河北省重点高中2022-2023学年高一下学期期中联考物理试题（含解析）

河北省重点高中2022-2023学年高一下学期期中联考
物理试题
注意事项：
1.答题前，考生务必将自己的姓名、考生号、考场号、座位号填写在答题卡上。
2.回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。
一、单项选择题：本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。
1.水星因快速运动，欧洲古代称它为墨丘利（），意为古罗马神话中飞速奔跑的信使神。中国古称辰星，西汉《史记》的作者司马迁从实际观测发现辰星呈灰色，与五行学说联系在一起，以黑色属水，将其命名为水星，如图所示，水星和地球都在围绕着太阳旋转，其运行轨道是椭圆。根据开普勒行星运动定律可知
A.太阳位于水星运行轨道的中心
B.水星绕太阳运行一周的时间比地球的短
C.水星靠近太阳的过程中，运行速率减小
D.水星远离太阳的过程中，它与太阳的连线在相等时间内扫过的面积逐渐增大
2.一物体在水平力的作用下在水平面内由静止开始运动。已知拉力随物体位移的变化如图所示，物体经拉力作用后到达位移处，图中曲线部分均为圆的一部分。则在这一过程中
A.拉力做功为 B.拉力做功为
C.拉力的平均功率为 D.拉力的平均功率为
3.2022年11月29日23时08分，搭载“神舟十五号”载人飞船的“长征二号”运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射，三名航天员顺利进驻中国空间站，与“神舟十四号”航天员乘组首次实现“太空会师”，对我国空间站建造具有里程碑意义。已知空间站的离地高度为，空间站的运行周期为，地球自转周期为，地球半径为，地球表面重力加速度为，引力常量为，则
A.地球的质量为 B.地球的质量为
C.地球的密度为 D.地球的密度为
4.一汽车在平直的公路上以恒定的输出功率从初速度开始加速，汽车所受阻力为自身重力的倍，汽车运动的加速度和速度倒数的关系如图所示，图中、、和均为已知量，且已知重力加速度为，则可求出的物理量有
A.的值 B.汽车的质量 C.汽车所受的阻力 D.汽车发动机的输出功率
5.如图所示，一半径为、粗糙程度处处相同的半圆形轨道竖直固定放置，直径水平。一质量为的小球（可视为质点）从点上方高为处由静止开始下落，恰好从点进入轨道。小球滑到轨道最低点时，对轨道的压力大小为，重力加速度为。则下列说法正确的是
A.小球从到克服摩擦力做的功等于 B小球从到克服摩擦力做的功等于
C.小球恰好可以到达点 D.小球一定可以冲出点
6.2022年6月23日，我国在西昌卫星发射中心使用“长征二号”运载火箭，采取“一箭三星”方式，成功将“遥感三十五号”02组卫星发射升空。卫星发射并进入轨道是一个复杂的过程，可将其简化为如图所示，发射同步卫星时是先将卫星发射至近地轨道，在近地轨道的点加速后进入转移轨道，在转移轨道上的远地点加速后进入同步轨道；已知近地轨道半径为，卫星在近地轨道运行速率为，运行周期为，同步轨道半径为。则下列说法正确的是
A.卫星在转移轨道经过点的速率可能等于
B.卫星在转移轨道上经过点时加速度等于在同步轨道上运动时经过点的加速度
C.卫星在近地轨道与同步轨道上运动的向心加速度大小之比为
D.卫星在转移轨道上运动时的周期等于
7.如图所示，轻质弹簧下端与光滑固定斜面底端栓接，上端连接物块，物块通过细线跨过光滑定滑轮与物块连接，已知斜面倾角为，物块的质量为不变，物块的质量可以改变，弹簧的原长为，物块、以及滑轮大小忽略不计。初始时在外力作用下，弹簧处于原长，细线刚好绷紧，物块、处于等高位置。挂不同质量的物块，撤去外力，让物块、自由运动；当时，物块能够上升的最大高度为；当时，物块能够下降的最大高度为：当时，物块下降时速度可能为
A. B. C. D.
二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有两个或两个以上选项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
8.如图甲所示，陀螺可在强磁性材料制成的圆轨道外侧旋转而不脱落，好像轨道对它施加了魔法一样，被称为“魔力陀螺”。它可等效看成一质点在圆轨道外侧运动的模型，如图乙所示，在竖直面内固定的强磁性圆轨道上，、两点分别为轨道的最高点与最低点。质点沿轨道外侧做完整的圆周运动，受圆轨道的强磁性引力始终指向圆心且大小恒为。当质点以速率通过点时，对轨道的压力为其重力的6倍。已知该质点的质量为，强磁性圆轨道半径为，重力加速度为，不计一切摩擦和空气阻力。下列说法正确的是
A.强磁性引力的大小为
B.只要陀螺能通过点就能做完整的圆周运动
C.磁性引力不做功，运动过程中陀螺的机械能守恒
D.陀螺做完整圆运动时在点对轨道的压力比在点对轨道的压力小，且压力差等于
9.如图所示，地球可视为质量分布均匀的球体，为地球赤道上的物体，为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星（轨道半径认为等于地球半径），为地球同步卫星。已知随地球一起做圆周运动的周期是周期的16倍，关于、、做匀速圆周运动的说法中正确的是
A.、的线速度比值为 B.、的向心加速度比值为
C.、的向心加速度比值为 D.地球赤道上和两极处的重力加速度比值为
10.如图所示，长度的水平传送带以的速度沿逆时针方向匀速转动，在传送带的左右两端连接有光滑的足够长的弧形轨道，轨道的下端水平且与传送带在同一水平面上，现将一质量为的滑块（可视为质点）从左侧弧形轨道上高为的地方由静止释放，滑块与传送带间的动摩擦因数为。重力加速度大小取，则
A.滑块第一次从传送带的左端滑到右端的过程中，摩擦力对滑块做的功为
B.滑块第一次从传送带的左端滑到右端时，滑块的速度大小为
C.滑块第一次从传送带的右端滑上传送带时，受到的摩擦力方向水平向右
D.滑块每次从滑上传送带到滑下过程中与传送带摩擦产生的内能都是相同的
三、实验题：共15分。
11.（6分）某学习小组利用图示的实验装置验证“动能定理”。滑块上固定了遮光条，滑块和光电门均放在气垫导轨上，滑块用细线连接，细线另一端绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，传感器下方悬挂钩码。
（1）关于实验的描述下列说法正确的是__________（请填写选项前对应的字母）。
A.实验过程中滑块质量应远大于钩码和力传感器的总质量
B.遮光条的宽度不影响实验结果
C.实验开始前，气垫导轨应调至水平
D.实验过程中应保持细线与气垫导轨平行
（2）实验时保持滑块的质量和钩码的质量不变，改变滑块由静止释放时与的距离，测出对应的力传感器的示数，遮光条的宽度以及遮光条通过光电门的时间，通过描点作出线性图像，研究滑块动能变化与合外力对它所做功的关系，处理数据时应作出的图像是__________（选填“图”或“图”），该图像的斜率表达式为__________。（用、、表示）
12.（9分）实验小组用图所示装置做“验证机械能守恒定律”实验，框架上装有两个光电门，光电门1可上下移动、光电门2固定；框架的竖直部分贴有长度有限的刻度尺，零刻度线在上端，可直接读出光电门1、2到零刻度线的距离、；框架水平部分安装了电磁铁，将质量为的小铁球吸住，小铁球刚好处于零刻度线位置。一断电，小铁球就由静止释放，先后经过两个光电门时，与光电门连接的传感器即可测出其通过两个光电门的时间分别为和。多次改变光电门1的位置，得到多组数据。已知当地重力加速度为。
（1）已知小铁球的直径为，当小铁球经过光电门时光电门记录下小铁球经过光电门的时间为，则小铁球通过光电门的速度为__________；
（2）若选择刻度尺的0刻度所在高度为零势能面，则小铁球经过光电门1时的机械能表达式为__________（用、、、、、和表示）。
（3）建立以为纵轴、为横轴的坐标系并描点连线，得出图线，如果图线为过原点的倾斜直线且斜率约为__________（用、、、、、和表示），则可认为在误差允许范围内机械能守恒。
四、计算题：共39分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。
13.（11分）据专家说，在太阳系边缘有一颗遥远到望远镜无法轻易观测到的未知行星。假如在此星球上，字航员站在距离地面高度处，以初速度沿水平方向抛出一个小球，经时间后小球落到星球表面，已知该星球的半径为，引力常量为，忽略该星球的自转，求：
（1）该星球表面的重力加速度；
（2）该星球的第一宇宙速度；
（3）该星球的质量。（第（3）问结果保留两位有效数字）
14.（12分）如图所示，小球的右侧通过长度为的轻杆与转轴相连，小球的左侧通过足够长的轻绳绕过定滑轮与小球相连，用手托住小球使轻杆水平时，轻绳段也水平。已知小球到定滑轮的距离为，小球的质量为，小球的质量为，重力加速度为，不计一切阻力和定滑轮质量，现将小球由静止释放，轻绳与轻杆夹角为时，求：（结果可以用根号和分数表示）
（1）此时小球的速度大小；
（2）此时杆对球的力。
15.（16分）如图所示，一粗细均匀的圆筒上端塞有一小球，筒的下端距离地面的高度为，小球质量为，筒的质量为。筒由静止自由下落，与地面发生多次弹性碰撞，即碰撞前后筒的速度大小不变；且每次碰撞过程时间极短，可认为碰撞过程中球的速度不变，整个过程中筒保持竖直方向，球始终未离开圆筒且未与地面碰撞，筒与球之间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，不计空气阻力，取。求：
（1）筒第一次与地面碰撞前瞬间的速度大小；
（2）从自由下落到筒与地面第二次碰撞前瞬间，筒与球之间摩擦产生的热量；
（3）从开始到最终筒和小球静止，摩擦力对小球做的功。
河北省重点高中2022-2023学年高一下学期期中联考
物理试题参考答案
1.B 解析：根据开普勒第一定律，水星绕太阳运行的轨道是椭圆，太阳位于椭圆的焦点处，故A错误；水星绕太阳运行的半长轴小于地球绕太阳运行的半长轴，根据开普勒第三定律，可知水星绕太阳运行一周的时间比地球的短，故B正确；水星绕太阳运行的过程中，近日点速度最大，远日点速度最小，所以水星靠近太阳的过程中，运行速率增加，故C错误；根据开普勒第二定律可知，水星远离太阳的过程中，它与太阳的连线在相等时间内扫过的面积相等，故D错误。故选B。
2.D 解析：图像中，图像与坐标轴所围成的面积大小代表这个力做功的大小，轴上方的面积代表着力做正功，轴下方的面积代表着力做负功。由题意得，整个过程中，拉力做的功为轴上方的面积减去轴下方的面积，即，故A、B错误。又因为，所以拉力的平均功率，故C错误，D正确。
3.C 解析：对空间站进行受力分析，地球对其的万有引力提供向心力：，可得，又因为，所以地球密度为，故C正确；对地球上的物体进行分析，地球对其的万有引力几乎等于重力：，得：，故B错误；对地球上的物体进行分析，地球对其的万有引力不等于地球上物体的向心力：，可得，又因为，所以地球密度为：，故A、D错误。
4.A 解析：汽车水平方向上受到牵引力和阻力的作用，由牛顿第二定律可得，同时，联立可得，将坐标代入可得：，或，因此可以求出，无法求出阻力、汽车的质量以及汽车发动机的输出功率；故选A。
5.D 解析：由题意得，在点满足，从释放点到点，由动能定理得，解得，小球从到克服摩擦力做的功等于，故A错误；因为段比段同一高度处的速度大，则段比段同一高度处的支持力大，则可知段比段克服摩擦力做功多，即段克服摩擦力做功满足，故B错误；又因为从到过程由动能定理得，解得，所以小球一定会冲出点；故选D。
6.B 解析：卫星在转移轨道点速度小于在同步轨道速度，同步轨道速度小于近地轨道速度，所以卫星在转移轨道经过点速度肯定小于，故A错误；卫星加速度的表达式为，所以卫星两次经过点时加速度相等，在近地轨道和同步轨道卫星的加速度比为，故B正确、C错误；根据开普勒第三定律可知，卫星在转移轨道周期应为，故D错误。
7.A 解析：当时，由能量守恒可得；同理当时，；解得，且。当时，由能量守恒可得，，解得，则，故选A。
8.CD 解析：在点由牛顿第二定律，解得，故A错误；以最大速度过点时，由牛顿第二定律得：，从点到点，只有重力做功，由动能定理，解得，点最大向心力为，因此不到点就离开轨道了，故B错误；磁性引力和轨道弹力均不做功，因此机械能守恒，故C正确；在最高点时，在最低点时，从点到点，只有重力做功，由动能定理，联立解得，故D正确。
9.AC 解析：的周期是的16倍，则的角速度是的，、的轨道半径相等，根据，可知、的向心加速度之比为，，可知、的线速度之比为，所以A、C正确。根据开普勒第三定律，可知的轨道半径是轨道半径的倍，、轨道半径相同，、角速度相同，根据可知、的向心加速度比值为，故B错误；设地球质量为，半径为，的周期为，的周期为，则赤道物体受力，两极物体受力，近地卫星受力，又因为，联立求得，故D错误。
10.AC 解析：滑块第一次从左端滑上传送带时的速度大小为传送带长为，摩擦力做功，得，动能定理可知，得，滑块以的速度从右端滑离传送带，故A正确、B错误；滑块以的速度从右端滑上传送带，传送带的速度为，故滑块受到的摩擦力水平向右，故C正确；滑块每次在传送带上滑行的相对位移并不相同，故生成的内能也不相同，故D错误。
11.（1）CD
（2）
解析：（1）拉力是直接通过传感器测量的，故与滑块质量和钩码质量大小关系无关，故A错误；遮光条宽度越小，实验结果越准确，故B错误；应将气垫导轨调节水平，保持拉线方向与木板平面平行，这样拉力才等于滑块受到的合力，故C、D是必要的，故选C、D。
（2）根据动能定理有，，那么，所以处理数据时应作出图。图像的斜率为。
12.（1）
（2）
（3）
解析：（1）由于小铁球通过光电门的时间极短，则小铁球通过光电门的瞬时速度会近似等于小铁球经过光电门的平均速度，所以速度为；
（2）小铁球经过光电门1时的机械钱为该位置的动能与重力势能之和为；
（3）小铁球机械能守恒有，整理得，可知以为纵轴、为横轴得出的图像的斜率为。
13.（1）；（2）；（3）
解析：（1）根据
得
（2）根据
得
（3）根据
得
14.（1） （2）
解析：（1）轻绳与轻杆夹角为时，如图所示，设轻杆转过的角度为，由图中几何关系可得
解得
球速度刚好沿绳子方向，此时有
、组成的系统满足机械能守恒，则有
联立解得
（2）设轻杆对小球的弹力大小为，以为对象，则有
解得
15.（1） （2） （3）
解析：（1）筒从开始到第一次与地面碰撞前瞬间，对筒和小球由动能定理可得
解得：
（2）筒第一次与地面碰撞后到筒与小球共速的过程，小球的加速度大小为，筒的加速度大小为，由牛顿第二定律可得
解得，
经过时间二者达到共速，此过程中小球和筒的位移分别为、，取竖直向下为正方向，由运动学公式可得
解得，，，
筒与球之间摩擦产生的热量，由功能关系可得
（3）从开始到最终筒和小球静止，设此过程小球相对筒下降的高度为，由能量守恒定律可得
摩擦力对小球做的功为，由动能定理可得
解得