2022-2023学年安徽省合肥市高一（下）5月考试物理试卷（含解析）

安徽省合肥市2022-2023学年高一（下）5月考试物理试卷
第I卷（选择题）
一、单选题（本大题共7小题，共28分）
1. 物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步。下列表述正确的是( )
A. 伽利略通过逻辑推理和实验验证认为重物比轻物下落的快
B. 开普勒研究哥白尼的天文观测数据，发现了行星运动的规律
C. 卡文迪许通过实验测出了万有引力常量
D. 伽利略发现地面物体所受地球的引力、月球所受地球的引力遵从相同的规律
2. 如图所示，某变速箱中有甲、乙、丙三个齿轮，其半径分别为、、，若甲轮匀速转动的角速度为，三个轮相互不打滑，则丙轮边缘上各点的向心加速度大小为( )
A. B. C. D.
3. 如图所示，物块在与水平方向成角的恒力作用下，沿水平面向右运动一段距离在此过程中，恒力对物块做的功为( )
A. B. C. D.
4. 暗物质是二十一世纪物理学之谜，对该问题的研究可能带来一场物理学的革命。为了探测暗物质，我国曾成功发射了一颗被命名为“悟空”的暗物质探测卫星。已知“悟空”在低于同步卫星的轨道上绕地球做匀速圆周运动，经过时间小于其运动周期，运动的弧长为，与地球中心连线扫过的角度为弧度，引力常量为，则下列说法中正确的是( )
A. “悟空”的线速度大于第一宇宙速度
B. “悟空”的向心加速度等于地球同步卫星的向心加速度
C. “悟空”的环绕周期为
D. “悟空”的质量为
5. 质量的小球，从距桌面高的点下落到地面的点，桌面高，，以下判断正确的是( )
A. 以地面为零势能面，小球在点的重力势能为
B. 以桌面为零势能面，小球在点的重力势能为
C. 整个下落过程中小球重力做功
D. 整个下落过程中小球重力势能变化了
6. 如图所示，轻质不可伸长的细绳，绕过光滑定滑轮，与质量为的物体连接，放在倾角为的光滑斜面上，绳的另一端和套在固定竖直杆上的物体连接现连线恰沿水平方向，从当前位置开始以速度匀速下滑设绳子的张力为，在此后的运动过程中，下列说法错误的是( )
A. 物体做变速运动 B. 物体的速度小于物体的速度
C. 小于 D. 杆对的弹力减小
7. 北斗卫星导航系统是我国自主研制的独立运行的全球卫星导航系统北斗导航系统中有“双星定位系统”，具有导航、定位等功能．有两颗工作卫星均绕地心在同一轨道上做匀速圆周运动，轨道半径为，某时刻，两颗工作卫星分别位于轨道上的、两位置如图所示若卫星均顺时针运行，地球表面处的重力加速度为，地球半径为，不计卫星间的相互作用力．下列说法中正确的是( )
A. 卫星的线速度一定比卫星的大
B. 卫星向后喷气就一定能追上卫星
C. 卫星由位置运动到位置所需的时间为
D. 卫星所需的向心力一定等于卫星所需的向心力
二、多选题（本大题共3小题，共12分）
8. 如图，在天花板上的点系一根细绳，细绳的下端系一小球，将小球拉至水平位置，由静止释放小球。小球从位置开始沿圆弧下落到点的正下方的点的运动过程中，下面说法正确的是( )
A. 小球受到的向心力在逐渐变大 B. 重力对小球做功的平均功率为零
C. 重力对小球做功的瞬时功率逐渐增大 D. 拉力对小球不做功
9. 多选如图所示，有两个物块、，质量分别为、，是的两倍，用轻绳将两个物块连接在滑轮组上，滑轮的质量不计，轻绳与滑轮间的摩擦也不计。现将两物块从静止释放，上升一小段高度。在这一过程中，下列说法正确的是 ( )
A. 和重力势能之和不变 B. 上升到位置时的速度为
C. 轻绳的拉力大小为 D. 轻绳对和的功率大小不相等
10. 科学家通过欧航局天文望远镜在一个河外星系中，发现了一对相互环绕旋转的超大质量双黑洞系统，如图所示这也是天文学家首次在正常星系中发现超大质量双黑洞这对验证宇宙学与星系演化模型、广义相对论在极端条件下的适应性等都具有十分重要的意义若图中双黑洞的质量分别为和，它们以二者连线上的某一点为圆心做匀速圆周运动根据所学知识，下列选项正确的是( )
A. 双黑洞的角速度之比
B. 双黑洞的轨道半径之比
C. 双黑洞的线速度大小之比
D. 双黑洞的向心加速度大小之比
第II卷（非选择题）
三、实验题（本大题共2小题，共16分）
11. 在做“研究平抛运动”的实验时，让小球多次沿同一轨道运动，通过描点法画小球做平抛运动的轨迹。为了能较准确地描绘运动轨迹，下面列出了一些操作要求，将你认为正确的选项填在横线上______ 。
通过调节使斜槽的末端保持水平
每次释放小球的位置必须不同
每次必须由同一位置静止释放小球
将球的位置记录在纸上后，取下纸，用直尺将点连成折线
作出平抛运动的轨迹后，为算出其初速度，实验中需测量的数据有_________ 和_________ 用文字及字母说明其初速度的表达式为 ______ 。
在另一次实验中将白纸换成方格纸，方格边长，通过实验，记录了小球在运动途中的三个位置，如图所示，则该小球做平抛运动的初速度为______ ；点的竖直速度为______ 。
12. 某实验小组利用图甲所示装置测量角速度等物理量，实验过程如下：
按照图甲安装实验装置；
将薄纸带沿着圆盘缠绕一圈，用笔做好记号，将这一圈纸带取下来，沿着米尺展开，测得其长度为；
让纸带穿过打点计时器的限位孔，纸带上端用双面胶粘在圆盘上，下端连接一钩码。调节圆盘和打点计时器的相对位置，使圆盘所在的竖直面与打点计时器限位孔所在的竖直面垂直，保证纸带竖直悬挂；
转动圆盘，让部分纸带缠绕在圆盘上。接通电源，释放纸带，钩码通过纸带带动圆盘顺时针转动。实验得到的一段纸带如图乙所示，纸带上相邻计数点之间还有个点未画出。已知打点计时器打点的周期为，取。以下计算结果均保留三位有效数字
在打出段纸带的时间内，钩码平均速度大小是_______。
在打出点时，钩码速度大小是_______，圆盘转动的角速度大小是_______。
在打出段纸带的时间内，关于圆盘转动的角速度大小随时间的变化关系，下列可能正确的是_______。
四、计算题（本大题共3小题，共44分）
13. 如图，一个人用一根长的轻质细绳拴着一个质量的小球在竖直平面内做圆周运动，已知圆心距离地面，转动中小球在最低点时绳子刚好断裂，此时小球的速度，试求
绳子能够承受的最大拉力；
绳断后，小球落地点与点间的水平距离；
小球落地时的速率．
14. 中国自行研制、具有完全自主知识产权的“神舟号”飞船，目前已经达到或优于国际第三代载人飞船技术，其发射过程简化如下：飞船在酒泉卫星发射中心发射，由长征运载火箭送入近地点为、远地点为的椭圆轨道上，点距地面的高度为，飞船飞行圈后进行变轨，进入预定圆轨道，如图所示，设飞船在预定圆轨道上飞行圈所用时间为，若已知地球表面重力加速度为，地球半径为，求：
飞船要如何操作才能从椭圆轨道进入预定圆轨道；
飞船经过椭圆轨道近地点时的加速度大小；
椭圆轨道远地点距地面的高度
15. 如图所示，杆是竖直放置的转轴，水平轻杆的长为，端通过铰链与轴相连它们之间无摩擦，端固定小球，细线的一端固定在轴上的点、另一端连在小球上．己知小球的质量为，细线与轴的夹角，重力加速度为求：
当系统处于静止状态时，杆对小球的弹力的大小；
当轻杆对小球的弹力为零时，系统转动角速度的大小和细线上的弹力的大小．
答案和解析
1.【答案】
【解析】A.伽利略他在斜面实验中得出的结论做了合理的外推，从而确定了自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，且所有物体自由下落时的加速度都相同，与物体质量无关，故A错误；
B.开普勒研究第谷的天文观测数据，发现了行星运动的规律，故B错误；
C.卡文迪许第一次在实验室里测出了万有引力常量，故C正确；
D.牛顿发现地面物体所受地球的引力、月球所受地球的引力遵从相同的规律即满足距离平方反比规律，故D错误。
故选C。
2.【答案】
【解析】解：甲、乙、丙三个齿轮线速度相同，其半径分别为、、
则
故，
故选：。
3.【答案】
【解析】
由图可知，力和位移的夹角为，故恒力的功；故A正确，BCD错误
故选：。
4.【答案】
【解析】
【分析】
已知该太空电站经过时间小于太空电站运行的周期，它运动的弧长为，它与地球中心连线扫过的角度为弧度，根据线速度和角速度定义可求得太空站的线速度和角速度，然后根据可求得轨道半径；根据万有引力提供向心力求求得地球的质量。
本题主要考查匀速圆周运动的线速度和角速度的定义，以及其关系；人类第一台太空电站在地球的同步轨道上绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，可求得中心天体的质量，关键是熟练记忆公式。
【解答】
A.已知该太空电站经过时间小于太空电站运行的周期，它运动的弧长为，它与地球中心连线扫过的角度为弧度，则太空站运行的线速度为
角速度为：，根据得轨道半径为：，人类第一台太空电站在地球的同步轨道上绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，则有：，得，可知卫星的轨道半径越大，速率越小，第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度，故“悟空”在轨道上运行的速度小于地球的第一宇宙速度，故A错误；
B.由得：加速度，则知“悟空”的向心加速度大于地球同步卫星的向心加速度，故B错误；
C.“悟空”的环绕周期为，故C正确；
D.“悟空”绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，即：， ，联立解得：地球的质量为，不能求出“悟空”的质量，故D错误。
故选C。
5.【答案】
【解析】A.以地面为零势能面，小球在点的重力势能为，故A错误；
B.以桌面为零势能面，小球在点的重力势能为，故B错误；
C.整个下落过程中小球重力做功为，故C正确；
D.整个下落过程中小球重力势能变化了，故D错误。
故选C。
6.【答案】
【解析】
【分析】
根据运动的合成与分解，将的竖直向下的运动分解成沿着绳子方向与垂直绳子方向的两个分运动，结合平行四边形定则，即可求解。
解决“绳杆端速度分解模型”问题时应把握以下两点：确定合速度，它应是滑块的实际速度；小滑块的运动引起了两个效果：一是绳子的拉长，二是绳绕滑轮的转动。应根据实际效果进行运动的分解。
【解答】
由题意可知，将的实际运动，分解成两个分运动，如图所示：
根据平行四边形定则，可有：；因以速度匀速下滑，又在增大，所以绳子速度在增大，则处于加速运动，属于变速运动，根据受力分析，结合牛顿第二定律，则有：，对水平方向上有，所以杆对的弹力减小，故ABD正确，C错误。
本题选择错误的，故选C。
7.【答案】
【解析】A.根据万有引力提供向心力，得，轨道半径相同，线速度相等，故A错误。
B.卫星向后喷气，速度增大，万有引力不够提供向心力，做离心运动，会离开原来的圆轨道，所以在原轨道加速不会追上卫星，故B错误。
C.根据万有引力提供向心力，得， 又因为在地球表面的物体受到的重力等于万有引力，得 ，所以，故卫星由位置运动到位置所需的时间，故C正确。
D.两卫星的做圆周运动所需要的向心力等于万有引力，由于不知道两卫星的质量关系，故两卫星的向心力大小不能确定，故D错误。
故选C。
8.【答案】
【解析】A.小球从点运动到点过程中，速度逐渐增大，由向心力可知，向心力增大，故A正确；
B.平均功率不为零，故B错误；
C.该过程中重力的瞬时功率从变化到，应是先增大后减小，故C错误；
D.由于细线的拉力方向始终与小球的速度方向垂直，所以拉力对小球做的功为零，故D正确。
故选AD。

9.【答案】
【解析】A.和系统机械能守恒，的重力势能减小，的重力势能增加，重力势能之和减少，减少的重力势能转换为和的动能，故A错误；
B.由滑轮原理可知，升高时，下降，根据机械能守恒定律得：，联立即解得上升到位置时的速度为：，故B正确；
C.两物体均同时做初速度为零的匀加速直线运动，根据知，对两物体分别使用牛顿第二定律得：
，，联立解得轻绳的拉力大小为：，故C正确；
D.绳子上各处拉力大小相等，设所受绳子拉力为，则所受绳子拉力为，又因，根据知，绳子对两物体做功的功率大小相等，故D错误。
10.【答案】
【解析】
【分析】抓住双星围绕连线上的点做匀速圆周运动的向心力由彼此间的万有引力提供，因此两星做圆周运动的角速度相等，由此展开讨论即可。
抓住双星靠彼此间的万有引力提供圆周运动的向心力可知，两星做圆周运动的角速度相同这是解决本题的突破口和关键。
【解答】解：A、双黑洞绕二者连线上的某一点做匀速圆周运动，周期相等，角速度也相等，故A错误；
B、双黑洞做匀速圆周运动的向心力由它们之间的万有引力提供，向心力大小相等，设双黑洞间的距离为，由，解得双黑洞的轨道半径之比，故B正确；
C、由得双黑洞的线速度大小之比为，故C错误；
D、由得双黑洞的向心加速度大小之比为，故D正确．
故选 BD。
11.【答案】
水平位移；竖直位移；
；
【解析】、为了保证小球做平抛运动，需调整斜槽的末端水平，故A正确；
B、为了保证小球的初速度相等，每次让小球从斜槽的同一位置由静止释放，故B错误，C正确；
D、将球的位置记录在纸上后，取下纸，用平滑曲线将点连接起来，故D错误。
故选：。
根据得，，则初速度，实验中需要测量的物理量为：水平位移，竖直位移。
在竖直方向上，根据得，，小球的初速度，点的竖直分速度。
故答案为：；
水平位移 ；竖直位移 ； ．
；．
12.【答案】；、；。
【解析】由题可知，相邻两计数点的时间间隔为，所以；
打下点的速度为：。
纸带绕在圆盘上时的半径：，则此时圆盘的角速度；
由纸带数据可以看出，，所以钩码带着纸带做匀加速运动，则有，纸带绕圆盘一圈，半径不变，所以角速度。即是的一次函数，所以ACD错误，B正确。
故选：
13.【答案】解：在最低点，根据牛顿第二定律得，，
解得．
根据得，，
则水平位移．
小球落地时竖直分速度，
根据平行四边形定则知，小球落地的速率．
答：绳子能够承受的最大拉力为；
绳断后，小球落地点与点间的水平距离为；
小球落地时的速率为．
【解析】根据最低点的速度，结合牛顿第二定律求出绳子能够承受的最大拉力．
根据高度求出平抛运动的时间，结合点的速度和时间求出小球落地点与点间的水平距离．
根据速度时间公式求出落地时竖直分速度，结合平行四边形定则求出小球落地的速率．
本题考查了圆周运动和平抛运动的基本运用，知道圆周运动向心力的来源以及平抛运动在水平方向和竖直方向上的运动规律是解决本题的关键．
14.【答案】解：椭圆轨道与预定圆轨道在点相切，且圆轨道较高，所以应该从点加速才能到达预定圆轨道。
地球表面有
根据牛顿第二定律有：
由式联立解得，飞船经过椭圆轨道近地点时的加速度大小为
飞船在预定圆轨道上飞行时由万有引力提供向心力，有
由题意可知，飞船在预定圆轨道上运行的周期为
由式联立解得：。
答：从点点火加速；
飞船经过椭圆轨道近地点时的加速度为；
椭圆轨道远地点距地面的高度为。
【解析】飞船在点经椭圆轨道进入预定圆轨道时要由向心运动变为匀速圆周运动需要加速。
求出飞船在点的万有引力，根据牛顿第二定律结合万有引力等于重力求出点的加速度。
根据飞船的周期，通过万有引力提供向心力求出轨道半径，从而求出远地点距地面的高度。
解决本题的关键掌握万有引力提供向心力和万有引力等于重力这两大理论，并能熟练运用。
15.【答案】解：当系统处于静止状态时，小球受重力、拉力和杆的弹力处于平衡，
根据平衡知：
当轻杆对小球的弹力为零时，小球靠重力和拉力的合力提供向心力，
根据牛顿第二定律得：，
解得：
在竖直方向上小球合力为零，有，
解得：
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