山东省滕州市第一中学2023-2024学年高一下学期3月单元过关考试（月考）物理试卷（含答案）

滕州市第一中学2023-2024学年高一下学期3月单元过关考试
物理
2024.03
考试时间：90分钟 满分：100分
一、单项选择题：共8题，每题3分，共24分。
1．两个互相垂直的力和作用在同一物体上，使物体运动。物体通过一段位移，力对物体做，力对物体做功，则力与对物体做的总功为（ ）
A． B． C． D．
2．在我国东北地区严寒的冬天，人们经常玩一项“泼水成冰”的游戏，具体操作是把一杯开水沿弧线均匀快速地泼向空中，图甲所示是某人玩“泼水成冰”游戏的瞬间，可抽象为如图乙所示的模型，泼水过程中杯子的运动可看成匀速圆周运动，人的手臂伸直，在内带动杯子转动了，人的臂长约为，则泼水过程中（ ）
A．杯子沿顺时针方向运动 B．位置飞出的小水珠初速度沿1方向
C．杯子运动的角速度大小为 D．杯子运动的线速度大小约为
3．如图所示为高速入口或出口的ETC车牌自动识别系统的直杆道闸，水平细直杆可绕转轴在竖直面内匀速转动。自动识别线到直杆正下方的距离，自动识别系统的反应时间为，直杆转动角速度，要使汽车安全通过道闸，直杆必须转动到竖直位置，则汽车不停车匀速安全通过道闸的最大速度是（ ）
A． B． C． D．
4．如图所示，竖直杆在两点通过光滑铰链连接两等长轻杆和和与竖直方向的夹角均为，轻杆长均为，在处固定一质量为的小球，重力加速度为，在装置绕竖直杆转动的角速度从0开始逐渐增大的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．当时，杆和杆对球的作用力都表现为拉力
B．杆对球的作用力先增大后减小
C．当时，杆对球的作用力为0
D．一定时间后，角速度足够大时，杆与杆上的力的大小之差恒定
5．2023年9月21日，“天宫课堂”第四课正式开讲，这是中国航天员首次在梦天实验舱内进行授课，若梦天实验舱绕地球的运动可视为匀速圆周运动，其轨道半径约为地球半径的倍。已知地球半径为，地球表面的重力加速度为，引力常量为，忽略地球自转的影响，则根据以上已知信息不可求得的物理量是（ ）
A．地球的密度 B．漂浮在实验舱中的宇航员所受地球的引力
C．实验舱绕地球运动的线速度大小 D．实验舱绕地球运动的向心加速度大小
6．物理必修二的P57页中介绍：亚当斯通过对行星“天王星”的长期观察发现，其实际运行的轨道与圆轨道存在一些偏离，且每隔时间发生一次最大的偏离。亚当斯认为形成这种现象的原因可能是天王星外侧还存在着一颗未知行星（后命名为海王星）对天王星的万有引力引起的。由于课本没有阐述其计算的原理，这极大的激发了一中学天文爱好社团同学的探索热情，通过集体研究，最终掌握了亚当斯当时的计算方法：设其（海王星）运动轨道与天王星在同一平面内，且与天王星的绕行方向相同，天王星的运行轨道半径为，周期为，并认为上述最大偏离间隔时间就是两个行星相邻两次相距最近的时间间隔，并利用此三个物理量推导出了海王星绕太阳运行的圆轨道半径，则下述是海王星绕太阳运行的圆轨道半径表达式正确的是（ ）
A． B． C． D．
7．如图所示，质量分别为和的物块和通过轻质细绳连接，细绳绕过轻质动滑轮，滑轮中心通过细绳悬挂一质量为的物块，开始时物块均静止，细绳刚好拉直。动滑轮在竖直向上的拉力（为重力加速度）作用下由静止向上加速运动，经时间，力做的功为（ ）
A． B． C． D．
8．无偿献血、救死扶伤的崇高行为，是文明社会的标志之一。现代献血常采用机采成分血的方式，就是指把健康人捐献的血液，通过血液分离机分离出其中某一种成分（如血小板、粒细胞或外周血干细胞）储存起来，再将分离后的血液回输到捐献者体内。分离血液成分需要用到一种叫离心分离器的装置，其工作原理的示意图如图所示，将血液装入离心分离器的封闭试管内，离心分离器转动时给血液提供一种“模拟重力”的环境，“模拟重力”的方向沿试管远离转轴的方向，其大小与血液中细胞的质量以及其到转轴距离成正比。血液在这个“模拟重力”环境中，也具有“模拟重力势能”。初始时试管静止，血液内离转轴同样距离处有两种细胞，其密度分别为和，它们的大小与周围血浆密度的关系为。对于试管由静止开始绕轴旋转并不断增大转速的过程中，下列说法中正确的是（ ）
A．细胞相对试管向外侧运动，细胞相对试管向内侧运动
B．细胞的“模拟重力势能”变小，细胞的“模拟重力势能”变大
C．这种离心分离器“模拟重力”对应的“重力加速度”沿转动半径方向向外侧逐渐变大
D．这种离心分离器“模拟重力”对应的“重力加速度”沿转动半径方向各处大小相同
二、多项选择题：共4题，每题4分，共16分。漏选得2分，错选得0分。
9．如图所示，轻绳绕过光滑定滑轮系着箱子，在轻绳的另一端施加适当的拉力，恰好使箱子在水平地面上向右做匀速运动，则（ ）
A．点速率变小 B．拉力逐渐减小
C．箱子受到地面的支持力大小不变 D．拉力的功率一直减小
10．有关圆周运动的基本模型，下列说法正确的是（ ）
A．如图，汽车以恒定速率通过拱桥的最高点时处于失重状态
B．如图b，滑块随水平圈盘一起匀速转动，滑块相对圆盘有沿轨迹切线方向飞出的运动趋势
C．如图c，两个质量相同的小球在光滑而固定的圆锥筒内分别做匀速圆周运动，某时刻两球运动到位置，此时筒壁对小球的弹力大小和方向均相同
D．如图d，若火车转弯速度超过规定速度时，车轮将对内轨产生向外的挤压
11．风云三号系列气象卫星是我国第二代极地轨道气象卫星，已经成功发射4颗卫星，其轨道在地球上空公里之间，某极地卫星在距离地面公里高度的晨昏太阳同步轨道，某时刻卫星刚好位于赤道正上方的点向北极运动。已知地球的半径为，地球同步卫星距离地面的高度约为，已知，则下列说法正确的是（ ）
A．该卫星的环绕地球运动的速度可能大于
B．该极地卫星的周期为
C．相同时间内，该卫星与地心连线扫过的面积等于同步卫星与地心连线扫过的面积
D．从卫星刚好经过点计时，一天超过12次经过北极
12．如图所示，两个可视为质点的、相同的木块和放在转盘上，两者用长为的细绳连接，木块与转盘的最大静摩擦力均为各自重力的倍，放在距离转轴处，整个装置能绕通过转盘中心的转轴转动，开始时，绳恰好伸直但无弹力，现让该装置从静止开始转动，使角速度缓慢增大，以下说法正确的是（ ）
A．当时，相对于转盘会滑动
B．当时，绳子一定有弹力
C．在范围内增大时，所受摩擦力变大
D．在范围内增大时，所受摩擦力变大
三、填空题：共2题，共18分。
13．某实验小组通过如图所示的装置验证向心力的表达式。滑块套在水平杆上，随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，宽度为，固定在铁架台上的光电门可测量遮光片通过光电门的时间，从而算出滑块的角速度。滑块旋转半径为，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。
（1）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_____________；
（2）以为纵坐标，以为横坐标，可在坐标纸中描出数据点作一条直线；图像的斜率为，则滑块的质量为_____________（用所测物理量符号表示）；
（3）该小组验证（2）中的表达式时，经多次实验，分析检查，仪器正常，操作和读数均没有问题，发现示数的测量值与其理论值相比偏小，主要原因是_____________。
14．（1）一部机器由电动机带动，机器上的皮带轮的半径是电动机皮带轮半径的3倍，皮带与两轮之间不发生滑动。已知机器皮带轮上点到转轴的距离为轮半径的一半。则点的向心加速度大小与电动机皮带轮边缘上点的向心加速度大小之比为_____________。
（2）“伽利略”木星探测器历经6年到达木星，此后在内绕木星运行圈。设这圈都是绕木星在同一个圆周上运行，其运行速率为，探测器上的照相机拍摄整个木星时的视角为，如图所示，则木星探测器在上述圆形轨道上运行时的轨道半径_____________，木星的第一宇宙速度_____________。
四、解答题：共4题，共42分。请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分。
15．（6分）一个质量的雪 ，受到与水平方向成角斜向左上方的拉力作用，在水平地面上由静止开始移动了的距离（如图所示）。物体与地面间的滑动摩擦力，（已知）求：
（1）此过程力对物体所做的功以及摩擦力对物体所做的功；
（2）合力对物体所做的功；
16．（10分）如图所示是发射地球同步卫星的简化轨道示意图，先将卫星发射轨道半径为的近地圆轨道I上，在卫星过点时点火实施变轨，进入远地点为的椭圆轨道II上，过点时再次点火，将卫星送入地球同步圆轨道III。已知地球表面的重力加速度为，地球自转周期为，地球半径为。求：
（1）卫星在近地圆轨道I上运行的线速度大小；
（2）同步圆轨道III距地面的高度。
17．（12分）如图甲所示为一种叫“魔力陀螺”的玩具，其结构可简化为图乙所示。陀螺的质量为，铁质圆轨道的质量为、半径为，用支架将圆轨道固定在竖直平面内，陀螺在轨道内、外两侧均可以旋转，其余部分质量不计。陀螺磁芯对轨道的吸引力始终沿轨道的半径方向，大小恒为。不计摩擦和空气阻力，重力加速度为。
（1）若陀螺在轨道内侧运动到最高点时的速度为，求此时轨道对陀螺的弹力大小；
（2）要使陀螺在轨道外侧运动到最低点时不脱离轨道，求陀螺通过最低点时的最大速度；
（3）若陀螺在轨道外侧运动到与轨道圆心等高处时速度为，求固定支架对轨道的作用力大小。
18．（14分）某电动机工作时输出功率与拉动物体的速度之间的关系如图（a）所示．现用该电动机在水平地面内拉动一物体（可视为质点），运动过程中轻绳始终处在拉直状态，且不可伸长，如图（b）所示．已知物体质量，与地面的动摩擦因数，离出发点左侧距离处另有一段动摩擦因数为长为的粗糙材料铺设的地面．（取）
（1）若足够长，电动机功率为时，物体在地面能达到的最大速度是多少
（2）若足够长，当物体速度为时，加速度为多少
（3）若，物体与粗糙材料之间动摩擦因数．启动电动机后，分析物体在达到粗糙材料之前的运动情况．若最终能滑过粗糙材料，则应满足什么条件
高一物理参考答案
1．A 2．C 3．C 4．D 5．B 6．D 7．A 8．C 9．AD 10．AC 11．BD 12．ABD
13． 滑块与水平杆之间存在静摩擦力
14．
15．（1）；（2）
【详解】（1）由功的定义式可得力做的功为
摩擦力对物体做功为
（2）合外力做的总功等于各个力做功的代数和，所以总功为
16．（1）；（2）
【详解】（1）设地球的质量为，卫星的质量为，则在近地圆轨道I上有
设地球表面某一物体的质量为，忽略地球自转的影响，则有
联立解得
（2）在同步圆轨道III上有
解得
17．（1）；（2）；（3）
【详解】（1）当陀螺在轨道内侧最高点时，设轨道对陀螺的吸引力为，轨道对陀螺的弹力为，陀螺所受的重力为，最高点的速度为，如图所示
由牛顿第二定律有
解得
（2）设陀螺在轨道外侧运动到最低点时，轨道对陀螺的吸引力为，轨道对陀螺的弹力为，陀螺所受的重力为，最低点的速度为，如图所示
由牛顿第二定律有
由题意可知，当时，陀螺通过最低点时的速度为最大值，解得
（3）设陀螺在轨道外侧运动到与轨道圆心等高处时，轨道对陀螺的吸引力为，轨道对陀螺的支持力为，陀螺所受的重力为。如图所示
由牛顿第二定律有
解得
由牛顿第三定律可知
固定支架对轨道的作用力为
解得
18．（1）（2）（3）不超过
【分析】（1）电动机拉动物体后，当拉力与摩擦力大小相等时速度，结合求最大速度．
（2）当时，由图象及求出拉力，再由牛顿第二定律求加速度．
（3）由（2）知，物体在速度达到前，拉力恒定，物体做初速为零的匀加速直线运动，也可采用假设法研究．
【详解】（1）电动机拉动物体后，水平方向受拉力和摩擦力，则有：
得：
物体速度最大时，加速度为零，有：
根据，得最大速度为：
解得：
（2）当时，由图象及可知，拉力为：
由牛顿第二定律得：
解得：
（3）由（2）知，物体在速度达到前，拉力恒定，物体做初速为零的匀加速直线运动．
速度达到时，应经过的位移为：
所以小物体一直做匀加速运动到达粗糙材料，到达粗糙材料时速度为：
（或假设物体做匀加速直线运动到达粗糙材料，则速度，不超过，假设成立．）
在粗糙材料上运动时，
由牛顿第二定律得：
可得：
小物体停止前最多滑行的距离为：
解得
则不超过
【点睛】本题与汽车的起动类似，关键要正确分析物体的受力情况，来判断其运动情况．分段运用牛顿第二定律及运动学公式研究．