2022-2023学年山东省潍坊市潍城区高一（下）期中物理试卷（含解析）

2022-2023学年潍坊市潍城区高一（下）期中物理试卷
第I卷（选择题）
一、单选题（本大题共8小题，共24分）
1. 许多科学家在物理学发展过程中做出了重要页献，下列表述正确的是
A. 牛顿运动定律既适应于物体的低速运动，也适应于物体的高速运动
B. 伽利略通过著名的扭秤实验测出了引力常量的数值
C. 卡文迪许发现了万有引力定律，被称为“称量地球的质量”的人
D. 开普勒行星运动三大定律揭示了行星的运动规律，为万有引力定律的发现奠定了基础
2. 质量为的小张坐在秋千上摆动过程中的照片如图所示，如果空气阻力忽略不计，重力加速度为，则下列说法正确的是( )
A. 运动到最低点时，秋千对小张的作用力等于
B. 运动到最低点时，小张的加速度为零，所受合力为零
C. 运动到最高点时，秋千对小明的作用力小于
D. 运动到最高点时，小明的加速度不为零，所受合力方向竖直向下
3. 年月日，中国空间站天和核心舱发射升空，准确进入预定轨道根据任务安排，后续将发射问天实验舱和梦天实验舱，计划年完成空间站在轨建造核心舱绕地球飞行的轨道可视为圆轨道，轨道离地面的高度约为地球半径的。下列说法正确的是( )
A. 核心舱进入轨道后所受地球的万有引力大小约为它在地面时的倍
B. 核心舱在轨道上飞行的速度大于
C. 核心舱在轨道上飞行的周期小于
D. 后续加挂实验舱后，空间站由于质量增大，轨道半径将变小
4. 如图所示，为在地球赤道表面随地球一起自转的物体，为绕地球做匀速圆周运动的近地卫星，轨道半径可近似为地球半径。假设与质量相同，地球可看作质量分布均匀的球体，比较物体和卫星( )
A. 角速度大小近似相等
B. 线速度大小近似相等
C. 向心加速度大小近似相等
D. 所受地球引力大小近似相等
5. 如图所示，球网高出桌面，网到桌边的距离为某人在乒乓球训练中，从左侧处，将球沿垂直于网的方向水平击出，球恰好通过网的上沿落到右侧桌边缘．设乒乓球运动为平抛运动．则( )
A. 乒乓球在左、右两侧运动速度变化量之比为：
B. 乒乓球在网左右两侧运动时间之比为：
C. 乒乓球过网时与落到桌边缘时速率之比为：
D. 击球点的高度与网高度之比为：
6. 如图，两小球、从同一高度分别以和的初速度水平抛出，都落在了倾角的斜面上的点，其中小球垂直打到斜面上，已知，则、大小之比为( )
A. B. C. D.
7. 如图所示，质量不计的轻质弹性杆插入桌面上的小孔中，杆的另一端固定一质量为的小球，今使小球在水平面内做半径为的匀速圆周运动，角速度为，则下列说法正确的是重力加速度为( )
A. 球所受的合外力大小为 B. 球所受的合外力大小为
C. 球对杆作用力的大小为 D. 球对杆作用力的大小为
8. 嫦娥三号探测器于年月日点分，在西昌卫星发射中心发射．嫦娥三号携玉兔号月球车首次实现月球软着陆和月面巡视勘察，并开展月表形貌与地质构造调查等科学探测．探测器发射后直接进入地月转移轨道，最终被月球引力捕获，成为绕月卫星，并开展对月球的探测，运动轨迹如图所示．已知月球质量与地球质量之比为，月球半径与地球半径之比为，则( )
A. 探测器在月球表面附近圆形轨道运行与在地球表面附近圆形轨道运行向心力之比为
B. 探测器在月球表面附近圆形轨道运行与在地球表面附近圆形轨道运行周期之比为
C. 月球的第一宇宙速度是地球的第一宇宙速度的倍
D. 月球表面重加速度是地球表面重力加速度的倍
二、多选题（本大题共4小题，共16分）
9. “荡秋千”是小孩常玩的游戏之一、小孩在荡秋千的过程中，若空气阻力忽略不计，小孩的质量为，重心距悬点的距离为，小孩运动到最低点的速度为，取则下列说法正确的是( )
A. 小孩所受合外力不是始终指向其做圆周运动的圆心
B. 小孩运动到最高点时加速度为零
C. 小孩运动过最低点时秋千对小孩的作用力为
D. 小孩运动过最低点时秋千对小孩的作用力为
10. 如图所示，甲、乙两颗卫星以相同的轨道半径分别绕质量为和的行星做匀速圆周运动，下列说法正确的是( )
A. 甲的线速度比乙的大 B. 甲的角速度比乙的大
C. 甲的运行周期比乙大 D. 甲的向心加速度比乙的小
11. 人类登上火星，考察完毕后，乘坐一艘宇宙飞船从火星返回地球时，经历了如图所示的变轨过程，则有关这艘飞船的下列说法正确的是( )
A. 飞船在轨道Ⅰ上经过点时的速度小于飞船在轨道Ⅱ上经过点时的速度
B. 飞船在轨道Ⅱ上运动时，经过点时的速度大于经过点时的速度
C. 飞船在轨道Ⅲ上运动到点时的加速度等于飞船在轨道Ⅱ上运动到点时的加速度
D. 飞船绕火星在轨道Ⅰ上运动的周期跟飞船返回地球的过程中绕地球以与轨道Ⅰ同样的轨道半径运动的周期相同
12. 如图所示，行星绕太阳的公转可以看成匀速圆周运动。在地图上容易测得地球水星连线与地球太阳连线夹角，地球金星连线与地球太阳连线夹角，两角最大值分别为、则( )
A. 水星的公转周期比金星的大
B. 水星的公转向心加速度比金星的大
C. 水星与金星的公转轨道半径之比为
D. 水星与金星的公转线速度之比为
第II卷（非选择题）
三、实验题（本大题共2小题，共14分）
13. 某同学用如图甲所示装置做探究向心力大小与线速度大小的关系装置中光滑水平直杆随竖直转轴一起转动，一个滑块套在水平光滑杆上，用细线将滑块与固定在竖直转轴上的力传感器连接，当滑块随水平杆一起转动时，细线的拉力就是滑块做圆周运动需要的向心力拉力的大小可以通过力传感器测得，滑块转动的线速度可以通过速度传感器测得．
要探究向心力大小与线速度大小的关系，采用的方法是 ．
A.控制变量法
B.等效替代法
C.微元法
D.放大法
实验中，要测量滑块做圆周运动时的半径，应测量滑块到 选填“力传感器”或“竖直转轴”的距离．
若仅多次改变竖直转轴转动的快慢，测得多组力传感器的示数及速度传感器的示数，将测得的多组、值，在图乙坐标系中描点，请将描出的点进行作图若测得滑块做圆周运动的半径为，由作出的图线可得滑块与速度传感器的总质量 结果保留两位有效数字．
14. 某同学利用图所示装置研究平抛运动的规律。实验时该同学使用频闪仪和照相机对做平抛运动的小球进行拍摄，频闪仪每隔发出一次闪光，某次拍摄后得到的照片如图所示图中未包括小球刚离开轨道的影像。图中的背景是放在竖直平面内的带有方格的纸板，纸板与小球轨迹所在平面平行，其上每个方格的边长为。该同学在实验中测得的小球影像的高度差已经在图中标出。
完成下列填空：结果均保留位有效数字
小球运动到图中位置时，其速度的水平分量大小为__________，竖直分量大小为___________；
根据图中数据可得，当地重力加速度的大小为___________。
四、计算题（本大题共4小题，共46分）
15. 万有引力定律清楚的向人们揭示复杂运动的背后隐藏着简洁的科学规律，天上和地上的万物遵循同样的科学法则。
已知引力常数、地面的重力加速度和地球半径，根据以上条件，求地球的质量；
随着我国“嫦娥三号”探测器降落月球，“玉兔”巡视器对月球进行探索，我国对月球的了解越来越深入。若已知月球半径为，月球表面的重力加速度为，嫦娥三号在降落月球前某阶段绕月球做匀速圆周运动的周期为，试求嫦娥三号该阶段绕月球运动的轨道半径。
16. 如图所示，半径为的光滑半圆轨道竖直放置，质量为的钢球从点射入。通过轨道的最高点后水平抛出，落在点左侧离点处的点。重力加速度。求：
小球在点时速度的大小；
小球在点时对轨道的压力。
17. 如图所示，已知绳长，水平杆长，小球的质量 ，整个装置可绕竖直轴转动，当该装置从静止开始转动，最后以某一角速度稳定转动时，绳子与竖直方向成角．
试求该装置转动的角速度；
此时绳的张力．
18. 如图甲所示是一个滑雪赛道的示意图，运动员沿倾斜雪道从点由静止滑下，经过一段时间后从点沿水平方向飞出，落在雪道上的点。已知点是第二段雪道的起点，第二段雪道与水平面的夹角，、间的距离，运动员可视为质点，第二段雪道足够长，不计空气阻力，，，重力加速度，求：
运动员从点水平飞出到落在点所用的时间；
运动员从点水平飞出时的速度大小；
运动员飞行过程中，离雪道斜面最远时的速度大小；
如图乙，若在点安装一斜向上光滑直轨道长度忽略，以相同速率在点滑出并落至等高平台上的点，求落点与点之间的距离。
答案和解析
1.【答案】
【解析】、牛顿运动定律只适应于宏观物体、低速运动，故A错误；
B、卡文迪许通过著名的扭秤实验测出了引力常量的数值，故B错误；
C、牛顿发现万有引力定律，卡文迪许测出了引力常量的数值，使万有引力定律具有实际的应用意义，被称为“称量地球的质量”的人，故C错误；
D、开普勒通过对第谷的观测资料的研究，提出行星运动三大定律揭示了行星的运动规律，为万有引力定律的发现奠定了基础，故D正确。
故选：。
2.【答案】
【解析】、运动到最低点，由向心力指向圆心，可知秋千拉力大于重力，加速度不为零，所受合力不为零，故AB错误；
、运动到最高点，速度为零，根据沿绳方向合力为零，重力分解为沿绳的分力及垂直于绳的分力，可知重力大于秋千作用力，即秋千对小明的作用力小于，合力方向沿圆周运动切线方向，故C正确，D错误。
故选：。
3.【答案】
【解析】、由题意知，核心舱进入轨道后所受地球的万有引力为，而在地面上的引力大小为，所以，故A错误；
B、是第一宇宙速度，是贴近地面卫星做匀速圆周运动的速度，对核心舱，由万有引力提供向心力有：，解得：，因为，所以核心舱的飞行速度应小于，故B错误；
C、同步卫星的周期为，与同步卫星相比，核心舱的轨道半径远小于同步卫星，根据开普勒第三定律可得，故核心舱的运动周期小于同步卫星的周期，故C正确；
D、后续加挂实验舱后，根据上述环绕速度公式知，环绕速度大小与环绕卫星的质量无关，但只要运行速度不变，则轨道半径不变，故D错误。
故选：。
4.【答案】
【解析】根据万有引力提供向心力，由牛顿第二定律得：，解得线速度为：，近地卫星的半径小于同步卫星，则近地卫星的线速度大于同步卫星；同步卫星与地球自转角速度相同，半径大于地球半径，同步卫星线速度大于的线速度，则近地卫星线速度大于的线速度；近地卫星线速度大于的线速度，半径近似相等，由公式，可知近地卫星角速度大于的角速度，故AB错误；
C.近地卫星线速度大于的线速度，半径近似相等，由向心加速度公式可知近地卫星向心加速度大小大于的向心加速度大小，故C错误；
D.由万有引力公式得：，与质量相同，半径近似相等，与所受地球引力大小近似相等，故D正确。
故选：。
5.【答案】
【解析】、乒乓球做的是平抛运动，水平方向做匀速运动，网左侧的水平位移与右侧水平位移之比是：，由知，乒乓球在网左右两侧运动时间之比为：，根据，可得乒乓球在左、右两侧运动速度变化量之比为：；故AB错误；
C、球恰好通过网的上沿的时间为落到右侧桌边缘的时间的，竖直方向做自由落体运动，根据可知，球恰好通过网的上沿的竖直分速度与落到右侧桌边缘的竖直分速度之比为：，根据可知，乒乓球过网时与落到桌边缘时速率之比不是：，故C错误；
D、网右侧运动时间是左侧的两倍，球在竖直方向做自由落体运动，根据可得：，在网左侧下落的高度和整个高度之比为：，所以击球点的高度与网高之比为：，故D正确；
故选：
乒乓球做的是平抛运动，平抛运动可以分解为在水平方向上的匀速直线运动和竖直方向上的自由落体运动，分别根据匀速直线运动和自由落体运动的运动规律列方程求解即可．
本题是对平抛运动规律的考查，平抛运动可以分解为在水平方向上的匀速直线运动和竖直方向上的自由落体运动，根据分运动的规律和分运动的同时性来研究．
6.【答案】
【解析】两球抛出后都做平抛运动，两球从同一高度抛出落到同一点，它们在竖直方向的位移相等，小球在竖直方向做自由落体运动，由于竖直位移相等，它们的运动时间相等；
对球：，
解得：，
球垂直打在斜面上，则有：，
则：。
故选：。
7.【答案】
【解析】、小球所受合力提供匀速圆周运动的向心力，即故A、B错误．
、小球受重力和杆子对它的作用力，根据力的合成有：，所以故C错误，D正确．
故选D．
8.【答案】
【解析】、探测器受到的万有引力，由于万有引力提供向心力，故万有引力之比即为向心力之比，所以，故A错误；
B、根据万有引力提供向心力，得，所以，故B错误；
C、根据万有引力提供向心力，得第一宇宙速度为，所以，故C正确；
D、根据重力等于万有引力，得重力加速度，所以，故D错误．故选：．
9.【答案】
【解析】、小孩所受合外力是重力和秋千拉力的合力，根据平行四边形定则分析可知合外力方向小孩所受合外力并不是始终指向其做圆周运动的圆心，故A正确；
B、小孩运动到最高点时，速度为零，向心力为零，即重力沿绳子方向的分力和拉力的合力为零，则小孩的合力为重力沿轨迹切线方向的分力，因此，小孩运动到最高点时合力不为零，则加速度不为零，故B错误；
、小孩运动过最低点时，对小孩，由牛顿第二定律得：，据题知，，，解得秋千对小孩的作用力：，故C正确，D错误。
故选：。
小孩所受合外力是重力和秋千拉力的合力，根据平行四边形定则分析合外力方向；根据小孩运动到最高点时受力情况，确定其加速度大小；根据牛顿第二定律求小孩运动过最低点时秋千对小孩的作用力。
本题要注意小孩运动过程中的受力情况，根据指向圆心的合力提供向心力，判断小孩向心力的来源，要注意小孩运动到最高点的特点为速度为零，加速度不为零。
10.【答案】
【解析】
【分析】
根据万有引力提供向心力得出各物理量的表达式，结合题意和已知量可以比较个物理量的关系。
在处理人造卫星问题时，要熟记人造卫星的线速度、角速度、周期和向心加速度与轨道半径的关系。
【解答】
根据万有引力提供向心力得：
卫卫卫卫
可得，，，
由题意：甲、乙两颗卫星以相同的轨道半径分别绕质量为和的行星做匀速圆周运动，所以：
甲的线速度比乙的小，甲的角速度比乙的小，甲的运行周期比乙大，甲的向心加速度比乙的小，故CD正确；
故选：。
11.【答案】
【解析】飞船在轨道Ⅰ上经过点时需点火加速做离心运动，才能进入轨道Ⅱ，则飞船在轨道Ⅰ上经过点时的速度小于飞船在轨道Ⅱ上经过点时的速度，故A正确；
B.由开普勒第二定律可知，飞船在轨道Ⅱ上运动时，离火星越近速度越大，经过点时的速度大于经过点时的速度，故B正确；
C.根据万有引力提供向心力有
解得
可知，飞船运动到同一点的加速度相等，故C正确；
D.根据万有引力提供向心力有
解得
由于火星的质量与地球质量不相等，则飞船绕火星在轨道Ⅰ上运动的周期跟飞船返回地球的过程中绕地球以与轨道Ⅰ同样的轨道半径运动的周期不同，故D错误。
故选：。
飞船由低轨到高轨要点火加速，同一点低轨的速度小于高轨的速度，经过点的万有引力一样则加速度一样。由
，判断周期的大小。
本题要知道飞船在轨道Ⅰ上运动到点时与飞船在轨道Ⅱ上运动到点时受到的万有引力大小相等，根据牛顿第二定律可知加速度必定相等，与轨道和其它量无关。
12.【答案】
【解析】
【分析】
由万有引力提供向心力可确定周期，向心加速，线速度表达式，可确定其比值或比较大小关系；根据与水星的公转半径，地球的公转半径几何关系，与金星的公转半径，地球的公转半径几何关系推导出水星与金星的公转轨道半径之比。
【解答】
根据万有引力提供向心力有可得，，由图可知水星的公转半径比金星的公转半径小，故可知水星的公转周期比金星小；水星的公转向心加速度比金星的大，故A错误，B正确；
C.设水星的公转半径为，金星的公转半径为，地球的公转半径为，由数学几何关系可知，当角最大时有，当角最大时有，所以水星与金星的公转轨道半径之比，故C正确；
D.根据万有引力提供向心力有可得，代入选项水星与金星的公转轨道半径结果可得，故D错误。故选BC。
13.【答案】；
竖直转轴；
；
【解析】
【分析】
研究一个物理量与多个物理量的关系，先要控制一些物理量不变再进行研究，这种方法叫控制变量法；
根据表格中的数据，做出图线，结合向心力的公式，通过图线的斜率求出滑块与速度传感器的总质量。
本题考查的是探究向心力大小与线速度大小的关系的实验，该实验采取的是控制变量法，具有一定的创新性。
【解答】
要探究影响向心力大小与线速度的关系，保持滑块与速度传感器的总质量和运动半径不变，采用的实验方法是控制变量法，故A正确；
实验中，因为滑块在水平方向上做圆周运动，故要测量滑块做圆周运动的半径时，应测量滑块到竖直转轴的距离；
作出图线，如图所示：
根据知图线的斜率为：，
则有：，
代入数据解得：。
故答案为：；
竖直转轴；
；。
14.【答案】；；
【解析】小球在水平方向做匀速直线运动，由图可知，则水平分速度，代入数据得，
竖直方向做自由落体运动，可运用匀变速直线运动规律求解，匀变速直线运动中间时刻速度等于全过程平均速度，
若在点时竖直分速度记为，则有，其中，解得：。
小球在竖直方向做匀加速直线运动，由可知，重力加速度为：
。
故答案为：；；
小球做平抛运动，在分析处理数据时应将运动分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的匀变速直线运动进行处理，结合题干给出的时间以及图中竖直位移的数据进行求解。
本题主要考查研究平抛运动的实验，要求学生能运用平抛运动规律，对实验数据进行分析处理。
15.【答案】设地球质量为某物体质量为，
地球表面的物体受到的重力可以近似看作等于地球对它的万有引力，
即：，解得地球质量：；
对月球上的某物体受到的重力等于万有引力：，
对嫦娥三号绕月运行，由牛顿第二定律得：，
解得：；
答：地球的质量为；
嫦娥三号该阶段绕月球运动的轨道半径为。
16.【答案】设钢球从点射出时的速度为，根据平抛运动规律有：
其中，
代入数值解得：
小球在点时，根据牛顿第二定律可得：
代入数值解得
根据牛顿第三定律可得小球在点时对轨道的压力为
方向竖直向上。
答：小球在点时速度的大小为；
小球在点时对轨道的压力为，方向竖直向上。
【解析】根据平抛运动不同方向上的运动特点，结合运学公式得出点速度的大小；
根据牛顿第二定律和牛顿第三定律得出小球在点时对轨道的压力。
本题主要考查了圆周运动的相关应用，理解平抛运动不同方向上的运动特点，结合牛顿第二定律即可完成分析。
17.【答案】小球最后作匀速圆周运动，拉力与重力的合力提供向心力，
则有：，
所以角速度：
对小球受力分析，重力与绳子的拉力，因此合力的方向在运动平面内
根据力的合成与分解，则有此时绳的拉力：
答：
试求该装置转动的角速度为；
此时绳的张力为；
【解析】球在水平面内做匀速圆周运动，由重力和绳的拉力的合力提供向心力，半径，由牛顿第二定律求解角速度．
球在竖直方向力平衡，求解绳的拉力大小．
本题是圆锥摆问题，关键分析小球的受力情况和运动情况，容易出错的地方是圆周运动的半径．
18.【答案】平抛运动竖直方向上做自由落体
根据几何关系可知，
代入数据得：
联立解得：
水平方向有：
根据几何关系有：
代入数据得：
解得：
离斜面最远时，速度方向与斜面平行，有
此时，
则
联立解得：
由竖直方向分运动得飞行时间：
则水平方向上：
联立解得：
答：运动员从点水平飞出到落在点所用的时间为；
运动员从点水平飞出时的速度大小为；
运动员飞行过程中，离雪道斜面最远时的速度大小为；
落点与点之间的距离为。