山东省菏泽市牡丹区2022-2023学年高一下学期4月月考物理试题（含解析）

菏泽市牡丹区2022-2023学年高一下学期4月月考
物理试题
一、单选题（每题 4 分，共 28 分）
1. 下列说法正确的是(　　)
A. 做曲线运动的物体一定有加速度
B. 做曲线运动的物体速度大小一定发生变化
C. 加速度方向发生变化的运动一定是曲线运动
D. 速度变化的运动一定是曲线运动
2. 如图所示为飞机特技表演俯冲时的情形，飞机从点运动到点过程中，下列说法正确的是（　　）
A. 飞机的速度可能保持不变
B. 飞机一定做匀速圆周运动
C. 如果飞机速度不断增大，则飞机受到的合力与飞机的速度夹角始终小于
D. 如果飞机的速度不断增大，则飞机受到的合力与飞机的速度夹角可以互相垂直
3. “飞车走壁”是一种传统的杂技项目，杂技演员驾驶摩托车在倾角很大的“桶壁”内侧做圆周运动而不掉下来。如图所示，一杂技演员驾驶摩托车沿半径为R的四周，做线速度大小为v的匀速圆周运动。若杂技演员和摩托车的总质量为m，其所受向心力大小为（　　）
A. B. C. D.
4. 人造地球卫星在轨道上做匀速圆周运动，它所受到向心力跟轨道半径之间的关系是（　　）
A. 由公式可知F与r成反比
B. 由公式可知F跟成反比
C. 由公式可知F跟无关
D. 由公式可知F与成正比
5. 2021年2月10日19时52分，我国首次火星探测任务“天问一号”探测器实施近火捕获制动，成功实现环绕火星运动，成为我国第一颗人造火星卫星。我国航天局发布了由“天问一号”拍摄的首张火星图像（如图）。在“天问一号”环绕火星做匀速圆周运动时，周期为，轨道半径为，已知火星的半径为，引力常量为，不考虑火星的自转。下列说法正确的是（　　）
A. 火星质量
B. 火星的质量
C. 火星表面的重力加速度的大小
D. 火星表面的重力加速度的大小
6. 中国空间站（也称为天宫空间站）绕地球做匀速圆周运动的过程中，空间站中的宇航员（ ）
A. 处于平衡状态 B. 处于超重状态
C. 处于失重状态 D. 不受地球引力作用
7. 发射地球同步卫星，可简化为如下过程：先将卫星发射到近地圆轨道1，然后点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送入同步圆轨道3。轨道1、2相切于P点，轨道2、3相切于Q点，如图所示。则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，下列说法正确的是（ ）
A. 地球同步卫星可以定点在北京上空
B. 卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率
C. 卫星在轨道2上从P点向Q点运动的过程中机械能逐渐增大
D. 卫星在轨道1上经过P点时的速率小于它在轨道2上经过P点时的速率
二、多选题（每题 4 分，全对得满分，漏选得 2 分，错选不得分。共 16 分）
8. 一小球质量为m，用长为L悬绳（不可伸长，质量不计）固定于O点，在O点正下方 处钉有一颗钉子，如图所示，将悬线沿水平方向拉直无初速度释放后，当悬线碰到钉子后的瞬间（ ）
A. 小球的线速度没有变化
B. 小球的角速度没有变化
C. 小球的向心加速度突然增大到原来的2倍
D. 悬线对小球的拉力突然增大到原来的2倍
9. 2022 年 11 月 29 日 23 时 08 分，搭载神舟十五号载人飞船的运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射，约 10 分钟后，神舟十五号载人飞船与火箭成功分离，进入预定轨道， 航天员乘组状态良好，发射取得圆满成功。已知神舟十五号飞船总质量为 m，进入轨道后做匀速圆周运动距离地面的高度为h，地球表面重力加速度为g，地球半径为R。关于神舟十五号飞船在轨运行的周期 T、线速度 v、向心加速度 a，以下表达式正确的是（　　）
A. B. C. D. a=g
10. 按照我国载人航天计划，神舟16号载人飞船将会在2023年5月中旬发射升空，将航天员送入中国空间站，航天员将在中国空间站进行一系列的空间科学工作，中国空间站轨道高度为400450公里。下列说法正确的是（　　）
A. 中国空间站的运行速度大于
B. 航天员与空间站相对静止时，都处于完全失重状态
C. 中国空间站绕地一周时间为24小时
D. 水珠在空间站内会成球形
11. 科学家发现距离地球2764光年的宇宙空间存在适合生命居住的双星系统，这一发现为人类研究地外生命提供了新的思路和方向。假设宇宙中有一双星系统由质量分别为m和M的A、B两颗星体组成。这两颗星体绕它们连线上的某一点在二者万有引力作用下做匀速圆周运动，如图所示，若AO>OB，则（　　）
A. A的向心力大于B的向心力
B. A的周期一定等于B的周期
C. 因为AO>OB，所以m>M
D. A的线速度大小大于B的线速度大小
三、实验题（每空 2 分，共 12 分）
12. 如图是向心力演示仪的示意图，转动手柄1，可使变速塔轮2和3以及长槽4和短槽5随之匀速转动，槽内的小球就做匀速圆周运动。皮带分别套在塔轮2和3上的不同圆盘上，可改变两个塔轮的转速比，以探究物体做圆周运动向心力大小的影响因素。现将小球A和B分别放在两边的槽内，如图所示。要探究向心力与角速度的关系，应保证两球的质量和运动半径相同，使两球的角速度_______（选填“相同”或“不同”）。某次实验皮带套的两个塔轮的半径分别为:=2：1；则A、B两球的角速度之比为_________。
13. 两个同学根据不同的实验条件，进行了“探究平抛运动规律”的实验。
（1）甲同学采用如图甲所示的装置。用小锤打击弹性金属片。金属片把A球沿水平方向弹出，同时B球被松开，自由下落，观察到两球同时落地；让A、B球恢复初始状态，用较大的力敲击弹性金属片，即改变A球被弹出时的速度，实验可观察到的现象应是______。上述现象说明平抛运动的竖直分运动是______。
（2）乙同学采用如图乙所示的装置。两个相同的弧形轨道M、N，分别用于发射小铁球P、Q，其中N的末端与可看作光滑的水平板相切，两轨道上端分别装有电磁铁C、D、调节电磁铁C、D的高度。使AC＝BD从而保证小铁球P、Q在轨道出口处的水平初速度相等，现将小铁球P、Q分别吸在电磁铁C、D上，然后切断电源，使两小铁球能以相同的初速度同时分别从轨道M、N的下端射出，实验可观察到的现象应是______，仅仅改变弧形轨道M的高度，重复上述实验，仍能观察到相同的现象，上述现象说明平抛运动的水平分运动是______。
四、解答题（共 3 题，共 44 分）
14. 做匀速圆周运动的物体，质量为1kg， 10 s内沿半径为20 m的圆周运动100 m，试求物体做匀速圆周运动时；
（1）线速度的大小；
（2）角速度大小；
（3）周期的大小;
（4）向心加速度的大小;
（5）向心力的大小;
15. 2020年11月24日我国发射的“嫦娥五号”卫星进入环月轨道，若卫星绕月做匀速圆周运动的轨道半径为r，周期为T。已知月球的半径为R，引力常量为G，求：
（1）月球的质量；
（2）月球表面的重力加速度。
16. 宇航员站在某质量分布均匀的星球表面一斜坡上P点，沿水平方向以初速度v0抛出一个小球，测得小球经时间t落到斜坡另一点Q上，斜坡的倾角为α，已知该星球的半径为R，引力常量为G，球的体积公式是。求：
（1）该星球表面的重力加速度g；
（2）该星球的密度；
（3）该星球的第一宇宙速度。
菏泽市牡丹区2022-2023学年高一下学期4月月考
物理试题 答案解析
一、单选题（每题 4 分，共 28 分）
1. 下列说法正确的是(　　)
A. 做曲线运动的物体一定有加速度
B. 做曲线运动的物体速度大小一定发生变化
C. 加速度方向发生变化的运动一定是曲线运动
D. 速度变化的运动一定是曲线运动
【答案】A
【解析】
【详解】做曲线运动的物体速度一定改变，所以一定有加速度，选项A正确；做曲线运动的物体速度大小不一定发生变化，例如匀速圆周运动，选项B错误；当物体做直线运动时，它的速度可以减到零之后再反向运动，在整个过程中物体做的还是直线运动，所以C错误．速度变化的运动不一定是曲线运动，例如自由落体运动，选项D错误；故选A.
2. 如图所示为飞机特技表演俯冲时的情形，飞机从点运动到点过程中，下列说法正确的是（　　）
A. 飞机的速度可能保持不变
B. 飞机一定做匀速圆周运动
C. 如果飞机的速度不断增大，则飞机受到的合力与飞机的速度夹角始终小于
D. 如果飞机的速度不断增大，则飞机受到的合力与飞机的速度夹角可以互相垂直
【答案】C
【解析】
【详解】A．从A点运动到B点过程中，飞机做曲线运动，速度方向不断改变，所以速度一直在变化，故A错误；
B．飞机做曲线运动，不一定是圆周运动，速度的大小未知，所以飞机不一定做匀速圆周运动，故B错误；
CD．如果飞机的速度不断增大，由动能定理可知，合力对飞机一直做正功，则飞机受到的合力与飞机的速度夹角始终小于，故C正确，D错误。
故选C。
3. “飞车走壁”是一种传统的杂技项目，杂技演员驾驶摩托车在倾角很大的“桶壁”内侧做圆周运动而不掉下来。如图所示，一杂技演员驾驶摩托车沿半径为R的四周，做线速度大小为v的匀速圆周运动。若杂技演员和摩托车的总质量为m，其所受向心力大小为（　　）
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
【详解】根据向心力公式得
故选B。
4. 人造地球卫星在轨道上做匀速圆周运动，它所受到向心力跟轨道半径之间的关系是（　　）
A. 由公式可知F与r成反比
B. 由公式可知F跟成反比
C. 由公式可知F跟无关
D 由公式可知F与成正比
【答案】B
【解析】
【详解】ACD．人造地球卫星在轨道上做匀速圆周运动,它所需向心力是由地球对它的万有引力提供的
由此可得
、
可见卫星的线速度、角速度均是与半径有关的量，即卫星的轨道半径变化时，其线速度、角速度均随之发生变化，ACD错误；
B．根据公式可知F和成反比，B正确。
故选B
5. 2021年2月10日19时52分，我国首次火星探测任务“天问一号”探测器实施近火捕获制动，成功实现环绕火星运动，成为我国第一颗人造火星卫星。我国航天局发布了由“天问一号”拍摄的首张火星图像（如图）。在“天问一号”环绕火星做匀速圆周运动时，周期为，轨道半径为，已知火星的半径为，引力常量为，不考虑火星的自转。下列说法正确的是（　　）
A. 火星的质量
B. 火星的质量
C. 火星表面的重力加速度的大小
D. 火星表面的重力加速度的大小
【答案】A
【解析】
【详解】AB．设“天问一号”的质量为，万有引力提供向心力，有
得
故A正确，B错误；
CD．不考虑火星自转，则万有引力提供重力，有
将代入可得
故CD错误。
故选A。
6. 中国空间站（也称为天宫空间站）绕地球做匀速圆周运动的过程中，空间站中的宇航员（ ）
A. 处于平衡状态 B. 处于超重状态
C. 处于失重状态 D. 不受地球引力作用
【答案】C
【解析】
【详解】宇航员受地球的万有引力，所受引力全部用来提供做圆周运动的向心力而处于失重状态。
故选C。
7. 发射地球同步卫星，可简化为如下过程：先将卫星发射到近地圆轨道1，然后点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送入同步圆轨道3。轨道1、2相切于P点，轨道2、3相切于Q点，如图所示。则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，下列说法正确的是（ ）
A. 地球同步卫星可以定点在北京上空
B. 卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率
C. 卫星在轨道2上从P点向Q点运动的过程中机械能逐渐增大
D. 卫星在轨道1上经过P点时的速率小于它在轨道2上经过P点时的速率
【答案】D
【解析】
【详解】A．由于地球同步卫星相对地面静止，自西向东绕地球转动，因此轨道平面一定在赤道所确定的平面内，不可能定点在北京上空，A错误；
B．根据
可得
因此卫星在轨道3上的速率小于在轨道1上的速率，B错误；
C．卫星在轨道2上从P点向Q点运动的过程中，只有万有引力做功，因此机械能守恒，C错误；
D．在轨道1上经过P点时，做圆周运动，因此满足
在轨道2上经过P点后做离心运动，满足
因此可知卫星在轨道1上经过P点时的速率小于它在轨道2上经过P点时的速率，D正确。
故选D。
二、多选题（每题 4 分，全对得满分，漏选得 2 分，错选不得分。共 16 分）
8. 一小球质量为m，用长为L悬绳（不可伸长，质量不计）固定于O点，在O点正下方 处钉有一颗钉子，如图所示，将悬线沿水平方向拉直无初速度释放后，当悬线碰到钉子后的瞬间（ ）
A. 小球的线速度没有变化
B. 小球的角速度没有变化
C. 小球向心加速度突然增大到原来的2倍
D. 悬线对小球的拉力突然增大到原来的2倍
【答案】AC
【解析】
【分析】小球在下摆过程中，受到线的拉力与小球的重力，由于拉力始终与速度方向相垂直，所以它对小球不做功，只有重力在做功。当碰到钉子瞬间，速度大小不变，而摆长变化，从而导致向心加速度变化，拉力变化。
【详解】A．当碰到钉子瞬间，小球到达最低点时线速度没有变化，故A正确；
B．根据圆周运动知识得
ω=
而半径变为原来的，线速度没有变化，所以小球的角速度突然增大到原来的2倍，故B错误；
C．根据圆周运动知识得
a=
而半径变为原来的，线速度没有变化，所以向心加速度突然增大到原来的2倍，故C正确；
D．小球摆下后由机械能守恒可知
mgL=mv2
因小球下降的高度相同，故小球到达最低点时的速度相同
v=
在最低点根据牛顿第二定律得
F-mg=ma=m
原来r=L
F=mg+m=3mg
而现在半径变为原来的，线速度没有变化。所以
F′=mg+m=5mg
悬线对小球的拉力突然增大到原来的倍，故D错误。
故选AC。
【点睛】本题中要注意细绳碰到钉子前后转动半径的变化，再由向心力公式分析绳子上的拉力变化。小球摆到最低点虽与钉子相碰，但没有能量的损失。
9. 2022 年 11 月 29 日 23 时 08 分，搭载神舟十五号载人飞船的运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射，约 10 分钟后，神舟十五号载人飞船与火箭成功分离，进入预定轨道， 航天员乘组状态良好，发射取得圆满成功。已知神舟十五号飞船总质量为 m，进入轨道后做匀速圆周运动距离地面的高度为h，地球表面重力加速度为g，地球半径为R。关于神舟十五号飞船在轨运行的周期 T、线速度 v、向心加速度 a，以下表达式正确的是（　　）
A. B. C. D. a=g
【答案】BC
【解析】
【详解】根据
，
解得
，，
故BC正确AD错误。
故选BC。
10. 按照我国载人航天计划，神舟16号载人飞船将会在2023年5月中旬发射升空，将航天员送入中国空间站，航天员将在中国空间站进行一系列的空间科学工作，中国空间站轨道高度为400450公里。下列说法正确的是（　　）
A. 中国空间站的运行速度大于
B. 航天员与空间站相对静止时，都处于完全失重状态
C. 中国空间站绕地一周的时间为24小时
D. 水珠在空间站内会成球形
【答案】BD
【解析】
【详解】A．是第一宇宙速度，也是围绕地球做圆周运动的卫星的最大环绕速度，是近地卫星的环绕速度。中国空间站轨道高度为400450公里，则环绕半径大于近地卫星，则环绕速度小于。故A错误；
B．航天员与空间站相对静止时，万有引力全部提供向心力，即，都处于完全失重状态。故B正确；
C．根据
可知环绕周期与环绕半径有关，因为同步卫星的环绕周期为24小时，但中国空间站的环绕半径与同步卫星的半径不同，则中国空间站绕地一周的时间不是24小时。故C错误；
D．水珠由于在太空中失重状态，且受到表面张力的作用，要保持表面积最小，从而形成完美的球形。故D正确。
故选BD。
11. 科学家发现距离地球2764光年的宇宙空间存在适合生命居住的双星系统，这一发现为人类研究地外生命提供了新的思路和方向。假设宇宙中有一双星系统由质量分别为m和M的A、B两颗星体组成。这两颗星体绕它们连线上的某一点在二者万有引力作用下做匀速圆周运动，如图所示，若AO>OB，则（　　）
A. A的向心力大于B的向心力
B. A的周期一定等于B的周期
C. 因为AO>OB，所以m>M
D. A的线速度大小大于B的线速度大小
【答案】BD
【解析】
【详解】A．两星体以对方对自己的引力作为圆周运动的向心力，二者间引力等大反向，是作用力与反作用力的关系，A错误；
B．二者与圆心的连线相等时间内转过相同的角度，所以角速度相等，周期相等，B正确；
C．设A、B两颗星体间距L，轨道半径分别为r1、r2，则有
①
②
两式联立得
③
OA>OB，即r1>r2，所以有
mC错误；
D．线速度公式
二者周期相等，r1>r2，所以有
v1>v2
D正确。
故选BD。
三、实验题（每空 2 分，共 12 分）
12. 如图是向心力演示仪的示意图，转动手柄1，可使变速塔轮2和3以及长槽4和短槽5随之匀速转动，槽内的小球就做匀速圆周运动。皮带分别套在塔轮2和3上的不同圆盘上，可改变两个塔轮的转速比，以探究物体做圆周运动向心力大小的影响因素。现将小球A和B分别放在两边的槽内，如图所示。要探究向心力与角速度的关系，应保证两球的质量和运动半径相同，使两球的角速度_______（选填“相同”或“不同”）。某次实验皮带套的两个塔轮的半径分别为:=2：1；则A、B两球的角速度之比为_________。
【答案】 ①. 不同 ②. 1：2
【解析】
【分析】
【详解】[1]要探究向心力与角速度的关系，应保证两球的质量和运动半径相同，使两球的角速度不同。
[2]某次实验皮带套的两个塔轮的半径分别为:=2：1，由于通过皮带传动的两轮边缘线速度大小相等，由可知，A、B两球的角速度之比为1：2。
13. 两个同学根据不同的实验条件，进行了“探究平抛运动规律”的实验。
（1）甲同学采用如图甲所示的装置。用小锤打击弹性金属片。金属片把A球沿水平方向弹出，同时B球被松开，自由下落，观察到两球同时落地；让A、B球恢复初始状态，用较大的力敲击弹性金属片，即改变A球被弹出时的速度，实验可观察到的现象应是______。上述现象说明平抛运动的竖直分运动是______。
（2）乙同学采用如图乙所示的装置。两个相同的弧形轨道M、N，分别用于发射小铁球P、Q，其中N的末端与可看作光滑的水平板相切，两轨道上端分别装有电磁铁C、D、调节电磁铁C、D的高度。使AC＝BD从而保证小铁球P、Q在轨道出口处的水平初速度相等，现将小铁球P、Q分别吸在电磁铁C、D上，然后切断电源，使两小铁球能以相同的初速度同时分别从轨道M、N的下端射出，实验可观察到的现象应是______，仅仅改变弧形轨道M的高度，重复上述实验，仍能观察到相同的现象，上述现象说明平抛运动的水平分运动是______。
【答案】 ①. 两球同时落地 ②. 自由落体运动 ③. 两球相碰 ④. 匀速运动
【解析】
【详解】（1）[1][2]金属片把A球沿水平方向弹出，同时B球被松开，自由下落，观察到两球同时落地；让A、B球恢复初始状态，用较大的力敲击弹性金属片，即改变A球被弹出时的速度，实验可观察到的现象应是：两球同时落地。小球B做自由落体运动，小球A做平抛运动，同时落地的现象说明：平抛运动在竖直方向上是自由落体运动。
（2）[3][4]将小铁球P、Q分别吸在电磁铁C、D上，然后切断电源，使两小铁球能以相同的初速度同时分别从轨道M、N的下端射出，实验可观察到的现象应是：两球相碰。仅仅改变弧形轨道M的高度，重复上述实验，仍能观察到相同的现象，小球P从M轨道抛出后做平抛运动，小球Q从N轨道抛出后做匀速直线运动，两球发生碰撞，这说明平抛运动在水平方向上是匀速运动。
四、解答题（共 3 题，共 44 分）
14. 做匀速圆周运动的物体，质量为1kg， 10 s内沿半径为20 m的圆周运动100 m，试求物体做匀速圆周运动时；
（1）线速度的大小；
（2）角速度的大小；
（3）周期的大小;
（4）向心加速度的大小;
（5）向心力的大小;
【答案】（1）；（2）；（3）或；（4）；（5）5N
【解析】
【详解】（1）根据题意，其线速度为
（2）根据角速度与线速度之间的关系有
（3）根据题意，其周期为
（4）根据题意，其向心加速度为
（5）根据题意，其向心力为
15. 2020年11月24日我国发射的“嫦娥五号”卫星进入环月轨道，若卫星绕月做匀速圆周运动的轨道半径为r，周期为T。已知月球的半径为R，引力常量为G，求：
（1）月球的质量；
（2）月球表面的重力加速度。
【答案】（1）；（2）
【解析】
【详解】（1）卫星绕月球做匀速圆周运动时，万有引力提供向心力，即
所以
（2）在月球表面有
解得
16. 宇航员站在某质量分布均匀的星球表面一斜坡上P点，沿水平方向以初速度v0抛出一个小球，测得小球经时间t落到斜坡另一点Q上，斜坡的倾角为α，已知该星球的半径为R，引力常量为G，球的体积公式是。求：
（1）该星球表面的重力加速度g；
（2）该星球密度；
（3）该星球的第一宇宙速度。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）小球做平抛运动过程中，水平方向，有
竖直方向，有
由几何知识可得
联立解得
（2）对于星球表面质量为m0的物体，有
所以
（3）该星球的第一宇宙速度等于它的近地卫星的运行速度，故
解得