山东省平度第一中学2023-2024学年高一下学期4月月考物理试卷(含答案)

这是一份山东省平度第一中学2023-2024学年高一下学期4月月考物理试卷(含答案)，共18页。试卷主要包含了单选题，多选题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。

一、单选题
1．关于物体运动加速度的方向,下列说法正确的是( )
A.物体做直线运动时,其加速度的方向一定与速度方向相同
B.物体做变速率曲线运动时,其加速度的方向一定改变
C.物体做圆周运动时,其加速度的方向指向圆心
D.物体做匀速率曲线运动时,其加速度的方向与速度方向垂直
2．下列有关生活中圆周运动实例分析，其中说法正确的是( )
A.汽车通过凹形桥的最低点时，汽车处于失重状态
B.“水流星”匀速转动过程中，在最高点处水对碗底压力小于其在最低处水对碗底的压力
C.在铁路的转弯处，通常要求外轨比内轨高，目的是利用轮缘与外轨的侧压力帮助火车转弯
D.脱水桶的脱水原理是水滴受到的离心力大于它受到的向心力，从而沿切线方向甩出
3．明代出版的《天工开物》一书中就有牛力齿轮翻车的图画(如图所示)，记录了我们祖先的劳动智慧。若A、B、C三齿轮的半径大小关系如图，则( )
A.齿轮A的角速度比C的大
B.齿轮A与B的角速度大小相等
C.齿轮B与C边缘的线速度大小相等
D.齿轮A边缘的线速度比C边缘的线速度大
4．2020年8月1日，北斗三号全球卫星导航系统建成暨开通仪式在北京人民大会堂举行，宣布北斗三号全球卫星导航系统正式开通。北斗导航系统中部分卫星的轨道示意图如图所示，已知三颗卫星均做圆周运动，a是地球同步卫星。下列说法正确的是( )
A.卫星a的角速度小于c的角速度
B.卫星a的加速度大于b的加速度
C.卫星a的运行速度大于第一宇宙速度
D.卫星b的周期大于
5．一物体在地球表面重，某时刻它在以的加速度加速上升的火箭中的视重为，则此时火箭离地球表面的高度为地球半径的（地球表面）( )
A.1倍B.2倍C.3倍D.4倍
6．如图所示，是卡文迪什测量万有引力常数的实验示意图，根据胡克定律及转动理论可知，两平衡球受到的等大反向且垂直水平平衡杆的水平力F与石英丝N发生扭转的角度成正比，即的单位为可以通过固定在T形架上平面镜M的反射点在弧形刻度尺上移动的弧长求出来，弧形刻度尺的圆心正是光线在平面镜上的入射点，半径为R。已知两平衡球质量均为m，两施力小球的质量均为，与对应平衡球的距离均为r，施加给平衡球的力水平垂直平衡杆，反射光线在弧形刻度尺上移动的弧长为，则测得万有引力常数为(平面镜M扭转角度为时，反射光线扭转角度为( )
A.B.C.D.
7．如图是内燃机中一种传动装置，车轮和滑块上分别设置可以绕轴A、B转动的轻杆，O轴固定。工作时高压气体驱动活塞在汽缸中做往复运动，再通过连杆驱动滑块在斜槽中做往复运动，最终驱动车轮做角速度为ω的匀速圆周运动。已知轻杆OA长度为L，运动到图示位置时AB、BC垂直，，那么此时活塞的速度大小为( )
A.B.C.D.
8．如图所示，光滑圆轨道固定在竖直面内，是轨道的水平直径，O为圆心，一个小球静止在轨道的最低点A。现给小球水平向左的初速度，小球沿圆轨道向上运动到D点时刚好离开圆轨道，此后小球恰能通过E点，E为O点上方与D等高的位置，与水平方向的夹角为θ，不计小球的大小，则( )
A.B.C.D.
二、多选题
9．如图所示，垂直平面内固定有一个半径为R的光滑圆环形细管，现给小球(直径略小于管内径)一个初速度，使小球在管内做圆周运动，小球通过最高点时的速度为v，已知重力加速度为g，则下列叙述中正确的是( )
A.v的最小值为
B.v由零逐渐增大的过程中，轨道对球的弹力先减小再增大
C.当v由值逐渐增大的过程中，轨道对小球的弹力也逐渐增大
D.当v由值逐渐减小的过程中，轨道对小球的弹力也逐渐减小
10．2023年10月26日11时14分，搭载神舟十七号载人飞船的长征二号遥十七运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射。17时46分，神舟十七号载人飞船与空间站组合体完成自主快速交会对接。飞船的发射过程可简化为：飞船从预定轨道I的A点第一次变轨进入椭圆轨道II，到达椭圆轨道的远地点B时，再次变轨进入空间站的运行轨道III，与变轨空间站实现对接。假设轨道I和III都近似为圆轨道，不计飞船质量的变化，空间站轨道距地面的高度为h，地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，下列说法正确的是( )
A.飞船在椭圆轨道II经过A点的速度大于飞船在圆轨道I经过A点的速度
B.飞船在椭圆轨道II经过A点的速度一定大于
C.飞船在椭圆轨道II经过A点的加速度与飞船在圆轨道I经过A点的加速度大小相等
D.飞船沿轨道II由A点到B点的时间为
11．如图1所示一个光滑的圆锥体固定在水平桌面上，其轴线竖直，母线与轴线之间夹角为θ，一条长度为l的轻绳，一端固定在圆锥体的顶点O处，另一端拴着一个质量为m的小球（可看作质点），小球以角速度ω绕圆锥体的轴线做匀速圆周运动，细线拉力F随变化关系如图2所示。重力加速度g取，由图2可知( )
A.小球的角速度为时，小球刚离开锥面
B.母线与轴线之间夹角
C.小球质量为
D.绳长为
12．如图所示，粗䊁圆盘沿同一直径放置正方体A、C，及侧面光滑的圆柱体B，一轻绳绕过B连接A、C，初始时轻绳松弛。已知与圆盘的动摩擦因数分别为和。现使圆盘从静止开始缓慢加速转动，转动过程中始终未倾倒，重力加速度为g，下列说法中正确的是( )
A.物体与圆盘相对滑动前，A物体所受的向心力最大
B.细绳最初绷紧时，圆盘的角速度
C.圆盘上恰好有物块开始滑动时
D.物体与圆盘相对滑动前，C所受的摩擦力先减小后增大
三、实验题
13．为“探究向心力大小与角速度的关系”，某实验小组通过如图甲所示的装置进行实验。滑块套在水平杆上，可随水平杆一起绕竖直杆做匀速圆周运动，力传感器通过细绳连接滑块，可测绳上拉力大小。滑块上固定一遮光片，宽度为d，光电门可以记录遮光片通过的时间，测出滑块中心到竖直杆的距离为l。实验过程中细绳始终被拉直。
(1)滑块随杆转动做匀速圆周运动时，每经过光电门一次。力传感器和光电门就同时获得一组拉力F和遮光时间t，则滑块的角速度_____（用表示）。
(2)为探究向心力大小与角速度的关系，得到多组实验数据后，应作出F与_____(填“t"，“或“”)的关系图像。若作出图像是一条过原点的倾斜直线，表明此实验过程中向心力与_____成正比（选填“角速度”、“角速度平方”或“角速度二次方根”）。
(3)若作出图像如图乙所示，图线不过坐标原点的原因是_____。
14．用如图甲所示的装置研究平抛运动。将白纸和复写纸对齐重叠并固定在硬板上，钢球沿斜槽轨道滑下后从Q点飞出，落在水平挡板上，由于挡板靠近硬板一侧较低，钢球落在挡板上时，钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点，在如图乙所示的白纸上建立以抛出点为坐标原点、水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系。(已知当地重力加速度为g)
(1)以下是实验过程中的一些做法，其中合理的是_____。
A.安装斜槽轨道，使其末端保持水平
B.每次小球释放的初始位置可以任意选择
C.实验时应先确定x轴再确定y轴
D.为描出小球的运动轨迹，描绘的点可以用折线连接
(2)如图乙所示，根据印迹描出平抛运动的轨迹(O为抛出点)。在轨迹上取两点，与的水平间距相等且均为x，测得与的竖直间距分别是和；重复上述步骤，测得多组数据，计算发现始终满足_____，由此可初步得出结论：平抛运动的水平分运动是匀速直线运动。
(3)如图丙所示，若实验过程中遗漏记录平抛轨迹的起始点，也可按下述方法处理数据：在轨迹上取三点，和的水平间距相等且均为，测得和的竖直间距分别是和，可求得钢球平抛的初速度大小为________，点距离抛出点的高度差为______。(用已知量和测量量的字母符号表示)
四、计算题
15．“MarsOne”研究所推出了2025年让志愿者登陆火星、建立人类聚居地的计划。如果让小球从火星上一定高度自由下落，测得它在第内的位移是，已知火星的半径约为地球半径的，地球表面的重力加速度g取，求：
(1)火星表面的重力加速度的大小；
(2)火星质量和地球质量M之比；
(3)火星的第一宇宙速度和地球第一宇宙速度v之比。
16．如图所示，在水平桌面上离桌面右边缘处放着一质量为的小铁块（可看作质点），铁块与水平桌面间的动摩擦因数。现用方向水平向右、大小为的推力F作用于铁块，作用一段时间后撤去F，铁块继续运动，到达水平桌面边缘A点时飞出，恰好从竖直圆弧轨道的B端沿切线进入圆弧轨道，碰撞过程速度不变，且铁块恰好能通过圆弧轨道的最高点。已知四点在同一竖直平面内，水平桌面离B端的竖直高度，圆弧轨道半径点为圆弧轨道的最低点。(取
(1)求铁块运动到圆弧轨道最高点D点时的速度大小；
(2)若铁块以的速度经过圆弧轨道最低点C，求此时铁块对圆弧轨道的压力；
(3)求铁块运动到B点时的速度大小；
17．如图所示，水平面内某短道速滑训练场的测试区域由一段长为，左右两边界线、间宽为的直道和一段相同宽度的半圆环形弯道组成，半圆环形弯道两边界线均以O点为圆心，其内侧边界圆半径。为确保安全，运动员训练时所允许的最大滑行速率为，在直道上变速滑行时所允许的最大加速度大小为，而在弯道上允许的最大加速度大小为。现要求运动员以最大速度由入口滑入测试区域，经历直道测试区域和半圆形弯道测试区后从出口离开便完成了一次测试。
(1)若要求运动员沿着测试道路的内侧边界线滑行完成测试，求运动员在弯道区域滑行的最大速率；
(2)若要求运动员沿着测试道路的外侧边界线滑行完成测试，求运动员在直道区域运动的最短时间；
(3)若某次测试中要求运动员能精准地由C点滑入弯道区域，经圆周运动从F点滑出弯道区域，求运动员在弯道区域运动的最短时间。（结果可保留根号和π)
18．小华站在水平地面上，手握不可伸长的轻绳一端，绳的另一端系有质量为m的小球，甩动手腕，使球在竖直平面内做圆周运动。当球某次运动到最低点时，绳突然断掉，球飞行水平距离d后落地，如图所示。已知握绳的手离地面高度为d，手与球之间的绳长为，重力加速度为g。忽略手的运动半径和空气阻力。
(1)求绳断时球的速度多大?
(2)问绳能承受的最大拉力多大?
(3)改变绳长，绳能承受的最大拉力不变。使球重复上述运动，若绳仍在球运动到最低点时断掉，要使球抛出的水平距离最大，绳长应为多少？最大水平距离为多少？
参考答案
1．答案：D
解析：物体做直线运动时,加速度方向可能与速度方向相反,故A错误；平抛运动物体运动速度大小不断改变,方向不断改变,但平抛运动的合外力恒为重力,物体加速度大小方向都不变,故B错误；物体做匀速率圆周运动时,其加速度的方向一定指向圆心；物体做变速率圆周运动时,其加速度的方向一定不指向圆心,故C错误；物体做匀速率曲线运动时,则合外力不改变速度大小,只改变速度方向,则物体所受合外力必须与速度方向始终垂直,其加速度的方向总是与速度方向垂直,故D正确.故选D.
2．答案：B
解析：A.汽车通过凹形桥最低点时，具有向上的加速度（向心加速度），处于超重状态，故A错误；
B.演员表演“水流星”，当“水流星”通过最高点时，，解得在最低点，，解得，故，在最高点处水对碗底的压力小于其在最低处水对碗底的压力，故B正确；
C.在铁路的转弯处，通常要求外轨比内轨高，当火车按规定速度转弯时，由重力和支持力的合力完全提供向心力，从而减轻轮缘对外轨的挤压，故C错误；
D.洗衣机脱水桶的脱水原理是水滴受到的力小于它所需要的向心力，所以衣服上的水做离心运动，故D错误；
3．答案：D
解析：由图可知，A、B、C三齿轮半径大小的关系为
齿轮A的边缘与齿轮B的边缘接触，齿轮B与C同轴转动，故
根据
可得
故选D。
4．答案：A
解析：由图得，三颗卫星做圆周运动的轨道半径；
A项，万有引力提供向心力：，解得，则轨道半径越大，角速度越小，故卫星a的角速度小于卫星c的角速度，故A正确；
B项，万有引力提供向心力：，解得，则轨道半径越大，加速度越小，卫星a和卫星b的半径相同，故其加速度大小相同，故B错误；
C项，第一宇宙速度是卫星绕地球做圆周运动的最大环绕速度，即近地卫星的环绕速度，根据万有引力提供向心力：，解得，则轨道半径越大，线速度越小，故a的运行速度小于第一宇宙速度，故C错误；
D项，万有引力提供向心力，解得，卫星a和卫星b轨道半径相同，周期相等，所以b的周期同步卫星的周期，等于，故D错误；综上所述，故选A。
5．答案：A
解析：在地球表面
解得
在离地高度h处，根据牛顿第二定律
解得
根据
解得
则
解得此时火箭离地球表面的高度，A正确，BCD错误。故选A。
6．答案：D
解析：施力小球所施加的力为万有引力，即，根据平面镜反射定律及几何关系可知，石英丝N发生扭转的角度，根据得到，故选D。
7．答案：B
解析：A点的线速度为
A点的线速度沿AB水平杆的分速度为
滑块在斜槽中的速度分解为沿BC向上和沿AB水平向左的分速度，滑块沿AB方向的分速度与A点线速度沿AB方向的分速度相等，即
结合图可知活塞的速度等于滑块在斜槽中沿竖直向上的分速度，所以滑块在斜槽中竖直向上的分速度为
故选B。
8．答案：C
解析：小球刚要脱离圆轨道时，小球的速度大小为，此时对小球
小球脱离轨道后，小球将做斜抛运动，则小球在D点时的水平方向
，，
在竖直方向，
以上各式联立，解得
即，故选C。
9．答案：BC
解析：A.小球恰好通过最高点b时，小球在b点的速度为零，故A错误。
BCD.在b点，若，轨道对小球的作用力方向向下，根据
知，速度越大，管壁对球的弹力越大，若，轨道对小球的作用力方向向上，根据知，速度越大，管壁对球的作用力越小，故BC正确，D错误。故选BC。
10．答案：AC
解析：A.根据变轨原理，飞船在圆轨道I的A点需加速做离心运动进入椭圆轨道II，故飞船在椭圆轨道经过A点的速度大于飞船在圆轨道I经过A点的速度，故A正确；
B.第一宇宙速度为，是最大环绕速度，故飞船在椭圆轨道经过A点的速度一定小于，故B错误；
C.根据牛顿第二定律
故飞船在椭圆轨道经过A点的加速度与飞船在圆轨道I经过A点的加速度大小相等，故C正确；
D.根据万有引力与重力的关系
根据万有引力提供向心力
解得飞船在轨道的周期为
根据开普勒第三定律
轨道的半轴长小于轨道而的半径，故飞船在轨道II的周期小于轨道百的周期，飞船沿轨道II由A点到B点的时间为故D错误。故选AC。
11．答案：AD
解析：A.根据图乙可知，当小球的角速度满足
小球恰好要离开锥面，此时角速度为
可知小球的角速度为时，小球刚离开锥面，故A正确；
BCD.当小球将要离开锥面时，绳子拉力与小球重力的合力提供向心力，有
即
当小球离开锥面后，设绳子与竖直方向的夹角为α，绳子拉力与小球重力的合力提供向心力，有
即
则根据图乙，结合所得绳子拉力F与的函数关系可知，当小球离开锥面后
当小球未离开锥面时，分析小球受力情况，水平方向，根据牛顿第二定律有
竖直方向根据平衡条件有
联立可得
根据图乙，结合所得函数关系可得
，
联立解得
，，
故D正确，BC错误。
故选AD。
12．答案：AC
解析：根据题目已知条件，假设C的质量为m，那么
A.由向心力公式得
，因此物体与圆盘相对滑动前，A物体所受的向心力最大，故A正确；
B.当三个物体中开始某一个物体向心力等于静摩擦力时，绳子便开始紧绷。由受力公式得，，，所以物体B所能保持静止的角速度最小，因此绳子最初紧绷时，圆盘的角速度为，故B错误；
C.当圆盘角速度开始大于三个物体能保持静止的最大角速度时，恰好就有物体开始滑动，由B选项知该角速度为，故C正确；
D.因为物体C能保持静止的最大角速度是三者中最大的，为，所以细绳对它的力为向O点的拉力，故物体与圆盘相对滑动前，在细绳紧绷前C所受的摩擦力是增大的，然后细绳紧绷后摩擦力开始减小，故D错误。故选AC。
13．答案：(1)(2)；角速度平方(3)滑块与水平杆之间有摩擦力
解析：(1)滑块的角速度为
(2)根据
可知为探究向心力大小与角速度的关系，得到多组实验数据后，应作出F与的关系图像。
若作出图像是一条过原点的倾斜直线，表明此实验过程中向心力与角速度平方成正比。
(3)装置转速较小时，滑块与水平杆之间的摩擦力提供滑块做圆周运动的向心力。若作出图像如图乙所示，图线不过坐标原点的原因是：滑块与水平杆之间有摩擦力。
14．答案：(1)A(2)(3)(4)
解析：(1)A.为了保证小球抛出后做平抛运动，安装斜槽轨道，使其末端保持水平，A正确；
B.为了保证每次小球抛出的初速度相同，每次小球必须在同一位置静止释放，B错误；
C.应先利用重锤线确定y轴再确定x轴，C错误；
D.为描出小球的运动轨迹，应用平滑的曲线将描绘的点连接起来，D错误。故选A。
(2)在轨迹上取两点，与的水平间距相等且均为x，测得与的竖直间距分别是和；若平抛运动的水平分运动是匀速直线运动，则与所用时间相等，设为t，则有
(3)在轨迹上取三点，和的水平间距相等且均为x，测得和的竖直间距分别是和，可知和所用时间相等，设为T，竖直方向根据解得水平方向有
(4)可得钢球平抛的初速度大小为，B点的竖直分速度为则B点距离抛出点的高度差为
15．答案：(1)4m/s2(2)(3)
解析：(1)第内的位移是，则有
解得
(2)物体在星球表面受到的重力近似等于万有引力，则有
可得
则火星质量和地球质量M之比为
(3)星球第一宇宙速度等于表面轨道卫星的运行速度，则有
可得星球第一宇宙速度为
则火星的第一宇宙速度和地球第一宇宙速度v之比为
16．答案：(1)m/s(2)8.2N(3)5m/s
解析：(1)小球恰好通过D点时，重力提供向心力，由牛顿第二定律可得
可得
(2)小球在C点受到的支持力与重力的合力提供向心力，则
代入数据可得
由牛顿第三定律可知，小球对轨道的压力
(3)小球从A点到B点的过程中做平抛运动，根据平抛运动规律有
得，小球沿切线进入圆弧轨道，则
17．答案：(1)，沿轨道内侧边界线的切线方向(2)(3)
解析：(1)若要求运动员沿着测试道路的内侧边界线滑行完成测试，由牛顿第二定律
运动员在弯道区域滑行的最大速率
(2)若要求运动员沿着测试道路的外侧边界线滑行完成测试
解得
直轨道段，
运动员在直道区域运动的最短时间
(3)运动员在弯道区域运动的最短时间
18．答案：(1)(2)(3)，
解析：(1)设绳子断后球飞行时间为t，绳断时球的速度，由平抛运动规律可得
联立解得
(2)在最低点，由牛顿第二定律可得
代入数据解得
可知绳能承受的最大拉力为
(3)设绳子长度为l，绳断时球的速度为v，由于绳子承受的最大拉力不变，则有解得
绳子断后做平抛运动，则有，
解得
由数学知识可知当时，x有最大值