河北省沧州市运东四校2023-2024学年高一下学期4月期中物理试题（原卷版+解析版）

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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75分钟。
2.答题前，考生务必用直径0.5毫米黑色墨水签字笔将密封线内项目填写清楚。
3.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。
4.本卷命题范围：必修第二册第五章至第七章。
一、选择题（本题共10小题，共46分。在每小题给出的四个选项中，第1~7题中只有一项符合题目要求，每小题4分，第8~10题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）
1. 据中国载人航天工程办公室消息，北京时间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，约10分钟后，神舟十七号载人飞船与火箭成功分离，进入预定轨道（近地轨道），航天员乘组状态良好，发射取得圆满成功。则神舟十七号载人飞船（ ）
A. 发射速度可能6.9km/s
B. 在预定轨道上的运行速度大于第一宇宙速度
C. 在预定轨道上的运行周期小于地球同步卫星的周期
D. 在预定轨道上运行时，其中航天员不受力的作用
2. 关于做曲线运动或圆周的物体，下列说法正确的是（ ）
A. 物体做圆周运动时，速度大小一定变化
B. 物体做平抛运动时，加速度一定变化
C. 物体所受的合外力方向一定指向轨迹弯曲方向的内侧
D. 物体所受的合外力方向可能与初速度方向在同一直线上
3. 关于图中物体的运动情况和受力情况，下列说法正确的是（ ）
A. 图甲，摩托车在水平路面拐弯时，车手受到重力、支持力、向心力的作用
B. 图乙，货物相对水平传送带始终静止，传送带速度越大，货物拐弯时所受的静摩擦力越大
C. 图丙，空间站离地高度为400~450km，宇航员在空间站中受地球引力比在地面上时大
D. 图丁，过山车上的乘客在竖直圆轨道的最高点和最低点的向心加速度一定等大、反向、共线
4. 地球的公转轨道接近圆，但哈雷彗星的运动轨道则是一个非常扁的椭圆，如图所示。天文学家哈雷成功预言哈雷彗星的回归，周期为76年。下列说法正确的是（ ）
A. 哈雷彗星在近日点的速度比远日点的速度小
B. 哈雷彗星在近日点的速度比地球公转线速度大
C. 哈雷彗星在近日点的加速度比远日点的加速度小
D. 哈雷彗星轨道半长轴是地球公转半径的倍
5. 如图所示，堤坝倾角为，一小朋友在安全地带边缘，以的水平速度扔出一个小石子，小石子恰好扔到水中。小石子离开手的位置距离地面。重力加速度取，，，则堤坝离水面高度为（ ）
A. B. C. D.
6. 机动车检测站进行车辆尾气检测原理如下：车的主动轮压在两个相同粗细的有固定转动轴的滚动圆筒上，可在原地沿前进方向加速，然后把检测传感器放入尾气出口，操作员把车加速到一定程度，持续一定时间，在与传感器相连的电脑上显示出一系列相关参数。现有如下检测过程简图：车轴A的半径为，车轮B的半径为，滚动圆筒C的半径为，车轮与滚动圆筒间不打滑，当车轮以恒定转速n（每秒钟n转）运行时，下列说法正确的是（ ）
A. C的边缘线速度为B. A、B的角速度大小相等
C. A、B、C边缘上的点的线速度相等D. B、C的角速度之比为
7. 神舟十六号载人飞船入轨后顺利完成人轨状态设置，采用自主快速交会对接模式成功对接于天和核心舱径向端口。对接过程的示意图如图所示，神舟十六号飞船处于半径为的圆轨道Ⅰ，运行周期为T1，线速度为，通过变轨操作后，沿椭圆轨道Ⅱ运动到B处与天和核心舱对接，轨道Ⅱ上A点的线速度为，运行周期为T2；天和核心舱处于半径为的圆轨道Ⅲ，运行周期为T3，线速度为；则神舟十六号飞船（ ）
A.
B. T1>T2>T3
C. 在轨道Ⅱ上B点处加速度大于轨道Ⅲ上B点处的加速度
D. 沿轨道Ⅱ从A运动到对接点B过程中，速率不断增加
8. 河面宽度为90m，河水流速为，小船在静水中的速度恒为，则下列说法正确的是（ ）
A. 小船渡河的最短位移大于90m
B. 若小船船头始终与河岸垂直，渡河位移最小
C. 若要使小船渡河位移最短，则需使船头与上游河岸的夹角为
D. 若小船船头始终与河岸成某一角度，河水流速突然增大，渡河所需时间不变
9. 电影《流浪地球2》中，人类建造了太空电梯直通空间站。若在将来，成功设计出太空电梯如图所示，在地球赤道上建造基座，作为太空电梯的出发地和电梯缆索在地面的固定点，连接地面基座与空间站的是一条或一组超高强度的缆索，这条缆索一边要连接36000km高空地球同步静止轨道的空间站，另一边连接近10万公里高的配重。太空电梯运行时，缆索始终保持如图平直状态。则（ ）
A. 地球同步轨道空间站两端连接的缆索上无作用力
B. 配重绕地球运动的线速度大于同步轨道空间站的线速度
C. 若连接配重的缆索断裂，则配重开始做离心运动
D. 若配重物内部有一太空舱，则太空舱内物体处于完全失重状态
10. 如图甲所示，轻杆一端固定在О点，另一端固定一小球，现让小球在竖直平面内做半径为R的圆周运动。小球运动到最高点时，杆与小球间弹力大小为FN，小球在最高点时的速度大小为v，其图像如图乙所示，重力加速度g取10m/s2，小球可视为质点，不计一切阻力。则下列说法正确的是（ ）
A. 小球的质量为1kg
B. 小球做圆周运动的半径为2.5m
C. 时，在最高点杆对小球的弹力大小为40N
D. 时，小球的向心加速度大小为10m/s2
二、实验题（本题共2小题，共14分）
11. 某学习小组做探究平抛运动规律的实验。
（1）在图甲中用小锤击打弹性金属片后，a球沿水平方向抛出，做平抛运动，同时b球被释放，做自由落体运动，观察到两球同时落地。改变小锤击打力度，两球仍然同时落地。以上现象说明_________。（填正确答案标号）
A. 平抛运动在竖直方向的分运动是自由落体运动
B. 两小球在空中运动的时间相等
C. 两小球落地时速度相等
D. 两小球在竖直方向的加速度相等
（2）在图乙中同时断电后P，Q两个小球同时沿着斜槽滚下，观察到P，Q两个小球撞在一起，则说明平抛运动在水平方向上做_______________运动。
（3）利用频闪相机拍摄图甲中a小球运动过程，经处理后得到如图丙所示的点迹图像。方格纸每小格的边长L=5cm，通过实验，记录了小球在运动途中的三个位置，则该小球做平抛运动的初速度为_________m/s；若以A点为坐标原点，水平向右和竖直向下为正方向建立直角坐标系，记小方格的长度为1，则小球的抛出点坐标为_________。（g取10m/s2）
12. 某同学用向心力演示器探究向心力大小的表达式，实验情景如图甲、乙、丙所示，其中球的尺寸相等，只有乙情景皮带两端塔轮的半径不相等。
（1）三个情景中_________（选填“甲”“乙”或“丙”）是探究向心力大小F与角速度的关系。
（2）在图乙情景中，若左右两钢球所受向心力的比值为4∶1，则实验中选取左右两个变速塔轮的半径之比为__________。
（3）另一同学运用小球竖直平面做圆周运动，经过最低点时需要的向心力与提供的向心力是否相等来验证向心力大小的表达式，实验装置如图丁所示。已知当地重力加速度为g，主要实验步骤如下：
①用天平测出小钢球的质量m；
②用游标卡尺测出小钢球直径d；
③轻质细线一端与小钢球相连，另一端固定在拉力传感器上，并测出悬挂点至球心的距离L，小球静止时光电门的光正好对准小钢球的球心处；
④将小钢球拉到适当的高度处释放，测出小钢球通过光电门的时间t，则此时小钢球向心力表达式可表示为F向=___________（用题中字母表示）﹔
⑤读出力传感器示数的最大值Fm，则向心力还可表示为F'向=_________（用题中字母表示）；
⑥对比F向和F'向的大小，可得出结论。
三、计算题（本题共3小题，共计40分。解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）
13. 如图所示，某同学在练习篮球投篮，篮球的投出点高度h=1.80m，初速度大小为m/s，与水平方向夹角为θ=45°，篮筐距离地面高H=3.05m，若篮球正好落入筐中，将篮球视为质点，不计空气阻力，重力加速度g取10m/s2。求：
（1）篮球在最高点时的速度大小；
（2）篮球投出点距离篮筐中心的水平距离（结果可保留根号）。
14. 宇宙中存在一些离其他恒星较远的三星系统和四星系统，通常可忽略其他星体对它们的引力作用，现观测到某三星系统是三颗星位于同一直线上，两颗相距为2d，质量均为m的星围绕质量为2m的中央母星做圆周运动，如图甲所示；某四星系统中三颗质量均为m的星位于等边三角形的三个顶点上，质量为2m的母星在三角形的中心，三角形边长为d，三颗星沿外接于等边三角形的圆形轨道运行，如图乙所示，已知引力常量为G，求：
（1）三星系统和四星系统中，外侧星体所受其母星的万有引力的大小；
（2）三星系统和四星系统中，外侧星体的向心加速度大小。
15. 如图所示，水平转台上可视为质点的小物体A、B通过轻绳连接，A静止在转台边缘处，轻绳刚好伸直，现从静止开始缓慢增大转台的转速（在每个转速下都可认为转台匀速转动），已知A、B的质量分别为m，2m，A、B与转台间的动摩擦因数均为μ=0.5，A、B离转台中心转轴的距离分别为2r、r，转台距地面的高度为h，绳子能承受的最大拉力大小为17.5mg，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度大小为g，求：
（1）当转台的角速度至少为多少时，绳子开始出现张力？
（2）当绳子断裂时，转台的角速度为多大？
（3）绳子断裂后物体A的落地点离飞出点的水平距离（物体A飞出后，转盘不再转动）。