2023-2024学年河南省安阳市滑县高一（下）期末测评试卷物理试卷（含解析）

2023-2024学年河南省安阳市滑县高一（下）期末测评试卷物理试卷
一、单选题：本大题共7小题，共28分。
1.对于宇宙中、恒星构成的双星系统即两恒星在彼此万有引力作用下绕它们连线上点做匀速圆周运动的系统，下列说法正确的是( )
A. 、恒星绕它们连线的中点做匀速圆周运动
B. 、恒星的线速度大小相等，方向相反
C. 、恒星的运动周期一定相等
D. 恒星对恒星的引力可能大于恒星对恒星的引力
2.可将蹦床简化为一竖直放置的弹簧，弹簧的劲度系数为，其弹力与形变量的关系如图所示。一可视为质点，质量为的运动员从蹦床正上方处下落到最低点时，蹦床的压缩量为，不计空气阻力，重力加速度为，则运动员下落到最低点时( )
A. 运动员处于失重状态 B. 运动员的加速度为零
C. 蹦床对运动员作用力为 D. 蹦床弹性势能为
3.由于地球自转的影响，地球表面的重力加速度会随纬度的变化而有所不同，已知地球表面两极处的重力加速度大小为，在赤道处的重力加速度大小为，地球自转的周期为，引力常量为。假设地球可视为质量均匀分布的球体，由此可知地球的半径为( )
A. B. C. D.
4.年月日时分，我国在太原卫星发射中心成功发射长征六号丙运载火箭，搭载发射的海王星星、智星一号星、宽幅光学卫星和高分视频卫星顺利进入预定轨道飞行试验任务获得圆满成功。假设海王星星、智星一号星处于同一轨道平面做匀速圆周运动，且绕地球运动的方向相同，海王星星绕地球运动的周期为、智星一号星绕地球运动的周期为，海王星星距离地面的高度大于智星一号星，下列说法正确的是( )
A.
B. 在相同时间内，海王星星、智星一号星与地心连线扫过的面积相等
C. 海王星星、智星一号星相邻两次距离最近的时间间隔为
D. 智星一号星的轨道平面可能不过地心
5.在天花板上悬挂了半径为，可绕过圆心的水平轴转动的轻质滑轮，足够长的轻绳绕过滑轮，两端各系质量不等的小球和。已知小球的质量为，小球的质量为，滑轮上点到转轴的距离为。由静止释放小球，不计滑轮与轴之间的摩擦，轻绳与滑轮间不打滑，重力加速度为，下列说法正确的是( )
A. 小球向下运动的加速度为
B. 滑轮转动两圈所用时间为
C. 滑轮转动两圈时的角速度为
D. 滑轮转动两圈时点的线速度大小为
6.风洞是研究空气动力学的关键设施，现有一小球从风洞中的点竖直向上抛出，小球受到大小恒定的水平风力，其运动轨迹如图，其中、两点在同一水平线上，点为轨迹的最高点，小球在点动能为，在点动能为，不计空气阻力，小球所受重力和风力大小之比为( )
A. ： B. ： C. ： D. ：
7.如图所示，平直公路段的长度为，为圆弧形的水平弯道，其半径，、相切于点。一辆质量为的汽车从点由静止开始做匀加速运动，进入段做速率不变的圆周运动。已知汽车在弯道上以允许最大安全速率行驶，汽车在段行驶受到的阻力为车重的倍，在段行驶时径向最大静摩擦力为车重的倍，取，。下列说法正确的是( )
A. 汽车在弯道上行驶的最大速度为
B. 汽车从到做匀加速直线运动的最大加速度为
C. 汽车从到的最大牵引力为
D. 汽车由运动到的最短时间为
二、多选题：本大题共3小题，共18分。
8.抛绣球是某地民族运动会的传统项目。如图甲所示，小明同学让质量为的绣球从点由静止开始先在竖直平面内做加速圆周运动，加速几圈到点后松手抛出，运动轨迹如图乙所示，点略高于点。已知、两点间的竖直距离为，绣球经过点时速率为，以点所在水平面为零势能面，整个过程不计空气阻力，重力加速度为，下列说法正确的是( )
A. 绣球在竖直平面内做加速圆周运动经过最低点时所受合力竖直向上
B. 绣球在点时的机械能等于
C. 绣球从到的时间小于从到的时间
D. 在整个抛绣球过程中，小明对绣球做的功为
9.一辆质量为的小汽车在平直的公路上从静止开始运动，牵引力随时间变化关系图线如图所示，时汽车功率达到最大值，此后保持此功率继续行驶，后做匀速运动。小汽车的最大功率恒定，受到的阻力大小恒定，则( )
A. ，小汽车先做匀加速直线运动后做加速度逐渐减小的加速运动
B. 小汽车前内位移为
C. 小汽车受到的阻力大小为
D. 小汽车最大功率为
10.晓燕同学利用平抛实验仪器探究平抛运动的特点，得到了小球在空中的三个位置、、，测量数据如图。已知当地重力加速度为，根据图中数据可知( )
A. 小球从位置运动到位置的时间为
B. 小球做平抛运动的初速度为
C. 抛出点的横坐标为
D. 抛出点的横坐标为
三、实验题：本大题共2小题，共16分。
11.利用“向心力定量探究仪”可以探究向心力大小与质量、半径和角速度的关系，装置如图所示，小球放在光滑的带凹槽的旋转杆上，其一端通过细绳与电子测力计相连，当小球和旋转杆被电机带动一起旋转时，控制器的显示屏显示小球质量、转动半径、转动角速度以及细绳拉力的大小。
表甲
小球质量 转动半径 角速度 向心力
表乙
小球质量 转动半径 角速度 向心力
表丙
小球质量 转动半径 角速度 向心力
小明同学记录的实验数据如表甲、乙、丙所示。由此可知该同学采用的是_____。
A.控制变量法 放大法 理想实验法
由表乙的数据可得：当____一定时，小球的向心力大小与____成____比。
若以向心力为纵轴，要使向心力与横轴表示的物理量成线性关系，则横轴所代表的物理量应为____选填“”“”或“”。
12.物理实验小组同学利用“目字形”的金属框架和光电门验证机械能守恒定律。已知“目字形”的金属框架各横杆完全相同、间距均匀且与边框垂直，光电门具有多组计时功能，当地重力加速度为，横杆宽度为，相邻横杆中心的距离为，远大于，实验装置如图：
将光电门固定在铁架台上并伸出桌面，将金属框架竖直放在光电门正上方，横杆保持水平；由静止释放金属框架，下落过程中横杆始终保持水平，依次记录号横杆经过光电门时的挡光时间。若号横杆经过光电门的挡光时间为，则号横杆经过光电门时的速度为____，金属框架释放时，号横杆距离光电门的高度为____。
若图乙中图像的斜率____用，，表示，则说明金属框架下落过程中机械能守恒。
四、计算题：本大题共3小题，共38分。
13.如图所示，“天宫二号”空间站围绕地球做圆周运动，和与地球相切，，称为地球对卫星的张角。已知空间站绕地球做匀速圆周运动的角速度为，引力常量为。根据以上信息，推导出地球平均密度表达式。
14.旋转飞车是儿童喜爱的娱乐项目，可以简化为如图所示的模型，、两个小球分别用悬线悬于水平杆上的、两点，到点距离为，到点距离为。装置绕竖直杆匀速旋转后，、在同一水平面内做匀速圆周运动，已知重力加速度为，两悬线与竖直方向的夹角分别为、。
已知小球对应悬线长为，求小球绕竖直杆匀速旋转的角速度。
推导出、满足的关系式。
15.如图所示，竖直平面内由倾角的光滑斜面轨道、半径均为的半圆形光滑轨道和光滑圆管轨道构成一游戏装置固定于地面，在、两处轨道平滑连接。、和三点连成的直线与水平面间的夹角为，点为圆管轨道的最高点。现将质量为的小球从斜面上高度为处的某点由静止释放。不计小球大小，重力加速度为。
若释放处高度，求小球第一次运动到圆轨道最低点时的加速度和对轨道的作用力大小；
推导出小球运动到半圆轨道内与圆心点等高的点时所受弹力与的关系式；
若小球释放后能从原路返回到出发点，求释放高度应该满足的条件。
答案解析
1.
【解析】C.双星系统在相等时间内转过的角度相等，即、恒星的运动周期一定相等，故C正确；
D.恒星对恒星的引力与恒星对恒星的引力是一对相互作用力，根据牛顿第三定律可知，恒星对恒星的引力大小等于恒星对恒星的引力，故D错误；
A.结合上述可知，双星系统的角速度相等，根据
，
则有
可知，恒星质量越大，其圆周运动的轨道半径越小，圆心位置不一定在连线中心，与质量大小有关，故A错误；
B.根据线速度与角速度关系有
，
结合上述可知，恒星质量越大，轨道半径越小，线速度越小，即线速度大小与恒星质量有关，线速度大小不一定相等，故B错误。
故选C。
2.
【解析】运动员下落到最低点时，加速度向上，不为零，运动员处于超重状态，选项AB错误；
C.运动员下落到最低点时，蹦床对运动员作用力为 ，选项C错误；
D.由最高点到最低点，由能量关系可知，蹦床弹性势能为
选项D正确。
故选D。
3.
【解析】在地球表面两极处有
在地球表面赤道处有
联立可得，地球的半径为
故选B。
4.
【解析】A.根据开普勒第三定律有
由于海王星星距离地面的高度大于智星一号星，即海王星星距离的轨道半径大于智星一号星的轨道半径，则有
故A错误；
B.绕地球做匀速圆周运动运动的卫星，由万有引力提供向心力，则有
解得
卫星时间 内扫过的面积
解得
可见轨道半径越大，相同时间内扫过的面积越大，即在相同时间内，海王星星与地心连线扫过的面积大于智星一号星与地心连线扫过的面积，故B错误；
C.令海王星星、智星一号星相邻两次距离最近的时间间隔为，则有
解得
故C正确；
D.卫星绕地球做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力，可知，卫星的轨道平面一定经过地心，即智星一号星的轨道平面一定过地心，故D错误。
故选C。
5.
【解析】A.对小球和整体由牛顿第二定律
解得小球向下运动的加速度为
故A错误；
B.滑轮转动两圈的过程中，满足
解得滑轮转动两圈所用时间为
故B错误；
C.滑轮转动两圈时，小球的线速度为
所以滑轮转动两圈时的角速度为
故C正确；
D.滑轮转动两圈时点的线速度大小为
故D错误。
故选C。
6.
【解析】设在点的速度，则
水平方向点的速度
而
联立解得
故选B。
7.
【解析】A.汽车在弯道上以最大速度行驶时，根据牛顿第二定律有
解得
故A错误；
B.汽车从到做匀加速直线运动过程，根据速度与位移的关系有
解得
故B错误；
C.汽车从到做匀加速直线运动过程，根据牛顿第二定律有
结合上述解得
故C正确；
D.汽车从到做匀加速直线运动过程，根据速度公式有
在段行驶过程
解得
故D错误。
故选C。
8.
【解析】A.绣球在竖直平面内做加速圆周运动经过最低点时向心力竖直向上，因其做加速运动还具有切向分力，故经过最低点时所受合力不是竖直向上，A错误；
B.以点所在水平面为零势能面，绣球在点时的机械能为
B正确；
C.点略高于点，由斜抛运动规律可知，绣球从到的时间小于从到的时间，C正确；
D.由动能定理得，在整个抛绣球过程中，小明对绣球做的功为
D正确；
故选BCD。
9.
【解析】A.由图可知，小汽车在前内的牵引力不变，小汽车做匀加速直线运动，内小汽车的牵引力逐渐减小，则车的加速度逐渐减小，小汽车做加速度减小的加速运动，故，小汽车先做匀加速直线运动后做加速度逐渐减小的加速运动，故A正确；
由题意可知，小汽车受到的阻力大小为
小汽车前内由牛顿第二定律
解得
由运动学公式可得，小汽车前内位移为
故B错误，C正确；
D.时汽车功率达到最大值，则最大功率为
故D错误。
故选AC。
10.
【解析】A.平抛运动在竖直方向做匀变速直线运动，由逐差法
可得小球从位置运动到位置的时间为
故A正确；
B.平抛运动在水平方向做匀速直线运动
可得小球做平抛运动的初速度为
故B错误；
．点的竖直方向的速度为
从抛出点到点的时间为
所以抛出点的横坐标为
故C错误，D正确。
故选AD。
11.
小球的质量和角速度 转动半径 正比


【解析】小明同学记录的实验数据如表甲、乙、丙所示。由此可知该同学采用的是控制变量法；
由表乙的数据可得：当小球的质量和角速度一定时，小球的向心力 大小与转动半径成正比。
根据 可得，当小球的质量和转动半径一定时，向心力与角速度的平方成线性关系，故横轴所代表的物理量应为 。
12.


【解析】根据光电门的测速原理，号横杆经过光电门时的速度为
金属框架释放到刚刚运动至光电门过程，根据速度与位移的关系式有
解得
结合上述可知，第号横杆距离光电门的高度
第号横杆到达光电门的速度
根据速度与位移的关系式有
解得
结合图像可知，图像的斜率
13.设地球的半径为，由几何关系可知，空间站绕地球做匀速圆周运动的半径为
由万有引力提供向心力
又
联立可得地球平均密度表达式为

【解析】详细解答和解析过程见【答案】
14.对小球由牛顿第二定律
解得小球绕竖直杆匀速旋转的角速度为
由于、两球做圆周运动的角速度相同，设做圆周运动的平面距水平杆为，且满足
则有
解得

【解析】详细解答和解析过程见【答案】
15.从点到点过程中，由机械能守恒定律
所以小球第一次运动到圆轨道最低点时的加速度大小为
联立可得
方向由点指向圆心点；在点由牛顿第二定律
联立解得
由牛顿第三定律，在点小球对轨道的作用力大小为
小球运动到半圆轨道内与圆心点等高的点的过程中，由动能定理
在点由牛顿第二定律
联立可得
其中满足 。
第一种情况：小球不滑离轨道，原路返回，由机械能守恒定律可知，此时小球恰好运动到点，故小球释放后能从原路返回到出发点的条件为
第二种情况：小球恰好到点，由牛顿第二定律
由能量守恒定律
联立可得
若小球恰好运动到点，则
故小球释放后能从原路返回到出发点的条件为

【解析】详细解答和解析过程见【答案】
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