球的第一宇宙速度。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
详解】（1）小球做平抛运动过程中，水平方向，有
竖直方向，有
由几何知识可得
联立解得
（2）对于星球表面质量为的物体，有
所以
（3）该星球的第一宇宙速度等于它的近地卫星的运行速度，故
解得
15. 如图所示，用内壁粗糙的薄壁细管弯成的“S”形轨道固定于竖直平面内，其弯曲部分是由两个半径均为的半圆平滑对接而成（圆的半径远大于细管内径），轨道底端D点与水平地面相切，现有一辆质量为的玩具小车在恒定的拉力作用下从E点由静止开始出发，经过一段时间到达D点时撤去外力F，此时小车对“S”形轨道压力为420N，小车进入“S”形轨道后从轨道的最高点飞出，恰好垂直撞在固定斜面B上的C点，C点与下半圆的圆心O等高。已知小车在水平轨道ED段运动过程中受到的阻力是车重的0.1倍，斜面的倾角为30°。求：（g取）
（1）小车从E点到D点的距离；
（2）小车到达C点时的速度大小；
（3）在A点小车对轨道的弹力。
【答案】（1）；（2）8m/s；（3）20N；方向竖直向上
【解析】（1）小车从E到D由牛顿第二定律得
由位移公式知
在D点由牛顿第二定律得
由牛顿第三定律得小车在D点对轨道的压力等于轨道对小车的支持力
所以得ED间距离
（2）把小车在C点的速度分解为沿水平方向的分速度和沿竖直方向的分速度，有
，
解得

（3）由（2）知小车在A点的速度大小

因为
小车对外轨有压力，轨道对小车的作用力竖直向下，根据牛顿第二定律有
解得
根据牛顿第三定律得，小车对轨道的弹力的大小
方向竖直向上。