广西南宁市第三中学2024-2025学年高一下学期4月段考物理试卷（含解析）

南宁三中2024~2025学年度下学期高一段考
物理试题
一、选择题：本大题共10小题，共46分。在每小题给出的四个选项中，第1-7小题只有一项符合题目要求，每小题4分，第8-10小题有多项符合题目要求，每小题全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
1.下列关于功和功率的说法正确的是（　　）
A．千瓦时是功率的单位
B．-7J的功比+3J的功多
C．功率大的物体做功一定多
D.某个力的功为正，说明该力的方向一定与位移方向相同
2.如图所示，、是绕地球做匀速圆周运动的两颗卫星，两卫星运动轨道在同一平面内，下列说法正确的是（　　）
A．的线速度大于的线速度
B．的角速度大于的角速度
C．的向心加速度小于的向心加速度
D.受到地球的万有引力小于受到地球的万有引力
3.荡秋千是同学们喜爱的一项休闲娱乐活动，如图所示，南宁三中某同学正在休闲小广场荡秋千，和为该同学荡秋千过程中的最低点和最高点，忽略空气阻力，则下列说法正确的是（　　）
A．在位置时，该同学处于失重状态
B．在位置时速度为零，则该同学的加速度为零
C．由到的过程中，秋千绳的拉力逐渐增大
D.由到的过程中，秋千绳的拉力逐渐减小
4.2024年3月20日，长征八号火箭成功发射，将鹊桥二号直接送入预定地月转移轨道。如图所示，鹊桥二号进入近月点为、远月点为的捕获轨道，开始绕月球飞行，经过多轨道控制，鹊桥二号最终进入近月点为、远月点为且周期为24小时的环月轨道。关于鹊桥二号的说法正确的是（　　）
A．在捕获轨道运行的周期小于24小时
B．在捕获轨道点的速度大于其在点的速度
C．在捕获轨道上经过点时，需要点火加速，才可能进入环月轨道
D.在捕获轨道从点到点的过程中月球对鹊桥二号的引力做负功
5.如图所示，物块位于水平圆盘上，用细绳穿过圆盘圆心处的光滑小孔与物块连接，到圆心的距离为、与圆盘间的动摩擦因数为0.4.圆盘绕通过圆心的轴在水平面内匀速转动，始终相对圆盘静止。已知的质量为的质量为，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，。下列说法正确的是（　　）
A．受的摩擦力方向与其线速度方向相反
B．受的摩擦力方向一定沿半径指向圆心
C．若圆盘转速为，不受摩擦力
D.若圆盘转速为，仍能相对转盘静止做匀速圆周运动
6.如图所示，某同学对着竖直墙壁练习打网球，该同学使球拍与水平方向的夹角为，在点击中网球，球以的速度垂直球拍离开点，恰好垂直击中墙壁上的点，忽略空气阻力的影响，已知重力加速度为，下列说法正确的是（　　）
A．网球在点与墙壁碰撞时的速度大小为
B．网球由点运动到点的时间为
C．、两点间的水平距离为
D.、两点间的高度差为
7.在银河系中，双星的数量非常多，2024年8月12日，中国天眼（FAST）发现了罕见的双中子星系统，研究双星，对了解恒星形成和演化过程的多样性有重要意义。如图所示为由星和星组成的某双星系统，该系统仅在彼此的引力作用下绕两者连线上的点做匀速圆周运动。已知（视为质点）之间的距离为的质量分别用表示，且。则可知（　　）
A．、做圆周运动的角速度之比为
B．、做圆周运动的线速度之比为
C．若双星间距离一定，则双星的总质量越大，其转动周期越大
D.若双星的质量一定，则双星之间的距离越大，其转动周期越大
8.下列关于三种宇宙速度的说法中正确的是（　　）
A．第一宇宙速度是人造地球卫星的最小发射速度
B．人造卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度介于和之间
C．第二宇宙速度是地面附近物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度
D.“天问一号”火星探测器的发射速度大于
9.如图所示，为在赤道上尚未发射的卫星，为在赤道平面内的圆轨道卫星，为在赤道上空的地球静止卫星，卫星和地球静止卫星的轨道半径之比为，三颗卫星的环绕方向相同且图示时刻三颗卫星恰好在同一直线上，那么关于的说法正确的是（　　）
A．卫星的运行周期为3小时
B．卫星绕地球转动的角速度小于卫星的角速度
C．卫星一天内出现在卫星的正上方7次
D.两颗卫星的加速度之比为
10.一辆机车在水平路面上从静止开始做直线运动，其加速度随时间变化的图像如图甲所示，机车牵引力和车速倒数的关系图像如图乙所示，机车前进过程中所受阻力大小恒定，时刻机车达到额定功率，之后保持该功率不变，下列说法正确的是（　　）
A．所受恒定阻力大小为
B.机车运动的额定功率为
C．机车匀加速运动的时间为
D.机车的质量为
二、非选择题：本题共5小题，共54分。将答案填在答题卡的指定位置。解答题解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。
11.在“用圆锥摆验证向心力的表达式”实验中，如图甲所示，细绳的悬点刚好与一个竖直的刻度尺的零刻度线平齐。将画着几个同心圆的白纸置于水平桌面上，使钢球静止时刚好位于圆心。用手带动钢球，设法使它刚好对纸面无压力，且沿纸上某个半径为的圆周运动，钢球的直径与绳长相比可忽略，质量为，重力加速度为。
（1）用停表记录运动圈的总时间为，从而测出此时钢球做匀速圆周运动的周期___________，那么钢球做圆周运动时的向心力表达式为___________。
（2）通过刻度尺测量钢球运动的轨道平面距悬点的高度为，那么钢球做圆周运动时合力表达式为___________。
（3）改变钢球做圆周运动的半径，多次实验，得到如图乙所示的关系图像，可以达到粗略验证向心力表达式的目的，该图线的斜率表达式为___________。
12.如图1所示，在做“研究平抛运动”的实验时，南宁三中的一位同学让小球多次沿同一斜槽轨道滑下，通过描点法画小球做平抛运动的轨迹。取地球表面重力加速度为。
（1）为了描绘小球的运动轨迹，下列操作正确的是___________。（填选项前面的字母）
A．通过调节使斜槽的末端保持水平
B．每次在不同位置无初速度释放小球
C．不需要等距离移动挡板
D.将球的位置记录在纸上后，取下纸，用直尺将所有点连成折线
（2）在做实验时，该同学只记录了物体运动的轨迹上的三点并以点为坐标原点建立了直角坐标系，得到如图2所示的图像，试根据图像求出物体平抛运动的初速度大小___________（结果保留两位有效数字），物体运动到点时的速度大小___________。
（3）在未来的某一天，一位南宁三中的校友在地心探险的过程中，在地球内部采用频闪摄影的方法拍摄“小球做平抛运动”的照片，得到钢球平抛运动轨迹中的三个点，如图3所示，已知小球从槽口末端水平抛出的初速度为，坐标纸每小格边长为。把地球视为质量分布均匀的球体，半径取，则该同学所在位置的重力加速度为___________，该同学离地心的距离为___________。（已知质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零）
13.2020年7月“天问一号”火星探测器发射成功。假设航天员登上火星后进行科学探测与实验，若航天员将一小球以速度竖直上抛，经过时间回到抛出点。已知火星的半径为，引力常量为，不计阻力。试求：
（1）求火星表面的重力加速度；
（2）求火星的密度和第一宇宙速度。
14.如图所示，在北方，小朋友们经常玩拉雪橇的游戏。假设坐在雪橇上的人与雪橇的总质量为，在与水平面成角的恒定拉力作用下，由静止开始沿水平地面向右移动。已知雪橇与地面间的动摩擦因数为，求：
（1）2s内合力做的功；
（2）内拉力的平均功率和末力的瞬时功率。
15.“哥德堡装置”是一种非常复杂的机械组合，通常以迂回曲折的方法去完成一些非常简单的任务，例如开灯、倒水等，设计者必须计算精确，令机械的每个部件都能够准确发挥功用，否则将导致原定任务不能达成，故其也常被称为多米诺装置的进阶版。如图所示为某哥德堡装置兴趣小组所设计的部分装置示意图。质量的小钢珠（视为质点）用长度的轻绳拴着在竖直面内绕做圆周运动，钢珠以的速度通过最低点时轻绳恰好断开。钢珠飞出后恰好从处切入一倾角为的粗糙斜面，斜面的高度为，钢珠与斜面的动摩擦因数。经段运动后进入圆弧轨道，从圆弧轨道最低点水平抛出，且抛出速率与点速率相等。已知圆弧轨道最低点距地面高为，钢珠在抛出后与地面发生碰撞，碰撞前后速度水平分量不变，竖直分量大小不变、方向相反，若钢珠在第一次碰地前恰好掠过高为的挡板，此后又恰好掠过高为的挡板，最后打中位于处的电灯开关完成任务。重力加速度取，不计空气阻力。求：
（1）轻绳断开前瞬间绳子的张力大小；
（2）钢珠经过点和处的速度大小；
（3）挡板、距圆弧最低点的水平距离。
南宁三中2024~2025学年度下学期高一段考
物理试题参考答案
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
答案 B C D B C C D AC AC ACD
1.B
【解析】【详解】A．根据可知，千瓦时（kW·h）是功的单位，不是功率的单位，故错误；
。虽然功是标量，但功的正负不是表示功的大小，而是表示动力或者阻力做功，比较功的大小取绝对值比较，所以-7]的功比+3J的功多，故B正确;
C．由于做功时间不确定，功率大做的功不一定多，故错误；
D.某个力的功为正，说明该力的方向与位移方向的夹角为锐角，该力的方向不一定与位移方向相同，故D错误。故选B。
2.C
【解析】【详解】AB C．由，可知的线速度小于的线速度，的角速度小于的角速度，的向心加速度小于的向心加速度，故C正确；
D.卫星所受的万有引力为，因两卫星的质量关系未知，则、两卫星的万有引力无法比较，故D错误。故选C。
3.D
【解析】【详解】A．在A位置时，该同学所受支持力大于自身重力，该同学处于超重状态，A错误； B．在位置时，该同学的速度为零，由知向心力为零，向心加速度为零，但加速度不为零，此时加速度由重力沿圆弧在点的切线方向的分力产生，B错误；CD.在由到过程中，秋千绳与竖直方向的夹角不断增大，该同学的速度逐渐减小，由，可知绳子拉力逐渐减小，C错误，D正确。故选D。
4.B
【解析】【详解】A．由开普勒第三定律可知，鹊桥二号在捕获轨道上运行的周期大于在环月轨道上运行的周期，即大于24小时，故错误；。根据开普勒第二定律，可知鹊桥二号在捕获轨道点的速度大于其在点的速度，故正确；。在点要由捕获轨道变轨到环月轨道，做近心运动，必须降低速度，经过点时，需要点火减速，故错误；。在捕获轨道上从点到点的过程中引力与速度的夹角为锐角，所以引力做正功，故错误。故选。
5.C
【解析】【详解】由于物块做匀速圆周运动，对物块，其中对物块，综上可得。当时，将代入得圆盘转速。
ABC．当圆盘转速大于10rad/s时，所受摩擦力沿半径方向指向圆心；当圆盘转速小于10rad/s时，所受摩擦力沿半径方向背离圆心；当圆盘转速为时，不受摩擦力，故AB错误，C正确；
D.当圆盘转速为时，由公式，解得，又滑动摩擦力，所以当圆盘转速为时，做离心运动，故D错误。故选C。
6.C
【解析】【详解】A．网球的逆向运动（由点到点）为平抛运动，对点速度进行分解可得，故错误；。在竖直方向上有，解得，故B错误：
C.、两点间的水平距离，故C正确；
D.，两点间的高度差，故D错误。故选C。
7.D
【解析】【详解】AB．双星靠相互间的万有引力提供向心力，具有相同的角速度，设为，则有，解得轨道半径之比等于质量的反比，即，根据线速度与角速度关系可知，则做圆周运动的线速度之比等于轨道半径之比为，故AB均错误：
CD.根据角速度与周期的关系可知，由上式可知，则总质量，双星间距离一定，双星的总质量越大，其转动周期越小；双星的质量一定，双星之间的距离越大，其转动周期越大，故C错误，D正确。故选D。
8.AC
【解析】【详解】A．第一宇宙速度是最小发射速度，是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度，人造卫星绕地球在圆轨道上运行时，由万有引力提供向心力可得，实际上人造卫星运动的半径都大于地球的半径，因此人造卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度都小于，A正确，B错误：C.第二宇宙速度是地面附近物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度，C正确；D.速度，是第三宇宙速度，火星探测卫星仍在太阳系内运动，因此其发射速度要小于第三宇宙速度，D错误。故选AC。
9.AC
【解析】【详解】A．对于卫星来说有，解得。依题意，有，联立，解得，故A正确；
B.根据，解得，可知卫星的公转角速度大于卫星的角速度。又因为，可知卫星的公转角速度大于物体的角速度。故B错误；
C.设每隔时间就出现在的正上方，则有，得，故一天内出现在正上方次数为，故C正确；
D.根据，解得，可得两颗卫星的加速度之比为16：1.故D错误。故选AC。
10.ACD
【解析】【详解】A．由图乙可知，机车在段恒定功率启动，当速度最大时，机车匀速行驶，机车所受恒定阻力大小等于机车牵引力的大小，则有正确；
。机车运动的额定功率，B错误：
C．机车匀加速的末速度，段机车恒定加速启动，由甲图可知机车的加速度为，机车匀加速运动的时间，C正确；
D.根据牛顿第二定律，结合图甲可得，解得。故选ACD。
11.（1） （2）（3）
【解析】【详解】（1）用秒表记录运动圈的总时间为，则小球做圆周运动的周期，那么小球做圆周运动时需要的向心力表达式为
（2）对转动的小球受力分析可知，小球受重力和绳子的拉力，合力提供向心力，设绳子与竖直方向的夹角为，即
（3）根据，可得，由图可知
12. 2.0 2.8或 2 1280
【解析】【详解】（1）A．通过调节使斜槽末端保持水平，是为了保证小球做平抛运动，A正确；
B．因为要画同一运动的轨迹，必须每次释放小球的位置相同，且由静止释放，以保证获得相同的初速度B错误：
C．记录小球经过不同高度的位置时，每不必次严格地等距离下降，C错误：
D.将球的位置记录在纸上后，取下纸，最后轨迹应连成平滑的曲线，D错误。故选AC。
（2）由平抛运动水平方向做匀速直线运动，故水平初速度为，竖直方向做自由落体，并且由图可知，段时间相同，故，联立解得s，，竖直方向由平均速度公式，则点的速度为
（3）竖直方向根据，方向，联立解得，设地球密度为，地球质量为，可得，在距离地心处有，代入数据解得。
13.（1）；（2）；（3）
【解析】【详解】（1）对小球有
解得
（2）设火星的质量为，在火星表面的某物体的质量为，则
解得
第一宇宙速度等于飞船（或其它物体）近地环绕速度大小，设近地环绕的飞船质量为，则
解得
14.（1）676J；（24）520W；1040W
【解析】【详解】（1）法一：由牛顿第二定律得
得
2s内的位移
得
内力所做的功
得
2s内力摩擦力做的功
得
2s内合力做的功
得
法二：由牛顿第二定律得
得
2s内的位移
得
2s内合力所做的功
得
（2）内力的平均功率
得
2s末的瞬时速度
末力的瞬时功率
得
15.（1）；（2）；（3），1或
【解析】【详解】（1）轻绳断开前瞬间对钢珠有
得
（2）在点
得
对斜面上的钢珠受力分析，根据牛顿第二定律有
可得
B、C段的运动满足
可得
（3）钢珠从轨道最低点飞出后至挡板D顶端
得
法一：钢珠从轨道最低点飞出至第一次落地
得
钢珠越过挡板至最高点
得
挡板有两种情况：
a）如图所示情况，距的水平距离
得
）如图所示情况，距的水平距离
得
法二：钢珠从飞出至第一次落地
①
得
钢珠越过挡板至最高点
②
得
挡板有两种情况：
a）如图所示情况，钢珠所经历的时间为
所以距的水平距离
）如图所示情况，钢珠所经历的时间为
所以距的水平距离为
（①②打包得1分）