山东省泰安市部分中学2022-2023学年高一下学期期中考试物理试题（Word版含答案）

泰安市部分中学2022-2023学年高一下学期期中考试
物理试题
考试范围：第六、七、八章 考试时间：90分钟
第I卷（选择题）
一、单选题（每小题3分，共24分）
1.下列物体在运动过程中，机械能守恒的是（ ）
A.沿粗糙的斜面向下做匀加速运动的木块
B.在空中向上做匀速运动的氢气球
C.做平抛运动的铁球
D.被起重机拉着向上做匀速运动的货物
2.自行车是践行低碳生活理念的重要绿色交通工具。如图所示为自行车传动结构的核心部件，大齿轮、小齿轮、后轮的半径互不相等，a、b、c分别为三个轮边缘上的点，当大齿轮匀速转动时（ ）
A.a、b角速度的大小相等 B.b、c线速度的大小相等
C.a的向心加速度比c小 D.c的向心加速度比b小
3.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ω
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ω
4.如图所示为一种叫做“魔盘”的娱乐设施，当转盘转动很慢时，人会随着“魔盘”一起转动，当“魔盘”转动到一定速度时，人会“贴”在“魔盘”竖直壁上，而不会滑下。若魔盘半径为r，人与魔盘竖直壁间的动摩擦因数为μ，在人“贴”在“魔盘”竖直壁上，随“魔盘”一起运动过程中，则下列说法正确的是（ ）
A.人随“魔盘”转动过程中受重力、弹力、摩擦力和向心力作用
B.如果角速度变大，人与器壁之间的摩擦力变大试卷
C.如果角速度变大，人与器壁之间的弹力不变
D.“魔盘”的角速度一定不小于
5.甲图是洗衣机脱水桶甩干衣服的情境，乙图是两个圆锥摆，丙图是完全相同的两个小球在内壁光滑的固定倒圆锥内做匀速圆周运动。关于这三种圆周运动，下列说法正确的是（ ）
甲 乙 丙
A.甲图中衣服随脱水桶一起匀速转动的过程中，桶对衣服的摩擦力提供向心力
B.乙图中两小球的线速度大小相等
C.乙图中两小球具有相同的运动周期
D.丙图中a球的角速度大于b球的角速度
6.有a、b、c、d四颗地球卫星，a还未发射，在地球赤道上随地球表面一起转动，b是近地卫星，c是地球同步卫星，d是高空探测卫星，四颗卫星的运动轨迹都是圆，各卫星的位置如图所示，则（ ）
A.a的向心加速度等于重力加速度g B.b在相同时间内转过的弧长最长
C.b的转动周期大于a的转动周期 D.c的转动角速度小于d的转动角速度
7.轻质弹簧右端固定在墙上，左端与一质量m=0.5kg的物块相连，如图甲所示。弹簧处于原长状态，物块静止，物块与水平面间的动摩擦因数μ=0.2。以物块所在处为原点，水平向右为正方向建立x轴，现对物块施加水平向右的外力F，F随x轴坐标变化的情况如图乙所示。物块运动至x=0.4m处时速度为零，则此过程物块受到的力F和摩擦力做功之和为（g取）（ ）
甲 乙
A.3.1J B.3.5J C.1.8J D.2.0J
8.放在粗糙水平地面上的物体受到水平拉力的作用，在0～6s内其速度与时间的关系图象和拉力的功率与时间的关系图象如图所示。下列说法正确的是（ ）
A.物体的质量为 B.滑动摩擦力的大小为5N
C.0～6s拉力做的功为30J D.0～2s内拉力做的功为20J
二、多选题（每小题4分，共16分。选对但不全的得2分）
9.如图所示，在水平转台上放一个质量M=2.0kg的木块，它与转台间最大静摩擦力，绳的一端系在木块上，穿过转台的中心孔O（孔光滑），另一端悬挂一个质量m=1.0kg的物体，当转台以角速度速转动时，木块相对转台静止，木块到O点的距离是2m，则转台的角速度可以为（g取，M、m均视为质点）（ ）
A.0.5rad/s B.1.5rad/s C.2.9rad/s D.1.9rad/s
10.我国北斗卫星导航系统最后一颗组网卫星是一颗地球静止同步卫星。如图所示，发射这类卫星时，通常先将卫星发送到一个离地面较近的圆周轨道I上，这时卫星的运行周期为，加速度大小为，速度大小为，机械能为；然后通过一个椭圆轨道Ⅱ进行转移，这时卫星的运行周期为，机械能为，P为轨道Ⅱ的近地点，卫星的速度大小为，加速度大小为，远地点为Q，卫星的速度大小为，加速度大小为；最后在同步轨道Ⅲ上正常运行，此时卫星运行的周期为，加速度大小为，速度大小为，机械能为。下列关系正确的是（ ）
A. B.
C. D.
11.如图所示，圆弧半径为R、内径很小的光滑半圆管竖直放置在水平地面上，两个质量均为m的小球A、B以不同的速度进入管内（小球直径略小于半圆管横截面直径），A通过最高点C时，对管壁上部压力为3mg，B通过最高点C时，对管壁上下部均无压力，则关于小球A、B通过最高点C时的速度、及A、B两球落地点间的距离x，下列选项中正确的是（重力加速度大小为g）（ ）
A. B. C. D.
12.如图所示，a、b两物块质量分别为2m、3m，用不计质量的细绳相连接，悬挂在定滑轮的两侧。开始时，a、b两物块距离地面高度相同，用手托住物块b，然后由静止释放，直至a、b物块间高度差为h，不计滑轮质量和一切阻力，重力加速度为g。在此过程中，下列说法正确的是（ ）
A.物块a、b组成的系统机械能守恒 B.物块a速度为
C.物块b的加速度为 D.物块b的机械能减少了
第II卷（非选择题）
三、实验题（共14分）
13.（6分）如图所示为“向心力演示仪”及配套小球，图中1、2、3为放置小球的卡槽，卡槽1和3到各自转轴的距离相等；变速盘由左、右两部分构成，两侧各有三个半径不等的圆盘。实验中左、右圆盘可通过皮带连接，转动转子时左、右套筒下降，标尺露出的格子数可显示小球转动过程中向心力的大小。结合图示，完成下列问题：
（1）本实验采用的实验方法是___________
A.控制变量法 B.等效法 C.模拟法
（2）在小球质量和转动半径相同的情况下，逐渐加速转动手柄到一定速度后保持匀速转动。此时左、右标尺露出的红白相间等分标记的比值等于两小球的___________之比（填“线速度大小”“角速度平方”或“周期平方”）；在加速转动手柄过程中，左、右标尺露出红白相间等分标记的比值___________（填“不变”“变大”或“变小”）。
14.（8分）在“验证机械能守恒定律”的实验中，质量m＝1kg的重物自由下落，在纸带上打出一系列的点，如图所示（相邻两计数点时间间隔为0.02s）。那么
（1）打点计时器打下计数点B时，重物的速度______m/s；
（2）从起点O到打下计数点B的过程中重物重力势能减少量是______J，此过程中重物动能的
增加量______J（本题答案保留三位有效数字，g取）；
（3）通过计算，数值上_____（选填“>”、“＝”或“<”），这是因为______。
四、解答题（共46分）
15.（8分）据报道，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，求：
（1）该行星的第一宇宙速度；
（2）如果该行星存在一颗同步卫星，其距行星表面高度。
16.（12分）如图所示，质量为m=2kg的物体静止在水平地面上，受到与水平地面夹角为θ=37°，大小F=20N的拉力作用，物体移动的距离L=4m物体与地面间的动摩擦因数μ=0.5，g取。（sin37°=0.6，cos37°=0.8）求：
（1）拉力F所做的功；
（2）摩擦力所做的功；
（3）L=4m处拉力F做功的瞬时功率。
17.（12分）质量为2t的汽车，沿倾角为37°的斜坡由静止开始运动，汽车在运动过程中所受摩擦阻力大小恒为2000N，汽车发动机的额定输出功率为126kW（sin37°=0.6，cos37°=0.8）。
（1）若汽车以额定功率启动，汽车所能达到的最大速度是多少？
（2）当汽车的速度为4m/s时，加速度是多少？
（3）若汽车以恒定的加速度2m/s启动，这一过程能维持多长时间？
18.（14分）如图所示，在竖直平面内，粗糙的斜面轨道AB的下端与光滑的圆弧轨道BCD相切于B，C是最低点，圆心角∠BOC=37°，D与圆心O等高，圆弧轨道半径R=1.0m，现有一个质量为m=0.2kg、可视为质点的小物体，从D点的正上方E点处自由下落，D、E两点间的距离h=1.6m，物体与斜面AB之间的动摩擦因数μ=0.5，取sin37°=0.6，cos37°=0.8，.不计空气阻力，求：
（1）物体第一次通过C点时轨道对物体的支持力的大小；
（2）要使物体不从斜面顶端飞出，斜面的长度L至少要多长；
（3）若斜面已经满足（2）的要求，物体从E点开始下落，直至最后在光滑圆弧轨道做周期性运动，求在此过程中系统损失的机械能E的大小
期中考试物理试题参考答案
1.C
【详解】A.沿粗糙的斜面向下做匀加速运动的木块，摩擦力对木块做负功，机械能减少，A错误；
B.在空中向上做匀速运动的氢气球，氢气球动能不变，重力势能变大，机械能变大，B错误；
C.做平抛运动的铁球，只受重力作用，机械能守恒，C正确；
D.被起重机拉着向上做匀速运动的货物，动能不变，重力势能变大，机械能变大，D错误。
2.C
【详解】A.由于大齿轮和小齿轮通过链条连接，因此，两点线速度的大小相等，角速度不等，A错误；
B.由于小齿轮和后轮同轴转动，因此、两点角速度相等，线速度大小不等，B错误；
D.根据 、两点角速度相等，因此向心加速度比小，D错误；
C.根据 ，两点线速度的大小相等，因此向心加速度比小，结合D选项分析可知的向心加速度比小，C正确。
3.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。
4.D
【详解】A.人随“魔盘”转动过程中受重力、弹力、摩擦力，向心力由弹力提供，故A错误；
B.人在竖直方向受到重力和摩擦力，二力平衡，则知转速变大时，人与器壁之间的摩擦力不变，故B错误；
C.如果转速变大，角速度变大，由可知人与器壁之间的弹力变大，故C错误；
D.人恰好贴在魔盘上时，有
又解得角速度为故“魔盘”的转速一定大于或等于，故D正确。
5.C
【详解】A.甲图中衣服随脱水桶一起匀速转动的过程中，桶对衣服的支持力提供向心力，故A错误；
BC.设做圆锥摆运动的小球质量为，摆绳与竖直方向的夹角为，摆球与悬点的高度差为，线速度大小为，周期为。根据牛顿第二定律有
解得 由上述两式可知乙图中两小球的线速度大小不等，周期相等，故B错误，C正确；
D.由题意易知丙图中、两球的向心力大小相等，则向心加速度大小相等，即
因为所以故D错误。
6.B
【详解】A.在地球赤道上随地球表面一起转动，所需向心力不是由重力提供的，故
则A错误；
B.由得
卫星的轨道半径越大，线速度越小，的线速度大于、的线速度，、的角速度相等，根据知，的线速度大于的线速度，所以的线速度最大，在相同时间内转过的弧长最长，B正确；
CD.由得
可知，圆周运动的运动半径越大，角速度越小，、、中的角速度最小，、的角速度相等，的角速度最大，根据可知的周期最小，CD错误。
7.A
【详解】物块与水平面间的摩擦力为
现对物块施加水平向右的外力，由图像与轴所围面积表示功可知做功为
克服摩擦力做功
则物块受到的力和摩擦力做功之和为
8.A
【详解】B.由题图知，在内，物体做匀速直线运动且速度，，有
则滑动摩擦力为故B错误；
A.当时，，得到牵引力
内物体的加速度根据牛顿第二定律得代入数据可得故A正确。
CD.在内，由图像围成的面积表示拉力做的功，可得
同理在内，拉力做的功
故拉力做的功为故CD错误。
9.BD
【详解】根据题意可知，当受到指向圆心的最大静摩擦力时，木块相对转台静止做圆周运动的合力最大，由牛顿第二定律有代入数据解得
当受到背向圆心的最大静摩擦力时，木块相对转台静止做圆周运动的合力最小，由牛顿第二定律有代入数据解得
则转台的角速度的取值范围为
10.AC
【详解】A.轨道I的半径小于轨道II的半长轴，轨道II的半长轴小于轨道III的半径，由开普勒第三定律可得故A正确；
B.卫星从轨道变轨到轨道，需在点加速，则有
卫星从轨道II变轨到轨道III，需在点加速，则有
卫星绕地做匀速圆周时，有可得
由上式可知，由于轨道半径小于轨道III半径，所以
综上可得故B错误；
C.由牛顿第二定律，卫星在点时有
卫星在点时有
由于，所以有故C正确；
D.卫星从轨道I变轨到轨道II，需要在点加速，从轨道II变轨到轨道III，需要在点加速，故有故D错误。
11.BCD
【详解】CD.在最高点，对球有解得
对B球有解得
故CD正确；
AB.离开圆管后两球均做平抛运动，由平抛运动规律可得落地时A、B的水平分位移分别为 则故A错误，B正确。
12.ABD
【详解】A.由题意可知，在不计滑轮质量和一切阻力的情况下，静止释放、两物，物块、组成的系统中只有重力做功，则物块、组成的系统机械能守恒，故A正确；
BD.块、组成的系统，运动过程中物块、的速度大小始终相同，根据机械能守恒，在、物块间高度差为时，有解得
则可知物块的机械能的减少量为解得
故BD正确；
C.对整体，由牛顿第二定律有解得
故C错误。
13.O 0.98m/s 0.49 0.48 > 存在摩擦阻力有机械能损失
【详解】（1）[1]与重物相连的纸带一端应该先打出点，重物做匀加速，纸带上点间距应越来越大，先打出点的速度较小间距较小，从纸带图上可以看出是点；
（2）[2]利用匀变速直线运动的推论可知
（3）[3]从到重力势能减小量为
[4]从起点到物体动能的增加量为
（4）[5][6]通过计算，数值上
这是由于存在摩擦阻力有机械能损失，减少的重力势能有一部分转化为内能，故动能的增加量稍小。
14.A 角速度平方 不变
【详解】（1）[1]本实验探究向心力与质量、半径和角速度之间的关系，先控制其中两个物理量不变，探究向心力与另一个物理量的关系，则采用的实验方法是控制变量法。
故选A。
（2）[2]根据
在小球质量和转动半径相同的情况下，逐渐加速转动手柄到一定速度后保持匀速转动。此时左、右标尺露出的红白相间等分标记的比值等于两小球的角速度平方之比。
[3]在加速转动手柄过程中，由于两变速盘的半径之比不变，则两小球的角速度平方之比不变，左、右标尺露出红白相间等分标记的比值不变。
15.（1） （2）
【详解】（1）根据.
得行星表面的重力加速度
根据
得行星的第一宇宙速度
（2）根据星球表面
得行星的质量
根据
又
解得
16.（1） （2） （3）
【详解】（1）根据题意，由公式可得，拉力做功为
（2）根据题意，由平衡条件有
又有
由公式可得，摩擦力做功为
联立代入数据解得
（3）根据题意，由牛顿第二定律有
又有
拉力做功的瞬时功率为
联立代入数据解得
17.（1）； （2）； （3）
【详解】（1）当达到最大速度时，有
根据
得汽车的最大速度为
（2）当汽车的速度为时牛引力
此时的加速度
（3）若汽车以恒定的加速度启动，则牵引力
解得
匀加速结束时的速度
用时间
18.（1）； （2）； （3）
【详解】（1）物体从到，由机械能守恒得
在点，由牛顿第二定律得
联立解得
（2）对从到的过程，由动能定理得
联立解得
故斜面长度至少为。
（3）因为
解得
所以，物体不会停在斜面上，物体最后以为中心，为一侧最高点沿光滑圆弧轨道做周期性运动。从点开始直至最后，系统因摩擦而损失的机械能等于、两点间的重力势能，即