湖北省部分高中2024-2025学年高一下学期期中考试物理试卷

这是一份湖北省部分高中2024-2025学年高一下学期期中考试物理试卷，共11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.如图所示为一皮带传动轮，大轮直径是小轮直径的3倍，A是大轮边缘上一点，B是小轮边缘上一点，C是大轮上一点，C到圆心O1的距离等于小轮半径，转动时皮带不打滑。关于A、B、C三点的角速度大小之比ωA:ωB:ωC、线速度大小之比vA:vB:vC，向心加速度大小之比aA:aB:aC，下列判断正确的是( )
A. ωA:ωB:ωC=1:3:3B. aA:aB:aC=3:3:1
C. aA:aB:aC=3:6:1D. vA:vB:vC=3:3:1
2.有关圆周运动的基本模型如图所示，下列说法正确的是( )
A. 如图甲，火车转弯小于规定速度行驶时，外轨对轮缘会有挤压作用
B. 如图丙，两个圆锥摆摆线与竖直方向夹角θ不同，但圆锥高相同，则两圆锥摆的周期相等
C. 如图乙，汽车通过拱桥的最高点时处于超重状态
D. 如图丁，同一小球在光滑而固定的圆锥筒内的A、B位置先后分别做匀速圆周运动，则在A、B两位置小球所受筒壁的支持力A比B小
3.同一辆汽车以同样大小的速度先后开上平直的桥和凹形桥，在桥的中央处( )
A. 车对两种桥面的压力一样大B. 车对平直桥面的压力大
C. 车对凹形桥面的压力大D. 无法判断
4.一辆汽车正在水平公路上转弯，沿曲线由M向N行驶，速度逐渐增大，下面四幅图中画出的汽车所受合力F的方向可能正确的是( )
A. B.
C. D.
5.关于行星运动的规律，下列说法符合史实的是( )
A. 开普勒在第谷天文观测数据的基础上，总结出了行星运动的规律
B. 开普勒在牛顿定律的基础上，导出了行星运动的规律
C. 牛顿发现了万有引力规律，并且测出了引力常量G
D. 开普勒总结出了行星运动的规律，找出了行星按照这些规律运动的原因
6.甲、乙为两颗地球卫星，其中甲为地球静止卫星，乙的运行高度低于甲的运行高度，两卫星轨道均可视为圆轨道。以下判断正确的是( )
A. 甲在运行时能经过北京的正上方B. 甲的加速度大于乙的加速度
C. 乙的速度大于第一宇宙速度D. 甲的角速度小于乙的角速度
7.质量为2 kg的小球从某一高度由静止释放，经3 s到达地面，不计空气阻力，g取10m/s2。则( )
A. 落地时重力的瞬时功率为900 WB. 落地时重力的瞬时功率为450 W
C. 3 s内重力的平均功率为600 WD. 3 s内重力的平均功率为300 W
二、多选题：本大题共3小题，共12分。
8.一物体在运动过程中，重力做了−12J的功，合力做了14J的功，则( )
A. 该物体动能减少，减少量等于14JB. 该物体动能增加，增加量等于14J
C. 该物体重力势能减少，减少量等于12JD. 该物体重力势能增加，增加量等于12J
9.避险车道是指在长下坡路段行车道外侧增设的供刹车失灵的车辆驶离正线安全减速的专用车道，如图甲是某高速公路旁建设的避险车道，简化为图乙所示。若质量为m的货车刹车失灵后以速度v0经A点冲上避险车道，运动到B点速度减为0，货车所受摩擦阻力恒定，不计空气阻力。已知A、B两点高度差为h，重力加速度为g，下列关于该货车从A运动到B的过程说法正确的是( )
A. 合外力做的功为−12mv02B. 重力做的功为mgh
C. 摩擦阻力做的功为mgh−12mv02D. 摩擦阻力做的功为12mv02−mgh
10.如图所示，一年轻人骑着一款电动平衡车正行驶在平直的路上，该车的额定功率为P，车的质量为m，人的质量为5m，车行驶中受到地面的阻力为车对路面压力的0.2倍，其他阻力不计，重力加速度大小为g，则下列判断正确的是( )
A. 平衡车能行驶的最大速度为5P6mg
B. 平衡车以额定功率启动时，车做匀加速直线运动
C. 以额定功率行驶，车的速度为最大速度一半时，车的加速度大小为0.5g
D. 以最大速度匀速行驶时，车的功率突然减少为0.8P时，车的加速度大小为0.04g
三、实验题：本大题共2小题，共18分。
11.某同学利用向心力演示器做探究向心力大小的表达式的实验，实验装置如图所示。
(1)本实验采用的科学探究方法是 。
A.等效替代法
B.微元法
C.控制变量法
D.放大法
(2)该同学把两个质量相同的小球分别放在长、短槽半径相同的横臂挡板A、C处，依次调整变速塔轮上传动皮带的位置，匀速转动手柄，观察两个弹簧测力套筒露出的标尺，记录数据。根据以上操作分析，该同学探究的实验是向心力大小与 的关系。若将挡板A处的小球放置在挡板B处，同时选择半径 (选填“相同”或“不相同”)的两个塔轮，可验证向心力大小与旋转半径的关系。
12.甲、乙、丙三个学习小组利用如图甲所示的装置做“验证机械能守恒定律”的实验。所用电源的频率为50Hz，重力加速度g取9.8m/s2。
(1)从下列选项中选出实验所必须的器材 。(填字母序号)
A.打点计时器(包括纸带)
B.重锤
C.天平
D.秒表(或停表)
(2)甲小组完成实验后，选择了一条理想的纸带，用刻度尺测得各计数点到O点的距离(如图乙所示)，图中O点是打点计时器打出的第一个点，A、B、C分别是每打两个点取出的计数点。若重锤的质量为1.00kg，当打点计时器打到B点时重锤的重力势能比开始下落时减少了 J，此时重锤的动能比开始下落时增加了 J。(计算结果均保留三位有效数字)
(3)乙小组完成实验后，在分析实验得出的结果时，发现重锤重力势能的减少量小于动能的增加量。下列对造成该实验结果的原因分析正确的是 。
A.空气对重锤的阻力和打点计时器对纸带的阻力
B.选用重锤的质量过大
C.该小组交流电源的实际频率大于50Hz
D.该小组交流电源的实际频率小于50Hz
(4)丙小组完成实验后，选择了一条理想的纸带，将纸带上所打的第一个点记为O点，每隔五个点取一个计数点，测量各计数点到O点的距离h，并计算各计数点对应的速度v，以v2为纵轴，以h为横轴，作出v2−h图像。在误差允许的范围内，若v2−h图像是一条过原点且斜率为 (选填“19.6”、“9.80”或“4.90”)的直线，则验证了机械能守恒定律。
四、计算题：本大题共3小题，共30分。
13.金星的半径为地球的b倍，质量为地球的a倍。已知引力常量为G，地球表面重力加速度大小为g，地球的半径为R。求：
(1)金星表面的重力加速度大小;
(2)金星的第一宇宙速度大小。
14.有一种叫飞椅的游乐项目，示意图如图所示。长为L=5m的钢绳一端系着总质量为m=40kg的座椅和小孩，另一端固定在半径为R=3m的水平转盘边缘，转盘可绕穿过其中心的竖直轴转动。当转盘以某一角速度匀速转动时，钢绳与转动轴在同一竖直平面内，与竖直方向的夹角为37∘。不计钢绳的重力，g取10m/s2，sin37∘=0.6，cs37∘=0.8，求：
(1)此时钢绳的拉力为多大?
(2)座椅做圆周运动的轨道半径为多少?
(3)座椅转动的角速度ω多大?
15.如图所示，光滑水平面AB与竖直面内的半圆形粗糙导轨在B点相接，半圆形导轨半径为R=0.4m，一个质量为m=1kg的物体将弹簧压缩至A点后由静止释放，在弹力作用下物体获得某一向右速度后脱离弹簧，当它经过B点时的速度为v1=5m/s，之后沿着半圆形导轨运动到C点时的速度为v2=2m/s，重力加速度g取10m/s2，试求：
(1)物体在A点时弹簧的弹性势能;
(2)物体在C点时对轨道压力的大小;
(3)物体从B点运动至C点的过程中克服阻力做的功。
答案和解析
1.【答案】D
【解析】A.A、B两点是靠传送带传动轮子边缘上的点，线速度相等，因为大轮的半径是小轮半径的3倍，根据v=rω，知ωA：ωB=1：3，因为A、C共轴转动，则角速度相等，所以ωA：ωB：ωC=1：3：1.故A错误；
D.A、C的角速度相等，根据v=rω知，vA：vC=3：1，又A、B的线速度相等，所以vA：vB：vC=3：3：1.故D正确；
BC.A、C的角速度相等，根据a=rω2知，aA：aC=3：1，因为A、B的线速度相等，根据a=v2r知，aA：aB=1：3，则aA：aB：aC=3：9：1.故BC错误。
故选D。
2.【答案】B
【解析】A.火车转弯超过规定速度行驶时，外轨对内轮缘会有挤压作用，故A错误；
C.汽车在最高点mg−FN=mv2r知FNmg，
由此可知，同一辆汽车以同样大小的速度先后开上平直的桥和凹形桥，在桥的中央处，车对凹形桥面的压力大，故ABD错误，C正确。
4.【答案】B
【解析】C.汽车从M点运动到N做曲线运动，所受合力不为零，且合力指向轨迹的凹侧，故C错误；
ABD.沿半径指向圆心的分力改变速度方向，汽车同时速度逐渐增大，所以沿切向方向的分力与速度方向相同，因此合力与速度的方向的夹角一定小于90∘，故B正确，AD错误。
5.【答案】A
【解析】解：AB.开普勒在第谷天文观测数据的基础上，总结出了行星运动的规律-开普勒三定律，故 B错误， A正确;
C.牛顿发现了万有引力规律，卡文迪许测出了引力常量 G，故 C错误;
D.开普勒总结出了行星运动的规律，牛顿找出了行星按照这些规律运动的原因，故 D错误。
故选A。
6.【答案】D
【解析】【详解】A.甲为地球静止卫星，轨道平面在赤道的上空，不可能运行时能经过北京的正上方， A错误；
B.根据GMmr2=ma解得a=GMr2由甲的高度大于乙的高度，甲的加速度小于乙的加速度， B错误;
C.第一宇宙速度是最小的发射速度，是最大的环绕速度，则乙的速度小于第一宇宙速度， C错误;
D.根据万有引力提供向心力GMmr2=mrω2得ω= GMr3由甲的高度大于乙的高度，可知甲的角速度小于乙的角速度， D正确;
故选D。
7.【答案】D
【解析】AB、小球只受重力，做自由落体运动，则3s末速度为：v=gt=10×3m/s=30m/s，所以落地时重力的瞬时功率P=mgv=2×10×30W=600W，故AB错误；
CD、3s内小球下落的高度为：h=12gt2=45m，3s内重力做功：W=mgh=900J，3s内重力的平均功率为：P′=Wt=mght=9003W=300W，故C错误，D正确。
故选：D。
8.【答案】BD
【解析】解：AB、合外力做功对应着物体动能的变化，合外力做了14J的功，因此动能增加14J，故A错误，B正确；
CD、重力做的功等于重力势能的减小，重力对物体做−12J的功，重力势能将增加12J，故C错误，D正确。
9.【答案】AC
【解析】B.该货车从A运动到B的过程中重力做的功为WG=−mgh，故B错误；
A.根据动能定理可知合外力做的功为W合=0−12mv 02=−12mv 02，故A正确；
CD.根据动能定理有WG+Wf=−12mv 02，解得摩擦阻力做的功为Wf=−12mv02−WG=mgh−12mv02，故C正确，D错误。
10.【答案】AD
【解析】A.质量为 5m 的人骑该车速度最大时
P=0.2×6mgvm
解得
vm=5P6mg
故A正确；
B.平衡车以额定功率启动时，由P=Fv可得，当速度逐渐增大时牵引力减小，又a=F−fm，所以加速度减小，车做变加速运动，故B错误；
C.当速度为最大速度的一半时，根据牛顿第二定律
P0.5vm−0.2×6mg=6ma
解得
a=0.2g
故C错误；
D.以最大速度匀速行驶时，车的功率突然减少为 0.8P 时，根据牛顿第二定律
Pvm−0.8Pvm=6ma′
解得
a′=0.04g
故D正确。
故选AD。
11.【答案】(1)C；(2)角速度；相同
【解析】(1)探究向心力大小的表达式的实验中，先探究向心力与其中一个物理量的关系，保持其他物理量不变，采用的科学探究方法是控制变量法。故选 C。
(2)该同学把两个质量相同的小球分别放在长、短槽半径相同的横臂挡板A、C处，依次调整变速塔轮上传动皮带的位置，则两球质量相等，做圆周运动的半径相等，该同学探究的实验是向心力大小与角速度的关系;若将挡板A处的小球放置在挡板B处，两球做圆周运动的半径不相等，则应控制两球的角速度相等，根据v=ωR由于两个塔轮边缘的线速度大小相等，所以需要同时选择半径相同的两个塔轮，可验证向心力大小与旋转半径的关系。
12.【答案】(1)AB
(2)1.75 ; 1.72
(3)D
(4)19.6
【解析】(1) AB、需要使用打点计时器(包括纸带)打出纸带计算速度，需要使用重锤拖动纸带，故 AB正确;
C、实验要验证mgh=12mv2，因重锤质量被约去，可以直接验证gh=12v2，重锤质量可以不用测量，天平不是必需的器材，故C错误;
D、打点计时器就是计时仪器，不需要停表，故D错误.
(2)当打点计时器打到B点时重锤的重力势能比开始下落时减少了ΔEp=mghOB=1×9.8×17.86×10−2J=1.75J;
相邻两个计数点间的时间间隔T=0.04s，
打到B点时速度v=xAC2T=(27.25−12.41)×10−22×0.04m/s=1.855m/s，
此时重锤的动能比开始下落时增加了ΔEk=12mv2=1.72J.
(3)空气对重锤阻力和打点计时器对纸带的阻力，会导致重力势能部分转化为内能，则重力势能的减小量会略大于动能的增加量，故A错误;
验证机械能守恒，即验证动能的增加量和重力势能的减小量是否相等，重锤质量大小会影响空气阻力的大小，不会使得重力势能的减少量小于动能的增加量，故B错误;
若交流电的频率小于50Hz，由于速度值仍按频率为50Hz计算，频率的计算值比实际值偏大，周期值偏小，算得的速度值偏大，动能值也就偏大，则可能出现重锤重力势能的减少量小于动能的增加量，同理，交流电源的频率大于50Hz，则频率的计算值比实际值偏小，周期值偏大，算得的速度值偏小，动能值也就偏小，则可能出现重力势能的减小量会略大于动能的增加量，故C错误，D正确.
(4)实验要验证mgh=12mv2，整理可得v2=2gh，则k=2g=19.6m/s2.
13.【答案】解：(1)设地球的质量为M，表面有一质量为m的物体，地球表面万有引力近似等于重力有：GMmR2=mg
解得g=GMR2
金星的质量为aM，半径为bR，设金星表面重力加速度大小为g′，同理有g′=GaM(bR)2
解得g′=ab2g
(2)第一宇宙速度即卫星最大环绕速度，设某地球卫星的质量为m′，以最大环绕速度v运行，有m′g=m′v2R
解得v= gR
设金星的第一宇宙速度为v′，金星的半径为R′，同理可得v′= g′R′
解得v′= agRb
【解析】详细解答和解析过程见【答案】
14.【答案】解：(1)如图受力分析：
T=mgcsθ=40×100.8N=500N
(2)设座椅做圆周运动的轨道半径r，由几何关系可知：r=R+Lsinθ=3m+5×0.6m=6m
(3)如图受力分析，座椅在水平面内做匀速圆周运动，
它所受合外力提供向心力，有牛顿第二定律的：
F合=mgtan⁡θ=mω2r
代入数据可得：ω= 52rad/s
【解析】详细解答和解析过程见【答案】
15.【答案】(1)由机械能守恒定律，物体在 A点时弹错的弹性势能EPA=12mv12=12.5J
(2)物体在C点时，设轨道对物体的弹力为FN，由牛顿第二定律得
FN+mg=mv22R
解得FN=mv22R−mg=0
由牛顿第三定律得，物体在C点时对轨道压力的大小为0
(3)设物体从B点运动至C点的过程中克服阻力做的功为W，由动能定理
−2mgR−W=12mv22−12mv12
解得W=12mv12−2mgR−12mv22=2.5J
【解析】详细解答和解析过程见【答案】