2021-2022学年山西大学附中高一（下）月考物理试卷（4月份）(含答案解析)

2021-2022学年山西大学附中高一（下）月考物理试卷（4月份）

1.  关于力对物体做功，以下说法正确的是(    )

A. 一对作用力和反作用力在相同时间内做的功一定大小相等，正负相反
B. 不论怎样的力对物体做功，都可以用计算
C. 合外力对物体不做功，物体必定做匀速直线运动
D. 滑动摩擦力和静摩擦力都可以对物体做正功或负功

2.  如图所示，重为G的物体静止在倾角为的粗糙斜面体上，现使斜面体向右做匀速直线运动，通过的位移为x，物体相对斜面体一直保持静止，则在这个过程中(    )

A. 弹力对物体做功为 B. 静摩擦力对物体做功为
C. 重力对物体做功为Gx D. 合力对物体做功为0

3.  如图所示，在火星与木星轨道之间有一小行星带，假设该带中的小行星只受到太阳的引力，并绕太阳做匀速圆周运动。下列判断正确的是(    )

A. 各小行星绕太阳运动的周期均小于一年
B. 要从地球发射卫星探测小行星带，发射速度应介于地球的第一宇宙速度和第二宇宙速度之间
C. 小行星带内侧小行星的向心加速度大于外侧小行星的向心加速度
D. 小行星带内的小行星都具有相同的角速度

4.  假设太阳系中天体的密度不变，天体直径和天体之间距离都缩小到原来的一半，地球绕太阳公转近似为匀速圆周运动，则下列物理量变化正确的是(    )

A. 地球的向心力变为缩小前的一半 B. 地球的向心力变为缩小前的
C. 地球绕太阳公转周期与缩小前的相同 D. 地球绕太阳公转周期变为缩小前的一半

5.  在刘慈欣的科幻小说《带上她的眼睛》里演绎了这样一个故事：“落日六号”地层飞船深入地球内部进行探险，在航行中失事后下沉，最后船上只剩下一名年轻的女领航员，她只能在封闭的地心度过余生.已知地球可视为半径为R、质量分布均匀的球体，且均匀球壳对壳内质点的引力为零.若地球表面的重力加速度为g，不考虑地球自转的影响，当“落日六号”位于地面以下深处时，该处的重力加速度大小为(    )

A.  B.  C. 2g D. 4g

6.  假设未来某一天科技水平足够高，人们能够在地球赤道上建一座高度等于地球同步卫星轨道高度约的房子，在这座房子的某一层住户对地板的压力等于其在该楼层所受地球万有引力的，已知地球半径约为6400km，则该楼层离地面的高度大概为(    )

A. 6400km B. 21200km C. 18000km D. 14800km

7.  一条长为L，质量为m的均匀链条放在光滑的水平桌面上，其中悬在桌边，如图所示，在链条的另一端用水平力缓慢地把链条全部拉到桌面上需做功为(    )

A.  B.  C.  D.

8.  关于地球同步卫星这种卫星相对于地面静止不动，下列说法中正确的是(    )

A. 它一定在赤道上空运行
B. 同步卫星的高度和运行速率是一个确定的值
C. 它运行的线速度一定大于第一宇宙速度
D. 它运行的加速度一定大于地球表面的重力加速度

9.  “天问一号”是我国发射的火星探测器。如图所示，假设“天问一号”探测器环绕火星做匀速圆周运动的周期为T，对火星的张角为。已知引力常量为G，由以上数据可以求得(    )

A. 天问一号探测器的角速度
B. 火星的质量
C. 火星的第一宇宙速度
D. 火星的平均密度

10.  三颗人造卫星A、B、C都在赤道正上方同方向绕地球做匀速圆周运动，A、C为地球同步卫星，某时刻A、B相距最近，如图所示。已知地球自转周期为，B的运行周期为，则下列说法正确的是(    )

A. C加速可追上同一轨道上的A
B. 经过时间，A、B相距最远
C. A、C向心加速度大小相等，且小于B的向心加速度
D. 在相同时间内，C与地心连线扫过的面积等于B与地心连线扫过的面积

11.  如图甲为某小区出入口采用的栅栏道闸。如图乙所示，OP为栅栏道闸的转动杆，PQ为竖杆。P为两杆的交点，Q为竖杆上的点。在道闸抬起过程中，杆PQ始终保持竖直，当杆OP绕O点从与水平方向成匀速转动到的过程中(    )

A. P点的线速度等于Q点的线速度 B. P点的角速度大于Q点的角速度
C. P点的加速度大于Q点的加速度 D. P、Q两点的路程相同

12.  如图甲所示，长为2L的竖直细杆下端固定在位于地面上的水平转盘上，一质量为m的小球接上长度均为L不可伸长的两相同的轻质细线a、b，细线能承受的最大拉力为6mg，a细线的另一端结在竖直细杆顶点A，细线b的另一端结在杆的中点B。当杆随水平转盘绕竖直中心轴匀速转动时，将带动小球在水平面内做匀速圆周运动，如图乙。不计空气阻力，重力加速度为g。则(    )
 

A. 当细线b刚好拉直时，杆转动的角速度
B. 当细线b刚好拉直时，杆转动的角速度
C. 当细线b刚好拉直时，细线a的拉力
D. 当细线断开时，杆转动的角速度

13.  如图所示，某学生用可以缓慢转动的圆盘进行实验，A、B、C三个物体放在水平旋转圆盘上，已知A、B、C物体与圆盘间的动摩擦因数分别为均为、、且最大静摩擦力等于滑动摩擦力，A、B、C的质量分别为m、2m、4m，A、B离轴的距离为R，C离轴的距离为2R，重力加速度取g，当缓慢增加圆盘转速，学生通过实验和计算可以得出的结论是(    )

A. 物体B发生滑动时角速度为 B. 物体C发生滑动时角速度为
C. 物体C先滑动，随后物体A、B一起滑动 D. 物体A先滑动，随后物体B、C一起滑动

14.  如图甲所示，一个质量的物块静止放置在动摩擦因数粗糙水平地面O处，在水平拉力F作用下物块由静止开始向右运动，经过一段时间后，物块回到出发点O处，取水平向右为速度的正方向，物块运动过程中其速度v随时间t变化规律如图乙所示，。则(    )

A. 物块经过4s回到出发点
B. 时水平力F的瞬时功率为12W
C. 内物块所受摩擦力的平均功率为
D. 内物块所受摩擦力的平均功率为0

15.  如图所示是通过频闪照片方法研究平抛运动规律的实验，连续曝光过程中小球依次出现在A、B、C三个位置，图中每个正方形的边长5cm，重力加速度g取，空气阻力不计。
频闪照相机的曝光频率为______ Hz；
平抛运动的水平初速度______；
以A点为坐标原点，水平向右为x轴正方向，竖直向下为y轴正方向，则平抛运动抛出点的坐标为______cm，______。

16.  宇航员站在某质量分布均匀的星球表面一斜坡上P点，沿水平方向以初速度抛出一个小球，测得小球经时间t落到斜坡另一点Q上，斜坡的倾角，已知该星球的半径为R，引力常量为G，已知球的体积公式是求：
该星球表面的重力加速度g；
该星球的密度；
该星球的第一宇宙速度．

17.  宇宙中存在一些离其他恒星较远的四颗星组成的四星系统．若某个四星系统中每颗星体的质量均为m，半径均为R，忽略其他星体对它们的引力作用和星体自转效应，则可能存在如下运动形式：四颗星分别位于边长为L的正方形的四个顶点上远大于，在相互之间的万有引力作用下绕某一共同的圆心做角速度相同的圆周运动．已知引力常量为G，求四颗星做圆周运动的角速度。

18.  质量是2000kg、额定功率为80kw的汽车，在平直公路上行驶中的最大速度为。若汽车从静止开始做匀加速直线运动，加速度大小为，运动中的阻力不变。求；
汽车所受阻力的大小。
末汽车的瞬时功率。
汽车在匀加速运动中牵引力所做的功。

答案和解析

1.【答案】D 

【解析】解：A、一对相互作用力做功，可以出现都做正功，都做负功，一正一负或一个做功，一个不做功等各种情况，故A错误。
B、只有恒力做功可用计算，故B错误。
C、合外力对物体不做功，物体可能处于静止，当合外力与物体的运动方向垂直时，物体的运动方向改变，故C项错误。
D、摩擦力对物体可做正功也可做负功，D项正确；
故选：D。
恒力做功的表达式为：；即做功的大小取决于力的大小、位移大小、力与位移夹角的余弦，其中位移是对同一参考系的位移，可以与力成任意角度．
作用力与反作用力等大、反向、共线，但位移不一定相等，即相互作用的物体间可能存在相对运动；摩擦力与相对运动方向相反，但与运动方向不一定相反．
 

2.【答案】D 

【解析】解：ABC、分析物体的受力情况：重力mg、弹力N和摩擦力f，
如图所示：
根据平衡条件，有：，
重力与位移垂直，做功为零；
摩擦力f与位移的夹角为，所以摩擦力对物体m做功为：
斜面对物体的弹力做功为：
，故ABC错误；
D、因物体做匀速运动，根据动能定理可知，合外力做功为零，故D正确．
故选：
分析物体的受力情况，根据力与位移的夹角，判断力做功的正负．物体匀速运动时，合力为零，合力对物体m做功为零．根据功的公式求出摩擦力和重力做功．
本题关键先根据平衡条件求解出弹力和摩擦力，然后结合恒力做功表达式列式求解，同时注意掌握动能定理的正确应用，从而直接判断合外力的功．
 

3.【答案】C 

【解析】解：A、根据万有引力提供向心力得：，解得：，离太阳越远，周期越大，所以各小行星绕太阳运动的周期大于一年，故A错误；
B、要从地球发射卫星探测小行星带，就要克服地球的引力，发射速度应大于地球的第二宇宙速度，故B错误；
C、根据万有引力提供向心力得：，解得：，可知小行星带内侧小行星的向心加速度大于外侧小行星的向心加速度值，故C正确；
D、根据万有引力提供向心力得：，解得：，可知不在同一轨道上的小行星的角速度不同，故D错误。
故选：C。
根据万有引力提供向心力得出角速度、向心加速度、周期与轨道半径的关系，从而比较大小，地球的第二宇宙速度是指从地球表面上发射卫星时，要摆脱地球的引力而成为绕太阳转动的卫星的最小发射速度。
解决本题的关键掌握万有引力提供向心力这一理论，并能灵活运用，根据题意选择正确的向心力公式。
 

4.【答案】C 

【解析】解：AB、由于天体的密度不变而半径减半，导致天体的质量减小，所以有
地球绕太阳做圆周运动由万有引力充当向心力。所以有，故AB错误；
CD、由，整理得与原来相同，故C正确。D错误；
故选：C。
由密度不变，半径变化可求得天体的质量变化；由万有引力充当向心力可得出变化以后的各量的变化情况．
天体的运动中都是万有引力充当向心力，因向心力的表达式有多种，故应根据题目中的实际情况确定该用的表达式．
 

5.【答案】B 

【解析】解：设地球的密度为，则在地球表面：
地球的质量为
联立可得，地表重力加速度表达式为
由题意可知，地面以下深处的重力加速度相当于半球为的球体表面的重力加速度，即
对比可得，故B正确，ACD错误。
故选：B。
根据题意知，地球表面的重力加速度等于半径为R的球体在表面产生的加速度，地面以下深处的加速度相当于半径为的球体在其表面产生的加速度，根据地球质量分布均匀得到加速度的表达式，再根据半径关系求解即可。
抓住在地球表面重力和万有引力相等，地面以下深处，地球的重力和万有引力相等，要注意地面以下深处所谓的地球的质量不是整个地球的质量而是半径为的球体的质量。
 

6.【答案】D 

【解析】解：根据牛顿第三定律可知该楼层用户受到的支持力为所受地球万有引力的；
假设该楼层距离地心为r，对该楼层的住户分析有
假设地球同步卫星距离地心为，对地球同步卫星分析有
对比两式可知

该楼层离地面的高度

其中H为地球同步卫星轨道高度，R为地球半径，代入数据可知

故ABC错误，D正确；
故选：D。
根据题意，对该楼层的住户根据合力提供向心力结合地球同步卫星的万有引力提供向心力列式解答即可。
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。
 

7.【答案】C 

【解析】解：悬在桌外的长的链条重心在其中点处，离桌面的高度为：。
它的质量是，当把它拉到桌面时，外力需要做的功等于增加的重力势能，
由功能关系得：故ABD错误，C正确。
故选：C。
以挂在桌外的长为总长的链条为研究对象，在提起链条的过程中人与重力对链条做功，由功能关系可以求出人做的功．
该题可以选择全部的链条为研究的对象，也可以选择挂在桌边部分长为总链长的为研究对象，要知道均匀链条的重心在其几何重心、应用功能关系或动能定理求解变力做功．
 

8.【答案】AB 

【解析】解：A、根据同步卫星与地球自转同步，与地面相对静止，同时卫星受到地球的万有引力提供向心力，指向圆心，万有引力指向地心，故同步卫星只能在赤道上空，故A正确；
B、因为同步卫星要和地球自转同步，即相同，万有引力提供向心力有，因为是一定值，所以轨道半径r也是一定值，所以它运行的轨道半径和速率是确定的值，故B正确；
C、根据万有引力提供向心力有，可得，可知同步卫星的速度小于近地卫星的环绕速度，即小于第一宇宙速度，故C错误；
D、根据万有引力提供向心力有，可得，可知同步卫星的它运行的加速度一定小于地球表面的重力加速度，故D错误；
故选：AB。
地球同步轨道卫星有几个一定：定轨道平面、定轨道半径或定高度、定运转周期等，了解同步卫星的含义，即同步卫星的周期必须与地球自转周期相同；
物体做匀速圆周运动，它所受的合力提供向心力，通过万有引力提供向心力，列出等式通过已知量确定未知量。
地球质量一定、自转速度一定，同步卫星要与地球的自转实现同步，就必须要角速度与地球自转角速度相等，这就决定了它的轨道高度和线速度。
 

9.【答案】AD 

【解析】解：根据可知，可以求出天问一号探测器的角速度，故A正确；
B.设轨道半径为r，星球半径为R，满足
根据可知：
由于r未知，无法计算火星质量，故B错误；
C.根据可知：由于R未知，无法求出火星的第一宇宙速度，故C错误；
D.根据可知，可求火星的平均密度，故D正确。
故选：AD。
根据万有引力提供向心力得出火星质量与探测器周期的关系，结合密度的公式求出火星的密度。
解决本题的关键掌握万有引力提供向心力这一理论，并能灵活运用。
 

10.【答案】BC 

【解析】解：A、卫星C加速后做离心运动，轨道变高，不可能追上卫星A，故A错误；
B、A、B卫星由相距最近至相距最远时，卫星B比卫星A多转半圈，设经历时间为t，有，解得经历的时间，故B正确；
C、根据万有引力提供向心加速度，由可得，由于，可知A、C向心加速度大小相等，且小于B的向心加速度，故C正确；
D、轨道半径为r的卫星，根据万有引力提供向心力得，可得卫星为周期，则该卫星在单位时间内扫过的面积
由于，所以在相同时间内，A与地心连线扫过的面积大于B与地心连线扫过的面积，故D错误。
故选：BC。
卫星加速后将做离心运动；A、B卫星由相距最近至相距最远时，两卫星转的圈数差半圈，由此求所需要的时间；根据牛顿第二定律和万有引力定律相结合分析向心加速度关系；根据卫星与地心连线扫过的面积与轨道半径的关系分析C与地心连线扫过的面积与B与地心连线扫过的面积关系。
解答本题的关键要知道卫星绕地球做匀速圆周运动时，由地球的万有引力提供向心力。对于D项，也可以根据开普勒第二定律分析。
 

11.【答案】AD 

【解析】解：由于P、Q两点在同一竖直杆上，而且杆PQ运动时始终保持竖直，所以在匀速转动到的过程中，两点都做半径相同的匀速圆周运动，故两点的线速度、角速度、加速度和路程都相等。故AD正确，BC错误。
故选：AD。
P、Q两点的速度可分解为水平和竖直两个分速度，由已知得两个分速度始终相等，故两点的线速度始终相等，绕各自的圆心做匀速圆周运动。
值得注意的是两点的位移区别是所绕圆心不同，但是两圆心在同一竖直线上，且圆心的距离等于PQ之间距离。
 

12.【答案】BCD 

【解析】解：ABC、当细线b刚好拉直时，小球所受细线a的拉力在水平方向的分力提供向心力，设细线a的拉力为，如图所示：

水平方向：
竖直方向：
联立解得：

故A错误，BC正确；
D、a、b绳上都有拉力时，对球受力分析如图所示：

水平方向，根据牛顿第二定律得：
竖直方向，
随角速度增大，a绳拉力先达到最大值，即
联立解得，此时的角速度为
故D正确；
故选：BCD。
当细线b刚好拉直时，细线b上拉力为，小球所受细线a的拉力在水平方向的分力提供向心力，根据牛顿第二定律求解即可；a、b绳上都有拉力时，对球受力分析，根据牛顿第二定律和共点力平衡列式求解临界角速度。
本题考查圆周运动的临界问题，解题关键是对临界情况的小球受力分析，根据牛顿第二定律列式求解即可。
 

13.【答案】BD 

【解析】解：恰好滑动最大静摩擦力充当向心力，根据知临界角速度，与质量无关，与动摩擦因数和半径有关，所以，，，所以物体A先滑动，随后物体B、C一起滑动，故AC错误，BD正确。
故选：BD。
A、B、C靠静摩擦力提供向心力，抓住最大静摩擦力提供向心力求出发生相对滑动的临界角速度，从而确定谁先滑动。
解决本题的关键知道物体做圆周运动向心力的来源，抓住临界状态，结合牛顿第二定律进行求解，难度不大。
 

14.【答案】BC 

【解析】解：A、由图可看出，4s内速度方向始终为正方向，则物块经过4 s离出发点最远，没有回到出发点，故A错误；
B、4到5s，物体做加速运动，加速度大小为：
由牛顿第二定律可得：
代入数据解得：
时，物体的速度大小为：
此时力F的功率为：，故B正确；
CD、根据图像与坐标轴围成的面积代表位移可知物体的位移，物块所受摩擦力的平均功率为，故C正确，D错误。
故选：BC。
物体速度值为正，向正方向运动，速度值为负，向反方向运动，由图象分析可知物块经过4s时间距出发点最远，在图象中斜率代表加速度，根据图象求出加速度结合牛顿第二定律求出拉力，根据瞬时功率和平均功率的计算公式分析解答。
解答本题的关键是知道图象中图象的含义：图象的斜率表示物体的加速度；图象与时间轴所围面积表示物体的位移；注意平均功率与瞬时功率的区别。
 

15.【答案】 

【解析】解：设照相机拍摄时每T时间曝光一次。
小球在竖直方向做匀加速直线运动，在连续相等时间内的位移差为常数，因此有：
由图知
解得：
则曝光频率
小球平抛运动的初速度大小为：
小球在B点的竖直速度为：
从抛出点到B点的竖直位移为
代入可得：
从抛出到达B点所用时间为：
小球从抛出到B点的水平位移为：
结合图中O点位置可得，抛出点的横坐标为，纵坐标为。
故答案为：；；，
利用在竖直方向上连续相等时间内的位移差等于常数解出曝光周期，从而求出曝光频率；
根据水平方向的匀速直线运动求解平抛的初速度；
根据匀速直线运动时间中点的瞬时速度等于这段时间的平均速度求B点的竖直速度，再根据速度的合成求B点的合速度；从B点的竖直速度出发，先求出从抛出到B点的时间，再求出到B点的竖直位移和水平位移，从而得到抛出点的坐标。
对于平抛运动问题，一定明确其水平和竖直方向运动特点，尤其是在竖直方向熟练应用匀变速直线运动的规律和推论解题。
 

16.【答案】解：物体落在斜面上有：
所以
根据万有引力等于重力，解得星球的质量
而
则密度
根据万有引力提供向心力得，
则
答：该星球表面的重力加速度为
该星球的密度为
该星球的第一宇宙速度为 

【解析】平抛运动在水平方向上做匀速直线运动，在竖直方向上做自由落体运动，根据平抛运动的规律求出星球表面的重力加速度．
根据万有引力等于重力求出星球的质量，结合密度的公式求出星球的密度．
第一宇宙速度的大小等于贴近星球表面运行的速度．根据万有引力提供向心力求出第一宇宙速度的大小．
解决本题的关键掌握万有引力提供向心力和万有引力等于重力这两个理论，并能灵活运用．
 

17.【答案】解：如图所示，四颗星均围绕正方形对角线的交点做匀速圆周运动，轨道半径

取任一星体为研究对象，它受到其它三个星体的万有引力的合力为
由，可解得：
答：四颗星做圆周运动的角速度为。 

【解析】在四颗星组成的四星系统中，其中任意一颗星受到其它三颗星对它的合力提供圆周运动的向心力，根据合力提供向心力列式，求出四颗星做圆周运动的角速度。
解决本题的关键要知道在四颗星组成的四星系统中，其中任意一颗星受到其它三颗星对它的合力提供圆周运动的向心力。
 

18.【答案】解：当速度最大时，。有，则。
末时汽车还在匀加速运动状态，由牛顿第二定律，解得，
所以3s末汽车速度，所以3秒末汽车的瞬时功率
所以匀加速运动的最大速度为
匀加速直线运动的时间，根据位移时间公式得：
则牵引力做的功
答：汽车所受阻力的大小为4000N；
末汽车的瞬时功率为48000W；
汽车在匀加速运动中牵引力所做的功为。 

【解析】当速度最大时，牵引力等于阻力，根据求出阻力的大小；
根据速度时间公式求出3s末的速度，再根据求出汽车的瞬时功率；
根据牛顿第二定律求出牵引力的大小，根据求出汽车匀加速直线运动的最大速度，再根据速度时间公式求出匀加速直线运动的时间；
根据匀加速直线运动位移时间公式求出加速过程的位移，根据求解牵引力做的功。
解决本题的关键知道发动机功率，知道当速度达到最大时，牵引力等于阻力。以及知道以恒定加速度运动在整个过程中的运动情况。