河南省郑州市中牟县第一高级中学南校区2022_2023学年高一下学期第二次月考物理试卷
展开中牟一高南校区第二次月考.物理
出题人:樊世昌 时间: 90分钟 满分:100分
一、选择题(1-8为单选,9-12为多选,每题4分,共48分。多项选择全对得4分,选对但不全得2分,错选得0分。)
1.在科学的发展历程中,许多科学家做出了杰出的贡献。下列符合物理学史实的是( )
A.开普勒以行星运动定律为基础总结出万有引力定律
B.伽利略在前人的基础上通过观察总结得到行星运动三定律
C.牛顿提出了万有引力定律,并通过实验测出了万有引力常量
D.哥白尼提出了“日心说”
2.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大
C.丙图中,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,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,则在A、B两位置小球向心加速度不相等
3.体育课上,身材、体重完全相同的甲、乙两位同学比赛跳高,甲同学采用跨越式,乙同学采用背越式,如图所示。两同学的成绩相同,若不计空气阻力,下列说法正确的是( )
A.甲同学跳高过程中克服重力做的功较多
B.离地这一瞬间,地面对甲同学做功较多
C.乙同学腾空过程经历的时间比甲的长
D.乙同学上升过程重力的平均功率比甲的大
4.汽车转弯时要控制车速避免侧滑。如图所示是汽车出厂前需要进行的一项轮胎抓地侧滑实验,实验时将汽车放在水平圆盘上边缘附近位置,然后使汽车与圆盘一起绕中心轴转动,缓慢调节转速直到汽车刚要滑动,记下此时圆盘的转速。已知汽车的质量为,汽车到圆盘中心的距离为,重力加速度为,最大静摩擦力视为滑动摩擦力。在这过程中,下列说法正确的是( )
A.若汽车和圆盘起匀速转动,汽车受到重力、支持力、摩擦力和向心力
B.若汽车和圆盘一起加速转动,汽车受到的摩擦力的方向指向圆心
C.若汽车和圆盘一起匀速转动,汽车受到的合外力保持不变
D.汽车与圆盘间的动摩擦因数为
5.英国著名科幻作家Arthur C。Clarke在小说《天堂之泉》中,首先向主流科学社会和公众介绍了“太空天梯”的设想。“太空天梯”的主体结构为一根缆绳:一端连接地球赤道,另一端连接地球同步卫星,且缆绳延长线通过地心。当两货物分别停在天梯的a、b两个位置时,以地心为参考系,下面说法正确的是( )
A.b处的线速度小于a处的线速度
B.b处的向心加速度小于a处的向心加速度
C.若有一个轨道高度与a相同的人造卫星绕地球做匀速圆周运动,则其环绕地球的周期大于位于a处货物的周期
D.若有一个轨道高度与b相同的人造卫星绕地球做匀速圆周运动,则其环绕地球的角速度大于位于b处货物的角速度
6.2023年2月10日,远在火星执行全球遥感科学探测任务的“天问一号”火星环绕器,已经在火星“上岗”满两年,不久的将来人类登上火星将成为现实。若a为火星表面赤道上的物体,b为轨道在火星赤道平面内的气象卫星,c为在赤道上空的火星同步卫星,卫星c和卫星b的轨道半径之比为4:1,且两卫星的绕行方向相同,下列说法正确的是( )
A.a、b、c的线速度大小关系为va < vb < vc
B.a、b、c的角速度大小关系为ωa < ωb < ωc
C.在卫星b中一天内可看到8次日出
D.a、b、c的向心加速度大小关系为aa < ab < ac
7.质量为的小球固定在长为的细杆端,绕细杆的另一端点在竖直面内做圆周运动,如图所示,当小球转到最高点时,线速度大小为,此时细杆对小球的作用力为,重力加速度为。则关于的大小、方向的说法正确的是( )
A.随的增大而增大
B.随的增大而减小
C.当时,,方向向下
D.当时,,方向向下
8.如图甲所示,把硬币从募捐箱上的投币口放入,硬币在类似于漏斗形的部位(如图丙所示,O点为漏斗形口的圆心)滑动多圈之后从中间的小孔掉人募捐箱。如果硬币在不同位置的运动都可以看成匀速圆周运动,不计一切阻力,硬币从a点所在水平面逐渐滑落至b点所在水平面过程中,下列说法正确的是
A.受到的支持力减小 B.向心加速度减小
C.运动的周期不变 D.角速度增大
9.经长期观测人们在宇宙中已经发现了“双星系统”。 “双星系统”由两颗相距较近的恒星组成,每个恒星的半径远小于两个星体之间的距离,而且双星系统一般远离其他天体。现有两颗星球组成的双星,在相互之间的万有引力作用下,绕连线上的O点做匀速圆周运动。现测得两颗星之间的距离为L,质量之比为,则可知( )
A.、做圆周运动的向心力之比为
B.、做圆周运动的线速度之比为
C.星的运动满足方程
D.双星的总质量一定,双星之间的距离越大,其转动周期越大
10.如图所示,在水平转台上放置有质量之比为的滑块P和Q(均视为质点),它们与转台之间的动摩擦因数之比,P到转轴的距离为,Q到转轴的距离为rQ,且,转台绕转轴匀速转动,转动过程中,两滑块始终相对转台静止。认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度大小为g,下列说法正确的是( )
A.P、Q所受的摩擦力大小相等
B.P、Q的线速度大小相等
C.若转台转动的角速度缓慢增大,则Q一定比P先开始滑动
D.若转台转动的角速度缓慢增大,则在任一滑块滑动前,P能达到的最大向心加速度为
11.有一质量为103kg的汽车,发动机额定功率为4×104W,在平直路面上行驶时所受阻力恒为车重的0.3倍,汽车以1m/s2的恒定加速度启动,重力加速度g取10m/s2。车辆启动过程中,下列说法正确的是( )
A.发动机最大牵引力为4×103N
B.做匀加速运动持续的时间为10s
C.5s末汽车的速度为10m/s
D.5s末发动机的实际功率为2×105W
12.如图所示,竖直杆在A、两点通过光滑铰链连接两等长轻杆和,和与竖直方向的夹角均为,轻杆长均为,在处固定一质量为的小球,重力加速度为,在装置绕竖直杆转动的角速度从0开始逐渐增大过程中,下列说法正确的是( )
A.当时,杆和杆对球的作用力都表现为拉力
B.杆对球的作用力提供小球圆周运动的向心力
C.一定时间后,杆与杆上的力的大小之差恒定
D.某时刻杆对球的作用力可能为0
二、实验题(每题6分,共12分。13题每空1分,共6分,14题每空2分,共6分。)
13.在“探究向心力大小的表达式”实验中,所用向心力演示仪如图1、2所示。图3是部分原理示意图:其中皮带轮①、④的半径相同,轮②的半径是轮①的2倍,轮④的半径是轮⑤的2倍,两转臂上黑白格的长度相等。A、B、C为三根固定在转臂上的短臂,可与转臂上做圆周运动的实验球产生挤压,从而提供向心力,图2中的标尺1和2可以显示出两球所受向心力的大小关系。可供选择的实验球有:质量均为2m的球Ⅰ和球Ⅱ,质量为m的球Ⅲ。
(1)为探究向心力与圆周运动轨道半径的关系,实验时应将皮带与轮①和轮______相连,同时应选择球Ⅰ和球______(填Ⅱ或Ⅲ)作为实验球。
(2)若实验时将皮带与轮②和轮⑤相连,这是要探究向心力与______(填物理量的名称)的关系,此时轮②和轮⑤的这个物理量值之比为______,应将两个实验球分别置于短臂C和短臂______处(填A或B)。
(3)下列实验采用的实验方法与本实验采用的实验方法相同的是( )
A.探究平抛运动的特点 B.探究小车速度与时间的关系
C.探究加速度与力和质量的关系 D.探究两个互成角度的力的合成规律
14.2022年3月23日下午,“天宫课堂”第二课在中国空间站开讲,王亚平做了太空抛物实验,奥运顶流“冰墩墩”在空间站上被航天员抛出后,并没有像在地面上那样做曲线运动,而是水平飞出去了。
请根据此实验回答以下问题:
(1)关于冰墩墩被水平抛出后,做水平运动的原因,以下解释中正确的是_______;
A.冰墩墩在空间站内不受力的作用
B.冰墩墩水平方向不受外力作用
C.冰墩墩处于完全失重的状态
D.冰墩墩随空间站绕地球做匀速圆周运动,万有引力提供向心力
(2)历史上,牛顿曾提出:若在地球表面的高山上来做平抛实验,把物体抛出,它将落向地面;如果将物体抛出的速度变大,它将会落向更远的地方。如果抛出的速度足够大,它有可能不落回地面,而是绕地球运转。已知地球半径为6.37 × 103km,小伟同学用如下方法推导这一速度:
其结果与正确值相差很远,这是由于他在近似处理中,错误的假设是_______;
A.卫星的轨道是圆的
B.卫星的轨道半径等于地球半径
C.卫星的周期等于地球自转的周期
D.卫星的向心力等于它在地球上受到的地球引力
(3)已知地球表面重力加速度g = 9.8m/s2,请你利用已学习的物理知识求出正确的“足够大的速度”为__________km/s。(保留3位有效数字)
三、解答题(15题8分,16题10分,17题10分,18题12分,共40分。答题要求有必要的文字说明和解题过程。)
15.如图,某同学用与水平方向成37°角斜向上的拉力F拉动箱子由静止开始向右滑动,已知物体质量10kg,拉力F为50N,箱子和地面间的滑动摩擦因数为0.4,取,,。求:
(1)箱子滑动的加速度大小;
(3)第5秒末拉力的瞬时功率。
16.如图,一个质量为的小球以某一初速度从P点水平抛出,恰好从光滑圆弧ABC的A点的切线方向进入圆弧(不计空气阻力,进入圆弧瞬间速度大小不变)。已知圆弧的半径,,B点和C点分别为圆弧的最低点和最高点,小球到达A点时的位置与P点间的水平距离为,求:
(1)小球做平抛运动的初速度大小;
(2)若小球恰好能过C点,且轨道的B点和C点受到小球的压力之差为,求小球运动到B点时的速度大小。
17.宇航员在某星球表面将一小钢球以某一初速度竖直向上抛出,测得小钢球上升的最大高度为h,小钢球从抛出到落回星球表面的时间为t.不计空气阻力,忽略该星球的自转,已知该星球的半径为R(R远大于h),该星球为密度均匀的球体,引力常量为G.求:
(1)该星球表面的重力加速度;
(2)该星球的密度;
(3)该星球的第一宇宙速度。
18.如图所示,地球的两颗卫星绕地球在同一平面内做匀速圆周运动,已知卫星一运行的周期为,地球的半径为,卫星一和卫星二到地球中心的距离分别为,,引力常量为G,某时刻两卫星与地心连线之间的夹角为。求:(结果均用、、G表示)
(1)地球的质量M;
(2)卫星二围绕地球做圆周运动的周期;
(3)从图示时刻开始,经过多长时间两卫星第一次相距最近。
参考答案:
1.D
【详解】AB.开普勒通过研究第谷的数据提出行星运动三大定律,AB错误;
C.牛顿发现可万有引力定律,但未测定出引力常量,卡文迪许测定了引力常量,C错误;
D.“日心说”由哥白尼提出,D正确。
故选D。
2.B
【详解】A.汽车通过凹形桥的最低点时为超重,速度大小可以超过,A错误;
B.“水流星”匀速转动过程中,在最低处桶底对水的支持力为,则
得
由牛顿第三定律得,水对桶底的压力大小为
在最高处桶底对水的压力为,则
由牛顿第三定律得,在最高处水对桶底的压力大小为
所以在最低处水对桶底的压力最大,B正确;
C.丙图中,火车转弯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,外轨受到挤压,C错误;
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,设筒臂和竖直方向的夹角为,则
得
所以A、B两位置小球向心加速度相等,D错误。
故选B。
3.A
【详解】A C.两同学的质量相等,甲同学是跨越式,重心上升的位移较大,所以甲同学克服重力做功较多,腾空过程经历的时间较长,A正确、C错误;
B.离地瞬间,地面对人不做功,B错误;
D.设甲同学的起跳速度为,重心上升的高度为,在上升过程中,重力的平均功率
设乙同学的起跳速度为,重心上升的高度为,在上升过程中,重力的平均功率
乙同学重心上升高度较小,起跳速度较小,故乙同学上升过程重力的平均功率较小,D错误。
故选A。
4.D
【详解】A.若汽车和圆盘起匀速转动,汽车受到重力、支持力、摩擦力作用,其中摩擦力提供向心力,选项A错误;
B.若汽车和圆盘一起加速转动,不是匀速圆周运动,则汽车受到的摩擦力的方向不是指向圆心的,选项B错误;
C.若汽车和圆盘一起匀速转动,汽车受到的合外力大小保持不变,但是方向不断变化,选项C错误;
D.根据
可知,汽车与圆盘间的动摩擦因数
选项D正确。
故选D。
5.D
【详解】AB.天梯连接地心和同步卫星,天梯上各点的角速度都和地球自转相等,根据
,
可知b处的线速度大于a处的线速度,b处的向心加速度大于a处的向心加速度,故AB错误;
C.轨道高度与a相同的人造卫星周期小于同步卫星的周期,则其环绕地球的周期小于位于a处货物的周期,故C错误;
D.轨道高度与b相同的人造卫星角速度大于同步卫星的角速度,则其环绕地球的角速度大于位于b处货物的角速度,故D正确。
故选D。
6.C
【详解】ABD.地球同步卫星的角速度等于地球自转角速度,则知a与c的角速度大小相等,即,根据
因卫星c的轨道半径大于火星的半径,可知,根据
因卫星c的轨道半径大于火星的半径,可知;对于卫星b与c,根据万有引力提供向心力得
可得
,,
因卫星b的轨道半径小于卫星c的轨道半径,则,,,由上分析可知,三者的线速度大小关系为,角速度大小关系为,向心加速度大小关系为,故ABD错误;
C.根据万有引力提供向心力得
解得
地球同步卫星c和卫星b的轨道半径之比为4:1,卫星c和卫星b的周期之比为
卫星c的运行周期与地球的自转周期相等,为,所以b的周期为,一天内卫星b绕地球的圈数为
所以在卫星b中一天内可看到8次日出,故C正确。
故选C。
7.D
【详解】AB.在球杆模型中,当小球在竖直平面内做圆周运动时,在小球到达最高点时,杆对小球的作用力存在三种情况,分别为:支持力、无作用力、拉力,当为支持力时,根据牛顿第二定律有
可知越大,越小;在最高点,当小球的重力恰好提供小球做圆周运动的向心力时,等于零;当为拉力时,根据牛顿第二定律有
可知,速度越大,越大,故AB错误;
C.当时,可知向心力为
由此可判断此时杆对小球是支持力的作用,方向竖直向上,由牛顿第二定律有
解得
故C错误;
D.当时,可知向心力为
由此可判断此时杆对小球是拉力的作用,方向竖直向下,由牛顿第二定律有
解得
故D正确。
故选D。
8.D
【详解】A.在竖直平面做漏斗的切线,对硬币进行受力分析如图所示
则有
越向下走,θ越大,则支持力增大,故A错误;
B.由牛顿第二定律有
解得
越向下走,θ越大,a增大,故B错误;
C.由牛顿第二定律有
解得
越向下走,θ增大,r减小,则T减小,故C错误。
D.由
越向下走,θ增大,T减小,则角速度增大,故D正确。
故选D。
9.BD
【详解】A.“双星系统”做圆周运动的向心力由双星之间的万有引力提供,即
可知,、做圆周运动的向心力之比为,A错误;
B.“双星系统”做圆周运动的角速度大小相等,根据
,
解得
B正确;
C.令星圆周运动的半径为,周期为T,则其运动满足方程
C错误;
D.根据
,,
解得
可知,双星的总质量一定,双星之间的距离L越大,其转动周期越大,D正确。
故选BD。
10.AC
【详解】A.P、Q随圆盘转动过程,静摩擦力提供向心力,则根据
角速度相同,,,可知,P、Q所受的摩擦力大小相等,故A正确;
B.根据
角速度相同,,可知,P、Q的线速度大小不相等,故B错误;
C.由题意可知P、Q最大静摩擦力关系为
若转台转动的角速度缓慢增大,滑块需要的向心力增大,P、Q受到的摩擦力均增大,滑块Q受到的摩擦力先达到最大静摩擦力,则Q一定比P先开始滑动,故C正确;
D.若转台转动的角速度缓慢增大,P、Q受到的摩擦力均增大,Q比P先开始滑动,Q滑动时受到的摩擦力为最大静摩擦力。此时P受到的摩擦力和Q受到的最大静摩擦力大小相等,则Q滑动前P能达到的最大向心加速度为
故D错误。
故选AC。
11.AB
【详解】A.汽车做匀加速直线运动时,牵引力最大,则
发动机最大牵引力为
故A正确;
B.匀加速运动结束时,发动机功率刚好到额定功率,则
匀加速运动持续的时间为
故B正确;
C.5s末汽车的速度为
故C错误;
D.5s末发动机的实际功率为
故D错误。
故选AB。
12.CD
【详解】A.当时,由于小球在水平方向受力平衡,因此杆对小球的作用力表现为拉力,杆对小球的作用力表现为支持力,且大小相等,选项A错误;
BD.当ω逐渐增大时,杆对小球的拉力逐渐增大,杆对小球的支持力逐渐减小,当杆的作用力为0时,有
解得
当ω继续增大时,杆对小球的拉力继续增大,杆对小球的作用力变为拉力,且逐渐增大,选项B错误,D正确;
C.一定时间后,杆和杆的作用力都变为拉力,拉力的竖直分力之差等于小球的重力,即
则
因此杆与杆上的力的大小之差恒定,选项C正确。
故选CD。
13. ④ Ⅱ 角速度 A C
【详解】(1)[1][2] 探究向心力与圆周运动轨道半径的关系时,应控制两球的角速度和质量相同,所以实验时应将皮带与轮①和轮④相连,同时应选择质量相同的球Ⅰ和球Ⅱ作为实验球。
(2)[3]若实验时将皮带与轮②和轮⑤相连,则两转臂的加速度不同,故这是要探究向心力与角速度的关系;
[4]轮②和轮⑤的线速度相同,由题意可知
则
[5]探究向心力与角速度的关系时,需要控制两球的运动半径相同,故应将两个实验球分别置于短臂C和短臂A。
(3)[6]本实验采用的是控制变量法,探究平抛运动的特点利用的是运动的分解;探究小车速度与时间的关系利用的是平均速度代替瞬时速度;探究加速度与力和质量的关系利用的是控制变量法;探究两个互成角度的力的合成规律利用的是等效替代。
故选C。
14. BCD C
【详解】(1)[1]A.冰墩墩在空间站内受地球等的万有引力作用,A错误;
BCD.冰墩墩随空间站绕地球做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,处于完全失重状态,并由于万有引力指向地心,则冰墩墩水平方向不受外力作用,BCD正确;
故选BCD。
(2)[2]AD.如果抛出的速度足够大,它有可能不落回地面,而是绕地球运转,由万有引力提供向心力,做匀速圆周运动,AD假设正确,不符合题意;
B.由于山的高度远小于地球的半径,则该卫星的轨道半径可视为等于地球半径,B假设正确,不符合题意;
C.由于山的高度远小于地球的半径,则该卫星的轨道半径可视为等于地球半径,则该卫星为近地卫星,而只有地球同步卫星的周期才等于地球自转的周期,C假设错误,符合题意。
故选C。
(3)[3]由于山的高度远小于地球的半径,则该卫星的轨道半径可视为等于地球半径,则该卫星为近地卫星,有
在地球表面有
整理有
15.(1);(2)240W
【详解】(1)竖直方向根据受力平衡可得
又
根据牛顿第二定律可得
解得
(2)时箱子的瞬时速度为
第5秒末拉力的瞬时功率为
16.(1);(2)
【详解】(1)小球到A点的速度如图所示
分解速度
平抛水平方向
联立解得
(2)小球恰好过C点, 则在C点小球对轨道的压力为0。根据牛顿第三定律,小球受到的支持力等于小球对轨道的压力大小,根据题意有
在B点有
代入数据解得
17.(1);(2);(3)
【详解】(1)根据竖直上抛运动的对称性可知小球上升、下落过程的时间均为,根据自由落体运动公式,有
解得该星球表面的重力加速度
(2)静止在该星球表面的物体,根据重力等于万有引力,有
解得星球的质量
星球的体积
故该星球的密度
(3)根据万有引力提供向心力,有
解得第一宇宙速度
18.(1);(2);(3)
【详解】(1)对卫星一有
解得
(2)开普勒第三定律可知
解得
(3)设两卫星第一次相距最近所用时间为t,有
解得
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