2021-2022学年辽宁省东北师大连山实验高中高一（下）第一次月考物理试卷(含答案解析)

2021-2022学年辽宁省东北师大连山实验高中高一（下）第一次月考物理试卷

1.  关于做圆周运动的物体所受的向心力，下列说法正确的是(    )

A. 因向心力指向圆心，且与线速度的方向垂直，所以它不能改变线速度的大小
B. 因向心力总是沿半径指向圆心，且大小不变，故向心力是一个恒力
C. 它一定是物体所受的合力
D. 向心力和向心加速度的方向都是不变的

2.  科学家们推测，太阳系的第十颗行星就在地球的轨道上．从地球上看，它永远在太阳的背面，人类一直未能发现它，可以说它是“隐居”着的，它是地球的“孪生兄弟”，由以上信息我们可以推知(    )

A. 这颗行星的质量等于地球的质量 B. 这颗行星的自转周期与地球相等
C. 这颗行星的公转周期与地球相等 D. 这颗行星的密度等于地球的密度

3.  关于功和功率的概念，下列说法正确的是(    )

A. 功有正、负之分，说明功有方向
B. 由可知，机器做功越多，其功率就越大
C. 由可知，速度一定时，牵引力与功率成正比
D. 由可知，只要知道时间t内做的功，可以求这段时间内任意时刻机器的功率

4.  如图所示的传动装置：在大齿轮盘内嵌有三个等大的小齿轮。若齿轮的齿很小，大齿轮半径内径是小齿轮半径的3倍，则当大齿轮顺时针匀速转动时，下列说法正确的是(    )

A. 小齿轮逆时针匀速转动
B. 小齿轮的每个齿的线速度均一样
C. 小齿轮的角速度是大齿轮角速度的3倍
D. 小齿轮每个齿的向心加速度是大齿轮每个齿的向心加速度的倍
 

5.  2019年4月10日21时，人类首张黑洞照片在全球六地的视界面望远镜发布会上同步发布。该黑洞半径为R，质量M和半径R的关系满足：其中c为光速，G为引力常量。若天文学家观测到距黑洞中心距离为r的天体以速度v绕该黑洞做匀速圆周运动，则(    )
 

A. 该黑洞质量为 B. 该黑洞质量为
C. 该黑洞的半径为 D. 该黑洞的半径为

6.  在平直的公路上，汽车由静止开始做匀加速运动．当速度达到后，立即关闭发动机滑行至停止．图像如图所示，汽车的牵引力大小为，摩擦力大小为，全过程中，牵引力做的功为，克服摩擦力做功为以下关系式正确的是(    )

A. ：：3 B. ：：3
C. ：：3 D. ：：3

7.  如图所示，水平平台可绕竖直轴转动，用不可伸长的水平轻绳连接的物块甲、乙静置于平台上，并位于两侧对称位置。甲、乙质量分别为m、2m，甲、乙与平台间的动摩擦因数分别为、，最大静摩擦力均等于滑动摩擦力。已知重力加速度为g，不计空气阻力，两物块均可视为质点。甲、乙随平台在水平面内做匀速圆周运动过程中，均始终相对平台静止，则轻绳弹力的最大值为(    )

A.  B.  C.  D.

8.  质量的物体在光滑水平面上由静止开始沿直线运动，所受水平外力F与运动距离x的关系如图所示。对图示的全过程进行研究，下列叙述正确的是(    )

A. 外力做的功为28J
B. 物体的运动时间为5s
C. 外力做功的平均功率约为
D. 物体运动到处时，外力做功的瞬时功率为25W

9.  如图所示，悬挂在摩天轮边缘、质量为m的座舱在竖直平面内做匀速圆周运动.座舱可视为质点，其运动半径为R，角速度大小为，重力加速度大小为g，则座舱(    )

A. 线速度的大小为
B. 运动周期为
C. 受摩天轮作用力的大小始终为mg
D. 所受合力的大小始终为²

10.  如图所示是滑沙场地的一段，可视为倾角为的斜面，设参加活动的人和滑车总质量为m，滑沙人从距底端高为h处的顶端A沿滑道由静止开始匀加速下滑，加速度为，人和滑车可视为质点，则从顶端向下滑到底端B的过程中，下列说法正确的是(    )

A. 人和滑车减少的重力势能全部转化为动能
B. 人和滑车获得的动能为
C. 整个下滑过程中人和滑车减少的机械能为
D. 人和滑车克服摩擦力做功为

11.  2021年2月5日“天问一号”火星探测器顺利完成地火转移段第四次轨道中途修正，以确保按计划实施火星捕获。如图所示，其过程简化为探测器先进入绕火星圆轨道Ⅰ，经过与其相切的绕火星椭圆轨道Ⅱ再转移到绕火星圆轨道Ⅲ，A、B分别为椭圆轨道Ⅱ上的近火点和远火点，探测器在变轨过程中质量视为不变，则下列说法正确的是(    )

A. 探测器在轨道Ⅰ上的机械能大于在轨道Ⅱ上的机械能
B. 探测器在轨道Ⅱ上的运行周期大于在轨道Ⅰ上的运行周期
C. 探测器在轨道Ⅱ上B点的加速度小于在轨道Ⅰ上的加速度
D. 探测器在轨道Ⅱ上A点时的速率小于在轨道Ⅲ上的速率

12.  如图所示，三颗质量均为m的地球同步卫星等间隔分布在半径为r的圆轨道上，设地球质量为，半径为R，下列说法错误的是(    )

A. 地球对一颗卫星的引力大小为
B. 一颗卫星对地球的引力大小为
C. 两颗卫星之间的引力大小为
D. 三颗卫星对地球引力的合力大小为

13.  某实验小组利用如图所示的装置进行“探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系”实验。转动手柄，可使塔轮、长槽和短槽随之匀速转动。塔轮至上而下有三层，每层左、右半径比分别是1：1、2：1和3：1。左、右塔轮通过皮带连接，并可通过改变皮带所处层来改变左、右塔轮的角速度之比。实验时，将两个小球分别放在短槽C处和长槽的或处，A、C到左、右塔轮中心的距离相等，两个小球随塔轮做匀速圆周运动，向心力大小与标尺露出的等分格的格数成正比。
该实验用到的方法是______ 。
A.理想实验
B.等效替代法
C.微元法
D.控制变量法
在某次实验中，某同学把两个质量相等的小球分别放在A、C位置，将皮带连接在左、右塔轮半径之比为2：1的塔轮上，实验中匀速转动手柄时，得到左、右标尺露出的等分格数之比为1：4；
若将皮带连接在左、右塔轮半径之比为3：1的塔轮上，左、右两边塔轮的角速度之比为______ ，当左边标尺露出1个等分格时，右边标尺露出9个等分格，则实验说明______ 。

14.  某杂技演员在做“水流星”表演时盛水的水桶经过最高点桶口向下时水也不会洒出。如图所示，水的质量，桶的质量，绳长，g取，不计空气阻力和水桶的大小。求：
水桶在最高点时水不流出的最小速率为多大？
若水桶在最高点的速率时，水对桶底的压力为多大？
若将空水桶在最高点处以水平方向速率释放时，空水桶将做什么运动？当空水桶下降多少时间绳子又再拉紧？

15.  2021年2月10日，天问一号探测器成功实现近火制动开始绕火星运行，2月15日，天问一号探测器实现了完美的“侧手翻”，将轨道调整为经过火星两极的环火星轨道。天问一号在绕火星运动过程中由于火星遮挡太阳光，也会出现类似于地球上观察到的日全食现象，如图所示。已知天问一号绕火星运动的轨道半径为r，火星质量为M，引力常量为G，天问一号相对于火星的张角为用弧度制表示，将天问一号环火星看作匀速圆周运动，天问一号、火星和太阳的球心在同一平面内，太阳光可看作平行光，则：
火星表面的重力加速度；
火星的第一宇宙速度；
天问一号每次日全食持续的时间。

16.  滑板运动是极限运动的鼻祖，许多极限运动项目均由滑板项目延伸而来。如图所示是滑板运动的轨道，BC和DE是两段光滑圆弧形轨道，BC段的圆心为O点、圆心角，半径OC与水平轨道CD垂直，滑板与水平轨道CD间的动摩擦因数某运动员从轨道上的A点以的速度水平滑出，在B点刚好沿轨道的切线方向滑入圆弧轨道BC，经CD轨道后冲上DE轨道，到达E点时速度减为零，然后返回。已知运动员和滑板的总质量为，B、E两点与水平轨道CD的竖直高度分别为和。求：
运动员从A点运动到B点过程中，到达B点时的速度大小；
水平轨道CD段的长度L；
通过计算说明，第一次返回时，运动员能否回到B点？如能，请求出回到B点时速度的大小；如不能，请求出最后停止的位置距C点的距离。

答案和解析

1.【答案】A 

【解析】解：A、向心力不改变做圆周运动物体速度的大小只改变速度的方向，故A正确；
C、做圆周运动的物体所受各力的合力不一定是向心力，而是指向圆心的合力是向心力，故C错误；
BD、匀速圆周运动向心力的大小不变，方向始终指向圆心，可知方向时刻改变，向心力是矢量，所以做匀速圆周运动的物体所受向心力是变力，故BD错误。
故选：A。
物体做圆周运动时需要向心力．根据向心力方向特点，分析向心力的作用，并确定向心力是否变化．做圆周运动的物体所受各力的合力不一定是向心力．
本题考查对向心力的理解．物体做圆周运动时外界必须提供向心力，可根据动能定理理解向心力的作用．
 

2.【答案】C 

【解析】解：行星绕太阳做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力，有：，解得：，M为太阳的质量，r为运动的轨道半径．已知太阳系的第十颗行星就在地球的轨道上，说明第十颗行星和地球的轨道半径相等，所以第十颗行星的公转周期等于地球的公转周期，故C正确．
根据题目已知条件无法得出行星质量和地球质量的关系，以及自转周期的关系，也无法求出密度关系，故ABD错误．
故选：
研究行星绕太阳做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力，列出等式．太阳系的第十颗行星就在地球的轨道上，说明它与地球的轨道半径相等．
向心力的公式选取要根据题目提供的已知物理量或所求解的物理量选取应用．环绕体绕着中心体匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力，我们只能求出中心体的质量．
 

3.【答案】C 

【解析】解：A、功是标量，没有方向，正负表示动力还是阻力做功，故A错误；
B、功率是反映做功快慢的物理量，机器做功越多，功率不一定越大，还要看用了多长时间，故B错误；
C、由可知，速度一定时，牵引力与功率成正比，故C正确；
D、由功率的定义式求出的是平均功率而不是瞬时功率，故D错误；
故选：C。
功是标量，没有方向；由公式分析可知，功率一定时，牵引力与速度成反比；功率表示做功快慢的物理量，做功多，功率不一定大，还与时间有关。
本题就是考查学生对功率概念的理解，知道功率是表示做功的快慢的物理量，做的功多，功率也不一定大。
 

4.【答案】C 

【解析】解：A、小齿轮的运动方向和大齿轮的运动方向相同，所以小齿轮也是顺时针匀速转动，故A错误；
B、根据传动装置的特点，大齿轮和小齿轮每个齿的线速度大小相等，所以小齿轮的每个齿的线速度大小相等，但方向不同，故B错误；
C、大齿轮半径内径是小齿轮半径的3倍时，根据可知小齿轮的角速度是大齿轮角速度的3倍，故C正确；
D.大齿轮半径内径是小齿轮半径的3倍，根据可知小齿轮每个齿的向心加速度是大齿轮每个齿的向心加速度的3倍，故D错误。
故选：C。
大齿轮和小齿轮的线速度大小相等，小齿轮的运动方向和大齿轮的运动方向相同，根据判断角速度的关系，根据公式判断向心加速度的关系。
解决本题的关键知道线速度、角速度、向心加速度与半径的关系，知道大齿轮和小齿轮的线速度大小相等，难度适中。
 

5.【答案】C 

【解析】解：AB、令黑洞的质量为M，环绕天体质量为m，根据万有引力提供环绕天体圆周运动的向心力有：可得黑洞的质量，故AB均错误；
CD、据黑洞质量M和半径R的关系满足：，可得黑洞的半径，故C正确，D错误。
故选：C。
黑洞对天体的万有引力提供环绕天体圆周运动的向心力由轨道半径和线速度求得黑洞的质量M，再根据黑洞自身质量和半径的关系由黑洞的质量求得其半径。
万有引力提供圆周运动的向心力根据围绕黑洞运行的天体半径和线速度求得黑洞的质量。能根据题目给予的黑洞质量和半径的关系求黑洞的半径。
 

6.【答案】B 

【解析】解：CD、对全过程由动能定理可知

则：：1，
故CD错误；
AB、由功的公式可知


由图像面积表位移可知
：：4
则：：3
故B正确，A错误；
故选：B。
根据图像可知汽车运动加速位移和总位移，对整个过程列动能定理分析即可。
本题考查了动能定理和图像的结合，图像是常考知识点，必须熟练掌握。
 

7.【答案】A 

【解析】

【分析】
分别对甲、乙根据牛顿第二定律求得向心力的表达式，再根据临界条件求得弹力最大值。
本题考查匀速圆周运动的临界问题，注意当最大且方向沿绳向外远离竖直轴时，轻绳弹力最大。
【解答】
设物块甲、乙到竖直轴的距离为r，由分析知，物块乙所受静摩擦力沿绳指向竖直轴，当物块乙达到最大静摩擦力后，轻绳弹力随转动角速度的增大而增大，即
对物块乙有：，
对物块甲有：，
联立可知，
当最大且方向沿绳向外远离竖直轴时，即时，，则
，故A正确，BCD错误。
故选：A。  

8.【答案】C 

【解析】解：A、外力做功：故A错误。
B、设物体在和时的速度分别为和根据动能定理得：
内有 
内有
由运动学公式有
内，，内，
物体运动的总时间 联立解得，，故B错误。
C、外力做功的平均功率为，故C正确。
D、物体运动到处时，外力做功的瞬时功率为，故D错误。
故选：C。
根据功的公式求外力做的功。根据动能定理求出物体在和时的速度，再由运动学公式求出运动时间。根据求外力做功的平均功率。根据求外力做功的瞬时功率。
解决本题时要明确图象与横轴所围的面积表示力做的功，运用动能定理时，要注意选择研究过程。
 

9.【答案】AD 

【解析】解：A、线速度大小，故A正确；
B、根据角速度和周期的关系可知，周期，故B错误；
座舱做匀速圆周运动，受到的合外力充当向心力，故合力大小；由于座舱的重力和摩天轮对座舱的作用力充当合外力，故摩天轮对座舱的作用力不等于mg，故C错误，D正确。
故选：AD。
座舱做匀速圆周运动，根据向心力的性质可确定其受力情况，再根据匀速圆周运动中线速度、角速度以及周期间的关系确定周期和线速度的大小。
本题考查匀速圆周运动的性质，要注意明确做匀速圆周运动的物体向心力是由合外力提供的，方向始终指向圆心，且大小恒定。
 

10.【答案】BC 

【解析】【解答】
加速度大小为，设受到的摩擦力是f，则沿斜面的方向：
所以：
A.由以上的分析可知，人下滑的过程中受到摩擦力的作用，人和滑车减少的重力势能转化为动能和内能，故A错误；
B.人和滑车下滑的过程中重力和摩擦力做功，获得的动能为，故B正确；
C.整个下滑过程中人和滑车减少的机械能为，故C正确；
D.整个下滑过程中人和滑车减少的机械能为，所以人和滑车克服摩擦力做功为，故D错误。
故选：BC。
人在斜面上向下滑过程中，受重力、斜面的支持力和摩擦力的作用，根据牛顿第二定律求解加速度，确定摩擦力的大小．
人下滑到斜面底端的位移为，由求解到人到达斜面底端的速度大小，然后由求出动能，也可以有动能定理求出．
根据功能关系，求出整个下滑过程中人和滑车克服摩擦力做的功和减少的机械能为
该题考查牛顿第二定律和功能关系，运用牛顿第二定律和运动学公式结合研究时，加速度是关键量，是必求的量．
 

11.【答案】A 

【解析】解：A、探测器在轨道Ⅱ上B点转移到轨道Ⅰ上需要加速做离心运动，所以探测器在轨道Ⅰ的机械能大于在轨道Ⅱ上的机械能，故A正确；
B、根据开普勒第三定律可得，椭圆轨道半长轴小于圆轨道半径，探测器在轨道Ⅱ上的运行周期小于在轨道Ⅰ上的运行周期，故B错误；
C、根据牛顿第二定律可得，解得，同一点相对于地心的距离r相等，所以探测器在轨道Ⅱ上B点的加速度大小等于在轨道Ⅰ上的加速度，故C错误；
D、椭圆轨道近火点A相比于圆轨道Ⅲ做离心运动，所以探测器在轨道Ⅱ上A点时的速率大于在轨道Ⅲ上的速率，故D错误。
故选：A。
根据变轨原理分析机械能的大小；根据开普勒第三定律分析周期大小；根据牛顿第二定律分析加速度大小；椭圆轨道近火点A相比于圆轨道Ⅲ做离心运动，由此分析线速度大小。
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，掌握开普勒第三定律的应用方法。
 

12.【答案】BC 

【解析】解：AB、由万有引力定律，可得地球对一颗卫星的引力大小为，根据力的作用是相互的，可得一颗卫星对地球的引力大小为，故A错误，B正确；
C、根据几何关系知，两颗卫星间的距离为：，由万有引力定律，可得两颗卫星的万有引力为：，故C正确；
D、三颗卫星对地球的引力大小相等，三个力互成120度，根据力的平行四边形定则，可知合力为零，故D错误。
故选：BC。
根据万有引力定律公式，求出地球与卫星、卫星与卫星间的引力，结合力的合成法则求出卫星对地球的引力。
本题考查万有引力定律的基本运用，难度不大，知道互成120度三个大小相等的力合成，合力为零。
 

13.【答案】D 1：3 做匀速圆周运动的物体，在质量和转动半径一定时，向心力与转动角速度的平方成正比 

【解析】解：探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系时，每次只改变一个变量，控制其他因素不变，运用了控制变量法，故D正确，ABC错误；
左右塔轮边缘的线速度相等，且左、右塔轮半径之比为3：1，结合可得左、右两边塔轮的角速度之比为1：3
两次实验中，角速度之比分别为1：2和1：3，得到的向心力之比为1：4和1：9，说明做匀速圆周运动的物体，在质量和转动半径一定时，向心力与转动角速度的平方成正比。
故答案为：：3，做匀速圆周运动的物体，在质量和转动半径一定时，向心力与转动角速度的平方成正比。
探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系时，每次只改变一个变量，控制其他因素不变，运用了控制变量法；左右塔轮边缘的线速度相等，结合可知角速度的比值；由实验数据结合向心力公式得出结论。
解决该题的关键是明确实验原理，了解实验器材的操作过程，知道各部分元件在试验中的作用以及所代表的物理意义，熟记向心力公式
 

14.【答案】解：水桶运动到最高点时，设速度为时恰好水不流出，由水受到的重力刚好提供其做圆周运动的向心力，根据牛顿第二定律得：
解得：
设桶运动到最高点对水的弹力为F，则水受到重力和弹力提供向心力，根据牛顿第二定律，有  
解得方向竖直向下．
又根据牛顿第三定律，水对桶的压力大小方向竖直向上
当空水桶在最高点处以水平方向速率释放时，小于，此时绳子没有拉力，空水桶做平抛运动，设下降时间为t时，绳子又再次收紧，由平抛运动规律可知


根据几何关系得：

联立解得：
答：水桶在最高点时水不流出的最小速率为；
水对桶底的压力为；
空水桶做平抛运动，当空水桶下降的时间绳子又再拉紧。 

【解析】理解水桶做圆周运动的临界状态，根据牛顿第二定律得出速度的大小；
根据牛顿第二定律和牛顿第三定律得出水对桶底的压力；
根据速度的大小关系分析出水桶的运动类型，结合运动学公式和几何关系完成分析。
本题主要考查了圆周运动的相关应用，理解物体做圆周运动的向心力来源，结合平抛运动的运动学公式和几何关系即可完成解答。
 

15.【答案】解：由几何知识可知，火星的半径
火星表面的物体受到的重力等于万有引力，即
解得火星表面的重力加速度：
根据万有引力提供向心力，由牛顿第二定律得：
解得火星的第一宇宙速度：
根据万有引力提供向心力，由牛顿第二定律得
解得天问一号的角速度：

天问一号每次“日全食”过程转过的圆心角是，由几何知识可知：，天问一号每次日全食持续的时间
答：火星表面的重力加速度为；
火星的第一宇宙速度为；
天问一号每次日全食持续的时间为。 

【解析】火星表面的物体受到的重力等于万有引力，应用万有引力公式即可求出；
天问一号绕火星做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，结合牛顿第二定律分析答题；
当天问一号进入火星的影子后出现“日全食”到离开阴影后结束，所以算出在阴影里转动的角度，即可求出发生一次“日全食”的时间。
本题考查了万有引力定律的应用，知道万有引力提供向心力、万有引力等于重力是解题的前提与关键，应用万有引力公式与牛顿第二定律即可解题；本题的难点在求天问一号每次日全食持续的时间。
 

16.【答案】解：在B点时有：

得：
从B点到E点，由动能定理得：

得：
设运动员能到达左侧的最大高度为，从B到第一次返回左侧最高处，由动能定理得：

得：
故第一次返回时，运动员不能回到B点。
从B点运动到停止，在CD段的总路程为s，由动能定理可得：

得：

故运动员最后停在C点右侧6m处。
答：运动员从A点运动到B点过程中，到达B点时的速度大小是。
水平轨道CD段的长度L是；
第一次返回时，运动员不能回到B点，运动员最后停在C点右侧6m处。 

【解析】运动员从A运动到B点做平抛运动，将B点的速度进行分解，有：，可以求出B点速度；
运动员从B运动到E点，根据动能定理列式，可求得水平轨道CD段的长度L；
设运动员能到达左侧的最大高度为，从B到第一次返回左侧最高处，根据动能定理求得，与h比较来判断运动员能否回到B点。
从B点运动到停止的整个过程，根据动能定理可以求出运动员在水平轨道CD段运动的总路程，从而确定最后停止的位置距C点的距离。
本题考查了动能定理、牛顿第二定律等规律的应用。利用动能定理解题时，要注意初末状态的确定，确定运动过程，要知道滑动摩擦力做功与总路程有关。