湖北省多校2023-2024学年高一下学期4月期中物理试卷（解析版）

这是一份湖北省多校2023-2024学年高一下学期4月期中物理试卷（解析版），共19页。试卷主要包含了答题前，先将自己的姓名，选择题的作答，非选择题的作答等内容，欢迎下载使用。
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、选择题（本题共10小题，每小题4分，共40分。在每小题给出的四个选项中，第1~7小题只有一项符合题目要求。每小题全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。
1. 1687年，牛顿的《自然哲学的数学原理》的出版，意味着建立了完整的经典力学体系。关于经典力学的适用范围，可以总结为（ ）
A. 宏观、高速运动的物体B. 宏观、低速运动的物体
C. 微观、低速运动的物体D. 微观、高速运动的物体
【答案】B
【解析】A．经典力学不适用于高速（接近光速）运动的物体，此时需用相对论，故A错误；
B．经典力学适用于宏观物体的低速运动，故B正确；
C．微观领域需用量子力学，即使低速也不适用经典力学，故C错误；
D．微观和高速均超出经典力学范围，故D错误。
故选B。
2. 有a、b、c、d四颗地球卫星，a还未发射，在地球赤道上随地球表面一起转动，b处于地面附近近地轨道上正常运动，c是地球静止卫星，d是高空探测卫星，各卫星排列位置如图，则有（ ）
A. a的向心加速度等于重力加速度gB. b在相同时间内转过的弧长最长
C. c在4h内转过的圆心角是D. d的运动周期有可能是23h
【答案】B
【解析】A．静止卫星c周期与地球自转周期相同，角速度相同，则知a与c的角速度相同，根据
可知c的向心加速度比a的大，由牛顿第二定律可得
可得
卫星的轨道半径越大，向心加速度越小，则静止卫星c的向心加速度小于b的向心加速度，而b的向心加速度约为g，故知a的向心加速度小于重力加速度g，故A错误；
B．由万有引力提供向心力可得
可得
卫星的轨道半径越大，线速度越小，则有
由
可得
所以b的线速度最大，在相同时间内转过的弧长最长，故B正确；
C．c是地球静止卫星，周期是24h，则c在4h内转过的圆心角是，故C错误；
D．由开普勒第三定律
可知卫星的轨道半径越大，周期越大，所以d的运动周期大于c的周期，则d的运动周期一定大于24h，故D错误。
故选B。
3. 汽车在水平路面上转弯时，若速度过大将做离心运动而造成事故。已知汽车质量m，转弯半径为R，最大静摩擦力为f，则最大安全转弯速度为（ ）
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】根据题意可知，汽车以最大安全速度转弯时，最大静摩擦力提供做圆周运动的向心力，则有
解得
故选B。
4. 如下图所示，在倾角为的光滑斜面上，有一根长为的细绳，一端固定在O点，另一端系一质量为的小球，沿斜面做圆周运动，斜面固定在地面，取，小球在A点最小速度为（ ）
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】小球在A点最小速度时，小球所受重力沿斜面向下的分力提高向心力，则
解得
故选B。
5. 如图所示，有A、B两颗行星绕同一恒星O做圆周运动，运转方向相同，A行星的周期为T1，B行星的周期为T2，在某一时刻两行星第一次相遇（即相距最近），则（ ）
A. 经过时间t＝T1+T2，两行星将第二次相遇
B. 经过时间t＝，两行星将第二次相遇
C. 经过时间t＝，两行星第一次相距最远
D. 经过时间t＝，两行星第一次相距最远
【答案】D
【解析】AB.多转动一圈，第二次相遇时，有
解得
故AB错误；
CD.多转动半圈时，第一次相距最远，有
解得：
故C错误，D正确。
故选D.
6. 诗句“辘轳金井梧桐晚，几树惊秋”中的“辘轳”是一种取水装置。如图所示，井架上装有可用手柄摇转的圆柱体，圆柱体上缠绕长绳索，长绳索一端系水桶。摇转手柄，使水桶上升，提取井水，A是圆柱体边缘上的一质点，B是手柄上的一质点，假设人转动手柄向上提水时，手柄绕轴转动的角速度恒定，上升过程中长绳会缠绕在圆柱体上，则（ ）
A. 向上提水过程中A点的线速度比B点的大
B. 向上提水过程中A点的向心加速度比B点的小
C. 上升过程中水桶重力的功率不变
D. 上升过程中水桶向上做匀速直线运动
【答案】B
【解析】AB．向上提水过程中A点和B点的角速度相等，且B点的半径较大，根据
可知， B点的线速度和向心加速度都比A点的大，A错误，B正确；
CD．上升过程中长绳会缠绕在圆柱体上，所以在缠绕过程中长绳缠绕的半径变大，根据
可知，长绳向上的速度增大，也就是水桶向上做加速运动，根据
可知，上升过程中水桶重力的功率变大，CD均错误。
故选B。
7. 如图为车库出入口的曲杆道闸，道闸由转动杆OA与横杆AB链接而成，在道闸抬起过程中，杆AB始终保持水平。杆OA绕O点从水平匀速转动到竖直的过程中，下列说法正确的是（ ）
A. A点线速度不变B. A、B线速度相同
C. A点的加速度不变D. B点在竖直方向做匀速运动
【答案】B
【解析】A．杆OA绕O点从水平匀速转动到竖直的过程中，A点做匀速圆周运动，线速度大小不变，方向改变，故A错误；
B．依题意，杆AB始终保持水平，A、B两点保持相对静止，线速度相等，故B正确；
C．A点做匀速圆周运动，根据公式
可知，A点的加速度大小不变，方向改变。故C错误；
D．B点速度与A点速度相等，又其线速度与水平方向夹角一直减小，如图所示
将B的速度分解为水平和竖直方向。竖直方向的分速度
一直在减小，故D错误。
故选B。
8. 如图甲所示，若有人在某星球上用一轻质绳拴着一质量为m的小球，在竖直平面内做圆周运动（不计一切阻力），小球运动到最高点时速度大小为v，绳对小球的拉力为T，其图像如图乙所示，则下列选项正确的是（ ）
A. 轻质绳长为
B. 当地的重力加速度为
C. 当时，轻质绳的拉力大小为
D. 只要，小球在最低点和最高点时绳的拉力差均为6a
【答案】BD
【解析】A．在最高点时，绳对小球的拉力和重力的合力提供向心力，则有
得
由图像知，时，。图像的斜率
则有
解得绳长
A错误；
B．当时，，代入
得
得
B正确；
C．当时，代入
解得
C错误；
D．由图知只要，在最高点绳子的拉力大于0，根据牛顿第二定律知，在最高点有
在最低点有
从最高点到最低点的过程中，根据机械能守恒定律得
联立解得
即小球在最低点和最高点时绳的拉力差均为，D正确。
故选BD。
9. 2023年10月26日11时14分，搭载神舟十七号载人飞船的长征二号F遥十七运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射。17时46分，神舟十七号载人飞船与空间站组合体完成自主快速交会对接。飞船的发射过程可简化为：飞船从预定轨道I的A点第一次变轨进入椭圆轨道II，到达椭圆轨道的远地点B时，再次变轨进入空间站的运行轨道Ⅲ，与变轨空间站实现对接。假设轨道I和Ⅲ都近似为圆轨道，不计飞船质量的变化，空间站轨道距地面的高度为h，地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，下列说法正确的是（ ）
A. 飞船在椭圆轨道II经过A点的加速度等于飞船在圆轨道I经过A点的加速度
B. 飞船在椭圆轨道II经过A点的速度一定大于7.9km/s
C. 飞船在椭圆轨道II经过B点的速度比飞船在圆轨道Ⅲ经过B点的速度大
D. 飞船沿轨道II由A点到B点的时间小于
【答案】AD
【解析】A．根据牛顿第二定律有
解得
可知，飞船在椭圆轨道II经过A点的加速度等于飞船在圆轨道I经过A点的加速度，故A正确；
B．轨道I相对于轨道II是低轨道，由低轨道变轨到高轨道，需要在切点位置加速，可知，飞船在椭圆轨道II经过A点的速度一定大于轨道I的线速度，由于7.9km/s指第一宇宙速度，该速度近似等于近地卫星的线速度，根据
解得
可知，轨道I的线速度小于第一宇宙速度7.9km/s，结合上述可知，飞船在椭圆轨道II经过A点的速度不一定大于7.9km/s，故B错误；
C．轨道II相对于轨道Ⅲ是低轨道，由低轨道变轨到高轨道，需要在切点位置加速，可知，飞船在椭圆轨道II经过B点的速度比飞船在圆轨道Ⅲ经过B点的速度小，故C错误；
D．根据开普勒第三定律有
由于半长轴
则有
飞船在轨道Ⅲ时有
在地表有
根据对称性可知，飞船沿轨道II由A点到B点的时间
解得，故D正确。
故选AD。
10. 一质量为m的小球，用长为L的轻绳悬于O点，小球在水平力F作用下从平衡位置P点移动到Q点，如图所示。则力F所做的功为（ ）
A. 若F为恒力，则F力做功为
B. 若F为恒力，则F力做功为
C. 若小球被缓慢移动，则F力做功为
D. 若小球被缓慢移动，则F力做功为
【答案】AD
【解析】AB．若F为恒力，根据功的计算公式可得F力做功为
故A正确，B错误；
CD．若小球被缓慢移动，根据动能定理可得
所以F力做功为
故C错误，D正确
故选AD。
二、非选择题（本题共5小题，共60分）
11. 在“验证动能定理”的一次实验中，质量的重物自由下落，带动打点计时器的纸带上打出一系列的点，如图所示（相邻记时点时间间隔为0.02s，），则：
（1）上图中纸带的____________________（用字母表示）端与重物相距最远；
（2）打点计时器打下计数点B时，物体的速度__________m/s；
（3）从P到打下计数点B的过程中物体重力做的功__________J。
【答案】（1）C （2）0.98 （3）0.48
【解析】
【小问1解析】
重物下落时，速度越来越快，则相邻两计时点间的距离越来越大，可知重物在P端，故C端与重物相距最远；
【小问2解析】
根据，
有
得
【小问3解析】
由
得
12. 用如图所示的装置可以探究做匀速圆周运动的物体需要的向心力的大小与哪些因素有关。
（1）本实验采用的科学方法是______。（填选项前字母）
A.理想实验法 B.等效替代法 C.控制变量法 D.演绎法
（2）图示中两个钢球质量和转动半径相等，则正在探究的是______。（填选项前字母）
A.向心力的大小与半径的关系 B.向心力的大小与角速度的关系
C.向心力的大小与物体质量的关系 D.向心力的大小与线速度大小的关系
（3）保持两个钢球质量和转动半径相等，若图中标尺上黑白相间的等分格显示出两个小球所受向心力的比值为1:4，则两个小球的转动角速度之比为______。
（4）保持两个小球质量和转动半径相等，调节皮带在变速塔轮的位置多次实验，可以得出的结论是______。（填选项前字母）
A.在半径和角速度一定的情况下，向心力的大小与质量成正比
B.在质量和角速度一定的情况下，向心力的大小与半径成反比
C.在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与角速度的平方成正比
D.在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与线速度的大小成反比
【答案】（1）C （2）B （3）1:2 （4）C
【解析】（1）实验目的是探究做匀速圆周运动的物体需要的向心力的大小与哪些因素有关，数据处理时，先确保其它物理量不变，只改变相关两个物理量，因此本实验采用的是控制变量法。
故选C。
（2）图示中两个钢球质量和转动半径相等，即保持质量、半径不变，可知正在探究的是向心力大小与角速度的关系。
故选B。
（3）根据
保持两个钢球质量和转动半径相等，若图中标尺上黑白相间的等分格显示出两个小球所受向心力的比值为1:4，可解得两个小球的转动角速度之比为1:2。
（4）保持两个小球质量和转动半径相等，即在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与角速度的平方成正比。
故选C。
13. 有一轻型载重汽车未装载货物时其总质量，发动机的额定功率，某时刻从某段水平路面上由静止开始行驶，先以的加速度做匀加速运动，达到额定功率后保持该功率不变继续行驶，直至达到最大速度，已知阻力是车重的k倍，，取，求：
（1）汽车运动的最大速度；
（2）汽车做匀加速运动的时间。
【答案】（1）15m/s （2）10s
【解析】
【小问1解析】
当加速度时，速度达到最大，此时有
解得
【小问2解析】
设汽车做匀加速运动阶段的牵引力为F，末速度为，根据牛顿第二定律
匀加速直线运动末状态的功率达到额定功率，则有
根据速度时间关系有
解得
14. “登月工程”一直是我国航天事业的重要目标，也是一代代航天人的梦想。我国自主研制的“玉兔号”月球车与月球表面的第一次接触实现了中国人“奔月”的伟大梦想。假设“玉兔号”月球车在月球表面做了一个科学测量，测出月球表面的重力加速度为，已知月球半径为R，自转周期为T，引力常量为G。求：
（1）月球的密度；
（2）探测器在离月球表面高度为h处做圆周运动的环绕速度的大小；
（3）月球的同步卫星离月球表面高度H。
【答案】（1） （2） （3）
【解析】
【小问1解析】
在月球表面附近可认为重力等于万有引力
解得
因为
联立上述两式解得
【小问2解析】
圆周运动由万有引力提供向心力
解得
【小问3解析】
对同步卫星由万有引力提供向心力
解得
15. 如图所示，倾角的斜面AB通过平滑的小圆弧与水平直轨道BC连接，CD、DE为两段竖直放置的四分之一圆管，两管相切于D处，半径均为。右侧有一倾角的光滑斜面PQ固定在水平地面上。质量为、可视为质点的小物块从斜面AB顶端由静止释放，经ABCDE轨道从E处水平飞出后，恰能从P点平行PQ方向飞入斜面。小物块经过C点时受到圆管的作用力为28N，小物块与斜面AB的动摩擦因数，与BCDE段摩擦不计，重力加速度g取，，。
（1）求物块A初始位置距离BC所在平面的高度；
（2）求E点与P点的水平距离；
（3）若斜面PQ上距离P点的M点下方有一段长度可调的粗糙部分MN，其调节范围为，与小物块间的动摩擦因数，斜面底端固定一轻质弹簧，弹簧始终在弹性限度内，且不与粗糙部分MN重叠，求小物块在MN段上运动的总路程s与MN长度L的关系式。
【答案】（1）0.9m （2）
（3）
【解析】
【小问1解析】
对物块，在C处有
小物块由A运动到C的过程中，由动能定理可得
联立解得，
【小问2解析】
小物块由A运动到E的过程中，由动能定理可得
小物块恰能从P点平行PQ飞入斜面，即其速度与水平方向夹角为，则
联立解得，E点与P点的竖直高度
E点与P点的水平方向距离
【小问3解析】
根据平抛规律可知，物块飞入P点的速度大小为
若经弹簧一次反弹后恰能回到P点，经过粗糙段MN两次，则
解得
即当时，小物块经过弹簧一次反弹后从P点飞出，此时；
当时，小物块无法冲出斜面，且
故小物块不会停在MN段上，最终在N点与弹簧间往复运动，在N点的速度为零，由动能定理可得
解得
综上所述，小物块在MN段上运动总路程s与其长度L的关系式为