陕西省商洛市山阳中学2024-2025学年高一下学期4月期中 物理试题（含解析）

2024—2025 学年度第二学期期中考试题
高一物理
温馨提示：
1.本试题分为三大题共计15小题和答题卡，全卷满分100分，75分钟完成。
2.考生答题时，必须将第Ⅰ卷上所有题的正确答案用2B铅笔涂在答题卡上所对应的信息点处，答案写在Ⅰ卷上无效，第Ⅱ卷所有题的正确答案按要求用黑色签字笔填写在答题卡上试题对应题号上，写在其他位置无效。
3.考试结束时，将答题卡交给监考老师。
一、单项选择题：(本题共7小题，每小题4分，共28分。四个选项只有一个正确)
1.在天文学发展的历史中，有许多科学家做出了杰出的贡献，下列说法正确的是( )
A.波兰哥白尼、意大利布鲁诺是地心说的代表人物
B.第谷通过多年观测行星的运动，提出了万有引力定律
C.开普勒提出了行星运动的三大定律，他被后人称为“天空立法者”
D.科学家牛顿于1798年，巧妙地利用扭秤装置测出了万有引力常量
2.在名著〈西游记〉中讲述了一只大龟浮水作舟，驮着唐僧师徒渡过通天河的故事。如图所示，通天河中水流的速度大小恒为v ，方向平行于河岸，大龟从A 处出发后沿直线AB将唐僧师徒四人和白龙马以最短的时间送达对岸的B处，AB与河岸成37°角。已知 则大龟在静水中的速度为( )
3.某仓库内拖车提升重物的情景如图所示，重物通过轻绳绕过固定的光滑定滑轮与拖车相连，拖车以大小为v 的速度沿平直路面向右做匀速直线运动。当轻绳与水平方向的夹角为θ时，重物的速度大小为( )
C. v sinθ D. v cosθ
4.在好又多广场台铃电动车广告活动中，有一个非常刺激的杂技节目，叫“笼中飞车，飞车走壁”，几名专业演员骑着摩托车在一个固定封闭的球形大铁笼中，时而高速在水平面内骑行，时而在竖直面内骑行，人都完全倒过来了，看的观众直呼过瘾。若我们把演员与摩托车看成质点P，其质量为m。演员在虚线水平圆周上以角速度ω做匀速圆周运动，O 为铁笼的球心， 为虚线轨道的圆心， 与
竖直方向的夹角为θ，且此时刚好无横向摩擦力(横向即垂直于摩托车前进方向)，则( )
A.演员与摩托车的向心力指向O
B.演员与摩托车的受到重力、支持力和向心力的作用
C.演员与摩托车的向心力大小为 mg tanθ
D.当演员与摩托车的速度增大时，其运动轨道一定沿笼壁上移
5.如图所示，修正带的大小齿轮分别嵌合于固定的大小轴孔中，大小齿轮相互吻合，使用时大齿轮会带动小齿轮转动。a、b点分别位于小、 大齿轮的边缘， c点位于大齿轮的半径中点。
a、b、c 三点角速度大小分别为 ωa、ωb、ωc , 线速度大小分别为 va、vb、vc，则当修正带在使用的某个时刻，下列说法正确的是( )
6.若你是2030年实现登月的宇航员，站在月球上作如下测量：用刻度尺测出某点距月球表面的高度为h，用秒表测出小球从该点由静止下落到月球表面的时间为t，已知月球的半径为R，引力常量为G，球的体积公式为 (其中r为球的半径，R>>h)，则利用你测到的数据和相关已知数据计算月球的平均密度为( )
7.我国载人飞船登月的简化示意图如图所示，首先从地球表面发射飞船至地月转移轨道，飞船在P点被月球捕获后沿椭圆轨道①绕月球运动，然后在P点变轨后沿圆形轨道②运动，下列说法正确的是( )
A.飞船进入地月转移轨道的发射速度大于第二宇宙速度
B.飞船在轨道①上经过P点时的速度与在轨道②上经过P点时的速度大小相等
C.飞船在轨道①上经过P点时的加速度与在轨道②上经过P点时的加速度相同
D.飞船在轨道①上运行的周期与在轨道②上运行的周期相等
二、多项选择题：(本题共3小题，每小题6分，共18分。四个选项中，有多项正确，全选对得6分，选对但不全得3分，有错选得0分)。
8.小明在操场以速度v 水平抛出一铅球，不计空气阻力，从抛出到某一时刻的过程中，小球的竖直位移与水平位移大小相等，重力加速度为g，以下判断正确的是( )
A.此时小球竖直分速度与水平分速度大小相等 B.此时小球的瞬时速度大小为
C.在此过程中小球运动的的位移是 D.此时小球速度与水平方向成45°角
9.某次旅游中游客乘坐列车以恒定速率通过一段水平圆弧形弯道过程中，游客发现车厢顶部悬挂玩具小熊的细线稳定后与车厢侧壁平行，同时观察放在桌面(与车厢底板平行)上水杯内的水面，已知此弯道路面的倾角为θ，不计空气阻力，重力加速度为g，则下列判断正确的是( )
A.列车的轮缘与轨道无侧向挤压作用
B.列车转弯过程中的向心加速度为gtanθ，方向与水平面的夹角为θ
C.水杯与桌面间无摩擦
D.水杯内水面与桌面不平行
10.如图所示，在匀速转动的水平圆盘上，沿直径方向放着用轻绳相连的物体A 和B，A和B质量都为m。它们分居圆心两侧，与圆心距离分别为 A、B与圆盘间的动摩擦因数相同且均为μ。若最大静摩擦力等于滑动摩擦力，当圆盘转速从零开始逐渐加快到两物体刚好要发生但还未发生滑动时，下列说法正确的是 ( )
A.当轻绳恰好出现拉力时，A所受的摩擦力大小为
B.当A 所受的摩擦力为零时，圆盘的角速度为
C.绳子的最大张力为2μmg
D.随着转速的增大，A所受的摩擦力一直减小，而B 所受的摩擦力一直增大
三、非选择题：共5小题，共54分。
(一)填空题
11. (6分)图甲是“研究平抛物体的运动”的实验装置图，实验前，应对实验装置反复调节，直到斜槽末端切线水平。取重力加速度大小 计算结果均保留三位有效数字。
(1)实验过程中，每次让小球从同一位置由静止释放，其目的是 。
(2)图乙是根据实验数据所得的平抛运动的曲线，其中O为抛出点，则小球做平抛运动的初速度大小v= m/s。
(3)在另一次实验中，将白纸换成方格纸，每小格的边长. ，通过实验，记录了小球在运动途中的三个位置，如图丙所示。可知该小球做平抛运动的初速度大小
12. (8分)如图所示为向心力演示器，用来探究小球做圆周运动所需向心力F的大小与质量m、角速度ω、轨道半径r之间的关系，当皮带分别套在两边塔轮(从上往下数)第一层、第二层和第三层时，左右两塔轮角速度之比分别为1∶1、1∶2、1∶3，小球在A、B、C处绕转轴转动时的半径比为1∶2∶1。
(1)当探究向心力大小与半径的关系时，应将皮带置于 (选填“第一层”、“第二层”或“第三层”)，将两个相同的小球分别置于 和 处(后两空用图中A、B、C表示)。
(2)当探究向心力大小与角速度的关系时，应将两个相同的小球分别置于 和 处(用图中A、B、C表示)。若将皮带置于第二层，则左右套筒露出的格数之比应为 。
故左右套筒露出的格数之比应为1：4。
(二)计算题：本大题共3小题，共40分。
13.(10分) 春节时在广场搭建的临时游乐场里热闹非凡，有一项飞镖扎气球游戏甚是受欢迎。一名参与者在距离一竖直木板墙壁前L=3m的位置，将一质量m=0.01kg的飞镖(视为质点)以某一速度水平投出，结果扎在目标气球下方0.05米处。取重力加速度大小
(1)若不计空气阻力，求飞镖抛出时的速度 v 。
(2)若飞镖投出后，受到大小f=0.2N的恒定水平空气阻力(不计竖直方向的空气阻力)，要使飞镖仍插在墙壁原来的位置，求飞镖水平投出时的速度大小v。
14. (14分)
2020年诺贝尔物理学奖授予黑洞研究。黑洞是宇宙空间内存在的一种密度极大而体积较小的天体，黑洞的引力很大，连光都无法逃逸。在两个黑洞合并过程中，由于彼此间的强大引力作用，会形成短时间的双星系统。如图所示，黑洞A、B可视为质点，不考虑其他天体的影响，两者围绕连线上O点做匀速圆周运动，O点离黑洞B更近，黑洞A质量为m ，黑洞B质量为m ，两黑洞间距离为L。试求黑洞A与黑洞B 的轨迹半径和角速度。
15.(16分) 如图所示，半圆形金属管道MQN竖直固定在水平面上，管道半径 直径MON竖直，金属管的内径远小于管道半径R。将一质量 直径略小于金属管径的小球从地面上的P点斜向上射出，小球恰好能从管道最高点N处以 的速度水平射入，不计空气阻力，g取 求：
(1)小球经过N点时对管道的弹力F的大小和方向；
(2)小球在空中飞行的时间和发射方向与水平面夹角θ的正切值。
2024—2025 学年度第二学期期中考试高一物理答案解析
一．单项选择题：（本题共7小题，每小题4分，共28分。四个选项只有一个正确）
1. 在天文学发展的历史中，有许多科学家做出了杰出的贡献，下列说法正确的是（　　）
A. 波兰哥白尼、意大利布鲁诺是地心说的代表人物
B. 第谷通过多年观测行星的运动，提出了万有引力定律
C. 开普勒提出了行星运动的三大定律，他被后人称为“天空立法者”
D. 科学家牛顿于1798年，巧妙地利用扭秤装置测出了万有引力常量
【答案】C
【解析】A．波兰哥白尼、意大利布鲁诺是日心说的代表人物，故A错误；
B．牛顿提出了万有引力定律，故B错误；
C．开普勒提出了行星运动的三大定律，他被后人称为“天空立法者”，故C正确；
D．卡文迪许巧妙地利用扭秤装置测出了万有引力常量，故D错误。
故选C。
2. 在名著《西游记》中讲述了一只大龟浮水作舟，驮着唐僧师徒渡过通天河的故事。如图所示，通天河中水流的速度大小恒为，方向平行于河岸，大龟从处出发后沿直线将唐僧师徒四人和白龙马以最短的时间送达对岸的处，与河岸成角。已知，，则大龟在静水中的速度为（ ）
A. B. C. D.
【答案】C
3. 某仓库内拖车提升重物的情景如图所示，重物通过轻绳绕过固定的光滑定滑轮与拖车相连，拖车以大小为的速度沿平直路面向右做匀速直线运动。当轻绳与水平方向的夹角为时，重物的速度大小为（　　）
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】绳连接的两个物体在沿绳方向的速度相等，则重物的速度
4. 在好又多广场台铃电动车广告活动中，有一个非常刺激的杂技节目，叫“笼中飞车，飞车走壁”，几名专业演员骑着摩托车在一个固定封闭的球形大铁笼中，时而高速在水平面内骑行，时而在竖直面内骑行，人都完全倒过来了，看的观众直呼过瘾。若我们把演员与摩托车看成质点P，其质量为m。演员在虚线水平圆周上以角速度做匀速圆周运动，为铁笼的球心，为虚线轨道的圆心，与竖直方向的夹角为，且此时刚好无横向摩擦力（横向即垂直于摩托车前进方向），则（　　）
A. 演员与摩托车的向心力指向
B. 演员与摩托车的收到重力、支持力和向心力的作用
C. 演员与摩托车的向心力大小为
D. 当演员与摩托车的速度增大时，其运动轨道一定沿笼壁上移
【答案】C
【解析】AB．由于演员在虚线水平圆周上以角速度做匀速圆周运动，由合力提供向心力，向心力指向轨迹圆的圆心，即演员与摩托车的向心力指向，故A错误，向心力实效果力；
C．对演员与摩托车进行分析，如图所示
根据上述可知合力提供向心力，演员与摩托车的向心力大小为
故C正确；
D．由于此时刚好无横向摩擦力，即无垂直于摩托车前进方向的摩擦力，当演员与摩托车的速度增大时，若速度增大较小，摩托车有沿笼壁上移的趋势，摩托车受到垂直于摩托车前进方向向下的摩擦力，由弹力、重力与摩擦力的合力提供向心力，此时其运动轨道并没有沿笼壁上移，故D错误。
故选C。
5.如图所示，修正带的大小齿轮分别嵌合于固定的大小轴孔中，大小齿轮相互吻合，使用时大齿轮会带动小齿轮转动。点分别位于小、大齿轮的边缘，c点位于大齿轮的半径中点。三点角速度大小分别为，线速度大小分别为，则当修正带在使用的某个时刻，下列说法正确的是(　　)
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】b、c两点同轴转动，角速度相等，即，，故B错误；
大小齿轮边缘点的线速度大小相等，所以，，故C错误；
根据，，，，得 ，，故A错误；
根据，，，得，，故D正确。故选D。
6. 若你是2030年实现登月的宇航员，站在月球上作如下测量：用刻度尺测出某点距月球表面的高度为h，用秒表测出小球从该点由静止下落到月球表面的时间为t，已知月球的半径为R，引力常量为G，球的体积公式为（其中r为球的半径,R>>h），则利用你测到的数据和相关已知数据计算月球的平均密度为（ ）
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】小球在月球表面做自由落体运动，有
月球表面上的物体，受到的重力
其中月球的质量
联立求得月球的平均密度为
故选B。
7. 我国载人飞船登月的简化示意图如图所示，首先从地球表面发射飞船至地月转移轨道，飞船在P点被月球捕获后沿椭圆轨道①绕月球运动，然后在P点变轨后沿圆形轨道②运动，下列说法正确的是(　　)
A. 飞船进入地月转移轨道的发射速度大于第二宇宙速度
B. 飞船在轨道①上经过P点时的速度与在轨道②上经过P点时的速度大小相等
C. 飞船在轨道①上经过P点时的加速度与在轨道②上经过P点时的加速度相同
D. 飞船在轨道①上运行的周期与在轨道②上运行的周期相等
【答案】C
【解析】飞船没有脱离地球引力的范围，则发射速度小于第二宇宙速度，故A错误；飞船由轨道①变轨至轨道②要点火减速，则飞船在轨道①上经过P点时的速度大于在轨道②上经过P点时的速度，故B错误；根据牛顿第二定律可得G=ma，解得a=，则飞船在轨道①上经过P点时的加速度与在轨道②上经过P点时的加速度相同，故C正确；根据开普勒第三定律可知飞船在轨道①上运行的周期大于在轨道②上运行的周期，故D错误。
二、多项选择题：（本题共3小题，每小题6分，共18分。四个选项中，有多项正确，全选对得6分，选对但不全得3分，有错选得0分）。
8. 小明在操场以速度水平抛出一铅球，不计空气阻力，从抛出到某一时刻的过程中，小球的竖直位移与水平位移大小相等，重力加速度为g，以下判断正确的是（　　）
A. 此时小球竖直分速度与水平分速度大小相等
B. 此时小球的瞬时速度大小为
C. 在此过程中小球运动的的位移是
D. 此时小球速度与水平方向成45°角
【答案】BC
【解析】AB．根据题意有
解得
此时竖直分速度为
根据平行四边形定则得此时小球速度为
故A错误，B正确；
C．水平位移
竖直位移
合位移
C正确；
D．设此时小球速度方向与水平方向的夹角为，则
显然，此时小球速度方向与水平方向的夹角大于，故D错误。
故选BC。
9.某次旅游中游客乘坐列车以恒定速率通过一段水平圆弧形弯道过程中，游客发现车厢顶部悬挂玩具小熊的细线稳定后与车厢侧壁平行，同时观察放在桌面(与车厢底板平行)上水杯内的水面，已知此弯道路面的倾角为θ，不计空气阻力，重力加速度为g，则下列判断正确的是(　　)
A. 列车转弯过程中的向心加速度为gtan θ，方向与水平面的夹角为θ
B. 列车的轮缘与轨道无侧向挤压作用
C. 水杯与桌面间无摩擦
D. 水杯内水面与桌面不平行
【答案】BC
【解析】设玩具小熊的质量为m，则玩具小熊受到的重力mg、细线的拉力FT的合力提供玩具小熊随列车做水平面内圆周运动的向心力F(如图)，有mgtan θ=ma，可知列车在转弯过程中的向心加速度大小为a=gtan θ，方向与水平面平行，选项A错误。列车的向心加速度由列车的重力与轨道的支持力的合力提供，故列车的轮缘对轨道无侧向挤压作用，选项B正确。水杯的向心加速度由水杯的重力与桌面的支持力的合力提供，则水杯与桌面间的静摩擦力为零，选项C正确。水杯内水面取一微小质量元，此微元受到的重力与支持力的合力产生的加速度大小为a=gtan θ，可知水杯内水面与水平方向的倾斜角等于θ，与桌面平行，选项D错误。
10. 如图所示，在匀速转动的水平圆盘上，沿直径方向放着用轻绳相连的物体A和B，A和B质量都为m。它们分居圆心两侧，与圆心距离分别为，， A、B与圆盘间的动摩擦因数相同且均为μ。若最大静摩擦力等于滑动摩擦力，当圆盘转速从零开始逐渐加快到两物体刚好要发生但还未发生滑动时，下列说法正确的是（ ）
A. 绳子的最大张力为2μmg
B. 当轻绳恰好出现拉力时，A所受的摩擦力大小为
C. 当A所受的摩擦力为零时，圆盘的角速度为
D. 随着转速的增大，A所受的摩擦力一直减小，而B所受的摩擦力一直增大
【答案】BC
【解析】A．当A刚要向内滑动时，绳子的张力最大，对A、B分别根据牛顿第二定律得
解得
故A错误；
B．当轻绳恰好出现拉力时，B恰好摩擦力最大，对B根据牛顿第二定律得
对A根据牛顿第二定律得
解得
故B正确；
C．当A所受的摩擦力为零时，对B根据牛顿第二定律得
对A根据牛顿第二定律得
解得
故C正确；
D．当时，随着转速的增大，A所受的摩擦力增大，直到A开始滑动；当绳子无拉力时，随着转速的增大，B所受的摩擦力增大，当绳子有拉力时，随着转速的增大，B所受的摩擦力不变，直到B开始滑动，故D错误。
故选BC。
三、非选择题：共5小题，共54分。
（一）填空题
11. （6分）图甲是“研究平抛物体的运动”的实验装置图，实验前，应对实验装置反复调节，直到斜槽末端切线水平。取重力加速度大小，计算结果均保留三位有效数字。
（1）实验过程中，每次让小球从同一位置由静止释放，其目的是___________。
（2）图乙是根据实验数据所得的平抛运动的曲线，其中O为抛出点，则小球做平抛运动的初速度大小v=___________m/s。
（3）在另一次实验中，将白纸换成方格纸，每小格的边长L=4.90cm，通过实验，记录了小球在运动途中的三个位置，如图丙所示。可知该小球做平抛运动的初速度大小v0=___________m/s。
【答案】（1）使小球做平抛运动的初速度相同 （2）1.60 （3）1.47
【解析】
【小问1详解】
实验过程中，每次让小球从同一位置由静止释放，其目的是使小球做平抛运动的初速度相同；
【小问2详解】
竖直方向
水平方向
解得
【小问3详解】
竖直方向
水平方向
解得
12. （8分）如图所示为向心力演示器，用来探究小球做圆周运动所需向心力F的大小与质量m、角速度ω、轨道半径r之间的关系，当皮带分别套在两边塔轮（从上往下数）第一层、第二层和第三层时，左右两塔轮角速度之比分别为1∶1、1∶2、1∶3，小球在A、B、C处绕转轴转动时的半径比为1∶2∶1。
（1）当探究向心力大小与半径的关系时，应将皮带置于______（选填“第一层”、“第二层”或“第三层”），将两个相同的小球分别置于______和______处（后两空用图中A、B、C表示）。
（2）当探究向心力大小与角速度的关系时，应将两个相同的小球分别置于_______和______处（用图中A、B、C表示）。若将皮带置于第二层，则左右套筒露出的格数之比应为______。
【答案】（1）第一层 B C
（2）A C 1∶4
【解析】
【小问1详解】
根据控制变量法，当探究向心力大小与半径的关系时，应控制角速度不变，故将皮带置于第一层；
该不同，故将两个相同的小球分别置于B和C处；
【小问2详解】
当探究向心力大小与角速度的关系时，应控制半径一样，故当探究向心力大小与角速度的关系时，应将两个相同的小球分别置于A和C处;
若将皮带置于第二层，则两个相同的小球受到的向心力之比为
故左右套筒露出的格数之比应为。
（二）计算题：本大题共3小题，共40分。
13.（10分） 春节时在广场搭建的临时游乐场里热闹非凡，有一项飞镖扎气球游戏甚是受欢迎。一名参与者在距离一竖直木板墙壁前的位置，将一质量的飞镖（视为质点）以某一速度水平投出，结果扎在目标气球下方0.05米处。取重力加速度大小。
（1）若不计空气阻力，求飞镖抛出时的速度v0。
（2）若飞镖投出后，受到大小的恒定水平空气阻力（不计竖直方向的空气阻力），要使飞镖仍插在墙壁原来的位置，求飞镖水平投出时的速度大小v。
【答案】（1）；v0=30m/s（2）
【解析】（1）根据题意可知，飞镖投出后在空中做平抛运动，其飞行时间
飞镖在竖直方向上的位移大小
解得
v0=30m/s
（2）飞镖投出后在水平方向上做匀减速运动，其加速度大小
经分析可知
解得
（14分）2020年诺贝尔物理学奖授予黑洞研究。黑洞是宇宙空间内存在的一种密度极大而体积较小的天体，黑洞的引力很大，连光都无法逃逸。在两个黑洞合并过程中，由于彼此间的强大引力作用，会形成短时间的双星系统。如图所示，黑洞A、B可视为质点，不考虑其他天体的影响，两者围绕连线上O点做匀速圆周运动，O点离黑洞B更近，黑洞A质量为m1，黑洞B质量为m2，两黑洞间距离为L。试求黑洞A与黑洞B的轨迹半径。
15.（16分） 如图所示，半圆形金属管道竖直固定在水平面上，管道半径，直径竖直，金属管的内径远小于管道半径R。将一质量、直径略小于金属管径的小球从地面上的P点斜向上射出，小球恰好能从管道最高点N处以的速度水平射入，不计空气阻力，g取。求：
(1)小球经过N点时对管道的弹力F的大小和方向；
(2)小球在空中飞行的时间和发射方向与水平面夹角的正切值。
【答案】(1)，方向竖直向上；(2)，
【解析】(1)以小球为研究对象，在最高点，
对小球进行受力分析，设轨道对小球有向下的弹力，根据牛顿牛第二定律和向心力公式，有
解得
根据牛顿第三定律小球经过N点时对管道的弹力，方向竖直向上。
(2)小球在空中飞行过程为逆向平抛运动，由
解得小球在空中飞行的时间为
竖直方向速度
得发射方向与水平面夹角的正切值