湖北省宜昌市协作体2024-2025学年高一（下）期中考试物理试卷

这是一份湖北省宜昌市协作体2024-2025学年高一（下）期中考试物理试卷，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.如图所示是儿童游乐场的旋转木马，旋转木马上载有儿童以恒定角速度在水平面内转动，下列说法正确的是( )
A. 儿童运动过程中所受的合外力为零
B. 坐在最外侧木马上的儿童线速度最大
C. 坐在木马上的儿童运动过程中加速度不变
D. 坐在木马上的儿童因为受到离心力的作用而有向外滑动的趋势
2.在2024年8月巴黎奥运会跳水女子10米台决赛中，中国选手全红婵表现出色，成功卫冕了该项目的冠军，这也是她个人的第二块奥运会金牌.如图所示是全红婵比赛中的一张照片，全红婵从十米跳台起跳后从最高点到全身入水速度减为零的过程中(不计空气阻力)，下列说法正确的是( )
A. 机械能守恒B. 刚接触水面时动能最大
C. 重力势能一直在减小D. 机械能一直在减小
3.我国北斗导航系统由55颗卫星组网运行，其中如图所示的三颗卫星分别是地球同步静止轨道卫星甲、与地球自转周期相同的倾斜地球同步轨道卫星乙、轨道较低一些的中轨道卫星丙，它们均为圆轨道卫星，下列关于三颗卫星说法正确的是( )
A. 卫星丙运行速度最大
B. 卫星丙运行速度可能大于7.9km/s
C. 卫星甲与卫星乙一定具有相同的动能
D. 地面上的观察者看到卫星甲、乙都是静止不动的
4.质量为1000kg的电动汽车在平直公路上行驶，汽车所受阻力恒为f=1000N，汽车的额定功率为9×104W.若汽车以5m/s2的加速度由静止开始做匀加速直线运动，则该匀加速过程最多能持续的时间为( )
A. 6sB. 5 sC. 4sD. 3s
5.如图所示，A、B、C分别是自行车的大齿轮、小齿轮和后轮的边缘上的三个点，三点到各自转动轴的距离分别为4r、r和10r.支起自行车后轮，在匀速转动踏板的过程中，链条不打滑，则A、B、C三点( )
A. 转速大小之比是nB:nC=1:10B. 角速度大小之比是ωA:ωC=1:10
C. 线速度大小之比是vA:vC=1:10D. 向心加速度大小之比是aA:aB=4:1
6.如图所示为火车转弯时的情境图，为了安全起见，通常在火车转弯处将铁轨铺成外高内低，目的是减小车轮与铁轨之间的侧向挤压.已知火车质量为m，内轨与外轨之间的距离为L，水平间距为d，高度差为h，火车在此处的转弯半径为R，重力加速度为g，忽略火车与轨道之间的横向摩擦力.在转弯处时，当轮缘与轨道之间沿轨道平面的挤压弹力为零时，火车的速度大小为v0(v0未知).下列说法正确的是( )
A. v0= gRhd
B. 当速度为 gRhd时，轨道与火车间的弹力大小为mghd
C. 当速度大于 gRhd时，轮缘与内轨有侧向挤压
D. 当速度小于 gRhd时，轨道与火车间的弹力大小为mgLd
7.如图甲所示，质量为m的滑块静止在倾角θ=30∘的粗糙斜面底端，现用平行于斜面向上的拉力F作用在滑块上，滑块沿斜面运动x0= 2 m时撤去拉力F，此时滑块的机械能E0= 80J，滑块上滑过程中机械能E与上滑位移x之间的关系图像如图乙所示，滑块运动2x0时达到最高点，取斜面底端重力势能为0，重力加速度g取10m/s2，则下列说法正确的是( )
A. 滑块的质量为m=2kgB. 滑块所受摩擦力的大小为10N
C. 拉力F的大小恒为是40ND. 拉力F撤去时滑块的动能为40J
二、多选题：本大题共3小题，共12分。
8.2024年5月3日17时27分，“嫦娥六号”探测器由长征五号遥八运载火箭在中国文昌航天发射场成功发射，开启世界上首次月球背面采样之旅.探测器通过多次适时变轨，使探测器绕地球运行的椭圆长轴逐渐变大，进入地月转移轨道奔向月球，在月球附近对卫星实施了多次必要的修正，使它进入绕月球表面圆周运行的工作轨道.“嫦娥六号”奔月整个过程的轨道变化情况示意图如图所示，对于“嫦娥六号”探测器的运动过程，下列说法正确的是( )
A. 探测器绕地球运行的椭圆轨道周期逐渐变大
B. 探测器在不同的椭圆轨道运行时与地球连线相等时间内扫过的面积相等
C. 探测器在绕地球运行的椭圆轨道近地点时每次都需要加速
D. 探测器在绕月球运行的椭圆轨道近月点时每次都需要加速
9.如图所示，摆球质量为m，悬线长度为L，把悬线拉到水平位置A点由静止释放，设摆球在运动中空气阻力的大小不变恒为f，重力加速度为g，摆球从A点运动到最低点B的过程中，下列说法正确的是( )
A. 悬线的拉力做功为mgLB. 重力做功为mgL
C. 摆球克服空气阻力做功为12πLfD. 重力做功的瞬时功率不断增大
10.如图所示，有一水平圆转台上放有质量均为m的物块A和B，两物块间用轻绳连接，分别放置在转台同一直径的两侧，物块A和B距离转台中心转轴的距离分别为2r和r，且轻绳刚好伸直，物块A和B与转台间的动摩擦因数均为μ，现逐渐增大转台的转速，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，物块A和B均可视为质点，重力加速度大小为g，则下列说法正确的是( )
A. 当转台的角速度大于 μg2r时绳子将产生张力
B. 当两物块都将相对转台滑动时，转台的角速度为 μgr
C. 当两物块都将相对转台滑动时，绳子的拉力大小为2μmg
D. 当转台的角速度等于 μgr时，物块B不受摩擦力
三、实验题：本大题共2小题，共17分。
11.某实验小组利用如图所示的装置进行“探究向心力大小与半径，角速度、质量的关系”实验，转动手柄，可使塔轮，长槽和短槽随之匀速转动，塔轮自上而下有三层，每层左、右半径之比分别是1:1、2:1和3:1。左，右塔轮通过皮带连接，并可通过改变皮带所处层来改变左、右塔轮的角速度之比，实验时，将两个小球分别放在长槽A处和短槽的C处，A、C到左、右塔轮中心的距离相等，两个小球随塔轮做匀速圆周运动，向心力大小关系可由标尺露出的等分格的格数判断。
(1)在研究向心力的大小F与质量m，角速度ω和半径r之间的关系时我们主要用到了物理学中的 。
A.微元法
B.等效替代法
C.控制变量法
D.转化放大法
(2)如图所示，实验中某同学把两个质量相等的小球放在A、C位置，将皮带处于左、右两边半径不等的塔轮上，转动手柄，观察左、右标尺的刻度，这是在探究向心力大小F与 (填选项前的字母)。
A.质量m的关系
B.半径r的关系
C.角速度ω的关系
(3)若两个质量相等的小球放在A、C位置，与皮带连接的左、右两个变速塔轮半径之比为2: 1，发现标尺上的等分格显示出两个小球所受向心力大小之比为1:4;再改变两个变速塔轮半径之比为3:1，则标尺上的等分格显示出两个小球所受向心力大小之比为 ，则说明当做圆周运动的物体的质量、半径不变时，物体所受向心力大小与 (选填“ω”“1ω”或“ω2”)成正比。
12.实验小组利用图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律，打点计时器接在频率为f的交流电源上.让重物自由下落，打点计时器在随重物下落的纸带上打下一系列点迹.挑出点迹清晰的纸带进行数据处理．
(1)关于本实验，下列说法错误的是 ．
A.实验前必需用天平测出重物的质量
B.重物选用质量和密度较大的金属锤
C.实验时先通电，打点稳定后再释放纸带
(2)实验中，得到如图乙所示的一条纸带.O点为打下的第一个点，在纸带上选取三个计数点A、B、C，相邻两个计数点之间还隔有一个打出的实际点，测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC．
已知当地重力加速度为g，重物的质量为m，从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能减少量为 ，动能的增加量为 .实验中，由于摩擦等阻力的存在，重物重力势能的减少量总是 动能的增加量(填“大于”“小于”或“等于”)．
(3)某同学在家里做“验证机械能守恒定律”的实验，设计的实验装置如图丙所示，用细线的一端系住一个较重的小铁锁(可看成质点)，另一端固定在铅笔一端，用较重的书将铅笔压在水平桌面上，让细线一端伸出桌面，将铁锁拉至与桌面等高处(细线拉直)，然后由静止释放.在笔的正下方某合适位置放一小刀，铁锁经过时，细线立即被割断，铁锁继续运动，落在水平地面上.测得铁锁静止时距地面的距离为h，笔到铁锁的距离为l，笔到铁锁落地点的水平距离为s，若满足s2= (用l和h表示)，即可验证铁锁从释放至运动到笔正下方的过程机械能守恒．
四、计算题：本大题共3小题，共43分。
13.火星探测器“天问一号”是由环绕器、着陆器和巡视器三部分组成，总质量达到5吨左右，其中环绕器的作用之一是为“祝融号”提供中继通信，是火星车与地球之间的“通信员”.目前，环绕器已在航天员的精确操控下，进入遥感使命轨道，已知遥感使命轨道离火星表面的距离为h，环绕器在遥感使命轨道的运动可视为匀速圆周运动，绕行周期为T，火星的半径为R，火星的自转周期为T0，引力常量为G，球体体积V=43πr3(r为球体半径)，求：
(1)火星的密度ρ;
(2)火星赤道处的重力加速度大小g0;
(3)火星的第一宇宙速度v．
14.如图甲所示，长为L的细线一端系一质量为m的小球(可视为质点)，另一端固定在一光滑锥体顶端，光滑锥体顶角为2θ，轴线在竖直方向.使小球在水平面内做角速度为ω的匀速圆周运动，细线的拉力为FT，得FT-ω2关系图线如图乙所示，已知重力加速度为g，求：
(1)a、b的值;
(2)FT-ω2关系图线1、2的斜率．
15.如图所示，半径R=0.5m的光滑圆弧轨道BC固定在竖直平面内，轨道的上端点B和圆心O的连线与水平方向的夹角θ=37∘，轨道的下端与水平面相切于C点，C点右侧距离L=2m处有一弹性竖直挡板，物块与弹性挡板相碰后会以原速率反弹.圆弧轨道右上方有一个光滑的平台，一轻质弹簧的右端固定在平台右侧的竖直挡板上，平台左端A点与圆弧轨道顶端B点的高度差h=0.8m，用外力使质量m=1kg的小物块(可视为质点)压缩弹簧处于静止状态，撤去外力，小物块从平台左端A点飞出恰好从B点沿圆弧轨道切线方向进入轨道，小物块与水平面间的动摩擦因数μ=0.5.g取10m/s2(sin37∘=0.6,cs37∘=0.8).求：
(1)外力撤去前，弹簧的弹性势能;
(2)小物块第一次经过C点时受到的支持力大小;
(3)小物块最终静止时的位置距弹性挡板的距离．
答案和解析
1.【答案】B
【解析】儿童做匀速圆周运动，由合外力提供向心力有F合=mω2r，A错误;
所有木马同轴转动，角速度相等，最外侧的木马做圆周运动的半径最大，根据v=ωr可知坐在最外侧的木马上的儿童线速度最大，B正确;
匀速圆周运动中线速度、合外力、加速度大小不变，方向不断变化，C错误;
儿童有向外滑的趋势，是因为物体具有惯性，儿童并不受离心力，受重力、弹力和摩擦力作用，D错误．
2.【答案】C
【解析】全红婵起跳后在空气中只有重力做功，机械能守恒，入水后，除了重力做功外，还有水的浮力和阻力做负功，机械能减小，A、D错误;
重力一直做正功，重力势能一直在减小，C正确;
入水后，刚开始水的浮力和阻力之和小于重力，加速度向下，速度增大，动能增加，当水的浮力和阻力之和等于重力时，速度达到最大，动能最大，之后，水的浮力和阻力之和大于重力，加速度向上，速度减小，动能减小，B错误．
3.【答案】A
【解析】设地球质量为M，质量为m的卫星绕地球做半径为r、线速度大小为v的匀速圆周运动，由引力提供向心力GMmr2=mv2r，解得v= GMr，卫星丙运行半径r最小，线速度v最大，A正确;
地球半径为R，卫星距地面高度为h，卫星绕地球运行半径r=R+h，卫星运行速度v= GMr，近地卫星h=0，r=R时速度最大vm= GMR=7.9km/s，故卫星运行速度一定小于7.9km/s，B错误;
由开普勒第三定律r3T2=k可知，卫星甲、乙周期与地球自转周期相同，则卫星绕地球运行半径r相同，运行速度大小相等，但卫星质量可能不同，由动能Ek=12mv2可知，卫星甲与卫星乙的动能可能不同，C错误;
乙是倾斜地球同步轨道卫星，地面上的观察者看到卫星乙在运动，看到卫星甲是静止不动的，D错误．
4.【答案】D
【解析】匀加速运动结束时，由F-f=ma，得F=6000N，此时达到额定功率P，则v=PF=15m/s，则t=va=3s，D正确．
5.【答案】C
【解析】A、B两点是链条传动，相等时间内通过弧长相等，即线速度相等，vA:vB=1:1，
由v=ωr，得ωA:ωB=1:4，
B、C两点绕共同的轴转动，相等时间内转过角度相等，即角速度相等，由v=ωr，得vB:vC=1:10，
综合可知ωA:ωB:ωC=1:4:4，B错误;
vA:vB:vC=1:1:10，C正确;
由ω=2πT=2πf=2πn，得nA:nB:nC=1:4:4，A错误;
由向心加速度a=ω2r，得aA:aB:aC=1:4:40，D错误．
6.【答案】A
【解析】设铁轨的倾角为θ，根据牛顿第二定律得mgtanθ=mv2R，由几何关系可知tanθ=hd，联立解得w= gRhd，A正确;
此时在竖直方向上，由力的平衡条件得mg=FNcsθ，又csθ=dL，解得FN=mgLd，B错误;
当v> gRhd时，火车做圆周运动所需向心力增大，则轮缘与外轨之间产生侧向挤压，补充不足的向心力，C错误;同理，当v< gRhd时，轮缘与内轨之间产生侧向挤压，此时轨道与火车间的弹力大小不等于mgLd，D错误．
7.【答案】B
【解析】由功能关系，滑块机械能的变化量等于除重力以外的力做功，拉力作用x0=2m内，由Fx0-fx0=E0-0，拉力撤去后x0=2m内，由-fx0=34E0-E0，E0=80J代入解得拉力F=50N，摩擦力f=10N，B正确，C错误;
拉力作用x0=2m内，由动能定理有Fx0-fx0-mgsin30∘⋅x0=Ek-0，拉力撤去后x0=2m内，由动能定理有-fx0-mgsin30∘⋅x0=0-Ek，联立解得滑块的质量m=3kg，拉力F撤去时滑块的动能Ek=50J，A、D错误．
8.【答案】AC
【解析】由开普勒第三定律r3T2=k可知，变轨后“嫦娥六号”绕地球的椭圆长轴逐渐变大，周期逐渐变大，A正确;
由开普勒第二定律，探测器在同一椭圆轨道运行时与地球连线相等时间内扫过的面积相等，B错误;
探测器每次运动到绕地轨道近地点时都需要加速，使需要的向心力大于地球引力，探测器做离心运动远离地球，椭圆长轴逐渐变大，C正确;反之探测器运动到绕月轨道近月点时都需要减速，椭圆长轴逐渐变小， D错误．
9.【答案】BC
【解析】悬线的拉力始终与速度方向垂直，做功为0，A错误;
重力做功WG=mgΔh=mgL，B正确;
空气阻力的大小不变，方向始终与速度方向相反，做功为Wf=-f⋅12πL，摆球克服空气阻力做功为12πLf，C正确;设重力mg与速度v方向夹角为θ，重力做功的瞬时功率PG=mgvcsθ，刚释放时v=0，重力的功率PG=0，到最低点B时θ=90∘，csθ=0，重力的功率PG=0，重力的功率先增大后减小，D错误．
10.【答案】AD
【解析】两物块向心力大小分别为mω22r、mω2r，故物块A先达到最大静摩擦力，绳子将产生张力，则有mω122r=μmg，解得ω1= μg2r，A正确;
当物块B也达到最大静摩擦力时，对A有T+mg=mω222r，对B有T-μmg=mω22r，联立解得ω2= 2μgr，T=3μmg，B、C错误;
B刚好不受摩擦力时，对A有T+μmg=mω322r，对B有T=mω22r，联立解得ω3= μgr，D正确．
11.【答案】(1)C (2)C (3) 1：9 ω2
【解析】 (1)本实验探究一个物理量跟几个物理量的关系，应使用了控制变量法。
故选C。
(2)两个变速塔轮的线速度大小相等，小球质量相等，做圆周运动的半径相等，塔轮半径不同，导致塔轮转动角速度不同，故在探究向心力大小与角速度的关系。
故选C。
(3)[1][2]质量相等，线速度相等，塔轮半径比为2:1，则角速度比为1:2， ω2 之比为1:4，向心力之比为1:4；同理塔轮半径之比为3:1，则 ω2 之比为1:9，向心力之比为1:9；重复实验仍得到此结论，说明当做圆周运动的物体的质量、半径不变时，物体所受向心力大小与 ω2 成正比。
12.【答案】(1)A
(2)mghB m(hC-hA)2f232 大于
(3)4hl
【解析】(1)重物自由下落，要验证的表达式是mgh=12mv2，两边都有m，可以约去，实验前没必要用天平测出重物的质量， A错误;
机械能守恒的条件是仅有重力做功，无空气阻力做功，而空气阻力客观存在，实验中要尽量减小阻力的影响，重物选用质量大体积小的金属锤，B正确;
实验中用打点计时器时要先通电，打点稳定后再释放纸带，C正确．
(2)打点B点时，重物下落的距离为hB，重力势能减少量ΔEP=mghB，
重物下落hB时的速度vB=hC-hA4T=f(hC-hA)4，
动能增加量ΔEk=12mvB2-0=m(hC-hA)2f232．
因要克服阻力做功，故由能量守恒可知，重物重力势能的减少量总是大于动能的增加量．
(3)铁锁下摆过程中若机械能守恒，则mgl=12mv02，
最低点细线被割断，铁锁做平抛运动，s=wt，h=12gt2，
联立解得s2=4hl．
13.【解析】(1)根据环绕器受万有引力提供向心力，有
GMm(R+h)2=m4π2T2(R+h)
可得火星质量
M=4π2R+h3GT2
又
ρ=MV
火星的密度
ρ=M43πR3=3π(R+h)3GT2R3
(2)在赤道处
GMmR2=mg0+mR4π2T02
解得
g0=4π2R+h3R2T2-4π2RT02
(3)卫星在火星表面运行时
GMmR2=mv 2R
解得
v=2πR+hT R+hR
14.【解析】(1)当角速度为零时，FT=mgcsθ=a。
开始小球贴着光滑圆锥做匀速圆周运动，由图可知，当角速度的平方达到b时，支持力为零，有：mgtanθ=mLsinθω2，解得ω2=b=gLcsθ
(2)小球未脱离圆锥体时，有：FTsinθ-Ncsθ=mLsinθω2，FTcsθ+Nsinθ=mg，联立两式解得FT=mgcsθ+mLsin2θω2，
可知图线1的斜率k1=mLsin2θ，
当小球脱离圆锥体后，有：FTsinα=mLsinαω2，即FT=mLω2，
即图线2的斜率k2=mL。
15.【解析】(1)小物块从A点飞出做平抛运动，竖直方向做自由落体运动
由h=12gt2，解得t=0.4s
则vy=gt=4m/s
小物块从B点沿圆弧轨道切线方向进入轨道，速度方向与竖直方向成θ=37∘
由tanθ=v0vy
解得v0=3m/s
小物块被弹簧弹开过程中，弹性势能转化为小物块的动能
由能量守恒可知，弹簧的弹性势能Ep=12mv02=4.5J
(2)物块经B点速度vB= v02+vy2=5m/s
从B到C由动能定理有mgR(1+sinθ)=12mvC2-12mvB2
解得vC= 41m/s
对C点受力分析，由牛顿第二定律得FN-mg=mvC2R
解得FN=92N
(3)设小物块第一次反弹后未脱离圆弧，上升高度为h1，小物块从C点到圆弧最高点
由动能定理有-μmg⋅2L-mgh1=0-12mvC2
解得h1=0.05m
小物块第一次反弹后上升高度h1小于圆弧半径R，则小物块没有脱离圆弧轨道最终停止在水平面上
设小物块在水平面上滑行路程为s，小物块从第一次经C点到停止
由动能定理有-μmgs=0-12mvC2
解得s=4.1m
即小物块第一次反弹回到C点后从圆弧返回向右运动了0.1m后停止运动，此时距弹性挡板1.9m