2023-2024学年江苏省盐城市阜宁县高一下学期期中学情调研物理试题

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一、单项选择题（共10小题，每小题4分，共40分，每小题只有一个正确选项）
1. 牛顿进行了著名的月地检验，验证了使苹果下落的力和使月球绕地球运动的力是同一种性质的力，同样遵从“平方反比”规律。在进行月地检验时，不需要用到的物理量是（ ）
A. 月球公转的周期B. 地球的半径
C. 地表的重力加速度D. 地球自转的周期
【答案】D
【解析】
【详解】月球绕地球做匀速圆周运动，则有
由向心加速度的表达式得
其中
联立可得
可得
根据牛顿的猜想，若两个引力都与太阳吸引行星的力性质相同，遵循着统一的规律，都是由地球的吸引产生的，设地球的质量为M，则有
地球表面的物体

所以
与
的结果比较可知，两种情况下的计算的结果是近似相等的，可知牛顿的猜想是正确的，所以在进行月地检验时，需要用到的物理量除了地球的半径和月地距离外，还需要的是月球公转的周期以及地表的重力加速度，不需要地球自转周期。
故选D。
2. 风能是一种绿色能源。如图所示，叶片在风力推动下转动，带动发电机发电，M、N为同一个叶片上的两点，下列判断正确的是（ ）
A. M点的线速度大于N点的线速度B. M点的角速度小于N点的角速度
C. M点的转速等于N点的转速D. M点的周期大于N点的周期
【答案】C
【解析】
【详解】M、N两点转动的角速度相等，转速相等，则周期相等，根据
v＝rω
可知，M点转动的半径小，则M点的线速度小于N点的线速度。
故选C。
3. 中国空间站绕地球一圈的时间约90分钟，它与地面通讯联系要通过中继卫星，中继卫星在地球同步静止轨道运行，与空间站相比，中继卫星（ ）
A. 离地球近B. 线速度小C. 角速度大D. 加速度大
【答案】B
【解析】
【详解】A．中继卫星在地球同步静止轨道运行，周期24小时，空间站转一圈约90分钟，根据万有引力提供向心力则有
可得
所以中继卫星轨道半径大于空间站轨道半径，即中继卫星离地球高度大于空间站离地球高度，故A错误；
B．根据万有引力提供向心力则有
可得
由于中继卫星轨道半径大于空间站轨道半径，所以中继卫星运行的线速度小于空间站运行的线速度，故B正确；
C．根据万有引力提供向心力则有
可得
由于中继卫星轨道半径大于空间站轨道半径，所以中继卫星运行的角速度小于空间站运行的角速度，故C错误；
D．根据万有引力提供向心力则有
可得
由于中继卫星轨道半径大于空间站轨道半径，所以中继卫星运行的加速度小于空间站运行的加速度，故D错误；
故选B。
4. 向心力演示器如图所示。把两个质量相同的小球分别放在长槽和短槽内，并使它们做圆周运动的半径相同，依次调整塔轮上的皮带的位置，匀速转动手柄，可以探究（ ）
A. 向心力的大小与质量的关系
B. 向心力的大小与半径的关系
C. 向心加速度与运动半径的关系
D. 向心力的大小与角速度的关系
【答案】D
【解析】
【详解】根据
由题意可知，两小球的质量相同，做圆周运动的半径相同，所以可以探究向心力的大小与角速度的关系。
故选D。
5. 真空中带电荷量分别为和的两个相同的金属小球，相距一定距离时，相互作用力大小为F，若把它们接触一下放回原处，它们的相互作用力大小变为（ ）
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】接触前库仑力：，接触后分开，两小球的电荷都为，则库仑力，
A. 不符合题意，A错误
B. 不符合题意，B错误
C. 符合题意，C正确
D. 不符合题意，D错误
6. 火车轨道的转弯处外轨高于内轨，如图所示。若已知某转弯处轨道平面与水平面夹角为θ，弯道处的圆弧半径为R。在该转弯处规定的安全行驶的速度为v，则下列说法中正确的是（ ）
A. 该转弯处规定的安全行驶的速度为v=
B. 该转弯处规定的安全行驶的速度为v=
C. 当实际行驶速度大于v时，轮缘挤压内轨
D. 当实际行驶速度小于v时，轮缘挤压外轨
【答案】A
【解析】
【详解】AB．火车以某一速度经过弯道时，内、外轨道均不受侧压力作用，其所受的重力和支持力的合力提供向心力，如图所示
根据牛顿第二定律得
解得
故A正确，B错误；
C．当转弯的实际速度大于规定速度时，火车所受的重力和支持力的合力不足以提供所需的向心力，火车有离心趋势，故其外侧车轮轮缘会与铁轨相互挤压，外轨受到侧压力作用方向平行轨道平面向外，故C错误；
D．当转弯的实际速度小于规定速度时，火车所受的重力和支持力的合力大于所需的向心力，火车有向心趋势，故其内侧车轮轮缘会与铁轨相互挤压，内轨受到侧压力作用方向平行轨道平面向内，故D错误。
故选A。
7. 如图所示，有两个完全相同的小球 A、B，将它们从同一高度以相同大小的初速度v0分别水平抛出和竖直向上抛出（不计空气阻力），则下列说法正确的是（ ）
A. 两小球落地时的速度相同
B. 从抛出点至落地，两球重力做功相同
C. 两小球落地时，重力的瞬时功率相同
D. 从抛出点至落地，重力对两小球做功的平均功率相同
【答案】B
【解析】
【详解】AB．在整个过程中，只有重力做功，重力做功的特点是只与始末位置的高度差相等，与其所经过的路径无关，所以这两个小球在整个过程中重力做功相等，根据动能定理可知
则落地时的动能相等，速度大小相等，但速度方向不同，A错误，B正确；
C．由于落地时速度大小相同，方向不同，根据
可知，重力的瞬时功率不同，C错误；
D．竖直上抛运动的时间比平抛运动的时间多，根据
可知，重力对平抛抛球做功的平均功率更大，D错误。
故选B。
8. 发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送入同步圆轨道3，轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点，如图所示。则卫星在各轨道上正常运行时，以下说法错误的是（ ）
A. 卫星在轨道3上的速度小于在轨道1上的速度
B. 卫星在轨道3上的P点的速度大于在轨道2上经过P点时的速度
C. 卫星在轨道1上经过Q点时的加速度等于它在轨道2上经过Q点时的加速度
D. 卫星在轨道2上运动的周期大于在轨道3上运动的周期
【答案】D
【解析】
【详解】A．根据可得
可知卫星在轨道3上的运行速度小于在轨道1上的运行速度，故A正确，不符合题意；
B．卫星从轨道2上的P点进入轨道3需要加速，故卫星在轨道3上的P点的速度大于在轨道2上经过P点时的速度，故B正确，不符合题意；
C．卫星在轨道1上经过Q点时所受的万有引力等于它在轨道2上经过Q点时所受的万有引力，所以卫星在轨道1上经过Q点时的加速度等于它在轨道2上经过Q点时的加速度，故C正确，不符合题意；
D．根据开普勒第三定律
由于，所以卫星在轨道2上运动的周期小于在轨道3上运动的周期，故D错误，符合题意。
故选D。
9. 如图所示，在地面上以速度抛出质量为m的物体，抛出后物体落到比地面低h的海平面上。若以海平面为参考平面，且不计空气阻力，则下列说法正确的是（ ）
A. 物体在海平面上的动能为
B. 重力对物体做的功为
C. 物体在海平面上的机械能为
D. 物体落到海平面时的重力势能为
【答案】A
【解析】
【详解】A．根据动能定理有
解得
A正确；
B．重力对物体做的功为
B错误；
C．物体在海平面上的机械能为
C错误；
D．以海平面为参考平面，物体落到海平面时的重力势能为0，D错误。
故选A。
10. 如图所示，光滑斜面的顶端固定一弹簧，一小球向右滑行，并冲上固定在地面上的斜面，设小球在斜面最低点A的速度为v，压缩弹簧至C点时弹簧最短，C点距地面高度为h，则从A到C的过程中弹簧与小球系统增加的弹性势能是（ ）
A. B. C. mghD.
【答案】B
【解析】
【详解】小球从A到C过程中，重力和弹力对小球做负功，设小球克服弹簧弹力做功为WF，则弹簧弹性势能增量为
由动能定理可得
其中：WG=﹣mgh，解得
即弹簧弹性势能增量为。
故选B。
二、非选择题（本题共5小题，共60分，其中第12~15题解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。）
11. 某校探究学习小组A用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律。气垫导轨上A处安装了一个光电门，滑块上固定一宽度为d的遮光条，滑块用绕过气垫导轨左端定滑轮的细线与钩码相连，每次滑块都从同一位置由静止释放，释放时遮光条位于气垫导轨上B位置的上方。
（1） 下列不必要的一项实验要求是________（请填写选项前对应的字母）。
A． 滑块必须由静止释放
B． 应使滑块的质量远大于钩码的质量
C． 已知当地重力加速度
D． 应使细线与气垫导轨平行
（2）实验中，接通气源，滑块静止释放后，由数字计时器读出遮光条通过光电门时间为t，测得滑块质量为M，钩码质量为m，A、B间的距离为L。 在实验误差允许范围内，若满足________（用直接测量的物理量符号表示）关系，则系统机械能守恒。
（3）分析实验数据后发现，系统增加的动能明显大于钩码减小的重力势能，原因是：________。
探究学习小组B用另一套装置验证机械能守恒定律，如图所示，一细绳跨过悬挂的定滑轮，两端分别系有小球A和B，令两小球静止，细绳拉紧，然后释放小球，在小球B正下方h处固定一个光电门（图中未画出）。实验测得小球B通过光电门遮光时间为，小球A、B的质量分别为m和M（），当地重力加速度大小为g。
（4） 要验证机械能守恒定律还需测量的物理量是________，验证机械能守恒的表达式为________（用题中所给及所测物理量的字母表示）。
（5） 实验中除偶然误差外，还存在系统误差，写出一条可能存在的系统误差：________。
【答案】 ①. B ②. ③. 导轨右端过高 ④. 小球B的直径 ⑤. ⑥. 空气阻力影响（滑轮的轴不光滑或者绳子、滑轮有质量）
【解析】
【详解】（1）[1]A．若滑块和钩码的具有一定的初速度，但该装置无法测量该初速度，所以滑块必须由静止释放，从而保证初速度为0，故A项是必要的，不符合题意；
B．本实验中探究钩码重力势能的减少量与系统动能的增加量的关系，从而验证机械能守恒定律，不需要保证滑块质量远大于所挂钩码的质量，故B项是不必要的，符合题意；
C．要计算钩码的重力势能减少量，需要知道当地重力加速度，故C项是必要的，不符合题意；
D．细线方向与木板平面平行，可以保证滑块和钩码的速度大小相等，故D项是必要的，不符合题意。
故选B。
（2）[2]由于遮光条通过光电门的时间极短，可以利用平均速度来代替其瞬时速度，因此滑块经过光电门时的瞬时速度为
实验要验证机械能守恒定律，则有钩码减小的重力势能等于系统增加的动能，钩码减小的重力势能为
系统增加的动能为
所以系统机械能守恒，需满足关系
（3）[3]实验是通过钩码重力势能的减少量与系统动能的增加量的关系来验证机械能是否守恒，实验过程中发现系统动能增加量总是大于钩码重力势能的减少量，说明重力做功多，即滑块的重力也做功了，因此调节导轨时右端过高。
（4）[4]为了验证机械能守恒定律，需要知道小球增加的动能，故需要测量小球B经过光电门时的挡光宽度，即小球B的直径d，利用
得到小球的速度，从而知道系统增加的动能；
[5]从小球B释放到光电门过程，系统减少的重力势能为
系统增加的动能为
故验证机械能守恒的表达式为
[6]实验中除偶然误差外，还存在的系统误差是：空气阻力影响（滑轮的轴不光滑或者绳子、滑轮有质量）。
12. 如图所示，一圆锥摆摆长为L，下端拴着质量为m小球，当绳子与竖直方向成θ角时，求：
（1）绳的拉力大小是多少？
（2）摆球的向心加速度a是多少？
【答案】（1）；（2）
【解析】
【详解】（1）对小球受力分析,在竖直方向上
解得
（2）在水平方向上
解得
13. 假设火星探测器距火星表面的高度为h，绕火星做匀速圆周运动的周期为T，火星的半径为R，引力常量为G，忽略其它天体对探测器的引力作用，求：
（1）火星的平均密度；
（2）火星的第一宇宙速度。
【答案】（1）；（2）
【解析】
【详解】（1）设火星的质量为M，平均密度为，探测器的质量为m，火星对探测器的万有引力提供其做匀速圆周运动的向心力，有
①
解得
②
因此火星的平均密度
③
由①②③知
④
（2）设火星的第一宇宙速度为，则
⑤
由②⑤知
⑥
14. 如图所示，光滑水平面AB与竖直面内的粗糙半圆形导轨在B点相接，导轨半径为。一个质量为的物体将弹簧压缩至A点后由静止释放，在弹力作用下物体获得某一向右速度后脱离弹簧，它经过B点的速度为，之后沿半圆形导轨运动，到达C点的速度为。重力加速度为。求：
（1）弹簧压缩至A点时的弹性势能；
（2）物体沿半圆形导轨运动过程中阻力所做的功；
（3）物体在最高点C轨道对物体的弹力。
【答案】（1）；（2）；（3），方向竖直向下
【解析】
【详解】（1）物体将弹簧压缩至A点后由静止释放，经光滑水平面AB到达C点，弹性势能转化为动能，据机械能守恒定律有
解得
（2）物体沿半圆形导轨由B到C运动，据动能定理
解得
（3）物体在最高点C，由牛顿第二定律得
解得轨道对物体的弹力
方向竖直向下。
15. 小明同学站在水平地面上，手握不可伸长轻绳一端，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，手与球之间绳长为，重力加速度为g。忽略手的运动半径和空气阻力。求：
（1）绳突然断掉时球的速度大小；
（2）轻绳能承受的最大拉力多大？
（3）改变绳长，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，绳长应是多少？最大水平距离为多少？
【答案】（1）；（2）；（3），
【解析】
【详解】（1）绳突然断掉，小球做平抛运动，平抛高度
则水平方向上做匀速直线运动
竖直方向上自由落体运动
联立可解得
（2）当小球在最低点时，绳恰好断，故绳能承受的拉力满足
代入数据解得
（3）设绳长为x，最低点的速度为，绳仍在球运动到最低点时断掉，则
得
小球以在最低点做平抛运动，则有
得
联立得
当时，即时，最大水平距离为