河南省郑州市中牟县第一高级中学2023-2024学年高一下学期4月月考物理试题

这是一份河南省郑州市中牟县第一高级中学2023-2024学年高一下学期4月月考物理试题，共13页。试卷主要包含了太空行走又称为出舱活动，如图等内容，欢迎下载使用。

题目ID：852507433988263936
1.一位网球运动员以拍击球，使网球沿水平方向飞出，第一只球落在自己一方场地的B点，弹跳起来后，刚好从 C点擦网而过，落到A点，第二只球从 C点擦过后也落在A点，设球与地面的碰撞过程没有能量损失，且运动过程不计空气阻力，则 C点和 O点到水平地面的高度之比为（ ）

A． 3:4 B． 2:3 C． 1:2 D． 4:5
题目ID：852507440053227520
2.如图所示，园林工人正在把一棵枯死的小树苗掰折，已知树苗的长度为L，该工人的两手与树苗的接触位置（树苗被掰折的过程手与树苗接触位置始终不变）距地面高为h，树苗与地面的夹角为α时，该工人手水平向右的速度恰好为v，则树苗转动的角速度为（ ）
A． ω=vL B． ω=vtanαℎ C． ω=vℎ D． ω=vsin2αℎ
题目ID：852507450400575488
3.太空行走又称为出舱活动。2021年11月8日1时16分，神舟十三号航天员乘组圆满完成出舱活动全部既定任务，王亚平成为中国首位进行出舱活动的女航天员，迈出了中国女性舱外太空行走第一步。假设质量为m的航天员出舱离开空间站后，某时刻其相对地心的速度为v，已知地球的半径为R，地球表面的重力加速度大小为g，则（ ）
A．该航天员离开空间站在太空行走时所受合外力为零
B．该航天员离开空间站在太空行走时所受的合外力大小等于mg
C．此时该航天员距离地球表面的高度为 gR2v2－R
D．此时该航天员指向地心的加速度大小为 v2gR2
题目ID：852507457283432448
4.射人造航天器时，可利用地球的自转让航天器发射前就获得相对地心的速度。设地球表面的重力加速度在两极的大小为g0，在赤道的大小为g；地球自转的周期为T，酒泉卫星发射中心的纬度为φ。将地球视为质量均匀分布的球体，则在酒泉卫星发射中心发射的航天器利用地球自转能获得相对地心的最大速度为（ ）
A． (g0+g)T2πcsφ B． (g−g0)T2πcsφ C． (g0−g)T2πcsφ D． (g0−g)T4πcsφ
题目ID：852507464132730880
5.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， α=β=60°，那么此时活塞的速度大小为（ ）
A． 12ωL B． 32ωL C． 32ωL D． 33ωL
题目ID：852507527298949120
6.天花板下悬挂的轻质光滑小圆环P可绕过悬挂，点的竖直轴无摩擦地旋转。一根轻绳穿过P，两端分别连接质量为 m1和 m2m1≠m2的小球A、B。两球同时做如图所示的圆锥摆运动，且两球始终在同一水平面内，则（ ）
A．两球的向心加速度大小相等
B．两球运动的角速度大小相等
C．A、B两球的质量之比等于 sinα:sinθ
D．A、B两球的线速度大小之比等于 tanθ:tanα
题目ID：852507537210085376
7.小河宽为 d，小船船头垂直河岸渡河，小船在静水中的速度大小为 v0，河水中各点水流速度大小与各点到较近河岸边的距离成正比， v水=kx， k=2v0d， x是各点到近岸的距离，则下列说法正确的是（ ）
A．小船渡河的轨迹为曲线
B．小船渡河的轨迹为直线
C．小船到达离河岸 d2处，小船渡河的速度大小为 2v0
D．小船到达距出发点 34d处，小船渡河的速度大小为 132v0
题目ID：852507544302653440
8.如图（a），在跳台滑雪比赛中，运动员在空中滑翔时身体的姿态会影响其下落的速度和滑翔的距离．某运动员先后两次从同一跳台起跳，每次都从离开跳台开始计时，用v表示他在竖直方向的速度，其v-t图像如图（b）所示，t1和t2是他落在倾斜雪道上的时刻．则（ ）
A．第二次滑翔过程中在竖直方向上的位移比第一次的小
B．第二次滑翔过程中在水平方向上的位移比第一次的大
C．第二次滑翔过程中在竖直方向上的平均加速度比第一次的大
D．竖直方向速度大小为v1时，第二次滑翔在竖直方向上所受阻力比第一次的大
题目ID：852507554410930176
9.在科幻题材的电影或动画中，经常提到太空电梯，建造太空电梯需要高强度的材料，目前纳米材料的抗拉强度几乎比钢材还高出100倍，使人们设想的太空电梯成为可能。其工作原理是从同步卫星高度的太空站竖直放下由纳米材料做成的太空电梯，另一端固定在赤道上，这样太空电梯随地球一起旋转，如图甲所示。当航天员乘坐太空电梯时，图乙中r为航天员到地心的距离，R为地球半径，a－r图像中的图线A表示地球引力对航天员产生的加速度大小与r的关系，图线B表示航天员在太空电梯中随地球同步旋转所需要的向心加速度大小与r的关系，下列说法正确的是（ ）
A．太空电梯上各点线速度与该点离地球球心的距离成反比
B．航天员在r＝R处的线速度大小等于第一宇宙速度
C．图中 r0为地球同步卫星的轨道半径
D．电梯舱在 r=r0处的站点时，航天员处于完全失重状态
题目ID：852507565559390208
10.如图所示，在光滑水平面上，质量为m1、m2的两个小球用原长为l0的轻弹簧连接在一起，再用长为l1的细线拴在轴O上，使m1和m2都以相同的角速度ω绕轴O做匀速圆周运动，并保证m1、m2、O点三者始终在同一条直线上。若m1、m2两球之间的距离为l2，则下列说法正确的是（ ）
A．m1的向心力由细线拉力提供，m2的向心力由弹簧拉力提供
B．弹簧的劲度系数为 m2ω2(l1+l2)l2−l0
C．烧断细线的瞬间m1的加速度大小为 ω2l1
D．烧断细线的瞬间m1的加速度大小为 m2ω2(l1+l2)m1
题目ID：852507573620842496
11. 在光滑水平杆上穿着两个小球、，且，且细线把两小球连起来，当杆绕竖直轴匀速转动时，两小球刚好能与杆保持无相对滑动，如图所示，此时两小球：
（1）所受向心力之比 ．
（2）向心加速度之比 ．
（3）角速度之比 ．
（4）到转轴的距离、之比为 ．
题目ID：852507583200628736
12.
某实验小组用如图甲所示装置探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系。滑块中心固定遮光片，宽度为d，滑块套在水平杆上，随杆一起绕竖直轴做匀速圆周运动，固定在转轴上的力传感器通过轻绳连接滑块，水平杆的转速可以控制，滑块每经过光电门一次，通过力传感器和光电门就同时获得一组拉力F和挡光时间 Δt的数据。
（1）若滑块中心到转轴的距离为L，由光电门测得挡光时间 Δt，则滑块转动的角速度 ω的表达式为 。
（2）按上述实验将测算得到的结果用作图法来处理，以力传感器读数F为纵轴，以为 横轴（选填“ Δt”“ Δt2”或“ 1Δt2”），可得到如图乙所示的一条直线，图线不过坐标原点的原因可能是 。
题目ID：852507590473551872
13.
将一小球水平抛出，使用频闪仪和照相机对运动的小球进行拍摄，频闪仪每隔 0.05s发出一次闪光。某次拍摄时，小球在抛出瞬间频闪仪恰好闪光，拍摄的照片编辑后如图所示。图中的第一个小球为抛出瞬间的影像，每相邻两个球之间被删去了3个影像，所标出的两个线段的长度 s1和 s2之比为3：7。重力加速度大小取 g=10m/s2，忽略空气阻力。求在抛出瞬间小球速度的大小。
题目ID：852507597557735424
14.
一质量为m的小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 3d4，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 v0；
（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？
题目ID：852507617140940800
15.
一宇航员在某未知星球的表面上做平抛运动实验：在离地面h高处让小球以某一初速度水平抛出，他测出小球落地点与抛出点的水平距离为x和落地时间t，又已知该星球的半径为R，引力常量为G，若不考虑星球自转的影响，求：（最后结果必须用题中已知物理量表示）
（1）小球抛出的初速度v
（2）该星球表面的重力加速度g
（3）该星球的质量M
（4）在登陆前，宇宙飞船绕该星球做匀速圆周运动，它的运行周期为T，求飞船距离星球表面高度H
. 参考答案
题目ID：852507433988263936
【答案】
1.A
【解析】
1.由平抛运动的规律可知，两球分别被击出至各自第一次落地的时间是相等的。由于球与地面的碰撞没有能量损失，设第一球自击出到落地时间为t1，第二球自击出到落地时间为t2，则
t1=3t2
由于一、二两球在水平方向均为匀速运动，水平位移大小相等，设它们从O点出发时的初速度分别为v1、v2，由
x=v0t
得
v1v2=13
设一、二两球从O点到C点时间分别为T1、T2，由于两球从O点到C点水平距离相等，则
T1=3T2
由竖直方向运动规律可知 O点到水平地面的高度
H=12g2T22
C点到水平地面的高度
ℎ=12g2T22−12gT22
所以
ℎH=34
故选A。
题目ID：852507440053227520
【答案】
2.C
【解析】
2.因手与树苗接触位置始终不变，故接触点做圆周运动，把接触点的线速度按水平与竖直方向分解，水平分速度等于工人手水平向右的速度v，
此时手握树干的位置到O点距离为
R=ℎsinα
则有
vsinα＝ωR
联立解得
ω=vℎ
故选C。
题目ID：852507450400575488
【答案】
3.C
【解析】
3.AB．在地球表面，该航天员所受重力等于万有引力，有
mg=GMmR2
该航天员离开空间站在太空行走时，只受万有引力作用，故该航天员离开空间站在太空行走时所受合外力为
F合=GMm(R+ℎ)2=mgR2(R+ℎ)2
小于其在地球表面时所受的重力mg，且不为零，故AB错误；
CD．该航天员离开空间站在太空行走时，所受万有引力提供向心力，有
GMm(R+ℎ)2=mv2R+ℎ
又
mg=GMmR2， GMm(R+ℎ)2=ma
联立解得此时该航天员距离地球表面的高度为
ℎ=gR2v2−R
该航天员指向地心的加速度大小为
a=v4gR2
故C正确，D错误。
故选C。
题目ID：852507457283432448
【答案】
4.C
【解析】
4.地球表面两极处质量为 m0的物体所受的重力等于万有引力，则有
m0g0=GMm0R2
同理该物体在赤道处，由牛顿第二定律有
GMm0R2−m0g=m0R(2πT)2
联立解得地球半径为
R=(g0−g)T24π2
对在酒泉卫星发射中心发射的航天器进行建模，如图所示，则分析可知，在酒泉卫星发射中心发射的航天器利用地球自转能获得的相对地心的最大速度为
v=2πrT=2πRcsφT=(g0−g)T2πcsφ
故选C。
题目ID：852507464132730880
【答案】
5.B
【解析】
5.A点的线速度为
v=ωL
A点的线速度沿AB水平杆的分速度为
v′=vsinα=32ωL
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
vAB=v′=32ωL
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
vBC=vABtanβ=32ωL⋅3=32ωL
故选B。
题目ID：852507527298949120
【答案】
6.B
【解析】
6.A．用β泛指一个角度，由
mgtanβ=ma
可知
a=tanβ
因为 θ>α，所以B球加速度大于A球加速度，故A错误；
B．由
mgtanβ=mω2ℎtanβ
可得
ω=gℎ
所以两球角速度相同，故B正确；
C．绳子上的拉力大小相等，有
mg=Fcsβ
可得A球的质量与B球的质量之比
m1:m2=csα:csθ
故C错误；
D．由
mgtanβ=mv2ℎtanβ
可得
v=gℎtanβ
A、B两球的线速度大小之比等于
v1:v2=tanα:tanθ
故D错误。
故选B。
题目ID：852507537210085376
【答案】
7.AC
【解析】
7.AB．由题意可知，小船在垂直于河的方向上做匀速直线运动；由于水的速度与水到岸边的距离有关，所以小船在沿河方向做变速运动，所以小船的轨迹为曲线，A正确，B错误；
C．小船到达距河对岸 d2处，时，小船沿河方向的速度为 v0，其合速度为 2v0，C正确；
D．小船到达距河对岸 3d4处，小船到另一河岸的距离为 d4，小船沿河方向的速度为 v02，则其合速度为 52v0，D错误；
故选AC。
题目ID：852507544302653440
【答案】
8.BD
【解析】
8.A ．由 v - t 图面积易知第二次面积大于等于第一次面积，故第二次竖直方向下落距离大于第一次下落距离，所以， A 错误；
B．由于第二次竖直方向下落距离大，由于位移方向不变，故第二次水平方向位移大，故B正确；
C．由于v-t斜率知第一次大、第二次小，斜率越大，加速度越大，或由 a¯=v−v0t 易知a1>a2，故C错误；
D．由图像斜率，速度为v1时，第一次图像陡峭，第二次图像相对平缓，故a1>a2，由G-fy=ma，可知，fy1题目ID：852507554410930176
【答案】
9.CD
【解析】
9.A．太空电梯随地球一起旋转，角速度恒定，根据 v=rω可知太空电梯上各点线速度与该点离地球球心的距离成正比，故A错误；
B．地球同步卫星的线速度小于第一宇宙速度，所以航天员在r＝R处的线速度小于第一宇宙速度，故B错误；
C．图像中的图线A表示地球引力对航天员产生的加速度大小与r的关系，该加速度 aA等于地球卫星做匀速圆周运动的加速度，图线B表示航天员由于地球自转而产生的向心加速度大小与r的关系，该加速度 aB等于地球同步卫星的加速度，因为 aA=aB，所以图中 r0为地球同步卫星的轨道半径，故C正确；
D．电梯舱在 r=r0处的站点时，航天员的加速度等于地球同步卫星的加速度，处于完全失重状态，电梯舱对航天员的弹力等于零，航天员只受到万有引力，因此航天员处于完全失重状态，故D正确。
故选CD。
题目ID：852507565559390208
【答案】
10.BD
【解析】
10.A．m1的向心力由细线拉力和弹簧弹力的合力提供，m2的向心力由弹簧拉力提供，故A错误；
B．设弹簧的劲度系数为k，对m2根据牛顿第二定律有
m2ω2(l1+l2)=k(l2−l0)
解得
k=m2ω2(l1+l2)l2−l0
故B正确；
CD．烧断细线的瞬间，细线对m1的拉力突变为0，而弹簧对m1的弹力不发生突变，所以根据牛顿第二定律可得m1的加速度为
a1=k(l2−l0)m1=m2ω2(l1+l2)m1
故C错误，D正确。
故选BD。
题目ID：852507573620842496
11.【答案】
（1）
（2）
（3）
（4）
11.【解析】
（1）无
（2）无
（3）无
（4）无
题目ID：852507583200628736
12.【答案】
dLΔt 1(Δt)2 滑块与杆之间有摩擦
12.【解析】
（1）[1]由于光电门测得挡光时间 Δt，则线速度大小为
v=dΔt
根据
v=ωL
解得
ω=dLΔt
（2）[2]令滑块与杆之间的摩擦力为f，根据
F+f=mω2L
结合上述解得
F=md2L⋅1Δt2−f
可知为了使得图像为一条直线，需要以 1Δt2为横轴；
[3]根据上述，结合图乙可知，在转动的角速度较小时，力传感器的示数为0，即在转动的角速度较小时，水平杆的弹力为0，表明在转动的角速度较小时，由滑块与杆之间的摩擦力提供圆周运动的向心力，即图线不过坐标原点的原因可能是滑块与杆之间有摩擦。
题目ID：852507590473551872
13.【答案】
255m/s
13.【解析】
频闪仪每隔0.05s发出一次闪光，每相邻两个球之间被删去3个影像，故相邻两球的时间间隔为
t=4T=0.05×4s=0.2s
设抛出瞬间小球的速度为 v0，每相邻两球间的水平方向上位移为x，竖直方向上的位移分别为 y1、 y2，根据平抛运动位移公式有
x=v0t
y1=12gt2=12×10×0.22m=0.2m
y2=12g2t2−12gt2=12×10×0.42−0.22m=0.6m
令 y1=y，则有
y2=3y1=3y
已标注的线段 s1、 s2分别为
s1=x2+y2
s2=x2+3y2=x2+9y2
则有
x2+y2:x2+9y2=3:7
整理得
x=255y
故在抛出瞬间小球的速度大小为
v0=xt=255m/s
题目ID：852507597557735424
14.【答案】
（1） v0=2gd；（2） T=113mg；（3） 12d， 233d
14.【解析】
（1）绳突然断掉，小球做平抛运动，平抛高度
ℎ=d−3d4=d4
则水平方向上做匀速直线运动
d=v1t
竖直方向上自由落体运动
ℎ=12gt2
联立可解得
v0=2gd
（2）当小球在最低点时，绳恰好断，故绳能承受的拉力满足
T−mg=mv0234d
代入数据解得
T=113mg
（3）设绳长为x，最低点的速度为 v0，绳仍在球运动到最低点时断掉，则
T−mg=mv02x
得
v0=83gx
小球以 v0在最低点做平抛运动，则有
d−x=12gt2
得
t=2(d−x)g
s=v0t
联立得
s=8gx3⋅2(d−x)g=16(d−x)x3
当 d−x=x时，即 x=d2时，最大水平距离为
sm=233d
题目ID：852507617140940800
15.【答案】
（1） v0=xt；（2） g=2ℎt2；（3） M=2ℎR2Gt2；（4） H=3T2R2ℎ2π2t2−R。
15.【解析】
（1）小球做平抛运动，水平方向做匀速直线运动
x=v0t
所以初速度
v0=xt
（2）小球在竖直方向是自由落体运动，所以
ℎ=12gt2
所有求得重力加速度
g=2ℎt2
（4）假设在该星球表面一个质量为m的物体，重力近似等于万有引力
mg=GMmR2
所以该星球的质量
M=gR2G=2ℎR2Gt2
（4）根据万有引力提供向心力得
GMmR+H2=4π2mR+HT2
M=2ℎR2Gt2
联立解得
H=3T2R2ℎ2π2t2−R