广东省深圳市深圳市平湖外国语学校、箐华中英文学校2023-2024学年高一下学期4月联考物理试题（原卷版+解析版）

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高一物理
2024.4
满分100分，考试时间75分钟。
注意事项：
1.答题前，先将自己的姓名、准考证号填写在试题卷和答题卡上，并将准考证号条形码粘贴在答题卡上的指定位置。
2.选择题的作答：每小题选出答案后，用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。写在试题卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其它答案标号。
3.非选择题的作答：用签字笔直接答在答题卡上对应的答题区域内。写在试题卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。
一、单选题（本题共7小题，每小题4分，共28分。在每个题的4个选项中，只有一个选项是正确的）
1. 如图所示，汽车在水平路面转弯时，车内挂饰偏离了竖直方向。转弯时汽车速度为，所受合力为，下列图示正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】根据图中可知，车内的挂饰偏向了右方，由此可知，汽车正在向左转弯，由于汽车做曲线运动，故合力F指向轨迹的内侧，故A正确，BCD错误。
故选A。
2. 如图所示是一种娱乐设施“魔盘”，画面反映是旋转魔盘转速较大时盘中人的情景。甲、乙、丙、丁四位同学看了图后发生争论，甲说：“图画错了，做圆周运动的物体受到向心力的作用，魔盘上的人应该向中心靠拢。”乙说：“图画得对，因为旋转的魔盘给人惯性离心力，所以人向盘边缘靠拢。”丙说：“图画得对，当盘对人的摩擦力不能满足人做圆周运动的向心力时，人会逐渐远离圆心。” 丁说：“图画得对，虽然盘中的人随着盘匀速转动，处于平衡状态，但是这些人看到“魔盘”中间的图案后，心生恐惧所致。”这四位同学的说法正确的是（ ）
A. 甲B. 乙C. 丙D. 丁
【答案】C
【解析】
【详解】人在水平魔盘上做匀速圆周运动时，静摩擦力提供向心力，转速增大到一定值，最大静摩擦力不足以提供向心力，人将做离心运动，所以丙的说法正确。
故选C。
3. 公路急转弯处通常是交通事故多发地带，如图所示，某公路急转弯处的圆弧设计为外高内低路面，当汽车行驶的速率为v时，汽车恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势，则汽车在该弯道处行驶时，下列说法正确的是（ ）
A. 车辆只能以速率v通过该转弯处
B. 车速只要高于v，车辆会向外侧滑动
C. 车速只要低于v，车辆会向内侧滑动
D. 当路面变湿滑时，汽车通过弯道的最佳速率仍然为v
【答案】D
【解析】
【详解】ABC．当速度为v时，汽车恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势，即摩擦力为零，靠重力和支持力的合力提供向心力；车速低于v，所需的向心力减小，此时摩擦力可以指向外侧，减小提供的力，车辆不会向内侧滑动；速度高于v时，摩擦力指向内侧，则有汽车受到的重力、急转弯处路面的支持力和摩擦力的合力提供向心力，车辆不会向外侧滑动。故ABC错误；
D．当路面湿滑时，与未湿滑时相比，由于支持力和重力不变，则汽车通过弯道的最佳速率v的值不变，故D正确。
故选D。
4. 有一种很火的益智玩具——“磁悬浮陀螺”，依靠磁场力可以让旋转的陀螺悬浮在空中，如图所示。对处于悬浮状态的陀螺，下列说法正确的是（ ）
A. 陀螺上各质点均处于平衡状态B. 陀螺处于完全失重状态
C. 距离陀螺中心越远的质点，线速度越大D. 距离陀螺中心越远的质点，向心加速度越小
【答案】C
【解析】
【详解】A．陀螺上旋转的质点受力不平衡，故A错误；
B．处于悬浮状态的陀螺，陀螺竖直方向上处于平衡状态，故B错误；
C．距离陀螺中心越远的质点，由，可知线速度越大，故C正确；
D．距离陀螺中心越远的质点，由，可知向心加速度越大，故D错误。
故选C。
5. 2019年春节期间，中国科幻电影里程碑的作品《流浪地球》热播。影片中为了让地球逃离太阳系，人们在地球上建造特大功率发动机，使地球完成一系列变轨操作，其逃离过程如图所示，地球在椭圆轨道Ⅰ上运行到远日点B变轨，进入圆形轨道Ⅱ。在圆形轨道Ⅱ上运行到B点时再次加速变轨，从而最终摆脱太阳束缚。对于该过程，下列说法正确的是（ ）
A. 沿轨道Ⅰ运动至B点时，需向前喷气减速才能进入轨道Ⅱ
B. 沿轨道Ⅰ运行的周期小于沿轨道Ⅱ运行的周期
C. 沿轨道I运行时，在A点的加速度小于在B点的加速度
D. 在轨道I上运行到B点的加速度小于在轨道2上运行到B点的加速度
【答案】B
【解析】
【详解】A．从低轨道变轨到高轨道，需要在变轨处点火加速，则沿轨道Ⅰ运动至B点时，需向后喷气加速才能进入轨道Ⅱ，故A错误；
B．根据开普勒第三定律
由于轨道Ⅰ的半长轴小于轨道Ⅱ的半径，则沿轨道Ⅰ运行的周期小于沿轨道Ⅱ运行的周期，故B正确；
C．根据牛顿第二定律可得
可得
可知沿轨道I运行时，在A点的加速度大于在B点的加速度，故C错误；
D．根据牛顿第二定律可得
可得
可知在轨道I上运行到B点的加速度等于在轨道2上运行到B点的加速度，故D错误。
故选B。
6. 如图所示，甲、乙两小船在静水中的速度相等，渡河时甲船头向河的上游偏，乙船头向河的下游偏，两小船的船头与河岸的夹角大小相等。水流速度恒定，则下列说法正确的是（ ）

A. 甲过河的位移大于乙过河的位移
B. 在渡河过程中，两小船不可能相遇
C. 无论水流速度多大，只要适当改变角，甲总能到达正对岸
D. 若河水流速增大，两小船渡河时间减小
【答案】B
【解析】
【详解】A．由于船速与水流速度的大小未知，那么船在沿水流方向的分速度不一定为零，甲渡河的合速度方向与河岸的夹角一定大于乙渡河的合速度方向与河岸的夹角，而河宽相等，所以甲过河的位移小于乙过河的位移，故错误；
B．甲、乙两船在沿河岸分速度的方向相反，两船不可能相遇，故B正确；
C．如果河水流速大于甲的船速，甲不能达到正对岸，故C错误；
D．由于两船在垂直河岸的分速度相等，而河宽一定，则渡河时间
两小船渡河时间相等，与水速度无关，故D错误。
故选B。
7. 在自由式滑雪比赛中，图甲是运动员从高跳台斜向上冲出的运动示意图，图乙是运动员在空中运动时离跳台底部所在水平面的高度随时间变化的图线，重力加速度取，不计空气阻力且运动员可视为质点，则运动员（ ）
A. 在空中相同时间内的位移相等
B. 在空中相同时间内的速度变化量相等
C. 冲出跳台速度大小为
D. 在空中运动的时间为
【答案】B
【解析】
【详解】A．谷爱凌在空中做斜抛运动，水平方向做匀速直线运动，在空中相同时间内的水平位移相等，但在空中相同时间内的竖直位移相等，所以在空中相同时间内的位移不相等，故A错误；
B．根据
可知在空中相同时间内的速度变化量相等，故B正确；
C．根据图像可知，1.4s末上升到最高点，根据
可知冲出跳台的竖直分速度大小为
则冲出跳台的速度大小满足
故C错误；
D．上升的高度为
则下降的时间为
在空中运动的时间为
故D错误。
故选B。
二、多选题（本题共3小题，每小题6分，共18分。在每个题的4个选项中，有两个或以上选项正确。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分）
8. 如图所示，下列有关生活中圆周运动实例分析，其中说法正确的是（ ）
A. 甲图中，汽车通过凹形桥的最低点时，速度不能超过
B. 乙图中，“水流星”匀速转动过程中，在最低处水对桶底的压力最小
C. 丙图中，火车转弯超过规定速度行驶时，外轨对轮缘会有挤压作用
D. 丁图中，内表面光滑的固定圆锥筒内（轴线竖直），同一小球先后在A、B所在水平面内做圆周运动，则在两位置小球向心加速度大小相等
【答案】CD
【解析】
【详解】A．甲图中，汽车通过凹形桥的最低点时，由牛顿第二定律得
汽车通过凹形桥的最低点时，速度可以超过，此时有，故A错误；
B．乙图中，“水流星”匀速转动过程中，设圆心为O，最高点为A，最低点为B，水桶所处位置为C，水桶从A运动到B的过程中，设OC与OA的夹角为，对桶中的水受力分析，沿半径方向，由牛顿第二定律得
从A点运动到B点的过程中，逐渐减小，则桶对水的支持力逐渐增大，由牛顿第三定律可得，水对桶的压力逐渐增大，所以在最低处水对桶底的压力最大，故B错误；
C．丙图中，火车按规定速度转弯时，重力和支持力的合力提供向心力，超过规定速度行驶时，重力和支持力的合力不够提供向心力，所以外轨对轮缘产生向里的挤压作用，故C正确；
D．丁图中，同一小球在光滑而固定的圆锥筒内的A、B位置先后分别做匀速圆周运动，设圆锥的顶角为，则
解得
则在A、B两位置小球向心加速度相等，故D正确。
故选CD。
9. 为备战2023年篮球比赛，老师带领班上孩子们进行罚球练习，老师在两次罚球投篮时将篮球从同一位置斜向上抛出，均垂直撞在竖直篮板上，第1、2次抛出的运动轨迹如图所示。不计空气阻力，关于两次投篮说法正确的是（ ）
A. 第1次抛出撞在篮板上速度更大
B. 从抛出到撞板，两次运动时间相等
C. 第2次抛出时速度的竖直分量更大
D. 两次投出球时的速度相等
【答案】AC
【解析】
【详解】AB．将两次斜抛过程的逆过程看做是平抛运动，则根据
可知
水平方向根据
水平位移相等，则
即第1次抛出撞在篮板上的速度更大，选项A正确，B错误；
C．抛出时的竖直分速度
可知第2次抛出时速度的竖直分量更大，选项C正确；
D．根据
可知，第一次抛出时水平速度较大，但是竖直速度较小，第二次抛出时水平速度较小，但是竖直速度较大，可知两次投出球时的不一定速度相等，选项D错误。
故选AC。
10. 2023年春节贺岁片《流浪地球2》中提出太空电梯，太空电梯验证着中国科幻“上九天揽月”的宏大设想。其构造如乙图所示，假设有一长度为r的太空电梯连接地球赤道上的固定基地与同步空间站a，相对地球静止，卫星b与同步空间站a的运行方向相同，此时二者距离最近，经过时间t之后，a、b第一次相距最远。已知地球半径R，自转周期T，下列说法正确的是（ ）
A. 太空电梯各点均处于完全失重状态
B. b卫星的周期为
C. 太空电梯停在距地球表面高度为2R的站点，该站点处的重力加速度
D. 太空电梯上各点线速度与该点离地球球心距离成正比
【答案】BD
【解析】
【详解】A．太空电梯各点随地球一起做匀速圆周运动，只有位置达到同步卫星的高度的点才处于完全失重状态。故A错误；
B．同步卫星的周期为
当两卫星a、b第一次相距最远时满足
解得
故B正确；
C．太空电梯长度即为同步卫星离地面的高度，根据万有引力提供向心力
太空电梯停在距地球表面高度为2R的站点，太空电梯上货物质量为m，在距地面高2R站点受到的万有引力为F，则
货物绕地球做匀速圆周运动，设太空电梯对货物的支持力为，则
在货梯内有
又
解得
故C错误；
D．太空电梯相对地球静止，各点角速度相等，各点线速度
与该点离地球球心距离成正比。故D正确。
故选BD。
三、非选择题（本题共5小题，共54分，考生根据要求作答）
11. 图甲为研究小球做平抛运动的规律的实验装置，图乙中的A、B、C为用频闪照相的方法在坐标纸上得到的小球运动过程中的三个位置。实验小组未记下小球平抛的抛出点，只记录下了y轴。实验小组测得A、B、C各点到y轴的距离分别为、、，A、B两点和B、C两点的竖直距离、取重力加速度大小，忽略空气阻力，回答下列问题。
（1）实验中，下列会导致实验误差的因素是______。
a．安装斜槽轨道，其末端没有保持水平
b．小球与斜槽轨道之间有摩擦
c．计算初速度时选取的点离抛出点较远
d．频闪照相机闪光频率偏大
（2）该小球做平抛运动的初速度______（结果保留两位有效数字）
（3）如图乙所示，在以y轴竖直向下为正方向，以抛出点O为坐标原点，建立的平面直角坐标系中，y与x的函数关系式为______（用g、x、y和表示）
【答案】11. a 12. 1.0
13.
【解析】
【小问1详解】
a．安装斜槽轨道，其末端没有保持水平，使小球不做平抛运动，会有误差，a正确；
b．只要保证小球每次从同一位置静止释放，小球与斜槽轨道之间有摩擦对实验无影响，b错误；
c．计算初速度时选取的点离抛出点远近对实验无影响，c错误；
d．频闪照相机闪光频率大小对实验无影响，d错误。
故选a。
【小问2详解】
设相邻两个点的时间间隔为，竖直方向有
解得
水平方向有
解得
【小问3详解】
竖直方向有
水平方向有
联立解得
12. 在探究向心力大小F与小球质量m、角速度和半径r之间关系实验中：
（1）小明同学用如图甲所示装置，转动手柄，使变速塔轮、长槽和短槽随之匀速转动。皮带分别套在塔轮的圆盘上，可使两个槽内的小球分别以不同角速度做匀速圆周运动。小球做圆周运动的向心力由横臂的挡板提供，同时，小球对挡板的弹力使弹簧测力筒下降，从而露出测力筒内的标尺，标尺上露出的红白相间的等分格数之比即为两个小球所受向心力的比值。已知小球在挡板A、B、C处做圆周运动的轨道半径之比为1:2:1，在探究向心力的大小与圆周运动半径的关系时，应选择两个质量______（选填“相同”或“不同”）的小球，分别放在挡板B与挡板C处，同时选择半径______（选填“相同”或“不同”）的两个塔轮进行实验。
（2）小王同学用如图乙所示的装置进行实验。滑块套在水平杆上，随水平杆一起绕竖直杆做匀速圆周运动，力传感器通过一细绳连接滑块，用来测量向心力F的大小。滑块上固定一遮光片，宽度为d，光电门记录遮光片通过的时间，滑块的旋转半径为r，滑块随杆一起做匀速圆周运动。
①某次旋转过程中，遮光片经过光电门时遮光时间为，则角速度______。（用相关物理量符号表示）
②以为纵坐标，以为横坐标，在坐标纸中描出数据点作出一条倾斜的直线，若图像的斜率为k，则滑块的质量为______（用k、r、d表示）。
【答案】（1） ①. 相同 ②. 相同
（2） ①. ②.
【解析】
【小问1详解】
[1][2]探究向心力的大小与圆周运动半径的关系时，由可知，应保证质量和角速度相同，而皮带连接的轮塔的线速度相同，要保证角速度相同应选择半径相同的轮塔，以此进行探究；
【小问2详解】
[1]遮光片经过光电门时的遮光时间为，则可计算线速度为
则角速度为
[2]由可得
可得
解得
四、解答题
13. 天问一号是执行中国首次火星探测任务的探测器，该名称源于屈原长诗《天问》，寓意探求科学真理征途漫漫，追求科技创新永无止境。当“天问”号悬停在空中时，提供的动力为F，已知“天问”号的质量为m，火星的半径为R，万有引力常量为G，忽略火星自转的影响，求：
（1）火星表面的重力加速度以及火星的质量；
（2）火星的第一宇宙速度。
【答案】（1），；（2）
【解析】
【详解】（1）悬停时，根据受力平衡可得
可得火星表面的重力加速度为
在火星表面处有
联立解得火星的质量为
（2）火星的第一宇宙速度等于卫星在火星表面轨道做匀速圆周运动的线速度，则有
联立解得火星第一宇宙速度为
14. 离心试验器的原理图如图所示，可以测试人的抗荷能力。被测者坐在椅子上随平台做匀速圆周运动，已知人的质量为m，图中的直线AB的长度为L，与竖直方向成30°角，AC的长度为r，求：
（1）人需要的向心力大小；
（2）人对椅子的压力；
（3）平台做匀速圆周运动周期T。
【答案】（1）；（2），方向垂直于座椅面向下；（3）
【解析】
【详解】（1）以人为研究对象，因为人做匀速圆周运动，所以人所受重力和支持力的合力提供向心力，如图所示
则人需要的向心力大小
（2）人受到的支持力
则人对座椅的压力大小为
方向垂直于座椅面向下。
（3）根据牛顿第二定律有
根据几何关系有
解得
15. 抛石机是古代远程攻击的一种重型武器，某同学制作了一个简易模型，如图所示。支架固定在地面上，O为转轴，长为L的轻质硬杆A端的凹槽内放置一质量为m的石块，B端固定质量为20m的重物，，。为增大射程，在重物B上施加一向下的瞬时作用力后，硬杆绕O点在竖直平面内转动。硬杆转动到竖直位置时，石块立即被水平抛出，此时重物的速度为，石块直接击中前方倾角为的斜坡，且击中斜坡时的速度方向与斜坡成角。重力加速度为g，忽略空气阻力影响，求：
（1）石块抛出时的速度大小；
（2）石块击中斜坡时的速度大小及石块抛出后在空中运动的水平距离；
（3）石块抛出前的瞬间，重物和石块分别受到硬杆（包括凹槽）的作用力的大小和方向。

【答案】（1）；（2），81L；（3）220mg，方向竖直向上，89mg，方向竖直向下
【解析】
【详解】（1）已知重物转至最低点的速度为
设石块转至最高点的速度大小为，根据同轴转动角速度相同，由公式，有
又
联立解得，石块抛出时的速度大小为
（2）设石块击中斜坡时的速度为，将分解如下图所示

根据几何知识可得
解得
根据几何知识可得
根据运动学公式得
，
联立解得
（3）设重物转至最低点时受到杆的作用力为，石块转至最高点时受到杆的作用力为，以竖直向上为力的正方向，对重物和石块分别进行受力分析如图所示

根据牛顿第二定律可得
其中
，
联立解得
，
则石块抛出前的瞬间，重物受到硬杆的作用力大小为220mg，方向竖直向上，石块受到硬杆的作用力大小为89mg，方向竖直向下。