[物理][期中]山东省德州市2023-2024学年高一下学期期中考试试题(解析版)

这是一份[物理][期中]山东省德州市2023-2024学年高一下学期期中考试试题(解析版)，共21页。试卷主要包含了 陀螺在我国有上千年的历史等内容，欢迎下载使用。

本试题卷分选择题和非选择题两部分，满分100分，考试时间90分钟。
注意事项：
1．答题前，考生先将自己的姓名、考生号、座号填写在相应位置，认真核对条形码上的姓名、考生号和座号，井将条形码粘贴在指定位置上。
2．选择题答案必须使用2B铅笔正确填涂；非选择题答案必须使用0.5毫米黑色签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。
3．请按照题号在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。保持卡面清洁，不折叠、不破损。
一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。
1. 生活中的很多现象往往都可从物理的角度进行解释。为了形象生动地说明圆周运动的运动规律，教科书中设置了许多插图，下列关于插图的表述正确的是（ ）
A. 图甲旋转木马工作时，越靠外侧木马角速度越大
B. 图乙脱水机工作时，衣服中的水珠在离心力的作用下从桶孔飞出
C. 图丙轨道外轨高于内轨，火车以规定速度转弯时铁轨对火车的支持力与重力的合力提供向心力
D. 图丁空中飞椅游戏中，外排飞椅向心加速度更小
【答案】C
【解析】A．图甲旋转木马工作时，各个木马同轴转动，角速度相同，故A错误；
B．图乙脱水机工作时，衣服中的水在转动时所受附着力及摩擦力的合力提供向心力，当合力小于所需要的向心力时，做离心运动，水被甩出，并不是受离心力，故B错误；
C．图丙轨道外轨高于内轨，火车转弯时铁轨对火车的支持力与重力的合力提供向心力，故C正确；
C．图丁空中飞椅游戏中，由，可知外排飞椅向心加速度更大，故D错误。
2. 陀螺在我国有上千年的历史。上半部分为圆形，下方尖锐。传统古陀螺大致是木或铁制的倒圆锥形，玩法是用鞭子抽打，流传甚广。如图所示，在鞭子的抽打下，陀螺绕其中心竖直轴线在水平地面上定轴旋转，转速为24r/s，陀螺上距离中心竖直轴线3cm处的a点线速度大小约为（ ）
A. 4.5m/sB. 5.5m/sC. 6.5m/sD. 7.5m/s
【答案】A
【解析】根据线速度的概念可得
故选A。
3. 我国明代出版的《天工开物》中记录了我们祖先的劳动智慧，如图所示为“牛转翻车”，利用畜力转动不同半径齿轮来改变水车的转速，从而将水运送到高处。祖先的智慧在今天也得到了继承和发扬。我国自主研发的齿轮传动系统，打破了国外垄断，使中国高铁持续运行速度达到350km/h，中国高铁成为中国制造的一张“金名片”。图中A、B是两个齿轮边缘点，齿轮半径比，在齿轮转动过程中，下列说法正确的是（ ）
A. A、B两点的周期之比为3∶5
B. A、B两点的线速度大小之比为5∶3
C. A、B两点的角速度之比为5∶3
D. A、B两点的向心加速度大小之比为3∶5
【答案】D
【解析】B．根据题意可知，A、B是两个齿轮边缘点，则A、B线速度大小之比1：1，故B错误；
A．由公式可得，A、B的周期之比为5：3，故A错误；
C．由公式可得，A、B的角速度之比为3：5，故C错误；
D．由公式可得，A、B的向心加速度大小之比为3：5，故D正确。
故选D。
4. 2021年2月15日17时，首次火星探测任务“天问一号”探测器成功实施捕获轨道远火点平面机动。探测器运行到P点时，发动机点火工作，将绕火星赤道的轨道1调整为经过火星两极的轨道2。“天问一号”从轨道1到轨道2涉及了不同平面的轨道切换，被天文爱好者称为“侧手翻”。后续，探测器还将通过数次轨道调整，进入火星停泊轨道3。如图，P点为轨道1到轨道2的切换点，Q点为轨道2和轨道3的公共切点。关于“天问一号”探测器，下列说法正确的是（ ）
A. “天问一号”在轨道切换点P点进行轨道切换时不受万有引力作用
B. “天问一号”运行在轨道1上经过P点的速度小于它经过Q点的速度
C. “天问一号”运行在轨道2上Q点的加速度大于它运行在轨道3上Q点的加速度
D. “天问一号”运行在轨道2上经过Q点的速度小于它运行在轨道3上经过Q点的速度
【答案】B
【解析】A．“天问一号”在轨道切换点P点进行轨道切换时仍受万有引力作用，选项A错误；
B．根据开普勒第二定律可知，“天问一号”运行在轨道1上经过P点时离火星较远，则在P点的速度小于它经过火星近点Q点的速度，选项B正确；
C．根据
可知，“天问一号”运行在轨道2上Q点的加速度等于它运行在轨道3上Q点的加速度，选项C错误；
D．“天问一号”运行在轨道2上经过Q点时要减速做向心运动才能进入轨道3，则在轨道2上经过Q点的速度大于它运行在轨道3上经过Q点的速度，选项D错误。
故选B。
5. 如图所示，倾角的光滑斜面固定在水平面上，斜面长，一可视为质点的质量为3.0kg的物块从斜面顶端无初速度释放，，重力加速度，取地面为参考平面。下列说法正确的是（ ）
A. 物块在斜面顶端时的重力势能为72J
B. 物块滑到斜面底端时的动能为72J
C. 物块从斜面顶端滑到底端的过程中重力的平均功率为54W
D. 物块滑到斜面底端时重力的瞬时功率为54W
【答案】C
【解析】A．物块在斜面顶端时的重力势能为
选项A错误；
B．根据机械能守恒定律可知，物块滑到斜面底端时的动能等于重力势能的减小量，为54J，选项B错误；
C．物块从斜面顶端滑到底端的过程中用时间为
重力平均功率为
选项C正确；
D．物块滑到斜面底端时重力的瞬时功率为
选项D错误。
故选C。
6. 2022年北京冬奥会后，滑雪已然成为了冬天最受大家欢迎的体育项目。如图甲所示，整体质量为m的单板滑雪爱好者在安全速降过程中获得最大速度为v，为了顺利通过一个半径为R的水平弯道，滑雪者尝试以雪板紧贴弯道侧壁的方式过弯。如图乙所示，此侧壁与水平面的夹角为θ，此时滑雪板所受支持力大小为F，两侧面不受力，该弯道回转半径R远大于滑雪者的身高，重力加速度大小为g，不计空气与摩擦阻力影响，下列说法正确的是（ ）
A. F=mgtanθB.
C. D.
【答案】D
【解析】如图乙对单板滑雪爱好者的整体受力分析如图所示
有
该合力提供向心力，有
解得
故选D。
7. 如图所示，AB是半径为R的四分之一固定光滑圆弧轨道，BC为水平直轨道，两轨道于B点平滑连接，BC的长度等于2.5R。一可视为质点的质量为m的物体，从轨道顶端A处由静止释放，恰好运动到水平直轨道C处停止。则物体与轨道BC间的动摩擦因数μ等于（ ）
A. 0.3B. 0.4C. 0.5D. 0.6
【答案】B
【解析】物体从A到C由动能定理可得
解得
故选B。
8. 一辆汽车在平直的公路上由静止开始启动，在启动过程中，汽车牵引力的功率及其瞬时速度随时间的变化情况分别如图甲、乙所示。已知汽车所受阻力恒为重力的0.2倍，重力加速度，下列说法正确的是（ ）
A. 该汽车的质量为
B.
C. 在前5s内，汽车克服阻力做功为
D. 在5~15s内，汽车的位移大小为
【答案】D
【解析】A．第5s末，汽车的功率达到30kW，此时速度为5m/s，所以此时的牵引力为
而在0~5s内，汽车在做匀加速直线运动，加速度为1m/s2。则
解得
故A错误；
B．汽车所受的阻力大小为
故B错误；
C．在前5s内位移
汽车克服阻力做功为
故C错误；
D．在5~15s内，根据动能定理
解得
故D正确。
故选D。
二、多项选择题：本题共4小题，共16分。在每小题给出的四个选项中有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。
9. 北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星导航系统，其中的地球静止轨道卫星，它的轨道平面与赤道平面重合，它与地面的位置保持相对不变，是北斗导航系统中重要的组成部分，也就是通常意义上所说的地球同步卫星。关于地球同步卫星，下列说法正确的是（ ）
A. 同步卫星的周期与地球自转同步，高度、速度的大小都是一定的
B. 地球赤道上的物体随地球自转的周期小于该同步卫星的运转周期
C. 为防止其他国家窃取技术，该同步卫星尽可能定点在北京正上空
D. 不同的同步卫星向心加速度大小相同
【答案】AD
【解析】A．根据牛顿第二定律得
解得
高度是一定的；根据牛顿第二定律得
高度是一定的，速度也是一定的；所以同步卫星的周期与地球自转同步，高度、速度的大小都是一定的，故A正确；
B．地球赤道上的物体随地球自转的周期等于该同步卫星的运转周期，都是24小时，故B错误；
C．同步卫星只能定点在赤道上空，不可能定点在北京正上空，故C错误；
D．根据牛顿第二定律得
解得
高度是一定的，加速度也是一定的，所以不同的同步卫星向心加速度大小相同，与卫星的质量无关，故D正确。
故选AD。
10. 如图所示，长为L的不可伸长轻绳一端固定在O点，另一端拴接一可视为质点的质量为m的小球，开始小球静止在最低点C。现给小球一水平速度使小球在竖直面内做圆周运动，D为圆周运动的最高点，AB为水平直径，重力加速度大小为g，不计空气阻力。下列说法正确的是（ ）
A. 小球到D点的最小速度为
B. 若小球恰好能运动到D点，则小球经过C点的速度为
C. 若改用水平向右的恒力F将小球从C点拉动，直到轻绳偏离竖直方向的角度为θ，力F做功为
D. 若改用水平向右的外力F将小球从C点缓慢拉动，直到轻绳偏离竖直方向的角度为θ，力F做功为
【答案】AC
【解析】A．小球到D点的最小速度满足关系
即
选项A正确；
B．若小球恰好能运动到D点，则小球经过C点时由机械能守恒定律
解得C点的速度为
选项B错误；
C．若改用水平向右的恒力F将小球从C点拉动，直到轻绳偏离竖直方向的角度为θ，力F做功为
选项C正确；
D．若改用水平向右的外力F将小球从C点缓慢拉动，直到轻绳偏离竖直方向的角度为θ，由动能定理
可得力F做功为
选项D错误。
故选AC。
11. 如图所示，在匀速转动的水平圆盘上，沿直径方向放着用轻绳相连的物体A和B，A和B质量都为m。它们分居圆心两侧，与圆心距离分别为，， A、B与圆盘间的动摩擦因数相同且均为μ。若最大静摩擦力等于滑动摩擦力，当圆盘转速从零开始逐渐加快到两物体刚好要发生但还未发生滑动时，下列说法正确的是（ ）
A. 绳子的最大张力为2μmg
B. 当轻绳恰好出现拉力时，A所受的摩擦力大小为
C. 当A所受的摩擦力为零时，圆盘的角速度为
D. 随着转速的增大，A所受的摩擦力一直减小，而B所受的摩擦力一直增大
【答案】BC
【解析】A．当A刚要向内滑动时，绳子的张力最大，对A、B分别根据牛顿第二定律得

解得

故A错误；
B．当轻绳恰好出现拉力时，B恰好摩擦力最大，对B根据牛顿第二定律得

对A根据牛顿第二定律得

解得

故B正确；
C．当A所受的摩擦力为零时，对B根据牛顿第二定律得
对A根据牛顿第二定律得

解得

故C正确；
D．当时，随着转速的增大，A所受的摩擦力增大，直到A开始滑动；当绳子无拉力时，随着转速的增大，B所受的摩擦力增大，当绳子有拉力时，随着转速的增大，B所受的摩擦力不变，直到B开始滑动，故D错误。
故选BC。
12. 如图所示，固定光滑斜面AB的倾角，BC为水平面，BC长度为1.25m，CD为光滑的竖直圆弧轨道，半径为0.6m。一可视为质点的质量的物体，从斜面上A点由静止开始下滑，物体与水平面BC间的动摩擦因数，轨道在B、C两点平滑连接。物体到达D点后，继续竖直向上运动，最高点到D点的高度为0.65m。不计空气阻力，，重力加速度。下列说法正确的是（ ）
A. 物体第一次滑入圆轨道C点的速度为5m/s
B. 物体第一次滑入圆轨道C点时对轨道的压力大小为100N
C. 释放点A距水平面BC的高度为1.5m
D. 物体最终恰好停在B点
【答案】ACD
【解析】A．物块从C点到到达最高点的过程由机械能守恒定律
解得
选项A正确；
B．在C点时由牛顿第二定律
解得
FNC=103.3N
选项B错误；
C．从A到C由动能定理
解得
H=1.5m
选项C正确；
D．最终当滑块停止时，由能量关系可知
解得
x=7.5m=6LBC
即物体在BC上运动三个来回最终恰好停在B点，选项D正确。
故选ACD。
三、非选择题：本题共6小题，共60分。
13. 如图所示为向心力演示仪。匀速转动手柄1，可以使变速塔轮2和3（塔轮上有不同半径的凹槽，两塔轮由套在凹槽中的传动皮带连接，转动中皮带与两轮不发生滑动）以及长槽4和短槽5随之匀速转动，槽内小球也随着做匀速圆周运动（小球可以放在长槽和短槽内a、b、c的不同位置，且长槽和短槽上相邻标记线的间距相等）。使小球做匀速圆周运动的向心力由横臂6的挡板对小球的压力提供，小球对挡板的反作用力通过横臂的杠杆作用使弹簧测力套筒7下降，从而露出标尺8。根据标尺8上露出的等分标记，可以粗略计算出两个小球所受向心力大小的比值。
（1）探究向心力的大小，实验阶段分为几个过程（ ）
A. 2个过程B. 3个过程
C. 1个过程D. 4个过程
（2）关于该实验过程，下列说法正确的是（ ）
A. 为探究向心力大小和角速度的关系，应把质量相等的小球放在长槽上a位置和短槽上c位置，皮带套在半径相同的塔轮上
B. 为探究向心力大小和线速度大小的关系，应把质量相等的小球放在长槽上a位置和短槽上c位置，皮带套在半径相同的塔轮上
C. 为探究向心力大小和半径的关系，应把质量相等的小球放在长槽上b位置和短槽上c位置，皮带套在半径相同的塔轮上
D. 为探究向心力大小和质量的关系，应把质量不相等的小球放在长槽上a位置和短槽上c位置，皮带套在半径相同的塔轮上
（3）一次实验中，把两个质量相等的小球，分别放在长槽上a位置和短槽上c位置，转动时左边露出的标尺是右边露出的标尺的4倍，则左边塔轮与右边塔轮的半径之比为_______________。
【答案】（1）B （2）CD （3）1∶2
【解析】
小问1详解】
探究向心力的大小，实验阶段分为3个过程，即质量和半径一定时探究向心力和角速度关系；质量和角速度一定时，探究向心力和半径关系；角速度和半径一定时探究向心力和质量的关系；
故选B；
【小问2详解】
AB．为探究向心力大小和角速度的关系，应保持质量和半径相同，即应把质量相等的小球放在长槽上a位置和短槽上c位置，皮带套在半径不相同的塔轮上，选项AB错误；
C．为探究向心力大小和半径的关系，应保持质量和角速度相同，即应把质量相等的小球放在长槽上b位置和短槽上c位置，皮带套在半径相同的塔轮上，选项C正确；
D．为探究向心力大小和质量的关系，应保持角速度和半径相同，则应把质量不相等的小球放在长槽上a位置和短槽上c位置，皮带套在半径相同的塔轮上，选项D正确。
故选CD。
【小问3详解】
一次实验中，把两个质量相等的小球，分别放在长槽上a位置和短槽上c位置，即转动半径相等，转动时左边露出的标尺是右边露出的标尺的4倍，左边小球的向心力等于右边小球向心力的4倍，根据则左边小球转动的角速度等于右边小球角速度的2倍，因左右两边塔轮边缘的线速度相等，根据v=ωr可知，左边塔轮与右边塔轮的半径之比为1:2。
14. 某物理兴趣小组利用传感器进行探究向心力大小与线速度大小的表达式，实验装置原理如图甲所示。装置中水平直槽能随竖直转轴一起转动，将滑块放在水平直槽上，用细线将滑块与固定的力传感器连接。当滑块随水平直槽一起匀速转动时，细线的拉力提供滑块做圆周运动需要的向心力。拉力的大小可以通过力传感器测得，滑块转动的线速度大小可以通过速度传感器测得。
（1）滑块和速度传感器的总质量为0.2kg，保持滑块到竖直转轴的距离不变，仅改变竖直转轴转动的快慢，测得多组力传感器的示数F及速度传感器的示数v，根据实验数据得到的图像如图乙所示，图像没有过坐标原点的原因是_______________，滑块到竖直转轴的距离为_______________m；
（2）若去掉细线，将滑块置于距离竖直转轴0.8m处，为保证滑块不相对水平直槽滑动，滑块随水平直槽转动的最大线速度为_______________m/s。
【答案】（1）水平直槽不光滑 0.6 （2）2
【解析】
【小问1详解】
若水平直槽不光滑，则滑块转动过程中当角速度较小时只有静摩擦力提供向心力，随着角速度增大摩擦力逐渐增大，当摩擦力达到最大值时，继续增大转速绳子开始出现拉力，则有
得
图像不过坐标原点。
根据
可知图像的斜率为
解得滑块到竖直转轴的距离为
【小问2详解】
由图像可知，开始产生绳子拉力时，有
其中，若去掉细线，将滑块置于距离竖直转轴0.8m处，为保证滑块不动，设转轴转动的最大线速度为，则有
联立可得
=2m/s
15. 如图所示，长为的细绳（质量不计）下端连着质量为的小球，上端悬于天花板上，使小球在水平面内做匀速圆周运动，细绳就沿圆锥面旋转，这样就成了一个圆锥摆。细绳与竖直方向的夹角，重力加速度，求：
（1）小球所受向心力的大小；
（2）小球做匀速圆周运动的线速度v的大小；
（3）小球做匀速圆周运动的角速度ω的大小。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】（1）小球所受向心力的大小为
解得
（2）根据向心力表达式有
解得
（3）根据角速度与线速度的关系
解得
16. 变轨技术是航天器入轨过程中的重要一环。实际航行中的变轨过程较为复杂，为方便研究，我们将航天器的变轨过程简化为如图所示的模型：①将航天器发射到近地圆轨道1上；②在A点点火加速使航天器沿椭圆轨道2运行，轨道1和轨道2相切于A点，A、B分别为轨道2的近地点与远地点，地球的球心位于椭圆的一个焦点上；③在远地点B再次点火加速，航天器沿圆轨道3运行，轨道2和轨道3相切于B点。已知万有引力常量为G，地球表面的重力加速度为g，轨道1半径为R，轨道3半径为3R，求：
（1）航天器在轨道上运行时，在A点和B点的加速度大小之比；
（2）航天器在轨道2和轨道3上运行的周期之比。（答案保留根号）
【答案】（1）；（2）
【解析】（1）航天器在轨道上运动到A点，由牛顿第二定律得
航天器在轨道上运动到点，由牛顿第二定律得
解得
（2）由题意可知，椭圆轨道2的半长轴为，根据开普勒第三定律有
解得
17. 如图所示，半径的四分之一竖直圆轨道MN固定在水平地面上，端点N位于轨道末端且轨道末端切线水平，与水平地面平滑连接。把质量的小物块从竖直圆轨道上顶端M点由静止释放，经过N点滑到水平地面上，滑行一段距离后停在水平地面上的P点。已知小物块滑到N点时对轨道的压力为6N，P点到轨道末端N点的水平距离，重力加速度。不计空气阻力，小物块可视为质点，求：
（1）小物块经过N点时的速度大小；
（2）小物块在竖直圆轨道MN上克服摩擦力做的功Wf；
（3）若小物块在竖直圆轨道MN上运动时克服摩擦力做功不变，用外力F把小物块从P点再推回竖直圆轨道MN的顶端M点，则外力F至少需要做多少功WF。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】（1）由牛顿第三定律，小物块在点受到的支持力为，小物块在点，由牛顿第二定律得
解得
（2）小物块在竖直圆轨道上从点运动到点，由动能定理得
解得
（3）小物块在水平地面上从点运动到点，由动能定理得
用外力把小物块从点推到点，由动能定理得
解得
18. 摩博会上的特技表演惊艳全场，如图，某位摩托车手驾驶机车在水平面上从静止开始沿轨道以恒定功率，冲上高度的水平高台，经时间到达水平高台顶端，离开水平高台的同时立即关闭发动机油门，落至地面时，恰能无碰撞地沿圆弧切线从A点进入光滑竖直圆弧轨道，沿轨道下滑，并从B点飞出，越过水平地面上高度为的障碍物，最后落在水平轨道上的C点，A、B为圆弧两端点，其连线水平。已知圆弧半径，圆弧对应圆心角，人和机车的总质量为，可视为质点，特技表演的全过程阻力做功忽略不计，，重力加速度，求：
（1）机车到达水平高台顶端的速度；
（2）机车从水平高台顶端飞出到A点，人和机车运动的水平距离x；
（3）人和机车运动到达圆弧轨道最低点O时的速度大小v0和人和机车对最低点O点的压力大小；
（4）设置障碍物时，障碍物到B点的距离范围。
【答案】（1）；（2）；（3）；；（4）到之间。
【解析】（1）人和机车从静止到水平高台顶端，由动能定理得
解得
（2）人和机车从水平高台顶端飞出到点
竖直方向
水平方向
解得
（3）人和机车在点
人和机车从点运动到点，由动能定理得
人和机车运动到达圆弧轨道最低点时的速度大小为
人和机车在点，由牛顿第二定律得
解得
由牛顿第三定律，人和机车对最低点点的压力大小为
（4）人和机车运动到点速度和点的速度大小相同，且与水平方向的夹角为
人和机车在竖直方向上
人和机车在水平方向上
解得
和
障碍物到点的距离在到之间。