2023-2024学年陕西省韩城市高一（下）期中考试物理试卷（含解析）

这是一份2023-2024学年陕西省韩城市高一（下）期中考试物理试卷（含解析），共16页。试卷主要包含了单选题，多选题，填空题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。

1.如图所示，一小车在圆形轨道上做匀速圆周运动．下列说法正确的是( )
A. 小车的速度大小保持不变B. 小车的加速度保持不变
C. 小车的合力为零D. 小车处于平衡状态
2.2023年3月16日，在湖北省举行的科技创新大会，华中科技大学获奖41项，其中“万有引力常数G的精确测量”项目获湖北省科技进步特等奖。关于万有引力定律及引力常量，下列说法正确的是( )
A. 由公式F=Gm1m2r2可知，当两物体间的距离r趋于零时，万有引力趋于无穷大
B. 万有引力定律只适用于天体之间
C. 开普勒发现了万有引力定律，但没有测定出引力常量
D. 引力常量G值最早是英国物理学家卡文迪什用扭称实验测得
3.如图甲所示，滚筒洗衣机脱水时，滚筒内的衣物随滚筒在竖直面内做匀速圆周运动，可简化为如图乙所示模型，A、C两点分别为衣物运动的最高点和最低点，B、D两点与圆筒圆心等高。则对脱水过程，下列说法正确的是( )
A. 衣物中的水分因受到离心力的作用而被甩出
B. 脱水效果最好的位置在C点
C. 从A到C，衣物处于失重状态
D. 已脱水的衣物在A点受到的合力最小
4.2023年7月10日，经国际天文学联合会小行星命名委员会批准，中国科学院紫金山天文台发现的、国际编号为381323号的小行星被命名为“樊锦诗星”。如图所示，“樊锦诗星”绕日运行的椭圆轨道面与地球圆轨道面间的夹角为20.11度，轨道半长轴为3.18天文单位(日地间距离为1天文单位)。若只考虑太阳对行星的引力，则“樊锦诗星”绕太阳一圈大约需要( )
A. 3.7年B. 5.7年C. 7.7年D. 9.7年
5.盾构隧道掘进机，简称盾构机，是一种隧道掘进的专用工程机械，又被称作“工程机械之王”，是城市地铁建设、开山修路、打通隧道的利器。如图为我国最新研制的“聚力一号”盾构机的刀盘，其直径达16m，转速为5r/min，让其正常工作时，刀盘边缘的向心加速度约为( )
A. 2.2m/s2B. 4.4m/s2C. 6.4m/s2D. 8.2m/s2
6.如图所示，质量为m的小球(视为质点)在竖直平面内绕O点做半径为L的圆周运动，重力加速度大小为g，下列说法正确的是( )
A. 若连接O点与小球的为轻绳，则小球过圆周最高点的最小速度为零
B. 若连接O点与小球的为轻杆，则小球过圆周最高点的最小速度为 gR
C. 若连接O点与小球的为轻绳，则小球在圆周最高点时轻绳的作用力大小可能为mg
D. 若连接O点与小球的为轻杆，则小球在圆周最高点时对轻杆的作用力一定不为零
7.LAMOST黑洞猎手计划研究团队发现了一颗质量大约为1.2倍太阳质量的中子星，与一颗大约0.6倍太阳质量的红矮星组成了双星系统，绕它们连线上某点旋转。则下列说法正确的是( )
A. 中子星与红矮星的向心力之比大约为2：1
B. 中子星与红矮星的角速度之比大约为1：2
C. 中子星与红矮星的转动半径之比大约为2：1
D. 中子星与红矮星的线速度之比大约为1：2
二、多选题：本大题共3小题，共18分。
8.图甲是一款感应垃圾桶，手或垃圾靠近其感应区，桶盖会自动绕О点水平打开，如图乙所示为其俯视示意图。桶盖打开过程中其上A、B两点的角速度分别为ωA、ωB，线速度分别为vA、vB，则下列关系正确的是( )
A. ωA=ωBB. ωA<ωBC. vA>vBD. vA9.2024年1月11日，我国在酒泉卫星发射中心使用“快舟一号”甲运载火箭，成功将“天行一号”02星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，发射任务获得圆满成功。“天行一号”02星的发射过程可简化如图所示，椭圆轨道II为变轨的轨道，圆形轨道III为正常运行的轨道，两轨道相切于B点，A点在近地圆轨道I上，也是轨道II的近地点，若不考虑大气阻力的影响，则下列说法正确的是( )
A. 02星沿轨道II的运行周期小于沿轨道I的运行周期
B. 02星在轨道II上经过A点时的加速度等于在轨道I上经过A点时的加速度
C. 02星在轨道II上经过B点时的速度大于在轨道III上经过B点时的速度
D. 相等时间内，02星在轨道I上转过的角度大于在轨道III上转过的角度
10.如图甲所示，一艘正在进行顺时针急转弯训练的航母，运动轨迹可视作半径为R的水平圆周。航母在圆周运动中，船身发生了向外侧倾斜，甲板法线与竖直方向夹角为θ，船体简图如图乙所示。一质量为m的小物块放在甲板上，与甲板始终保持相对静止，两者之间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g。假设航母的运动半径为R、夹角不随航速改变，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。下列说法正确的是( )
A. 小物块可能只受重力、支持力两个力作用
B. 航母对小物块的支持力FN=mgcsθ
C. 航母的航速越大，则小物块受到的摩擦力越大
D. 航母的最大航速为 μ−tanθ1+μtanθgR
三、填空题：本大题共1小题，共10分。
11.月地检验是验证地球与月球间的吸引力与地球对树上苹果的吸引力是同一种性质的力的最初证据。月地检验可以这样思考，地球可以看成质量均匀、半径为R的均匀球体，质量为m0的物体静止在地面上时对地面的压力大小为F。
(1)地面上物体的重力加速度大小g可以表示为__________(用m0和F表示)。
(2)若已知引力常量为G，地球的质量为M，忽略地球的自转，则GM=__________(用m和R表示)。
(3)若已知月球和地球之间的距离为r，月球绕地球的运动可以看成是匀速圆周运动，月球绕地球运动的周期为T。则月球的向心加速度大小可表示为__________(用r和T表示)。
(4)月球绕地球做匀速圆周运动的向心力由地球对其吸引力提供，据此可以得到GM=__________(用r和T表示)。
(5)根据上面的分析，只要能验证F=__________(用m0、R、r和T表示)，就能证明地球与月球间的吸引力与地球对树上苹果的吸引力是同一种性质的力。
四、实验题：本大题共1小题，共8分。
12.在“探究物体向心力的大小与物体的质量m、角速度ω、半径r的关系”实验中，所用向心力的演示器如图(a)所示。图(b)是演示器部分原理示意图：其中皮带轮①、④的半径相同，轮②的半径是轮①的2倍，轮④的半径是轮⑤的2倍，两转臂上黑白格的长度相等。A、B、C为三根固定在转臂上的挡板，可与转臂上做圆周运动的实验小球产生挤压，从而提供向心力，A、C到转轴的距离相等，B到转轴的距离是A到转轴距离的2倍。图(a)中的标尺1和2可以显示出两球所受向心力的大小关系。可供选择的实验小球有：质量均为2m的球1和球2，质量为m的球3。
(1)在研究向心力的大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系时主要用到了物理的探究方法是___________。(填正确选项前的字母)
A.理想实验法 B.等效替代法 C.控制变量法 D.微小量放大法
(2)为探究向心力与小球质量的关系，实验时应将皮带与轮①和轮__________相连，同时将球1和球3分别放在C挡板和__________(选填“A”或“B”)挡板处。
(3)若实验时将皮带与轮②和轮⑤相连，此时轮②和轮⑤的角速度之比为__________。
五、计算题：本大题共3小题，共36分。
13.周末，小明去游乐场游玩，坐了名叫“飞椅”的游戏项目，如图所示，该游戏机顶上有一个半径为r=4.5m的“伞盖”，“伞盖”在转动过程中带动下面的悬绳转动，其示意图如图所示。“摇头飞椅”高H=6m，绳长L=5m。小明挑选了一个悬挂在“伞盖”边缘的最外侧的椅子坐下，他与座椅的总质量为m=50kg。小明和座椅转动可简化为如图所示的匀速圆周运动，绳与竖直方向夹角为37°。已知sin37∘=0.6，cs37∘=0.8，g=10m/s2，在此过程中，求：
(1)小明和座椅做匀速圆周运动的向心力大小；
(2)小明和座椅做匀速圆周运动的线速度大小；
(3)小明和座椅做匀速圆周运动的周期。
14.2024年2月29日21时03分，长征三号乙运载火箭在西昌卫星发射中心点火起飞，随后成功将互联网高轨卫星01星送入预定轨道。如图所示为高轨卫星01星的轨道示意图。已知该卫星绕地球做匀速圆周运动的周期为T，地球半径为R，地球表面附近的重力加速度为g，引力常量为G。(忽略地球自转及其他星体对卫星的影响)
(1)求地球的质量M和密度；
(2)求该卫星的轨道距离地面的高度h；
(3)请推导地球的第一宇宙速度v1的表达式，并分析比较该卫星的运行速度与第一宇宙速度的大小关系。
15.如图所示，在水平圆盘上放有质量分别为2kg、1kg、1kg的可视为质点的三个物体A、B、C。圆盘可绕其中心轴线OO′转动，三个物体与圆盘间动摩擦因数均为μ=0.1，最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力，三个物体与中心轴线的O点共线，且OC=OB=AB=r=0.2m，现将三个物体分别用两根轻质细线相连，保持两根细线都伸直且绳中恰无张力，若圆盘从静止开始转动，且角速度ω在极其缓慢的变化，重力加速度g=10m/s2，则在这一过程中，求：
(1)A、B之间的绳子即将出现拉力时，圆盘转动的角速度ω1；
(2)B、C之间的绳子即将出现拉力时，圆盘转动的角速度ω2以及此时A、B之间绳上的张力T1；
(3)当C所受摩擦力的大小为0.5N时，圆盘转动的角速度可能的值为多大？
答案和解析
1.【答案】A
【解析】解：A、匀速圆周运动是速度大小不变的曲线运动，故A正确；
B、在匀速圆周运动中加速度大小不变，但方向始终指向圆心，加速度是变化的，故B错误；
CD、在匀速圆周运动中合外力不为零，方向始终指向圆心，不是平衡状态，故CD错误。
故选：A。
匀速圆周运动速度大小不变，方向变化，是变速运动；加速度方向始终指向圆心，加速度是变化的，是变加速运动；向心力方向始终指向圆心，是变化的，不是平衡状态．
矢量由大小和方向才能确定的物理量，所以当矢量大小变化、方向变化或大小方向同时变化时，矢量都是变化的．
2.【答案】D
【解析】A.当两物体间的距离r趋于零时，万有引力公式不适用，故A错误；
B.万有引力定律不但适用于天体之间，也适用于自然界中任何两个物体之间的作用，故B错误；
CD.牛顿发现了万有引力定律，引力常量G值是英国物理学家卡文迪什用扭称实验测得，故C错误，D正确；
故选D。
3.【答案】B
【解析】A.衣服中的水分因需要的向心力大于提供给的力，从而做离心运动被甩出，故A错误；
B.在C位置，衣物对圆筒的压力最大，脱水效果最好，故B正确；
C.从A到C衣物竖直方向的分加速度先向下后向上，因此先失重后超重，故C错误；
D.由于滚筒内的衣物随滚筒在竖直面内做匀速圆周运动，故已脱水的衣物在各点受到的合力大小相等，故D错误。
故选B。
4.【答案】B
【解析】【分析】
根据开普勒第三定律求解周期。
本题主要是考查开普勒第三定律的应用，解答本题的关键是能够熟练掌握开普勒第三定律。
【解答】
根据题意可知，樊锦诗星”绕日运行为椭圆轨道，根据开普勒第三定律得
r地3T地2=r樊3T樊2，
解得T樊=3.18 3.18年≈5.7年，故ACD错误，B正确。
故选B。
5.【答案】A
【解析】盾构机的刀盘，转速为5r/min，即
n=5r/min=112r/s
根据加速度与转速的关系
a=(2nπ)2r
直径达16m，即
r=8m
解得
a=2.2m/s2
故选A。
6.【答案】C
【解析】A.根据
mg=mv2L
可得
v= gL
若连接O点与小球的为轻绳，则小球过圆周最高点的临界速度大小为 gR ，故A错误；
B.若连接O点与小球的为轻杆，轻杆可以提供支持力，则小球过圆周最高点的临界速度为零，故B错误；
C.若连接O点与小球的为轻绳，小球在圆周最高点时轻绳的作用力大小可能为 mg ，故C正确；
D.若连接O点与小球的为轻杆，小球在圆周最高点时轻杆的作用力可能为零，故D错误。
故选C。
7.【答案】D
【解析】解：A、双星系统中，星体之间的万有引力提供向心力，可知，中子星绕O点运动的向心力大小等于红矮星的向心力大小，故A错误；
B、双星系统中两天体的角速度相等，即中子星绕O点运动的角速度等于红矮星的角速度，故B错误；
C、设中子星质量为M，红矮星质量为m，相距L，根据万有引力提供向心力有：GMmL2=Mr1ω2
GMmL2=mr2ω2
联立解得中子星与红矮星的转动半径之比大约为1：2，故C错误；
D、根据v=ωr，双星系统角速度相等，中子星与红矮星的线速度之比大约为1：2，故D正确。
故选：D。
双星做圆周运动时，万有引力提供向心力，据此判断中子星和红矮星的轨道钣金和向心力的大小；双星系统中两天体的角速度相等；根据万有引力提供向心力及v=ωr可解得轨道半径的比值和线速度比值。
本题考查双星问题，解题关键是知道双星问题中，万有引力提供向心力。
8.【答案】AD
【解析】AB.桶盖上的A、B两点同时绕着O点转动，则角速度相等，即
ωA=ωB
故A正确，B错误；
CD.根据
v=ωr
又有
rA则
vA故C错误，D正确。
故选AD。
9.【答案】BD
【解析】A.轨道II的半长轴大于轨道I的半径，根据开普勒第三定律可知，02星沿轨道II的运行周期大于沿轨道I的运行周期，故A错误；
B.根据牛顿第二定律有
GMmr2=ma
解得
a=GMr2
可知，02星在轨道II上经过A点时的加速度等于在轨道I上经过A点时的加速度，故B正确；
C.轨道II相对于轨道III是低轨道，由低轨道到高轨道，需要再切点位置加速，可知02星在轨道II上经过B点时的速度小于在轨道III上经过B点时的速度，故C错误；
D.根据万有引力提供向心力有
GMmr2=mω2r ， θ=ωt
解得
θ=t GMr3
轨道I的轨道半径小于轨道III的轨道半径，可知，相等时间内，02星在轨道I上转过的角度大于在轨道III上转过的角度，故D正确。
故选BD。
10.【答案】CD
【解析】AB.根据题意可知，小物块做圆周运动，一定受到重力、支持力、摩擦力，通过正交分析法如图所示
由图可知
mg−f2=FN2
而
FN2=FNcsθ
f2=fsinθ
联立解得
FN=mg−fsinθcsθ
故AB错误；
C.由图可知，小物块做圆周运动的向心力由 f1 和 FN1 提供，有
f1−FN1=mv2R
由于
FN1=FNsinθ
f1=fcsθ
联立解得
f=FNsinθ+mv2Rcsθ
可得航母的航速越大，小物块受到的摩擦力越大，故C正确；
D.当最大静摩擦力等于滑动摩擦力时，航母有最大航速，有
f=μFN
代入上式得
mv2R=μFNcsθ−FNsinθ
由A中得
FN=mg−fsinθcsθ=mgμsinθ+csθ
联立解得
v= μ−tanθ1+μtanθgR
故D正确。
故选CD。
11.【答案】(1) Fm0
(2) FR2m0
(3) 4π2T2r
(4) 4π2T2r3
(5) 4π2m0R2T2r3

【解析】(1)[1]根据牛顿第三定律可知地面对物体的支持力大小为F，根据平衡条件可知物体的重力大小为F，则地面上的重力加速度大小g可以表示为
g=Fm0
(2)[2]根据
GMmR2=mg
结合
g=Fm0
可得
GM=FR2m0
(3)[3]根据向心加速度与周期的关系可得月球的向心加速度大小表示为
an=4π2rT2
(4)[4]根据
GMm′r2=m′an
可得
GM=4π2r3T2
(5)根据上述公式
GM=FR2m0=4π2r3T2
解得
F=4π2m0R2T2r3
12.【答案】(1)C
(2) ④ A
(3)1:4

【解析】(1)在研究向心力的大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系时，我们主要用到了物理学中的控制变量法。
故选C。
(2)[1][2]为探究向心力与小球质量的关系，应控制小球转动的角速度和半径相同，所以实验时应将皮带与轮①和轮④相连，同时将球1和球3分别放在C挡板和A挡板处。
(3)若实验时将皮带与轮②和轮⑤相连，轮②和轮⑤边缘的点线速度相等，根据
v=ωr
可得此时轮②和轮⑤的角速度之比为1:4。
13.【答案】(1)375N；(2)7.5m/s；(3)2πs
【解析】(1)小明和座椅受到重力和绳子的拉力作用，向心力沿水平方向，由重力和绳子的拉力的合力提供向心力，则
F向=mgtan37∘=50×10×0.75N=375N
(2)由牛顿第二定律得
mgtan37∘=mv2R
圆周运动的半径为
R=L⋅sin37∘+r=5×0.6m+4.5m=7.5m
代入数据，解得
v=7.5m/s
(3)由牛顿第二定律得
mgtan37∘=m4π2T2R
代入数据解得
T=2πs
14.【答案】(1) gR2G ， 3g4πGR ；(2) 3gR2T24π2−R ；(3) v1= gR ，见解析
【解析】(1)设一物体的质量为 m1 ，在地球表面附近，万有引定律等于重力
GMm1R2=m1g
解得地球质量
M=gR2G
地球的体积为
V=43πR3
所以
ρ=MV=3g4πGR
(2)设卫星质量为 m2 ，根据牛顿第二定律可得
GMm2R+h2=m24π2T2R+h
解得
h=3gR2T24π2−R
(3)设地球表面一质量为m的物体，根据牛顿第二定律得
GMmr2=mv2r
解得
v= GMr
第一宇宙速度为近地卫星的运行速度，即 r=R 时，有
v1= GMR= gR
该卫星的轨道半径
r=R+h>R
所以
v15.【答案】(1) ω1= 102rad/s ；(2) ω2= 3rad/s ， T1=0.4N ；(3) 102rad/s ； 54 2rad/s ； 704rad/s
【解析】(1)A、B之间绳子即将出现拉力时，对A有
μmAg=mAω 12⋅2r
代入数据解得
ω1= 102rad/s
(2)B、C即将相对运动时，对A有
T1+μmAg=mAω22⋅2r
对B有
μmBg−T1=mBω 22⋅r
联立解得
ω2= 3rad/s
T1=0.4N
(3)当 ω<ω2 ，绳BC上拉力 T′ 为0时，对C
fC=mCω32⋅r
代入数据解得
ω3= 102rad/s
当 ω>ω2 ，绳BC上拉力 T′ 不为0，且圆盘对C的摩擦力方向指向圆心时，对A
T2+μmAg=mAω42⋅2r
对B
T′+μmBg−T2=mBω42⋅r
对C
T′+fC=mCω42⋅r
代入数据解得
ω4=54 2rad/s
当 ω>ω2 ，绳BC上拉力 T′ 不为0，且圆盘对C的摩擦力方向背离圆心时，对A
T2+μmAg=mAω52⋅2r
对B
T′+μmBg−T2=mBω52⋅r
对C
T′−fC=mCω52⋅r
代入数据解得
ω5= 704rad/s
即当C所受摩擦力的大小为0.5N时，圆盘转动的角速度可能的值为 102rad/s 、 54 2rad/s 、 704rad/s 。