北京市一六一中学2022-2023学年高一下学期期中考试物理试题（含答案）

北京市一六一中学2022-2023学年高一下学期期中考试
物理
班级______ 姓名______ 学号______
本试卷共5页，共100分。考试时长90分钟。考生务必将答案写在答题纸上，在试卷上作答无效。
一、单选题（本题共10小题，每小题3分，共30分，把正确答案涂写在答题卡上相应的位置。）
1. 下图中的四种虚线轨迹，不可能是人造地球卫星轨道的是（ ）
A. B. C. D.
2. 关于曲线运动，下列说法正确的是（ ）
A. 做匀速圆周运动的物体所受的合外力不变 B. 匀速圆周运动是匀变速曲线运动
C. 平抛运动的物体落地时的速度可以竖直向下 D. 平抛运动在相等时间里的速度变化量相同
3. 万有引力定律的发现实现了物理学上第一次大统一——“地上物理学”和“天上物理学”的统一，它表明天体运动和地面上物体的运动遵从相同的规律。牛顿在发现万有引力定律的过程中将行星的椭圆轨道假想成圆轨道，另外还应用到了其他的规律和结论，以下的规律和结论没有被用到的是（ ）
A. 牛顿第二定律 B. 牛顿第三定律
C. 开普勒的研究成果 D. 卡文迪许通过扭秤实验得出的引力常数
4. 若想检验“使月球绕地球运动的力”与“使苹果落地的力”都遵循同样的规律（即“物体受到地球引力的大小与物体到地球中心距离的平方成反比”），在已知地球表面重力加速度、月球绕地球做匀速圆运动的轨道半径的情况下，还需要知道（ ）
A. 月球表面的重力加速度 B. 月球公转的周期
C. 月球的半径 D. 月球的质量
5. 中圆轨道卫星和同步轨道卫星是北斗卫星导航系统的两个主要组成卫星。已知中圆轨道卫星的半径是同步轨道卫星半径的0.55倍。若卫星都在圆轨道上运行，则与同步卫星相比，中圆轨道卫星（ ）
A. 线速度较小 B. 角速度较小 C. 周期较小 D. 加速度较小
6. 关于地球宇宙速度，下列说法中正确的是（ ）
A. 第一宇宙速度是使人造地球卫星绕地球运行的最大发射速度
B. 第一宇宙速度跟地球的质量、半径都无关
C. 第一宇宙速度是人造卫星绕地球做匀速圆周运动的最小运行速度
D. 火星探测器的发射速度应介于地球的第二和第三宇宙速度之间
7. 如图所示，a为地球赤道上的物体，b为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星，c为地球同步卫星。关于a、b、c做匀速圆周运动的说法中正确的是（ ）
A. 角速度的大小关系为 B. 周期关系为
C. 线速度的大小关系为 D. 向心加速度的大小关系为
8. 如图为我国高速铁路使用的“复兴号”动车组，假设动车组运行过程中受到的阻力与速度的平方成正比。若动车以120km/h的速度匀速行驶，发动机的功率为P。当动车以速度240km/h匀速行驶，则发动机的功率为（ ）
A. P B. 2P C. 4P D. 8P
9. 一质量为m的滑雪运动员，从高为h的斜坡顶端静止自由下滑。下滑过程中受到的阻力大小为f，斜坡倾角为，重力加速度为g。运动员滑至坡底的过程中（ ）
A. 重力做功为 B. 支持力做功为
C. 克服阻力做功 D. 合力做功为
10. 如图，将A、B两个木块放在水平圆盘上，绕圆盘中心轴转动，两木块运动的半径。盘在电机带动下由静止开始转动，角速度缓慢增加。两个木块的质量相同，与圆盘间的动摩擦因数也相同。则下列判断正确的是（ ）
A. 两木块随圆盘加速转动的过程中，所受的摩擦力一直指向圆心
B. 两木块随圆盘加速转动的过程中，所受的摩擦力大小一直相等
C. 圆盘角速度达到时，A、B两木块均被甩出
D. 圆盘角速度达到之前，A、B两木块均随圆盘转动，不能被甩出
二、多选题（本题共4小题，每小题4分，共16分。漏选得2分，有错误选项不得分，把正确答案涂写在答题卡上相应的位置）
11. 假如地球自转加快，下列说法中正确的是（ ）
A. 放在赤道地面上的物体所受的万有引力不变 B. 放在赤道地面上的物体重力减小
C. 放在两极地面上的物体的重力不变 D. 放在两极地面上的物体的重力减小
12. 2021年7月，河南郑州地区突降暴雨，道路被淹，需要调用直升飞机抢运被困人员。如图甲所示，直升飞机放下绳索吊起被困人员，一边收缩绳索一边飞向安全地带。前4秒内被困人员水平方向的图像和竖直方向的图像分别如图乙、丙所示。不计空气阻力，则在这4秒内（ ）
A. 以地面为参考系，被救人员的运动轨迹是一条抛物线
B. 绳索的拉力大小大于人的重力大小
C. 绳索中的拉力方向是倾斜向上的
D. 以地面为参考系，被救人员的位移大小为20m
13. 长征五号遥四运载火箭直接将我国首次执行火星探测任务的“天问一号”探测器送入地火转移轨道，自此“天问一号”开启了奔向火星的旅程。如图所示为“天问一号”的运动轨迹图：“天问一号”从地球发射后进入地火转移轨道，靠近火星时依次进入火星捕获轨道、火星停泊轨道及科学探测轨道，已知探测器在这三个火星轨道上的运行周期依次为、、，则下列说法正确的是（ ）
A. 探测器从地火转移轨道进入火星捕获轨道的过程中，在A点处需要减速
B. 探测器从火星停泊段到科学探测段变轨的过程中，在A点处需要加速
C. 探测器沿不同轨道经过图中A点时的加速度都相同
D. 火星的三个轨道周期大小关系为：
14. 如图，在竖直平面内，一半径为R的圆弧轨道ABC和水平轨道PA在A点相切，BC为圆弧轨道的直径，O为圆心，OA和OB之间的夹角为，。一质量为m的小球沿水平轨道向右运动，经A点沿圆弧轨道通过C点，落至水平轨道；在整个过程中，除受到重力及轨道作用力外，小球还一直受到一水平恒力的作用。已知小球在C点所受合力的方向指向圆心，且此时小球轨道的压力恰好为零。不计一切摩擦，重力加速度大小为g。则下列说法正确的是（ ）
A. 小球在A点时速度最大 B. 小球在B点时速度最大
C. 小球受到的水平恒力的大小为 D. 小球到达C点时速度的大小为
三、实验题（14分）
15.（6分）用如图甲所示的向心力演示仪探究向心力的大小与质量m、角速度和半径r之间的关系，转动手柄，可使变速塔轮、长槽和短槽随之转动，塔轮自上而下有三层，每层左右半径之比由上至下分别是，和（如图乙所示）。左右塔轮通过不打滑的传动皮带连接，并可通过改变传动皮带所处的层来改变左右塔轮的角速度之比，实验时，将两个小球分别放在短槽的C处和长槽的A（或B）处，A、C分别到左右塔轮中心的距离相等，B到左塔轮中心的距离是A到左塔轮中心距离的2倍，两个小球随塔轮做匀速圆周运动，他们所受向心力大小之比可由两塔轮中心标尺露出的等分格数计算出。
（1）若要探究向心力和半径的关系时，应将传动皮带调制第______（填“一”、“二”“三”）层塔轮，然后将质量相等的两个小球分别放置挡板______（填“A”、“B”）和挡板C处；
（2）若传动皮带套在塔轮第二层，则塔轮转动时，A、C两处的角速度之比为______；
（3）若质量相等的两小球分别放在挡板B和挡板C处，传动皮带位于第三层，则当塔轮匀速转动时，左右两标尺的露出的格子数之比为______。
16.（8分）根据把复杂的曲线运动分解为两个相对简单的直线运动的思路，平抛运动可以看作是在竖直方向和水平方向的两个分运动的合运动。
为了研究平抛运动的特点，用频闪照相的方法记录做平抛运动的小球每隔相等时间T的位置，如图甲所示。以左边第一个小球（平抛起始点）的中心为原点，沿水平向右竖直向下的方向建立直角坐标系，用平滑曲线把这些位置连接起来，如图乙所示，其中、、……为图甲中记录的小球的位置。已知重力加速度为g。
（1）若满足______可以判断小球在水平方向上做______运动。
（2）有同学进一步猜测，小球在竖直方向做自由落体运动，请你利用题中所给信息，提出一种判断该同学的猜测是否成立的方法：____________。
（3）若（2）中猜测成立，测得某小球中心点的横坐标为x，纵坐标为y，据此可以计算出小球的初速度大小为____________。
四、计算题（本题共4小题，共40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给分。有数字计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）
17.（8分）2021年4月29日11时23分，中国空间站天和核心舱发射升空，准确进入预定轨道，标志着我国载人航天工程三步走战略成功迈出第三步。核心舱质量为m，运行的轨道可以近似看做圆轨道，其半径为r。已知地球表面重力加速度为g，地球半径为R，引力常量为G。
（1）求地球的质量M；
（2）求核心舱绕地球运动的周期T；
（3）实际上核心舱的运行轨道为椭圆轨道如图所示。已知核心舱由远地点B向近地点A运动时，速度如何变化。
18.（8分）如图所示，半径为R的半球形陶罐，固定在可以绕竖直轴转动的水平转台上，转台转轴与过陶罐球心O的对称轴重合。转台以一定角速度匀速转动，筒内壁粗糙，内壁A点上有一质量为m的小物块（可视为质点），它和O点的连线与之间的夹角为，重力加速度为g。
（1）当陶罐不转时，物块静止，求此时物块受到的摩擦力和支持力的大小；
（2）当物块在A点随陶罐做匀速转动，且其受到的摩擦力恰好零时，求此时陶罐转动的角速度。
19.（10分）在研究某些复杂的曲线运动时，常常采用运动的合成与分解的方法。我们对于平抛运动的研究就是采用了这种方法。请应用这种思想方法，解决下面的类似问题：
如图所示，内壁光滑的空心圆柱体竖直固定在水平地面上，圆柱体的内径为R。沿着水平切向给贴在内壁左侧O点的小滑块一个初速度，小滑块将沿着柱体的内壁旋转一周经过点后继续运动，最终落在柱体的底面上、已知小滑块的质量为m，重力加速度为g。
（1）小滑块在运动中受哪些力的作用？分析这些力是否做功？
（2）根据研究平抛运动的方法，可以将该运动（螺旋线运动）分解为两个分运动：
①平行于水平面的分运动：匀速圆周运动（如上俯视平面图所示）；
②竖直方向的分运动为另一种基本运动。
a. 说明分运动①的线速度v和的关系；
b. 描述竖直方向上的分运动②是什么运动？
（3）a. 求小滑块在柱体壁上旋转一周所用的时间T；
b. 求小滑块到达点时的速度大小。
20.（14分）某电动汽车的部分动力性能参数如下表所示。若该汽车沿平直公路由静止开始做加速度的匀加速直线运动，当车速达到时，电机恰好以额定功率工作。此后电机的功率保持不变。假设行驶过程中汽车受到的阻力大小恒定。
动力电池容量 48.3
电机额定功率 85
整车质量 1700
（1）分析说明电机达到额定功率后，汽车的加速度和速度的变化情况；
（2）电机以额定功率工作时，汽车的最大速度为多少；
（3）画出该汽车从静止开始运动过程中，功率随时间变化的图像；
（4）求汽车充满电后，以上述方式（从静止开始）运动的总时间，不要求计算出具体数据，用题目中（含表格）已知物理量的符号表示即可。
北京市一六一中学2022-2023学年高一下学期期中考试
物理参考答案
一、单选题（本题共10小题，每小题3分，共30分，把正确答案涂写在答题卡上相应的位置。）
1. B 2. D 3. D 4. B 5. C 6. D 7. B 8. D 9. C 10. D
二、多选题（本题共4小题，每小题4分，共16分。漏选得2分，有错误选项不得分，把正确答案涂写在答题卡上相应的位置）
11. ABC 12. AB 13. ACD 14. BCD
三、实验题（本题共2题，共14分。）
15.（1）一；B（2分） （2）（2分） （3）（2分）
16.（1）相邻两点间的水平距离相等或者满足；（2分）；
匀速直线（2分）
（2）若竖直方向满足相邻相等时间位移差相等或者满足，则可以说明竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动，再根据，计算竖直方向的加速度a，若在误差允许的范围内，则可以说明竖直方向是自由落体运动（2分）
（3）（2分）
四、计算题（本题共4小题，共40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给分。有数字计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）
17.（8分）
（1）由万有引力近似等于重力得
得（3分）
（2）由万有引力提供向心力得
解得（3分）
（3）由开普勒第二定律可知，核心舱由远地点B向近地点A运动时，速度会逐渐变大。（2分）
18.（8分）
（1）当陶罐不转动时，物块静止在筒壁A点时受到的重力、摩擦力和支持力三力作用而平衡，由平衡条件得摩擦力的大小（2分）
支持力的大小（2分）
（2）当物块在A点随陶罐做匀速转动，且其所受到的摩擦力为零时，物块在陶罐A点时受到的重力和支持力作用，它们的合力提供向心力，设陶罐转动的角速度为，
根据牛顿第二定律：（2分）
由几何关系得：（1分）
联立以上各式解得：（1分）
19.（10分）
（1）小滑块在运动过程中只受到支持力N和重力mg的作用。重力G做功；支持力N的方向始终和速度的方向垂直，所以不做功。（3分）
（2）a. 匀速圆周运动的线速度和初速度大小相等。
b. 竖直方向上的分运动是自由落体运动。（2分）
（3）a. 小滑块旋转一周所用的时间即为匀速圆周运动的时间周期：
b. 在小滑块从O点旋转到点的运动过程中：
小滑块旋转到点时的速度大小（5分）
20.（14分）
（1）设电机的额定功率为，阻力大小恒为f，当电机达到额定功率后，根据
解得
根据牛顿第二定律有
解得
可知当速度v不断增大时，加速度a不断减小，当速度达到最大时，加速度为零，汽车最后以最大速度做匀速直线运动；（4分）
（2）由题知，当车速达到时，电机恰好以额定功率工作，则有
此时为匀加速的末状态，根据牛顿第二定律有
解得摩擦力为
则当电机以额定功率工作时，汽车的最大速度为
（4分）
（3）功率随时间变化的关系如图所示
（2分）
（4）设该汽车充满电后，以上述方式运动的总时间为，图像与坐标轴所谓面积表示电动机所作的功，也就是汽车消耗的能量。
则有（2分）
又（1分）
代入可得（1分）