天津市红桥区2024-2025学年高一下期中考试物理试卷（解析版）

这是一份天津市红桥区2024-2025学年高一下期中考试物理试卷（解析版），共20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。
第Ⅰ卷（选择题，共40分）
一、单选题（本题共5小题，每小题5分，共25分）
1. 下列说法正确的是（ ）
A. 物体在变力作用下一定做曲线运动
B. 物体在恒力作用下一定做直线运动
C. 物体做曲线运动时，其速度可能不变
D. 物体做曲线运动时，其加速度可能不变
【答案】D
【解析】A．物体做曲线运动的条件是合力与速度方向不在同一条直线上，合力可以是恒力，也可以是变力，所以物体在变力作用下不一定做曲线运动，选项A错误；
B．物体做曲线运动的条件是合力与速度方向不在同一条直线上，可知物体在恒力作用下不一定做直线运动，选项B错误；
C．物体做曲线运动时，速度方向为轨迹的切线方向，可知物体速度的方向一定变化，即速度发生变化，选项C错误；
D．根据AB选项分析可知物体做曲线运动时，合外力可以是恒力，根据牛顿第二定律可知加速度可以不变，故D正确。
故选D。
2. 某物体做平抛运动，设它的瞬时速度方向与水平方向的夹角为，随时间变化的图像如图所示，重力加速度取，下列说法正确的是（ ）
A. 物体的初速度大小为5m/sB. 物体的初速度大小为10m/s
C. 第1s末物体的速度大小为5m/sD. 第1s末物体的速度大小为10m/s
【答案】A
【解析】AB．平抛运动可分解为水平方向上的匀速直线运动和竖直方向上的自由落体运动。由
结合图像的信息知，t=4s时，tanθ=8，故有
v0=5m/s
故A正确，B错误；
CD．竖直方向上的自由落体运动，第1s末竖直方向上的速度为
vy=gt=10×1m/s=10m/s
平抛初速度大小为5m/s，第1s末物体的速度大小为

故CD错误。
故选A。
3. 如图所示，皮带不打滑，从动轮N在主动轮M的带动下匀速转动，N轮的转速大小为M轮转速大小的3倍，为M轮上到轴的距离为M轮半径的一半的点，、分别为N轮和M轮轮缘上的点。下列说法正确的是（ ）
A. M轮与N轮半径之比为
B. 、两点转动的线速度大小之比为
C. 、两点转动的周期之比为
D. 、两点转动向心加速度大小之比为
【答案】B
【解析】A．N轮的转速大小为M轮转速大小的3倍，即N轮的角速度为M轮角速度的3倍，由于N轮与M轮边缘处的线速度大小相等，根据可知，M轮与N轮的半径之比为，故A错误；
B．为M轮上到轴的距离为M轮半径的一半的点，根据可知，点转动的线速度大小与M轮边缘处的线速度大小之比为，而N轮与M轮边缘处的线速度大小相等，所以、两点转动的线速度大小之比为，故B正确；
C．由于N轮的角速度为M轮角速度的3倍，根据可知，、两点转动的周期之比为，故C错误；
D．为M轮上到轴的距离为M轮半径的一半的点，根据可知，两点转动的向心加速度大小之比为，故D错误。
故选B。
4. 如图所示，同一轨道平面上有两颗绕地球做匀速圆周运动的卫星P和Q，其中卫星P是地球同步卫星，卫星Q的轨道低于P，则（ ）
A. 卫星P的线速度大于Q
B. 卫星Q的周期小于24小时
C. 卫星P的向心力小于Q
D. 卫星Q可能出现在天津上空
【答案】B
【解析】AB．卫星绕地球做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力得
可得，
可知卫星P的线速度小于Q的线速度；卫星Q的周期小于卫星P的周期，即小于24小时，故A错误，B正确；
C．由于两颗卫星的质量关系不清楚，所以无法比较两颗卫星的向心力大小关系，故C错误；
D．卫星P是地球同步卫星，轨道与赤道共面，所以卫星Q的轨道与赤道共面，则卫星Q不可能出现在天津上空，故D错误。
5. 今日，我国首颗综合性太阳探测卫星“夸父一号”准实时观测部分数据向国内外试开放，实现了数据共享，体现了大国担当。如图所示，“夸父一号”卫星和另一颗卫星分别沿圆轨道和椭圆轨道绕地球逆时针运动，两轨道相交于两点。已知夸父一号卫星的速度大小为，卫星在椭圆轨道远地点时速度大小为，椭圆轨道的近地点为，两颗卫星的运行周期相同，某时刻两卫星与地球在同一直线上，下列说法正确的是（ ）
A. 两卫星通过点时的加速度大小相等，但方向不同
B. 从点运动到点的过程中卫星的速度减小
C. 两卫星在图示位置的速度
D. 相等时间内卫星与地心连线扫过的面积与夸父一号与地心连线扫过的面积相等
【答案】C
【解析】A．两卫星在A处，都靠万有引力提供加速度，加速度大小相等，方向相同，A错误；
B．从点运动到点的过程中，是从远地点到近地点，由开普勒第二定律可知速度增大，B错误；
C．设沿椭圆轨道运行卫星S在远地点变轨成绕地球做匀速圆周运动，则需要在变轨处点火加速，可知小于变轨后圆轨道的运行速度；又因为两卫星的周期一样，由开普勒第三定律可知
则卫星S在远地点变轨成绕地球做匀速圆周运动的轨道半径
卫星绕地球做匀速圆周运动时，由万有引力提供向心力可得
解得
可知轨道半径越大，运行速度越小，联立可知
C正确；
D．开普勒第二定律是指同一卫星在相等的时间内，与中心天体连线扫过的面积相等，而“夸父一号”卫星和另一颗卫星不是同一卫星，在相等的时间内，与地心连线扫过的面积不一定相等，D错误。
故选C。
二、多选题（本题共3小题，每小题5分，共15分。在每小题给出的四个选项中有多个选项符合题意，全部选对的得5分，选不全的得3分，有错选或不答的得0分）
6. 下列四幅图是有关生活中的圆周运动的实例分析，其中说法正确的是（ ）
A. 汽车通过凹形桥最低点时，速度越快越容易爆胎
B. 如果行驶速度超过设计速度，轮缘会挤压外轨，会使外轨受损
C. 图中所示是圆锥摆，减小，但保持圆锥的高不变，则圆锥摆的角速度变小
D. 图中杂技演员表演“水流星”，在最高点处，水对桶底一定有压力
【答案】AB
【解析】A．汽车通过凹形桥的最低点时，根据牛顿第二定律可得
可知速度越快，轮胎受到地面支持力越大，越容易爆胎，故A正确；
B．如果行驶速度超过设计速度，火车有离心运动趋势，轮缘会挤压外轨，会使外轨受损，故B正确；
C．以小球为对象，根据牛顿第二定律可得
可得
可知减小，但保持圆锥的高不变，则圆锥摆的角速度不变，故C错误；
D．图中杂技演员表演“水流星”，在最高点处，如果重力刚好提供向心力，则水对桶底没有压力，故D错误。
故选AB。
7. 如图所示，内壁光滑、半径为L的圆管竖直固定，管内有一个质量为m的小球（视为质点）做圆周运动，小球直径略小于圆管内径。若小球能在圆管内做完整的圆周运动，重力加速度大小为g，则下列说法正确的是（ ）
A. 小球速度的最小值为
B. 当小球的速度增大时，其向心力一定增大
C. 当小球以速率v经过最高点时，圆管对小球的弹力大小一定为
D. 当小球以速率v经过最低点时，圆管对小球的弹力大小一定为
【答案】BD
【解析】A．小球速度最小出现在圆管顶点位置，且最小速度为0，故A错误；
B．根据向心力
可知当小球的速度增大时，其向心力一定增大，故B正确；
C．当小球以速率v经过最高点时，若，则最高点是恰好重力提供向心力，此时圆管对小球的弹力大小为0，故C错误；
D．当小球以速率v经过最低点时，球挤压外壁，受到向上的弹力N的作用，在最低点，由牛顿第二定律有
解得
可知圆管对小球的弹力大小一定为，故D正确。
故选BD。
8. 如图所示，将一物体从距地面高处以的速度水平抛出，不计空气阻力，取。以下说法正确的是（ ）
A. 物体在空中运动的时间
B. 物体在空中运动的水平位移
C. 物体落地时瞬时速度的大小
D. 物体落地瞬间的速度与水平方向成45°角
【答案】BD
【解析】AB．物体在空中做平抛运动，竖直方向有
解得物体在空中运动的时间
则物体在空中运动的水平位移
故A错误，B正确；
CD．物体落地时竖直分速度大小为
则物体落地时瞬时速度的大小为
物体落地瞬间的速度与水平方向的夹角满足
可得
故C错误，D正确。
故选BD。
第Ⅱ卷 （非选择题，共60分）
三、实验题（本题满分12分，每空2分）
9. 向心力演示器如图所示。
（1）本实验采用的实验方法是__________。
A．控制变量法 B．等效法 C．模拟法
（2）若将传动皮带套在两塔轮半径相同的圆盘上，质量相同的两钢球分别放在不同位置的挡板处，转动手柄，可探究小球做圆周运动所需向心力F的大小与__________（选填“”、“”或“”）的关系。
（3）若将皮带套在两轮塔最下面圆盘上（两圆盘半径之比为），质量相同的两钢球放在图示位置的挡板处，转动手柄，稳定后，观察到左侧标尺露出1格，右侧标尺露出9格，则可以得出的实验结论为：__________。
【答案】（1） A （2） r （3）质量和半径一定的条件下，物体做圆周运动需要的向心力与角速度的平方成正比
【解析】（1）本实验采用的实验方法是控制变量法，A正确。
故选A。
（2）若将传动皮带套在两塔轮半径相同的圆盘上，则角速度ω相同，质量m相同的两钢球分别放在不同位置的挡板处，则转动半径r不同，转动手柄，可探究小球做圆周运动所需向心力F的大小与半径r的关系。
（3）若将皮带套在两轮塔最下面圆盘上（两圆盘半径之比为），则角速度之比为；质量相同的两钢球放在图示位置的挡板处，转动半径相同；转动手柄，稳定后，观察到左侧标尺露出1格，右侧标尺露出9格，则向心力之比为；可以得出的实验结论为质量和半径一定的条件下，物体做圆周运动需要的向心力与角速度的平方成正比。
10. 某实验小组做“探究平抛运动的特点”实验。
（1）如图甲所示，用小锤击打弹性金属片，A球沿水平方向抛出，同时B球自由下落，通过________（选填“眼睛看”或“耳朵听”）方式比较它们落地时刻的先后更加合适。
（2）改变图甲整个装置高度H做同样的实验，发现位于同一高度的A、B两球总是同时落地。你认为“改变整个装置的高度H做同样的实验”这一步骤的物理意义在于 。
A. 通过多次实验以减小空气阻力对实验的影响
B. 必要的步骤，这样能说明实验结论的普遍性
C. 此步骤可有可无，前面的过程已经能验证有关的实验结论
D. 必要的步骤，更多的步骤可得到更多的结论
（3）某同学采用频闪摄影的方法拍摄到小球A做平抛运动的照片，如图乙所示，图中每个小方格的边长为L，分析可知，位置a________（选填“是”或“不是”）平抛运动的起点。
【答案】（1）耳朵听 （2）B （3）是
【解析】
【小问1解析】
用小锤击打弹性金属片，A球沿水平方向抛出，同时B球自由下落，通过耳朵听方式比较它们落地时刻的先后更加合适。
【小问2解析】
改变图甲整个装置高度H做同样的实验，发现位于同一高度的A、B两球总是同时落地。“改变整个装置的高度H做同样的实验”这一步骤是必要的步骤，这样能说明实验结论的普遍性。
故选B。
【小问3解析】
根据图乙，竖直方向有
可得
则位置b对应的竖直分速度为
则位置a对应的竖直分速度为
可知位置a是平抛运动的起点。
四、计算题（本大题共3个小题，11题14分，12题16分，13题18分，共48分，写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。只写出最后答案不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）
11. 宇航员在某星球表面竖直上抛一个小球，小球经时间t落回抛出点。已知小球上升最大高度为h，星球半径为R，星球的质量均匀分布，万有引力常数为G。求：
（1）该星球表面处的重力加速度g0；
（2）该星球的第一宇宙速度v。
【答案】（1） （2）
【解析】
【小问1解析】
由最高点到抛出点的位移公式
可得
【小问2解析】
对环绕星球表面做圆周运动的卫星，忽略星球自转，有
可得
12. 如图所示，一个光滑的圆锥体固定在水平桌面上，其轴线沿竖直方向，母线与轴线之间的夹角为θ=37°。一长为L=0.5m的轻绳一端固定在圆锥体的顶点处，另一端拴着一个质量为m=lkg的小物体。物体绕圆锥体的轴线在水平面内做匀速圆周运动时，（计算中取g=10m/s2，sin37°=0.6，cs37°=0.8）求：
（1）物体角速度至少多大时，才能飞离圆锥体？
（2）若物体以角速度=rad/s转动时，物体受到斜面和绳子的力分别为多大？
【答案】（1） （2），
【解析】
【小问1解析】
当物体做圆周运动时所受的圆锥体的支持力恰好为0时，对应着飞离圆锥体的临界状态，此时重力和轻绳的拉力提供向心力，即
，
解得
【小问2解析】
由于，所以物体与斜面间存在弹力，对物体受力分析，则有
水平方向：
竖直方向：
代入数据解得
，
13. 跳台滑雪是一种雪上竞技类的运动项目，运动员在滑雪道上获得一定的速度后从跳台上飞出，在空中飞行一段距离后着陆。现某运动员从跳台a处沿水平方向飞出，在斜坡b处着陆，如图所示。测得a、b间竖直的高度差，运动员着陆时的速度与水平方向成53°角，已知重力加速度，，，空气阻力不计。求：
（1）运动员在空中的飞行时间；
（2）运动员离开跳台的初速度大小；
（3）斜坡与水平方向夹角的正切值；
（4）运动员从跳台a处沿水平方向飞出，经过多长时间与斜坡间的距离最大，最大距离为多少？（结果可用分数和根式表示）
【答案】（1）2s （2）15m/s （3）
（4）1s；
【解析】
【小问1解析】
运动员在竖直方向做自由落体运动，有：
解得运动员在空中运动时间为：
【小问2解析】
运动员着陆时，竖直方向的速度为：
根据速度的分解可得运动员水平方向的速度为：
【小问3解析】
运动员的水平位移为：
设斜坡与水平面的夹角为，则：
【小问4解析】
当运动员的速度方向与斜坡平行，距离斜坡最远，根据
代入数据，解得经历的时间：
将运动员的速度和加速度分解为沿斜坡方向和垂直斜面方向，则有，
则最大距离