江西省丰城市东煌高级中学校2022-2023学年高一下学期期中考试物理试卷（含答案）

东煌高级中学校2022-2023学年高一下学期期中考试
物理
一、单选题（40分）
1．为了培育优良品种，科学家们将植物种子放到宇宙飞船中，运载到太空轨道上去做实验。那么，这些植物的种子在太空轨道上和宇宙飞船一起绕地球运行时（ ）
A．处于完全失重状态 B．处于平衡状态
C．处于超重状态 D．处于静止状态
2．我国首次火星探测任务命名为“天问一号”。已知引力常量为G，为计算火星的质量，需要测量的数据是（　　）
A．某卫星绕火星做匀速圆周运动的周期T和角速度
B．火星绕太阳做匀速圆周运动的轨道半径r和周期T
C．火星表面的重力加速度g和火星绕太阳做匀速圆周运动的轨道半径r
D．某卫星绕火星做匀速圆周运动的轨道半径r和角速度
3．下列说法中正确的是（　　）
A．卡文迪许发现了万有引力定律，并测得了引力常量
B．当r趋近于零时，两个物体间的万有引力趋近于无穷大
C．牛顿证明了地面上苹果受到的重力和地球对月亮的吸引力是同一种力
D．导弹的速度可达到6000m/s，在相对论中属于高速，导弹的长度会明显缩短
4．若月球绕地球的运动可近似看作匀速圆周运动，并且已知月球绕地球运动的轨道半径r、绕地球运动的周期T，引力常量为G，由此可以知道（　　）
A．月球的质量 B．地球的质量
C．月球的平均密度 D．地球的平均密度
5．已知金星和地球的半径分别为R1、R2，金星和地球表面的重力加速度为g1、g2，则金星与地球的质量之比为（　　）
A． B．
C． D．
6．下列关于物理学史的说法，正确的是（　　）
A．卡文迪什的理想斜面实验说明力不是维持物体运动的原因
B．开普勒研究了前人的观测数据，提出了行星运动定律
C．胡克发现：在任何情况下，弹簧的弹力与物体的形变量成正比
D．牛顿总结前人的研究，提出了万有引力定律，并用实验测定了万有引力常量
7．用细线拴一个小球，另一端用手拉住，使小球在水平面内做匀速圆周运动，绳长为L时小球的速度为v，若将绳长缩短为时，小球的速度变为2v，此时小球受到的向心力是原来的（　　）
A．1倍 B．0.25倍 C．8倍 D．4倍
8．如图所示，一个半圆形轨道放置在水平地面上，轨道半径为R，O点为其圆心，从轨道最左端M点正上方的某处以初速度（其中）水平抛出一个小球，小球落在半圆轨道上时速度恰好沿NO方向，NO与水平方向的夹角为60°，则小球抛出点到N点的高度差为（　　）
A． B． C． D．
9．已知地球同步卫星距地面的高度约为地球半径的6倍，月球绕地球一圈的时间约为27天。如图，某时刻地球、月球和同步卫星的中心在一条直线，此时月球到同步卫星的距离与地球半径之比约为（　　）
A．28 B．48 C．56 D．63
10．对于开普勒行星运动定律的理解，下列说法中正确的是（　　）
A．开普勒三大定律仅适用于太阳系中行星的运动
B．开普勒第二定律表明，行星离太阳越远，运行速度越小
C．月亮绕地球运动的轨道是一个标准的圆，地球处在该圆的圆心上
D．开普勒第三定律中，月亮绕地球运动的值与地球绕太阳运动的值相同
二、多选题（20分）
11．据报道，美国国家航天航天局（NASA）首次在太阳系外发现“类地”行星Kepler-186f。若宇航员乘坐宇宙飞船到达该行星，进行科学观测：该行星自转周期为T，宇航员在该行星“北极”距该行星地面附近h处自由释放一个小球（引力视为恒力），落地时间为t。已知该行星半径为R，万有引力常量为G，则（　　）
A．该行星的第一宇宙速度为
B．宇宙飞船绕该行星做圆周运动的周期不小于
C．如果该行星存在一颗同步卫星，其距行星表面高度为
D．该行星的平均密度为
12．地球绕地轴自转时，对静止在地面上的某一个物体，下列说法正确的是（　　）
A．物体的重力并不等于它随地球自转所需要的向心力
B．在地面上的任何位置，物体向心加速度的大小都相等，方向都指向地心
C．在地面上的任何位置，物体向心加速度的方向都垂直指向地球的自转轴
D．物体随地球自转的向心加速度随着地球纬度的减小而增大
13．由下列哪一组物理量可以计算出地球的质量
A．月球的轨道半径和月球的公转周期
B．月球的半径和月球的自转周期
C．人造卫星的质量和卫星的周期
D．人造卫星离地面的高度、卫星的周期和地球的半径
14．某质点做曲线运动时，下列说法正确的是（　　）
A．在某一点的速度方向是该点曲线的切线方向
B．在任意时间内位移大小总是大于路程
C．在任意时刻物体受到的合外力都指向轨迹线凹的一侧
D．速度的方向与合外力的方向必不在一直线上
三、填空题（12分）
15．某一个物理量X的表达式为，其中是角速度，V是体积，G是万有引力常量，据此可以判断X是________（填物理量名称）。它的单位是__________（填“基本”或“导出”）单位。
16．质量为2000kg的汽车以一定的速率驶过一座圆弧形拱桥，桥顶一段的圆弧半径为100m，则要使汽车通过桥顶时对桥顶的压力为车重的0.9倍，则汽车过桥顶时的速度应为______m/s；汽车要在桥面上腾空，速度至少应为______m/s。（取g=10m/s2）
四、实验题（9分）
17．卡文迪许利用如图所示的扭称实验装置测量了引力常量：
（1）横梁一端固定有一质量为m半径为r的均匀铅球A，旁边有一质量为m，半径为r的相同铅球B，A、B两球表面的最近距离L，已知引力常量为G，则A、B两球间的万有引力大小为F=_________．
（2）在下图所示的几个实验中，与“卡文迪许扭秤实验”中测量微小量的思想方法最相近的是__________．（选填“甲”“乙”或“丙”）
（3）引力常量的得出具有重大意义，比如：_____________________．（说出一条即可）
五、解答题（7分 12分）
18．2021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。在“天问一号”环绕火星做匀速圆周运动时，周期为T，轨道半径为r。已知火星的半径为R，引力常量为G，不考虑火星的自转。
（1）“天问一号”环绕火星运动的角速度ω，线速度的大小v；
（2）火星的质量M。
19．2022年11月29日，神舟十五号飞船发射成功，绕地球做近似的匀速圆周运动，线速度大小为v，轨道半径为r，地球半径为R，引力常量为G，不考虑地球自转。求：
（1）神舟十五号的运行周期T；
（2）地球的质量M；
（3）地球表面的重力加速度g。
参考答案：
1．A
【详解】植物的种子在太空轨道上和宇宙飞船一起绕地球运行时处于完全失重状态。
故选A。
2．D
【详解】AD．卫星绕火星做匀速圆周运动，万有引力提供向心力
解得
如果轨道半径已知，则可求火星质量，故A错误，D正确；
B．火星绕太阳做匀速圆周运动，万有引力提供向心力
解得
所求质量为中心天体太阳的质量，故B错误；
C．根据
可得
可知，计算火星的质量，还需要有火星的半径，题中所给是火星绕太阳做匀速圆周运动的轨道半径，故火星质量求不出来，故C错误。
故选D。
3．C
【详解】A．牛顿发现了万有引力定律，卡文迪许测得了引力常量，A错误；
B．当r趋近于零时，万有引力定律不再适用，B错误；
C．牛顿证明了地面上苹果受到的重力和地球对月亮的吸引力是同一种力，C正确；
D．在相对论中的高速为接近光速，导弹的速度6000m/s在相对论中属于低速，D错误；
故选C。
4．B
【详解】AB．根据万有引力提供向心力有
可知只能求出中心天体的质量，不能求出环绕天体的质量，解得地球的质量
A错误，B正确；
CD．由于不知道月球和地球的半径大小，所以无法求出它们的平均密度， CD错误。
故选B。
5．A
【详解】根据星球表面物体的重力等于万有引力，有
解得星球的质量
所以有金星与地球的质量之比为
A正确，BCD错误。
故选A。
6．B
【详解】A．理想斜面实验是伽利略完成的，故A错误；
B．开普勒研究了前人的观测数据，提出了行星运动定律，故B正确；
C．弹性限度内，弹力与形变量成正比，故C错误；
D．牛顿总结前人的研究，提出了万有引力定律，卡文迪什测出了万有引力常数，故D错误。
故选B。
7．C
【详解】根据向心力公式
此时小球受到的向心力是原来的8倍。
故选C。
8．A
【详解】将小球在N点时的速度分解，如图所示，在竖直方向则有
由自由落体运动的速度位移关系公式可得
解得
故选A。
9．C
【详解】设月球围绕地球运行的轨道半径为，同步卫星的运行轨道半径为，根据开普勒第三定律有
其中有
，，
联立解得
故此时月球到同步卫星的距离与地球半径之比约为
故选C。
10．B
【详解】A．开普勒三大定律不仅仅适用于太阳系中行星的运动，也适合于宇宙中其他天体的运动， A错误；
B．开普勒第二定律表明，行星绕太阳运动时，行星离太阳越远，速度越小，B正确；
C．月亮绕地球运动的轨道是一个椭圆，地球处在椭圆的其中一个焦点上，C错误；
D．k值与中心天体的质量有关，月亮绕地球运动的值与地球绕太阳运动的值不相同，D错误。
故选B。
11．BD
【详解】A．根据自由落体运动求得星球表面的重力加速度
星球的第一宇宙速度
A错误；
B．根据万有引力提供圆周运动向心力有
可得卫星的周期
可知轨道半径越小周期越小，卫星的最小半径为R，在星球表面有
则周期最小值为
B正确；
C．同步卫星的周期与星球自转周期相同,故有
代入数据解得
C错误。
D．由
有
所以星球的密度
D正确；
故选BD。
12．ACD
【详解】A．物体随地球自转，都是绕地轴转动，所以向心力都指向地轴，万有引力一部分提供向心力，一部分提供重力，所以物体的重力并不等于它随地球自转所需要的向心力，故A正确；BC．向心力都指向地轴，所以向心加速度也指向地轴，不是指向地心，故B错误，C正确；D．根据a=ω2r可知，角速度相等，纬度越小，半径越大，向心加速度越大，故D正确。
故选ACD。
13．AD
【详解】只要知道天体的一颗卫星或行星的周期和轨道半径，利用公式
就可以计算出中心天体的质量，故AD正确。
故选AD。
14．ACD
【详解】A. 曲线运动的速度方向为曲线的切线方向，故A正确；
B．位移是初位置指向末位置的有向线段，为直线，而轨迹是所有轨迹的总和，所以质点做曲线运动时，在任意时间内位移大小不一定大于路程，故B错误；
C．质点做曲线运动时，在任意时刻物体受到的合外力都指向轨迹线凹的一侧，故C正确；
D．质点做曲线运动的条件是速度的方向与合外力的方向不在同一直线上，故D正确。
故选ACD。
15． 质量 基本
【分析】熟知万有引力相关表达式，并懂得化简对比即可。
【详解】[1][2]对物理量的表达式进行简化，可得
对比万有引力提供向心力的公式
化简得，与物理量X对比可知X指的是质量M，
[2]质量的单位是kg，属于基本单位。
16． 10；
【详解】[1]汽车通过桥顶时，要使汽车通过桥顶时对桥顶的压力为车重的0.9倍，则此时向心力
代入数值可得
[2]若要汽车在桥面上腾空，则此时重力提供向心力
代入数值可得
17． 乙 引力常量的普适性证明了万有引力定律的正确性（或：引力常量的得出使得可以定量计算万有引力的大小；引力常量的得出使得人们可以方便地计算出地球的质量）
【详解】（1）根据万有引力公式可得
（2）由于引力较小，所以卡文迪许设计此实验时运用了放大法的思想，所以利用微小测量方法放大的思想的是乙图
（3）引力常量的得出具有重大意义，比如：引力常量的普适性证明了万有引力定律的正确性（或：引力常量的得出使得可以定量计算万有引力的大小；引力常量的得出使得人们可以方便地计算出地球的质量）
故本题答案是：(1). (2). 乙 (3). 引力常量的普适性证明了万有引力定律的正确性（或：引力常量的得出使得可以定量计算万有引力的大小；引力常量的得出使得人们可以方便地计算出地球的质量）
18．（1），；（2）
【详解】（1）由角速度定义可得
由线速度定义可得
（2）设“天问一号”的质量为m，万有引力提供向心力有
解得
19．（1）；（2）；（3）
【详解】（1）根据线速度与周期关系有
（2）神舟十五号飞船绕地球做近似的匀速圆周运动，万用引力提供向心力，则有
解得
（3）在地球表面重力等于万有引力，则有
将（2）结论代入可得