2022-2023学年江苏省苏州市高一（下）期中物理试卷（含解析）

2022-2023学年江苏省苏州市高一（下）期中物理试卷
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
题号 一 二 三 四 总分
得分
第I卷（选择题）
一、单选题（本大题共10小题，共40.0分）
1. 物理学的发展促进了人类文明的进步，其中离不开科学家所做出的重要贡献。下列叙述符合物理学史实的是( )
A. 开普勒观测行星运动并积累了大量数据，经多年研究后揭示了行星运动的有关规律
B. 牛顿运动定律不仅适用于低速运动的宏观物体，也适用于高速运动的微观粒子
C. 卡文迪什利用扭秤实验测出了引力常量的值
D. 第谷利用“月地检验”证实了万有引力定律的正确性
2. 如图所示，一种古老的舂米装置，使用时以点为支点，人用脚踩踏板，另一端的舂米锤上升，松开脚后，回落撞击谷槽中的谷米。已知，忽略一切摩擦阻力，下列说法正确的是( )
A. B、的线速度关系满足
B. B、的向心加速度大小相等
C. 踩下踏板的过程中，脚对踏板做的功等于增加的重力势能
D. 回落过程中减少的重力势能全部转化为的动能
3. 下列四幅图是有关生活中的圆周运动的实例分析，其中说法正确的是( )
A. 汽车通过凹形桥的最低点时，速度越快越容易爆胎
B. 铁路的转弯处，外轨比内轨高是为了利用轮缘与内轨的侧压力来帮助火车转弯
C. “水流星”表演中，在最高点处水对桶底一定有压力
D. 洗衣机的脱水是利用了失重现象
4. “中国天眼”设施已发现脉冲星数量超过颗。脉冲星是快速自转的中子星，每自转一周，就向外发射一次电磁脉冲信号，因此而得名。若观测到某中子星发射电磁脉冲信号的周期为。已知该中子星的半径为，引力常量为。则根据上述条件可以求出( )
A. 该中子星的密度
B. 该中子星的第一宇宙速度
C. 该中子星表面的重力加速度
D. 该中子星赤道上的物体随中子星转动的线速度
5. 如图所示为向心力演示仪，挡板到转轴的距离是的倍，挡板和到各自转轴的距离相等，转动时挡板对球的压力提供向心力，其相对大小通过标尺上端露出的等分格数来显示。某同学在探究向心力大小与角速度的关系时，选择了两个质量相同的小球，对于传动皮带所套的两个塔轮的半径和两小球所放的位置还应分别满足( )
A. 半径相同放在挡板和处 B. 半径不同、放在挡板和处
C. 半径相同、放在挡板和处 D. 半径不同、放在挡板和处
6. 如图所示，将四个光滑小球以相同速率从水平地面抛出，其中甲球竖直上抛，乙球沿着斜面上滑，丙球用恰好绷直的轻绳悬挂在天花板上且初速度方向水平，丁球沿着半圆弧轨道上滑。忽略空气阻力，结果只有一个小球不能到达天花板，该小球是( )
A. 甲球 B. 乙球 C. 丙球 D. 丁球
7. 如图所示，倾角为的斜面，固定在水平地面上，一小物块以初速度从斜面底端冲上斜面，小物块与斜面之间的动摩擦因数为，且，斜面足够长。重力加速度为，不计空气阻力，用表示速率，用表示动能，用表示重力势能，表示机械能，取水平地面为零势能面，用表示小物块在斜面上滑过的路程，则下列图像可能正确的是( )
A. B.
C. D.
8. 如图所示是某城市广场水柱喷泉的夜景。从远处眺望，根据周围建筑估计水柱约有层楼高；在近处观察，喷泉管口的直径约为。请估算连接喷泉电动机的输出功率约( )
A. B. C. D.
9. 如图所示为“天问一号”探测器经过多次变轨后登陆火星前的部分轨迹图，轨道Ⅰ、轨道Ⅱ、轨道Ⅲ相切于点，轨道Ⅲ为环绕火星的圆形轨道，、两点分别是椭圆轨道Ⅱ的近火星点和远火星点，、、三点与火星中心在同一直线上，下列说法正确的是( )
A. 探测器在点由轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ需要点火加速
B. 探测器在轨道Ⅲ上点的速度大于在轨道Ⅱ上点的速度
C. 探测器在轨道Ⅰ上经过点时的加速度大于在轨道Ⅱ上经过点时的加速度
D. 探测器在轨道Ⅱ上由点运动到点的时间小于在轨道Ⅲ上由点运动到点的时间
10. 如图所示，一半径为的光滑硬质圆环固定在竖直平面内，在最高点的竖直切线和最低点的水平切线的交点处固定一光滑轻质小滑轮，质量为的小球穿在环上，且可以自由滑动，小球通过足够长的不可伸长细线连接另一质量也为的小球，细线搭在滑轮上，现将小球从环上最高点由静止释放，重力加速度为，不计空气阻力，在环上运动过程中，下列说法正确的是( )
A. 两小球组成的系统运动过程中机械能先减小后增大
B. 细线的拉力对球做功的功率小于对球做功的功率
C. 释放后小球的速度为零时，小球的动能为
D. 小球运动到环上最低点时的速度为
第II卷（非选择题）
二、实验题（本大题共1小题，共9.0分）
11. 以下是利用落体法验证机械能守恒定律的两种方案。
采用打点计时器验证机械能守恒定律的实验装置如图甲所示。
图乙中的纸带是实验过程中打点计时器打出的一条纸带。打点计时器频率为，打下点图中未标出时，钩码开始下落，、、是打点计时器连续打下的个点。刻度尺的刻线与点对齐，、、三个点所对刻度如图乙所示。打点计时器在打出点时钩码下落的速度为 ______ 计算结果保留三位有效数字；
若打点计时器在打出点时的速度表示为，钩码下落的高度表示为，当地的重力加速度为，若在误差允许范围内表达式 ______ 用题中所给的物理量表示成立，则机械能守恒。
采用光电门验证机械能守恒定律，装置如图丙所示。切断电磁铁电源，让小钢球自由下落，下落过程中小钢球经过光电门和光电门，光电计时器记录下小钢球通过光电门、的时间、，用刻度尺测出两光电门间距离，已知小钢球的直径为，当地的重力加速度为。
小钢球通过光电门时的瞬时速度 ______ 用题中所给的物理量表示；
保持光电门位置不变，上下调节光电门，多次实验记录多组数据，作出随变化的图像，如果不考虑空气阻力，若该图线的斜率 ______ 用题中所给的物理量表示，就可以验证小钢球下落过程中机械能守恒；
若考虑空气阻力的影响，则实验得出的随变化的图像的斜率一定______ 填“大于”“小于”或“等于”不考虑空气阻力时图线的斜率。
三、简答题（本大题共1小题，共3.0分）
12. 某汽车总质量，其发动机的额定功率，在某段水平路面上从静止开始行驶时，先以的加速度做匀加速运动，达到额定功率后保持该功率不变继续行驶，直至达到最大速度，已知阻力是车重的倍，，取，求：
汽车运动的最大速度；
汽车做匀加速运动的时间。
四、计算题（本大题共3小题，共30.0分）
13. 嫦娥一号”探月卫星在空中运动的简化示意图如下，卫星由地面发射后，经过发射轨道进入停泊轨道，在停泊轨道经过调速后进入地月转移轨道，再次调速后进入工作轨道。已知卫星在停泊轨道和工作轨道运行半径分别为和，地球半径为，月球半径为，地表面重力加速度为，月球表面重力加速度为。求：
卫星在停泊轨道上运行的线速度；
卫星在工作轨道上运行的周期。
14. 如图所示，光滑水平面与固定在竖直面内的粗糙半圆形导轨相切于点，导轨半径为，一个质量为的物块将轻弹簧压缩至点后由静止释放，在弹力作用下物块获得某一向右速度后脱离弹簧，它继续运动到点时对导轨的压力大小为其重力的倍，之后沿半圆形导轨运动恰好能通过点，重力加速度取，求：
弹簧被压缩至点时的弹性势能；
物块从到克服阻力的功；
物块离开点后，再落回到水平面前瞬间时的动能．
15. 如图所示，一半径为的水平转盘可以绕着竖直轴转动，水平转盘中心处有一个光滑小孔，用一根长为的细线穿过小孔将质量分别为、的小球和小物块连接。现让小球和水平转盘各以一定的角速度在水平面内转动起来，小物块与水平转盘间的动摩擦因数，且始终处于水平转盘的边缘处与转盘相对静止，取，求：
若小球的角速度，细线与竖直方向的夹角；
在满足中的条件下，通过计算给出水平转盘角速度的取值范围，并在图中画出图像假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，且规定沿半径指向圆心为正方向；
在水平转盘角速度为中的最大值的情况下，当小球和小物块转动至两者速度方向相反时，由于某种原因细线突然断裂，经过多长时间和的速度相互垂直。
可能使用到的数据：，，，
答案和解析
1.【答案】
【解析】解：第谷观测行星运动并积累大量的数据，开普勒研究后揭示了行星运动的有关规律，总结出了开普勒三个定律，故A错误；
B.牛顿运动定律只能适用于宏观、低速物体，不能适用于微观高速粒子，故B错误；
C.卡文迪许利用扭秤实验测出了引力常量的值，故C正确；
D.牛顿利用“月地检验”证实了万有引力定律的正确性，故D错误。
故选：。
根据物理学史和常识解答，记住著名物理学家的主要贡献即可。
本题考查物理学史，是常识性问题，对于物理学上重大发现、发明、著名理论要加强记忆，这也是考试内容之一。
2.【答案】
【解析】解：、属于同轴转动，角速度相等，根据
由于，则，故A正确；
B.根据
由于，可知，的向心加速度大于的向心加速度，故B错误；
C.踩下踏板的过程中，脚对踏板做的功等于增加的重力势能、增加的动能与踏板增加的动能与重力势能之和，故C错误；
D.回落过程中减少的重力势能等于为的动能、踏板的动能与重力势能的变化量之和，故D错误。
故选：。
踏板、装置的角速度相同，根据分析两者线速度大小关系；根据分析两者加速度的关系。装置下降时，分析能量转化情况。踩下踏板的过程，根据功能关系分析人做的功全部与装置的重力势能的关系。
解答本题的关键要明确能量转化情况，根据功能关系分析人做的功与装置机械能变化的关系。
3.【答案】
【解析】解：、汽车通过凹形桥的最低点时，对汽车受力分析，根据牛顿第二定律得：
整理得：
速度越大，汽车轮胎所受地面支持力越大，越容易爆胎，故A正确；
B、在铁路的转弯处，通常要求外轨比内轨高，目的是使火车自身重力与所受支持力的合力来提供转弯所需的向心力，减轻轮缘与轨道的挤压，故B错误；
C、表演“水流星”时，当“水流星”通过最高点时，若满足水的速度为
即
则此时水对桶底的作用力为零，故C错误；
D、洗衣机脱水筒的脱水原理是利用了离心现象，故D错误。
故选：。
汽车通过凹形桥的最低点时，对汽车受力分析，根据牛顿第二定律求解汽车轮胎所受支持力，分析即可；铁路转弯处外轨比内轨高，是为了使火车自身重力与所受支持力的合力来提供转弯所需的向心力；“水流星”表演中，水到达最高点速度最小时，只收重力；洗衣机的脱水是利用了失重现象。
本题考查生活中的圆周运动，解决该题需要明确知道各个现象的原理，考查学生应用物理知识分析处理实际问题的能力，知道圆周运动向心力的来源。
4.【答案】
【解析】解：、如果知道绕中子星做圆周运动的卫星的周期与轨道半径，可以求出中子星的质量，根据题意仅知道中子星的自转周期、中子星的半径与万有引力常量，无法求出中子星的质量，也就无法求出中子星的密度，中子星表面的重力加速度和第一宇宙速度，故ABC错误；
D、该中子星赤道上的物体随中子星转动的线速度，故D正确。
故选：。
如果知道绕中子星做圆周运动的物体的周期，应用万有引力公式与牛顿第二定律利用求出中子星的质量与密度；知道绕中子星表面做圆周运动的天体的周期可以求出中子星第一宇宙速度，根据题意与已知条件分析各选项答题。
本题考查了万有引力定律的应用，知道万有引力提供向心力与万有引力公式是解题的前提，认真审题理解题意应用基础知识即可解题。
5.【答案】
【解析】解：探究向心力大小与角速度的关系时，要保持质量和半径相同，根据题意可知，即将质量相同的两球要放在挡板和处，同时角速度不同，因传动皮带所套的两个塔轮的线速度相同，根据可知，则两个塔轮的半径应该不同，故ACD错误，B正确。
故选：。
该实验采用控制变量法，根据可知：应抓住角速度不变、半径不变，研究向心力与质量的关系；根据向心力之比求出两球转动的角速度之比，结合，根据线速度大小相等求出与皮带连接的变速轮塔对应的半径之比。
本题主要考查了圆周运动的实验，根据实验原理掌握正确的实验操作，结合向心力的公式完成分析即可。
6.【答案】
【解析】解：由图可知，甲、乙、丙三个球到达天花板的最小速度可以为零，根据圆周运动合力提供向心力可知丁球到达天花板的最小速度不能为零；由于只有一个小球不能到达天花板，故该小球是丁球。故D正确，ABC错误。
故选：。
本题根据圆周运动合力提供向心力，结合题意，即可解答。
本题考查学生对圆周运动知识的掌握，即圆周运动合力提供向心力。
7.【答案】
【解析】解：、物块在斜面上向上运动过程做匀减速直线运动，向下运动过程做初速度为零的匀加速直线运动，根据匀变速直线运动的速度位移公式得：，则图像是曲线而不是直线，故A错误；
B、物块上滑的过程，由动能定理得：，下滑的过程中，由动能定理得：，可知上滑和下滑的过程中，图像均为直线，且上滑时图像的斜率大于下滑时图像的斜率，故B正确；
C、根据势能与高度的关系可知，上滑时的势能为，下滑时的势能为，因此上滑和下滑时图像均为直线，故C错误；
D、由于除重力以外的力做功等于系统机械能的变化，因此，图像为一条倾斜的直线，故D错误。
故选：。
物块沿斜面向上做匀减速直线运动，速度减为零后反向向下做匀加速直线运动，物块运动过程克服阻力做功机械能减小，分析清楚物块的运动过程，应用运动学公式、动能定理与重力势能的计算公式、功能关系分析答题。
本题考查了功能关系的应用，根据题意分析清楚物块的运动过程与运动性质是解题的前提，应用运动学公式、动能定理与重力的计算公式可以解题。
8.【答案】
【解析】解：水竖直方向运动的最大高度约为，水从电动机喷出的速度为，根据机械能守恒：，
解得：
时间内喷出水的质量为：
喷出水的动能为：
电动机输出功率
解得：
故B正确，ACD错误。
故选：。
根据能量守恒，电动机输出的机械能转化为水的动能，求出时间内电动机喷出水的体积，求出时间内喷出水的动能。
解题的关键是利用能量守恒电动机输出的机械能转化为水的动能。
9.【答案】
【解析】解：探测器在点由轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ，轨道变成椭圆形，需要点火减速，做近心运动，故A错误；
B.根据
可知，探测器在轨道Ⅲ上点的速度大于以点到地球距离为半径的圆轨道上的速度，而在轨道Ⅱ上点的速度小于点所在圆轨道的速度，可知探测器在轨道Ⅲ上点的速度大于在轨道Ⅱ上点的速度，故B正确；
C.万有引力提供向心力，则加速度为
点为切点两轨道上距离地心距离相同，故加速度也相同，故C错误；
D.根据开普勒第三定律，由于轨道Ⅱ半长轴大于轨道Ⅲ的半径，可知探测器在轨道Ⅱ的运行周期大于在轨道Ⅲ上的运行周期，故探测器在轨道Ⅱ上由点运动到点的时间大于在轨道Ⅲ上由点运动到点的时间，故D错误。
故选：。
由卫星变轨原理分析；先比较圆轨道上、点速度大小，然后再由变轨原理分析Ⅲ轨道点速度大小和Ⅱ轨道点速度大小关系；由开普勒第二定律分析，轨道不同扫过的面积不同；先由开普勒第三定律比较不同轨道的运动周期，再由所求时间与周期的关系进行比较。
本题考查了卫星变轨的原理和开普勒行星运动规律。理解掌握卫星变轨原理是关键，需熟练运用开普勒三定律解决实际问题。
10.【答案】
【解析】解：两小球组成的系统内只有重力做功，环对的支持力不做功，所以两小球组成的系统运动过程中机械能守恒，则细线拉力对两小球在任意时刻做功的代数和为零，细线的拉力对球做功的功率的绝对值等于对球做功的功率的绝对值，故AB错误；
C.根据速度的合成与分解可知，的速度在沿细线方向的分量大小等于的速度大小，当小球的速度为零时，小球的速度方向与细线垂直，根据几何关系可知此时细线与水平方向的夹角为，根据机械能守恒定律可得此时小球的动能为，故C正确；
D.小球运动到环上最低点时，、的速度大小相等，设为，根据机械能守恒定律可得，解得，故D错误。
故选：。
小球和小球和细线组成的系统机械能守恒；根据系统继续能守恒，判断细线对和对的拉力做功相等，则功率也相等；
小球速度为零时，即小球的速度方向与细线垂直，此时细线恰好与水平方向成，由机械能守恒可知小球的速度；
小球运动到最低点时，的速度与细线速度共线，则的速度相等，由机械能守恒可知小球运动到最低点时的速度。
本题考查系统机械能守恒的应用，关键是要清楚机械能守恒的条件。而且要知道小球和小球的运动过程，知道小球的速度为零时，小球的速度方向与细线垂直；小球运动到最低点时，的速度与细线速度共线，则的速度相等。
11.【答案】 小于
【解析】解：用、两点之间的平均速度代表点的瞬时速度有
若机械能守恒，则有
整理后有
小钢球通过光电门时的瞬时速度为
不考虑空气阻力，由，，
可得
由此可知若随变化图像的斜率为
就可以验证小钢球下落过程中机械能守恒；
考虑空气阻力的影响，则小钢球下落的加速度小于，由可知，实验得出的随变化的图像的斜率一定小于不考虑空气阻力时图线的斜率。
故答案为：；；；；小于
根据平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出点的瞬时速度；根据机械能守恒求出点的速度的平方；
根据光电门的测速原理求出小钢球通过光电门时的瞬时速度；根据机械能守恒列出不考虑空气阻力时的实验原理方程式；整理得到随变化的关系式，找出图像的斜率表达式；
分析考虑空气阻力的影响时小钢球下落的加速度，判断考虑空气阻力时得出的随变化的图像的斜率与不考虑空气阻力时图线的斜率的大小关系。
本题考查了验证机械能守恒的实验探究，解决本题的关键是理解实验原理，掌握利用图像处理实验数据的能力。
12.【答案】解：当牵引力与阻力大小相等时，汽车速度最大，由此可得：

则最大速度为
汽车从静止做匀加速直线运动，当时，匀加速运动结束，设匀加速运动的末速度为，汽车做匀加速运动的时间为，则
根据牛顿第二定律得

由运动学公式有
联立解得：
答：汽车运动的最大速度为；
汽车做匀加速运动的时间为。
【解析】当汽车以额定功率行驶时，随着汽车速度的增加，牵引力逐渐减小，直到最后牵引力和阻力大小相等，汽车开始做匀速运动，速度达到最大。由求最大速度。
汽车先做匀加速运动，当实际功率达到达到额定功率时，匀加速运动结束，由牛顿第二定律求出匀加速运动时的牵引力，由求匀加速运动的末速度，最后由求汽车做匀加速运动的时间。
本题考查汽车的启动问题，关键要明确汽车的运动过程，把握两个临界条件：一、速度最大的条件：牵引力与阻力大小相等。二、匀加速运动结束的条件：
汽车的实际功率等于额定功率。
13.【答案】解：卫星在停泊轨道上运行，根据万有引力提供向心力：
，，
在地球表面运用黄金代换式得；
卫星在工作轨道上运行，根据万有引力提供向心力：
，，
在月球表面运用黄金代换式得：。
答：卫星在停泊轨道上运行的线速度是
卫星在工作轨道上运行的周期是。
【解析】根据万有引力提供向心力：表示出线速度和周期．
运用黄金代换式求出问题．
解决本题的关键掌握万有引力提供向心力．注意不同的中心体对应不同的质量和半径．
14.【答案】解：设物块运动到点时速度为，由牛顿第二定律可得
由题意可知
联立解得
据能量守恒可得，弹簧被压缩至点时的弹性势能为
代入数据解得
物块恰好能通过点，在点满足
从到过程，据动能定理可得
解得克服阻力的功为
物块离开点后，再落回到水平面的过程，由能量守恒可得
解得落回水平面瞬间时的动能为
答：弹簧被压缩至点时的弹性势能为；
物块从到克服阻力的功为；
物块离开点后，再落回到水平面前瞬间时的动能为．
【解析】在点根据牛顿第二定律结合向心力公式求解速度大小，再根据动能的计算公式求解物块到达点时的动能，根据能量守恒解得弹簧被压缩至点时的弹性势能；
物块沿半圆形导轨运动恰好能通过点，重力完全提供向心力，根据牛顿第二定律求解点的速度大小，由至根据动能定理求解克服阻力做的功；
根据能量守恒解得物块离开点后，再落回到水平面前瞬间时的动能。
本题主要是考查了动能定理与竖直平面内的圆周运动的结合；注意物体在竖直平面内做圆周运动的情况有两种：一种是细线系着物体在竖直平面内做圆周运动，在最高点速度最小时重力提供向心力；另一种是轻杆系着物体在竖直平面内做圆周运动，在最高点时速度可以等于零。
15.【答案】解：对小球受力分析如下图所示，并将拉力与重力合成，合力水平：
根据合力提供向心力有：，，将、、、代入得，，则；
在满足中的条件下，即绳的拉力大小不变，根据对小球的分析，；
对物体受力分析，拉力和摩擦力的合力提供向心力，由于水平转盘中心处的小孔光滑，拉力也等于，当水平转盘角速度取最小时，物体有向内运动的趋势，则摩擦力沿半径向外并且静摩擦力达到最大值，有：，将、、代入解得；
当水平转盘角速度取最大时，物体有向外运动的趋势，则摩擦力沿半径向内并且静摩擦力达到最大值，有：，将、、代入解得；
所以的取值范围是；
规定沿半径指向圆心为正方向，则向心力表达式为，则，根据这个函数表达式以及角速度的极值画出出图像如下图所示：
由于某种原因细线突然断裂，小球和小物块做平抛运动，小球的初速度
小物块的初速度，设经过时间的速度与水平方向成角度为，这时的速度与竖直方向成角度也为，这时和的速度相互垂直，有，代入数据解得。
答：若小球的角速度，细线与竖直方向的夹角为；
的取值范围是；
画出出图像如下图所示：
经过时间和的速度相互垂直。
【解析】对小球受力分析，根据合力提供向心力，由向心力表达式可以求解出细线与竖直方向的夹角；
对物体受力分析，根据拉力和摩擦力的合力提供向心力，考虑摩擦力方向可以计算出水平转盘角速度的取值范围，进一步分析可以在图中画出图像；
由于某种原因细线突然断裂，小球和小物块做平抛运动，根据运动分解列式可以求出经过多少时间和的速度相互垂直。
本题是水平方向匀速圆周运动的临界问题，分析时要注意摩擦力的方向造成角速度出现取值范围问题，要结合实际体会物体的运动趋势，之后运用向心力公式才能正确理解和求解。
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