2022武汉华中师范大学第一附中高一下学期期中考试物理试题含答案

华中师大一附中2021-2022学年度第二学期期中检测

高一年级物理试题

一、单项选择题（共8小题，每小题3分，共24分。每小题只有一个选项符合题意）

1. 如图，相同的物块a、b用沿半径方向的细线相连放置在水平圆盘上。当圆盘绕转轴转动时，物块a、b始终相对圆盘静止。下列关于物块a所受的摩擦力随圆盘角速度的平方（ω2）的变化关系正确的是（　　）

A.  B.

C.  D.

2. 天问一号火星探测器的发射标志着我国的航天事业迈进了新时代，设地球绕太阳的公转周期为T，环绕太阳公转的轨道半径为r1，火星环绕太阳公转的轨道半径为r2，火星的半径为R，万有引力常量为G，下列说法正确的是（　　）

A. 太阳的质量为

B. 火星绕太阳公转的角速度大小为

C. 火星表面的重力加速度大小为

D. 从火星与地球相距最远到地球与火星相距最近的最短时间为

3. 如图所示，为地球赤道上的物体，随地球表面一起转动，为近地轨道卫星，为同步轨道卫星，为高空探测卫星。若、、、绕地球转动的方向相同，且均可视为匀速圆周运动。则（　　）

A. 、、、中，的加速度最大 B. 、、、中，的线速度最大

C. 、、、中，的周期最大 D. 、、、中，的角速度最大

4. 图（a）为酒店常用的安全窗户，竖直窗框部分安装有滑轨与滑块，两者之间的弹性摩擦块固定在滑块上，截面如图（b）所示；滑块与窗户通过一金属轻杆相连，轻杆两端可绕固定点A、B自由转动，其推拉结构可简化为图（c），C为窗户下边缘一点；轻杆长L，B点到转轴的距离为2L，则（　　）

A. 开窗过程中A、B两点的速度始终相等

B. 开窗过程中B、C两点的角速度不相等

C. 开窗状态下滑块受3个力作用

D. 该窗户能打开的最大角度为30°

5. 质量均为m的两个星球A和B，相距为L，它们围绕着连线中点做匀速圆周运动。观测到两星球的运行周期T小于按照双星模型计算出的周期T0，且k。于是有人猜想在A、B连线的中点有一未知天体C，假如猜想正确，则C的质量为（　　）

A.  B.  C.  D.

6. 2021年7月和10月，SpaceX公司星链卫星两次侵入中国天宫空间站轨道，为保证空间站内工作的三名航天员生命安全，中方不得不调整轨道高度，紧急避碰。其中星链号卫星，采取连续变轨模式接近中国空间站，中国发现且规避后，该卫星轨道又重新回到正常轨道。已知中国空间站在高度390千米附近的近圆轨道，轨道倾角，而星链卫星在高度为550千米附近的近圆轨道，倾角为。已知地球半径为，引力常量为。下列说法正确的是（　　）

A. 中国空间站的运行速度约为11.68千米/秒

B. 由题目所给数据可以计算出地球的密度

C. 星链卫星在正常圆轨道需减速才能降到中国空间站所在高度

D. 星链卫星保持轨道平面不变，降至390公里附近圆轨道时，其速度与中国空间站速度接近，不会相撞（轨道倾角是指卫星轨道面与地球赤道面之间的夹角）

7. 2020年7月23日，我国首次火星探测任务“天问一号”探测器，在中国文昌航天发射场，应用长征五号运载火箭送入地火转移轨道。火星距离地球最远时有4亿公里，最近时大约0.55亿公里。由于距离遥远，地球与火星之间信号传输会有长时间的时延。当火星离我们最远时，从地球发出一个指令，约22分钟才能到达火星。为了节省燃料，我们要等火星与地球之间相对位置合适的时候发射探测器。受天体运行规律的影响，这样的发射机会很少。为简化计算，已知火星的公转周期约是地球公转周期的 1.9 倍，认为地球和火星在同一平面上、沿同一方向绕太阳做匀速圆周运动，如图所示。根据上述材料，结合所学知识，判断下列说法正确的是（　　）

A. 当探测器加速后刚离开A处加速度与速度均比火星在轨时的要大

B. 当火星离地球最近时，地球上发出的指令需要约 10 分钟到达火星

C. 如果火星运动到B 点，地球恰好在A 点时发射探测器，那么探测器将沿轨迹AC 运动到C 点时，恰好与火星相遇

D. 下一个发射时机需要再等约 2.7 年

8. 我国发射的“嫦娥三号”卫星是登月探测器。该卫星先在距月球表面高度为h的轨道上绕月球做周期为T的匀速圆周运动，再经变轨后成功落月。已知月球的半径为R，万有引力常量为G，忽略月球自转及地球对卫星的影响。则以下说法正确的是（　　）

A. 物体在月球表面自由下落的加速度大小为

B. “嫦娥三号”绕月球做匀速圆周运动时的线速度大小为

C. 月球的平均密度为

D. 在月球上发射月球卫星的最小发射速度为

二、多项选择题（每题有两个或者两个以上正确答案，每题5分，少选得3分，共30分）

9. 质量为m的物体以速度v0在足够大的光滑水平面上运动，从零时刻起，对该物体施加一水平恒力F，在t时刻，物体的速度减小到最小值，此后速度又不断增大。则下列说法正确的是（　　）

A. 在t=0时刻，水平恒力与初速度间的夹角为120°

B. 水平恒力F大小为

C. 在2t时刻，物体速度大小为为

D. 若零时刻起，水平恒力方向不变，大小变为2F，则在t时刻，物体的速度大小仍为v0

10. 2022年北京冬奥会自由式滑雪女子大跳台决赛，中国运动员谷爱凌夺冠。比赛场地简化如图所示，为U型池助滑道，为倾斜雪坡，与水平面夹角，运动员某次训练从助滑道的最高点A由静止开始下滑至起跳点，若起跳速率为，方向与水平方向成，最后落在雪坡上的点（图中未画出）。把运动员视为质点，不计空气阻力，取，，，则（　　）

A. 运动员在空中做变加速曲线运动

B. 运动员从起跳到达点运动的时间为

C. 起跳点至落点的位移

D. 运动员离开雪坡的最大距离为

11. 如图所示，恒星A、B构成的双星系统绕点O做顺时针方向的匀速圆周运动，运动周期为T1，它们的轨道半径分别为RA、RB，RA<RB。C为B的卫星，绕B做逆时针方向的匀速圆周运动，周期为T2，忽略A与C之间的引力，且A与B之间的引力远大于C与B之间的引力。万有引力常量为G，则以下说法正确的是（　　）

A. 若知道C的轨道半径，则可求出C的质量

B. 恒星B的质量为

C. 若A也有一颗运动周期为T2的卫星，则其轨道半径一定小于C的轨道半径

D. 设A、B、C三星由图示位置到再次共线的时间为t，则

12. 如图所示，三颗质量均为m的地球同步卫星等间隔分布在半径为r的圆轨道上，设地球质量为，半径为R，下列说法错误的是（　　）

A. 地球对一颗卫星引力大小为

B. 一颗卫星对地球的引力大小为

C. 两颗卫星之间的引力大小为

D. 三颗卫星对地球引力的合力大小为

13. “拉格朗日点”的定义是：“受两大物体引力作用下，能使小物体稳定的点。”在数学上共有五个解，如下图中的L1、L2、L3、L4、L5点。2018年5月21日，我国用长征四号丙运载火箭，成功将嫦娥四号任务“鹊桥”号中继卫星发射升空。“鹊桥”是世界首颗运行于拉格朗日点L2的卫星，当“鹊桥”处于“拉格朗日点”L2时，会在月球与地球共同的引力作用下，几乎不消耗燃料的情况下以与月球相同的周期同步绕地球运行。则以下判断正确的是（　　）

A. “鹊桥”的线速度大于月球的线速度

B. “鹊桥”的角速度大于月球的角速度

C. “鹊桥”的向心加速度小于月球的向心加速度

D. “鹊桥”的向心力由地球引力和月球引力的合力提供

14. 由教育部深空探测联合研究中心组织，重庆大学等高校合作的“多段式多功能载运月球天梯概念研究”，图甲是“天梯”项目海基平台效果图，是在赤道上建造重直于水平面的“太空电梯”，宇航员乘坐太空舱通过“太空电梯”直通地球空间站。图乙中r为宇航员到地心的距离，R为地球半径，曲线A为地球引力对宇航员产生的加速度大小与r的关系；直线B为宇航员由于地球自转而产生的向心加速度大小与r的关系，关于相对地面静止在不同高度的宇航员，下列说法正确的有（　　）

A. 宇航员的线速度随着r的增大而减小 B. 图乙中为地球同步卫星的轨道半径

C. 宇航员在处的线速度等于第一宇宙速度 D. 宇航员感受到的“重力”随着r的增大而减小

三、实验题（满分14分。请书写工整，保持卷面整洁，规范答题）

15. 在一个未知星球上用如图（甲）所示装置研究平抛运动的规律。悬点O正下方P点处有水平放置的炽热电热丝，当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断，小球由于惯性向前飞出作平抛运动。现对此运动采用频闪数码照相机连续拍摄。在有坐标纸的背景屏前，拍下了小球在作平抛运动过程中的多张照片，经合成后，照片如（乙）图所示，a、b、c、d为连续四次拍下的小球位置，已知照相机连续拍照的时间间隔是，照片大小如图中坐标所示，又知该照片的长度与实际背景屏的长度之比为1：4，则：（结果可保留根号）

（1）由以上及图信息，可以推算出该星球表面重力加速度为__________。

（2）由以上及图信息可以算出小球在b点时速度是____________；

（3）若已知该星球的半径与地球半径之比为，则该星球的质量与地球质量之比_________，第一宇宙速度之比_________。（取）

16. 为了探究做平抛运动的物体的运动规律，某同学设计了下面一个实验。

（1）如图甲所示，OD为一竖直木板，小球从斜槽上挡板处由静止开始运动，离开O点后做平抛运动。右侧用一束平行光照射小球，小球在运动过程中便在木板上留下影子。用频闪照相机拍摄小球在运动过程中的位置以及在木板上留下的影子的位置，如图中A、B、C、D点。现测得各点到0点的距离分别为5.0cm，19.8cm，44.0cm，78.6cm。根据影子的运动情况可知小球在竖直方向上的运动为__________运动。其加速度为________m/s2。（已知照相机的闪光频率为10Hz）

（2）若将平行光改为沿竖直方向，小球在运动过程中会在地面上留下影子，如图乙所示，用频闪照相机拍摄的影子的位置如图中的0′、A′、B′、C、D′点。现测得各点到O′点的距离分别为19.6cm，39.8cm、60.2cm、79.6cm。根据影子的运动情况可知小球在水平方向上的运动为_________运动。其速度为_________m/s。

（3）丙同学用如图装置研究平抛运动，将方格纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上，钢球沿斜槽轨道滑下飞出后落在水平挡板上，在方格纸上挤压出一个痕迹点称动挡板，重新释放钢球，方格纸上将留下一系列痕迹点。

①下列实验条件必须满足的有_______：

A:斜槽轨道光滑

B：斜槽轨道末段水平

C:挡板高度等间距变化

D:每次从斜槽上相同的位置无初速度释放球

②建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系。取平抛运动的起始点为坐标原点。将铜球静置于斜槽末，钢球的________（选填“最上端”“最下端”或者“球心”）对应方格纸上的位置即为原点：在确定y轴时_________（选填“需要”或者“不需要“）y轴与重垂线平行。

四、解答题（本题共包括4个小题，满分32分。请书写工整，规范答题）

17. 如图所示，一位网球运动员在距地面高度为H的O点以拍击球，使网球沿水平方向飞出：第一只球落在自己一方场地上后，弹跳起来两次，刚好擦网而过，落在对方场地的A点处；第二只球直接擦网而过，也刚好落在A点处。设球与地面的碰撞前后其竖直方向速度原速率弹回，而水平方向速度不变，且不计空气阻力。求：

（1）第一次和第二次平抛初速度之比；

（2）球场中拦网高度为多少。

18. 如图所示，A点距水平面BC的高度h=1.8m，BC与半径R=0.5m的光滑圆弧轨道CDE相接于C点，D为圆弧轨道的最低点，圆弧轨道DE对应的圆心角=37°，圆弧和倾斜传送带EF相切于E点，EF的长度为l=10m，一质量为m=1kg的小物块从A点以速度v0水平抛出，经过C点恰好沿切线进入圆弧轨道，再经过E点。当经过E点时速度大小与经过C点时速度大小相等，随后物块滑上传送带EF，已知物块与传送带EF间的动摩擦因数=0.5，重力加速度g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8。求：

（1）物块到达C点时的速度大小和方向；

（2）物块刚过C点时，物块对C点的压力；

（3）若物块能被送到F端，则传送带顺时针运转的速度应满足的条件及物块从E端到F端所用时间的范围。（结果可保留根式）

19. 如图所示，为竖直光滑圆弧的直径，其半径，端沿水平方向。水平轨道与半径的光滑圆弧轨道相接于点，为圆轨道的最低点，圆弧轨道、对应的圆心角。圆弧和倾斜传送带相切于点，的长度为。一质量为的物块（视为质点）从水平轨道上某点以某一速度冲上竖直圆轨道，并从点飞出，经过点恰好沿切线进入圆弧轨道，再经过点，随后物块滑上传送带。已知物块经过点时速度大小与经过点时速度大小相等，物块与传送带间的动摩擦因数，取，，。求：

（1）物块从点飞出的速度大小和在点受到的压力大小；

（2）物块到达点时的速度大小及对点的压力大小；

（3）若物块能被送到端，则传送带顺时针运转的速度应满足的条件及物块从端到端所用时间的范围。（该问结果可保留根式）

20. 木星距离地球最近的一颗大行星，而正是因为木星距离地球最近，所以也所抵挡了很多来自外太空的一些天体的撞击。比如说一些小行星或者是陨石，因此木星被称作地球的保护神，设想数年后中国宇航员登上木星，宇航员以初速度v竖直向上抛出一小球，t后落回抛出点，已知木星的半径为R，引力常量为G（忽略空气阻力）。求：

（1）本星表面的重力加速度

（2）木星的平均密度

（3）木星的公转周期为12年，则木星的环绕半径是日地距离的多少倍（）

【1题答案】

【答案】D

【2题答案】

【答案】D

【3题答案】

【答案】B

【4题答案】

【答案】D

【5题答案】

【答案】A

【6题答案】

【答案】C

【7题答案】

【答案】A

【8题答案】

【答案】B

【9题答案】

【答案】BD

【10题答案】

【答案】BC

【11题答案】

【答案】BD

【12题答案】

【答案】AD

【13题答案】

【答案】AD

【14题答案】

【答案】BD

【15题答案】

【答案】    ①. 8    ②.     ③. 1:20    ④.

【16题答案】

【答案】    ①. 自由落体运动    ②. 9.8m/s2    ③. 匀速直线运动    ④. 2m/s    ⑤. BD    ⑥. 球心    ⑦. 需要

【17题答案】

【答案】（1）；（2）

【详解】（1）在第一只球抛出运动中，从抛出到第一次落地为平抛运动，下落高度为H，第二只球抛出到落到A点，做平抛运动，下落高度为H，所以第一只球抛出到第一次落地所用时间与第二只球抛出到落到A点所用时间相同，设为t，在第一只球抛出运动中，每次落地后上升高度相同，所以由对称性可知第一只球在整个运动中的时间为5t，两只球在抛出的运动中水平位移相同，则有

5v1t=v2t

解得

（2）设拦网高度为h，第一只球抛出到C点的时间为t1，第二只球抛出到C点的时间为t2，两只球到C点的水平位移相同，如图所示，则有

v1t1=v2t2

t1=5t2

t1+t2=4t

在竖直方向有

【18题答案】

【答案】（1）10m/s，方向与水平向右成37°角向下；（2）208N，方向与水平向左成53°角斜向下；（3）v≥5m/s，

【详解】（1）物块从A到C做平抛运动，根据竖直方向

得，下落时间

物块到C点时，竖直方向的速度

vy=gt=6m/s

则C点时速度为

，方向与水平向右成37°角斜向下

（2）物块在C点受力如图所示

根据牛顿第二定律可得

解得

Fc=208N

由牛顿第三定律可得，物块对C点的压力大小为208N，方向与水平向左成53°角斜向下。

（3）物块上滑过程中，若速度大于传送带速度，据牛顿第二定律，物块加速度大小a1为

解得

a1=10m/s2

若物块速度小于传送带速度，物块加速度大小a2为

解得

a2=2m/s2

已知vE=vC，设传送带的最小速度为v，物块刚滑到传送带时，若物块向上滑动时的速度小于等于传送带的速度，即满足。则物块在传送带上一直以加速度a2向上做减速运动，则

解得

若物块的速度先大于传送带的速度，则物块先以加速度大小为a1减速到v，由于

故物块继续向上做减速运动，然后以加速度大小a2继续减速到零恰好达到F点，则达到传送带速度v的过程，所需时间为

通过的位移为

达到相同速度后，当到达F点时，速度恰好为零，则此过程中通过的位移为

所需时间

又

联立以上各式解得

v=5m/s

t1=0.5s

t2=2.5s

上滑所需最大时间为

故传动带顺时针运转的速度应满足的条件为

v≥5m/s

物块从E端到F端所用时间的范围为

【19题答案】

【答案】（1）；；（2）；；（3）传送带的速度大于等于零即可，运动时间大于1s

【详解】（1）物块在处的速度分解如图，在竖直方向有

水平方向

联立代入数据求得

在A处受力如图，由牛顿第二定律得

得

（2）物块在处速度

其受力分析如图

由牛顿第二定律得

得

根据牛顿第三定律知物块对处的压力大小为

（3）当传送带速度为最小值时，物块从到运动的时间最长。物块的速度从减到的过程，加速度较大，受力如图，有

物块的速度从减到0的过程，加速度较小，受力如图，有

联立求得

物体减速为零时通过的位移为

说明物体减速为零时没有到达传送带的顶部，物块在传送带上线减速后和传送带共速，而共速后做匀速直线运动，因此如果传送带的速度很小则时间无限大，当传送带的速度足够大时，有

解得

物块从到做匀速运动，根据运动学公式知

得

综合以上讨论，满足题目条件时，传送带的速度范围为

物块从到所用的时间范围为

即

【20题答案】

【答案】（1）；（2）；（3）

【详解】（1）根据题意得

解得

（2）根据题意得

解得

（3）根据开普勒第三定律得

解得