2022-2023学年河南省郑州外国语学校高一（下）期中考试物理试卷（含解析）

2022-2023学年河南省郑州外国语学校高一（下）期中考试物理试卷

学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________

第I卷（选择题）

一、单选题（本大题共8小题，共32.0分）

1.  关于运动，以下说法正确的是(    )

A. 曲线运动不一定是变速运动 B. 速度不变的运动一定是匀速直线运动
C. 匀速圆周运动是一种匀变速曲线运动 D. 曲线运动不可能是一种匀变速运动

2.  如图，有一条宽为的河道，小船从岸边某点渡河，渡河过程中始终保持船头与河岸垂直。小船在静水中的速度大小为，水流速度为。下列说法正确的是(    )

A. 小船在河水中行驶轨迹为曲线 B. 小船渡河时间为
C. 小船在渡河过程中位移大小为 D. 小船在河水中的速度为

3.  如图所示，在地面上以速度抛出质量为的物体，抛出后物体落到比地面低的海平面上。若以地面为参考平面，且不计空气阻力，则下列说法正确的是(    )

A. 重力对物体做的功为 B. 物体在海平面上的动能为
C. 物体在地面上的机械能为 D. 物体落到海平面时的重力势能为

4.  如图所示，修正带是通过两个齿轮的相互咬合进行工作的，其原理可简化为图中所示的模型。、是转动的大小齿轮边缘的两点，是大齿轮上的一点。大齿轮上、的半径分别为、，小齿轮上的半径为，则、、三点(    )
 

A. 线速度大小之比是：： B. 加速度大小之比是：：
C. 角速度之比是：： D. 转动周期之比是：：

5.  小明从斜面底端斜向右上方抛出两个完全相同的小球视为质点，球恰好落到斜面顶端，球恰好落到斜面中点，且两球落到斜面上时的速度方向均刚好水平，不计空气阻力，则

A. 抛出后，球在空中运动的时间为球在空中运动时间的倍
B. 抛出时，球的速度大小为球速度大小的倍
C. 落到斜面上时，球的速度大小为球速度大小的倍
D. 抛出时，球的速度方向与水平方向的夹角大于球的速度方向与水平方向的夹角

6.  如图甲所示，物体受到水平推力的作用在粗糙水平面上做直线运动。监测到推力、物体速度随时间变化的规律如图乙、丙所示。取，则(    )

A. 第内推力做功为 B. 第内物体克服摩擦力做的功为
C. 时推力的瞬时功率为 D. 第内推力做功的平均功率为

7.  年月日，我国首次火星探测任务“天问一号”火星探测卫星顺利实施近火制动，完成火星捕获，正式踏入环绕火星轨道。假设火星可视为半径为的均匀球体，探测卫星沿椭圆轨道绕火星运动，如图所示。椭圆轨道的“近火点”离火星表面的距离为 ，“远火点”离火星表面的距离为 ，引力常量为。下列说法正确的是(    )
 

A. 若已知“天问一号”在椭圆轨道运行的周期为，火星的质量为
B. 若已知“天问一号”在椭圆轨道运行的周期为，火星的第一宇宙速度为
C. “天问一号”在“近火点”和“远火点”的加速度大小之比为
D. “天问一号”在“近火点”和“远火点”的速率之比为

8.  甲、乙两位同学分别站在地球的南极和赤道上，用大小相等的初速度将一个小球竖直向上抛出，小球落回手中的时间之比为，不计空气阻力。若已知地球密度为，引力常量为，则乙同学随地球自转的角速度大小为(    )

A.  B.  C.  D.

二、多选题（本大题共4小题，共16.0分）

9.  如图甲所示，一光滑的圆管轨道固定在竖直平面内，质量为的小球在圆管内运动，小球的直径略小于圆管的内径，轨道的半径为，小球的直径远小于，可以视为质点，重力加度为。现小球经最高点的初速度，圆管对小球的弹力与的关系如图乙所示取竖直向下为正，为通过圆心的一条水平线，关于小球的运动，下列说法不正确的是(    )

A. 图乙中的，
B. 当时，小球在最低点与最高点对轨道的压力大小之差可能为
C. 小球在水平线以下的管道中运动时，内侧管壁对小球可能有作用力
D. 若小球从最高点静止沿轨道滑落，当滑落高度为时，小球与内、外管壁均没有作用力

10.  如图所示为汽车的加速度和车速倒数的关系图像。若汽车质量为，它由静止开始沿平直公路行驶，且行驶中阻力恒定，最大车速为，则(    )

A. 汽车所受阻力为
B. 汽车在车速为时，功率为
C. 汽车匀加速的加速度为
D. 汽车匀加速所需时间为

11.  宇宙空间有两颗相距较远、中心距离为的星球和星球。在星球上将一轻弹簧竖直固定在水平桌面上，把物体轻放在弹簧上端，如图所示，由静止向下运动，其加速度与弹簧的压缩量间的关系如图中实线所示。在星球上用完全相同的弹簧和物体完成同样的过程，其关系如图中虚线所示。已知两星球密度相等。星球的质量为，引力常量为。假设两星球均为质量均匀分布的球体。则下列判断正确的是

A. 星球的质量为
B. 星球和星球的表面重力加速度的比值为
C. 若星球绕星球做匀速圆周运动，则星球的运行周期
D. 若将星球、看成是远离其他星球的双星模型，则它们的周期

12.  如图所示，将质量为的重物悬挂在轻绳的一端，轻绳的另一端系一质量为的环，环套在竖直固定的光滑直杆上，光滑的轻小定滑轮与直杆的距离为，杆上的点与定滑轮等高，杆上的点在点下方距离为处．现将环从处由静止释放，不计一切摩擦阻力，下列说法正确的是(    )

A. 环到达处时，重物上升的高度
B. 环到达处时，环与重物的速度大小相等
C. 环从到，环减少的机械能等于重物增加的机械能
D. 环能下降的最大高度为

第II卷（非选择题）

三、实验题（本大题共2小题，共18.0分）

13.  在“研究小球做平抛运动的规律”的实验中：

如图甲所示的实验中，观察到两球同时落地，说明平抛运动在竖直方向做_________；如图乙所示的实验：将两个光滑斜轨道固定在同一竖直面内，滑道末端水平，把两个质量相等的小钢球，从斜面的相同高度由静止同时释放，观察到球落到水平板上并击中球，这说明平抛运动在水平方向做_________；

该同学用频闪照相机拍摄到如图所示的小球平抛运动的照片，照片中小方格的边长，小球在平抛运动中的几个位置如图中的、、、所示，则照相机每隔_________曝光一次，小球平抛初速度为_________当地重力加速度大小。

14.  用如图所示的实验装置来探究小球做圆周运动所需向心力的大小与质量、角速度和半径之间的关系，转动手柄使长槽和短槽分别随变速轮塔匀速转动，槽内的球就做匀速圆周运动．横臂的挡板对球的压力提供了向心力，球对挡板的反作用力通过横臂的杠杆作用使弹簧测力筒下降，从而露出标尺，标尺上的红白相间的等分格显示出两个小球所受向心力的比值．某次实验图片如下，请回答相关问题：

在研究向心力的大小与质量、角速度和半径之间的关系时我们主要用到了物理学中______的方法；

A.理想实验法        等效替代法        控制变量法演绎法

图中是在研究向心力的大小与______的关系．

A.质量            角速度 C.半径

若图中标尺上红白相间的等分格显示出两个小球所受向心力的比值为：，运用圆周运动知识可以判断与皮带连接的变速轮塔对应的半径之比为______

A.：：：：

四、计算题（本大题共4小题，共40.0分）

15.  火星有两个卫星，相当于有两个“月亮”，其中一颗卫星为火卫一。已知火卫一绕火星的运动周期为，离火星表面的高度为，火星的质量为，引力常量为，不计火星自转的影响，求：

火星的半径；

火卫一的线速度大小。

16.  跑酷是时下风靡全球的一项时尚极限运动。一跑酷运动员在一次训练中的运动可简化如下：运动员首先在平直高台上以的加速度从静止开始匀加速运动，运动后从高台边缘水平跳出，恰好垂直落在一倾角为的斜面上的点。此后运动员调整姿势以的速度沿水平方向蹬出。已知斜面底端离高台边缘的水平距离。该运动员在运动过程中可视为质点，不计空气阻力，重力加速度的大小，。求：

运动员从高台边缘跳出到落至斜面的时间；

高台距地面的高度；

运动员从斜面水平蹬出后的落点与点的水平距离。

运动员从斜面水平蹬出后斜面的最大距离。

17.  如图所示，在水平圆盘上放有质量分别为、、的可视为质点的三个物体、、。圆盘可绕其中心轴线转动，三个物体与圆盘间动摩擦因数均为，最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力，三个物体与中心轴线的点共线，且，现将三个物体分别用两根轻质细线相连，保持两根细线都伸直且绳中恰无张力，若圆盘从静止开始转动，且角速度在极其缓慢的变化，重力加速度，则在这一过程中求：

、之间的绳子即将出现拉力时，圆盘转动的角速度；

、之间的绳子即将出现拉力时，圆盘转动的角速度以及此时、 之间绳上的张力；

当所受摩擦力的大小为时，圆盘转动的角速度可能的值。

18.  如图是由弧形轨道、圆轨道轨道底端略错开，图中未画出、水平直轨道平滑连接而成的力学探究装置。水平轨道右端装有理想轻弹簧右端固定，圆轨道与水平直轨道相交于点，且点位置可改变，现将点置于中点，质量的滑块可视为质点从弧形轨道高处静止释放。已知圆轨道半径，水平轨道长，滑块与间动摩擦因数，弧形轨道和圆轨道均视为光滑，不计其他阻力与能量损耗，求：

滑块第一次滑至圆轨道最高点时对轨道的压力大小；

轻弹簧获得的最大弹性势能；

若，改变点位置，使滑块在整个滑动过程中不脱离轨道，求长度满足的条件。

答案和解析

1.【答案】 

【解析】【详解】曲线运动速度方向一定发生改变，则一定是变速运动，故A错误；

B.物体速度不变，则表示速度大小和方向均不变，为匀速直线运动，故 B正确；

C.匀速圆周运动所受向心力方向时刻改变，则加速度方向时刻改变，一定不是匀变速曲线运动，故C错误；

D.曲线运动可能是匀变速运动，例如平抛运动，加速度大小方向均不变，为匀变速运动，故D错误。

故选B。

2.【答案】 

【解析】【详解】由于小船在静水中的速度、水流速度均恒定，故小船的合速度恒定，小船在河水中做匀速直线运动，轨迹为直线，A错误；

B.小船渡河过程中始终保持船头与河岸垂直，故渡河时间为

B错误；

C.小船沿河流方向的位移为

小船在渡河过程中位移大小为

C错误；

D.小船在河水中的速度为

D正确。

故选D。

3.【答案】 

【解析】【详解】从地面到海平面重力对物体做的功为

故A错误；

B.根据动能定理

得物体在海平面上的动能为

故B正确；

C.物体在地面上的机械能为  ，故C错误；

D.以地面为零势能面，海平面低于地面  ，所以物体在海平面上时的重力势能为

故D错误。

故选B。

4.【答案】 

【解析】解：、是同缘传动，线速度大小相等，所以
根据，
可得
由于两点是同轴转动，可知
根据，
可得
则三点线速度大小之比为：：：：
则三点角速度之比为：：：：，故A正确，C错误；
B、根据可知三点转速之比为：：：：：：，故B错误；
D、根据可知三点周期之比为，故D错误。
故选：。
同缘传动时，边缘点的线速度大小相等；同轴传动时，角速度相等；然后结合，，列式求解。
本题关键明确同缘传动同轴传动的特点是线速度大小相等，再根据描述圆周运动的各物理量间的关系分析求解即可。
 

5.【答案】 

【解析】

【分析】

小球、运动的逆过程是平抛运动，根据下落的高度求出平抛运动的时间之比，结合水平位移和时间求出初速度之比，抓住速度方向与水平方向夹角的正切值是位移与水平方向夹角正切值的倍，求出两球的速度方向与斜面的夹角关系。
解决本题的关键要知道平抛运动在水平方向和竖直方向上的运动规律，结合运动学公式和推论灵活求解。

【解答】

A、小球、运动的逆过程是平抛运动，因为两球下落的高度之比为：，根据得：，高度之比为：，则小球、在空中飞行的时间之比为：，故A错误。
、两球的水平位移之比为：，时间之比为：，根据知，小球、在到达斜面时的速度大小之比为：根据机械能守恒得：
得抛出时的初速度大小，结合、上升的高度之比为：，到达斜面时的速度大小之比为：，可知抛出时，球的速度大小为球速度大小的倍．故B错误C正确。
D、小球落在斜面上，速度方向与水平方向夹角的正切值是位移与水平方向夹角正切值的倍，因为位移与水平方向的夹角相等，则速度与水平方向的夹角相等，所以抛出时球的速度方向与水平方向的夹角等于球的速度方向与水平方向的夹角，故D错误。
故选：。

6.【答案】 

【解析】

【分析】
根据速度时间图线和图线，得出匀速直线运动时的推力，从而得出摩擦力的大小。
本题考查了速度时间图线与图线的综合运用，通过速度时间图线得出物体的运动规律是解决问题的关键，知道速度时间图线的斜率表示加速度，图线与时间轴围成的面积表示位移。
【解答】
A.由题图丙可知，第内物体保持静止状态，在推力方向上没有位移，故推力做功为，故A错误；
B.由题图乙、丙可知，第内物体做匀速运动，，故，由题图丙知，第内物体的位移大小为，第内物体克服摩擦力做的功，故B错误；
第内推力，时物体的速度大小为，故时推力的功率为，第内推力做功，故第内推力做功的平均功率，故D错误，C正确。  

7.【答案】 

【解析】

【分析】
本题考查开普勒定律与万有引力提供向心力，需注意向心加速度与轨道半径平方成反比。
根据开普勒第三定律及万有引力提供向心力可计算火星质量和卫星加速度之比，根据开普勒第二定律求得“近火点”和“远火点”的速率之比。
【解答】
已知探测卫星在椭圆轨道运行的周期为，可根据开普勒第三定律，计算近地卫星周期，解得，第一宇宙速度，根据，可以计算火星质量，故A错误，B正确；
C.根据牛顿第二定律有，所以“天问一号”在“近火点”和“远火点”的加速度大小之比为，故C错误；

D.对于“天问一号”在“近火点”和“远火点”附近很小一段时间内的运动，根据开普勒第二定律有，所以“天问一号”在“近火点”和“远火点”的速率之比为，故D错误。  

8.【答案】 

【解析】【详解】设南极处的重力加速度为  ，小球落回手中的时间为，赤道处的重力加速度为，小球落回手中的时间为，由小球竖直上抛到达最高点得

所以

在南极，由万有引力提供重力有

在赤道，由万有引力提供小球的重力和小球随地球自转的向心力有

又

联立以上各式可解得

故选A。

9.【答案】 

【解析】

【分析】
此问题类似于“轻杆”模型，由于管的内、外均对球可以产生力，故最高点的最小速度可以为零；根据机械能守恒定律表示出最低点的速度后，再根据牛顿第二定律表示支持力，从而可得到两点之间的压力差。从最高点滑下到处，由机械能守恒可求此时的速度，由此得到所需的向心力，再与重力以此点的沿半径方向的分量对比，就能得到此时的压力；
本题考查竖直平面的圆周运动问题，抓住做圆周运动的物体所需要的向心力与质量、半径、及快慢有关，根据牛顿第二定律列方程即可解决问题。
【解答】
A.此问题类似于“轻杆”模型，小球通过最高点时最小速度为零，当小球经最高点的速度时，内侧管壁对小球有支持力，故，当小球经过最高点的速度时，内外管壁对小球没有作用力，，故A正确；
B.当小球经最高点的速度时，根据机械能守恒，，得，即小球在最低点与最高点对轨道的压力大小之差为；
同理可知：当小球经最高点的速度时，小球在最低点与最高点对轨道的压力大小之差为；
当小球经最高点的速度时，小球在最低点与最高点对轨道的压力大小之差为。故B错误；
若小球从最高点静止沿轨道滑落，先内管壁对小球有支持力，小球绕圆心转角时，内、外管壁对小球均没有作用力，此时小球受到重力沿半经指向圆心方向即法向分力提供向心力有，机械能守恒，联立解得；当小球从最高点静止沿轨道滑落高度为时，内、外管壁对小球均没有作用力，当以下包括了以下，小球将与外管壁有作用力，随着高度降低，此作用力越大，故 D正确， C错误。
本题选不正确的，故选BC。  

10.【答案】 

【解析】

【分析】
从图线看出，开始图线与轴平行，表示牵引力不变，牵引车先做匀加速直线运动，倾斜图线的斜率表示额定功率，即牵引车达到额定功率后，做加速度减小的加速运动，当加速度减小到零，做匀速直线运动。
解决本题的关键能够从图线中分析出牵引车的运动情况，知道倾斜图线的斜率表示牵引车的额定功率。
【解答】

A.根据牛顿第二定律得

汽车的功率为

解得

根据图像得

解得

根据图像，将

代入

解得

A正确；

B.根据

解得

根据图像，汽车在车速为时，汽车正在做匀加速运动，汽车的功率为

B错误；

C.根据

解得

C错误；

D.匀加速结束时的速度为

汽车匀加速所需时间为

D正确。

故选AD。

11.【答案】 

【解析】

【分析】
本题考查图像、卫星运行规律、双星问题。
当弹簧压缩量时，物体的加速度即为星球表面的重力加速度。
若星球绕星球做匀速圆周运动，则受到的万有引力提供向心力，若将星球、看成是远离其他星球的双星模型，则要明确双星特点：绕同一中心转动的角速度和周期相同．由相互作用的万有引力充当向心力。
【解答】
B.对物体受力分析，根据牛顿第二定律

，
可得，
结合图像可知，纵截距表示星球表面重力加速度。
则有，故B错误
A.设星球的质量为。根据黄金替换公式，
根据质量与体积关系式，
联立得，
由于星球和星球密度相等，可见，，
则星球与星球的质量比，
联系以上各式可得，故A正确
C.星球以星球为中心天体运行时，受到星球的万有引力作用做匀速圆周运动。
研究星球，根据向心力公式，
解得，故C正确
D.将星球和星球看成双星模型时，它们在彼此的万有引力作用下做匀速圆周运动。
研究星球，，
研究星球，，
又，
联立可得，故D错误。
故选AC。  

12.【答案】 

【解析】

【分析】
环刚开始释放时，重物由静止开始加速．根据数学几何关系求出环到达处时，重物上升的高度．对的速度沿绳子方向和垂直于绳子方向分解，在沿绳子方向上的分速度等于重物的速度，从而求出环在处速度与重物的速度之比．环和重物组成的系统机械能是守恒的．
解决本题的关键知道系统机械能守恒，知道环沿绳子方向的分速度的等于重物的速度．
【解答】
A、根据几何关系有，环从下滑至点时，下降的高度为，则重物上升的高度，故A正确；
B、环到达处时，对环的速度沿绳子方向和垂直于绳子方向分解，在沿绳子方向上的分速度等于重物的速度，有：，所以有，故B错误；
C、环下滑过程中无摩擦力做功，故系统机械能守恒，即有环减小的机械能等于重物增加的机械能，故C正确；
D、设环下滑到最大高度为时环和重物的速度均为，此时重物上升的最大高度为，根据系统的机械能守恒有：，解得：，故D正确．
故选：．  

13.【答案】自由落体运动    匀速直线运动         

【解析】【详解】用小锤打击弹性金属片，球就水平飞出，同时球被松开，做自由落体运动，两球同时落到地面，则说明平抛运动竖直方向是自由落体运动；

因为观察到的现象是球落到水平木板上击中球，可知球在水平方向上的运动规律与球相同，即平抛运动在水平方向上做匀速直线运动；

在竖直方向上，根据匀变速直线运动的规律可得

得

由公式，可得小球初速度为

14.【答案】          

【解析】

【分析】该实验采用控制变量法，图中抓住质量不变、半径不变，研究向心力与角速度的关系，根据向心力之比求出两球转动的角速度之比，结合，根据线速度大小相等求出与皮带连接的变速轮塔对应的半径之比．

【详解】在研究向心力的大小与质量、角速度和半径之间的关系时，需先控制某些量不变，研究另外两个物理量的关系，该方法为控制变量法．故选C．

图中两球的质量相同，转动的半径相同，则研究的是向心力与角速度的关系．故选B．

根据，两球的向心力之比为：，半径和质量相等，则转动的角速度之比为：，因为靠皮带传动，变速轮塔的线速度大小相等，根据，知与皮带连接的变速轮塔对应的半径之比为：故选B．

15.【答案】解：设火卫一的质量为  ，由万有引力提供向心力有

解得

火卫一的线速度大小为

解得

【解析】见答案
 

16.【答案】解：设运动员从边缘水平面跳出的速度为  ，水平位移为  ，则有

代入数据解得

恰好垂直落在一倾角为 的斜面上的点，则有

代入数据解得

运动员做平抛运动的竖直位移为

水平位移为

由几何关系得

解得

假设运动员落在斜面上，则有

可得落到斜面上的时间为

这个过程中水平方向移动的距离

由于

故假设成立，运动员从斜面水平蹬出后的落点与点的水平距离为。

将运动员从斜面水平蹬出后的运动沿斜面和垂直于斜面分解，当垂直于斜面的速度为时，运动员从斜面水平蹬出后斜面的距离最大，此时有

【解析】见答案
 

17.【答案】解：、之间的绳子即将出现拉力时，对

得

、之间的绳子即将出现拉力时，对

对

得

当  绳上拉力  为时：对

得

当  绳上拉力  不为，且圆盘对摩擦力沿径向向圆心时：

对

对

对

得

当  绳上拉力  不为，且圆盘对摩擦力沿径向向半径的延长线时：

对

对

对

得

【解析】见答案
 

18.【答案】解：从出发到第一次滑至圆轨道最高点过程，由动能定理可得

在圆轨道最高点，由牛顿第二定律可得

联立解得

由牛顿第三定律得：滑块对轨道的压力大小为；

弹射器第一次压缩时弹性势能有最大值，有能量守恒可知：

解得

若滑块恰好到达圆轨道的最高点，

从开始到圆轨道最高点，有动能定理可知

解得

要使滑块不脱离轨道，之间的距离应该满足

若滑块刚好达到圆轨道的圆心等高处，此时的速度为零有动能定理可知

解得

即反弹时恰好上到圆心等高处，如果反弹距离更大，则上升的高度更小，更不容易脱离轨道，所以

考虑到的总长度等于，所以

结合两种情况

符合条件的长度为

【解析】见答案