辽宁省沈阳市郊联体2022-2023学年高一（下）期中物理试卷（含解析）

2022-2023学年辽宁省沈阳市郊联体高一（下）期中
物理试卷
一、选择题（本大题共10小题，共40分）
1. 在物理学的发展过程中，很多科学家做出了巨大的贡献，则下列说法中符合史实的是( )
A. 功是标量，做功比多
B. 做匀速圆周运动的物体速度大小不变，所以是匀变速曲线运动
C. 开普勒利用他精湛的数学经过长期计算分析，最后终于发现了万有引力定律
D. 卡文迪许第一次在实验室里测出了万有引力常量而被称为测出地球质量第一人
2. 如图所示，为某种自行车的大齿轮、链条、小齿轮、脚踏板、后轮示意图，在骑行过程中，脚踏板和大齿轮同轴转动，小齿轮和后轮同轴转动，已知大齿轮与小齿轮的半径之比为：，后轮与小齿轮半径之比为：，当使后轮离开地面，扭动脚蹈板带动后轮一起匀速转动时( )
A. A、两点的线速度
B. A、两点的角速度
C. A、两点的周期
D. A、两点的向心加速度
3. 质量为的物体，由静止开始下落，由于阻力作用，下落的加速度为，在物体下落的过程中，下列说法正确的是( )
A. 物体机械能减少了 B. 物体的动能增加了
C. 物体的重力势能增加了 D. 物体克服阻力所做的功为
4. 一辆小汽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，之后保持额定功率运动，其图像如图所示，已知汽车的质量为，汽车受到的阻力为车重的倍，取，则下列说法正确的是( )
A. 汽车在前内的加速度为 B. 汽车在前内的牵引力为
C. 汽车的额定功率为 D. 汽车的最大速度为
5. 年月，“天通一号”星发射成功。发射过程简化为如图所示：火箭先把卫星送上轨道椭圆轨道，、是远地点和近地点后火箭脱离；卫星再变轨，到轨道圆轨道；卫星最后变轨到轨道同步圆轨道。轨道、相切于点，轨道、相交于、两点。忽略卫星质量变化。( )
A. 卫星在三个轨道上的周期
B. 由轨道变至轨道，卫星在点向前喷气
C. 卫星在三个轨道上机械能
D. 轨道在点的线速度小于轨道的线速度
6. 如图所示，一内壁粗糙的环形细圆管位于竖直平面内，环的半径为比细管内径大得多，在圆管中有一个直径略小于细管内径、质量为的小球。设某时刻小球通过轨道的最低点时对管壁的压力为，此后小球沿细管做圆周运动，且恰能通过圆周最高点，则小球从最低点到最高点的过程中克服细圆管摩擦力所做的功是( )
A. B. C. D.
7. 如图所示，对于甲、乙、丙、丁四种情况下求解某个力所做的功，下列说法正确的是( )
A. 甲图中，若不变，物块从到过程中力做的功为
B. 乙图全过程中做的总功为
C. 丙图中，绳长为，若空气阻力大小不变，小球从沿圆弧运动到过程中空气阻力做的功
D. 图丁中，始终保持水平，无论是缓慢将小球从拉到，还是为恒力将小球从拉到，做的功都是
8. 将的石块，从教学楼顶端释放经到达地面，不计空气阻力，取，则( )
A. 末重力的瞬时功率为 B. 末重力的瞬时功率为
C. 内重力的功率为 D. 内重力的功率为
9. 如图，长度为的小车静止在光滑的水平面上，可视为质点的小物块放在小车的最左端。将一水平恒力作用在小物块上，物块和小车之间的摩擦力大小为。当小车运动的位移为时，物块刚好滑到小车的最右端，下列判断正确的有( )
A. 此时物块的动能为
B. 这一过程中，物块对小车所做的功为
C. 这一过程中，物块和小车系统增加的机械能为
D. 这一过程中，物块和小车系统产生的内能为
10. 如图所示，质量为的圆环套在足够长光滑竖直杆上，质量为的木块放在倾角为的足够长光滑固定斜面上，圆环与木块用轻质细线通过光滑定滑轮连接，图中滑轮与木块间的细线与斜面平行，滑轮与位置等高且水平距离，现让圆环从位置由静止释放运动到位置。已知、两位置的高度差为，不计空气阻力，重力加速度。下列判断正确的是( )
A. 刚释放圆环的瞬间，轻绳上的张力大小为
B. 当圆环到达位置时，圆环与木块的速度大小之比为：
C. 圆环在从运动到的过程中减少的重力势能等于木块增加的机械能
D. 当圆环到达位置时，其速度大小为
二、非选择题（共60分）
11. 哈三中实验社团的几位同学在学习完圆周运动相关知识后，打算做一个实验来感受一下圆周运动中的向心力，并对向心力大小与半径、角速度、质量的关系进行探究，具体操作如下：如图甲所示，用细绳拴住水杯，杯中装有少量的水，在离水杯处的绳子上打一结，记为绳结，处打一结，记为绳结，一位同学用秒表记时，另一位同学将水杯在空中甩动，近似认为水杯在水平面内做匀速圆周运动，并做出如下三种操作：
操作一：手握绳结，使杯在水平面内每秒运动一周，体会向心力的大小；
操作二：手握绳结，使杯在水平面内每秒运动一周，体会向心力的大小；
操作三：手握绳结，使杯在水平面内每秒运动二周，体会向心力的大小。
结合操作中的感受和所学圆周运动相关知识，我们可以总结出：
操作二与一相比较：当水杯总质量和角速度相同时，向心力大小与__________有关：操作三与一相比较：当半径和__________相同时，向心力大小与角速度大小有关；
此次实验里采用了物理学中__________的实验方法。
12. 某实验小组利用重物下落验证机械能守恒定律。
下图是四位同学释放纸带瞬间的照片，操作最合理的是_____
A、 、
C、 、
关于此实验，下列说法中正确的是_____；
A.释放重物时要注意纸带是否竖直
B.重物的质量可以不测量
C.实验中应先释放纸带，后接通电源
D.可以利用公式来求解瞬时速度
研究小组的同学反思所做的重物下落实验后发现误差较大，操作也不便，于是在老师的指导下利用如图甲所示的实验装置对验证机械能守恒定律实验进行改进。
如图乙所示，主要由光电门与轻质摆杆组成单摆绕点转动，实验时，质量为的光电门从点由静止下摆，依次经过个宽度为的遮光片，光电门摆至左边海棉止动阀处被卡住不再回摆，忽略光电门的大小对实验的影响。已知摆长为，当摆杆与竖直方向的夹角为小于时，光电门经过遮光片的时间为，以圆弧最低点所在平面为参考面，则光电门的势能_____，动能_____选用字母、、、、、表示，然后对比不同遮光片处势能和动能之和是否相等。
实验结束后，得到了如题表所示的实验数据，其中势能变化的图像应该是_____。选A、或者
13. 我校物理兴趣小组的同学决定举行遥控赛车比赛，比赛路径如图所示。可视为质点的赛车从起点出发，沿水平直线轨道运动后，由点进入半径为的光滑竖直半圆轨道，并通过半圆轨道的最高点，才算完成比赛。是半圆轨道的最低点，水平直线轨道和半圆轨道相切于点。已知赛车质量，通电后以额定功率工作，进入竖直圆轨道前受到的阻力恒为，随后在运动中受到的阻力均可不计，，取。求：
要使赛车完成比赛，赛车在半圆轨道的点速度至少多大？
要使赛车完成比赛赛车在半圆轨道点对轨道的压力至少多大？要使赛车完成比赛，电动机至少工作多长时间？
14. 年月日时分，我国首次火星探测任务“天问一号”探测器实施近火捕获制动，成功实现环绕火星运动，成为我国第一颗人造火星卫星，在“天问一号”环绕火星做匀速圆周运动时，周期为。已知火星的半径为，火星表面的重力加速度的大小为，引力常量为，不考虑火星的自转。求：
火星的质量；
火星的第一宇宙速度；
求“天问一号”绕火星飞行时轨道半径。
15. 如图甲所示，轻质弹簧原长为，将弹簧竖直放置在地面上，在其顶端将质量的物体由静止释放，当弹簧压缩至最短时，弹簧长度为。现将该轻质弹簧水平放置，一端固定在点，另一端与一质量为的物块接触但不连接，是长度为的水平光滑轨道，端与半径为的光滑竖直半圆轨道相切，与竖直方向成，如图乙所示。现用力缓慢推物块，将物块推送到点，此时弹簧长度被压缩至，然后由静止释放。取，弹簧形变量始终在弹性限度内求：
弹簧压缩至时的弹性势能；
物块经过点时受到轨道支持力的大小；
若在段铺设某种材料，物块与这种材料之间的动摩擦因数为，要使物块能滑上轨道且不脱离轨道，求的取值范围。
答案和解析
1.【答案】
【解析】A.功是标量，正负号表示做正功还是负功，故 比 做功少，故A错误；
B.做匀速圆周运动的物体速度大小不变，但其方向时刻在改变，且其加速度也是大小不变方向时刻改变，所以匀速圆周运动是变加速曲线运动，故B错误；
C.牛顿利用他精湛的数学经过长期计算分析，最后终于发现了万有引力定律，故C错误；
D.卡文迪许第一次在实验室里测出了万有引力常量而被称为测出地球质量第一人，故D正确。
故选D。
2.【答案】
【解析】由图可知，大齿轮与小齿轮为同缘传动，因此
由于大齿轮与小齿轮的半径之比为：，根据 可得
小齿轮与后轮为同轴传动，因此
因此
后轮与小齿轮半径之比为：，因此
因此、两点的线速度之比为
故AB错误；
C.根据 可得
故C正确；
D.根据 可得
故D错误。
故选C。
3.【答案】
【解析】解：、根据牛顿第二定律根据动能定理，物体的动能增加了，根据题意可知物体重力的功为，做正功，则物体的重力势能减少了，物体机械能减少了，故A正确，故BC错误；
D、根据牛顿第二定律，解得阻力大小为，物体克服阻力所做的功为，故D错误；
故选：。
先由牛顿第二定律求出物体的合力大小，再由动能定理求动能增加量；根据重力做功求重力势能减少量；由牛顿第二定律求出阻力大小，再求物体克服阻力做功大小。
本题的关键要明确重力势能变化是由重力做功决定，而动能变化是由合力做功决定。
4.【答案】
【解析】
【分析】根据速度时间图线得出匀加速直线运动的加速度，结合牛顿第二定律求出牵引力，通过求出额定功率．当牵引力等于阻力时，速度最大，根据求出最大速度。
本题首先要识别图象的物理意义，从斜率读出加速度．其次，抓住这个时刻汽车达到额定功率．抓住达到最大速度的条件，由功率公式求最大速度。
【解答】、汽车受到地面的阻力为车重的倍，则阻力为：，
由图可知，汽车匀加速直线运动的加速度为：
根据牛顿第二定律得：
解得牵引力为：，故AB错误；
C、发动机额定功率为：，故C正确；
D、当牵引力等于阻力时，速度最大，则最大速度为：，故D错误。
故选：。
5.【答案】
【解析】
【分析】
根据开普勒第三定律，结合题意得出卫星在三个轨道上的周期关系；
根据变轨原理可知在点向后喷气加速；
根据轨道半径结合题意得出卫星在三个轨道上机械能关系；
先判断卫星在轨道的速度大于在轨道的速度；再利用变轨原理判断卫星从轨道变轨到轨道需加速，最后得出卫星在轨道的点线速度大于在轨道的线速度；
在处理变轨问题时，要注意由低轨变到高轨，卫星需要加速做离心运动，由低轨变到高轨，卫星需要减速做近心运动。
【解答】
A.根据开普勒第三定律 可知，卫星在三个轨道上的周期，故A错误；
B.由轨道变至轨道，离心运动，卫星在点向后喷气，故B错误；
C.由轨道变至轨道，离心运动，卫星在点向后喷气，机械能增大，而在轨道、上，高度相同，根据 可知，速度大小相同，动能相同，则机械能相同，故，故C正确；
D.轨道在点的线速度大于对应圆轨道的线速度，根据 可知点对应圆轨道的线速度大于轨道的线速度，故轨道在点的线速度大于轨道的线速度，故D错误。
故选C。

6.【答案】
【解析】解：根据牛顿第二定律得，在最低点有，
，
解得，
小球恰好经过最高点，则最高点的速度为。从最低到最高点根据动能定理，
解得，故B正确，ACD错误。
故选B。
7.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查恒力做功和变力做功的计算，解题的关键是理解图像的面积的意义、变力做功可以用微元法以或动能定理求解。甲图中若恒定不变，利用转换法可知物块从到过程中的拉力做的功等于做功；根据图像的面积表示功；利用微元法求小球从运动到过程中空气阻力做的功；图丁中只有当为恒力时，做的功用功的定义式求解，变力时需要根据动能定理求解做功。
【解答】
A.力为恒力，且力作用点的位移与力的方向相同，力作用点的位移大小表示为，物块从到过程中力做的功为，故A正确；
B.由图可知，先做正功，后做负功，全过程中做的总功为，故B错误；
C.小球从沿圆弧运动到过程中空气阻力做负功，表示为，故C错误；
D.水平缓慢将小球从拉到，为变力，做的功，根据动能定理可得，即，为恒力将小球从拉到时，做的功表示为，故D错误。

8.【答案】
【解析】石块自由落体的速度为
则重力的瞬时功率由定义式
故A正确，B错误．
内重力做功
由平均功率
故C错误，D正确．
故选AD．
【点睛】解决本题的关键知道平均功率和瞬时功率的区别，掌握这两种功率的求法．
9.【答案】
【解析】
【分析】
根据动能定理：合力做功等于物体动能的变化，求解物块的动能，根据功能关系分析得知，物块和小车增加的机械能为，系统产生的内能等于系统克服滑动摩擦力做功。
本题考查对功与能的关系的理解能力，要抓住动能定理中的力是指物体所受的合力，能正确对物体进行受力分析和做功分析是解题的关键。
【解答】
A.对物块受力分析，根据动能定理得：，则物块的动能为：，故A正确；
B.对小车受力分析，根据功的公式得物块对小车做的功为：，故B错误；
D.系统产生的内能等于系统克服滑动摩擦力做功，即为：，故D正确；
C.由功能关系得知，物块和小车增加的机械能为：，故C错误。
故选AD。

10.【答案】
【解析】A.让圆环从位置由静止释放运动到位置，刚释放圆环的瞬间，木块加速度平行于斜面向上，因此
因此刚释放圆环的瞬间，轻绳上的张力大于 ，A错误；
B.由几何关系可得，圆环到达位置时，绳子与水平方向的夹角的正切值为
将圆环速度沿绳子方向与垂直于绳子方向分解可得
联立解得
即当圆环到达位置时，圆环与木块的速度大小之比为，B错误；
C.圆环在从运动到的过程中减少的重力势能等于木块增加的机械能与圆环增加的动能
11.【答案】半径 水杯总质量 控制变量法
【解析】操作二与一相比较：当水杯总质量和角速度相同时，向心力大小与半径有关；
操作三与一相比较：当半径和水杯总质量相同时，向心力大小与角速度大小有关；
此次实验里采用了物理学中控制变量法的实验方法。
12.【答案】
【解析】重物要靠近打点计时器，是为了充分利用纸带，纸带要拉直且保持竖直状态，是为了减小纸带与打点计时器之间的摩擦，故最合理的是。
纸带竖直可以减小纸带与打点计时器间的摩擦，故A正确；
B.验证机械能守恒时动能与重力势能中的质量可以约掉，所以不需要测量质量，故B正确；
C.实验中为了充分利用纸带，且打第一个点时纸带速度接近为零，应先接通电源后释放纸带，故C错误；
D.正确的是通过测量某段位移，求该段位移平均速度的方法求该段位移中间时刻的瞬时速度，如果用 求速度，是以机械能守恒为前提得出的结果，所以，不能用这种方法，故D错误。
故选AB。
由几何关系得高度
则重力势能为
经过遮光片时的速度为
则动能为
由于释放后随着高度减小，重力势能减小，故C正确，AB错误。
故选C。
13.【答案】解：恰好通过点时，重力提供向心力
解得
到动能定理
解得
对点
解得
由牛顿第三定律可知
由动能定理
解得

【解析】恰好经过最高点时，重力恰好充当向心力，根据向心力公式可求得点时的速度；根据牛顿第二定律求出最高点的最小速度，根据动能定理求出点的最小速度，从而通过牛顿第二定律求出最低点的最小支持力，得出赛车对半圆轨道点的最小压力．抓住功率不变，根据水平面上的运动运用动能定理，求出电动机工作的最少时间．
本题考查了动能定理与圆周运动的综合，知道最高点的临界情况，以及最低点向心力的来源，结合牛顿第二定律和动能定理综合求解，难度不大．
14.【答案】 ； ；
【解析】忽略火星自转，火星表面质量为 的物体，其所受引力等于重力
解得
忽略火星自转，火星近地卫星的质量为 ，根据第一宇宙速度的定义有
解得
设天问一号质量为 ，根据万有引力提供向心力有
解得
15.【答案】 ； ； 或
【解析】弹簧长度被压缩至时弹性势能
当弹簧长度压缩至时，对从点到点用动能定理
在点
代入数据得
第一种情况，物块运动到点速度刚好为零
代入数据得
第二种情况，物块刚好能到点
从点到点的过程中
联立得
保证物块能进入轨道
解得
综上所述 或 时，物块能运动到圆弧轨道上，且不脱离轨道。
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