河南省周口市项城市第三高级中学2022-2023学年高一下学期期末考试物理试题（含解析）

项城市第三高级中学2022-2023学年高一下学期期末考试
物理试卷
本试卷分第Ⅰ卷（选择题）和第Ⅱ卷（非选择题）两部分，所有答案都写在答题卷上。
第Ⅰ卷（选择题）
一、单选题（每题4分，共32分）
1. 第一次通过实验比较准确地测出万有引力常量科学家是（　　）
A. 英国的胡克 B. 英国的牛顿
C. 意大利的伽利略 D. 英国的卡文迪许
2. 关于做曲线运动的物体，下列说法正确的是（　　）
A. 所受合外力可以为零
B. 所受合外力一定为恒力
C. 所受合外力一定为变力
D. 所受合外力的方向与物体的速度方向一定不在一条直线上
3. 一轻杆一端固定质量为m的小球，以另一端O为圆心，使小球在竖直平面内作半径为R的圆周运动，如图所示，则（　　）
A. 小球过最高点时，杆所受弹力一定不零
B. 小球过最高点时的最小速度是
C. 小球过最高点时，杆的弹力可以向上，此时杆对球的作用力一定不大于重力
D. 小球过最高点时，杆对球的作用力一定跟小球所受重力的方向相反
4. 2023年4月16日，长征四号乙遥五十一运载火箭将我国首颗降水测量专用卫星风云三号G星送入高度407km、倾角50°的倾斜预定轨道，成功填补了我国南北纬50°范围内的降水监测资料。卫星轨道可看做圆，地表重力加速度为g，下列说法正确的是（　　）
A. 卫星的向心加速度小于g B. 卫星的轨道与赤道平面重合
C. 卫星运行速度大于第一宇宙速度 D. 若考虑稀薄大气的阻力，卫星的速度会越来越小
5. “天舟一号”货运飞船在距离地面约380km的圆轨道上飞行。已知地球同步卫星距地面的高度约为36000km。关于“天舟一号”，下列说法正确的是（　　）
A. 线速度小于地球同步卫星的线速度
B. 线速度大于第一宇宙速度
C. 向心加速度小于地球同步卫星加速
D. 周期小于地球自转周期
6. 如图所示，细绳一端固定于O点，另一端系一个小球，在O点的正下方钉一个光滑的小钉子A，小球从一定高度摆下，不计空气阻力。则细绳碰到钉子前、后瞬间（　　）
A. 小球做圆周运动的线速度变大
B. 小球做圆周运动的线速度变小
C. 小球做圆周运动的角速度变小
D. 钉子的位置越靠近小球，细绳越容易断
7. 小睿同学从山坡上离地高为h处水平抛出两颗球形石块甲和乙，它们落在同一水平面上，运动轨迹如图所示，不计空气阻力，则下列说法正确的是（ ）
A. 甲在空中运动的时间较长
B. 甲抛出时的初速度比乙大
C. 乙在空中运动时不是处于完全失重状态
D. 小睿若从同一位置再水平抛出一个石块丙，丙在空中运动的轨迹有可能和甲的轨迹在抛出点外其他位置相交
8. 如图所示，某赛道弯角处采用外高内低的设计，下列关于在此弯角转弯时的赛车说法正确的是（　　）
A. 受到重力、支持力、摩擦力、空气阻力和向心力的作用
B 向心力由摩擦力提供
C. 若赛车匀速转弯，所受合力不变
D. 非正常行驶时，赛车所受摩擦力可能向外
二、多选题（每题4分，共16分，选择正确但不全得两分）
9. 质量为m的物体，在汽车的牵引下由静止开始运动，当汽车的速度为v时，细绳与水平面间的夹角为，则下列说法中正确的是（ ）
A. 此时物体的速度大小为
B. 此时物体的速度大小为
C. 若汽车做匀速运动，则绳子上拉力等于物体的重力
D. 若汽车做匀速运动，则绳子上的拉力大于物体的重力
10. 滚筒洗衣机静止于水平地面上，衣物随着滚筒一起在竖直平面内做高速匀速圆周运动，以达到脱水的效果。滚筒截面如图所示，点为最高点，点为最低点，为水平方向的直径，下列说法正确的是（ ）
A. 衣物运动到点时脱水效果更好
B. 衣物运动过程中在各点受到的向心力大小相同
C. 衣物运动到最高点时受重力和离心力作用
D. 衣物运动到点时洗衣机对地面的摩擦力最大
11. 如图所示的塔吊臂上有一个可以沿水平方向运动的小车A，小车下装有吊着物体B的吊钩．在小车A与物体B以相同的水平速度沿吊臂方向匀速运动的同时，吊钩将物体B向上吊起，AB之间的距离以规律变化（H为塔吊高），则物体做 （ ）
A. 匀速直线运动
B. 速度大小增加的曲线运动
C. 加速度不变的曲线运动
D. 加速度变化的直线运动
12. 如图所示，在水平转台上放一个质量M=2kg的木块，它与转台间最大静摩擦力fmax=6.0N，绳的一端系住木块，穿过转台的中心孔O（孔光滑，忽略小滑轮的影响），另一端悬挂一个质量m=1.0kg的小物块，当转台以ω=5rad/s匀速转动时，木块相对转台静止，则木块到O点的距离可以是（M、m均视为质点，g取10m/s2）（ ）
A. 0.04m B. 0.08m C. 0.16m D. 0.64m
第II卷（非选择题）
三、实验题（13题第一小题每空1分，其余空各2分，共16分）
13. 图甲是“研究平抛物体的运动”的实验装置图。
（1）实验前应对实验装置反复调节，直到斜槽末端切线______，每次让小球从同一位置由静止释放，是为了使每次平抛的______。
（2）图乙是实验测得的数据，其中O为抛出点，则小球做平抛运动的初速为______m/s（）。
（3）在另一次实验中将白纸换成方格纸，每个格的边长L＝5cm，通过实验，记录了小球在运动途中的三个位置，如图丙所示，则该小球做平抛运动的初速度为______m/s，小球在B点的竖直分速度为______m/s（）。
14. 某物理小组的同学设计了一个粗测玩具小车通过凹形桥最低点时速度的实验，所用器材有：玩具小车、压力式托盘秤、凹形桥模拟器（圆弧部分的半径为），请完成下列填空：
（1）将凹形桥模拟器静置于托盘秤上，如图（a）所示，托盘秤的示数为；
（2）将玩具小车静置于凹形桥模拟器最低点时，托盘秤的示数如图（b）所示，该示数为_________；
（3）将小车从凹形桥模拟器某一位置静止释放，小车经过最低点后滑向另一侧，此过程中托盘秤的最大示数为；小车经过最低点时处于________（选填“超重”或“失重”）状态。多次从同一位置静止释放小车，记录各次的值如表所示：
序号 1 2 3 4 5
1.80 175 1.85 1.75 1.90
（4）根据以上数据，可求出小车经过凹形桥最低点时对桥的压力为________N；小车通过最低点时的速度大小为________m/s，重力加速度取，（计算结果保留2位有效数字）。
四、解答题（本题共3小题，共计36分）
15. 假设某卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径为r，运动周期为T，地球半径为R，引力常量为G，不考虑地球自转，求：
（1）卫星的向心加速度大小；
（2）地球的平均密度。
16. 某飞机以仰角起飞，起飞时初速度大小为。假设其做加速度大小为的匀加速直线运动。则：
（1）起飞后末飞机离地面多高？
（2）此时刻飞机距起飞点的水平距离为多少？
17. 两颗人造地球卫星，在同一平面上沿相同绕行方向绕地球做匀速圆周运动，它们的轨道半径分别为2R、8R，R为地球半径，地面重力加速度为g，如果我们把两卫星相距最近称为两卫星相遇。求：
（1）地球的第一宇宙速度；
（2）这两颗卫星每隔多长时间相遇一次。
项城市第三高级中学2022-2023学年高一下学期期末考试
物理试卷 答案解析
本试卷分第Ⅰ卷（选择题）和第Ⅱ卷（非选择题）两部分，所有答案都写在答题卷上。
第Ⅰ卷（选择题）
一、单选题（每题4分，共32分）
1. 第一次通过实验比较准确地测出万有引力常量的科学家是（　　）
A. 英国的胡克 B. 英国的牛顿
C. 意大利的伽利略 D. 英国的卡文迪许
【答案】D
【解析】
【详解】万有引力常量的数值于1789年由卡文迪许利用他所发明的扭秤得出。
故选D。
2. 关于做曲线运动的物体，下列说法正确的是（　　）
A. 所受合外力可以为零
B. 所受合外力一定为恒力
C. 所受合外力一定为变力
D. 所受合外力的方向与物体的速度方向一定不在一条直线上
【答案】D
【解析】
【详解】ABC．做曲线运动的物体，速度方向时刻在发生变化，所以一定是变速运动，合外力一定不为零，合外力可以是恒力，例如平抛运动，合外力也可以是变力，例如匀速圆周运动，故ABC错误；
D．做曲线运动的条件是所受合外力的方向与物体的速度方向不在一条直线上，故D正确。
故选D。
3. 一轻杆一端固定质量为m的小球，以另一端O为圆心，使小球在竖直平面内作半径为R的圆周运动，如图所示，则（　　）
A. 小球过最高点时，杆所受弹力一定不为零
B. 小球过最高点时的最小速度是
C. 小球过最高点时，杆的弹力可以向上，此时杆对球的作用力一定不大于重力
D. 小球过最高点时，杆对球的作用力一定跟小球所受重力的方向相反
【答案】C
【解析】
【详解】A．小球过最高点时，若只靠小球重力提供向心力时，杆所受弹力为零，故A错误；
B．由于小球连接的轻杆，所以小球过最高点时的最小速度可以为零，故B错误；
C．当小球过最高点，杆的弹力可以向上时，杆对小球的作用力反向向下，此时重力和杆的弹力的合力提供向心力，即
此时杆对球的作用力小于或者等于重力，故C正确；
D．当小球过最高点时的速度时，此时合外力提供向心力，即
此时杆对球的作用力与小球的重力方向相同，故D错误。
故选C。
4. 2023年4月16日，长征四号乙遥五十一运载火箭将我国首颗降水测量专用卫星风云三号G星送入高度407km、倾角50°的倾斜预定轨道，成功填补了我国南北纬50°范围内的降水监测资料。卫星轨道可看做圆，地表重力加速度为g，下列说法正确的是（　　）
A. 卫星的向心加速度小于g B. 卫星的轨道与赤道平面重合
C. 卫星运行速度大于第一宇宙速度 D. 若考虑稀薄大气的阻力，卫星的速度会越来越小
【答案】A
【解析】
【详解】A．设卫星到地面距离为h，根据
可得
该卫星的向心加速度小于g，A正确；
B．该卫星轨道为倾角50°的倾斜预定轨道，卫星的轨道与赤道平面不重合，B错误；
C．由公式
得
可知，卫星绕地球运做匀速圆周运动时，半径越小，速度越大，近地卫星的运行速度，也就是第一宇宙速度，是最大的运行速度，该卫星轨道高于近地卫星，所以速度小于第一宇宙速度，C错误；
D．由于稀薄大气的影响，如不加干预，在运行一段时间后，卫星的速度减小，引力大于向心力，做近心运动，半径变小，引力做正功，其速度变大，D错误。
故选A
5. “天舟一号”货运飞船在距离地面约380km圆轨道上飞行。已知地球同步卫星距地面的高度约为36000km。关于“天舟一号”，下列说法正确的是（　　）
A. 线速度小于地球同步卫星的线速度
B. 线速度大于第一宇宙速度
C. 向心加速度小于地球同步卫星加速
D. 周期小于地球自转周期
【答案】D
【解析】
【详解】A．根据
得
因为 “天舟一号”货运飞船的轨道半径小于同步卫星的轨道半径，所以“天舟一号”的线速度大于地球同步卫星的线速度，故A错误；
B．第一宇宙速度是围绕地球做圆周运动的天体的最大速度，所以“天舟一号”的线速度小于第一宇宙速度，故B错误；
C．根据
得
因为 “天舟一号”货运飞船的轨道半径小于同步卫星的轨道半径，所以“天舟一号”的向心加速度大于地球同步卫星加速，故C错误；
D．根据
得
因为 “天舟一号”货运飞船的轨道半径小于同步卫星的轨道半径，所以“天舟一号”的周期小于地球自转周期，故D正确。
故选D。
6. 如图所示，细绳一端固定于O点，另一端系一个小球，在O点的正下方钉一个光滑的小钉子A，小球从一定高度摆下，不计空气阻力。则细绳碰到钉子前、后瞬间（　　）
A. 小球做圆周运动的线速度变大
B. 小球做圆周运动的线速度变小
C. 小球做圆周运动的角速度变小
D. 钉子的位置越靠近小球，细绳越容易断
【答案】D
【解析】
【详解】AB．小球运动到最低点时，细绳与钉子相碰，原来是以悬点O做圆周运动，与钉子相碰的瞬间圆心位置变成了钉子A所在位置，小球做圆周运动的半径变小。在细绳与钉子相碰的瞬间，小球在水平方向上没有受到外力作用，所以水平方向的速度不变，即小球的线速度不变，故AB错误；
C．小球的角速度
由上面的分析可知小球做圆周运动的半径减小，线速度不变，所以小球的角速度变大，故C错误；
D．小球所受合外力提供小球做圆周运动的向心力
由于细绳碰到钉子后小球做圆周运动半径变小，所以小球所受合外力变大，即绳子拉力变大，钉子的位置越靠近小球，圆周运动的半径就变得越小，合外力就越大，绳子拉力就要越大，故D正确。
故选D。
7. 小睿同学从山坡上离地高为h处水平抛出两颗球形石块甲和乙，它们落在同一水平面上，运动轨迹如图所示，不计空气阻力，则下列说法正确的是（ ）
A. 甲在空中运动的时间较长
B. 甲抛出时的初速度比乙大
C. 乙在空中运动时不是处于完全失重状态
D. 小睿若从同一位置再水平抛出一个石块丙，丙在空中运动的轨迹有可能和甲的轨迹在抛出点外其他位置相交
【答案】B
【解析】
【详解】A．两石块落在同一水平地面，即两石块下落高度相同，由
知它们的运动时间相同，故A错误；
B．两石块运动时间相同，甲石块的水平距离大于乙的水平距离，由
可知甲抛出时的初速度比乙大，故B正确；
C．两石块做平抛运动，下落过程只受重力，所以两石块均处于完全失重状态，故C错误；
D．从同一位置再水平抛出一个石块丙，若初速度与甲相同，则运动轨迹与甲重合；若初速度与甲不同，平抛运动可得
可知越大，同一高度处运动的水平距离越大，所以抛出点外不可能相交，故D错误。
故选B。
8. 如图所示，某赛道弯角处采用外高内低的设计，下列关于在此弯角转弯时的赛车说法正确的是（　　）
A. 受到重力、支持力、摩擦力、空气阻力和向心力的作用
B. 向心力由摩擦力提供
C. 若赛车匀速转弯，所受合力不变
D. 非正常行驶时，赛车所受摩擦力可能向外
【答案】D
【解析】
【详解】A．向心力是效果力，汽车受重力，支持力，摩擦力，空气阻力作用，合力沿半径指向圆心的分力称为向心力，A错误；
B．本题中向心力是由重力，支持力和摩擦力提供，B错误；
C．若赛车匀速转弯，所受合力指向圆心，方向时刻改变，因此所受合力发生变化，C错误；
D．正常行驶时，重力与支持力的合力提供向心力，若速度小于正常速度，所需向心力减小，这时赛车受摩擦力向外，D正确。
故选D。
二、多选题（每题4分，共16分，选择正确但不全得两分）
9. 质量为m的物体，在汽车的牵引下由静止开始运动，当汽车的速度为v时，细绳与水平面间的夹角为，则下列说法中正确的是（ ）
A. 此时物体的速度大小为
B. 此时物体的速度大小为
C. 若汽车做匀速运动，则绳子上的拉力等于物体的重力
D. 若汽车做匀速运动，则绳子上的拉力大于物体的重力
【答案】BD
【解析】
【详解】AB．小车的运动可以看成是两个分运动的合成，一个是沿绳子拉伸方向的分运动，另一个垂直绳子方向绕滑轮转动的分运动，将小车的速度分解成沿绳子方向的分速度和垂直于绳子的分速度，物体上升的速度等于小车沿绳子方向的分速度，故有
A错误B正确；
CD．若汽车做匀速运动，即汽车速度v保持不变，绳子与水平面的夹角减小，由
可知物体的速度增大，物体向上做加速运动，加速度方向向上，合力方向向上，绳子拉力大于物体重力，C错误，D正确。
故选BD
10. 滚筒洗衣机静止于水平地面上，衣物随着滚筒一起在竖直平面内做高速匀速圆周运动，以达到脱水的效果。滚筒截面如图所示，点为最高点，点为最低点，为水平方向的直径，下列说法正确的是（ ）
A. 衣物运动到点时脱水效果更好
B. 衣物运动过程中在各点受到向心力大小相同
C. 衣物运动到最高点时受重力和离心力作用
D. 衣物运动到点时洗衣机对地面的摩擦力最大
【答案】AB
【解析】
【详解】A．衣物运动到最低点B点时，加速度方向竖直向上，处于超重状态，由牛顿第二定律可知，衣物在B点受到滚筒的作用力最大，脱水效果更好，故A正确；
B．衣物随着滚筒一起在竖直平面内做高速匀速圆周运动，可知衣物运动过程中在各点受到的向心力大小相同，故B正确；
C．离心力只是一种效果力，不是实际存在的力，衣物运动到最高点时受到重力和滚筒的弹力，故C错误；
D．衣物运动到点时，滚筒对衣服的支持力竖直向上，则衣服对滚筒的压力竖直向下，可知地面对洗衣机的摩擦力为零，则此时洗衣机对地面的摩擦力为零，故D错误。
故选AB。
11. 如图所示的塔吊臂上有一个可以沿水平方向运动的小车A，小车下装有吊着物体B的吊钩．在小车A与物体B以相同的水平速度沿吊臂方向匀速运动的同时，吊钩将物体B向上吊起，AB之间的距离以规律变化（H为塔吊高），则物体做 （ ）
A. 匀速直线运动
B. 速度大小增加的曲线运动
C. 加速度不变的曲线运动
D. 加速度变化的直线运动
【答案】BC
【解析】
【详解】A. 物体B参加了两个分运动，水平方向的匀速直线运动和竖直方向的匀加速直线运动，故A错误；
BD．对于竖直分运动，结合位移与时间关系公式
可得到
又根据题意
对比可得：竖直分运动的加速度的大小为
竖直分运动的初速度为
故竖直分速度为
物体的水平分速度不变，合运动的速度为竖直分速度与水平分速度的合速度，遵循平行四边形定则，故合速度的方向不断变化，物体一定做曲线运动，合速度的大小
故合速度的大小也一定不断变大，故物体做速度大小增加的曲线运动，故B正确，D错误；
C．水平分加速度等于零，故合加速度等于竖直分运动的加速度，因而合加速度的大小和方向都不变，故C正确。
故选BC。
12. 如图所示，在水平转台上放一个质量M=2kg的木块，它与转台间最大静摩擦力fmax=6.0N，绳的一端系住木块，穿过转台的中心孔O（孔光滑，忽略小滑轮的影响），另一端悬挂一个质量m=1.0kg的小物块，当转台以ω=5rad/s匀速转动时，木块相对转台静止，则木块到O点的距离可以是（M、m均视为质点，g取10m/s2）（ ）
A. 0.04m B. 0.08m C. 0.16m D. 0.64m
【答案】BC
【解析】
【详解】物体的摩擦力和绳子的拉力的合力提供向心力，根据向心力公式得
mg+f=Mω2r
解得
当f=fmax=6.0N时，r最大
当f=﹣6N时，r最小，则
故BC正确。
故选BC。
第II卷（非选择题）
三、实验题（13题第一小题每空1分，其余空各2分，共16分）
13. 图甲是“研究平抛物体的运动”的实验装置图。
（1）实验前应对实验装置反复调节，直到斜槽末端切线______，每次让小球从同一位置由静止释放，是为了使每次平抛的______。
（2）图乙是实验测得的数据，其中O为抛出点，则小球做平抛运动的初速为______m/s（）。
（3）在另一次实验中将白纸换成方格纸，每个格的边长L＝5cm，通过实验，记录了小球在运动途中的三个位置，如图丙所示，则该小球做平抛运动的初速度为______m/s，小球在B点的竖直分速度为______m/s（）。
【答案】 ①. 水平 ②. 初速度相同 ③. 1.6 ④. 1.5 ⑤. 2
【解析】
【详解】（1）[1][2]为了保证小球水平飞出，则斜槽的末端切线应保持水平；每次让小球从同一位置由静止释放，是为了每次平抛的初速度相同；
（2）[3]由于为抛出点，所以根据平抛运动规律有
将，，代入解得
（3）[4][5]由图可知，物体由和由所用的时间相等，且有
由图可知
代入解得
根据
将，代入解得
竖直方向自由落体运动，根据匀变速直线运动中时间中点的瞬时速度等于该过程中的平均速度有
14. 某物理小组的同学设计了一个粗测玩具小车通过凹形桥最低点时速度的实验，所用器材有：玩具小车、压力式托盘秤、凹形桥模拟器（圆弧部分的半径为），请完成下列填空：
（1）将凹形桥模拟器静置于托盘秤上，如图（a）所示，托盘秤的示数为；
（2）将玩具小车静置于凹形桥模拟器最低点时，托盘秤的示数如图（b）所示，该示数为_________；
（3）将小车从凹形桥模拟器某一位置静止释放，小车经过最低点后滑向另一侧，此过程中托盘秤的最大示数为；小车经过最低点时处于________（选填“超重”或“失重”）状态。多次从同一位置静止释放小车，记录各次的值如表所示：
序号 1 2 3 4 5
1.80 1.75 1.85 1.75 1.90
（4）根据以上数据，可求出小车经过凹形桥最低点时对桥的压力为________N；小车通过最低点时的速度大小为________m/s，重力加速度取，（计算结果保留2位有效数字）。
【答案】 ①. 1.40 ②. 超重 ③. 8.1 ④. 1.4
【解析】
【详解】（2）[1]题图（b）中托盘秤的分度值为0.1kg，应该估读到0.01kg，所以托盘秤的示数为1.40kg。
（3）[2]小车经过最低点时，小车的加速度方向竖直向上，小车受到的合力竖直向上，小车受到的支持力大于小车的重力，因此小车处于超重状态。
（4）[3]小车5次经过最低点时托盘秤最大示数的平均值为
托盘秤承受的压力为
小车经过凹形桥最低点时对桥的压力为
[4]由题意可知小车的质量为
对小车，在最低点时由牛顿第二定律得
解得
四、解答题（本题共3小题，共计36分）
15. 假设某卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径为r，运动周期为T，地球半径为R，引力常量为G，不考虑地球自转，求：
（1）卫星的向心加速度大小；
（2）地球的平均密度。
【答案】（1）；（2）
【解析】
【详解】（1）设卫星的质量和向心加速度分别为m、，有
卫星的向心加速度大小
（2）设地球质量为 ，由万有引力提供向心力可得
得
则地球的密度
16. 某飞机以仰角起飞，起飞时初速度大小为。假设其做加速度大小为的匀加速直线运动。则：
（1）起飞后末飞机离地面多高？
（2）此时刻飞机距起飞点的水平距离为多少？
【答案】（1）；（2）
【解析】
【详解】（1）根据匀加速直线运动的位移公式可得
根据几何关系可得上升的高度为
（2）此时刻飞机距起飞点的水平距离为
17. 两颗人造地球卫星，在同一平面上沿相同绕行方向绕地球做匀速圆周运动，它们的轨道半径分别为2R、8R，R为地球半径，地面重力加速度为g，如果我们把两卫星相距最近称为两卫星相遇。求：
（1）地球的第一宇宙速度；
（2）这两颗卫星每隔多长时间相遇一次。
【答案】（1）；（2）
【解析】
【详解】（1）设地球的质量为M，静止在地面上的质量为的物体所受重力等于万有引力，即
设地球的第一宇宙速度为v，卫星的质量为m，万有引力提供向心力，则有
解得
（2）设卫星的质量为m，万有引力提供向心力，由牛顿第二定律得
解得卫星的角速度
则两颗卫星的角速度分别为
设这两颗卫星每隔时间t相遇一次，则
解得