2022_2023学年河南省郑州市名校高一（下）期中物理试卷（含解析）

2022~2023学年河南省郑州市名校高一（下）期中物理试卷
一、单选题（本大题共9小题，共36.0分）
1. 转篮球是一项难度较高的技巧，其中包含了许多物理知识。如图所示，假设某转篮球的高手能让篮球在手指上手指刚好在篮球的正下方做匀速圆周运动，下列有关该同学转篮球的物理知识正确的是( )
A. 篮球上各点做圆周运动的圆心在手指上
B. 篮球上各点的向心力是由手指提供的
C. 篮球上各点做圆周运动的角速度相同
D. 篮球上各点离转轴越近，做圆周运动的向心加速度越大
2. 如图所示，小船沿直线过河，船头始终垂直于河岸．若水流速度减小，为保持航线不变，下列措施与结论正确的是( )
A. 减小船速，过河时间变长 B. 减小船速，过河时间不变
C. 增大船速，过河时间不变 D. 增大船速，过河时间缩短
3. 如图所示，物体、随水平圆盘绕轴匀速转动，物体在水平方向所受的作用力及其方向的判定正确的有 ( )
A. 圆盘对及对的摩擦力，两力都指向圆心
B. 圆盘对的摩擦力指向圆心，对的摩擦力背离圆心
C. 物体受到圆盘对及对的摩擦力和向心力
D. 物体受到圆盘对的摩擦力和向心力
4. 汽车在地下车库的水平地面上做匀速直线运动，接着驶上一段长直斜坡，最后开上水平路面继续行驶。设全过程中汽车发动机产生的牵引力的功率恒定，汽车在所有路面所受阻力大小不变，则( )
A. 汽车开上斜坡上后，立即做匀速直线运动
B. 汽车开上水平路面后，立即做匀速直线运动
C. 汽车将要离开斜坡时发动机产生的牵引力最大
D. 汽车开上水平路面后的速率大于它在地下车库时的速率
5. 如图所示的传动装置中，、两轮固定在一起绕同一轴转动，、两轮用皮带传动，三个轮的半径关系是。若皮带不打滑，则关于、、三轮边缘、、三点的下列物理量的比，错误的是( )
A. 角速度之比为 B. 线速度大小为
C. 向心加速度大小之比为 D. 周期之比为
6. 如图所示，质量相同的三颗卫星、、绕地球做匀速圆周运动，其中、在地球的同步轨道上，距离地球表面的高度为，此时、恰好相距最近，已知地球质量为、半径为、地球自转的角速度为，引力常量为，则( )
A. 发射卫星的速度要大于
B. 卫星的周期大于卫星的周期
C. 卫星和卫星下一次相距最近还需经过
D. 若要卫星与卫星实现对接，可让卫星加速
7. 如图所示，光滑斜面固定在水平面上，顶端有一小球。小球从静止释放沿斜面运动到底端的时间是。若给小球一水平初速度，小球恰好落在斜面底端，经过的时间是。不计空气阻力，则( )
A. B. C. D. 无法确定
8. 如图所示，一长为的轻绳下端拴着质量为的小球，现使小球在水平面内做匀速圆周运动，轻绳与竖直方向的夹角为，重力加速度大小为，下列说法正确的是( )
A. 小球运动的加速度大小为
B. 小球运动的线速度大小为
C. 小球运动的角速度大小为
D. 轻绳的拉力大小为
9. 年，德国天文学家贝塞尔根据天狼星的移动路径形成的波浪图形，推断天狼星是双星系统中的一颗星。已知天狼星及其伴星都在各自轨道上互相绕转，绕转的周期约为年，两星体之间的距离约为日地距离的倍，引力常量为。则( )
A. 可估算出双星系统的平均密度 B. 可估算出双星系统中任一星体的质量
C. 可估算出双星系统的总质量 D. 双星系统中质量大的星体离绕行中心远
二、多选题（本大题共3小题，共12.0分）
10. 如图是“嫦娥三号”飞行轨道示意图。假设“嫦娥三号”运行经过点第一次通过近月制动使“嫦娥三号”在距离月面高度为的圆形轨道Ⅰ上运动，再次经过点时第二次通过近月制动使“嫦娥三号”在距离月面近地点为、高度为，远地点为、高度为的椭圆轨道Ⅱ上运动，下列说法正确的是( )
A. “嫦娥三号”在距离月面高度为的圆轨道Ⅰ上运动时速度大小可能变化
B. “嫦娥三号”在距离月面高度为的圆轨道Ⅰ上运动的周期一定大于在椭圆轨道Ⅱ上运动的周期
C. “嫦娥三号”在椭圆轨道Ⅱ上运动经过点时的加速度一定大于经过点时的加速度
D. “嫦娥三号”在椭圆轨道Ⅱ上运动经过点时的速率可能小于经过点时的速率
11. 如图所示，一位网球运动员以拍击球，使网球沿水平方向飞出。第一只球飞出时的初速度为，落在自己一方场地上后，弹跳起来，刚好擦网而过，落在对方场地的点处。第二只球飞出时的初速度为，直接擦网而过，也落在点处。设球与地面碰撞时没有能量损失，且不计空气阻力，则( )
A. 网球两次飞出时的初速度之比
B. 网球两次飞出时的初速度之比
C. 运动员击球点的高度与网高之比
D. 运动员击球点的高度与网高之比
12. 如图所示，水平转台上有一个质量为的物块，用长为的轻质细绳将物块连接在转轴上，细绳与竖直转轴的夹角为，此时绳绷直但无张力，物块与转台间动摩擦因数为，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，物块随转台由静止开始缓慢加速转动，角速度为 加速度为，则( )
A. 当时，细线中张力为零
B. 当时，物块与转台间的摩擦力为零
C. 当时，细线的张力为
D. 当时，细绳的拉力大小为
三、实验题（本大题共2小题，共18.0分）
13. 在“探究向心力的大小与质量、角速度和半径之间的关系”的实验中，所用实验器材如图所示。
物体所受向心力的大小与物体的质量、角速度和圆周运动半径之间的关系是________________。
某次实验时，选择、两个体积相等的铝球和钢球，变速塔轮相对应的半径之比为：，如图所示，是探究哪两个物理量之间的关系________。
A.研究向心力与质量之间的关系 研究向心力与角速度之间的关系
C.研究向心力与半径之间的关系 研究向心力与线速度之间的关系
在研究向心力的大小与质量、角速度和半径之间的关系时，我们主要用到了物理学中的________
A.累积法 等效替代法 控制变量法 微小量放大法
某次实验保证小球质量和圆周运动半径相等，若标尺上红白相间的等分格显示出两个小球所受向心力的比值为：，由圆周运动知识可以判断与皮带连接的变速塔轮相对应的半径之比为______。
A.
14. 图甲是“研究平抛物体的运动”的实验装置图
实验前应对实验装置反复调节，直到斜槽末端切线水平，每次让小球从同一位置由静止释放，是为了使每次小球平抛的______相同。
图乙是正确实验取得的数据，其中为抛出点，则此小球做平抛运动的初速度为______取。
在“研究平抛运动”的实验中，安装实验装置时，斜槽末端的切线必须水平，这样做的目的是_________。
A.保证小球飞出时，速度既不太大，也不太小
B.保证小球飞出时，初速度水平
C.保证小球在空中运动的时间每次都相等
D.保证小球运动的轨迹是一条抛物线
四、计算题（本大题共4小题，共40.0分）
15. 如图所示，用的水平拉力，使物体从点由静止开始沿光滑水平面做加速度为的匀加速直线运动到达点，已知到的时间。求：
、之间的距离；
拉力在此过程中所做的功；
求物体从到拉力做功的平均功率。
16. 发射地球同步卫星时，先将卫星发射到距地面高度为的近地圆轨道上，在卫星经过点时点火实施变轨进入椭圆轨道，最后在椭圆轨道的远地点点再次点火将卫星送入同步轨道，如图所示．已知同步卫星的运动周期为，地球的半径为，地球表面重力加速度为，忽略地球自转的影响．求：
卫星在近地点的加速度大小；
远地点距地面的高度．
17. 如图所示，左图是某游乐场中水上过山车的实物图片，右图是其原理示意图．在原理图中半径为的圆形轨道固定在离水面高的水平平台上，圆轨道与水平平台相切于点，、分别为圆形轨道的最低点和最高点．过山车实际是一艘带轮子的气垫小船，可视作质点高速行驶，先后会通过多个圆形轨道，然后从点离开圆轨道而进入光滑的水平轨道，最后从点水平飞出落入水中，整个过程刺激惊险，受到很多年轻人的喜爱。已知水面宽度为，假设运动中不计空气阻力，重力加速度取结果可保留根号．
若过山车恰好能通过圆形轨道的最高点，则其在点的速度为多大？
为使过山车安全落入水中，则过山车在点的最大速度为多少？
某次运动过程中乘客在圆轨道最低点对座椅的压力为自身重力的倍，则气垫船落入水中时的速度大小是多少？
18. 如图所示，在水平圆盘上放有质量分别为、、的可视为质点的三个物体、、，圆盘可绕垂直圆盘的中心轴转动。三个物体与圆盘的滑动摩擦因数均为。最大静摩擦力认为等于滑动摩擦力。三个物体与轴共线且，现将三个物体用轻质细线相连，保持细线伸直且恰无张力，使圆盘从静止开始转动且缓慢增大角速度，直到物体相对圆盘发生滑动，已知重力加速度。则在这个过程中：
当角速度多大时，物体和物体之间的细绳上恰好开始有张力？
当角速度多大时，物体和物体之间的细线上恰好开始有张力？
写出物体所受静摩擦力大小随角速度变化的函数关系式。
答案和解析
1.【答案】
【解析】
【分析】
本题主要考查了匀速圆周运动。
篮球上各点是绕着转轴做圆周运动，圆心均在转轴上，各点的角速度相同，根据可分析向心加速度。
【解答】
A、篮球上各点做圆周运动的圆心在篮球的直径上，故A错误；
B、篮球上许多点并没有与手指接触，向心力不是由手指提供的，故B错误；
C、篮球上各点同轴转动角速度相同，故C正确；
D、根据可知，篮球上的点离点越近的，半径越小，向心加速度越小，故D错误；
故选：。
2.【答案】
【解析】
【分析】
解决本题的关键将小船渡河的运动可分解为沿河岸方向和垂直河岸方向两个分运动，通过分运动的时间去判断渡河的时间小船渡河的运动可分解为沿河岸方向和垂直河岸方向两个分运动，分运动和合运动具有等时性，根据垂直河岸方向的运动去判断渡河的时间。
【解答】
船头始终垂直于河岸，河宽一定，当水流速度减小，为保持航线不变，根据运动的合成，静水船的速度必须减小，再根据，所以渡河的时间变长，故 A正确。

3.【答案】
【解析】和一起随圆盘做匀速圆周运动，做圆周运动的向心力由对的静摩擦力提供，所以对的摩擦力方向指向圆心，则对的摩擦力方向背离圆心；做圆周运动的向心力由对的摩擦力和圆盘对的摩擦力的合力提供，向心力的方向指向圆心，对的摩擦力背离圆心，则圆盘对的摩擦力指向圆心，故A错误，B正确．向心力是效果力，是其他力提供的向心力，不能说物体受到向心力作用，故C、D错误．
4.【答案】
【解析】汽车在地下车库的水平地面上做匀速直线运动，此时牵引力等于阻力大小；汽车开上斜坡上后，由于牵引力小于阻力和重力分力的合力，汽车开始做减速运动，汽车发动机的功率恒定，可知汽车的牵引力逐渐增大，汽车在斜坡上做加速度减小的减速运动，汽车将要离开斜坡时发动机产生的牵引力最大；汽车开上水平路面后，由于一开始牵引力大于阻力，汽车做加速运动，汽车的牵引力逐渐减小，汽车做加速度减小的加速运动，故AB错误，C正确；
D.由于汽车在斜坡上做加速度减小的减速运动，可知汽车开上水平路面时的速率小于它在地下车库时的速率；汽车开上水平路面后，做加速度减小的加速运动，当牵引力等于阻力时，汽车再次做匀速直线运动，由于汽车所受阻力一定，汽车功率不变，可知汽车开上水平路面后做匀速直线运动的速率等于它在地下车库时的速率，故D错误。
故选C。
5.【答案】
【解析】．、两轮通过皮带传动，两轮与皮带接触点的线速度大小相等，可知，由角速度和线速度的关系式 可知，线速度大小相等的情况下，角速度与半径成反比，可知，B、两轮同轴传动，两轮角速度相同，即，角速度相同的情况下，线速度与半径成正比，可知，联立对比可得，AB正确，不符合题意；
D.由 可得，周期之比为，D错误，符合题意；
C.向心力的表达式为，结合解析可得，向心加速度大小之比为，C正确，不符合题意。
故选D。
6.【答案】
【解析】
【分析】
理解三种宇宙速度，特别注意第一宇宙速度的三种说法．能抓住万有引力提供向心力列出等式解决问题的思路，再进行讨论求解。
【解答】
A.卫星绕地球做匀速圆周运动，是指在地球上发射的物体绕地球飞行作圆周运动所需的最小初始速度，是物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度。所以发射卫星时速度大于，而小于，故A错误；
B.根据万有引力提供圆周运动向心力，可得周期，轨道半径大的卫星的周期大，故B错误；
C.、在地球的同步轨道上，所以卫星、和地球具有相同的周期和角速度。
由万有引力提供向心力，即得：
距离地球表面的高度为，所以卫星的角速度
此时、恰好相距最近，到卫星和下一次相距最近，
得：，故C正确；
D.让卫星加速，所需的向心力增大，由于万有引力小于所需的向心力，卫星会做离心运动，离开原轨道，所以不能与实现对接，故D错误。
故选C。

7.【答案】
【解析】小球平抛时，沿斜面下滑时，，由于，，所以沿斜面下滑时间大于平抛运动的时间。
故选B。
8.【答案】
【解析】D.根据题意可知，小球在水平面内做匀速圆周运动，小球所受合力提供向心力，对小球受力分析，如图所示，
，
由几何关系有，，解得，，故D错误；
A.由牛顿第二定律有，解得，故A错误；
根据题意，由几何关系可知，小球在水平面内做匀速圆周运动的半径为，由牛顿第二定律有，，解得，，故C错误，B正确。
故选B。
9.【答案】
【解析】解：、根据，联立解得，因为双星的体积未知，无法求出双星系统的平均密度，故A错误，C正确；
、根据可得，可知质量大的星体离点较近，但和的大小不知道，无法求解双星系统中任一星体的质量，故BD错误。
故选：。
双星具有相同的角速度和周期，靠相互间的万有引力提供向心力，根据向心力相等求出做圆周运动轨道半径和质量的关系。
解决本题的关键知道双星系统的特点，结合万有引力提供向心力进行求解，知道双星系统距离相同的角速度。
10.【答案】
【解析】A.“嫦娥三号”在距离月面高度为的圆轨道Ⅰ上的运动是匀速圆周运动，速度大小不变，故A错误；
B.由于圆轨道Ⅰ的轨道半径大于椭圆轨道Ⅱ的半长轴，根据开普勒第三定律，“嫦娥三号”在距离月面高度为的圆轨道Ⅰ上运动的周期一定大于在椭圆轨道Ⅱ上运动的周期，故B正确；
C.由于在点“嫦娥三号”所受的万有引力比在点大，所以“嫦娥三号”在椭圆轨道Ⅱ上运动经过点时的加速度一定大于经过点时的加速度，故C正确；
D.根据开普勒第二定律可知，“嫦娥三号”在椭圆轨道Ⅱ上运动经过点时的速率一定大于经过点时的速率，故D错误。
故选BC。
11.【答案】
【解析】两球被击出后都做平抛运动，据平抛运动的规律知，两球被击至各自第一次落地的时间是相等的。由题意结合图可知，两球从击出至第一次落地的水平射程之比为，则网球两次飞出时的初速度之比，故A项正确，项错误。
：第一个球落地后反弹做斜抛运动，据运动的对称性可知，段的逆过程和段是相同的平抛运动，则两只球下落相同高度 后水平距离，据 、 、 ，得，又，则， 、 ，则，解得，故C项正确，项错误。
故选AC。
12.【答案】
【解析】
【分析】
此题考查牛顿运动定律的应用，注意临界条件的分析，至绳中出现拉力时，摩擦力为最大静摩擦力；转台对物块支持力为零时，，题目较难，计算也比较麻烦．
【解答】
A、当转台的角速度比较小时，物块只受重力、支持力和摩擦力，当细绳恰好要产生拉力时：，
解得：，由于，所以当时，细线中张力为零，故A正确；
B、随角速度的增大，细绳上的拉力增大，当物块恰好要离开转台时，物块受到重力和细绳的拉力的作用，则：
解得：，由于，所以当时，物块与转台间的摩擦力不为零，故B错误；
C、由于，由牛顿第二定律：，因为压力小于，所以，解得：，故C错误；
D、当时，小球已经离开转台，细绳的拉力与重力的合力提供向心力，则：
解得：，故，故D正确。
故选：。
13.【答案】；
；
；

【解析】物体所受向心力的大小与物体的质量、角速度和圆周运动半径之间的关系。
两球质量不同，转速相同，半径相同，研究的是向心力与质量之间的关系。故选A。
研究向心力的大小与质量、角速度和半径之间的关系时主要用到了控制变量法。故选C。
由 可知，即皮带连接的两变速塔轮的角速度之比为：，又两变速塔轮轮缘的线速度大小相等，所以由 可得，故选B。
14.【答案】初速度；
；

【解析】这样做就是使小球平抛的初速度相同，保证小球每次平抛的轨迹都是相同的，因此在操作中要求每次小球能从同一位置静止释放。
为抛出点，在竖直方向上，根据，则下降 的时间，初速度为 。
平抛运动的初速度一定要水平，因此安装斜槽轨道时要注意槽口末端要水平目的就是保证小球飞出时初速度水平。故选B。
15.【答案】解：由位移公式，、之间的距离；
根据功的定义可得，拉力在此过程中所做的功；
物体从到用时，拉力做功的平均功率为。

【解析】见答案
16.【答案】解：设地球质量为，卫星质量为，万有引力常数为，卫星在点的加速度为，由牛顿第二定律得：
；
物体在地球赤道表面上受到的万有引力等于重力，则：
；
解以上两式得：．
设远地点距地面高度为，卫星受到的万有引力提供向心力，由牛顿第二定律得：

解得：．
答：卫星在近地点的加速度大小；
远地点距地面的高度．
【解析】卫星近地点的加速度由万有引力提供，求出万有引力加速度就可以，在地球表面，重力和万有引力相等，由此可以求出卫星在近地点的加速度，在地球同步卫星轨道，已知卫星的周期求出卫星的轨道高度．
根据卫星运动时万有引力提供向心力和在地球表面重力等于万有引力分别列方程求解．会写向心力的不同表达式．
17.【答案】解：过山车恰好过最高点时，只受重力作用有：
解得；
离开点后平抛运动由，
得运动时间为，
故最大速度为
由牛顿第三定律可知，点乘客受到的支持力为：
圆周运动最低点：
解得
平抛运动竖直方向速度，
解得
则落水速度为：。
【解析】山车恰好过最高点时，只受重力作用，重力提供向心力，列出牛顿第二定律方程求解；
根据平抛运动规律列式计算过山车在点的最大速度；
在点列出牛顿第二定律得出点的速度，再根据平抛运动的知识求解。
本题是圆周运动，平抛运动的综合题目，基础题，难度不大。
18.【答案】解：当圆盘从静止开始转动，三个物体随圆盘转动，由静摩擦力提供向心力，三者角速度大小相等，根据向心力公式，
由于物体的运动半径最大，因此所需的向心力增加最快，其所受静摩擦力最先达到最大静摩擦力，当所受静摩擦力达到最大静摩擦力后，由于静摩擦力开始刚好不足以提供向心力，此时之间的绳上恰好有张力，根据牛顿第二定律有，
解得；
当所受静摩擦力达到最大静摩擦力时，之间的绳上恰好有张力。此时所受静摩擦力已经达到最大静摩擦力，对、整体根据牛顿第二定律有，
解得；
设受到的摩擦力恰好为时，则对：，
对、整体：，
解得，
当整体刚要滑动时，对：，
对、整体：，
解得，
根据前面分析可知，当 ，、之间绳无张力，此时，
当 时，对：，
对、整体：，
解得，
当 时，对：，
对、整体：，
解得，
当 时，发生滑动。

【解析】见答案
第1页，共1页