【物理】山东省德州市2024-2025学年高一下学期4月期中考试试题（解析版）

这是一份【物理】山东省德州市2024-2025学年高一下学期4月期中考试试题（解析版），共23页。试卷主要包含了答题前，考生先将自己的姓名等内容，欢迎下载使用。
注意事项：
1、答题前，考生先将自己的姓名、考生号、座号填写在相应位置，认真核对条形码上的姓名、考生号和座号，并将条形码粘贴在指定位置上。
2、选择题答案必须使用2B铅笔正确填涂；非选择题答案必须使用0.5毫米黑色签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。
3、请按照题号在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。保持卡面清洁，不折叠、不破损。
一、单项选择题（本题共8小题，每小题3分，共24分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）
1. 关于万有引力和宇宙航行，下列说法正确的是（ ）
A. 开普勒总结出了行星运行的规律，牛顿发现万有引力定律并测出引力常量
B. 所有绕地球做匀速圆周运动卫星的轨道圆心一定和地心重合
C. 两个物体之间的万有引力等大反向是一对平衡力
D. 绕地球做圆周运动周期是24h的卫星一定是静止卫星
【答案】B
【解析】A．开普勒总结出了行星运行的规律，牛顿发现万有引力定律，卡文迪什测定出引力常量，故A错误；
B．物体做匀速圆周运动，所受的合力一定指向圆心，则所有绕地球做匀速圆周运动卫星的轨道圆心一定和地心重合，故B正确；
C．两个物体之间的万有引力等大反向是一对相互作用力，故C错误；
D．绕地球做圆周运动的周期是24h的卫星不一定是静止卫星，只要轨道半径和静止卫星的轨道半径大小一样即可，静止卫星必须是周期为24小时，且轨道平面与赤道重合的卫星，故D错误；
故选B。
2. 如图所示，在杂技表演中一只猴子沿竖直杆从杆底部向上匀速爬至杆顶，然后匀速下滑。关于猴子的运动过程，下列说法正确的是（ ）
A. 猴子匀速上爬时，猴子对杆的摩擦力做负功
B. 猴子匀速上爬时，猴子对杆的摩擦力做正功
C. 猴子匀速下滑时，杆对猴子的摩擦力做负功
D. 猴子匀速下滑时，猴子对杆和杆对猴子的摩擦力是一对作用力和反作用力，做功之和为零
【答案】C
【解析】AB．猴子匀速上爬时，杆的位移为0，猴子对杆的摩擦力不做功，故AB错误；
CD．猴子匀速下滑时，根据平衡条件可知杆对猴子的摩擦力向上，则杆对猴子的摩擦力做负功，杆的位移为零，则猴子对杆的摩擦力做功为零，猴子对杆和杆对猴子的摩擦力是一对作用力和反作用力，根据功的叠加可知做功之和不为零，故C正确，D错误。
故选C。
3. 《秧BOT》节目在2025年蛇年春晚大放异彩，一群穿着花棉袄的机器人在舞台上扭起了秧歌。机器人转手绢使手绢绕中心点O在竖直面内匀速转动，若手绢上有图中所示的两个质量之比为的质点A、B，到中心点O的距离之比为，下列说法正确的是（ ）
A. A、B的周期之比为B. A、B的加速度之比为
C. A、B的动能之比为D. A、B受到的合外力大小之比为
【答案】D
【解析】A．由于质点A、B绕中心点O在竖直面内匀速转动，则两质点具有相同的角速度，则两质点的周期相等，故A、B的周期之比为，故A错误；
B．根据加速度公式有
可得A、B加速度之比为
故B错误；
C．根据，
联立可得
可得A、B的动能之比为
故C错误；
D．根据牛顿第二定律有
可得A、B受到的合外力大小之比为
故D正确。
故选D。
4. 塔式起重机是修建高层建筑时常用的机械设备。某段时间内，质量的重物在竖直方向上被以的速度匀速提升，同时在水平方向上向右以匀速移动。不计空气阻力，在此过程中（ ）
A. 重物的运动轨迹为曲线
B. 重物的动能为2500J
C. 拉力的瞬时功率为8000W
D. 若此过程的运动时间为10s，则重物的重力势能增加
【答案】C
【解析】A．重物在竖直方向做匀速直线运动，水平方向做匀速直线运动，则重物的合运动为直线运动，故A错误；
B．重物的合速度为
则重物的动能为
故B错误；
C．由题知，重物在竖直方向上被以的速度匀速提升，所以重物在竖直方向受力平衡，则有
故拉力的瞬时功率为
故C正确；
D．若此过程的运动时间为10s，则竖直方向的位移为
则重物的重力势能增加
故D错误。
故选C。
5. 如图所示，地球和某行星在同一轨道平面内同向绕太阳做匀速圆周运动。地球和太阳的连线与地球和行星的连线所夹的角叫地球对该行星的观察视角（简称视角）。当行星处于最大视角处时，是地球上天文爱好者观察该行星的最佳时期。已知地球公转的轨道半径为R，周期为T，行星的公转轨道半径为r，下列说法正确的是（ ）
A. 该行星的最大视角的余弦值为
B. 该行星围绕太阳公转的周期
C. 该行星与地球绕太阳公转的向心加速度之比
D. 若行星和地球绕太阳逆时针运动，从图示位置开始再经出现下一次最佳观察时期
【答案】B
【解析】A．根据几何关系可知，该行星的最大视角的余弦值为
故A错误；
B．由开普勒第三定律可得
解得
故B正确；
C．根据万有引力提供向心力有
可知该行星与地球绕太阳公转的向心加速度之比
故C错误；
D．当行星处于紧接着的下一次最佳观察期时，地球在行星之前。设地球的角速度，行星的角速度，行星与太阳的连线与地球与太阳的连线夹角为，经历时间为t，则有
解得
由A项可知为视角
故D错误；
故选B。
6. 如图所示，水平转台上A点放有一个小物块，转台中心O有一个立杆，长度为L的细线一端系住小物块，小物块可看作质点，另一端系在立杆上的B点，细线AB与立杆成37°角，转台不旋转时细线伸直但没有拉力。小物块与转台之间的动摩擦因数为0.2，重力加速度为g，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，，。由静止开始，小物块随转台角速度缓慢增大的过程中，下列说法正确的是（ ）
A. 细线上立即产生拉力并逐渐增大
B. 转台对小物块支持力逐渐变小
C. 角速度时，转台对小物块的摩擦力达到最大且大小保持不变
D. 角速度时，转台对小物块的支持力刚好为零
【答案】D
【解析】A．当转台开始转动时，小物块所需的向心力有静摩擦力提供，当静摩擦力不足以提供向心力时，细线上才会产生拉力，A错误；
B．当细线上没有拉力时，转台对物块的支持力不变，随着转台的角速度逐渐增大，细线产生拉力，此时，转台对物块的支持力才会逐渐减小，B错误；
C．当细线刚要产生拉力时，最大静摩擦力提供向心力，则有
解得
当时，细线上产生拉力，此时水平方向上则有
竖直方向上则有
随着增大，细线上的拉力逐渐增大，转台对物块的支持力逐渐减小，根据
可知，摩擦力逐渐减小，C错误；
D．当转台对小物块的支持力刚好为零时，在竖直方向上则有
在水平方向上则有
联立解得
D正确。
故选D。
7. 我国计划2030年前后实现载人登月。若我国的宇航员登月成功登陆后，将一个小球从距月球表面h高度以水平抛出，测得落地点到抛出点的水平距离为x，月球视为质量分布均匀的球体，月球的半径为R（其中R远大于h），引力常量为G，不考虑月球的自转，下列说法正确的是（ ）
A. 月球表面的重力加速度为B. 月球的质量为
C. 月球的第一宇宙速度为D. 月球的平均密度为
【答案】A
【解析】A．设平抛运动的时间为t，则，
联立解得
故A正确；
BD．设月球的质量为M，设其表面有一个质量为m的物体，则
解得
月球的平均密度为
故BD错误；
C．根据万有引力提供向心力，有
解得
故C错误。
故选A。
8. 德州某学校运动会开幕式利用无人机进行航拍，拍摄前进行升空调试。无人机由静止开始匀加速上升，功率达到135W后保持不变，其图像如图乙所示。无人机的质量为1kg，上升过程的空气阻力不变，，下列说法正确的是（ ）
A. 无人机受到的空气阻力为15N
B. 无人机上升达到的最大速度为13.5m/s
C. 匀加速运动阶段无人机的攀升力做功为202.5J
D. 若无人机达到最大速度时上升的高度为24m
【答案】C
【解析】A．无人机以最大升力起飞的加速度为
3s末无人机的攀升力为N
根据牛顿第二定律可得
代入数据可解得N
故A错误；
B．无人机上升达到的最大速度时，有N
最大速度为
故B错误；
C．匀加速运动阶段位移为
无人机的攀升力做功为J
故C正确；
D．3s~4s时间内，根据动能定理有
上升的高度为m
故D错误。
故选C。
二、多项选择题（本题共4小题，每小题4分，共16分。在每小题给出的四个选项中有多项符合题目要求。全部选对的得4分，对但不全的得2分，有选错的得0分）
9. 如图所示，下列有关生活中圆周运动实例分析，说法正确的是（ ）
A. 图甲中秋千摆至最低点时，图中女孩处于超重状态
B. 图乙中杂技演员表演“水流星”，当水桶通过最高点时水对桶底的压力不可能为零
C. 图丙中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时对筒壁的压力大小相等
D. 图丁为离心式血细胞分离机，若在太空中利用此装置进行实验，将无法实现血液成分的分层
【答案】AC
【解析】A．甲图中，秋千摆至最低点时，向心力加速度竖直向上，指向圆心，处于超重状态，故A正确；
B．乙图中，杂技演员表演“水流星”，当“水流星”通过最高点时自身重力提供向心力，即时，水对桶底的压力为零，故B错误；
C．图丙中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时，A、B与圆锥顶点连线和竖直方向的夹角大小相同，有
根据牛顿第三定律可知，小球对筒壁的压力大小相等，故C正确；
D．图丁为离心式血细胞分离机，原理是细胞间作用力无法提供向心力，做离心运动，从而分离，若在太空中利用此装置进行实验，依然可以实现血液成分的分层，故D错误；
故选AC。
10. 如图所示，水平路面上有一辆汽车，车厢中有一质量为m的人用恒力F向前推车厢。车由静止向前匀加速行驶，速度达到v的过程中，下列说法正确的是（ ）
A. 速度为v时，人对车的推力的功率为Fv
B. 速度为v时，车对人的摩擦力的功率为Fv
C. 该过程中，人对车做的功为
D. 该过程中，车对人做的功为
【答案】AD
【解析】A．根据功率的计算公式可知，速度为v时，人对车的推力的功率为Fv，故A正确；
B．人与车的摩擦力大小未知，无法计算摩擦力的功率，故B错误；
CD．人水平方向受到车对其的作用力做功，根据动能定理可知，车对人做的功为
人与车的作用力是内力，车匀加速前进，则车受牵引力、地面摩擦力作用、人对车的力，则有
由于牵引力与摩擦力大小未知，人对车做的功不一定为，故C错误，D正确；
故选AD。
11. 我国“嫦娥六号”实现了人类第一次从月球背面着陆。如图所示为“嫦娥六号”发射活动的部分轨迹演示图，“嫦娥六号”经地月转移轨道，从B点进入环月轨道Ⅰ，再经变轨，从B点进入环月轨道Ⅱ，在近月点C动力下降后成功落月。已知环月轨道Ⅰ是半径为的圆轨道，环月轨道Ⅱ为椭圆轨道，近月点C离月球球心的距离为。下列说法正确的是（ ）
A. “嫦娥六号”的发射速度大于11.2km/s才能脱离地球成为环月卫星
B. “嫦娥六号”在轨道Ⅰ上经过B点处减速才能进入轨道Ⅱ
C. “嫦娥六号”在环月轨道Ⅰ与环月轨道Ⅱ的周期之比为
D. “嫦娥六号”在环月轨道Ⅱ上B点和C点的速度之比为
【答案】BD
【解析】A．11.2km/s是第二宇宙速度，逃逸地球的速度，月球还在地球引力范围内，则“嫦娥六号”的发射速度小于11.2km/s，故A错误；
B．“嫦娥六号”在轨道Ⅰ的B点进入轨道Ⅱ要点火减速，故B正确；
C．轨道2的半长轴要大于，所以“嫦娥六号”在环月轨道1与环月轨道2的周期之比不为，故C错误；
D．“嫦娥六号”在环月轨道2上B点和C点，由开普勒第二定律得
解得速度之比为
故D正确。
故选BD。
12. 抛石机是中国古代常用的破城重器，如图甲是还原后的古代抛石机。某同学仿照古代抛石机制作了一个抛石机模型如图乙所示，其长臂的长度为2m，开始时处于静止状态，与水平面间的夹角。将可视为质点的石块放在长臂末端，对短臂施力，当长臂转到竖直位置时立即停止转动，石块被水平抛出，其落地位置与抛出位置间的水平距离为16m，石块质量为8kg，不计空气阻力，重力加速度，取水平地面为重力势能零势能面，，。下列说法正确的是（ ）
A. 石块在最高点时的重力势能为160J
B. 石块从最高点飞出时的速度大小20m/s
C. 石块从A点到最高点的过程中，投石机对石块做的功为1856J
D. 石块水平抛出至着地前的过程中，石块重力的功率一直变大
【答案】BCD
【解析】A．由题可知，石块在最高点时的重力势能
A错误；
B．石块抛出时的水平距离
石块平抛运动的时间
故石块抛出时的速度
B正确；
C．根据动能定理可得
代入数据解得，从A点到最高点的过程中，投石机对石块做的功为
C正确；
D．石块抛出时，在竖直方向上做自由落体运动，则竖直方向的速度
可知，竖直方向的速度逐渐增大，结合重力的功率
故石块水平抛出至着地前的过程中，石块重力的功率一直变大，D正确。
故选BCD。
三、非选择题（本题共6小题，共60分）
13. 图甲所示为向心力演示仪，长槽的A、B处和短槽的C处到各自转轴中心的距离之比为，图乙为三层塔轮的大小关系。使用该装置探究小球做圆周运动时所需向心力的大小F与它的质量m、角速度ω、半径r之间的关系。
（1）下列实验与本实验所采用的实验方法相同的是（ ）
A. 探究两个互成角度力的合成规律
B 探究弹簧弹力与弹簧形变量关系
C. 探究加速度与物体受力、物体质量关系
（2）在探究向心力的大小F与半径r的关系时，该同学需要把两个相同的小钢球分别放在B和C位置处，同时还需要将传动皮带调至________塔轮。
A. 第一层B. 第二层C. 第三层
（3）两个相同的小钢球分别放在A和C位置处，若此时传动皮带位于第二层塔轮，则两钢球的向心力大小之比________。
【答案】（1）C （2）A （3）
【解析】
【小问1解析】
探究向心力大小与小球质量m、角速度和半径r之间的关系，采用的实验方法是控制变量法。
A．探究两个互成角度的力的合成规律，采用的是等效替代的实验方法，故A错误；
B．探究弹簧弹力与弹簧形变量关系，并没有采用控制变量法，故B错误；
C．探究加速度与物体受力、物体质量的关系，采用的实验方法是控制变量法，故C正确。
故选C。
【小问2解析】
在某次实验中，把两个质量相等的钢球放在B、C位置，此时探究的是向心力大小与半径的关系，将控制两小球做圆周运动的角速度相等，则需要将传动皮带调至第一层塔轮。
故选A。
【小问3解析】
两个相同的小钢球分别放在A和C位置处，此时传动皮带位于第二层塔轮，则塔轮半径之比为2:1，根据可知，角速度之比为1:2，根据向心力公式
可知向心力之比为1:4。
14. 某学习小组用如图（a）所示装置探究钢质小球自由摆动至最低点时速度大小与细线拉力的关系。
（1）按照图示组装，调整细线长度，使细线悬垂时，钢球中心恰好位于光电门中心。
（2）将小球拉至某位置由静止释放，保持钢球和细绳在竖直面内运动，光电门测量的是钢球通过光电门的挡光时间Δt，小球的直径为d，则小球通过光电门的速度表达式为________。（用题中所给字母符号表示）
（3）力传感器显示的是小球自由摆动过程中各个时刻细线拉力的大小，由于光电门位于细线悬点的正下方，此时细线的拉力就是力传感器显示的各个时刻拉力中的________（选填“最大值”“最小值”或“平均值”）。
（4）改变释放小球的位置重复实验，测出多组速度v和对应拉力的大小，作出图像如图（b）所示。已知当地重力加速度，则由图像可知，小球的质量为________kg，光电门中心到悬点的距离为________m。
【答案】 （2） （3）最大值 （4）0.06 0.8
【解析】（2）小球经过光电门的时间极短，用小球经过光电门的平均速度代替瞬时速度，即小球速度的表达式为
（3）小球摆动过程中受力分析如图所示
则有，
故
由于小球向最低点运动过程中速度增大，到达最低点时速度最大，故在最低点最大，所以应选拉力的最大值。
（4）小球摆至最低点时，由向心力公式得细线的最大拉力
当小球速度为零时，此时拉力与重力大小相等，对比图线可知N
解得
由斜率
解得m
15. 扒鸡是我们德州亲朋好友聚餐的必选佳肴。如图所示，旋转餐桌上餐盘及盘中扒鸡的总质量为2kg，餐盘与转盘间的动摩擦因数为0.4，距中心转轴的距离为0.5m。若轻转转盘使餐盘随转盘保持匀速转动，转动一周的时间为5s，转动过程中餐盘和转盘始终保持相对静止，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。，重力加速度，求：
（1）餐盘的向心加速度大小；
（2）餐盘与转盘间的摩擦力大小；
（3）为防止转动过程中餐盘滑离转盘，旋转转盘时的角速度不能超过多大？
【答案】（1） （2） （3）
【解析】
【小问1解析】
餐盘的向心加速度为
解得
【小问2解析】
餐盘与转盘之间的静摩擦力提供向心力，则有
解得
【小问3解析】
角速度为最大值时，餐盘与转盘之间静摩擦力达到最大值，此时有
解得
16. 《流浪地球2》中太空电梯非常吸引观众眼球，理论上人类用超级缆绳搭建“太空电梯”的梦想有望在本世纪实现。图1为电影《流浪地球2》中的太空电梯，图2为其简易图。图2中太空电梯通过超级缆绳将配重空间站和地球赤道连接在一起，它们随地球以同步静止状态一起转动。已知地球半径为R，地球表面重力加速度为g，万有引力常量G。若同步卫星轨道距地面6R，配重空间站的质量为m，配重空间站的高度比同步卫星轨道高3R，电梯、缆绳的质量和其他阻力忽略不计。求：
（1）估算地球的质量及密度；
（2）地球的自转周期T；
（3）配重空间站受到缆绳的力大小为多少。
【答案】（1） （2） （3）
【解析】
【小问1解析】
忽略地球自转时，地球表面物体万有引力等于重力
解得
天体密度为
解得
【小问2解析】
万有引力提供向心力
静止空间站轨道半径
解得
【小问3解析】
缆绳对配重拉力为F，F与万有引力共同提供向心力，配重空间站的轨道半径
根据牛顿第二定律有
解得
17. 如图所示，右侧有一半径的四分之一光滑圆弧轨道CED固定于水平地面上，圆弧轨道底端C与水平面平滑相接，O为圆弧轨道圆心。轻质弹簧左端固定在竖直墙面上，用质量为的物块把弹簧的右端压缩到A点由静止释放，到达B点时恢复原长，物块与弹簧分开，到达C点时的速度为。已知AB段光滑，BC段粗糙，物块与地面之间的动摩擦因数为，B、C之间的距离为，重力加速度。求：
（1）物块第一次脱离弹簧的过程中弹簧对物块做的功；
（2）物块离开圆弧轨道后能上升的最大高度；
（3）物块第一次脱离弹簧后与弹簧碰撞的次数和最终停留的位置。
【答案】（1） （2） （3）2次，距离C点
【解析】
【小问1解析】
物块由A到C的过程，根据动能定理有
解得
【小问2解析】
物块从C点到最高点的过程，根据动能定理有
解得
【小问3解析】
物块从C点到最终停下的过程，根据动能定理有
解得在BC面上运动的总路程
则
其中n取整数且
解得，
则物块第一次脱离弹簧后与弹簧碰撞2次，停下时位置距离C点0.5m。
18. 一装置的竖直截面如图所示，曲面轨道下端与水平面平滑连接，螺旋圆形轨道ABC的半径为，传送带长为L（未知）与水平面等高，斜面DE与水平面成角，D点与水平面的高度差。质量的滑块自曲面轨道上某位置由静止释放，滑块与传送带间的动摩擦因数为，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，其他段均光滑，不计空气阻力，重力加速度，求：
（1）若滑块恰好能通过圆形轨道最高点B点，求释放点的高度h及滑块在A点时受到支持力的大小；
（2）当滑块从曲面轨道上高处由静止释放，传送带静止，滑块恰好停在传送带的右端，求传送带的长度L；
（3）若滑块仍从曲面轨道上处由静止释放，传送带以恒定的线速度顺时针转动，滑块恰好从D点沿DE方向进入斜面，求传送带的线速度大小及摩擦力对传送带做的功。
【答案】（1） （2） （3），
【解析】
【小问1解析】
根据题意可知，滑块通过B点时有
滑块由h处到B点的过程，根据动能定理有
解得
滑块由h处到A点的过程，根据动能定理有
滑块通过A点时，由牛顿第二定律得
解得
【小问2解析】
滑块从处到传送带左侧的过程，根据动能定理有
得
滑块在传送带上的运动过程，根据动能定理有
解得
【小问3解析】
滑块离开水平面后做平抛运动，竖直方向有
得
滑块经过D点时有
得
滑块在传送带上减速到与传送带速度相等的过程，根据动能定理有
得
则滑块在传送带上先减速，后与传送带一起匀速运动，所以传送带的速度为
滑块在传送带上减速过程有，
得
传送带通过的位移
摩擦力对传送带做的功