2022-2023学年河南省洛阳市重点中学高一（下）5月物理试卷（含解析）

2022-2023学年河南省洛阳市重点中学高一（下）5月物理试卷
一、单选题（本大题共6小题，共24.0分）
1. 在冬奥会短道速滑项目中，运动员在通过弯道时如果不能很好地控制速度，将发生侧滑而摔离正常比赛路线．如图所示，圆弧虚线代表弯道，即正常运动路线，为运动员在点时的速度方向研究时可将运动员看做质点下列说法正确的是
A. 发生侧滑是因为运动员受到的合力方向背离圆心
B. 发生侧滑是因为运动员受到的合力大于所需要的向心力
C. 若在点发生侧滑，则滑动的方向在左侧
D. 若在点发生侧滑，则滑动的方向在右侧与之间
2. 俄罗斯火箭科学先驱者齐奥尔科夫斯基，曾经设想过一种太空电梯，他提议在地球同步轨道建立一个太空堡垒，再从地球赤道一直修建一个坚固的直通电梯，可成为向太空运输人和物的新捷径。假如未来人类真的做成了这样的太空堡垒和太空电梯，如图所示，某个宇航员乘坐太空电梯到达某个高度已经超出大气层，但未到达太空堡垒，电梯停下，下列说法正确的是( )
A. 宇航员在电梯里处于完全失重的状态，以任意姿态在电梯中漂浮，感受都完全相同
B. 该宇航员比赤道地面上的人在太空电梯一楼地面处每天更早看到日出，更晚看到日落
C. 假如宇航员把随身带的物品在电梯窗口外侧无初速释放，则物体会竖直落到地面
D. 假如宇航员把随身带的物品在电梯窗口外侧无初速释放，则物体会在该高度绕着地球转动，成为该高度轨道上的一颗人造地球卫星
3. 越野玩具小车行驶在如图所示的路面上，从点经、行驶到点，其中段水平，下列说法正确的是( )
A. 在段，小车的重力势能减少
B. 在段，小车的重力势能不变
C. 在段，小车的重力始终做负功
D. 在全过程中，小车的重力势能始终都在增加
4. 图甲是火车转弯的示意图。图乙是游乐场中娱乐设施“魔盘”，人坐在转动的大圆盘上，当大圆盘转速增加时，人可能会滑向盘边缘，图中有、、三人坐在圆盘上，的质量最大，的质量最小，离圆盘中心距离，、距盘中心的距离。若三人与盘面的动摩擦因数都为，且假定最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则下列说法正确的是( )
A. 图甲，火车转弯超过规定速度行驶时，内轨对轮缘有侧向挤压作用
B. 图乙，转速增加时，最先开始滑动
C. 图乙，转速增加时，因质量最小，最先开始滑动
D. 图乙，角速度等于时，已经开始滑动
5. 无人机因具有机动性能好、生存能力强、使用方便快捷等优点在生产和生活中广泛应用。某次无人机表演时，工作人员通过传感器获得无人机水平方向速度、竖直方向速度 取竖直向上为正方向与飞行时间的关系图像分别如图甲、乙所示，则下列说法正确的是( )
A. 该无人机在时间内做直线运动
B. 该无人机在时间内加速度逐渐增大
C. 该无人机在时间内做直线运动
D. 该无人机在时刻重力势能最大
6. 如图，小球从点斜向上抛出，恰好垂直撞到竖直墙壁的点，已知小球在点速度大小为，方向与水平成夹角。不计空气阻力，下列说法正确的是( )
A. 小球上升的最大高度为 B. 小球在最高点的速度大小为
C. 小球从运动到的时间为 D. 间的水平距离为
二、多选题（本大题共4小题，共16.0分）
7. 中国航天的发展一直偏重于应用，而在纯科学的空间天文与深空探测方面，过去长期是空白的，所以中国航天局计划于年左右进行第一次火星探测。之前美国已发射了凤凰号着陆器降落在火星北极进行勘察，如图为凤凰号着陆器经过多次变轨后登陆火星的轨迹图，轨道上的、、三点与火星中心在同一直线上，、两点分别是椭圆轨道的远火星点和近火星点，且已知轨道Ⅱ为圆轨道。关于着陆器，下列说法正确的是
A. 在点由轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ需要点火减速
B. 在轨道Ⅱ上点的速度小于在轨道Ⅲ上点的速度
C. 在轨道Ⅱ上点与在轨道Ⅲ上点受到的万有引力相同
D. 在轨道Ⅱ上由到的时间是其在轨道Ⅲ上由到时间的倍
8. 下图所示为一皮带传动装置，右轮的半径为，是它边缘上的一点。左侧是一轮轴，大轮的半径为，小轮的半径为。点在小轮上，到小轮中心的距离为。点和点分别位于小轮和大轮的边缘上。若在传动过程中，皮带不打滑。则( )
A. 点与点的线速度大小相等 B. 点与点的角速度大小相等
C. 点与点的运转周期大小相等 D. 点与点的向心加速度大小相等
9. 一辆跑车在水平路面上由静止启动，在前内做匀加速直线运动，末达到额定功率，之后保持以额定功率运动，其 图像如图所示。已知跑车的质量为，跑车受到地面的阻力为车重的倍，取，则以下说法正确的是( )
A. 跑车在前内的牵引力为
B. 跑车速度为时的加速度为
C. 跑车的额定功率为
D. 跑车的最大速度为
10. 如图所示，轻质弹簧上端固定，下端系一物体。物体在处时，弹簧处于原长状态。现用手托住物体使它从处缓慢下降，到达处时，手和物体自然分开。此过程中，物体克服手的支持力所做的功为。已知弹簧形变为时，劲度系数为的弹簧的弹性势能为。不考虑空气阻力，关于此过程，下列说法正确的有
A. 物体重力势能减小量一定大于
B. 弹簧弹性势能增加量一定小于
C. 物体与弹簧组成的系统机械能增加量为
D. 若将物体从处由静止释放，则物体到达处时的动能为
三、实验题（本大题共2小题，共18.0分）
11. 用如图所示的向心力演示器探究向心力的表达式。已知小球在挡板、、处做圆周运动的轨迹半径之比为，回答以下问题：
把两个质量相同的小球分别放在长槽和短槽内，使它们做圆周运动的半径相同。依次调整塔轮上皮带的位置，匀速转动手柄，可以探究__________。
A.向心力的大小与质量的关系
B.向心力的大小与半径的关系
C.向心力的大小与角速度的关系
D.以上三者均可探究
探究向心力与角速度之间的关系时，若图中弹簧测力筒显示出两个小球所受向心力的比值为：，运用圆周运动知识可以判断与皮带连接的变速塔轮对应的半径之比为_________。
A.
12. 如图所示的装置可以测量当地的重力加速度实验中将铁架台竖直放置，铁架台的上端固定电磁铁，在电磁铁下方固定光电门接通电磁铁的开关图甲中未画出，吸住小球断开开关，小球由静止下落，因小球经过光电门的时间很短，通过的过程近似认为小球的速度不变实验中测量的物理量有：小球的直径；小球运动至光电门处下落的高度；小球通过光电门的时间。小球经过光电门时的速度大小________；当地的重力加速度大小为__________。结果均用、和表示
四、计算题（本大题共3小题，共30.0分）
13. 我国预计在年左右发射“嫦娥六号”卫星。以下是某同学就有关月球的知识设计的两个问题，请你解答：
若已知地球半径为，地球表面的重力加速度为，月球中心与地球中心间距离，且把月球绕地球的运动近似看做是匀速圆周运动，试求出月球绕地球运动的周期为；
若宇航员随“嫦娥六号”登陆月球后，站在月球表面以初速度水平抛出一个小球，小球飞行一段时间后恰好垂直地撞在倾角为的的斜坡上，已知月球半径为，月球质量分布均匀，引力常量为，试求月球的密度？
14. 如图水平轨道与圆弧轨道相接，圆弧轨道半径为，与夹角为，一个质量的小球从距地面某一高度点沿水平方向以初速度抛出一个小球，小球恰好从点进入圆弧轨道，小球运动到点的速度为，并恰好从圆弧轨道最高点水平飞出。求：
小球从抛出时距地面的高度；
小球运动到圆弧轨道点时对轨道的压力；
小球从圆弧轨道最高点飞出时最终落在水平面上，则落地点距点的距离为多少。
15. 如图所示的装置中，光滑水平杆固定在竖直转轴上，小圆环和轻弹簧套在杆上，弹簧两端分别固定于竖直转轴和环，细线穿过小孔，两端分别与环和小球连接，线与水平杆平行，环的质量为，小球的质量为。现使整个装置绕竖直轴以角速度匀速转动，环与转轴间距离不变时，细线与竖直方向的夹角为。已知重力加速度，，。求：
装置转动的角速度为时，细线的拉力。
装置转动的角速度为时，细线的长度。
若装置转动的角速度为，环与转轴间距离再次不变，细线与竖直方向的夹角为，此时弹簧弹力与角速度为时大小相等，求此时弹簧的弹力大小。
答案和解析
1.【答案】
【解析】
【分析】运动员侧滑实际上是做离心运动，根据离心运动的条件：外力为零或外力不足以提供向心力，进行分析．
【解答】、发生侧滑是因为运动员的速度过大，所需要的向心力过大，运动员受到的合力小于所需要的向心力，而受到的合力方向仍指向圆心，故AB错误．
、若运动员水平方向不受任何外力时，将沿线做离心运动，而实际上运动员要受摩擦力作用，所以滑动的方向在右侧与之间，故C错误，D正确．
故选：．
2.【答案】
【解析】
【分析】
本题要明确整个太空电梯上每一点的角速度都与同步卫星的角速度相等，太空堡垒下方的人做圆周运动需要的向心力都小于万有引力，所以不是完全失重状态。
人所受的万有引力和支持力的合力提供圆周运动的向心力，掌握万有引力等于重力这一理论，并能灵活运用。
【解答】
A、假设有一颗卫星与宇航员处在同一个圆周轨道上，则根据万有引力提供向心力，解得，可见对于绕地做圆周运动的卫星，轨道半径越大，角速度越小，所以该卫星的角速度大于同步卫星的角速度，而同步卫星角速度与宇航员的角速度相等，则对于宇航员必有，所以宇航员在电梯里面并不是重力完全提供向心力，还受到向上的支持力，所以不是完全失重状态，故A错误；
B、如下图所示，太阳光从图中左侧照射而来，明显点比点晚看到日落，比点早看到日出，故B正确；
、假如宇航员把随身带的物品在电梯窗口外侧无初速释放，物体有切向速度，但是由于此位置的重力大于物体做圆周运动需要的向心力，所以物体将做近心运动，不会做匀速圆周运动，更不会竖直下落，故CD错误。
故选B。

3.【答案】
【解析】
【分析】
重力势能的变化取决于重力做功的情况，根据高度的变化分析重力做功情况，由此分析重力势能的变化情况。
本题主要是考查了重力势能的知识；知道重力势能的变化量等于重力做的功；重力做多少功重力势能减少多少，克服重力做多少功，重力势能就增加多少。
【解答】
A、在段，小车的高度增加、克服重力做功，所以小车的重力势能增加，故A错误；
B、在段，小车的高度不变，重力不做功，所以小车的重力势能不变，故B正确；
C、在段，小车的高度降低，小车的重力始终做正功，故C错误；
D、在全过程中，小车的重力势能先增加、后不变、再减小，故D错误。
4.【答案】
【解析】
【分析】
根据火车转弯时受力和需要的向心力关系分析轨道受到的挤压；根据人所受的摩擦力提供向心力可得，根据角速度的变化情况分析谁先开始运动。
本题主要是考查了离心运动；知道做匀速圆周运动的物体受到的合力提供向心力，且向心力的方向一定指向圆心，当合力不足以提供向心力时物体就做离心运动。
【解答】
A、图甲中火车转弯超过规定速度行驶时，火车需要的向心力较大，有离心运动确实，外轨对轮缘有侧向挤压作用，故A错误；
、人随盘做圆周运动的向心力由摩擦力提供，有，半径大的最先开始滑动，即最先滑动，同时开始滑动，故C错误，B正确；
D、当，需要的向心力为不超过最大摩擦力，没有滑动，故D错误。
5.【答案】
【解析】解：该无人机在 时间内速度与加速度方向在同一直线上，做直线运动，选项A正确； 时间内，该无人机在水平方向上和竖直方向上均做匀加速直线运动，加速度保持不变，选项B错误； 时间内，该无人机在水平方向上做匀速直线运动，竖直方向上做匀减速直线运动，加速度的方向与速度的方向不在同一直线上，无人机做曲线运动，选项C错误； 时间内，该无人机在竖直方向上的分速度均竖直向上， 时刻无人机到达最大高度，此时无人机的重力势能最大，选项D错误。
6.【答案】
【解析】
【分析】
小球反方向可看作平抛运动，根据平抛运动的规律求解即可。
【解答】
因小球从点斜向上抛出，恰好垂直撞到竖直墙壁的点，反方向可看作平抛运动。根据运动的合力与分解：
竖直方向：，
小球上升的最大高度；
小球从运动到的时间
水平方向：小球在最高点的速度大小即为水平初速度；
间的水平距离，故ABD错误，C正确。
7.【答案】
【解析】
【分析】
本题涉及万有引力与航天的知识，属于基础问题的考查。
根据轨道的特点分析是否是向心运动；卫星在轨道地月转移轨道上经过点若要进入轨道Ⅱ，需减速。比较在不同轨道上经过点的加速度，直接比较它们所受的万有引力就可得知。卫星从轨道Ⅱ进入轨道Ⅲ，在点需减速；根据万有引力定律提供向心力分析加速度的关系；由开普勒第三定律分析时间关系。本题关键是明确加速度有合力和质量决定导致同一位置的卫星的加速度相同；然后结合开普勒第三定律和牛顿第二定律列式分析。
【解答】
A.着陆器由轨道进入轨道Ⅱ做的是向心运动，需点火减速，使万有引力大于所需要的向心力，故A正确；
B.在椭圆轨道Ⅲ上点的速度比近火星圆轨道卫星的速度大，由可得，即近火星圆轨道卫星的速度大于在圆轨道Ⅱ上的速度，所以在轨道Ⅱ上点的速度小于在轨道Ⅲ上点的速度，故B正确；
C.根据万有引力定律，知在轨道Ⅱ上点与在轨道Ⅲ上点受到的万有引力大小相同，方向不同，故C错误；
D.着陆器在轨道Ⅱ上由点运动到点的时间和着陆器在轨道Ⅲ上由点运动到点的时都是各自周期的一半，根据开普勒第三定律，有：，解得：，故D错误。
故选AB。
8.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查了线速度、角速度和周期、转速；解决本题的关键知道线速度、角速度、向心加速度与半径的关系，以及知道共轴转动的各点角速度相等，靠传送带传动轮子上的点线速度大小相等。
传送带在传动过程中不打滑，则传送带传动的两轮子边缘上各点的线速度大小相等，共轴的轮子上各点的角速度相等。再根据，去求解。
【解答】
A.由图可知，、两点的线速度大小相等，所以：：：，故A正确；
C.由于，线速度相同，半径不同，所以周期不同，故C错误；
B.由于，线速度相等，半径不同，所以角速度不相同，由于同轴转动角速度相同，所以角速度不同，故B错误；
D.设大轮的角速度为，则点的向心加速度大小；由，得的角速度为的角速度的倍，为，则点的向心加速度大小，所以、两点的向心加速度相等，故D正确。
故选AD。

9.【答案】
【解析】A.由速度时间图线知，匀加速运动的加速度大小，根据牛顿第二定律得，，解得牵引力为：，故A正确；
汽车的额定功率，汽车在时的牵引力，根据牛顿第二定律得，加速度：，故BC错误；
D.当牵引力等于阻力时，速度最大，则最大速度，故D正确。
故选AD。
10.【答案】
【解析】
【分析】
对物体受力分析，由受力情况判断物体的运动性质及各力做功的情况，利用动能定理及功能关系进行分析即可。
本题的关键是要掌握各种对应的功能关系及动能定理的应用。
【解答】
物体向下运动的过程中，要克服弹簧的弹力做功，根据动能定理可知：，可得减小的重力势能为。故A正确；
B.设的距离为，由平衡条件可得：，由题目所给的条件可得弹簧的弹性势能为：，由以上两式可得：；由动能定理可得：，可得，所以可求得；。故B错误；
C.物体要克服手的支持力做功，所以系统的机械能要减小。故C错误；
D.物体从静止下落到的过程中，根据动能定理有：，再结合可得：。故D正确。
故选AD。
11.【答案】；。
【解析】
【分析】
根据实验目的和实验方法确定需要控制的变量，根据题意分析答题；
根据向心力表达式及线速度和角速度的关系分析计算。
本题考查了探究向心力与质量、半径与角速度间关系实验，本实验采用控制变量法，即对涉及多个物理量的问题，要研究一个量与另外一个量的关系，需要控制其它量不变。
【解答】
两球质量相同，做圆周运动的半径相同，在调整塔轮上皮带的位置时，由于皮带上任意位置的线速度相同，根据可知改变了两个塔轮做圆周运动的角速度，物体的角速度也随之改变，故可以探究向心力大小与角速度的关系；
故选C；
根据向心力公式，可得两小球的角速之比为，由于两塔轮之间使用皮带传动，线速度相同，根据线速度公式，可得与皮带连接的变速塔轮对应的半径之比为，故选B。
12.【答案】 ；
【解析】
【分析】
本题考查了测定自由落体运动的加速度；小球直径越小，通过光电门的时间越短，小球通过光电门的平均速度越接近瞬时速度。
由于小球的直径很小，通过光电门的时间很短，因此可以用小球通过光电门的平均速度代替瞬时速度；
根据运动学公式求自由落体运动的加速度。
【解答】
小球通过光电门时的速度大小：；
小球做自由落体运动，则：；
解得：。
13.【答案】解：设地球的质量为，月球的轨道半径为，则有：，
在地球表面有： ，
由式得：；
设月球表面的重力加速度为，由斜面平抛运动规律得：，
解得，
在月球表面有：，
，
由式解得，月球的密度。
【解析】根据万有引力提供向心力列方程，结合黄金代换式求解；
根据平抛运动特征求出星球表面的重力加速度，根据黄金代换式求出月球质量，根据质量等于密度乘以体积求出星球的密度。
解决该题需要熟记万有引力定律和向心力的公式，会根据平抛运动的特征求解重力加速度。
14.【答案】解：由题意得，即，得，
则抛出点的高度；
小球在点由牛顿第二定律得，代入解得，
由牛顿第三定律，小球运动到圆弧轨道点时对轨道的压力为；
小球恰好在点飞出，则，解得，
由，，联立解得，
落地点距得距离为。
【解析】把速度分解水平方向和竖直方向，结合几何关系求解时间；再根据竖直方向做自由落体运动求小球从抛出时距地面的高度；
根据竖直方向的合力提供向心力求解；
根据重力提供向心力求最小的速度；根据平抛运动的规律结合关系求距离。
15.【答案】装置转动的角速度为时，对小球，由竖直方向的平衡可得
解得
装置转动的角速度为时，对小球，由牛顿第二定律可得
解得
装置转动的角速度为时，设的长度变为，对小球，竖直方向和水平方向分别满足
联立解得
设细线的长度为，对圆环，角速度为时，有
角速度为时有
联立解得
【解析】本题关键是牛顿第二定律的应用，注意小球的受力分析。
分析球受力，竖直方向受力平衡可解得；
分析球受力，由牛顿第二定律列式解出长度；
根据牛顿第二定律可解得弹簧弹力大小。
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