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江苏省连云港市东海县2021-2022学年高一下学期物理期中考试试卷
一、单选题
1．（2022高一下·东海期中）下列说法不符合物理学史的是（ ）
A．哥白尼根据多年的天文观测和潜心研究，提出了“日心说”的观点
B．牛顿对引力常量G进行了准确测定，并于1687年发表在《自然哲学的数学原理》中
C．英国物理学家卡文迪什在实验室里通过几个铅球之间万有引力的测量，得出了引力常量G的数值
D．开普勒行星运动定律是开普勒在第谷留下的观测记录的基础上整理和研究出来的
【答案】B
【知识点】物理学史
【解析】【解答】A．哥白尼根据多年的天文观测和潜心研究，提出了“日心说”的观点，A正确，不符合题意；
BC．英国物理学家卡文迪什在实验室里通过几个铅球之间万有引力的测量，得出了引力常量G的数值，牛顿在1687年将万有引力定律发表在《自然哲学的数学原理》中，B错误，符合题意，C正确，不符合题意；
D．开普勒行星运动定律是开普勒在第谷留下的观测记录的基础上整理和研究出来的，D正确，不符合题意。
故答案为：B。
【分析】根据物理学史进行分析判断。
2．（2022高一下·东海期中）如图所示，摩天轮悬挂的座舱在竖直平面内做匀速圆周运动．座舱的运动半径为R，角速度大小为ω，下列说法正确的是（ ）
A．运动周期为 B．转速的大小为
C．线速度大小 D．向心加速度大小ωR
【答案】A
【知识点】线速度、角速度和周期、转速
【解析】【解答】A．摩天轮的运动周期为
A符合题意；
B．摩天轮转速的大小为
B不符合题意；
C．摩天轮的线速度大小为
C不符合题意；
D．摩天轮的向心加速度大小为
D不符合题意。
故答案为：A。
【分析】同轴转动各点线速度相等，结合选速度和角速度、向心加速度和角速度的关系进行分析判断。
3．（2022高一下·东海期中）一个小孩坐在游乐场的旋转木马上，绕中心轴在水平面内做匀速圆周运动。关于小孩做匀速圆周运动的过程中，下列物理量不发生变化的是（ ）
A．线速度 B．角速度 C．向心加速度 D．向心力
【答案】B
【知识点】匀速圆周运动
【解析】【解答】小孩做匀速圆周运动的过程中，线速度、向心加速度和向心力大小不变，但方向时刻在变，角速度不发生变化。
故答案为：B。
【分析】匀速圆周运动的过程中，线速度、向心加速度和向心力大小不变，方向不断变化，角速度不变。
4．（2022高一下·东海期中）如图所示的杂技演员在表演“水流星”的节目时，盛水的杯子经过最高点杯口向下时水也不洒出来。当杯子经过最高点时，下列说法正确的是（ ）
A．水受到的合力为零
B．速度越大，绳中的拉力一定越大
C．杯底对水的作用力一定为零
D．水做圆周运动，受到了重力和向心力的作用
【答案】B
【知识点】匀速圆周运动；向心力
【解析】【解答】A．当杯子经过最高点时，水受到的合力提供向心力，不为零，A不符合题意；
B．当杯子经过最高点时，绳子拉力和重力的合力提供向心力，速度越大，“水流星”所需向心力越大，绳中的拉力越大，B符合题意；
C．当杯子经过最高点时，若水的重力不足以提供向心力时，杯底对水将会有竖直向下的作用力从而提供一部分向心力，C不符合题意；
D．当杯子经过最高点时，水做圆周运动，一定受到重力，可能受到拉力的作用（“水流星”的重力不足以提供向心力时），向心力是效果力，受力分析时不能将其和其他性质力并列分析，D不符合题意。
故答案为：B。
【分析】当水流星运动到最高点合力提供向心力，结合向心力的变化情况得出细绳拉力的变化情况，当能到达最高点时合力提供向心力。
5．（2022高一下·东海期中）如图所示，一列火车以速度v相对地面运动。如果地面上的人测得某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁后壁，那么按照火车上人的测量，闪光（ ）
A．先到达前壁 B．先到达后壁
C．同时到达前后壁 D．无法确定
【答案】A
【知识点】参考系与坐标系
【解析】【解答】地面上的人以地面为参考系，光向前向后传播的速度相等，某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁，向前传播的路程与向后传播的路程相同，由于火车向前运动，所以点光源的到火车的前面的距离小；车厢中的人认为，车厢是个惯性系，光向前向后传播的速度相等，点光源到火车前面的距离小，闪光先到达前壁。
BCD不符合题意；A符合题意。
故答案为：A。
【分析】以地面为参考系，光传播的速度相等，结合火车的运动得出点光源的到火车的前面的距离的变化情况。
6．（2022高一下·东海期中）2022年3月30日10时29分，我国在酒泉卫星发射中心用长征十一号运载火箭，成功将“天平二号A、B、C”三星发射升空，并进入预定轨道；若C卫星绕地球做匀速圆周运动，下列说法正确的是（ ）
A．C卫星的发射速度大于第一宇宙速度
B．长征十一号在起飞阶段，C卫星处于失重状态
C．在绕地球飞行过程中，C卫星处于平衡状态
D．在绕地球飞行过程中，C卫星向心加速度不变
【答案】A
【知识点】超重与失重
【解析】【解答】A．第一宇宙速度是人造卫星的最小发射速度，也是人造卫星绕地球表面附近做匀速圆周运动的速度，C卫星的轨道高于地表，其发射速度一定大于第一宇宙速度，A符合题意；
B．长征十一号在起飞阶段，C卫星的加速度向上，处于超重状态，B不符合题意；
C．在绕地球飞行过程中，C卫星存在向心加速度，不处于平衡状态，C不符合题意；
D．在绕地球飞行过程中，C卫星向心加速度大小不变，方向时刻改变，D不符合题意。
故答案为：A。
【分析】第一宇宙速度是人造卫星的最小发射速，最大环绕速度 ，当卫星具有向上的加速度时处于超重，匀速圆周运动的向心加速度大小不变，方向不断变化。
7．（2022高一下·东海期中）宇宙中两颗相距较近的天体称为“双星”，它们以二者连线上的某一点为圆心做匀速圆周运动，而不至于因为万有引力的作用而吸引到一起。如图所示，某双星系统中A、B两颗天体绕O点做匀速圆周运动，它们的轨道半径rA < rB，下列说法正确的是（ ）
A．A的质量小于B的质量
B．A的角速度大于B的角速度
C．A的线速度大小大于B的线速度大小
D．A受到的向心力大小等于B受到的向心力大小
【答案】D
【知识点】万有引力定律的应用
【解析】【解答】ABC．双星绕连线上的一点做匀速圆周运动，其角速度相同，两者之间的万有引力提供向心力，即向心力大小之比相同，则有
由题知rA < rB
则mA > mB
再根据v = ωr，有vA < vB
ABC不符合题意；
D．两者之间的万有引力提供向心力，由于二者之间的向心力是一对相互作用力，则A受到的向心力大小等于B受到的向心力大小，D符合题意。
故答案为：D。
【分析】利用向心力和角速度的关系得出两星体的质量大小关系，结合线速度和角速度的关系判断线速度大小关系。
8．（2022高一下·东海期中）质量为m的某同学在背越式跳高过程中，恰好越过高度为h的横杆，不计空气阻力，重力加速度为g。下列说法正确的是（ ）
A．起跳阶段，地面对人的弹力做正功
B．上升过程中，克服重力做功为mgh
C．刚接触海绵垫时，在竖直方向立即做减速运动
D．从起跳最低点到上升至最高点的过程中机械能先增加然后保持不变
【答案】D
【知识点】功的计算
【解析】【解答】A．在起跳阶段中，地面对人的弹力作用点始终没有离开地面，地面对人脚底的支持力的位移为零，所以地面对人的弹力做功为零，A不符合题意；
B．上升过程中，人的重心高度增加小于，则克服重力做功小于，B不符合题意；
C．刚接触海绵垫时，重力大于海绵垫的弹力，加速度向下，该同学在竖直方向上向下加速运动，当海绵垫的弹力大于该同学的重力后，该同学即做减速运动，C不符合题意；
D．起跳阶段，身体的化学能转化成人的动能，机械能增加；上升过程中，该同学只受重力作用，机械能保持不变，所以从起跳最低点到上升至最高点的过程中机械能先增加然后保持不变，D符合题意；
故答案为：D。
【分析】根据恒力做功的表达式得出地面对人的弹力做功为零，结合恒力做功的表达式得出上升过程中重力做的功，起跳阶段利用功能关系得出机械能的变化情况。
9．（2022高一下·东海期中）一辆汽车在平直公路上由静止开始启动，汽车的输出功率与汽车速度大小的关系如图所示，当汽车速度达到v0后，汽车的功率保持不变，汽车能达到的最大速度为2v0。已知运动过程中汽车所受阻力恒为f，汽车速度从v0达到2v0所用时间为t，汽车的质量为m，下列说法正确的是（ ）
A．汽车做加速度逐渐减小的加速运动
B．汽车的最大功率为P =fv0
C．汽车速度为v0时，加速度为
D．汽车速度从0到2v0的过程中，位移为
【答案】C
【知识点】功率及其计算；机车启动
【解析】【解答】A．根据
可知在图像的第一个阶段斜率不变，故牵引力不变，所以加速度不变，第二阶段功率恒定速度增大，牵引力减小，故加速度减小，A不符合题意；
B．当汽车最大速度达到时，牵引力等于阻力，故此时汽车的最大功率为
B不符合题意；
C．当汽车的速度为时，牵引力为
根据牛顿第二定律则有
解得
C符合题意；
D．汽车在第一个阶段则有
解得
第二阶段，汽车功率恒定，根据动能定理
解得
总位移为
D不符合题意；
故答案为：C。
【分析】根据P-v的图像得出汽车的运动情况，利用瞬时功率的表达式得出汽车的做大功率，利用运动学规律得出汽车的加速度和 汽车速度从0到2v0的过程中的位移。
10．（2022高一下·东海期中）如图所示为跳伞运动员在竖直下落过程中的v-t图像（取竖直向下为正方向）。下列关于跳伞运动员的位移y和重力势能Ep（选地面为零势能面）随下落的时间t，重力势能Ep和机械能E随下落的位移y变化的图像中，可能正确的是（ ）
A． B．
C． D．
【答案】D
【知识点】动能与重力势能；运动学v-t 图像
【解析】【解答】A．根据v-t图像可知在开始的一段时间内，运动员速度逐渐增大，当达到最大值后突然开始逐渐减小，且在一段时间内减小的变化率比增大时的变化率大，最后速度减至某一值后运动员做匀速直线运动。y-t图像的斜率表示速度，A项中图线表示运动员速度先逐渐增大，达到最大值后不断减小，但减小时的变化率和增大时的变化率几乎相同，且在图线末端斜率在趋于零，即速度趋于零，显然与v-t图像不符，A不可能正确；
BC．设运动员开始时的重力势能为Ep0，则
所以jjiehe应是斜率为负且存在纵截距的直线。在开始的一段时间内，运动员速度不断增大，y随t的变化率增大，则Ep随t的变化率不断增大，当运动员速度达到最大值后，y随t的变化率逐渐减小，则Ep随t的变化率不断减小，最后运动员做匀速直线运动，y随t的变化率不变且不为零，则Ep随t的变化率不变且不为零，BC不可能正确；
D．根据v-t图像容易判断运动员下落时一定受到阻力作用，否则运动员将始终做自由落体运动，其v-t图像斜率将不变。根据功能关系可知运动员克服阻力做功等于其机械能的减少量，在开始的一段时间内，运动员加速度方向竖直向下，且逐渐减小，根据牛顿第二定律可知运动员所受阻力逐渐增大但小于重力，E随y的变化率逐渐增大，当运动员速度达到最大时，加速度方向突变为竖直向上，即阻力突然增至至比重力还大，之后阻力逐渐减小，最后减小至与重力大小相等，所以在阻力突变后，E随y的变化率应大于运动员加速运动时的变化率，最后E随y的变化率恒定。综上所述可知D可能正确。
故答案为：D。
【分析】v-t图像的斜率表示加速度，x-t图像的斜率表示速度，结合重力势能的表达式进行分析判断正确的图像。
二、实验题
11．（2022高一下·东海期中）用打点计时器验证机械能守恒定律的实验装置如图所示。
（1）关于该实验，下列说法中正确的是____
A．必须用天平测出重物的质量
B．必须用秒表测出重物下落的时间
C．先释放纸带，后接通打点计时器电源
D．释放纸带前，手捏住纸带上端并使纸带处于竖直方向
（2）供实验选择的重物有以下四个，应选择____
A．质量为10g的砝码 B．质量为50g的塑料球
C．质量为200g的铁球 D．质量为200g的木球
（3）安装好实验装置，正确进行实验操作，从打出的纸带中选出符合要求的纸带，如下图所示，纸带的 端（选填“左”或“右”）与重物相连。
（4）上图中O点为起始点。分别测出OA、AC、CE之间的距离s0、s1、s2，AC、CE之间还有一个点，已知打点计时器的打点周期为T，重力加速度为g，若重物质量为m，则在O到C的过程中，重物增加的动能为 。
（5）实验中发现重物增加的动能略小于减少的重力势能，其主要原因是____。
A．重物的质量过大
B．重物及纸带在下落时受到阻力
C．重物的体积过小
D．重物刚释放时离打点计时器较远
【答案】（1）D
（2）C
（3）左
（4）
（5）B
【知识点】验证机械能守恒定律
【解析】【解答】（1）AB．要验证的是mgh与是否相等，即验证gh与是否相等，所以不需要测出物体的质量，也不需要测出物体下落的时间，AB不符合题意；
C．为了有效使用纸带，实验时应先接通电源，再释放纸带，C不符合题意；
D．释放纸带前，手捏住纸带上端并使纸带处于竖直方向，使纸带运动时受到的摩擦阻力尽可能小，从而减小实验误差，D符合题意。
故答案为：D。
（2）为了尽可能减小空气阻力对实验的影响，所选重物质量要适当大些，体积要尽量小些，所以最优选择为质量为200g的铁球。
故答案为：C。
（3）根据纸带加速过程中在相同时间内间距逐渐增大，从而可确定重物连接点便是运动的起始点，所以纸带的左端与重物相连接；
（4）C点的速度为
则C点的动能为
由于O点为起始点，则在O到C的过程中，重物增加的动能为。
（5）实验结果是减少的重力势能略大于增加的动能，显然损失了机械能，是因为克服阻力做了功。
故答案为：B。
【分析】（1）（2）根据验证机械能守恒定律的实验原理以及注意事项进行分析判断正确的选项：
（3）根据实验原理以及实验装置可知纸带做匀加速直线运动，从而得出纸带的左端与质点相连：
（4）根据中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的瞬时速度得出C点的速度，结合动能的表达式得出 重物增加的动能；
（5）根据验证机械能守恒定律的实验原理以及注意事项进行分析判断正确的选项。
三、解答题
12．（2022高一下·东海期中）2021年2月10日，执行中国首次火星探测任务的“天问一号”探测器实施制动，进入环火轨道，已知天问一号绕火星的周期为T， 环火轨道距火星表面的距离为h，火星的半径为R，引力常量为G，设探测器沿环火轨道做匀速圆周运动，求：
（1）天问一号在环火轨道速度大小；
（2）火星的质量。
【答案】（1）解：天问一号在环火轨道速度大小为
（2）解：设火星的质量为M，天问一号的质量为m，根据牛顿第二定律有
解得
【知识点】线速度、角速度和周期、转速；万有引力定律的应用
【解析】【分析】（1）利用匀速圆周运动的线速度和周期的关系得出 天问一号在环火轨道速度 表达式；
（2）对天问一号，利用万有引力提供向心力从而得出火星的质量。
13．（2022高一下·东海期中）如图所示，一长为1m的轻杆一端固定在水平转轴O上，另一端固定一个质量为1kg的小球。轻杆绕转轴O在竖直平面内做匀速圆周运动，角速度为4rad/s，重力加速度g取10m/s2。求：
（1）小球运动到最高点A时，小球的加速度大小；
（2）小球运动到最低点C与最高点A时，杆对小球作用力大小的差值。
【答案】（1）解：小球运动到最高点A时，小球的加速度大小为
（2）解：小球做匀速圆周运动所需向心力的大小为
所以小球最高点A时，重力不足以提供向心力，杆对小球有向下的拉力，其大小为
小球在最低点C时，根据牛顿第二定律可得杆对小球的拉力大小为
小球运动到最低点C与最高点A时，杆对小球作用力大小的差值为
【知识点】圆周运动实例分析；线速度、角速度和周期、转速
【解析】【分析】（1）小球在最高点时利用向心加速度的表达式得出向心加速度的大小；
（2）小球在最高点和最低点时利用受力分析以及牛顿第二定律得出杆对小球的拉力，从而得出 杆对小球作用力大小的差值。
14．（2022高一下·东海期中）如图甲所示的“滑滑梯”是小朋友们喜爱的游戏活动之一。“滑滑梯”可简化为如图乙所示的模型，斜面AB的倾角θ=37°，AD高h=2.4m，C点处有墙壁。一个质量为20kg的小朋友（可视为质点）从A点开始由静止下滑，最后停在水平滑道BC上，BC的长度x=2m。设小朋友与AB间的动摩擦因数为μ=0.5，且经过B点时速度的大小不变。已知sin37°=0.6，cos37°=0.8，取g =10m/s2。求：
（1）小朋友在斜面上滑下过程中克服摩擦力所做的功；
（2）小朋友滑到B点时的动能；
（3）为防止小朋友在C点撞墙，小朋友与B、C间的最小动摩擦因数。
【答案】（1）解：小朋友在斜面上滑下过程中克服摩擦力所做的功为
（2）解：根据动能定理可得小朋友滑到B点时的动能为
（3）解：当小朋友达到C点时速度刚好减为零时，小朋友与B、C间的动摩擦因数最小，设为，根据动能定理有
解得
【知识点】动能定理的综合应用；功的计算
【解析】【分析】（1）根据恒力做功的表达式得出小朋友在斜面上滑下过程中克服摩擦力所做的功；
（2）结合动能定理得出小朋友滑道B点时的动能；
（3）小朋友在BC间利用动能定理得出最小动摩擦因数。
15．（2022高一下·东海期中）如图所示，质量不计的弹性绳一端系于P点，绕过Q处的小滑轮，另一端与质量为m、套在粗糙竖直固定杆A处的圆环相连，P、Q、A三点等高，弹性绳的原长恰好等于PQ间距，圆环与杆间的动摩擦因数为0.5。圆环从A点由静止释放，释放瞬间，弹性绳中的拉力大小等于mg，到达最低点C时AC=d。重力加速度为g，弹性绳始终遵循胡克定律。求：
（1）释放瞬间圆环的加速度大小；
（2）A到C的过程中，摩擦力对圆环所做的功；
（3）已知QA=d，圆环下滑过程中的最大速度vm。
【答案】（1）解：设释放瞬间圆环的加速度大小为a，根据牛顿第二定律有
①
解得a=0.5g ②
（2）解：根据胡克定律可知③
设圆环下滑至A、C间的某一点时，Q、C连线与水平方向的夹角为θ，则此时圆环与杆之间的弹力大小为④
即圆环下滑过程FN不变，则圆环下滑过程中所受摩擦力大小恒为⑤
A到C的过程中，摩擦力对圆环所做的功为⑥
（3）解：若QA=d，则⑦
当圆环的加速度为零时，速度最大，设此时QC的长度为l，则⑧
此时圆环下滑的距离为⑨
联立⑤⑦⑧⑨解得⑩
根据⑧⑨式可推知圆环所受合外力F与下滑高度x之间满足的关系为
即F和x成线性关系，则圆环下滑时合外力做的功为
根据动能定理有
解得
【知识点】共点力平衡条件的应用；胡克定律；受力分析的应用
【解析】【分析】（1）在释放的瞬间根据牛顿第二定律得出圆环加速度的大小；
（2）根据胡克定律以及共点力平衡得出圆环与杆之间的弹力 ，结合滑动摩擦力的表达式以及恒力做功得出摩擦力对圆环所做的功；
（3）根据几何关系以及恒力做功得出合力做的功，通过动能定理得出圆环下滑过程中的最大速度 。
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江苏省连云港市东海县2021-2022学年高一下学期物理期中考试试卷
一、单选题
1．（2022高一下·东海期中）下列说法不符合物理学史的是（ ）
A．哥白尼根据多年的天文观测和潜心研究，提出了“日心说”的观点
B．牛顿对引力常量G进行了准确测定，并于1687年发表在《自然哲学的数学原理》中
C．英国物理学家卡文迪什在实验室里通过几个铅球之间万有引力的测量，得出了引力常量G的数值
D．开普勒行星运动定律是开普勒在第谷留下的观测记录的基础上整理和研究出来的
2．（2022高一下·东海期中）如图所示，摩天轮悬挂的座舱在竖直平面内做匀速圆周运动．座舱的运动半径为R，角速度大小为ω，下列说法正确的是（ ）
A．运动周期为 B．转速的大小为
C．线速度大小 D．向心加速度大小ωR
3．（2022高一下·东海期中）一个小孩坐在游乐场的旋转木马上，绕中心轴在水平面内做匀速圆周运动。关于小孩做匀速圆周运动的过程中，下列物理量不发生变化的是（ ）
A．线速度 B．角速度 C．向心加速度 D．向心力
4．（2022高一下·东海期中）如图所示的杂技演员在表演“水流星”的节目时，盛水的杯子经过最高点杯口向下时水也不洒出来。当杯子经过最高点时，下列说法正确的是（ ）
A．水受到的合力为零
B．速度越大，绳中的拉力一定越大
C．杯底对水的作用力一定为零
D．水做圆周运动，受到了重力和向心力的作用
5．（2022高一下·东海期中）如图所示，一列火车以速度v相对地面运动。如果地面上的人测得某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁后壁，那么按照火车上人的测量，闪光（ ）
A．先到达前壁 B．先到达后壁
C．同时到达前后壁 D．无法确定
6．（2022高一下·东海期中）2022年3月30日10时29分，我国在酒泉卫星发射中心用长征十一号运载火箭，成功将“天平二号A、B、C”三星发射升空，并进入预定轨道；若C卫星绕地球做匀速圆周运动，下列说法正确的是（ ）
A．C卫星的发射速度大于第一宇宙速度
B．长征十一号在起飞阶段，C卫星处于失重状态
C．在绕地球飞行过程中，C卫星处于平衡状态
D．在绕地球飞行过程中，C卫星向心加速度不变
7．（2022高一下·东海期中）宇宙中两颗相距较近的天体称为“双星”，它们以二者连线上的某一点为圆心做匀速圆周运动，而不至于因为万有引力的作用而吸引到一起。如图所示，某双星系统中A、B两颗天体绕O点做匀速圆周运动，它们的轨道半径rA < rB，下列说法正确的是（ ）
A．A的质量小于B的质量
B．A的角速度大于B的角速度
C．A的线速度大小大于B的线速度大小
D．A受到的向心力大小等于B受到的向心力大小
8．（2022高一下·东海期中）质量为m的某同学在背越式跳高过程中，恰好越过高度为h的横杆，不计空气阻力，重力加速度为g。下列说法正确的是（ ）
A．起跳阶段，地面对人的弹力做正功
B．上升过程中，克服重力做功为mgh
C．刚接触海绵垫时，在竖直方向立即做减速运动
D．从起跳最低点到上升至最高点的过程中机械能先增加然后保持不变
9．（2022高一下·东海期中）一辆汽车在平直公路上由静止开始启动，汽车的输出功率与汽车速度大小的关系如图所示，当汽车速度达到v0后，汽车的功率保持不变，汽车能达到的最大速度为2v0。已知运动过程中汽车所受阻力恒为f，汽车速度从v0达到2v0所用时间为t，汽车的质量为m，下列说法正确的是（ ）
A．汽车做加速度逐渐减小的加速运动
B．汽车的最大功率为P =fv0
C．汽车速度为v0时，加速度为
D．汽车速度从0到2v0的过程中，位移为
10．（2022高一下·东海期中）如图所示为跳伞运动员在竖直下落过程中的v-t图像（取竖直向下为正方向）。下列关于跳伞运动员的位移y和重力势能Ep（选地面为零势能面）随下落的时间t，重力势能Ep和机械能E随下落的位移y变化的图像中，可能正确的是（ ）
A． B．
C． D．
二、实验题
11．（2022高一下·东海期中）用打点计时器验证机械能守恒定律的实验装置如图所示。
（1）关于该实验，下列说法中正确的是____
A．必须用天平测出重物的质量
B．必须用秒表测出重物下落的时间
C．先释放纸带，后接通打点计时器电源
D．释放纸带前，手捏住纸带上端并使纸带处于竖直方向
（2）供实验选择的重物有以下四个，应选择____
A．质量为10g的砝码 B．质量为50g的塑料球
C．质量为200g的铁球 D．质量为200g的木球
（3）安装好实验装置，正确进行实验操作，从打出的纸带中选出符合要求的纸带，如下图所示，纸带的 端（选填“左”或“右”）与重物相连。
（4）上图中O点为起始点。分别测出OA、AC、CE之间的距离s0、s1、s2，AC、CE之间还有一个点，已知打点计时器的打点周期为T，重力加速度为g，若重物质量为m，则在O到C的过程中，重物增加的动能为 。
（5）实验中发现重物增加的动能略小于减少的重力势能，其主要原因是____。
A．重物的质量过大
B．重物及纸带在下落时受到阻力
C．重物的体积过小
D．重物刚释放时离打点计时器较远
三、解答题
12．（2022高一下·东海期中）2021年2月10日，执行中国首次火星探测任务的“天问一号”探测器实施制动，进入环火轨道，已知天问一号绕火星的周期为T， 环火轨道距火星表面的距离为h，火星的半径为R，引力常量为G，设探测器沿环火轨道做匀速圆周运动，求：
（1）天问一号在环火轨道速度大小；
（2）火星的质量。
13．（2022高一下·东海期中）如图所示，一长为1m的轻杆一端固定在水平转轴O上，另一端固定一个质量为1kg的小球。轻杆绕转轴O在竖直平面内做匀速圆周运动，角速度为4rad/s，重力加速度g取10m/s2。求：
（1）小球运动到最高点A时，小球的加速度大小；
（2）小球运动到最低点C与最高点A时，杆对小球作用力大小的差值。
14．（2022高一下·东海期中）如图甲所示的“滑滑梯”是小朋友们喜爱的游戏活动之一。“滑滑梯”可简化为如图乙所示的模型，斜面AB的倾角θ=37°，AD高h=2.4m，C点处有墙壁。一个质量为20kg的小朋友（可视为质点）从A点开始由静止下滑，最后停在水平滑道BC上，BC的长度x=2m。设小朋友与AB间的动摩擦因数为μ=0.5，且经过B点时速度的大小不变。已知sin37°=0.6，cos37°=0.8，取g =10m/s2。求：
（1）小朋友在斜面上滑下过程中克服摩擦力所做的功；
（2）小朋友滑到B点时的动能；
（3）为防止小朋友在C点撞墙，小朋友与B、C间的最小动摩擦因数。
15．（2022高一下·东海期中）如图所示，质量不计的弹性绳一端系于P点，绕过Q处的小滑轮，另一端与质量为m、套在粗糙竖直固定杆A处的圆环相连，P、Q、A三点等高，弹性绳的原长恰好等于PQ间距，圆环与杆间的动摩擦因数为0.5。圆环从A点由静止释放，释放瞬间，弹性绳中的拉力大小等于mg，到达最低点C时AC=d。重力加速度为g，弹性绳始终遵循胡克定律。求：
（1）释放瞬间圆环的加速度大小；
（2）A到C的过程中，摩擦力对圆环所做的功；
（3）已知QA=d，圆环下滑过程中的最大速度vm。
答案解析部分
1．【答案】B
【知识点】物理学史
【解析】【解答】A．哥白尼根据多年的天文观测和潜心研究，提出了“日心说”的观点，A正确，不符合题意；
BC．英国物理学家卡文迪什在实验室里通过几个铅球之间万有引力的测量，得出了引力常量G的数值，牛顿在1687年将万有引力定律发表在《自然哲学的数学原理》中，B错误，符合题意，C正确，不符合题意；
D．开普勒行星运动定律是开普勒在第谷留下的观测记录的基础上整理和研究出来的，D正确，不符合题意。
故答案为：B。
【分析】根据物理学史进行分析判断。
2．【答案】A
【知识点】线速度、角速度和周期、转速
【解析】【解答】A．摩天轮的运动周期为
A符合题意；
B．摩天轮转速的大小为
B不符合题意；
C．摩天轮的线速度大小为
C不符合题意；
D．摩天轮的向心加速度大小为
D不符合题意。
故答案为：A。
【分析】同轴转动各点线速度相等，结合选速度和角速度、向心加速度和角速度的关系进行分析判断。
3．【答案】B
【知识点】匀速圆周运动
【解析】【解答】小孩做匀速圆周运动的过程中，线速度、向心加速度和向心力大小不变，但方向时刻在变，角速度不发生变化。
故答案为：B。
【分析】匀速圆周运动的过程中，线速度、向心加速度和向心力大小不变，方向不断变化，角速度不变。
4．【答案】B
【知识点】匀速圆周运动；向心力
【解析】【解答】A．当杯子经过最高点时，水受到的合力提供向心力，不为零，A不符合题意；
B．当杯子经过最高点时，绳子拉力和重力的合力提供向心力，速度越大，“水流星”所需向心力越大，绳中的拉力越大，B符合题意；
C．当杯子经过最高点时，若水的重力不足以提供向心力时，杯底对水将会有竖直向下的作用力从而提供一部分向心力，C不符合题意；
D．当杯子经过最高点时，水做圆周运动，一定受到重力，可能受到拉力的作用（“水流星”的重力不足以提供向心力时），向心力是效果力，受力分析时不能将其和其他性质力并列分析，D不符合题意。
故答案为：B。
【分析】当水流星运动到最高点合力提供向心力，结合向心力的变化情况得出细绳拉力的变化情况，当能到达最高点时合力提供向心力。
5．【答案】A
【知识点】参考系与坐标系
【解析】【解答】地面上的人以地面为参考系，光向前向后传播的速度相等，某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁，向前传播的路程与向后传播的路程相同，由于火车向前运动，所以点光源的到火车的前面的距离小；车厢中的人认为，车厢是个惯性系，光向前向后传播的速度相等，点光源到火车前面的距离小，闪光先到达前壁。
BCD不符合题意；A符合题意。
故答案为：A。
【分析】以地面为参考系，光传播的速度相等，结合火车的运动得出点光源的到火车的前面的距离的变化情况。
6．【答案】A
【知识点】超重与失重
【解析】【解答】A．第一宇宙速度是人造卫星的最小发射速度，也是人造卫星绕地球表面附近做匀速圆周运动的速度，C卫星的轨道高于地表，其发射速度一定大于第一宇宙速度，A符合题意；
B．长征十一号在起飞阶段，C卫星的加速度向上，处于超重状态，B不符合题意；
C．在绕地球飞行过程中，C卫星存在向心加速度，不处于平衡状态，C不符合题意；
D．在绕地球飞行过程中，C卫星向心加速度大小不变，方向时刻改变，D不符合题意。
故答案为：A。
【分析】第一宇宙速度是人造卫星的最小发射速，最大环绕速度 ，当卫星具有向上的加速度时处于超重，匀速圆周运动的向心加速度大小不变，方向不断变化。
7．【答案】D
【知识点】万有引力定律的应用
【解析】【解答】ABC．双星绕连线上的一点做匀速圆周运动，其角速度相同，两者之间的万有引力提供向心力，即向心力大小之比相同，则有
由题知rA < rB
则mA > mB
再根据v = ωr，有vA < vB
ABC不符合题意；
D．两者之间的万有引力提供向心力，由于二者之间的向心力是一对相互作用力，则A受到的向心力大小等于B受到的向心力大小，D符合题意。
故答案为：D。
【分析】利用向心力和角速度的关系得出两星体的质量大小关系，结合线速度和角速度的关系判断线速度大小关系。
8．【答案】D
【知识点】功的计算
【解析】【解答】A．在起跳阶段中，地面对人的弹力作用点始终没有离开地面，地面对人脚底的支持力的位移为零，所以地面对人的弹力做功为零，A不符合题意；
B．上升过程中，人的重心高度增加小于，则克服重力做功小于，B不符合题意；
C．刚接触海绵垫时，重力大于海绵垫的弹力，加速度向下，该同学在竖直方向上向下加速运动，当海绵垫的弹力大于该同学的重力后，该同学即做减速运动，C不符合题意；
D．起跳阶段，身体的化学能转化成人的动能，机械能增加；上升过程中，该同学只受重力作用，机械能保持不变，所以从起跳最低点到上升至最高点的过程中机械能先增加然后保持不变，D符合题意；
故答案为：D。
【分析】根据恒力做功的表达式得出地面对人的弹力做功为零，结合恒力做功的表达式得出上升过程中重力做的功，起跳阶段利用功能关系得出机械能的变化情况。
9．【答案】C
【知识点】功率及其计算；机车启动
【解析】【解答】A．根据
可知在图像的第一个阶段斜率不变，故牵引力不变，所以加速度不变，第二阶段功率恒定速度增大，牵引力减小，故加速度减小，A不符合题意；
B．当汽车最大速度达到时，牵引力等于阻力，故此时汽车的最大功率为
B不符合题意；
C．当汽车的速度为时，牵引力为
根据牛顿第二定律则有
解得
C符合题意；
D．汽车在第一个阶段则有
解得
第二阶段，汽车功率恒定，根据动能定理
解得
总位移为
D不符合题意；
故答案为：C。
【分析】根据P-v的图像得出汽车的运动情况，利用瞬时功率的表达式得出汽车的做大功率，利用运动学规律得出汽车的加速度和 汽车速度从0到2v0的过程中的位移。
10．【答案】D
【知识点】动能与重力势能；运动学v-t 图像
【解析】【解答】A．根据v-t图像可知在开始的一段时间内，运动员速度逐渐增大，当达到最大值后突然开始逐渐减小，且在一段时间内减小的变化率比增大时的变化率大，最后速度减至某一值后运动员做匀速直线运动。y-t图像的斜率表示速度，A项中图线表示运动员速度先逐渐增大，达到最大值后不断减小，但减小时的变化率和增大时的变化率几乎相同，且在图线末端斜率在趋于零，即速度趋于零，显然与v-t图像不符，A不可能正确；
BC．设运动员开始时的重力势能为Ep0，则
所以jjiehe应是斜率为负且存在纵截距的直线。在开始的一段时间内，运动员速度不断增大，y随t的变化率增大，则Ep随t的变化率不断增大，当运动员速度达到最大值后，y随t的变化率逐渐减小，则Ep随t的变化率不断减小，最后运动员做匀速直线运动，y随t的变化率不变且不为零，则Ep随t的变化率不变且不为零，BC不可能正确；
D．根据v-t图像容易判断运动员下落时一定受到阻力作用，否则运动员将始终做自由落体运动，其v-t图像斜率将不变。根据功能关系可知运动员克服阻力做功等于其机械能的减少量，在开始的一段时间内，运动员加速度方向竖直向下，且逐渐减小，根据牛顿第二定律可知运动员所受阻力逐渐增大但小于重力，E随y的变化率逐渐增大，当运动员速度达到最大时，加速度方向突变为竖直向上，即阻力突然增至至比重力还大，之后阻力逐渐减小，最后减小至与重力大小相等，所以在阻力突变后，E随y的变化率应大于运动员加速运动时的变化率，最后E随y的变化率恒定。综上所述可知D可能正确。
故答案为：D。
【分析】v-t图像的斜率表示加速度，x-t图像的斜率表示速度，结合重力势能的表达式进行分析判断正确的图像。
11．【答案】（1）D
（2）C
（3）左
（4）
（5）B
【知识点】验证机械能守恒定律
【解析】【解答】（1）AB．要验证的是mgh与是否相等，即验证gh与是否相等，所以不需要测出物体的质量，也不需要测出物体下落的时间，AB不符合题意；
C．为了有效使用纸带，实验时应先接通电源，再释放纸带，C不符合题意；
D．释放纸带前，手捏住纸带上端并使纸带处于竖直方向，使纸带运动时受到的摩擦阻力尽可能小，从而减小实验误差，D符合题意。
故答案为：D。
（2）为了尽可能减小空气阻力对实验的影响，所选重物质量要适当大些，体积要尽量小些，所以最优选择为质量为200g的铁球。
故答案为：C。
（3）根据纸带加速过程中在相同时间内间距逐渐增大，从而可确定重物连接点便是运动的起始点，所以纸带的左端与重物相连接；
（4）C点的速度为
则C点的动能为
由于O点为起始点，则在O到C的过程中，重物增加的动能为。
（5）实验结果是减少的重力势能略大于增加的动能，显然损失了机械能，是因为克服阻力做了功。
故答案为：B。
【分析】（1）（2）根据验证机械能守恒定律的实验原理以及注意事项进行分析判断正确的选项：
（3）根据实验原理以及实验装置可知纸带做匀加速直线运动，从而得出纸带的左端与质点相连：
（4）根据中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的瞬时速度得出C点的速度，结合动能的表达式得出 重物增加的动能；
（5）根据验证机械能守恒定律的实验原理以及注意事项进行分析判断正确的选项。
12．【答案】（1）解：天问一号在环火轨道速度大小为
（2）解：设火星的质量为M，天问一号的质量为m，根据牛顿第二定律有
解得
【知识点】线速度、角速度和周期、转速；万有引力定律的应用
【解析】【分析】（1）利用匀速圆周运动的线速度和周期的关系得出 天问一号在环火轨道速度 表达式；
（2）对天问一号，利用万有引力提供向心力从而得出火星的质量。
13．【答案】（1）解：小球运动到最高点A时，小球的加速度大小为
（2）解：小球做匀速圆周运动所需向心力的大小为
所以小球最高点A时，重力不足以提供向心力，杆对小球有向下的拉力，其大小为
小球在最低点C时，根据牛顿第二定律可得杆对小球的拉力大小为
小球运动到最低点C与最高点A时，杆对小球作用力大小的差值为
【知识点】圆周运动实例分析；线速度、角速度和周期、转速
【解析】【分析】（1）小球在最高点时利用向心加速度的表达式得出向心加速度的大小；
（2）小球在最高点和最低点时利用受力分析以及牛顿第二定律得出杆对小球的拉力，从而得出 杆对小球作用力大小的差值。
14．【答案】（1）解：小朋友在斜面上滑下过程中克服摩擦力所做的功为
（2）解：根据动能定理可得小朋友滑到B点时的动能为
（3）解：当小朋友达到C点时速度刚好减为零时，小朋友与B、C间的动摩擦因数最小，设为，根据动能定理有
解得
【知识点】动能定理的综合应用；功的计算
【解析】【分析】（1）根据恒力做功的表达式得出小朋友在斜面上滑下过程中克服摩擦力所做的功；
（2）结合动能定理得出小朋友滑道B点时的动能；
（3）小朋友在BC间利用动能定理得出最小动摩擦因数。
15．【答案】（1）解：设释放瞬间圆环的加速度大小为a，根据牛顿第二定律有
①
解得a=0.5g ②
（2）解：根据胡克定律可知③
设圆环下滑至A、C间的某一点时，Q、C连线与水平方向的夹角为θ，则此时圆环与杆之间的弹力大小为④
即圆环下滑过程FN不变，则圆环下滑过程中所受摩擦力大小恒为⑤
A到C的过程中，摩擦力对圆环所做的功为⑥
（3）解：若QA=d，则⑦
当圆环的加速度为零时，速度最大，设此时QC的长度为l，则⑧
此时圆环下滑的距离为⑨
联立⑤⑦⑧⑨解得⑩
根据⑧⑨式可推知圆环所受合外力F与下滑高度x之间满足的关系为
即F和x成线性关系，则圆环下滑时合外力做的功为
根据动能定理有
解得
【知识点】共点力平衡条件的应用；胡克定律；受力分析的应用
【解析】【分析】（1）在释放的瞬间根据牛顿第二定律得出圆环加速度的大小；
（2）根据胡克定律以及共点力平衡得出圆环与杆之间的弹力 ，结合滑动摩擦力的表达式以及恒力做功得出摩擦力对圆环所做的功；
（3）根据几何关系以及恒力做功得出合力做的功，通过动能定理得出圆环下滑过程中的最大速度 。
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