广东省广州市华南师范大学附属中学2023-2024学年高一下学期期中考试物理试卷（原卷版+解析版）

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注意事项：
1．答卷前，考生务必用黑色字迹的钢笔或签字笔将自己的班别、姓名、考号填写在答题卡指定位置，并用铅笔准确填涂考号。
2．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；如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其它答案；不能答在试卷上。
3．非选择题必须用黑色字迹的钢笔或签字笔作答，答案必须写在答题卡各题目指定区域内的相应位置上；如需改动，先划掉原来的答案，然后再写上新的答案；不准使用铅笔和涂改液。不按以上要求作答的答案无效。
4．考生必须保持答题卡的整洁，考试结束后，答题卡由监考老师收回。
第一部分 选择题（共46分）
一、单项选择题（本题共7小题，每小题4分，共28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. 在物理学发展的过程中，许多物理学家的科学发现推动了人类历史的进步，以下关于物理学史的叙述正确的是（ ）
A. 哥白尼提出了“日心说”，并指出所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆
B. 第谷接受了哥白尼的“日心说”观点，并对开普勒观测的行星数据进行了多年研究，得出了行星运动定律
C. 卡文迪许在前人研究基础上总结出万有引力定律，并巧妙地运用扭秤测出引力常量
D. 亚当斯和勒维耶利用万有引力定律预言了海王星的存在，后来被证实，显示了理论对实践的巨大指导作用
【答案】D
【解析】
【详解】A．哥白尼提出了日心说，认为太阳是宇宙的中心，一切行星围绕太阳做圆周运动。故A错误；
B．开普勒通过整理研究第谷的行星观测记录，总结出行星运动定律。故B错误；
C．牛顿在前人研究基础上总结出万有引力定律，1798年，卡文迪什利用扭秤装置，第一次在实验室里比较准确地测出了引力常量G值。故C错误；
D．英国的亚当斯和法国的勒维耶利用万有引力定律各自独立计算出海王星的轨道，德国的加勒在勒维耶预言的位置附近发现了海王星，显示了理论对实践的巨大指导作用。故D正确。
故选D。
2. 如图所示，蜡块能在充满水的玻璃管中匀速上升，若在玻璃管沿水平向右做直线运动的同时，蜡块从玻璃管底端开始匀速上升，则关于蜡块实际运动轨迹的说法正确的是（ ）
A. 轨迹1，玻璃管可能做匀加速直线运动
B. 轨迹2，玻璃管可能做匀减速直线运动
C. 轨迹3，玻璃管可能先做匀加速直线运动，然后做匀减速直线运动
D. 轨迹4，玻璃管可能做匀减速直线运动
【答案】C
【解析】
【详解】A．若玻璃管沿水平向右做匀减速直线运动，加速度向左，则合力向左，而合速度向右上，则蜡块相对于地面的运动轨迹为开口向左的抛物线，如轨迹1。故A错误；
B．若玻璃管沿水平向右做匀速直线运动，则蜡块相对于地面的运动轨迹为过原点的倾斜直线，如轨迹2。故B错误；
C．若玻璃管沿水平向右先做减速运动后做加速运动，加速度先向左后向右，即合力先向左后向右，则蜡块的运动轨迹可能如轨迹3所示。故C正确；
D．若玻璃管沿水平向右做匀加速直线运动，加速度向右，则合力向右，而合速度向右上，则蜡块相对于地面的运动轨迹为开口向右的抛物线，如轨迹4。故D错误。
故选C。
3. 某物体做平抛运动时，它的速度偏向角θ随时间t变化的图像如图所示（g取10m/s2），则下列说法正确的是（ ）
A. 物体的平抛初速度的大小为5m/sB. 第1s物体下落的高度为10m
C. 第2s末物体的位移偏向角为30°D. 前3s内物体的速度变化量的大小为30m/s
【答案】D
【解析】
【详解】A．因
对应图像可得
解得
v0=10m/s
故A错误；
B．第1s内物体下落的高度
h=gt2=5m
故B错误；
C．第2s末物体下落的高度为
第2s末物体的水平位移为
则有
故第2s末物体物体的位移偏向角为
故C错误；
D．前3s内物体的速度变化量可以看成是水平方向的速度变化量与竖直方向速度变化量的矢量和，而水平方向的速度变化量为0，所以前3s内物体的速度变化量即为竖直方向速度变化量
故D正确。
故选D。
4. 齿轮传动是现代各种设备中应用最广泛的一种机械传动方式。如图甲所示为某款机械手表内部的部分结构，由A、B、C、D四个轮子组成，其中A、B、C三个传动轮通过齿轮咬合，C、D与轴承咬合，将其简化成如图乙所示模型。a、b、c、d分别为A、B、C、D轮缘上的点，半径之比。下列判断正确的是（ ）
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】A．C、B属于同缘传动，边缘点的线速度相等；A、B属于同缘传动，边缘点的线速度相等，则有
C、D属于同轴转动，则有
则有
根据匀速圆周运动的周期
可得
故A正确；
B．C、B属于同缘传动，边缘点的线速度相等，则有
根据
可得
故B错误；
C．A、B属于同缘传动，边缘点的线速度相等，则有
故C错误；
D．C、D属于同轴传动，角速度相等，则有
由选项B可得
由向心加速度公式
可得
故D错误。
故选A。
5. 如图所示，套在竖直细杆上的轻环A由跨过光滑轻质定滑轮的不可伸长的轻绳与重物B相连，施加外力让A沿杆以速度v匀速上升，从图中M位置上升至与定滑轮顶端O等高的N位置，已知AO与竖直杆成角，则（ ）
A. 在M位置处，重物B的速度为
B. A运动到N位置时，重物B的速度为0
C. 重物B下降过程中，绳对B的拉力小于B的重力
D. A匀速上升过程中，重物B加速下降
【答案】B
【解析】
【详解】A．刚开始在 M 位置处，重物B的速度为
故A错误；
B．A运动到N位置时，根据
可知θ=90°，解得
即重物B的速度为0。故B正确；
CD．根据
可知A匀速上升时，θ角变大，则重物B速度减小，即减速下降，重物B减速下降过程，加速度向上，处于超重状态，则绳对B的拉力大于B的重力。故CD错误。
故选B。
6. 2023年5月17日，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，成功发射第五十六颗北斗导航卫星，该卫星为地球同步卫星。已知地球半径为R，地球的自转周期为T0，引力常量为G，下列说法正确的是（ ）
A. 该卫星可以经过华附上空
B. 该卫星的运行速度大于第一宇宙速度且小于第二宇宙速度
C. 地球的第一宇宙速度为
D. 该卫星在运行过程中加速度时刻变化
【答案】D
【解析】
【详解】A．由于第56颗北斗导航卫星是地球静止轨道卫星，运行轨道与赤道平面共面，不可以经过处于广州的华附上空。故A错误；
B．由卫星绕地球运动过程，由地球万有引力提供向心力
解得卫星的运行速度
第一宇宙速度
随着轨道半径的增大，运行速度减小，故该卫星的运行速度一定小于第一宇宙速度，又由于第二宇宙速度大于第一宇宙速度，故该卫星的运行速度一定小于第二宇宙速度。故B错误；
C．赤道上相对于地球静止的物体随地球自转的线速度为
远小于第一宇宙速度。故C错误，
D．卫星围绕地球做环绕运动，速度方向时刻变化，合力方向也时刻变化，加速度时刻变化。故D正确。
故选D。
7. 2022年1月22日，我国将一颗失效的北斗二号G2卫星从轨道半径为R₁的地球同步轨道上变轨后运行到轨道半径为R₂的“墓地”轨道上，此举标志着航天器被动移位和太空垃圾处理新方式的成功执行。该过程的简化示意图如图所示。已知椭圆转移轨道与同步轨道和“墓地”轨道分别相切于P、Q两点，同步轨道上P点处的速度大小为，转移轨道上P点处的速度大小为、Q点处的速度大小为，“墓地”轨道上Q点处的速度大小为，则北斗二号G2卫星（ ）
A. 轨道上各位置处的速度大小满足
B.
C. 在转移轨道上P点的速度与Q点速度之比为R₁：R₂
D. 沿转移轨道从P点运动到Q点所用的时间为天
【答案】D
【解析】
【详解】A．卫星在同步轨道上 P 点处进行加速才能转到转移轨道，故卫星在转移轨道上 P 点处速度
v2> v1
卫星在转移轨道上Q点处进行加速才能转到墓地轨道，故卫星在墓地轨道上Q点处的速度
v4> v3
由卫星绕地球做匀速圆周运动的过程中，由地球的万有引力提供向心力
得卫星的运行速度
随着轨道半径的增大，运行速度减小，故
v1> v4
综上所述
v2> v1>v4> v3
故A错误；
B．在同一轨道上只有引力做功，机械能守恒，所以在转移轨道上P点的机械能等于Q点的机械能，故B错误；
C．根据开普勒第二定律可知
所以在转移轨道上P点的速度v2与Q点速度v3之比为，故C错误；
D．根据开普勒第三定律可得
其中
沿转移轨道从P点运动到Q点所用的时间为
天
故D正确。
故选D。
二、多项选择题（本题共3小题，每小题6分，共18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6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分）
8. 如图所示，足够长的斜面上有a、b、c、d、e五个点，ab=bc=cd=de，点以初速度v0水平抛出一个小球，它落在斜面上的b点，速度方向与斜面间的夹角为θ，在空中运动的时间为t0；若小球从a点以速度水平抛出，不计空气阻力，则小球（ ）
A. 一定落在d点
B. 可能落在cd之间
C. 在空中运动的时间小于
D. 落在斜面的速度方向与斜面的夹角变大
【答案】AC
【解析】
【详解】ABC．设斜面与水平的夹角为，小球以速度v0平抛落到斜面上时的水平位移为x，竖直位移为h，下落的时间为t0，由平抛运动的关系可知
，
解得
由几何关系可知，
联立，解得
因此当速度变为时，落到斜面上的时间为t0，因此水平方向的位移
因此小球会落到d点。故AC正确；B错误；
D．根据平抛运动的推论
初速度为时，因为位移方向与水平方向的夹角不变，所以小球落在斜面上时的速度方向与水平方向的夹角为β不变，则小球落在斜面上时的速度方向与斜面夹角为θ不变。故D错误。
故选AC。
9. 图甲是建筑行业常用的一种小型打夯机，其原理可简化为质量为M的支架（含电动机）上一根长为L的轻杆带动质量为m的铁球（可视为质点）以恒定角速度ω转动，如图乙所示，已知重力加速度为g，则在某次打夯过程中（ ）
A. 铁球转动过程中，线速度始终不变
B. 铁球转动到最低点时，处于超重状态
C. 铁球转动到最高点时所受轻杆弹力一定不为零
D. 若使支架离开地面，则铁球的的角速度
【答案】BD
【解析】
【详解】A．铁球转动过程中，线速度方向一直在变，线速度时刻发生着变化。故A错误；
B．铁球转动到最低点时，有向上的向心加速度，拉力大于重力，故处于超重状态。故B正确；
C．铁球转动到最高点时，如果此时的速度满足
则，杆对铁球的弹力可以为零。故C错误；
D．铁球转动到最高点时，此时对支架受力分析，若支架即将离开地面，临界状态为支架受到轻杆的拉力等于重力，即有
对小球分析有
解得
故D正确。
故选BD。
10. 北京时间2024年4月9日凌晨，由太阳和月球联袂出演的日全食“大片”在北美洲上映。对于绕地球做圆周运动的空间站，由于地球遮挡阳光，也会经历“日全食”过程。如图所示，已知地球的半径为R，自转周期为，地球空间站以周期T绕地球做圆周运动，空间站上的航天员在A点的最大观测角为2θ，引力常量为G，太阳光可视为平行光，地球视为质量分布均匀的球体，则下列说法正确的是（ ）
A. 空间站距地面的高度为
B. 空间站绕地球运动的线速度为
C. 空间站每次经历“日全食”过程的时长为
D. 地球的平均密度为
【答案】CD
【解析】
【详解】A．飞船绕地球做匀速圆周运动，设神舟十三号载人飞船的轨道半径为r，由几何关系知
空间站距地面的高度为
故A错误；
B．根据公式可得宇宙飞船的运行速度为
故B错误；
C．地球自转一圈时间为T0，飞船绕地球一圈时间为T，飞船绕一圈会有一次日全食，所以每过时间T就有一次日全食，由图可知，飞船每次“日全食”过程的时间内飞船转过2θ角，所需的时间为
故C正确；
D．根据万有引力提供向心力有
可得
地球的体积为
则地球的平均密度为
故D正确。
故选CD。
第二部分非选择题（共54分）
三、非选择题（本题共5小题，共54分。考生根据要求作答）
11. 探究小球做匀速圆周运动向心力F大小与小球质量m、角速度ω和运动半径r之间的关系实验装置如图所示。图中，A、B、C与转动轴的距离之比为1:2:1。
（1）该探究实验采用的实验方法与下列哪个实验相同______。
A. 测量做直线运动物体瞬时速度
B. 探究两个互成角度的力的合成规律
C. 探究加速度与力和质量的关系
（2）在某次实验中，某同学把两个质量相等的钢球放在A、C位置，将皮带套在半径不同的左右塔轮上。转动手柄，观察左右标尺的刻度，此时可研究向心力的大小与______（选填“运动半径r”或“角速度ω”）的关系。
（3）在（2）的实验中，某同学匀速转动手柄时，左边标尺露出1个格，右边标尺露出4个格，则皮带连接的左、右塔轮半径之比为______；其他条件不变，若减小手柄转动的速度，则左右两标尺的示数将______，两标尺示数的比值______。（以上两空均选填“变大”、“变小”或“不变”）
【答案】（1）C （2）角速度ω
（3） ①. 2:1 ②. 变小 ③. 不变
【解析】
【小问1详解】
A．探究小球做匀速圆周运动向心力F大小与小球质量m、角速度ω和运动半径r之间的关系采用了控制变量法，测量做直线运动物体的瞬时速度时应用的物理方法是极限法，故A错误；
B．探究两个互成角度的力的合成规律实验中采用的科学方法是等效替代法，故B错误；
C．探究加速度与力和质量的关系的实验中采用的科学研究方法是控制变量法，故C正确。
故选C。
【小问2详解】
A、C与转动轴的距离之比为1:1，即转动半径相等，两球的质量也相等，可知此时可研究向心力的大小与角速度ω的关系。
【小问3详解】
[1]匀速转动手柄时，左边标尺露出1个格，右边标尺露出4个格，则左右两球的向心力之比为1:4，根据
由于控制圆周运动的半径r与小球的质量m相等，可知角速度之比1:2，皮带连接的左、右塔轮边缘线速度相等，根据
可知，半径之比为2:1；
[2][3]其他条件不变，若减小手柄转动的速度，皮带连接的左、右塔轮边缘线速度相等，根据
线速度减小，则角速度变小，根据
可知小球所需向心力大小变小，即左右两标尺的示数将变小，由于塔轮半径R之比不变，即角速度比值不变，可知两标尺示数的比值不变。
12. 在“研究平抛运动特点”的实验中，分别使用了图甲和图乙的实验装置。
（1）在图甲所示实验中，小锤打击弹性金属片，A球水平抛出，同时B球被松开自由下落。下列说法正确的是 ；
A. 所用两球的质量必须相等
B. 可研究平抛运动竖直方向是否为自由落体运动
C. 可研究平抛运动水平方向是否为匀速直线运动
D. 用较大的力敲击弹性金属片，两球仍能同时落地
（2）在图乙所示实验中，除了用到图中器材之外，下列器材还需要用到的有 。
A. 刻度尺B. 秒表C. 天平
（3）在实验中用方格纸，每个格的边长，记录了小球在运动途中经过A、B、C三个位置，如图丙所示，取，则该小球做平抛运动的初速度大小___________，小球在B点的竖直分速度大小___________，图中O点___________（填“是”或“不是”）小球做平抛运动的抛出点。（计算结果取三位有效数字）
【答案】（1）BD （2）A
（3） ①. 1.47 ②. 1.96 ③. 不是
【解析】
【小问1详解】
BC．本实验应改变装置高度多次实验，发现两球的下落时间总是相同，进而说明平抛运动的竖直分运动是自由落体运动，但不能说明水平分运动是匀速直线运动，故B正确，C错误；
AD．由自由落体运动规律有
下落时间
与球质量无关，两球质量可以不等，下落时间也与初速度无关，即与是否大力敲击弹性金属片无关，故D正确，A错误。
故选BD。
【小问2详解】
在做“研究平抛物体的运动”实验时，除了图中的器材之外，还需要刻度尺，用来测量距离，故A正确，BC错误；
故选A
【小问3详解】
[1]竖直方向根据
解得
水平方向根据
解得该小球做平抛运动的初速度大小为
[2]竖直方向根据匀变速直线运动中间时刻速度等于该段过程的平均速度，则小球在B点的竖直速度大小为
[3]假设小球经过图中的O点，且O点的竖直分速度大小为，则从O点到B点过程，竖直方向有
解得
则O点到B点的时间为
则O点到B点的水平位移为
由图可知O点到B点的实际水平距离为
可知小球并没有经过O点，则O点不是小球做平抛运动的抛出点。
13. 宇航员乘坐航天飞船绕某星体做匀速圆周运动，已知环绕周期为T，星体半径R，星体表面重力加速度为g，引力常量为G，求：
（1）星体密度；
（2）卫星距地表的高度。
【答案】（1）；（2）
【解析】
【详解】（1）由题意
所以
由关系式
解得
（2）根据牛顿第二定律得

代入质量M得
14. 华师附中教工气排球比赛正激烈进行，阮级长原地跳起，在如图离地高度为H的O点用力将球以速度水平击出，球恰好落在对方底线内侧的B点，顺利拿下一分。下一球对方组织进攻，吊球过网，在球即将落地时，许级长一跃飞身救球，于地面A点将球成功救起，球以大小为、方向与水平方向成的速度斜向上飞出，过网后，与地面发生了一次弹性碰撞（碰后水平分速度不变，竖直分速度大小不变，方向相反），该球运动中离地最大高度也为H，恰好也落在B点。已知A点在O点的正下方，不计空气阻力，重力加速度为g。
（1）求图中AB间水平距离x（用含有H、v1和g的函数式表示）；
（2）求两球初速度大小之比；
（3）若球网设置在如图所示的C位置，两人击出的排球都恰好能飞过球网顶端，求：
①两球从被击出到球网顶端所用时间之比；
②球网的高度h（结果用H表示）。
【答案】（1）；（2）；（3）①；②
【解析】
【详解】（1）对阮级长击出的气排球，在竖直方向上做自由落体运动，有
在水平方向，做匀速直线运动，设 AB 间距离为 x1，有
x1=v1t
联立，解得
（2）对第二球，竖直方向，做竖直上抛运动，其中排球从最高点落地的过程，也做自由落体运动
如图，由竖直上抛运动的对称性，从 A 到 B 的过程，有
，x1=v1t
联立，解得
即
（3）①两球飞到球网的过程，水平方向上的分运动均为匀速直线运动，设AC间距离为x2，由于水平位移相等，有
x2=v1t1，x2= (v2cs60°)t2
可得
②如图，设第二次击球后到达的最高点位置为E，由竖直方向分运动性质，可知两次在OD、DE过程的时间相同，则对于第二次击球从A经D到最高点E，有
，
联立，解得
15. 如图所示，一根细线下端拴一个质量m1=0.2kg的金属小球P，上端穿过水平转台中间的光滑小孔O固定在质量m2=1kg金属块Q上，将Q置于水平转台上，小球P在水平面内做匀速圆周运动，已知摆绳OP长L1=0.5m，与竖直方向的夹角θ=37°，绳OQ长L2=1.2m，Q与水平转台间的动摩擦因数为μ=0.5，取g=10m/s2，sin37°=0.6，cs37°=0.8，P、Q均可视为质点。
（1）若水平转台静止，仅小球P在水平面内做匀速圆周运动，求：
①Q受到的摩擦力f；
②m1转动的角速度ω1；
（2）将小球P换为质量为m1′=0.8kg的小球P′，调整ω1，保持P′做圆锥摆运动时与竖直方向的夹角θ=37°不变，绳子总长度不变，让转盘维持ω2=3rad/s的角速度转动，改变OQ的距离L2′，欲使Q与转盘保持相对静止，求OQ的距离L2′的取值范围。（结果可以保留分式或根式）
【答案】（1）25N，5rad/s；（2）
【解析】
【详解】（1）对P，竖直方向受力平衡，有
Tcs37°=m1g
可得：
T=2.5N
对Q，最大静摩擦力
fm=μm2g=5N
由于T=2.5Nf=T=2.5N
对P，有
r=Lsin37°
可求得
ω1=5rad/s
（2）因为θ=37°不变，所以力
=10N
不变。对Q，恰好不向内滑动，有
恰好不向外甩出，有
，
故