广东省广东实验中学2020-2021学年高一下学期期中试卷物理试题及答案

广东实验中学2020-2021学年(下)高一级期中考试
物理
试卷共6页，满分100分，考试用时75分钟．
注意事项：
1．答卷前，考生务必用黑色字迹的钢笔或签字笔将自己的姓名、考号填写在答题卷上．
2．选择题每小题选出答案后，用2B 铅笔把答题卷上对应题目的答案标号涂黑；如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其它答案；不能答在试卷上． 3．非选择题必须用黑色字迹的钢笔或签字笔作答，答案必须写在答题卷各题目指定区域内的相应位置上；如需改动，先划掉原来的答案，然后再写上新的答案；不准使用铅笔和涂改液，不按以上要求作答的答案无效．
4．考生必须保持答题卡的整洁，考试结束后，将答题卷收回．
第一部分选择题(共46分)
一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分，每小题给出的四个选项中，只有一个选项是正确的)
1．下列说法正确的是( )
A ．受到恒力作用的物体不可能做曲线运动
B ．物体做匀速圆周运动，所受的合力一定指向圆心
C ．绕地球做圆周运动的周期是24h 的卫星一定是同步卫星
D ．开普勒总结出了行星运行的规律，并发现万有引力定律 2．一带有乒乓球发射机的乒乓球台如图所示，发射机安装于台面左侧边缘的中点，能以不同速率向右侧不同方向水平发射相同的乒乓球．乒乓球1落到球网右侧台面边缘上的中点，乒乓球2落到球网右侧台面边缘上靠近中点的某点，不计空气阻力，则乒乓球从发射到落台前过程中( ) A ．乒乓球2的飞行时间更长
B ．乒乓球1的发射速度大于乒乓球2的发射速度
C ．乒乓球1的速度变化量大于乒乓球2的速度变化量
D ．落台时，乒乓球1与2的重力的瞬时功率相等
2．某卫星在半径为r 的轨道1上做圆周运动，动能为E k ，变轨到轨道2上后，动能比在轨道1上减小了ΔE ，在轨道2上也做圆周运动，则轨道2的半径为
A ．
k E
r E E
∆-∆ B ．k
E E
r E -∆∆ C ．k E r E
∆
D ．
k
k E r E E
-∆ 3．曲柄连杆结构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动零件，如图所示，连杆下端连接活塞Q ，上端连接曲轴P ．在工作过程中，活塞Q 在气缸内上下做直线运动，带动曲轴绕圆心O 旋转，若P 做线速度大小为v 0的匀速圆周运动，则下列说法正确的是 A ．当OP 与OQ 垂直时，活塞运动的速度等于v 0 B ．当OP 与OQ 垂直时，活塞运动的速度大于v 0 C ．当O 、P 、Q 在同一直线时，活塞运动的速度等于v 0 D ．当O 、P 、Q 在同一直线时，活塞运动的速度大于v 0
4．如图所示，长为L 的轻杆，一端固定一个质量为m 的小球，另一端固定在水平转轴O 上，现让杆绕
转轴O 在竖直平面内匀速转动，角速度为ω，某时刻杆对球的作用力恰好与杆垂直，则此时杆与水平面的夹角θ满足( )
A ．2
tan g
L
θω=
B ．2tan L
g
ωθ=
C ．2sin L
g
ωθ=
D ．2
sin g
L
θω=
5．汽车以额定功率在水平路面上行驶，空车质量为m 0，空载时的最大速度为v 1，装满货物后的最大速度是v 2．已知汽车所受的阻力与车重成正比，则汽车所装货物的质量是( )
A ．1201v v m v -
B ．1202v v m v +
C ．1202v v m v -
D ．1
02
v m v 6．对银河系内各星球，若贴近其表面运行的卫星的周期用T 表示，该星球的平均密度用ρ 表示． 2
1T 与 ρ的关系图象如图所示，已知万有引力常量11
226.6710N m /kg G -=⨯⋅．则该图
象的斜率约为( )
A ．622710N m /kg -⨯⋅
B ．922710N m /kg -⨯⋅
C ．1222710N m /kg -⨯⋅
D ．1522710N m /kg -⨯⋅
二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分，在每小题给出的四个选项中，有两个或以上选项正确，全选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分)
8．“天宫一号”目标飞行器在离地面343km 的圆形轨道上运行，其轨道所处的空间存在极其稀薄的大气．下列说法正确的是
A ．如不加干预，经过较长时间后“天宫一号”围绕地球的运动线速度将会变小
B ．如不加干预，经过较长时间后“天宫一号”围绕地球的运动周期将会变小
C ．“天宫一号”的加速度小于地球表面的重力加速度
D ．航天员在“天宫一号”中处于完全失重状态，说明航天员不受地球引力作用
9．一质量为m 的小球在光滑的水平面以速度v 0做匀速直线运动，在t=0时受到水平方向的恒力F 作用，速度先减小后增大，其最小值为v =0.5v 0，由此可以判断( )
A ．质点受恒力F 作用后一定做匀变速曲线运动
B ．质点受恒力F 作用后可能做圆周运动
C ．t=0时恒力F 与速度v 0方向间的夹角为60º
D ．t=
32mv F
时，质点速度最小 10．图中的甲是地球赤道上的一个物体，乙是“神舟十号”宇宙飞船(周期约90min )，丙是地球的同步卫星，它们运行的轨道示意图如图所示，它们都绕地心做匀速圆周运动．下列有关说法中正确的是( )
A ．它们运动的线速度大小关系是v v v <<乙甲丙
B ．它们运动的向心加速度大小关系是a a a 乙甲丙>>
C ．已知甲运动的周期T 甲=24h ，可计算出地球的密度23=
GT πρ甲
D ．已知乙运动的周期T 乙及轨道半径r 乙，可计算出地球质量23
2
4=r M GT π乙
乙
第二部分非选择题(54分)
三、实验题(共16分)
11．(6分)DIS 向心力实验器如图甲、乙所示，可以用来探究影响向心力大小的因素，实验中可以用力传感器测出小物块在水平光滑的横杆上做圆周运动所需要的向心力大小，用光电门传感器辅助测量小物块转动的角速度．
(1）实验测得挡光条遮光时间t ，挡光杆的宽度d 、挡光条做圆周运动的半径r ，则小物块的角速度的表达式为ω＝________ (请用字母t 、d 、r 表示)．
(2)为了提高实验精度，挡光条的宽度应适当__________(填”小“或”大“)些．
(3)图丙中取①②两条曲线为相同半径、不同质量的小物块向心力与角速度的关系图线，由图可知，曲线①对应的砝码质量________(选填“大于”或“小于”)曲线②对应的砝码质量．
图丙
12．(10分)采用如图1所示的装置研究平抛运动，小球从斜槽上滚下，落在水平放置的档条上，在复写纸后的白纸上留下印记，改变挡条位置，多次重复实验，记录下小球做平抛运动的多个位置．
(1)小球抛出点O 的位置必须及时记录在白纸上，然后从这一点画水平线和竖直线作为x 轴和y 轴．抛出点O _______(填”应“成者”不应“)取斜槽末端端点在白纸上的水平投影位置； (2)在此实验中，下列说法正确的是_____； A ．斜槽末端应处于水平方向
B ．选取较为光滑的斜槽，能减少槽摩擦力带来实验误差
C ．挡板每次必须严格地等距离下降
D ．为记录多个点，挡条每次上下移动的距离适当小些
(3)小飞同学在实验中，让小球多次从斜槽上滚下，小球落点位置的记录纸如图2所示，造成该问题的原因可能是______；
(4）小杰同学正确操作后，在描绘的轨迹中选取了A 和B 两点，如图3． 测得两点离y 轴的距离分别为
116.00cm x =和232.00cm x =，并测得两点间的高度差为15.00cm h =，取210m /s g =，则平抛的初
速度v 0=___________m/s ；若小杰同学取的O 点是斜槽末端端点正下方位置在自纸上的水平投影点，则初速度v 0计算结果_______(填”偏“、”不影响“或”偏小“)．
图1 图2 图3
四、计算题(共3小题，共38分．解答应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)
13．(9分)一颗在赤道上空运行的人造地球卫星，离地高度为h=3 R (R 为地球半径)；已知同步卫星的离地高度大于h ，地球表面重力加速度为g ，则 (1)该卫星绕地球运行周期是多大；
(2)卫星的运动方向与地球自转方向相同，已知地球自转周期为T 0，某一时刻卫星通过赤道上某建筑物的正上方，再经过多长时间它又一次出现在该建筑物正上方？
14．(12分)质量为3000m =kg 的汽车，启动后沿平直路面行驶，如果发动机的输出功率恒为60P =kW ，且行驶过程中受到的阻力大小一定，汽车能够达到的最大速度为120v =km/h ． (1)求行驶过程中汽车受到的阻力大小； (2)当汽车的车速为
2
v
时，求汽车的瞬时加速度的大小． 15．(17分)如图所示，平台AB 距竖直光滑圆形轨道的C 点的高度h=0.8m ，竖直光滑圆形轨道半径为r=2m ．有一质量为m=0.1kg 小球以初速度0v 从平台的边缘B 点水平飞出，恰好沿圆弧轨道C 点的切线方向进入圆弧，做圆周运动到达D 点时速度为D v =8.64m/s ．OC 与竖直方向的夹角为∠COD=30°(不计空气阻力，g=10m/s 2)．求：
(1)小球在空中飞行的时间；
v．
(2)小球的初速度
(3)小球对圆弧轨道D点的压力．
参考答案
1．B 【解析】
A ． 平抛运动时就是受到恒力——重力——的作用，是一个曲线运动，故A 错误；
B ．物体做匀速圆周运动，速率不变，因此合力必须随时都和速度方向垂直，这样才不会改变速率，故B 正确；
C ． 地球同步卫星运行轨道为位于地球赤道平面上圆形轨道即与赤道平面重合、运行周期与地球自转一周的时间相等即为一天，但绕地球转动周期是24h 的卫星不一定是同步卫星，还必须在赤道平面，故C 错误；
D ． 开普勒总结出了行星运行的规律，牛顿发现了万有引力定律，故D 错误． 2．D 【解析】
A ，根据平抛运动的性质可知，乒乓球下溶的飞行时间只与发射机的高度有关，两次发射高度均相同，故乒乓球1与2的飞行时间相等，故A 错误．
B ，根据平抛运动的性质可知，乒乓球水平方向上为匀速运动，两者运动时间相同，故发射速度与路程成正比，由图像可知乒乓球2的路程大于乒乓球1的路程，所以乒乓球1的发射速度小于乒乓球2的发射速度，故B 项错误．
C ，平抛运动中的加速度都是重力加速度，两次发射高度相同，因此飞行的时间相等，则速度变化量相同．故C 项错误．
D 项，根据题意可知乒乓球相同，故质量相同，即重力相同，由C 项分析可知两乒乓落台时垂直向下的速度分量也相同，由功率P=F v 知，乒乓球1与2的重力的瞬时功率相等，故D 项正确 综上所述，本题正确答案为D 3．D 【解析】
在卫星做圆周运动过程中，万有引力充当向心力，故有2
2Mm v G m r r =
，解得v =，所以卫星动能
为2122k GMm E mv r ==，根据题意可知2k GMm E r =，2k GMm E E R
-∆=，联立解得
k k E R r E E =-∆，D 正确． 4．A 【解析】
AB ．当OP 与OQ 垂直时，设∠PQO=θ，此时活塞的速度为v ，将P 点的速度分解为沿杆方向和垂直于
杆方向的速度；将活塞的速度v 分解为沿杆方向和垂直于杆方向的速度，则此时v 0cos θ=v cos θ，即v =v 0，选项A 正确，B 错误；
CD ．当O 、P 、Q 在同一直线时，P 点沿杆方向的速度为零，则活塞运动的速度等于0，选项CD 错误； 5．C 【解析】
由题意可知，小球做匀速圆周运动，则其任意时刻的合力全部用来提供向心力．对球受力分析，小球受重力和杆对其作用力．当某时刻杆对球的作用力恰好与杆垂直时，根据力的合成可知，其合力为：
sin F mg θ=，
又根据合力提供向心力可得：
2sin F mg m L θω==，
化简可得：
2sin L g
ωθ=，
所以选项C 正确，选项ABD 错误； 故选B ． 6．C
【解析】
试题分析：当汽车空载时，有：1101P f v km gv ==．当汽车装满货物后，有：
2202P f v k m m gv ==+（），联立两式解得：12
02
v v m m v -=
．故C 正确，ABD 错误．故选C ． 7．C 【解析】
令该星球的半径为R ，则星球的体积34
3
V R π=
，卫星绕星球做匀速圆周运动，由万有引力提供卫星圆周运动的向心力，则有
22
24GMm
m R R T ，得星球的质量 23
2
4R M GT
π=，所以星球的密度为 M V ρ=，联立解得23
GT πρ=，则得21 3G T ρπ=，由数学知识知，2
1
T 与ρ的关系图象斜率
11
12226.6710710/33 3.14
G k N m kg π--⨯==≈⨯⨯，故C 正确，A 、B 、D 错误；
故选C ． 8．BC
【解析】
A ．根据2
2
GMm v m r r
＝解得：v =A 错误；
B ．根据万有引力提供向心力有：2224GMm r m r T π＝，解得：T =道高度将降低，则周期减小，所以B 正确；
C ．根据
2GMm ma r ＝得2GM
a r
=，“天宫一号”的轨道半径大于地球半径，则加速度小于地球表面重力加速度，故C 正确；
D ．失重状态说明航天员对悬绳或支持物体的压力为0，而地球对他的万有引力提供他随天宫一号围绕地球做圆周运动的向心力，故D 错误． 9．AD 【解析】
AB ．在t=0时开始受到恒力F 作用，加速度不变，做匀变速运动，若做匀变速直线运动，则最小速度可以为零，所以质点受力F 作用后一定做匀变速曲线运动，圆周运动不是匀变速曲线运动，故A 正确，B 错误；
C ．设恒力与初速度之间的夹角是θ，最小速度
100sin 0.5v v v θ==
解得
sin 0.5θ=
而由题可知初速度与恒力的夹角为钝角，故150θ=︒，故C 错误；
D ．设经过t 质点的速度最小，将初速度沿恒力方向和垂直恒力方向分解，故在沿恒力方向上有
0cos300F
v t m
︒-
= 解得
2t F
=
此时沿恒力方向上的速度为零，只有垂直恒力方向的速度，即为质点的最小速度，故D 正确； 故选AD ． 10．BD 【解析】
AB ．根据万有引力提供向心力
22
224GMm r v m ma m r T r
π===
2T π
=
2
GM
a r =
v =
据题知，同步卫星丙的周期为24h ，大于乙的周期，则丙的轨道半径大于乙的轨道半径；根据线速度、加速度与轨道半径的关系，知
a a >乙丙 v v >乙丙
又因为甲与丙的角速度相等，根据
v r ω=
v v >甲丙
根据
2a r ω=
a a >甲丙
所以有
a a a >>乙甲丙
v v v >>乙甲丙
故A 错误，B 正确；
C ．因为甲不是卫星，它的周期与贴近星球表面做匀速圆周运动的周期不同，根据甲的周期无法求出地球的密度，故C 错误；
D ．对于乙，根据
224Mm G m r r T π=乙乙乙乙乙
解得地球质量
23
24=r M GT π乙
乙
故D正确．故选BD．
11．d
rt
小小于
【解析】
(1)物体转动的线速度
d
v
t
=
由
v
r
ω=
计算得出
d
rt
ω=
(2)挡光条的宽度应适当小些，经过光电门的速度才比较接近其瞬时速度．
(3)由题图乙中抛物线说明：向心力F和ω2成正比；若保持角速度和半径都不变，则砝码做圆周运动的向心加速度不变，由牛顿第二定律
F ma
=
可以知道，质量大的砝码需要的向心力大，所以曲线①对应的砝码质量小于曲线②对应的砝码质量．12．不应AD 小球每次从斜槽上滚下的位置不同 1.6 偏大
【解析】
(1)应把小球在斜槽末端静止时，球心位置记做小球的抛出点；
(2）
A．因为是研究平抛运动，所以斜槽末端应处于水平方向，这样小球滚下飞出时的初速度是水平的，故A 正确．
B．每次将小球从同一位置静止释放，保证每次平抛初速度相同即可，轨道不需要光滑，故B错误；C．记录小球经过不同高度的位置时，每次不必严格地等距离下降，故C错误；
D．为记录多个点，挡条每次上下移动的距离适当小些，故D正确．
故选AD．
(3）如果小球每次都从斜槽的同一位置从静止滚下，无论斜槽是否光滑，末端是否水平，小球到达斜槽末端的速度一定相同，这样每次抛出的运动轨迹完全相同，由图分析，可知小球每次平抛的初速度不
同，则可能是小球每次从斜槽上滚下的位置不同，导致平抛初速度不同．
(4)设初速度为v 0，则从抛出点运动到A 所需的时间
110
x t v =
从抛出点运动到B 所需的时间 220
x t v =
在竖直方向上有 22211122
gt gt h -= 解得
0 1.6m/s v == 以小杰同学取的端点所建立的坐标系，测量的水平位移准确，竖直位移偏小，根据212
y gt =
知，求出的运动时间偏小，根据v 0t=s 知，求出平抛运动初速度与真实值比较偏大． 13．(1
）16T π= (2
)t = 【解析】
(1)对于卫星环绕地心的匀速圆周运动， 由万有引力定律及牛顿第二定律有：2
224(4)(4)Mm G m R R T
π= 对地面上的物体由“黄金代换”关系有：2
GMm mg R =
解得：16T =(2)由于卫星轨道半径4R 小于地球同步卫星轨道(约等于地球半径的6.6倍)，卫星的运动周期大于地球自转周期，卫星连续两次经过赤道上某固定目标正上方的时间里，地球赤道上某固定目标绕地心转过的圈数比卫星绕地心转过的圈数少一圈，故有：0
1t t T T -=
解得：t = 14．(1)1800N ；(2)0.6m/s 2
【解析】
(1)由P fv =得
60000 3.6N 1800N 120
P f v =
=⨯= (2)由 2
v P F =⨯ 得
23600N P F v
=
= 由 F f ma -=
得
223600-1800m /s 0.6m /s 3000
F f a m -=== 15．(1)0.4s ；(2
)；(3)4.73N
【解析】
(1)根据自由落体公式
212
h gt =
解得t=0.4s ． (2)根据OC 与竖直方向的夹角为∠COD=30°，即平抛运动从B 到C 的速度偏转角为30°，
0/tan tan30y v gt v s θ=
==︒
解得v 0
=． (3)根据牛顿第二定律则有 2
N mv F mg r
-= 解得N 4.73N F =．。