江苏省南京市中华中学2024-2025学年高一（下）期中物理试卷（含解析）

江苏省南京市中华中学2024-2025学年高一（下）期中物理试卷
一、单选题：本大题共11小题，共44分。
1.两个互相垂直的力与同时作用在某物体上，该物体通过一段位移的过程中，力对物体做功，力对物体做功，则力与的合力对物体做功为( )
A. B. C. D.
2.如图所示为教材中关于“天体运行中三个宇宙速度”的插图，其中有条轨道，下列说法正确的是( )
A. 轨道对应的速度是卫星绕地球运行所需的最大发射速度
B. 轨道对应的速度是圆轨道卫星的最大环绕速度
C. 轨道上卫星单位时间扫过的面积等于轨道上卫星单位时间扫过的面积
D. 卫星沿轨道运动，将脱离太阳引力的束缚，飞出太阳系
3.如图所示，质量为的球与质量为的球放置在“向心力演示仪”上。该演示仪可以巧妙地将向心力转化为竖直方向的效果进行显示，左边立柱可显示球所受的向心力的大小，右边立柱可显示球所受的向心力的大。皮带与轮、轮有多种组合方式，图示为其中的一种组合，此时连接皮带的两轮半径。图中两球距离立柱转轴中心的距离，下列说法正确的是( )
A. 若，转动手柄，则立柱上应显示
B. 若，仅将球改放在位置，转动手柄，则立柱上应显示
C. 若，仅调整皮带位置使，则立柱上应显示
D. 若，既调整皮带位置使，又将球改放在位置，则立柱上应显示
4.“嫦娥五号”轨道器绕月工作轨道为圆轨道。轨道距月球表面的高度、运行周期、引力常量均已知，若要求出月球的质量，则除上述信息外，在下列四个条件中还需知道的条件是( )
A. 轨道器的质量 B. 月球对轨道器的万有引力
C. 月球表面的重力加速度 D. 地球表面的重力加速度
5.如图所示，一物体从光滑斜面底端点以初速度上滑，沿斜面上升的最大高度为。甲、乙、丙、丁的四位同学对斜面做不同的改造：
甲把斜面部分截去
乙把斜面弯成圆弧
丙把斜面变成曲面
丁把斜面与水平面的夹角稍变大
假设物体从点上滑的初速度仍为，判断在甲、乙、丙、丁四种改造条件中，有几个能使得物体冲过点后上升的最大高度仍有可能为？( )
A. 仅有一个做法可能 B. 仅有两个做法可能
C. 仅有一个做法不可能 D. 都可能
6.在光滑水平面上以速度匀速滑动的物块，从运动到点开始受到一水平恒力的持续作用，经过一段时间后运动到点。点速度大小仍为，相比于点，速度方向改变了。在从点运动到点的过程中( )
A. 物块做匀速圆周运动 B. 物块加速度的大小可能变化
C. 物块的速度先增大再减小 D. 水平恒力的方向一定与连线垂直
7.如果转动飞轮的重心不在转轴上，运行将不稳定，而且轴承会受到很大的作用力，加速磨损。如图所示，飞轮半径为，为转动轴，正常工作时转动轴受到的水平作用力可以认为是。假想在飞轮的边缘固定一个质量的螺丝钉。当飞轮以角速度转动时，下列说法正确的是( )
A. 的质量越大，则轴承越容易损坏
B. 的位置离转动轴越近，则轴承越容易损坏
C. 受到的重力与飞轮对它的作用力是一对平衡力
D. 飞轮对的作用力
8.如图所示，带有一白点的黑色圆盘，可绕过其中心且垂直于盘面的轴匀速转动，每秒沿顺时针方向旋转圈。在暗室中用每秒闪光次的频闪光源照射圆盘，观察到白点的转动方向和周期为( )
A. 顺时针
B. 逆时针
C. 顺时针
D. 逆时针
9.一物块由点下落，到点时与直立于地面的轻弹簧接触，到点时速度达到最大，到点时速度减为零，然后被弹回。假定物块在运动过程中受到的空气阻力大小不变，弹簧始终在弹性限度内，则物块( )
A. 从下降到的过程中，加速度先增大后减小
B. 从下降到的过程中，物块与弹簧组成的系统机械能守恒
C. 从上升到的过程中，动能先增大后减小
D. 从上升到的过程中，系统的重力势能与弹性势能之和不断增加
10.如图，半圆柱放在粗糙水平面上，一个可视为质点，质量为的光滑小球在大小可变，方向始终与圆柱面相切的拉力作用下从点沿着圆弧匀速率运动到最高点点，整个过程中半圆柱保持静止。则下列说法正确的是( )
A. 拉力的功率逐渐增大
B. 重力做功的功率先增大后减小
C. 当小球在点时，地面对半圆柱体有水平向左的摩擦力
D. 当小球运动到时，地面对半圆柱体的支持力大小等于两物体重力大小之和
11.如图所示，分别用恒力和先后将质量为的物体从静止开始沿着同一个粗糙程度均匀的固定斜面由低端推到顶端，第一次力的方向沿斜面向上，第二次力的方向沿水平向左，两次所用的时间相同，在这两个过程中( )
A. 和所做的功相同 B. 第二次物体机械能变化量较大
C. 第二次物体所受的合力做功较多 D. 物体的动能的变化量相同
二、实验题：本大题共1小题，共15分。
12.甲、乙两组同学在实验室用不同的方案验证机械能守恒定律。
甲组同学安装实验器材如图所示，经检查发现一处错误，错误是______。
甲组同学纠正错误后顺利完成实验，选出符合要求的纸带，如图所示纸带其中一段未画出。在纸带上选取等时间间隔的点、、、、、、作为计数点，点是比点更早打出的点。测出这些计数点到点的距离记录在表中。由此计算出物体下落到、、、、各点时的瞬时速度，并依据表中数据作出图像。
计数点
关于甲组同学的实验，下列说法正确的是______。
A.实验中选择密度大、体积小的重物
B.安装实验器材时，调整打点计时器使两限位孔位于同一竖直线上
C.为在纸带上打下尽量多的点，应释放重物后迅速接通打点计时器电源
D.为测量打点计时器打下某点时重锤的速度，先测量该点到点的距离，再根据公式计算，其中应取当地的重力加速度
甲组同学画出了图像，是计数点到点的距离，是该计数点的速度，如下判断正确的是______。
A.若图像是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能一定守恒
B.若图像是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能可能不守恒
C.若图像是一条不过原点的直线，则重物下落过程中机械能一定不守恒
甲组同学按照正确的操作多次完成实验后，发现同一过程中重锤重力势能的减少量总是略大于动能的增加量。该误差属于______误差选填“偶然”或“系统”，该误差产生的原因可能是______。
乙组同学利用如图的装置验证机械能守恒定律。将气垫导轨放在水平桌面上，细绳两端分别与钩码和滑块相连，滑块在钩码的牵引下运动。已知光电门固定在气垫导轨上，遮光条的宽度为，钩码的质量为，滑块含遮光条的质量为。保持和不变，多次改变遮光条到光电门的距离，记录每次遮光条的遮光时间，通过图像验证系统机械能守恒。根据以上乙组同学的设计方案，下列属于必要的实验要求是______。
A.滑块由静止释放
B.应使滑块含遮光条的质量远大于钩码的质量
C.已知当地重力加速度
D.实验前调节气垫导轨水平
三、计算题：本大题共4小题，共41分。
13.科学家对银河系中心附近的某颗恒星进行了多年的持续观测，绘出年到年间该恒星的位置如图所示。设地球到太阳的距离为，科学家认为该恒星的运动轨迹是半长轴约为的椭圆，且在银河系中心可能存在质量很大的黑洞。地球绕太阳公转周期为年，请根据题中和图中给出的数据，估算太阳质量与黑洞质量的比值。
14.游乐场中有一种“空中飞椅”的游乐设施，绳子上端固定在水平转盘的边缘，下端连接座椅，人坐在座椅上随转盘在空中飞旋。将人和座椅看成一个质点，简化为如图所示的模型。已知的质量，转盘半径，绳长。某次游戏，做匀速圆周运动时绳与竖直方向的夹角，不计空气阻力，取，，重力加速度。求：
绳子的拉力大小；
转盘开始缓慢加速，一段时间后再次做匀速圆周运动，此时绳与竖直方向的夹角。夹角从增加到的过程中，绳子拉力对做的功。
15.如图所示，竖直平面内放一直角杆，杆的水平部分粗糙，动摩擦因数，杆的竖直部分光滑。两部分各有质量均为的小球和，、间用细绳相连，此时、处于静止状态，，，重力加速度。
若球在水平拉力的作用下向右缓慢地移动，求：
这个过程中，摩擦力对球做的功；
这个过程中拉力做的功；
若球在的水平恒力的作用下向右移动，此时的速度达到，求此过程中系统因摩擦产生的热量是多少？
16.如图所示，物体放在足够长的木板上，木板静止于水平面．时，电动机通过水平细绳以恒力拉木板，使它做初速度为零，加速度的匀加速直线运动．已知的质量和的质量均为，、之间的动摩擦因数，与水平面之间的动摩擦因数，最大静摩擦力与滑动摩擦力大小视为相等，重力加速度取求：
物体刚运动时的加速度
时，电动机的输出功率；
若时，将电动机的输出功率立即调整为，并在以后的运动过程中始终保持这一功率不变，时物体的速度为则在到这段时间内木板的位移为多少？
答案和解析
1.【答案】
【解析】根据合外力做的总功与各力做功的关系，，故C正确，ABD错误。故选：。
2.【答案】
【解析】、轨道对应的速度是卫星绕地球运行所需的最小发射速度，故A错误；
B、由万有引力提供向心力有：，解得：，所以轨道对应的速度是圆轨道卫星的最大环绕速度，故B正确；
C、根据开普勒第二定律可知，同一卫星与地心的连线在单位时间内扫过的面积相等，不同轨道的卫星与地心的连线在单位时间内扫过的面积不相等，所以轨道上卫星单位时间扫过的面积不等于轨道上卫星单位时间扫过的面积，故C错误；
D、卫星沿轨道运动，将脱离地球引力的束缚，成为太阳的一颗行星，故D错误。
故选：。
3.【答案】
【解析】、转动过程中两轮盘边缘靠同一根皮带传动，皮带不打滑，则两轮边缘上各点的线速度大小相等，由于皮带套在两塔轮半径相同的两个轮子上，因而有
根据可知，若且，撬动手柄，则，故A错误；
B、若，仅将球改放在位置，则，根据可知，，故B错误；
C、仅调整皮带位置使，两轮边缘上各点的线速度大小相等，根据
可得
根据可知，若，则，故C正确；
D、整皮带位置使，两轮边缘线速度相等，根据
可得
根据可知，将球改放在位置，，则与的大小关系不能确定，故D错误。
故选：。
4.【答案】
【解析】设月球质量为，月球半径为，月球表面重力加速度为，根据万有引力提供向心力可得，解得，轨道距月球表面的高度、运行周期、引力常量均已知，还需要知道月球半径才能求出月球的质量。
A.知道轨道器的质量，不能求出月球半径，求不出月球的质量，故A错误；
B.知道月球对轨道器的万有引力，不能求出月球半径，求不出月球的质量，故B错误；
C.根据月球表面处物体所受重力等于月球对它的万有引力，可得，，联立以上两式，知道月球表面的重力加速度，可求出月球半径和月球质量，故C正确；
D.知道地球表面的重力加速度，不能求出月球半径，求不出月球的质量，故D错误。
故选：。
5.【答案】
【解析】甲若把斜面部分截去，物体冲过点后做斜抛运动，斜抛运动的最高点有水平分速度，速度不为零，由于物体机械能守恒可知，故不能到达高处；
乙若把斜面弯成圆弧形，如果能到圆弧最高点，根据机械能守恒定律得知：到达处的速度应为零，而物体要到达最高点，必须由合力充当向心力，速度不为零，故知物体不能到高处；
丙若把斜面变成曲面，物体在最高点速度为零，根据机械能守恒定律，物体沿此曲面上升仍能到达点，故能到达高处；
丁若把斜面与水平面的夹角稍变大，物体在最高点速度为零，根据机械能守恒定律，物体沿斜面上升的最大高度仍然为，故能到达高处；故B正确，ACD错误。
故选：。
6.【答案】
【解析】、合力恒定，根据牛顿第二定律，物体的加速度一定恒定，即大小和方向都不变，故B错误；
、已知物体的初、末速度大小相等，即动能大小也相等，根据动能定理可知合力的功为零，故水平恒力一定与的连线垂直，可知水平恒力先做负功后做正功，故物块的动能和速度都是先减小后增加，且速度方向时刻改变，故AC错误、D正确。
故选：。
7.【答案】
【解析】小螺丝钉做匀速圆周运动所需要的向心力马由转盘提供，根据牛顿第三定律，小螺丝钉将给转盘向外的作用力，转盘在这个力的作用下，将对转轴产生作用力，大小也为，有：，的质量越大，则轴承越容易损坏，的位置离转动轴越近，马越小，则轴承越不容易损坏，故A正确，B错误；
C.做圆周运动，具有加速度，合外力不为，所以它受到的重力与飞轮对它的作用力不是一对平衡力，故C错误；
D.飞轮对的作用力和重力的合力提供向心力，由平行四边形定则有
，故D错误。
故选：。
8.【答案】
【解析】根据题意，白点转动的频率为，在暗室中用每秒闪光次的频闪光源照射圆盘，即。由于，所以观察到白点逆时针旋转，有对应的频率为，故逆时针旋转的周期为，故B正确，ACD错误。
故选：。
9.【答案】
【解析】由题知，一物块由点下落，到点时与直立于地面的轻弹簧接触，到点时速度达到最大，到点时速度减为零，则物块由到加速、由到减速，且物块在处的加速度为零，则物块由到加速度方向向下、加速度大小逐渐减小，物块由到加速度方向向上、加速度大小逐渐增大，故物块从下降到的过程中，加速度先减小后增大，故A错误；
B.对物块与弹簧组成的系统，除重力及系统内弹力做功，还要克服空气阻力做功，则由机械能守恒定律可知，从下降到的过程中，物块与弹簧组成的系统机械能不守恒，且该系统机械能的减少量等于克服空气阻力所做的功，故B错误；
C.结合前面分析可知，物块从上升到的过程中，物块受到重力、向下的空气阻力和弹簧向上的弹力，重力与空气阻力之和与弹簧的弹力大小相等的位置在之间，重力与空气阻力之和先小于弹簧的弹力大小，合力向上，后重力与空气阻力之和大于弹簧的弹力大小，合力向下，则该过程合力先做正功后做负功，则由动能定理可知，该过程物块的动能先增大后减小，故C正确；
D.结合前面分析可知，对于物块和弹簧组成的系统，从上升到的过程中，该系统动能先增大后减小，由于空气阻力做功，该系统的机械能减小，即物块的动能、重力势能与弹性势能之和减小，则从上升到的过程中，该系统的重力势能与弹性势能之和先减小，后来，不能确定，故D错误；
故选：。
10.【答案】
【解析】、设小球与圆心的连线与竖直方向的夹角为，从到的过程中逐渐减小，拉力的大小为，此时拉力的功率，故拉力的功率减小，故A错误；
B、克服小球重力做功的功率，由于逐渐减小，故克服小球重力做功的功率逐渐减小，故B错误；
C、当小球在点时，对整体受力分析如图所示
可知，地面对整体的摩擦力水平向左，故C正确；
D、当小球运动到时，小球做圆周运动，在点有
解得
对半圆柱分析有
解得，故D错误
故选：。
11.【答案】
【解析】两个物体都做匀加速直线运动，由题知，两个过程物体的位移和时间均相同，则由运动学规律可得：
，
由此可知，两个过程物体的加速度相同，
由运动学规律可得：
，
由此可知，两个过程物体到达斜面顶端时的速度相同，则两个过程物体到达斜面顶端时的动能相同，故两个过程物体的动能的变化量相同；
因为两个过程物体的动能的变化量相同，则由动能定理可知，两个过程物体所受的合力做功相同；
故C错误，D正确；
结合前面分析可知，两个过程物体的加速度相同，则两个过程物体所受的合外力相同，由题知，两个过程物体所受重力相同，且第一次力的方向沿斜面向上，第二次力的方向沿水平向左，则两个过程物体所受的支持力及摩擦力大小不同，又因为两个过程物体沿斜面向上的路程相同，则两个过程摩擦力对物体所做的功不同，又因为两个过程物体所受重力相同，上升的高度相同，则两个过程重力所做的功相同，且两个过程物体所受的合力做功相同、支持力对物体不做功，则两个过程和所做的功不同；
因为两个过程重力所做的功相同，则物体重力势能的变化量相同，结合前面分析可知，两个过程物体的动能的变化量相同，则两个过程物体机械能的变化量相同；
故AB错误；
故选：。
12.【答案】见解析； ； ； 系统；见解析；
【解析】打点计时器应接交流电源，不能用电池组，错误是打点计时器接了电池组；
为了减小空气阻力的影响，实验中选择密度大、体积小的重物，故A正确；
B.安装实验器材时，调整打点计时器使两限位孔位于同一竖直线上，纸带要穿过限位孔，故B正确；
C.为在纸带上打下尽量多的点，应接通打点计时器的电源，然后释放重物，故C错误；
D.公式是在机械能守恒的条件下得到的表达式，不能用来计算打点计时器打下某点时重锤的速度，而应该根据纸带上的点来计算，故D错误。
故选：。
在重物下落的过程中，若初速度为零且阻力恒定
根据动能定理
变形得
则图像就是过原点的一条直线，因此若图像是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能可能不守恒，故A错误、B正确；
C.在重物下落的过程中，若初速度不为零、阻力为零
根据机械能守恒定律
变形得
此时图像是一条不经过原点的直线，但重物下落过程中机械能守恒，故C错误。
故选：。
该实验中重力势能的减少量大于动能的增加量是属于系统误差；由于纸带在下落过程中，重锤和空气之间存在阻力，纸带和打点计时器之间存在摩擦力，所以减小的重力势能一部分转化为动能，还有一部分要克服空气阻力和摩擦力阻力做功，故重力势能的减少量大于动能的增加量；
滑块通过光电门的速度
在滑块从静止释放到运动到光电门的过程中，如果系统机械能守恒，满足
变形得
A.由于只有一个光电门，需要将滑块由静止开始释放，以保证初速度为零，故A正确；
B.本实验不需要用钩码的重力代替绳子的拉力，不需要使滑块含遮光条的质量远大于钩码的质量，故B错误；
C.根据上述表达式可知，需要已知当地重力加速度，故C正确；
D.为了使钩码下落的高度等于初始位置到光电门的距离，实验前调节气垫导轨水平，故D正确。
故选：。
13.【答案】太阳质量与黑洞质量的比值为。
【解析】如图，恒星围绕黑洞的公转周期约为年年，地球到太阳的距离为，地球的公转周期为年；由万有引力提供向心力可得，解得太阳质量，设恒星的质量为，黑洞质量为，恒星到黑洞的距离为，而恒星的公转周期为年，由万有引力提供向心力可得，解得黑洞质量，联立可得太阳与黑洞的质量比为。
答：太阳质量与黑洞质量的比值为。
14.【解析】当绳与竖直方向的夹角时，设绳的拉力大小为，由于在竖直方向上的合力为零，则有
解得
当绳与竖直方向的夹角时，设运动的速度大小为，由牛顿第二定律得
的转动半径为
当绳与竖直方向的夹角时，设运动的速度大小为，由牛顿第二定律得
的转动半径为
设转盘加速旋转过程中绳子拉力对所做的功为，由动能定理得
的上升高度为
解得
答：绳子的拉力大小为；
绳子拉力对做的功为。
15.【解析】对、整体受力分析，整体竖直方向只受重力，由平衡条件可得，球受到的支持力大小为
球受到的滑动摩擦力大小为
球在水平拉力的作用下向右缓慢地移动，则摩擦力对球做的功为
因，，则球向右时，球上升的高度
对、整体，根据动能定理可得
解得
设的速度达到时球的速度为，此时绳子与的夹角为，则
，可得
根据球与球沿绳子方向的速度相等可得
解得
此过程中恒力做功为
对系统，根据功能关系得
解得
答：这个过程中，摩擦力对球做的功为；
这个过程中拉力做的功为；
此过程中系统因摩擦产生的热量是。
16.【答案】物体在水平方向上受到向右的摩擦力，由牛顿第二定律得
代入数据解得
，木板的速度大小为
木板所受拉力，由牛顿第二定律有 2
解得：
电动机输出功率
电动机的输出功率调整为时，设细绳对木板的拉力为，则
解得
木板受力满足
所以木板将做匀速直线运动，而物体则继续在上做匀加速直线运动直到、速度相等．设这一过程时间为，有，
这段时间内的位移
A、速度相同后，由于且电动机输出功率恒定，、将一起做加速度逐渐减小的变加速运动，由动能定理有：
由以上各式代入数学解得：
木板在到这段时间内的位移为：
答：物体刚运动时的加速度为；
时，电动机的输出功率为；
在到这段时间内木板的位移为
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