2022-2023学年江苏省无锡重点中学高一（下）期中物理试卷（含解析）

2022-2023学年江苏省无锡重点中学高一（下）期中物理试卷
一、单选题（本大题共10小题，共40.0分）
1. 如图所示，下列有关生活中圆周运动实例分析，其中说法正确的是( )
A. 甲图中，汽车通过凹形桥的最低点时，速度不能超过
B. 乙图中，“水流星”匀速转动过程中，在最低处水对桶底的压力最大
C. 丙图中，火车转弯超过规定速度行驶时，内轨对内轮缘会有挤压作用
D. 丁图中，同一小球在光滑而固定的圆锥筒内的、位置先后分别做匀速圆周运动，则在、两位置小球向心加速度不相等
2. 无级变速是在变速范围内任意连续变换速度的变速系统．如图所示是无级变速模型示意图，主动轮、从动轮中间有一个滚轮，各轮间不打滑，通过滚轮位置改变实现无级变速。、为滚轮轴上两点，则( )
A. 从动轮和主动轮转动方向始终相反
B. 滚轮在处，从动轮转速大于主动轮转速
C. 滚轮在处，从动轮转速大于主动轮转速
D. 滚轮从到，从动轮转速先变大后变小
3. 年月日至月日，运行在约高度轨道上的“星链”卫星降轨至平均高度为的近圆轨道上，后持续运行于这一与中国空间站相近的高度，在此期间，中国空间站采取了紧急避碰措施。关于卫星的降轨，下列说法正确的是( )
A. 降轨前，卫星在原轨道上处于平衡状态
B. 降轨后，卫星在新轨道上运动周期变小
C. 降轨后，卫星在新轨道上运动速度变小
D. 降轨后，卫星在新轨道上的速度将大于第一宇宙速度
4. 质量为的小球，用长为的轻绳悬挂于点，小球在水平恒力作用下，从最低点转过角，如图所示，重力加速度为，则在此过程中( )
A. 小球受到的合力做功为
B. 拉力对小球做功为
C. 重力做功为
D. 绳中拉力对小球做正功
5. 如图所示，质量为的半圆柱体放在粗糙水平面上，一可视为质点、质量为的光滑物块在大小可变、方向始终与圆柱面相切的拉力作用下从点沿着圆弧匀速运动到最高点，整个过程中半圆柱体保持静止。重力加速度为，则( )
A. 物块克服重力做功的功率先增大后减小
B. 拉力的功率还渐减小
C. 当物块在点时，半圆柱体对地面有水平向左的摩擦力
D. 当物块运动到点时，半圆柱体对地面的压力为
6. 汽车在平直的公路上由静止开始匀加速行驶，经过时间，速度为时功率达到额定功率，并保持不变。之后汽车又继续前进了距离，达到最大速度。设汽车质量为，运动过程中所受阻力恒为，则下列说法正确的是( )
A. 汽车的额定功率为
B. 汽车匀加速运动过程中，克服阻力做功为
C. 汽车从静止开始到速度达到最大值的过程中，合力做的功为
D. 汽车从静止到速度最大的过程中，牵引力做功为
7. 如图所示，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，为地球静止卫星。则下列说法正确的是( )
A. 、角速度的大小关系是 B. 、向心加速度的大小关系是
C. 、线速度的大小关系是 D. 、周期的大小关系是
8. 如图所示，一可视为质点的物体自斜面的顶点由静止开始下滑，最后在点位置停了下来，点为点正下方的点，在同一水平线上。如果物体与斜面、水平面间的动摩擦因数相同，斜面的倾角为，物体滑过点时没有机械能损失，则下列说法正确的是( )
A. 如果点上移增加斜面的高度，物体会停在点的右侧
B. 如果点左移增加斜面的倾角，物体会停在在点的右侧
C. 只增加动摩擦因数，物体会停在点的右侧
D. 如果减小物体的质量，物体会停在点的左侧
9. 年月日凌晨，天链二号星精准进入预定轨道，我国第二代地球同步轨道数据中继卫星系统正式建成。星发射后的运动可近似为如图所示的情境，通过椭圆轨道Ⅰ运行后进入圆形轨道Ⅱ，椭圆轨道近地点与地球相切于点，远地点与圆轨道相切于点，地球半径为，卫星在轨道Ⅱ运行时离地面高度为，卫星在轨道Ⅰ运行的周期为，下列说法正确的是( )
A. 卫星在轨道Ⅱ运行的周期为
B. 卫星在轨道Ⅱ运行的周期为
C. 卫星在轨道Ⅰ运行经过点的速度小于
D. 卫星在Ⅰ轨道运行时经过点的加速度小于在Ⅱ轨道运行时经过点的加速度
10. 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。用表示小球从点运动到点的过程中克服摩擦力所做的功，则( )
A. 小球恰好可以到达点
B. 小球冲出点后可上升的最大高度大于
C. 小球不可能第二次经过点
D. 小球从到克服摩擦力做的功等于
二、实验题（本大题共1小题，共3.0分）
11. 某同学利用如图甲所示的向心力演示器探究小球做匀速圆周运动向心力的大小与小球质量、转速和运动半径之间的关系
在这个实验中，利用了______ 选填“理想实验法”“等效替代法”或“控制变量法”来探究向心力的大小与小球质量、转速和运动半径之间的关系。
把两个质量相同的小球分别放在长槽和短槽上，使它们的运动半径相同，调整塔轮上的皮带的位置，探究向心力的大小与______ 的关系，将实验数据记录在表格中。
保持两个小球质量不变，调整塔轮上皮带的位置，使与皮带相连的左、右两轮半径 ______ 选填“”、“”或“”，保证两轮转速相同，增大长槽上小球的运动半径，探究向心力的大小与运动半径的关系，将实验数据记录在表格中。
使两小球的运动半径和转速相同。改变两个小球的质量，探究向心力的大小与质量的关系，将实验数据记录在表格中。
次数 转速之比 球的质量 运动半径 向心力大小红白格数
根据表中数据，向心力与小球质量、转速和运动半径之间的关系是______ 。
A.
B.
C.
D.
当用两个质量相等的小球做实验，调整长槽中小球的轨道半径是短槽中小球半径的倍，转动时发现甲图中左、右标尺上露出的红白相间的等分格数之比为：，则左、右两边塔轮的半径之比为______ 。
若改用如图乙所示的装置验证向心力的表达式，将滑块套在水平杆上，随水平杆一起绕竖直杆做匀速圆周运动，力传感器通过一细绳连接滑块，用来测量向心力的大小，滑块上固定一遮光片，测得测得带遮光片的滑块总质量为，遮光片宽度为，光电门可以记录遮光片通过的时同，测得旋转半径为，滑块随杆匀速圆周运动，每经过光电门一次，通过力传感器和光电门就同时获得一组向心力和角速度的数据。某次旋转过程中遮光片经过光电门时的遮光时间为，则角速度 ______ ；以为纵坐标，以______ 填“”、“”、“”或“”为横坐标，可在坐标纸中描出数据点作一条直线；结果发现图像不过原点，与横轴正半轴有交点，经多次实验，分析检查，仪器正常，操作和读数均没有问题，则误差主要原因是______ 。
三、简答题（本大题共3小题，共9.0分）
12. 如图所示，在光滑水平面上竖直固定一半径为的光滑半圆槽轨道，其底端恰与水平面相切。质量为的小球以大小为的初速度经半圆槽轨道最低点滚上半圆槽，小球恰好刚能通过最高点后落回到水平面上的点。不计空气阻力，重力加速度为。求：
小球通过点时对半圆槽的压力大小。
求物块落到点时重力的瞬时功率。
13. 如图甲所示，静止在水平地面上一个质量为的物体，在水平推力作用下运动，推力随位移变化的图象如图乙所示。已知物体与地面之间的动摩擦因数为，求：
运动过程中物体的最大加速度大小；
物体的最大速度；
物体停止的位置距离出发点的距离。
14. 如图所示，半径为的半球形陶罐，固定在可以绕竖直轴旋转的水平转台上，转台转轴与过陶罐球心的对称轴重合。转台静止不转动时，将一质量为、可视为质点的小物块放入陶罐内，小物块恰能静止于陶罐内壁的点，且点与陶罐球心的连线与对称轴成角。重力加速度，，最大静摩擦力等于滑动摩擦力则：
物块与陶罐内壁之间的动摩擦因数为多少；
当转台绕转轴匀速转动时，若物块在陶罐中的点与陶罐一起转动且所受的摩擦力恰好为，则转台转动的角速度为多少；
当转台绕转轴匀速转动时，转台转动的角速度为，物块在陶罐中的点随陶罐一起转动，求此时物块受到的支持力和摩擦力大小。
四、计算题（本大题共1小题，共8.0分）
15. 宇航员在某星球表面将一小钢球以某一初速度竖直向上抛出，测得小钢球上升的最大高度为，小钢球从抛出到落回星球表面的时间为。不计空气阻力，忽略该星球的自转，已知该星球的半径为远大于，该星球为密度均匀的球体。求：
该星球表面的重力加速度。
该星球的第一宇宙速度。
答案和解析
1.【答案】
【解析】解：、甲图中，汽车通过凹形桥的最低点时加速度竖直向上，处于超重状态，速度大小可以超过，故A错误；
B、乙图中，“水流星”匀速转动过程中，在最低处桶底对水的支持力为，则由牛顿第二定律得
得
由牛顿第三定律得，水对桶底的压力大小为
在最高处桶底对水的压力为，则
由牛顿第三定律得，在最高处水对桶底的压力大小为
所以在最低处水对桶底的压力最大，故B正确；
C、丙图中，火车转弯超过规定速度行驶时，所需要的向心力增大，重力和支持力的合力不够提供向心力，外轨受到挤压，故C错误；
D、丁图中，同一小球在光滑而固定的圆锥筒内的、位置先后分别做匀速圆周运动，设筒臂和竖直方向的夹角为，则由牛顿第二定律有，得，所以、两位置小球向心加速度相等，故D错误。
故选：。
甲图中，根据题意分析汽车的加速度方向，由此分析其速度的可能情况；乙图中，根据加速度的方向，结合超失重的知识点分析出水对桶底压力最大的位置；丙图中，根据火车转弯的特点得出速度超过规定值时火车会挤压外轨；丁图中，根据对小球的受力分析，结合几何关系得出两个位置的加速度关系。
本题主要考查圆周运动的相关应用，能正确分析物体的受力情况，理解其向心力来源，结合牛顿第二定律即可完成解答。
2.【答案】
【解析】
【分析】
主动轮、滚轮、从动轮之间靠着彼此之间的静摩擦力带动，边缘上的点线速度相等，抓住线速度相等，根据转速与转动半径的关系求出主动轮和从动轮转速的关系．
解决本题的关键掌握线速度与转速和半径的关系，以及知道主动轮和从动轮边缘上的点的线速度相等．
【解答】
A.从动轮和主动轮转动方向始终相同，故A错误；
B.角速度，则主动轮的线速度，从动轮的线速度因为主动轮和从动轮的线速度相等，则，所以．，滚轮在处，，从动轮转速大于主动轮转速，故B正确；
C.在处，，从动轮转速小于主动轮转速，故C错误；
D.滚轮从到，逐渐减小，逐渐增大，故从动轮转速逐渐减小，故D错误。
故选：。
3.【答案】
【解析】解：、卫星在轨道上运动时，万有引力提供向心力，卫星处于完全失重状态状态，故A错误；
、卫星在圆轨道上做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，根据高轨低速长周期得，卫星在新轨道上周期变小，速度变大，故B正确，C错误；
D、第一宇宙速度是卫星在靠近地球表面做匀速圆周运动的线速度大小，降轨后，卫星在新轨道上的速度仍然小于第一宇宙速度，故D错误；
故选：。
卫星做圆周运动，处于完全失重状态；卫星在圆轨道上运动时，根据万有引力提供向心力，得出线速度、周期与轨道半径的关系，从而比较出速度和周期的大小；第一宇宙速度为最大环绕速度。
本题考查万有引力定律在天体运动中的应用，解决本题的关键是知道万有引力提供向心力，并能灵活运用。
4.【答案】
【解析】解：、拉力对小球做功为，故B正确；
C、小球升高则，重力对小球做负功，故重力做功为，故C错误；
D、绳子拉力始终与小球的运动方向垂直，对小球不做功，故D错误；
A、绳子拉力对小球不做功，小球受到的合力做功为，故A错误。
故选：。
恒力做功用计算，其中为恒力，为的方向与位移的方向之间的夹角，合力功等于各力做功的代数合。
本题要求学生能正确理解功的定义式的含义及适用条件为恒力做功，会计算合力的功，题比较容易，但在计算时要注意功的正负。
5.【答案】
【解析】解：、设物块与圆心的连线与竖直方向的夹角为，物块克服重力做功的功率为
从到过程中，逐渐减小，则功率减小，故A错误；
B、拉力大小为
此时拉力的功率为
故拉力的功率还渐减小，故B正确；
C、当物块在点时，对整体受力分析，可知地面对整体的摩擦力水平向左，即半圆柱体对地面有水平向右的摩擦，故C错误；
D、当物块在点时，对物块有
对半圆柱有
故D错误。
故选：。
对光滑物块受力分析，在沿圆柱体切线方向合力为零，求得拉力，根据求得功率，在运动过程中抓住角度关系，当到达最高点时，利用牛顿第二定律求得半圆柱体对光滑物块的支持力，在对半圆柱受力分析即可。
本题主要考查了共点力平衡，抓住在沿切面方向合力为零，利用求得瞬时功率，利用好角度关系。
6.【答案】
【解析】解：、汽车匀加速行驶时的加速度为
根据牛顿第二定律得

可得
汽车的额定功率为，故A错误；
B、汽车匀加速运动的位移为
此过程中克服阻力做功为，故B错误；
C、汽车从静止开始到速度达到最大值的过程中，根据动能定理得合力做的功为：，故C错误；
D、汽车从静止到速度最大的过程中，根据动能定理得，则牵引力做功为，故D正确。
故选：。
汽车匀加速运动过程中，根据牛顿第二定律求出牵引力，再由求额定功率；根据平均速度推论求出匀加速直线运动的位移，从而得出匀加速运动过程中克服阻力做功的大小；汽车从静止开始到速度达到最大值的过程中，根据动能定理求出合力做功的大小以及牵引力做功。
本题考查机车的启动问题，解决本题的关键要明确汽车在整个过程中的运动规律，知道发动机功率和牵引力、速度的关系，当加速度为零时，速度最大。
7.【答案】
【解析】解：由题知，由万有引力提供向心力可得：
解得：
因为，所以，则有
故A正确；
B.与的角速度相等，因为
由
可得：
故B错误；
C.、角速度相等，由，可知，由万有引力提供向心力可得：
解得：
因为，可知，故，故C错误；
D.由于，根据周期与角速度关系，可知，故D错误。
故选：。
本题涉及三个做圆周运动的物体，、转动的周期相等，、同为地球的卫星，故比较它们的周期、角速度、线速度、向心加速度的关系时，涉及到两种物理模型，要两两比较。
本题涉及到两种物理模型，即、转动的周期相等，、同为卫星，其动力学原理相同，要两两分开比较，最后再统一比较。
8.【答案】
【解析】解：设，，，从到由动能定理可得
A、如果点上移增加斜面的高度，由动能定理得，比较上面两式，；可得，所以物体会停在点的右侧；故A正确；
B、如果点左移增加斜面的倾角，由动能定理得，比较上面两式，，可得物体会停在点处；故B错误；
C、如果只增加动摩擦因数，增大，不变，不变，则减小，所以物体会停在点左侧；故C错误；
D、如果减小物体的质量，由上式可知，物体会停在点处；故D错误；
故选：。
分析从到的过程，由动能定理列出点上移增加斜面的高度前后的方程，判断物体会停在点的左侧还是右侧；同理，由动能定理点左移增加斜面的倾角，判断物体会停在点哪侧；由动能定理点左移增加斜面的倾角，判断物体会停在点哪侧；由动能定理，分析只增加动摩擦因数物体会停在点左侧还是右侧；最后，还是利用动能定理分析从到的过程只减小物体的质量，物体会停在点的哪侧。
本题考查动能定理的应用，解决本题的关键是准确列出从点到点的过程的动能定理的方程。
9.【答案】
【解析】解：、卫星在轨道Ⅰ运行时轨道半长轴为，卫星在轨道Ⅱ运行时轨道半径为，设卫星在轨道Ⅱ运行的周期为，根据开普勒第三定律得
，解得，故A错误，B正确；
C、近地卫星的运行速度等于，而卫星由近地卫星轨道从点变轨进入轨道Ⅰ需要加速，因此卫星在轨道Ⅰ运行经过点的速度大于，故C错误；
D、卫星在Ⅰ、Ⅱ两个轨道运行时均由万有引力产生加速度，卫星在Ⅰ、Ⅱ两个轨道运行时经过点的万有引力相同，则加速度相同，故D错误。
故选：。
根据开普勒第三定律求解卫星在轨道Ⅱ运行的周期；卫星由近地卫星轨道从点变轨进入轨道Ⅰ需要加速，根据万有引力提供向心力分析加速度大小。
本题首先要读懂题意，根据开普勒第三定律研究卫星的运行周期，结合万有引力提供向心力解得相关物理量。
10.【答案】
【解析】解：、在点根据牛顿第三定律结合牛顿第二定律有：
从释放点到点，由动能定理得：
联立解得：
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D错误；
、又因为从到过程由动能定理得：
解得：
设小球冲出点后可上升的最大高度为，则由动能定理得：
可得：。即小球可以冲出点，但上长的高度大于，故A错误，B正确；
C、同理分析可知从返回的过程中，克服的摩擦力做功小于从到过程克服的摩擦力做功，即
又因为从到过程由动能定理得：
可得第二次经过点时：，即小球能第二次经过点，故C错误。
故选：。
根据动能定理和题设条件先求出第一次从到时克服摩擦力做的功；
再结合实际情况确定第一次从到克服摩擦做的功；从而也决定了从飞出的调蓄；
根据动能定理大致可以确定从能否返回点。
本题考查动能定理、牛顿第二定律、能量守恒定律等内容，要注意的是求出第一次从到时，克服摩擦力做的功之后，大致可以推断在以后的圆弧运动中克服摩擦力做功将小于上述值，这也是对比以后物理的关键。
11.【答案】控制变量法 转速 ： 滑块与水平杆之间存在静摩擦力
【解析】解：探究小球做匀速圆周运动向心力的大小与小球质量、转速和运动半径之间的关系的实验采用了控制变量法；
影响向心力的因素有小球质量、小球做匀速圆周运动的半径和小球做匀速圆周运动的角速度，因此在保持小球质量、运动半径不变时，探究的是向心力与角速度的关系；
探究向心力的大小与运动半径的关系时，应保持小球的质量不变、转速不变；转速的大小是通过塔轮半径的大小来调节的，根据可知，要使转速相同，需使两塔轮半径相同，即；
根据表格次实验可知，保持小球质量相同，运动半径相同，转速之比，向心力之比，由此可得
根据表格次实验可知，保持小球质量相同，转速相同，运动半径之比，向心力之比，由此可得
根据表格次实验可知，保持小球转速相同，运动半径相同，质量之比，向心力之比，由此可得
综上分析可得，故ACD错误，B正确。
故选：。
根据可得
代入数据解得
塔轮之间通过皮带连接，线速度大小相等，根据线速度与转速的关系
可得
滑块通过光电门的线速度
根据线速度与角速度的关系，滑块的角速度
以滑块为研究对象，合力提供向心力
代入数据化简得
因此应该做图像
由函数表达式可知，图像不过原点的原因是滑块与水平杆之间存在静摩擦力。
故答案为：控制变量法；转速；；；：；；；滑块与水平杆之间存在静摩擦力。
由于影响向心力大小的因素有小球质量、转速和运动半径等，据此分析采用的研究方法；
根据控制变量法进行分析；
塔轮之间通过皮带连接，根据“皮带传动”的特点结合公式分析塔轮半径的大小关系；
根据表格次实验数据分析所控制的物理量，找出变化的物理量与向心力的关系；
同理根据表格、次实验数据进行分析；
根据求解两塔轮的转速之比，再根据线速度与转速的关系，求解两塔轮的半径之比；
根据光电门求瞬时速度，根据角速度与线速度的关系求角速度；根据牛顿第二定律求解向心力与之间的函数表达式，最后根据函数表达式进行分析。
本题考查了做匀速圆周运动的物体的向心力的大小与质量、转速和运动半径之间的关系，还考查了利用传感器探究向心力的表达式；所用到的物理方法有控制变量法和极限法。
12.【答案】解：在点，根据牛顿第二定律得：
解得小球在点所受的支持力：
根据牛顿第三定律知，小球在点对轨道的压力为：
根据位移时间关系可得：
在点的竖直分速度为：
物块落到点时重力的瞬时功率：
答：小球通过点时对半圆槽的压力大小为；
物块落到点时重力的瞬时功率为。
【解析】在点，根据牛顿第二定律、牛顿第三定律求解小球在点对轨道的压力；
求出在点的竖直分速度，根据功率的计算公式求解物块落到点时重力的瞬时功率。
本题主要是考查了竖直平面内的圆周运动；注意物体在竖直平面内做圆周运动的情况有两种：一种是细线系着物体在竖直平面内做圆周运动，在最高点速度最小时重力提供向心力；另一种是轻杆系着物体在竖直平面内做圆周运动，在最高点时速度可以等于零。
13.【答案】解：由牛顿第二定律得，其中，解得：；
由图象得出，推力随位移变化的竖直关系为：，
速度最大时，物体的加速度为零，则：
联立解得：，；
与位移的关系图线围成的面积表示所做的功，即：
解得：
对从静止开始到最后停止运动的过程中，应用动能定理得
解得：；
答：运动过程中物体的最大加速度大小为；
距出发点时物体的速度达到最大；
物体最终停在据出发点处。
【解析】当推力最大时，加速度最大，根据牛顿第二定律求出物体的最大加速度。
当推力大于摩擦力，物体做加速运动，当推力小于摩擦力，物体做减速运动，可知推力等于摩擦力时，速度最大。结合推力与位移的关系式得出速度最大时经历的位移。
与位移关系图线围成的面积表示所做的功，对全过程运用动能定理，抓住动能的变化量为零，求出物体在水平面上运动的最大位移。
本题考查了牛顿第二定律和动能定理的综合运用，知道图线围成的面积表示做功的大小。
14.【答案】解：物块恰好静止与点，对物块受力分析，如图
由平衡条件得：
代入数据解得：
物块做匀速圆周运动，所受合力指向圆心，提供向心力，对物块受力分析，如图：
由牛顿第二定律得：
代入数据解得：
转台转动的角速度为，则滑块受到沿切线向下的摩擦力，对滑块受力分析如图
竖直方向，由平衡条件得：
水平方向，由牛顿第二定律得：
代入数据联立解得：
答：物块与陶罐内壁之间的动摩擦因数为；
转台转动的角速度为；
物块受到的支持力大小为，摩擦力大小为。
【解析】物块恰好静止，所受摩擦力为最大静摩擦力，根据共点力平衡和摩擦力公式列式求解即可；
对物块受力分析，物块只受重力和支持力，物块做匀速圆周运动，根据合力提供向心力求解转台转动的角速度；
对物块受力分析，将力分解到水平方向和竖直方向，根据平衡条件和牛顿第二定律列式求解即可。
本题考查匀速圆周运动，解题关键是分析好物块静止和恰好不受摩擦力的临界条件，对物块做好受力分析，结合牛顿第二定律列式求解即可。
15.【答案】解：根据竖直上抛运动的对称性可知小球上升、下落过程的时间均为，根据自由落体运动公式，有
解得该星球表面的重力加速度
该星球的第一宇宙速度即近地卫星的环绕速度，可认为卫星的重力刚好作为向心力，可得
该星球的第一宇宙速度为
答：该星球表面的重力加速度为；
该星球的第一宇宙速度为。
【解析】根据自由落体运动的规律求星球表面的重力加速度；
根据重力提供向心力可解得第一宇宙速度。
本题考查了万有引力定律和运动学公式的综合运用，通过运动学公式求出星球表面的重力加速度是解决本题的关键，掌握万有引力定律的两个重要理论，并能灵活运用．
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