2021-2022学年河北省张家口市高一（下）第二次段考物理试卷(含答案解析)

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2021-2022学年河北省张家口市高一（下）第二次段考物理试卷1.  牛顿在开普勒、伽利略、笛卡尔等科学家研究成果的基础上创立了万有引力理论，下列关于万有引力理论及其成就的说法错误的是(    )A. 已知地球表面的重力加速度和地球半径，可以计算出地球的质量
B. 胡克最先提出万有引力与距离的平方成反比
C. 根据万有引力理论可以发现未知天体
D. 根据万有引力理论可以预言哈雷彗星的回归2.  如图所示，某儿童玩具内部采用齿轮传动，有小、中、大三个齿轮，A点和B点分别为小齿轮和大齿轮边缘的点。已知大齿轮的半径是小齿轮半径的3倍，下列说法正确的是(    )
 A. A、B两点的角速度大小之比是3：1，A、B两点的向心加速度大小之比是1：3
B. A、B两点的角速度大小之比是1：1，A、B两点的向心加速度大小之比是1：3
C. A、B两点的角速度大小之比是3：1，A、B两点的向心加速度大小之比是3：1
D. A、B两点的角速度大小之比是1：1，A、B两点的向心加速度大小之比是3：13.  如图所示，水平桌面置于水平地面上，先将一排球置于地面上时其重心在C点，再将排球置于桌面上时其重心在B点，然后将排球置于桌面上方某处时其重心在A点，A点与B点、B点与C点间的高度差相等。排球在A点、B点、C点的重力势能分别为、、，取排球在B点时的重力势能为零，下列说法正确的是(    )A. ，，
B. ，，
C. ，，
D. ，，4.  2022年4月16日，神舟十三号飞船顺利脱离“天和核心舱”空间站，航天员安全返回地球。若“天和核心舱”空间站的轨道半径为r，地球质量为M，万有引力常量为G，不考虑空间站轨道修正，则“天和核心舱”运行的角速度大小为(    )A.  B.  C.  D. 5.  一物体所受的力F随位移x变化的图像如图所示，下列说法正确的是(    )A. ，力F对物体做的功为3J
B. ，力F对物体做负功
C. 和，力F对物体做的功相同
D. 和，力F对物体做的功相同
 6.  如图所示，飞船从圆轨道1上的P点变轨至椭圆轨道2，又从椭圆轨道2的Q点变轨至圆轨道3。下列说法正确的是(    )A. 飞船在轨道1上运行的线速度小于飞船在轨道3上运行的线速度
B. 飞船在轨道2上P点的线速度小于飞船在轨道2上Q点的线速度
C. 飞船在轨道2上P点的线速度大于飞船在轨道1上P点的线速度
D. 飞船在轨道2上Q点的线速度大于飞船在轨道3上Q点的线速度7.  如图所示，放于竖直面内的光滑金属细圆环的半径为R，质量为m的带孔小球穿在环上，同时有一长为R的细线一端系于球上，另一端系于圆环最低点，圆环以角速度绕竖直直径转动，细线恰好伸直时圆环的角速度是(    )A.
B.
C.
D. 8.  如图所示，京张高铁将北京到张家口的通行时间缩短在1小时内，成为2022年北京冬奥会重要的交通保障设施。假设此高铁动车启动后沿平直轨道行驶，发动机的功率恒为P，且行驶过程中受到的阻力大小恒定，动车的质量为m，最高行驶速度为。下列说法正确的是(    )A. 在加速阶段，高铁动车的加速度保持不变
B. 在加速阶段，发动机对高铁动车的牵引力逐渐减小
C. 高铁动车受到的阻力大小为
D. 当高铁动车的速度为时，动车的加速度大小为9.  用弹簧测力计分别在地球两极和赤道上测量一个物体的重力，物体的质量为m，在两极时弹簧测力计的读数为，在地球赤道上时弹簧测力计的读数为。已知地球半径为R，下列说法正确的是(    )A.  B.
C. 地球的自转角速度为 D. 地球的自转角速度为10.  我国天文学家通过“天眼”米口径球面射电望远镜在武仙座球状星团中发现一个脉冲双星系统，如图所示，由恒是A与恒星B组成的双星系统绕其连线上的O点做匀速圆周运动，若恒星A的质量为m，恒星B的质量为2m，恒星A和恒星B之间的距离为L，引力常量为下列说法正确的是(    )A. 恒是A运行的角速度大于恒星B运行的角速度
B. 恒星A与恒星B的线速度之比为2：1
C. 恒星A到O点的距离为
D. 恒星B的运行周期为11.  在研究行星运动的过程中，第谷观测天体记录了大量准确数据，开普勒用这些数据验证圆周运动模型时发现偏差，于是提出椭圆模型，消除偏差，从而发现行星运动定律，
这段历史展示的科学探索方法是______；
A.观测数据-检验模型-得出规律-修改模型
B.观测数据-检验模型-修改模型-得出规律
C.观测数据-修改模型-检验模型-得出规律
D.观测数据-修改模型-得出规律-检验模型
开普勒根据第谷的观测结果整理出的数据如下表所示，表中T表示行星绕太阳运行的周期，a表示行星运行轨道的半长轴，地球绕太阳的公转周期为1年，地球到太阳的距离为1个天文单位。 Ta 水星金星地球火星木星土星①表格中第三列数据表示的物理量为______。
②根据开普勒整理出的数据，得到的结论是______。12.  某兴趣小组同学利用如图甲所示的DIS向心力实验器来探究圆周运动向心力的影响因素。实验时，砝码随旋臂一起做圆周运动，其受到的向心力F可通过牵引杆由力传感器测得，借助光电门可以测得挡光杆两次通过光电门的时间间隔，即砝码的运动周期T。牵引杆的质量和一切摩擦可忽略。

为了探究向心力F与周期T之间的关系，需要控制和保持不变______写出物理量及相应的物理符号。
改受旋臂的转速得到多组数据，记录力传感器示数F，算出对应的周期T，作出了如图乙所示的图线，则横轴所代表的物理量为______。
若砝码的运动半径，由图线可得砝码的质量______结果保留2位有效数字。13.  如图所示，卫星a、b在赤道平面内绕地球做匀速圆周运动，卫星a的运行周期为T，卫星b的运行周期为kT，某时刻卫星a、b与地球在一条直线上且相距最远。若地球质量为M，万有引力常量为G，求：
卫星a、b的轨道之间的高度差；
从该时刻开始计时，经多长时间卫星a、b与地球在一条直线上且第一次相距最近。14.  如图所示，质量的物块静止在粗糙的水平面上，物块与水平面间的动摩擦因数。现用大小、方向与水平方向角斜向上的力拉物块。重力加速度，，。求：
力F作用3s的过程中，拉力F对物块做的功；
力F作用3s时，摩擦力f对物块做功的功率。15.  2020年12月1日，“嫦娥五号”探测器成功着陆在月球正面预选着陆区实现软着陆。如图甲所示，探测器在月球表面着陆前反推发动机向下喷气以获得向上的反作用力，探测器减速阶段可看作竖直方向的匀变速直线运动。若探测器获得的反作用力大小为F，经历时间、速度由减速到0，月球半径为R，万有引力常量为G。求：
月球表面的重力加速度大小；
月球的质量和密度；
如图乙所示，若将来的某天，中国宇航员在月球表面做了如图乙所示的实验，将一根长为L的细线的一端固定在O点，另一端固定一小球，使小球在竖直而内恰好做完整的圆周运动，则小球在最高点的速度大小是多少。
答案和解析 1.【答案】A 【解析】解：A、知道地球表面的重力加速度和地球半径，有：，所以要解出地球的质量还需要已知万有引力恒量G，故A错误；
B、胡克最先提出万有引力与距离的平方成反比，故B正确；
C、根据万有引力理论可以发现未知天体，故C正确；
D、英国天文学家哈雷依据万有引力定律计算了彗星的周期，预言了回归时间，故D正确；
本题选错误的，故选：A。
根据物理学史和常识解答，记住著名物理学家的主要贡献即可．
本题考查物理学史，是常识性问题，对于物理学上重大发现、发明、著名理论要加强记忆，这也是考试内容之一．
 2.【答案】C 【解析】解：大齿轮和小齿轮是同缘传动，边缘点的线速度大小相等，即，则A点和B点的线速度大小之比为：：1，
A点和B点的半径之比为：：3，
由于线速度相等，根据，角速度之比为：：1，
根据得A点和B点的向心加速度速度大小之比为：：1，故ABD错误，C正确；
故选：C。
大齿轮和小齿轮是同缘传动，边缘点的线速度大小相等；再根据判断角速度的关系，根据判断出向心加速度的关系。
解决本题的关键知道线速度、角速度与半径的关系，知道大齿轮和小齿轮的线速度大小相等，基础题．
 3.【答案】D 【解析】解：取排球在B点时的重力势能为零，则：，，，故D正确，ABC错误。
故选：D。
在重力势能表达式中，h为物体相对于参考平面的高度，明确物体相对于零势能面的高度，即可确定重力势能。
本题直接考查了重力势能的定义，关键要正确理解公式中h的含义：h为物体相对于参考平面的高度，注意重力势能的正负。
 4.【答案】B 【解析】解：根据万有引力提供向心力可得：²，可推算出核心舱运动角速度为：，故B正确，ACD错误；
故选：B。
由万有引力提供向心力可推算出核心舱线速度和核心舱运动的角速度。
本题主要是考查万有引力定律及其应用，解答本题的关键是能够根据万有引力提供向心力结合向心力公式进行分析。
 5.【答案】D 【解析】解：A、力F对物体做的功等于x轴上方梯形“面积”所表示的正功与x轴下方三角形“面积”所表示的负功的代数和。则有：
在内力F做功为：，故A错误；
B、同理知，在内力F做功为：，为正功，故B错误；
CD、在内力F做功为：，为负功，所以力F在内，对物体做的功为：，与内力F做功相等，故D正确，C错误。
故选：D。
图象与x轴所围的面积表示F做的功，力F对物体做的功等于x轴上方梯形“面积”所表示的正功与x轴下方三角形“面积”所表示的负功的代数和，结合几何知识求解。
解决本题的关键是要明确图象的物理意义，知道图象与x轴所围的面积表示F做的功，解题时要注意功的正负。
 6.【答案】C 【解析】解：A、根据万有引力提供向心力有：，解得：，可知飞船在轨道1上运行的线速度大于飞船在轨道3上运行的线速度，故A错误；
BC、卫星在椭圆轨道2上运行时，无需动力，从Q点到P点卫星的重力势能不断转化为动能，卫星速度增大，则飞船在轨道2上P点的线速度大于飞船在轨道1上P点的线速度，故B错误，C正确；
D.卫星在椭圆轨道2上的Q点变轨时，要加速做离心运动才能沿轨道3运动，所以船飞在轨道2上Q点的线速度小于飞船在轨道3上Q点的线速度，故D错误。
故选：C。
根据卫星在椭圆轨道上运动的特点分析，根据万有引力提供向心力分析线速度，依据离心、近心运动，及圆周运动的条件，即可求解．
本题关键注意变轨时离心运动与近心运动的区别．
 7.【答案】B 【解析】解：当细线恰好伸直时绳子的拉力为零，
对小球受力情况如图所示，
由牛顿第二定律得：，
解得：，故B正确，故ACD错误；
故选：B。
细线恰好伸直时，绳子的拉力为零，因为圆环光滑，所以小球受到重力、环对球的弹力、根据几何关系及向心力公式求出刚好不受拉力时的角速度，此角速度为最小角速度。
本题主要考查了圆周运动，明确绳子刚好伸直时绳子的拉力为零，关键是正确的受力分析，抓住向心力的来源即可。
 8.【答案】BC 【解析】解：AB、动车的功率恒定，根据可知v增大，动车的牵引力减小，受到的合力，则a将减小，故A错误，B正确；
CD、当动车达到最大速度时，动车受到牵引力等于受到的阻力，根据功率和牵引力的关系可知，有，故行驶过程中动车受到的阻力大小为；
当动车的速度为时，动车受到的牵引力为，则有，根据牛顿第二定律可得

联立整理可得
故D错误，C正确；
故选：BC。
动车以恒定功率P在平直轨道上运动，则速度在增大，牵引力在减小，加速度在减小；当牵引力的大小等于阻力F时，速度达到最大值为；根据牛顿第二定律解得加速度。
本题主要考查了机车的额定功率启动的情况，注意动车以恒定功率P在平直轨道上运动时，牵引力是在变化的，故加速度也在变。
 9.【答案】AD 【解析】解：地球两极处的重力加速度为：，赤道处的重力加速度为：，
所以，
解得：，故AD正确，BC错误。
故选：AD。
根据万有引力等于重力得出比值的表达式，并求出具体的数值。在赤道，由于万有引力的一个分力等于重力，另一个分力提供随地球自转所需的向心力，根据该规律求出角速度的表达式
解决本题的关键知道在地球的两极，万有引力等于重力，在赤道，万有引力的一个分力等于重力，另一个分力提供随地球自转所需的向心力。
 10.【答案】BC 【解析】解：A、由恒星A与恒星B组成的双星系统绕其连线上的O点做匀速圆周运动，它们运动的周期相等、角速度大小相等，故A错误；
B、由万有引力提供向心力得：，所以恒星A与恒星B的线速度之比为：，故B正确；
C、由万有引力提供向心力得：，又，所以恒星A到O点的距离为：，结合，解得：恒星B的运行周期为：，故C正确，D错误；
故选：BC。
双星做匀速圆周运动的周期相等，万有引力提供向心力，应用万有引力公式与牛顿第二定律可以求出恒星做匀速圆周运动的轨道半径与两颗恒星间的距离。
本题为双星问题，要把握住双星的特点：彼此间的万有引力提供双星做匀速圆周运动需要的向心力，双星做匀速圆周运动的周期、角速度相等。
 11.【答案】  行星绕太阳运行周期的二次方与行星运行轨道的比值是一个定值。 【解析】解：在历史展示的科学探索方法中，首先是有大量准确数据，在此基础上验证圆周运动模型，在发现偏差后提出椭圆模型，消除偏差，可知该方法为：观测数据--检验模型--修改模型--得出规律，故B正确，ACD错误
故选：B。
①对比第一列和第三列知表格中第三列数据表示的物理量为；②根据数据知，所以得结论：行星绕太阳运行周期的二次方与行星运行轨道的比值是一个定值。
故答案为：；①；②行星绕太阳运行周期的二次方与行星运行轨道的比值是一个定值或是一个定值。
根据开普勒对行星运动规律的研究问题的方法和思维过程回答；
根据开普勒第三定律的内容回答即可。
根据开普勒对行星运动规律的研究，了解开普勒所开创的研究问题的方法和思维过程，即可正确解答本题。
 12.【答案】砝码的质量m，砝码的运动半径   【解析】解：该同学采用的主要实验方法为控制变量法，为了探究向心力F与周期T之间的关系，保持砝码的质量m和转动半径r不变；
根据知图像的横轴所代表的物理量为；
在m、r一定的情况下，根据知图像的斜率表示，解得。
故答案为：砝码的质量m，砝码的运动半径r；；。
实验采用控制变量法，保持砝码的质量和转动半径不变，改变其周期得到多组F、T的数据；
根据分析；
根据和图像的斜率求解。
该题主要考查了圆周运动的基本公式以及要求同学们能根据图象或表格得出实验结论，难度适中。
 13.【答案】解：对卫星a，由万有引力提供向心力得
对卫星b，由万有引力提供向心力得
卫星a、b的轨道之间的高度差为
解得：
卫星a、b与地球在一条直线上且第一次相距最近，卫星a比卫星b多运动半周，则
解得：
答：卫星a、b的轨道之间的高度差为；
从该时刻开始计时，经时间卫星a、b与地球在一条直线上且第一次相距最近。 【解析】甲、乙两星做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力求解；
当三者正好又在一条直线上时需要的最短时间满足，甲比乙多转半圈，角度差为。
该题考查万有引力定律在天文学上的应用，第二问是卫星相遇问题，理解卫星再次相遇时，半径小的卫星比半径大的卫星多转过半周是解答的关键。
 14.【答案】解：由牛顿第二定律得
由匀变速直线运动规律得
拉力F对物块做的功为
解得：
由匀变速直线运动规律得
摩擦力f对物块做功的功率为
解得：
答：力F作用3s的过程中，拉力F对物块做的功为12J；
力F作用3s时，摩擦力f对物块做功的功率为6W。 【解析】根据牛顿第二定律、运动学公式，计算位移，利用功的定义式，计算拉力做功。
根据计算功率。
本题主要考查学生对功和功率的计算，学生根据定义式进行计算即可。属于简单题。
 15.【答案】解：探测器做减速运动的加速度大小为：
由牛顿第二定律得：
解得：
由万有引力等于重力得：
解得：
月球的密度为：
解得：
由牛顿第二定律得：
解得：
答：月球表面的重力加速度大小为；
月球的质量为，密度为；
小球在最高点的速度大小是。 【解析】小球在月球表面做匀减速运动，根据牛顿第二定律求出月球表面的重力加速度；
物体在月球表面上时，由重力等于地月球的万有引力求出月球的质量，根据密度公式解得密度；
根据牛顿第二定律解得。
本题是卫星类型的问题，常常建立这样的模型：环绕天体绕中心天体做匀速圆周运动，由中心天体的万有引力提供向心力．重力加速度g是联系物体运动和天体运动的桥梁．