山东省临沂市莒南县2023-2024学年高一下学期期中考试物理试卷(解析版)

这是一份山东省临沂市莒南县2023-2024学年高一下学期期中考试物理试卷(解析版)，共21页。试卷主要包含了本试卷分第Ⅰ卷和第Ⅱ卷等内容，欢迎下载使用。
说明：
1.本试卷分第Ⅰ卷和第Ⅱ卷。满分100分。答题时间90分钟。
2.请将第Ⅰ卷题目的答案选出后用2B铅笔涂在答题纸对应题目的代号上；第Ⅱ卷用黑色签字笔将正确答案写在答题纸对应的位置上，答在试卷上作废。
一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24分。每小题只有一个选项符合题目要求。
1. 下列说法不符合物理学史的是（ ）
A. 牛顿提出了万有引力定律，并于1687年发表在其传世之作《自然哲学的数学原理》中
B. 英国物理学家卡文迪许在实验室里通过几个铅球之间万有引力的测量，得出了引力常量G的数值
C. 开普勒第三定律中的常量k与中心天体无关
D. 开普勒行星运动定律是开普勒在第谷留下的观测记录的基础上整理和研究出来的
【答案】C
【解析】A．1687年牛顿在他的传世之作《自然哲学的数学原理》中，发表了科学史上最伟大的定律之一---万有引力定律，故A正确；
B．英国物理学家卡文迪许在实验室里通过几个铅球之间万有引力的测量，得出了引力常量G的数值，因此被称为能称量地球质量的人，故B正确；
C．开普勒第三定律中的常量k只与中心天体质量有关，故C错误；
D．开普勒根据第谷对行星运动观察记录的数据，应用严密的数学运算和椭圆轨道假说，得出行星运动规律，D正确。
故选C。
2. 在足球场上罚任意球时，某运动员踢出的足球绕过人墙，转弯进入球门，轨迹如图所示，关于足球在这一过程中的受力方向和速度方向下列说法中正确的是（ ）

A. 合外力方向与速度方向沿着图中虚线
B. 合外力方向沿轨迹切线方向，速度方向指向轨迹内侧足球
C. 合外力方向指向轨迹内侧，速度方向沿轨迹切线方向
D. 合外力方向指向轨迹外侧，速度方向沿轨迹切线方向
【答案】C
【解析】做曲线运动的物体，其运动的轨迹夹在速度方向与所受合外力方向之间，且合外力指向轨迹的凹侧面（内侧），速度方向任意时刻都沿着轨迹的切线方向。
故选C。
3. 下列有关生活中圆周运动实例分析中说法正确的是（ ）
A. 甲图中，汽车通过拱桥最高点时，速度不能超过
B. 乙图中，杂技演员表演“水流星”，在通过最高处时，水与桶之间可以没有作用力
C. 丙图中，当火车转弯超过规定速度行驶时，内轨对内轮缘会有挤压作用
D. 丁图中，洗衣机脱水原理是水滴受到的离心力大于它受到的向心力，水沿切线方向甩出
【答案】B
【解析】A．汽车通过拱桥最高点时，汽车受重力和支持力，则
当F=0时，汽车速度最大
此时汽车是“飞车”状态，所以汽车通过拱桥最高点时，速度不能超过，故A错误；
B．当“水流星”通过最高点时，临界状态为速度是，水的向心力恰好等于水的重力，所以水对桶底的作用力可能为零，故B正确；
C．当火车转弯超过规定速度行驶时，外轨对外轮缘有挤压作用，故C错误；
D．洗衣机脱水原理是水滴所受的支持力不足以提供向心力，故沿切线方向甩出，故D错误。
4. 如图所示，某人用绳通过定滑轮拉动小船使小船水平向左运动，人拉动绳子的速度不变，随着小船越来越来越靠近河岸，小船的速度（ ）
A. 逐渐减小B. 逐渐增大
C. 先减小后增大D. 先增大后减小
【答案】B
【解析】依题意，将船的速度分解在沿绳方向与垂直绳的方向上，有
人拉动绳子的速度不变，随着小船越来越来越靠近河岸，绳与水平方向的夹角逐渐增大，逐渐减小，则船的速度逐渐增大。
故选B。
5. 在地月系统中，若忽略其它天体的影响，可将地球和月球看成双星系统，即地球和月球在彼此引力作用下做匀速圆周运动。科学探测表明，月球上蕴藏着极其丰富的矿物质，设想人类开发月球，月球上的矿藏被不断地搬运到地球上，假设经过长时间开采后，地球和月球仍可以看作均匀球体，地球和月球之间的距离保持不变，则（ ）
A. 地球与月球之间的引力增大B. 地球与月球之间的引力减小
C. 月球运动的周期增大D. 月球运动的周期减小
【答案】B
【解析】AB．设月球质量为m，地球质量为M，月球与地球之间的距离为r，根据万有引力定律可得地月间的万有引力
由于不断把月球上的矿藏搬运到地球上，所以m减小，M增大。由数学知识可知m与M的和不变时，当m与M相接近时，它们之间的万有引力较大，当它们的质量之差逐渐增大时，m与M的乘积将减小，它们之间的万有引力值将减小，故A错误，B正确；
CD．设地球质量为 M，月球质量为 m，地球做圆周运动的半径为 r1，月球做圆周运动的半径为 r2，则地月间距离
对于地球有
对于月球有
可得双星系统的周期
由于地月总质量不变，地月间距不变，所以地球、月球运动的周期不变，故C、D错误。
故选B。
6. 有一条两岸平直、河水均匀流动、流速恒为v的大河．小明驾着小船渡河，去程时船头指向始终与河岸垂直，回程时行驶路线与河岸垂直．去程与回程所用时间的比值为k，船在静水中的速度大小相同，则小船在静水中的速度大小为（ ）
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】设河宽为d，小船相对静水的速度为，去程时过河的时间为
回程时间
由题意知
解得
故选B
7. 汽车静止时，车内的人从矩形车窗ABCD看到窗外匀速下落的雨滴的运动方向如图图线①所示．在汽车从静止开始匀加速启动阶段的t1、t2两个时刻，看到雨滴的运动方向分别如图线②③所示．E是AB的中点．则( )
A. t2＝2t1B. t2＝t1
C. t2＝t1D. t2＝t1
【答案】A
【解析】汽车静止时，车内的人从矩形车窗ABCD看到窗外雨滴的运动方向如图线①所示：
说明雨滴相对于地面做的是竖直向下的直线运动，设雨滴的速度为v0，汽车匀加速运动后，在t1时刻，看到的雨滴的运动方向如图线②，设这时汽车的速度为v1，这时雨滴水平方向相对于汽车的速度大小为v1，方向向左，在t2时刻，设汽车的速度为v2，则雨滴的运动方向如图线③，雨滴水平方向相对于汽车速度大小为v2，方向水平向左，根据几何关系，，，得v2＝2v1，汽车做匀加速运动，则由v＝at可知，t2＝2t1，故A正确，BCD错误．
8. 如图所示，Ⅰ为北斗卫星导航系统中的静止轨道卫星，其对地张角为；Ⅱ为地球的近地卫星。已知地球的自转周期为，万有引力常量为G，根据题中条件，可求出（ ）
A. 地球的平均密度为
B. 卫星Ⅰ和卫星Ⅱ的加速度之比为
C. 卫星Ⅱ的周期为
D. 卫星Ⅱ运动的周期内无法直接接收到卫星发出电磁波信号的时间为
【答案】A
【解析】AC．设地球质量为M，卫星Ⅰ、Ⅱ的轨道半径分别为r和R，卫星Ⅰ为同步卫星，周期为，近地卫星Ⅱ的周期为T。根据开普勒第三定律
由题图得
可得卫星Ⅱ的周期为
故C错误；
对于卫星Ⅱ
对于地球
联立以上各式，可得地球的平均密度为
故A正确；
B．对于不同轨道卫星，根据牛顿第二定律得
所以卫星Ⅰ和卫星Ⅱ加速度之比为
故B错误；
D．当卫星Ⅱ运行到与卫星Ⅰ的连线隔着地球的区域内，其对应圆心角为时，卫星Ⅱ无法直接接收到卫星Ⅰ发出电磁波信号，设这段时间为t。若两卫星同向运行，则有
，
解得
若两卫星相向运行，则有
，
解得
故D错误。
故选A。
二、多项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16分。每小题有多个选项符合题目要求。全部选对得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。
9. 水车是我国劳动人民利用水能的一项重要发明。下图为某水车模型，从槽口水平流出的水初速度大小为，垂直落在与水平面成角的水轮叶面上，落点到轮轴间的距离为R。在水流不断冲击下，轮叶受冲击点的线速度大小接近冲击前瞬间水流速度大小，忽略空气阻力，有关水车及从槽口流出的水，以下说法正确的是（ ）
A. 水流在空中运动时间为B. 水流在空中运动时间为
C. 水车最大角速度接近D. 水车最大角速度接近
【答案】BC
【解析】AB．水流垂直落在与水平面成30°角的水轮叶面上，水平方向速度和竖直方向速度满足
解得
故A错误，B正确；
CD．水流到水轮叶面上时的速度大小为
根据
解得
可知水车最大角速度接近，故C正确，D错误
故选BC。
10. 如图甲所示，轻杆一端固定在O点，另一端固定一小球，现让小球在竖直平面内做半径为R的圆周运动。小球运动到最高点时，杆与小球间弹力大小为N，小球在最高点的速度大小为v，其N-v2图像如图乙所示。则（ ）
A. 小球的质量为B. 当地的重力加速度大小为
C. v2=c时，杆对小球弹力方向向上D. v2=2b时，杆对小球弹力大小为mg
【答案】AD
【解析】AB．在最高点，若v=0，则
F=mg=a
若F=0，则
解得
故A正确，B错误；
C．由图可知：当v2b时，杆对小球弹力方向向下，所以当v2=c时，杆对小球弹力方向向下，故C错误；
D．若时，根据牛顿第二定律
联立以上可得
F=mg
所以杆对小球弹力大小为mg，故D正确。
故选AD。
11. 如图所示，一块橡皮用细线悬挂于O点，用钉子靠着线的左侧，沿与水平方向成角的斜面向右以速度v匀速运动，运动中始终保持悬线竖直，下列说法正确的是（ ）
A. 橡皮的竖直分速度大小为
B. 橡皮的水平分速度大小一定小于竖直分速度大小
C. 橡皮的速度与水平方向成角
D. 设橡皮的速度与水平方向夹角为，则
【答案】AB
【解析】A．橡皮参与了平行于斜面方向的匀速直线运动和竖直方向上的匀速直线运动，两个分速度大小相等均为v，其中平行于斜面方向的匀速直线运动的竖直分速度为，则橡皮的竖直分速度大小为
故A正确；
B．只有平行于斜面方向的匀速直线运动有水平方向的分速度，则橡皮的水平分速度大小为
故
故B正确；
CD．设橡皮的速度与水平方向夹角为，根据平行四边形定则知
故不一定等于，故CD错误。
故选AB。
12. 2022年11月30日，神舟十五号载人飞船与“天和核心舱”完成对接，航天员费俊龙、邓清明、张陆进入“天和核心舱”，对接过程的示意图如图所示，“天和核心舱”处于半径为的圆轨道III；神舟十五号飞船处于半径为的圆轨道I，运行周期为，通过变轨操作后，沿椭圆轨道II运动到B处与“天和核心舱”对接。则神舟十五号飞船（ ）
A. 由轨道I进入轨道II需A点加速
B. 沿轨道Ⅱ运行的周期为
C. 在轨道I上A点的加速度大于在轨道II上A点的加速度
D. 在轨道III上B点的线速度小于在轨道II上B点的线速度
【答案】AB
【解析】AD．神舟十五号飞船在A点由轨道I进入轨道II时，做离心运动，需要使万有引力不足以继续提供其在原轨道上运行的向心力，所以需要加速；同理可知神舟十五号飞船在B点由轨道II进入轨道III时也需要加速，所以神舟十五号飞船在轨道III上B点的线速度大于在轨道II上B点的线速度，故A正确，D错误；
B．根据开普勒第三定律可得
解得
故B正确；
C．根据可知舟十五号飞船在轨道I上A点的加速度与在轨道II上A点的加速度相同，故C错误。
故选AB。
三、实验题（本题共2题，每空2分，共12分。）
13. 三个同学恨据不同的实验装置，进行了“探究平抛运动的特点”的实验：
（1）甲同学采用如图甲所示的装置。两个相同的弧形轨道M、N，分别用于发射小铁球P、Q。其中轨道N的末端与光滑的水平板相切，两轨道上端分别装有电磁铁C、D；调节电磁铁C、D的高度使AC=BD，从而保证小铁球P、Q在轨道末端射出的水平初速度相等。现将小铁球P、Q分吸在电磁铁C、D上，然后切断电源，使两小球同时以相同的初速度分别从轨道M、N的末端射出。实验可观察到的现象是_______。仅仅改变弧形轨道M的高度，重复上述实验，仍能观察到相同的现象、这说明平抛运动的物体在水平方向上做匀速直线运动。
（2）乙同学采用频闪摄影的方法拍摄到如图乙所示的小球做平抛运动的照片，小球在平抛运动中的几个位置如图中的a、b、c、d所示，图中每个小方格的边长为L=1.6cm，则该小球经过b点时的速度大小=_______m/s；（结果保留三位有效数字）
（3）丙同学采用图丙所示的装置。斜槽末端的正下方为O点。用一块平木板附上复写纸和白纸，竖直立于正对槽口前的处。使小球从斜槽上某一位置由静止滚下，小球撞在木板上留下痕迹A。将木板向后平移至处，再使小球从斜槽上同一位置由静止滚下，小球撞在木板上留下痕迹B。、间的距离为，、间的距离为。AB间的高度差为y。则小球抛出时的初速度为________。
A. B. C. D.
【答案】（1） P球落到板上时跟Q球刚好相碰 （2） （3） A
【解析】（1）将两小球从相同的高度滚下，从轨道出射时的速度相同，P球做平抛运动，在水平方向为匀速运动，Q球在光滑版上匀速运动，所以可以观察到P球落到板上时跟Q球刚好相碰。
（2）设频闪的时间间隔为，根据相邻的相等的时间内位移差一样，在竖直方向上有
得
则水平速度为
根据匀变速运动规律有，到达b点时的竖直方向速度为ac段竖直方向的平均速度，即
所以得b点时速度为
（3）设小球打到A点上时间为，下降高度为，打到B点上时间为，下降高度为，则有
，
得
，
又有
代入，得
故选A。
14. 向心力演示器如图所示。
（1）本实验采用的实验方法是__________。
A．控制变量法 B．等效法 C．模拟法
（2）若将传动皮带套在两塔轮半径相同的圆盘上，质量相同的两钢球分别放在不同位置的挡板处，转动手柄，可探究小球做圆周运动所需向心力F的大小与__________（选填“”、“”或“”）的关系。
（3）若将皮带套在两轮塔最下面圆盘上（两圆盘半径之比为），质量相同的两钢球放在图示位置的挡板处，转动手柄，稳定后，观察到左侧标尺露出1格，右侧标尺露出9格，则可以得出的实验结论为：__________。
【答案】（1）A （2）r （3）质量和半径一定的条件下，物体做圆周运动需要的向心力与角速度的平方成正比
【解析】（1）本实验采用的实验方法是控制变量法，A正确。
故选A。
（2）若将传动皮带套在两塔轮半径相同的圆盘上，则角速度ω相同，质量m相同的两钢球分别放在不同位置的挡板处，则转动半径r不同，转动手柄，可探究小球做圆周运动所需向心力F的大小与半径r的关系。
（3）若将皮带套在两轮塔最下面圆盘上（两圆盘半径之比为），则角速度之比为；质量相同的两钢球放在图示位置的挡板处，转动半径相同；转动手柄，稳定后，观察到左侧标尺露出1格，右侧标尺露出9格，则向心力之比为；可以得出的实验结论为质量和半径一定的条件下，物体做圆周运动需要的向心力与角速度的平方成正比。
四、解答题（本大题共4题，共48分。）
15. 如图甲所示，质量m＝2.0 kg的物体在水平外力的作用下在水平面上运动，已知物体沿x方向和y方向的x－t图象和vy－t图象如图乙、丙所示，t＝0时刻，物体位于原点O，.g取10 m/s2.根据以上条件，求：
(1)t＝10 s时刻物体的位置坐标；
(2)t＝10 s时刻物体的速度大小．
【答案】（1）（30m,20m）（2）5.0m/s
【解析】 (1)由图可知坐标与时间的关系为：
在x轴方向上：x＝3.0t m，在y轴方向上：y＝0.2t2 m
代入数据可得：t＝10 s，
可得位移为：x＝3.0×10m＝30 m，y＝0.2×102m＝20m
即t＝10 s时刻物体的位置坐标为(30 m，20 m)．
(2)在x轴方向上：v0＝3.0 m/s
当t＝10s时，vy＝at＝0.4×10m/s＝4.0m/s
则速度为：
16. 如图所示，在某次火箭发射阶段，火箭载着一个探测器竖直向上加速直线运动，已知地球半径为，万有引力常量为，地球表面的重力加速度为，则：
（1）上升到某一高度时，加速度为，测试仪器对平台的压力刚好是起飞前压力的，求此时火箭离地面的高度；
（2）探测器与箭体分离后，进入某星球表面附近的预定圆轨道，进行一系列科学实验和测量，已知飞船在预定圆轨道的周期为，试问：该星球的平均密度为多少？
【答案】（1）；（2）
【解析】（1）起飞前
在高处时根据牛顿第二定律得
由于
联立得到
在地面时
在空中
联立得到
（2）设星球半径为，质量为，密度为，则
而
则联立可以得到
17. 如图甲所示为一种叫“魔力陀螺”的玩具，其结构可简化为图乙所示。质量为M、半径为R的铁质圆轨道用支架固定在竖直平面内，陀螺在轨道内、外两侧均可以旋转。陀螺的磁芯质量为m，其余部分质量不计。陀螺磁芯对轨道的吸引力始终沿轨道的半径方向，大小恒为6mg。不计摩擦和空气阻力，重力加速度为g。
（1）若陀螺在轨道内侧运动到最高点时的速度为，求此时轨道对陀螺的弹力大小。
（2）要使陀螺在轨道外侧运动到最低点时不脱离轨道，求陀螺通过最低点时的最大速度。
（3）若陀螺在轨道外侧运动到与轨道圆心等高处时速度为，求固定支架对轨道的作用力大小。
【答案】（1）10mg；（2）；（3）
【解析】（1）当陀螺在轨道内侧最高点时，设轨道对小球的吸引力为，轨道对陀螺的支持力为，小球所受的重力为mg，最高点的速度为，受力分析可知：
可得
（2）设陀螺在轨道外侧运动到最低点时，轨道对小球的吸引力为，轨道对陀螺的支持力为，小球所受的重力为mg，最高点的速度为，受力分析可知：
由题意可知，当时，陀螺通过最低点时的速度为最大值，可知
（3）设陀螺在轨道外侧运动到与轨道圆心等高处时，轨道对小球的吸引力为，轨道对陀螺的支持力为，小球所受的重力为mg。则：
可得
固定支架对轨道的作用力为
可得
18. “抛石机”是古代战争中常用的一种设备，其装置简化原理如图所示。“抛石机”长臂的长度，短臂的长度。在某次攻城战中，敌人城墙高度H=12m，士兵们为了能将石块投入敌人城中，在城外堆出了高的小土丘，在小土丘上使用“抛石机”对敌人进行攻击。士兵将质量m=4.8kg的石块装在长臂末端的弹框中，开始时长臂处于静止状态，其与水平底面夹角。现对短臂施力，当长臂转到竖直位置时立即停止转动，石块被水平抛出且恰好击中城墙正面与小土丘等高的P点，P点与抛出位置间的水平距离。不计空气阻力，重力加速度。
（1）求石块刚被抛出时短臂末端的速度大小v。
（2）求石块转到最高点时对弹框竖直方向作用力的大小。
（3）若城墙上端的水平宽度，则石块抛出时速度多大才可以击中敌人城墙顶部？
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】（1）石块抛出后做平抛运动，有
则石块抛出时的速度
长臂和短臂的角速度相同，有
代入数据解得
（2）石块转到最高点时，弹框对石块竖直方向的作用力和石块的重力的合力提供石块做圆周运动的向心力，根据牛顿第二定律得
解得
根据牛顿第三定律知，石块转到最高点时对弹框竖直方向作用力的大小为。
（3）石块击中城墙顶部时，根据公式，有
代入数据解得
石块击中城墙顶部的水平位移
抛出时初速度
代入数据解得