陕西省西安市西安市高新第一中学2024-2025学年高一下学期期中 物理试题（含解析）

2024-2025学年陕西省西安市高新一中高一（下）期中物理试卷
一、单选题：本大题共8小题，共32分。
1.物体受到如图所示的恒力F的作用，在光滑的水平面上做直线运动，则时间t内( )
A. 拉力的冲量大小为
B. 拉力的冲量大小为
C. 重力的冲量大小为0
D. 合力的冲量大小为
2.2024年5月20日，我国使用运载火箭成功将“北京三号卫星”送入预定轨道，用于提供高时空分辨率遥感卫星数据。若卫星在距地面500km的轨道上绕地球稳定运行，则该卫星的( )
A. 运行周期小于地球的自转周期 B. 线速度大于地球的第一宇宙速度
C. 角速度等于地球同步卫星的角速度 D. 加速度小于地球同步卫星的加速度
3.泡沫塑料由于其良好的缓冲性能成为近代广泛使用的缓冲材料，在易碎物品的长途运输中起着重要作用。运输车在颠簸的路面上行驶，用泡沫塑料包装物品，泡沫塑料所起的作用是( )
A. 减小物品与包装箱的接触时间，减小合力冲量
B. 延长物品与包装箱的接触时间，增大合力冲量
C. 延长物品与包装箱的接触时间，减小包装箱对物品的平均冲击力
D. 减小物品与包装箱的接触时间，减小包装箱对物品的平均冲击力
4.北京时间2024年10月30日4时27分，搭载神舟十九号载人飞船的长征二号F遥十九运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射，成功对接于空间站天和核心舱，发射取得圆满成功。载人飞船的发射过程要经过多次变轨方可到达预定轨道，载人飞船首先从圆轨道Ⅰ的A点变轨到椭圆轨道Ⅱ，然后在椭圆轨道Ⅲ的B点再变轨进入预定轨道Ⅲ，下列说法正确的是( )
A. 飞船从轨道Ⅰ变轨到轨道Ⅱ需要在A点减速
B. 若飞船在轨道Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ上运行的周期分别为、、，则
C. 飞船分别在轨道Ⅰ和轨道Ⅱ上运行时，经过相同时间，飞船与地心连线扫过的面积相等
D. 飞船在轨道Ⅱ上运行时经过B点的速度大于
5.如图所示，某一斜面的顶端到正下方水平面O点的高度为h，斜面底端与水平面平滑连接。一小木块从斜面的顶端由静止开始滑下，滑到水平面上的A点停下。已知小木块与斜面、水平面间的动摩擦因数均为，A点到O点的距离为x，斜面倾角为。则下列说法正确的是( )
A. 木块沿斜面下滑的过程中，摩擦力对木块做功为
B. 若保持h和不变，增大，木块停止位置到O点距离大于x
C. 若保持h和不变，增大，木块停止位置到O点距离小于x
D. 若保持h和不变，将斜面底端延长至A点，木块则刚好不下滑
6.如图，2023年8月27日发生了土星冲日现象，土星冲日是指土星、地球和太阳三者近似排成一条直线，地球位于太阳与土星之间。已知地球和土星绕太阳公转的方向相同，轨迹均近似为圆，土星绕太阳公转周期约30年。下次出现土星冲日现象应该在( )
A. 2024年 B. 2038年 C. 2050年 D. 2053年
7.某地有一风力发电机，它的叶片转动时可形成半径为20m的圆面。某时间内该地区的风速是，风向恰好跟叶片转动的圆面垂直，已知空气的密度为，假如这个风力发电机能将此圆内的空气动能转化为电能。则此风力发电机发电的功率约为( )
A.
B.
C.
D.
8.固定于竖直平面内的光滑大圆环上套有一个小圆环，小环从大环顶端P点由静止开始自由下滑，当小环与大环间的相互作用力为零时，小环转过的圆心角在以下哪个范围内( )
A.
B.
C.
D.
二、多选题：本大题共4小题，共16分。
9.经典力学有一定的适用范围和局限性，适用于经典力学描述的运动是( )
A. 子弹的飞行 B. 飞船绕地球的运行
C. 列车的运行 D. 粒子接近光速的运动
10.厦门大学天文学系顾为民教授团队利用我国郭守敬望远镜积累的海量恒星光斑，发现了一个处于宁静态的中子星与红矮星组成的双星系统，研究成果于2022年9月22日发表在《自然天文》期刊上。中子星与红矮星的质量比约为2：1，同时绕它们连线上某点O做匀速圆周运动，则下列说法正确的是( )
A. 中子星角速度小于红矮星的角速度
B. 中子星与红矮星做圆周运动的半径之比为1：2
C. 中子星与红矮星做圆周运动的向心加速度之比2：1
D. 若假设两颗恒星间的距离为L，中子星的公转周期为T，则中子星与红矮星质量之和为
11.一辆小汽车在水平路面上由静止启动，在前5s内做匀加速直线运动，5s末达到额定功率，之后保持以额定功率运动，其图像如图所示。已知汽车的质量为，汽车受到地面的阻力为车重的倍，重力加速度g取，则以下说法正确的是( )
A. 汽车的最大速度为
B. 汽车的额定功率为100kW
C. 汽车在前5s内的牵引力做的功为
D. 汽车速度为时的加速度为
12.如图所示，轻质动滑轮下方悬挂重物A，轻质定滑轮下方悬挂重物B，悬挂滑轮的轻质细线竖直。开始时，重物A、B处于静止状态，释放后A、B开始运动。已知A的质量为m，B的质量为2m，轻绳足够长。假设摩擦阻力和空气阻力均忽略不计，重力加速度为g，下列说法正确的是( )
A. 运动过程中A的加速度大小为
B. 运动过程中B的加速度大小为
C. 当B下降高度h时，A的速度大小为
D. 当B下降高度h时，B的速度大小为
三、填空题：本大题共1小题，共4分。
13.如图所示，同步卫星的运行速率为，向心加速度为，地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为，第一宇宙速度为，已知同步卫星的轨道半径为r，地球半径为R，则______；______用r和R表示。
四、实验题：本大题共1小题，共8分。
14.某实验小组采用落体法验证机械能守恒定律，装置如图甲所示。
已知当地的重力加速度，交流电的频率，重物质量，则根据纸带所给数据其中O点为打点计时器打下的第一个点，可知OC过程中，重物动能的增加量______ J，重物重力势能的减少量______结果均保留2位有效数字；一般情况下，这是因为______；
如果用图像法处理数据，则从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点下落的高度h，并计算出各点速度的平方，以为纵轴，h为横轴建立直角坐标系，根据实验数据作出如图丙所示的图线。在实验误差允许范围内，若图像斜率为______用字母g表示，则验证了机械能守恒定律。
五、计算题：本大题共4小题，共40分。
15.高空抛物现象曾被称为“悬在城市上空的痛”。高空抛物的危害究竟有多大呢？让我们通过数据说明。若质量为的苹果，从一居民楼的16层坠下。假设每层楼的高度为3m，则苹果下落的高度为45m，重力加速度为。
苹果撞击地面的过程中，求苹果的动量变化量取竖直向下为正方向；
若苹果与地面碰撞时间约为，求苹果对地面的撞击力大小。
16.已知某星球半径为R且质量分布均匀，星球两极表面的重力加速度大小为g，赤道表面重力加速度大小为，引力常量为G。求：
该星球的密度；
该星球自转的周期T。
17.如图所示，AB为水平轨道，A、B间距离，BCD是半径为的竖直半圆形轨道，B为圆轨道的最低点，D为轨道的最高点。有一小物块质量为，小物块在的水平力作用下从A点由静止开始运动，到达B点时撤去力F，物块恰好可以通过最高点，不计空气阻力以及物块与水平轨道的摩擦。g取，求：
小物块通过B点瞬间对轨道的压力大小；
小物块通过D点后，再一次落回到水平轨道AB上，落点和B点之间的距离大小；
小物块由B点运动到D点过程中，阻力所做的功。
18.如图所示，一根轻弹簧左端固定于竖直墙上，右端被质量可视为质点的小物块压缩而处于静止状态，且弹簧与物块不栓接，弹簧原长小于光滑平台的长度。在平台的右端有一传送带，AB长为，与传送带相邻的粗糙水平面BC长为，物块与传送带及水平面BC间的动摩擦因数均为，在C点右侧有一半径为R的光滑竖直半圆弧与BC平滑连接，在半圆弧的最高点F处有一固定挡板，物块撞上挡板后会以原速率反弹回来。若传送带以的速率顺时针转动，不考虑物块滑上和滑下传送带的机械能损失。当弹簧储存的能量全部释放时，小物块恰能滑到与圆心等高的E点，取。
求滑块被弹簧弹出时的速度；
求右侧圆弧的轨道半径R；
若传送带的速度大小可调，欲使小物块与挡板只碰一次，且碰后不脱离轨道，求传送带速度的可调范围。
答案和解析
1.【答案】D
【解析】解：AB、根据，拉力的冲量为Ft，故AB错误；
C、重力的冲量为mgt，故C错误；
D、物体的合力水平向右，大小为，故合力的冲量为，D正确。
故选：D。
根据冲量的公式求出重力、拉力、支持力的冲量大小。
解决本题的关键掌握动量和冲量的公式应用，以及知道合力的冲量等于动量的变化量，基础题。
2.【答案】A
【解析】解：根据万有引力提供向心力有
所以
，，，
该卫星的轨道半径大于近地卫星的轨道半径，小于同步卫星的轨道半径，则该卫星的运行周期小于地球同步卫星的运行周期，即小于地球的自转周期，该卫星的线速度小于第一宇宙速度，该卫星的角速度大于同步卫星角速度，该卫星加速度大于同步卫星的加速度。故A正确，BCD错误。
故选：A。
根据万有引力提供向心力列方程，分别求出v、T、、a的表达式，由于该卫星的轨道半径小于同步卫星的轨道半径，大于近地卫星的轨道半径，即可比较各个物理量大小。
本题考查了万有引力定律及其应用，要熟记万有引力的公式和圆周运动的一些关系变换式，解题依据为万有引力提供向心力。
3.【答案】C
【解析】解：AB、根据题意可知，泡沫塑料的作用是延长了物品与包装箱的接触时间，而物品的动量变化量未发生变化，根据动量定理，合力冲量不变，故AB错误；
CD、设物品撞击时所受合力为F，根据动量定理
可得
可知泡沫塑料的作用是延长了物品与包装箱的接触时间，减小包装箱对物品的平均冲击力，故C正确，D错误。
故选：C。
根据动量定理判断冲量和平均冲击力的变化。
根据动量定理可知，在动量变化量相等的情况下，作用时间越长，作用力越小。
4.【答案】B
【解析】解：飞船从轨道Ⅰ变轨到轨道Ⅱ，做离心运动，需要在A点加速，故A错误；
B.由开普勒第三定律，由图可知轨道Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的半径逐渐变大，所以周期关系为，故B正确；
C.轨道Ⅰ和轨道Ⅱ不是同一个轨道，不适用于开普勒第二定律，故C错误；
D.根据第一宇宙速度知识，由轨道Ⅱ变轨到轨道Ⅲ需在B点加速，所以B点速度一定小于，故D错误。
故选：B。
根据加速做离心运动和开普勒运动定律以及宇宙速度的知识进行分析解答。
考查加速做离心运动和开普勒运动定律以及宇宙速度的知识，会根据题意进行准确分析解答。
5.【答案】D
【解析】解：对木块运动的整个过程，根据动能定理可得：
，
解得：
，
由此可知，x与无关，若保持h和不变，增大，木块停止位置到O点距离仍为x，
故BC错误；
A.木块沿斜面下滑的过程中，重力对木块做功为：
，
结合前面分析可知：
，
木块沿斜面下滑的过程中，根据动能定理可得：
，
联立可得，摩擦力对木块做功为：
，其中v为木块运动到斜面底端时的速度大小，
故A错误；
D.结合前面分析可知：
，
若保持h和不变，将斜面底端延长至A点，则有：
，
则有：
，即木块在斜面上，其重力沿斜面向下的分力等于其所受最大静摩擦力，所以木块则刚好不下滑，故D正确；
故选：D。
对木块运动的整个过程，根据动能定理列式，即可分析判断；
A.结合题意及前面分析，根据重力做功的计算公式、动能定理分别列式，即可分析判断；
D.结合题意及前面分析，根据几何关系及力与力的关系分别列式，即可分析判断。
本题主要考查对动能定理的掌握，解题的关键是，要先确定不同的力在哪个阶段做功，再根据动能定理列式，因为有些力在物体运动全过程中不是始终存在的。
6.【答案】A
【解析】解：根据题意，设经过时间t再次出现土星冲日现象，则
由公式
则有
解得年
约为1年零天，则下次出现土星冲日现象应该在2024年。
故A正确，BCD错误。
故选：A。
根据卫星追及原理可知，再次出现这种情况时，地球比土星多转一周，由此求解每隔多长时间时间出现一次土星冲日现象。
解答该题，需要知道再次出现这种情况时，地球比土星多转一周。
7.【答案】B
【解析】解：在t时间内空气动能为：
根据题意可得，此风力发电机发电的功率约为：，故ACD错误，B正确。
故选：B。
根据圆柱体体积计算公式求出时间t内冲击风车的气流的体积，利用求出质量；再由动能公式即可求出动能，利用即可求出电能；再由功公式即可求出功率。
本题考查能量转化及守恒定律的应用，要明确能量转化方向；并能熟练掌握密度的计算公式，并能够利用效率计算能量间的转换。
8.【答案】C
【解析】解：根据题意作图如下
假设小球运动到A点时，小环与大环间的相互作用力为零时，则，
P点到A点，由动能定理得
联立解得，根据，可知，故C正确，ABD错误；
故选：C。
首先根据题意作图，再根据受力分析结合牛顿第二定律列式即可求得，再根据反三角函数即可求得的取值范围。
该题考查变速圆周运动中牛顿第二定律以及数学三角函数的应用，其中数学函数的分析为该题的难点。
9.【答案】ABC
【解析】解：子弹的飞行、飞船绕地球的运行及列车的运行都属于低速运动的物体，经典力学能适用；
而粒子接近光速运动，是高速运动的物体，则经典力学就不再适用。故ABC正确，D错误。
故选：ABC。
牛顿力学的局限性：牛顿力学对于高速运动的物体和电子、质子、中子等微观粒子是不适用的。
解题关键是掌握牛顿力学的局限性。属于基础题。
10.【答案】BD
【解析】解：A、中子星与红矮星组成双星系统，同时绕它们连线上某点O做匀速圆周运动，可知中子星绕O点运动的角速度等于红矮星的角速度，故A错误；
B、中子星与红矮星之间的万有引力是一对相互作用力，大小相等，由万有引力提供向心力，则知中子星与红矮星做匀速圆周运动的向心力大小相等，即有
解得中子星与红矮星做圆周运动的半径之比为，故B正确；
C、由于中子星与红矮星做匀速圆周运动的向心力大小相等，根据牛顿第二定律可知
所以中子星与红矮星做圆周运动的向心加速度之比为，故C错误；
D、由B选项可知，又
解得：，
根据万有引力提供向心力有
解得：，
可得，故D正确。
故选：BD。
中子星与红矮星组成双星系统，两者角速度相等；根据万有引力提供向心力，结合牛顿第二定律得出半径之比；根据牛顿第二定律求向心加速度之比；根据万有引力提供向心力联立等式得出中子星与红矮星质量之和。
本题主要考查双星系统的相关应用，理解双星系统的特点，结合万有引力定律即可完成分析。
11.【答案】BC
【解析】解：由题意可知，汽车所受阻力为：
，
由图可知，汽车在前5s内的加速度大小为：
，
设汽车在前5s内所受牵引力为，
根据牛顿第二定律可得：
，
解得：
，
则汽车的额定功率为：
，故B正确；
A.当汽车所受牵引力与阻力相等时，汽车的速度最大，则汽车的最大速度为：
，故A错误；
C.由运动学规律可得，前5s内汽车前进的距离为：
，
则由动能定理可知，前5s内汽车牵引力做的功W满足：
，
解得：
，故C正确；
D.当汽车速度为时汽车的牵引力大小为：
，
设此时的加速度大小为，
根据牛顿第二定律可得：
，
解得：
，故D错误；
故选：BC。
B.结合题意及题图，确定汽车所受阻力、汽车在前5s内的加速度，再根据牛顿第二定律、功率的计算公式分别列式，即可分析判断；
A.当汽车所受牵引力与阻力相等时，汽车的速度最大，据此分析列式，即可判断求解；
C.结合题意，由运动学规律、动能定理分别列式，即可分析判断；
D.结合题意，由功率的计算公式、牛顿第二定律分别列式，即可分析求解。
本题主要考查利用动能定理求解机车启动问题，解题时需注意，在机车启动问题中，通常根据动能定理、牛顿第二定律、功率公式等将动能、力与速度联立起来，进而求解。
12.【答案】BD
【解析】解：设绳子拉力为F，B的加速度大小为a，根据滑轮的特点可知A的加速度大小为，对A和B分别根据牛顿第二定律可得：
解得：
故A错误，B正确；
因为滑轮组之间的关系可知
根据机械能守恒定律可得：
解得：，
故C错误；D正确。
故选：BD。
理解物体AB的加速度关系，结合牛顿第二定律联立等式得出各自的加速度；
根据滑轮的特点得出物体的速度比值关系，结合机械能守恒定律列式得出各自的速度。
本题主要考查了机械能守恒定律的相关应用，解题的关键点是理解滑轮两侧物体运动物理量的比值关系，结合机械能守恒定律即可完成分析。
13.【答案】
【解析】解：地球同步卫星和地球赤道上的物体的角速度都与地球的自转角速度相同，则由向心加速度公式，得，第一宇宙速度是近地卫星的速度，根据万有引力提供向心力，得，M是地球的质量，则得
故答案为：。
根据同步卫星和地球赤道物体有相同的角速度，结合加速度和角速度关系式列式求解，又利用万有引力提供向心力推导线速度的比值。
考查万有引力定律的应用，会根据题意进行准确分析解答。
14.【答案】，，重物下落过程中克服空气阻力和摩擦阻力做功； 2 g
【解析】解：运动过程中，重物动能的增加量为，重物重力势能的减少量为，一般，这是因为重物下落过程中克服空气阻力和摩擦阻力做功；
根据机械能守恒，整理得，所以，图线的斜率为。
故答案为：，，重物下落过程中克服空气阻力和摩擦阻力做功；。
根据动能表达式和重力势能的计算公式，结合摩擦力等做功分析误差情况；
根据机械能守恒定律表达式结合图像的斜率的物理意义分析解答。
考查动能、重力势能和机械能守恒定律的应用，会根据题意进行准确分析解答。
15.【答案】苹果撞击地面的过程中，苹果的动量变化量为，方向竖直向上；
若苹果与地面碰撞时间约为，苹果对地面的撞击力大小为5002N
【解析】解：选择竖直向下的方向为正方向
设苹果撞击地面前瞬间速度为v，由，解得
苹果的末速度为0，则苹果撞击地面的过程中动量变化量
可得：
负号表示方向竖直向上。
设苹果撞击地面的过程中，地面对苹果的撞击力大小为F，由动量定理
代入数据，得
根据牛顿第三定律，苹果对地面的撞击力大小
答：苹果撞击地面的过程中，苹果的动量变化量为，方向竖直向上；
若苹果与地面碰撞时间约为，苹果对地面的撞击力大小为5002N。
根据运动学公式得出苹果落地时的速度，结合动量的概念分析出苹果的动量变化量；
根据动量定理，结合牛顿第三定律得出苹果对地面的撞击力大小。
本题主要考查了动量定理的相关应用，熟悉自由落体的特点，结合运动学公式和动量定理即可完成分析。
16.【答案】该星球的密度为；
该星球自转的周期T为
【解析】解：物体在两极处，有，物体在赤道处有，又有，联立解得，。
答：该星球的密度为；
该星球自转的周期T为。
在两极处根据万有引力等于重力，在赤道处万有引力和重力的关系列式解答。
考查万有引力定律的应用，会根据题意进行准确分析解答。
17.【答案】解：到B过程根据动能定理得
解得
在B点根据牛顿第二定律
根据牛顿第三定律物块通过B点瞬间对轨道的压力大小为
联立解得
物块恰好可以通过最高点，可得
解得
小物块通过D点后，做平抛运动，可得
，
解得落点和B点之间的距离大小为
小物块由B点运动到D点过程中，根据动能定理得
解得阻力所做的功为
答：小物块通过B点瞬间对轨道的压力大小为；
落点和B点之间的距离大小为；
阻力所做的功为。
【解析】小物体在水平方向受拉力，由动能定理求解撤去力F时小物块的速度大小，根据牛顿第二定律求解轨道对小物块的支持力，根据牛顿第三定律求解物块对轨道的压力大小；
物块恰好可以通过最高点D点，根据重力提供向心力求解小物块在D点的速度，物块通过D点后做平抛运动，由运动学公式求解落点和B点之间的距离大小；
小物块由B点运动到D点过程中，根据动能定理求解阻力所做的功。
本题是动能定理与牛顿第二定律、平抛运动等知识的综合，考查研究多过程的能力，本题有一定的难度。
18.【答案】解：物块被弹簧弹出，有：
解得滑块被弹簧弹出时的速度为：
若滑块在传送带上一直加速，设经过传送带获得的速度为，有：
解得：
所以，滑块在传送带上先加速后匀速，经过传送带获得的速度为：
从B到E，由动能定理得：
代入数据解得：
设物块在B点的速度为时能恰到F点，在F点满足：
从B到F点过程中由动能定理可知：
代入数据解得：
设物块在B点的速度为时，物块撞挡板后返回能恰好再次上滑到E点。
由动能定理可知：
代入数据解得：
因为物块在传送带上一直加速获得的速度为，所以传动带速度的可调范围为。
答：滑块被弹簧弹出时的速度是。
右侧圆弧的轨道半径R是。
传送带速度的可调范围是。
【解析】本题综合考查了动能定理、能量守恒、牛顿第二定律和运动学公式的应用，关键要理清物块在整个过程中的运动规律，选择合适的规律进行求解，对于第三问，关键抓住两个临界状态，选取研究的过程，运用动能定理进行求解。