[物理][期末]河南省安阳市滑县2023-2024学年高一下学期期末测评试卷试题(解析版)

这是一份[物理][期末]河南省安阳市滑县2023-2024学年高一下学期期末测评试卷试题(解析版)，共19页。
1.本试卷共6页，满分100分，考试时间75分钟。考生答题全部答在答题卡上，答在本试卷上无效。
2.请认真核对监考教师在答题卡上所粘贴条形码的姓名、准考证号是否与本人相符合，再将自己的姓名、准考证号用0.5毫米黑色墨水签字笔填写在答题卡及本试卷上。
3.答选择题必须用2B铅笔将答题卡上对应的答案标号涂黑。如需改动，请用橡皮擦干净后，再选涂其他答案。答非选择题必须用0.5毫米黑色墨水签字笔写在答题卡的指定位置，在其他位置答题一律无效。
一、单项选择题：本题共7小题，每小题4分，共28分。每小题只有一个选项符合题目要求。
1. 对于宇宙中P、Q恒星构成的双星系统（即两恒星在彼此万有引力作用下绕它们连线上点做匀速圆周运动的系统），下列说法正确的是（ ）
A. P、Q恒星绕它们连线的中点做匀速圆周运动
B. P、Q恒星的线速度大小相等，方向相反
C. P、Q恒星的运动周期一定相等
D. P恒星对Q恒星的引力可能大于Q恒星对P恒星的引力
【答案】C
【解析】C．双星系统在相等时间内转过的角度相等，即P、Q恒星的运动周期一定相等，故C正确；
D．P恒星对Q恒星的引力与Q恒星对P恒星的引力是一对相互作用力，根据牛顿第三定律可知，P恒星对Q恒星的引力大小等于Q恒星对P恒星的引力，故D错误；
A．结合上述可知，双星系统的角速度相等，根据
，
则有
可知，恒星质量越大，其圆周运动的轨道半径越小，圆心位置不一定在连线中心，与质量大小有关，故A错误；
B．根据线速度与角速度关系有
，
结合上述可知，恒星质量越大，轨道半径越小，线速度越小，即线速度大小与恒星质量有关，线速度大小不一定相等，故B错误。
故选C。
2. 可将蹦床简化为一竖直放置的弹簧，弹簧的劲度系数为k，其弹力F与形变量x的关系如图所示。一可视为质点，质量为m的运动员从蹦床正上方h处下落到最低点时，蹦床的压缩量为x0，不计空气阻力，重力加速度为g，则运动员下落到最低点时（ ）

A. 运动员处于失重状态
B. 运动员的加速度为零
C. 蹦床对运动员作用力为kx0-mg
D. 蹦床弹性势能为mg（h+x0）
【答案】D
【解析】AB．运动员下落到最低点时，加速度向上，不为零，运动员处于超重状态，选项AB错误；
C．运动员下落到最低点时，蹦床对运动员作用力为，选项C错误；
D．由最高点到最低点，由能量关系可知，蹦床弹性势能为
EP=mg(h+x0)
选项D正确。
故选D。
3. 由于地球自转的影响，地球表面的重力加速度会随纬度的变化而有所不同，已知地球表面两极处的重力加速度大小为g0，在赤道处的重力加速度大小为g，地球自转的周期为T，引力常量为G。假设地球可视为质量均匀分布的球体，由此可知地球的半径为（ ）
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】在地球表面两极处有
在地球表面赤道处有
联立可得，地球的半径为
故选B。
4. 2024年5月7日11时21分，我国在太原卫星发射中心成功发射长征六号丙运载火箭，搭载发射的海王星01星、智星一号C星、宽幅光学卫星和高分视频卫星顺利进入预定轨道飞行试验任务获得圆满成功。假设海王星01星、智星一号C星处于同一轨道平面做匀速圆周运动，且绕地球运动的方向相同，海王星01星绕地球运动的周期为T1、智星一号C星绕地球运动的周期为T2，海王星01星距离地面的高度大于智星一号C星，下列说法正确的是（ ）
A. T1T2
故A错误；
B．绕地球做匀速圆周运动运动的卫星，由万有引力提供向心力，则有
解得
卫星时间内扫过的面积
解得
可见轨道半径越大，相同时间内扫过的面积越大，即在相同时间内，海王星01星与地心连线扫过的面积大于智星一号C星与地心连线扫过的面积，故B错误；
C．令海王星01星、智星一号C星相邻两次距离最近的时间间隔为t，则有
解得
故C正确；
D．卫星绕地球做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力，可知，卫星的轨道平面一定经过地心，即智星一号C星的轨道平面一定过地心，故D错误。
故选C。
5. 在天花板上悬挂了半径为R，可绕过圆心O的水平轴转动的轻质滑轮，足够长的轻绳绕过滑轮，两端各系质量不等的小球1和2。已知小球2的质量为2m，小球1的质量为m，滑轮上P点到转轴的距离为。由静止释放小球2，不计滑轮与轴之间的摩擦，轻绳与滑轮间不打滑，重力加速度为g，下列说法正确的是（ ）
A. 小球2向下运动的加速度为
B. 滑轮转动两圈所用时间为
C. 滑轮转动两圈时的角速度为
D. 滑轮转动两圈时P点的线速度大小为
【答案】C
【解析】A．对小球1和2整体由牛顿第二定律
解得小球2向下运动的加速度为
故A错误；
B．滑轮转动两圈的过程中，满足
解得滑轮转动两圈所用时间为
故B错误；
C．滑轮转动两圈时，小球2的线速度为
所以滑轮转动两圈时的角速度为
故C正确；
D．滑轮转动两圈时P点的线速度大小为
故D错误。
故选C。
6. 风洞是研究空气动力学的关键设施，现有一小球从风洞中的点M竖直向上抛出，小球受到大小恒定的水平风力，其运动轨迹如图，其中M、N两点在同一水平线上，O点为轨迹的最高点，小球在M点动能为64J，在O点动能为16J，不计空气阻力，小球所受重力和风力大小之比为（ ）
A. 4：1B. 2：1C. 1：4D. 1：2
【答案】B
【解析】设在M点的速度v0，则
水平方向O点的速度
而
联立解得
故选B。
7. 如图所示，平直公路AB段的长度为x=20m，BC为圆弧形的水平弯道，其半径R=25m，AB、BC相切于B点。一辆质量为的汽车从A点由静止开始做匀加速运动，进入BC段做速率不变的圆周运动。已知汽车在弯道上以允许最大安全速率行驶，汽车在AB段行驶受到的阻力为车重的k1=0.15倍，在BC段行驶时径向最大静摩擦力为车重的k2=0.4倍，取3，g=10m/s2。下列说法正确的是（ ）
A. 汽车在弯道上行驶的最大速度为12m/s
B. 汽车从A到B做匀加速直线运动的最大加速度为3m/s2
C. 汽车从A到B的最大牵引力为
D. 汽车由A运动到C的最短时间为6.75s
【答案】C
【解析】A．汽车弯道上以最大速度行驶时，根据牛顿第二定律有
解得
故A错误；
B．汽车从A到B做匀加速直线运动过程，根据速度与位移的关系有
解得
故B错误；
C．汽车从A到B做匀加速直线运动过程，根据牛顿第二定律有
结合上述解得
故C正确；
D．汽车从A到B做匀加速直线运动过程，根据速度公式有
在BC段行驶过程
解得
故D错误。
故选C。
二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分，共18分。每小题有多个选项符合题目要求，全部选对得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
8. 抛绣球是某地民族运动会的传统项目。如图甲所示，小明同学让质量为m的绣球从A点由静止开始先在竖直平面内做加速圆周运动，加速几圈到B点后松手抛出，运动轨迹如图乙所示，B点略高于D点。已知A、D两点间的竖直距离为h，绣球经过D点时速率为v，以A点所在水平面为零势能面，整个过程不计空气阻力，重力加速度为g，下列说法正确的是（ ）
A. 绣球在竖直平面内做加速圆周运动经过最低点A时所受合力竖直向上
B. 绣球在D点时的机械能等于
C. 绣球从B到C的时间小于从C到D的时间
D. 在整个抛绣球过程中，小明对绣球做的功为
【答案】BCD
【解析】A．绣球在竖直平面内做加速圆周运动经过最低点A时向心力竖直向上，因其做加速运动还具有切向分力，故经过最低点A时所受合力不是竖直向上，A错误；
B．以A点所在水平面为零势能面，绣球在D点时的机械能为
B正确；
C．B点略高于D点，由斜抛运动规律可知，绣球从B到C的时间小于从C到D的时间，C正确；
D．由动能定理得，在整个抛绣球过程中，小明对绣球做的功为
D正确；
故选BCD。
9. 一辆质量为的小汽车在平直的公路上从静止开始运动，牵引力F随时间t变化关系图线如图所示，4s时汽车功率达到最大值，此后保持此功率继续行驶，12s后做匀速运动。小汽车的最大功率恒定，受到的阻力大小恒定，则（ ）
A. 0～8s，小汽车先做匀加速直线运动后做加速度逐渐减小的加速运动
B. 小汽车前4s内位移为80m
C. 小汽车受到的阻力大小为N
D. 小汽车最大功率为W
【答案】AC
【解析】A．由图可知，小汽车在前4s内的牵引力不变，小汽车做匀加速直线运动，4~8s内小汽车的牵引力逐渐减小，则车的加速度逐渐减小，小汽车做加速度减小的加速运动，故0～8s，小汽车先做匀加速直线运动后做加速度逐渐减小的加速运动，故A正确；
BC．由题意可知，小汽车受到的阻力大小为
小汽车前4s内由牛顿第二定律
解得
由运动学公式可得，小汽车前4s内位移为
故B错误，C正确；
D．4s时汽车功率达到最大值，则最大功率为
故D错误。
故选AC。
10. 晓燕同学利用平抛实验仪器探究平抛运动的特点，得到了小球在空中的三个位置A、B、C，测量数据如图。已知当地重力加速度为g，根据图中数据可知（ ）
A. 小球从B位置运动到C位置的时间为
B. 小球做平抛运动的初速度为
C. 抛出点的横坐标为
D. 抛出点的横坐标为
【答案】AD
【解析】A．平抛运动在竖直方向做匀变速直线运动，由逐差法
可得小球从B位置运动到C位置的时间为
故A正确；
B．平抛运动在水平方向做匀速直线运动
可得小球做平抛运动的初速度为
故B错误；
CD．B点的竖直方向的速度为
从抛出点到B点时间为
所以抛出点的横坐标为
故C错误，D正确。
故选AD。
三、非选择题：本题共5小题，共54分。
11. 利用“向心力定量探究仪”可以探究向心力大小与质量、半径和角速度的关系，装置如图所示，小球放在光滑的带凹槽的旋转杆上，其一端通过细绳与电子测力计相连，当小球和旋转杆被电机带动一起旋转时，控制器的显示屏显示小球质量、转动半径、转动角速度以及细绳拉力的大小。
表甲
表乙
表丙
（1）小明同学记录的实验数据如表甲、乙、丙所示。由此可知该同学采用的是_____。
A. 控制变量法B. 放大法C. 理想实验法
（2）由表乙的数据可得：当_____一定时，小球的向心力大小与_____成_____比。
（3）若以向心力F为纵轴，要使向心力与横轴表示的物理量成线性关系，则横轴所代表的物理量应为_____（选填“”“”或“”）。
【答案】（1）A （2）小球的质量和角速度 转动半径 正比 （3）
【解析】
【小问1详解】
小明同学记录的实验数据如表甲、乙、丙所示。由此可知该同学采用的是控制变量法；
【小问2详解】
由表乙的数据可得：当小球的质量和角速度一定时，小球的向心力大小与转动半径成正比。
【小问3详解】
根据可得，当小球的质量和转动半径一定时，向心力与角速度的平方成线性关系，故横轴所代表的物理量应为。
12. 物理实验小组同学利用“目字形”的金属框架和光电门验证机械能守恒定律。已知“目字形”的金属框架各横杆完全相同、间距均匀且与边框垂直，光电门具有多组计时功能，当地重力加速度为g，横杆宽度为d，相邻横杆中心的距离为L，L远大于d，实验装置如图：
（1）将光电门固定在铁架台上并伸出桌面，将金属框架竖直放在光电门正上方，横杆保持水平；由静止释放金属框架，下落过程中横杆始终保持水平，依次记录1~4号横杆经过光电门时的挡光时间。若1号横杆经过光电门的挡光时间为t，则1号横杆经过光电门时的速度为_____，金属框架释放时，1号横杆距离光电门的高度为h=_____。
（2）若图乙中图像斜率=_____（用g，d，L表示），则说明金属框架下落过程中机械能守恒。
【答案】（1） （2）
【解析】
【小问1详解】
根据光电门的测速原理，1号横杆经过光电门时的速度为
金属框架释放到刚刚运动至光电门过程，根据速度与位移的关系式有
解得
【小问2详解】
结合上述可知，第n号横杆距离光电门的高度
第n号横杆到达光电门的速度
根据速度与位移的关系式有
解得
结合图像可知，图像斜率
13. 如图所示，“天宫二号”空间站A围绕地球做圆周运动，AB和AC与地球相切，，θ称为地球对卫星的张角。已知空间站绕地球做匀速圆周运动的角速度为，引力常量为G。根据以上信息，推导出地球平均密度表达式。
【答案】
【解析】设地球的半径为R，由几何关系可知，空间站绕地球做匀速圆周运动的半径为
由万有引力提供向心力
又
联立可得地球平均密度表达式为
14. 旋转飞车是儿童喜爱的娱乐项目，可以简化为如图所示的模型，a、b两个小球分别用悬线悬于水平杆上的A、B两点，A到O点距离为R，B到O点距离为2R。装置绕竖直杆匀速旋转后，a、b在同一水平面内做匀速圆周运动，已知重力加速度为g，两悬线与竖直方向的夹角分别为、。
（1）已知b小球对应悬线长为L，求b小球绕竖直杆匀速旋转的角速度。
（2）推导出、满足的关系式。
【答案】（1）；（2）
【解析】（1）对b小球由牛顿第二定律
解得b小球绕竖直杆匀速旋转的角速度为
（2）由于a、b两球做圆周运动的角速度相同，设做圆周运动的平面距水平杆为h，且满足
则有
解得
15. 如图所示，竖直平面内由倾角的光滑斜面轨道AB、半径均为R的半圆形光滑轨道BCDE和光滑圆管轨道EFG构成一游戏装置固定于地面，在B、E两处轨道平滑连接。E、O和B三点连成的直线与水平面间的夹角为，F点为圆管轨道EFG的最高点。现将质量为m的小球从斜面上高度为h处的某点由静止释放。不计小球大小，重力加速度为g。
（1）若释放处高度h=3R，求小球第一次运动到圆轨道最低点C时的加速度和对轨道的作用力大小；
（2）推导出小球运动到半圆轨道内与圆心O点等高的D点时所受弹力FD与h的关系式；
（3）若小球释放后能从原路返回到出发点，求释放高度h应该满足的条件。
【答案】（1）6g，方向由C点指向圆心O点，7mg；（2）（）；（3）或
【解析】（1）从A点到C点过程中，由机械能守恒定律
所以小球第一次运动到圆轨道最低点C时的加速度大小为
联立可得
方向由C点指向圆心O点；在C点由牛顿第二定律
联立解得
由牛顿第三定律，在C点小球对轨道的作用力大小为
（2）小球运动到半圆轨道内与圆心O点等高的D点的过程中，由动能定理
在D点由牛顿第二定律
联立可得
其中满足。
（3）第一种情况：小球不滑离轨道，原路返回，由机械能守恒定律可知，此时小球恰好运动到D点，故小球释放后能从原路返回到出发点的条件为
第二种情况：小球恰好到E点，由牛顿第二定律
由能量守恒定律
联立可得
若小球恰好运动到F点，则
故小球释放后能从原路返回到出发点的条件为
小球质量
转动半径
角速度
向心力
0.1
0.2
3.15
0.2
0.2
6.29
0.3
0.2
945
0.4
0.2
12.61
小球质量
转动半径
角速度
向心力
0.2
0.1
3.16
0.2
0.2
6.31
0.2
0.3
9.46
0.2
0.4
12.63
小球质量
转动半径
角速度
向心力
0.2
0.2
1.57
0.2
0.2
6.29
0.2
0.2
14.14
0.2
0.2
25.16