河北省张家口市2024-2025学年高一下学期期中考试物理试卷（解析版）

这是一份河北省张家口市2024-2025学年高一下学期期中考试物理试卷（解析版），共15页。试卷主要包含了本试卷分选择题和非选择题两部分，本卷命题范围等内容，欢迎下载使用。
考生注意：
1、本试卷分选择题和非选择题两部分。满分100分，考试时间90分钟。
2、考生作答时，请将答案答在答题卡上。选择题每小题选出答案后，用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑；非选择题请用直径0.5毫米黑色墨水签字笔在答题卡上各题的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效，在试题卷、草稿纸上作答无效。
3、本卷命题范围：人教版必修第二册第六章~第八章第3节。
一、选择题（本题共12小题，共40分。在每小题给出的四个选项中，第1~8题只有一项符合题目要求，每小题3分；第9~12题有多项符合题目要求，每小题4分，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. 下列关于重力势能的说法中正确的是（ ）
A. 质量大的物体其重力势能大
B. 位置高的物体其重力势能大
C. 水平地面上的物体重力势能都为零
D. 物体做自由落体运动时重力势能一定变小
【答案】D
【解析】AB．物体的重力势能为
由此可知，重力势能取决于重力和物体所处的高度，质量大的物体所处的高度可能较小，位置高的物体的重力可能较小，因此它们的重力势能可能较小，故AB错误；
C．参考平面不选水平地面时，地面上的物体重力势能不等于0，故C错误；
D．物体做自由落体运动时重力做正功，重力势能一定变小，故D正确。
故选D。
2. 开普勒定律揭示了天体运动的运动学本质，并为万有引力定律提供了“实验基础”，下列有关开普勒定律的说法正确的是（ ）
A. 所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的中心
B. 同一个行星离太阳较近时速度较小，较远时速度较大
C. 所有行星轨道半长轴的二次方跟它公转周期的三次方的比值都相等
D. 距太阳最近的行星角速度最大
【答案】D
【解析】A．根据开普勒第一定律，所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上，故A错误；
B．根据开普勒第二定律，可知同一个行星围绕太阳运动，当离太阳较近时速度较大，较远时速度较小，故B错误；
C．根据开普勒第三定律，可知所有行星轨道半长轴的三次方跟它公转周期的二次方的比值都相等，故C错误；
D．根据开普勒第三定律，可知距太阳最近的行星，其公转半径最小，所以其公转周期最小，根据
可知其角速度最大，故D正确。
故选D。
3. 我国的CR450动车组运营时速可达400km/h，是全球最快的高铁列车组。当列车以360km/h的速度在平直轨道上匀速行驶时，发动机的功率为7200kW，此时列车受到的阻力为（ ）
A. B.
C. D.
【答案】D
【解析】列车的速度
牵引力
列车匀速行驶时，阻力等于牵引力，则
故选D。
4. 齿轮在机械领域中的应用极其广泛，我国在公元前400~200年就已开始使用齿轮。如图为齿轮传动的示意图，A、B两点到各自齿轮中心的距离相等。齿轮匀速转动时，下列说法正确的是（ ）
A. A、B两点的转动方向相反
B. A、B两点的角速度大小相等
C. A、B两点的线速度大小相等
D. A、B两点的加速度大小相等
【答案】A
【解析】A．两齿轮接触点的线速度方向相同，两齿轮的转动方向相反，故A正确；
B．两齿轮边缘的线速度大小相等；根据可得左边齿轮的半径较大，角速度较小，故A点的角速度小于B点的，故B错误；
CD．A、B两点做圆周运动的半径相等，但A点角速度较小，则根据以及可得A点的线速度、加速度均小于B点的，故CD错误。
故选A。
5. 火星轨道半径约为地球轨道半径的1.5倍，从地球向火星发射探测器，比较简单而节省能量的做法是在地球表面对探测器加速，使其进入地球轨道，在适当时刻对探测器再次加速，使其沿椭圆轨道进入火星轨道，如图所示。若地球、火星绕太阳做圆周运动的速度分别为、，探测器在椭圆轨道上近日点、远日点的速度分别为、，这四个速度中最大的是（ ）
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】行星绕太阳做圆周运动时，根据牛顿第二定律，有
解得，绕行速度，火星轨道半径较大，所以
探测器从地球轨道进入椭圆轨道需要加速，所以
由开普勒第二定律可知，探测器在近日点的速度大于在远日点的速度，即
综上，速度最大。
故选C。
6. 工程技术上常用转速描述圆周运动的快慢，其单位r/min表示每分钟转过的圈数。如图所示，ABCD为某发电机内部的一根线圈，绕中心轴以3000r/min的转速匀速转动。已知导线AB的质量为0.1kg，到转轴的距离为0.5m，则导线AB的（ ）
A. 角速度为B. 线速度为1500m/s
C. 加速度为D. 向心力为125N
【答案】A
【解析】导线AB的角速度
线速度
向心加速度
向心力
故选A。
7. 如图甲所示，质量分布均匀的球壳，对其内部任意一点的万有引力为零。将地球视为质量分布均匀的球体，从地表往地心挖一条很窄的矿井，从井口静止释放一物块。忽略一切摩擦和地球的自转，从地表到地心，物块的速度-时间图像，加速度-时间图像大致正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】AB．设地球的密度为，当物块距地心的距离为时，受到的万有引力为
其中
解得
根据牛顿第二定律，可得加速度为
因越来越小，所以加速度越来越小；图像斜率
因物块向地心下落，速率越来越大，故图像斜率增大，故A错误，B正确；
CD．速度一时间图像的斜率是加速度，由上分析可知，加速度越来越小，故CD错误。
故选B。
8. 如图甲所示，某种心电图仪工作时，卷成柱形的记录纸匀速抽出，记录笔前后移动，描绘出心电图。图乙为心电图检查报告的部分截图。已知记录纸纸卷的直径为10cm，转动的角速度为，纸中每小格的长和宽均为1mm，则测试者的心率约为（ ）
A. 60次／分钟B. 75次／分钟
C. 80次／分钟D. 90次／分钟
【答案】B
【解析】记录纸的走纸速度为
相邻两次心跳的时间内，记录纸移动的距离为
心脏跳动的频率为次／秒次／分钟
故选B。
9. 如图所示，汽车以恒定的速率沿一段圆弧转弯，下列关于该汽车运动的说法正确的是（ ）
A. 该汽车做匀变速运动
B. 牵引力提供该汽车转弯的向心力
C. 地面的摩擦力提供该汽车转弯的向心力
D. 汽车速度过大时，将做离心运动
【答案】CD
【解析】A．汽车做匀速圆周运动，加速度时刻变化，故A错误；
BC．地面的摩擦力提供该汽车转弯的向心力，故B错误C正确；
D．汽车速度过大时，需要的向心力大于地面对汽车的最大静摩擦力，汽车将做离心运动，故D正确。
故选CD。
10. 如图所示，半径为R的半圆形粗糙轨道ABC竖直固定，A、C均与圆心O点等高，B为轨道的最低点，质量为m、可视为质点的小滑块从A点由静止释放，向右最远可运动到D点。已知OD与水平方向的夹角为30°，重力加速度为g。在滑块从A点运动到D点的过程中，下列说法正确的是（ ）
A. 重力对滑块先做正功后做负功
B. 轨道对滑块先做负功后做正功
C. 摩擦力对滑块做功为
D. 运动到B点时，重力对滑块的功率最大
【答案】AC
【解析】A．滑块先向下运动，后向上运动，重力对滑块先做正功，后做负功，A正确；
B．轨道支持力与滑块运动方向垂直，对滑块不做功，摩擦力对滑块做负功，所以轨道对滑块一直做负功，B错误；
C．由动能定理得
摩擦力对滑块做功为
C正确；
D．滑块在B点的速度沿水平方向，重力的功率为0，D错误。
故选AC。
11. 有a、b、c三颗地球卫星，卫星a还未发射，在地球赤道上随地球表面一起转动，卫星b在近地轨道上正常运行，c是地球静止卫星，如图所示。已知卫星a、b、c的角速度分别为、、，线速度分别为、、，则（ ）
A. B.
C. D.
【答案】BD
【解析】对于卫星b、c，由万有引力提供向心力得
可得，
因为，则有，
地球静止卫星的角速度等于地球自转的角速度，即
根据可得
所以，
故选BD。
12. 如图所示，光滑支架AOB固定，OA杆竖直，OB杆水平。小球a、b分别穿在两杆上并用轻绳连接，对b施加一水平向右的外力F，使a向上做匀速运动，则在运动过程中（ ）

A. OB杆对小球b的支持力不变
B. 小球b的速度大小始终保持不变
C. 轻绳对小球a做的功等于小球a动能的改变量
D. F对小球b做的功大于小球b动能的改变量
【答案】AD
【解析】A．对整体受力分析，由竖直方向平衡，支持力等于总重力，则OB杆对小球b的支持力不变，故A正确。
B．设轻绳与竖直方向的夹角为α，a球、b球速度关联有
a向上做匀速运动，而α逐渐增大，则csα逐渐减小，sinα逐渐增大，因此b球速度逐渐减小，故B错误。
CD．对a球由动能定理有
轻绳对小球a做的功大于小球a动能的改变量；
对b球由动能定理有
联立可得
则F做的功等于小球a和b的系统机械能的改变量，大于小球b动能的改变量，故C错误，D正确。
故选AD。
二、非选择题：本题共6小题，共60分。
13. 用如图所示的“向心力演示器”来探究匀速圆周运动的规律。挡板A、B、C到左右塔轮中心轴的距离之比为，标尺露出的格数与小球的向心力成正比。
（1）该实验主要用到的物理研究方法是______。
A. 控制变量法B. 等效替代法C. 演绎推理法
（2）探究向心力与质量的关系时，应将质量不同的两个小球放在______（选填“A和B”“B和C”或“A和C”）挡板处。
（3）将质量相等的两个小球分别放在挡板A、C处，所选左右塔轮的半径之比为，转动手柄，左右标尺露出的格数之比为______。
【答案】（1）A （2）A和C （3）
【解析】
【小问1解析】
该实验主要用到的研究方法是控制变量法。
故选A
【小问2解析】
探究向心力与质量的关系时，需要控制小球做圆周运动的半径相同，应将小球放在挡板A和挡板C处。
【小问3解析】
左右塔轮的半径之比为，线速度相等，根据
可知左右塔轮转动的角速度之比为；两球的质量相等，做圆周运动的半径相等，根据
可得两球的向心力之比为，故左右标尺露出的格数之比为。
14. 某实验小组用如图甲所示装置探究“动能定理”。请回答下列问题：
（1）纸带穿过打点计时器，调整长木板的倾斜度，使小车在不受牵引力时能拖动纸带沿长木板做匀速运动。这样做的目的是________。
（2）纸带穿过打点计时器，小车置于靠近打点计时器的位置，通过绕过定滑轮的细线与钩码相连。启动打点计时器，释放小车，小车在牵引力的作用下运动，得到的一条较为理想的纸带，如图乙所示。O点为打点计时器打的第一点，A、B、C为连续的三个计数点，相邻两点的时间间隔。
①以小车为研究对象，若用钩码的重力表示细线对小车的拉力，钩码的质量m和小车的质量M应满足的条件是________。
②此次实验中，钩码的质量，小车的质量，根据纸带上提供的数据可知，从O到B的过程中，合力对小车做的功为________J，小车在B点的动能为________J。（g取，结果均保留3位有效数字）
【答案】（1）平衡摩擦力
（2） ①. ②. 0.130 0.128
【解析】
【小问1解析】
纸带穿过打点计时器，调整长木板的倾斜度，使小车在不受牵引力时能拖动纸带沿长木板做匀速运动。这样做的目的是平衡摩擦力。
【小问2解析】
在平衡了摩擦力的情况下，由牛顿第二定律可得，对小车
对钩码
联立解得
当时，，才能用钩码的重力表示细线对小车的拉力。
从到的过程中，合力对小车做的功为。
小车在点的速度为，动能为。
15. 将一小球从水池上方由静止释放，1s后小球到达水面，又经过1s小球以4m/s的速度到达池底。已知小球的质量为0.2kg，池中水深2m，g取，不计空气阻力，求：
（1）小球释放时到水面的距离；
（2）小球从水面运动到池底的过程中，水对小球做功的平均功率大小。
【答案】（1）5m （2）12.4W
【解析】
小问1解析】
小球落水前做自由落体运动，释放时到水面的距离为
其中
联立解得
【小问2解析】
由动能定理可得
其中
解得水对小球做功的平均功率大小为
16. 如图所示，原长为、劲度系数为轻质弹簧一端固定在水平转盘的转轴上，另一端连接质量为的小物块。初始时弹簧处于原长状态，现启动转盘，并缓慢增大其转速。已知物块与转盘的动摩擦因数为，转盘的半径为，重力加速度为，假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，小物块可视为质点，求：
（1）物块刚要相对转盘滑动时，转盘的角速度；
（2）物块滑到转盘边缘时的线速度大小。
【答案】（1） （2）
【解析】（1）开始时，静摩擦力提供物块做圆周运动的向心力
物块刚要相对转盘滑动时，向心力等于最大静摩擦力，即
代入数据解得转盘的角速度
（2）物块滑到转盘边缘时，弹簧的拉力F与摩擦力一起提供物块做圆周运动的向心力
由牛顿第二定律得
由胡克定律得弹簧的拉力
联立解得物块的线速度
17. 我国北斗三号全球星座由地球静止轨道、倾斜地球同步轨道、中圆地球轨道三种轨道卫星组成，每颗卫星各司其职，为全球用户提供高质量的定位导航授时服务。已知地球静止轨道卫星绕地球做匀速圆周运动的速度为、轨道半径为，地球半径为。求：
（1）地球的第一宇宙速度；
（2）地球北极与赤道处的重力加速度之差。
【答案】（1） （2）
【解析】
【小问1解析】
地球静止轨道卫星绕地球做匀速圆周运动，由牛顿第二定律可得
卫星在地球表面做匀速圆周运动时有
可得地球的第一宇宙速度为
【小问2解析】
地球自转的角速度等于地球静止轨道卫星的角速度，为
在地球北极有
在地球赤道处有
可得地球北极与赤道处的重力加速度之差为
18. 如图所示，粗糙的水平轨道BC的右端与半径R=0.45m的光滑竖直圆轨道在C点相切，左端与光滑的倾斜轨道AB相连，AB与水平方向的夹角为37°，质量m=0.1kg的小球从倾斜轨道顶端A点由静止滑下（将小球运动视为滑动），设小球经过轨道衔接处时没有能量损失，已知倾斜轨道AB的长度l=2m，小球与水平轨道间的动摩擦因数μ=0.375，（sin37°=0.6，cs37°=0.8，g=10m/s2）
（1）若水平轨道BC的长度为2.5m，求小球最终停止的位置与B点的距离；
（2）要使小球能够滑上圆轨道，并且第一次在圆轨道运动时小球不脱离轨道，水平轨道BC的长度L应满足什么条件？
【答案】（1）1.8m；（2）L≤0.2m或2m≤L≤3.2m
【解析】（1）最终小球动能为零，停在水平轨道上，根据动能定理有
解得在水平轨道上通过的路程为
L1=3.2m
所以返回后距离B点的距离为
L=LBC-（L1-LBC)=1.8m
（2 ）小球从A点恰好运动到C点，由动能定理知
解得
L=3.2m
要使小球能够滑上圆轨道，应满足
L≤3.2m
在圆轨道运动时小球不脱离轨道，有两种情形，情形一∶物体能完成圆周运动，则在最高点有
对小物块从B点到圆轨道最高点，利用动能定理有
解得
L=0.2m
则小球不脱离轨道应满足
L≤0.2m
情形二∶物体运动到圆轨道圆心等高处速度为零，对小物块从B点到圆轨道圆心等高处，利用动能定理有
解得
L=2m
则此过程小球不脱离轨道应满足
L≥2m
综合以上可得要使小球能够滑上圆轨道，并且第一次在圆轨道运动时小球不脱离轨道，水平轨道BC的长度L应满足
L≤0.2m或者2m≤L≤3.2m