2020年广西南宁三中高一(下)期中物理试卷

期中物理试卷

题号一二三四五总分

得分

一、单选题（本大题共6小题，共30.0分）

1.关于功的说法，正确的是（）

A. 功的大小只由力和位移的大小决定

B. 因为功有正功和负功，所以功是矢量

C. 力对物体不做功，说明物体一定无位移

D. 合力的功等于各分力功的代数和

2.如图所示，A、B两颗人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，A

卫星的速度大小是B卫星速度大小的2倍，下列说法正确的是

（）

A. 轨道半径=

B. 向心加速度=

C. 周期=

D. 角速度=

3.同步卫星的发射需将卫星发射至近地圆轨道1,经过多次变轨,将卫星送入同步轨道

3,原理如图所示.轨道1、2相切于Q点,2、3相切于P点,则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时,以下说法正确的是（）

A. 卫星在轨道3上稳定运行的速度大于第一宇宙速度

B. 卫星在轨道3上经过P点的线速度等于轨道2经过P

点的线速度

C. 卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2

上经过Q点时的加速度

D. 卫星在轨道2上从Q点到P点的过程中速度减小

4.如图所示，汽车在岸上用轻绳拉船，若汽车匀速行

驶的速度为v，当拉船的绳与水平方向夹角为60°

时，船的速度为（）

A. v

B. 2v

C. v

D. v

5.如图所示，两根长度相同的细绳连接着两个相同的小球，

在光滑水平面上绕竖直轴O匀速圆周转动，两根绳子保持

在一条直线上，则两根绳子中的弹力F1和F2之比为

（）

A. 1：1

B. 2：1

C. 3：2

D. 3：1

6.铁路在弯道处的内外轨道高低是不同的，已知内外轨道

和水平面的倾角为θ，如图所示，弯道处的圆弧半径为

R，若质量为m的火车转弯时的速度大于，则

（）

A. 内轨对内侧车轮轮缘有挤压

B. 外轨对外侧车轮轮缘有挤压

C. 这时铁轨对火车的支持力等于

D. 火车在弯道行驶时受到重力、支持力、牵引力、摩擦力和向心力

二、多选题（本大题共4小题，共20.0分）

7.南宁三中物理兴趣小组红红同学用手将一个质量为1kg的物体由静止开始竖直向上

匀加速提高1m，这时物体的速度大小是2m/s，不考虑空气阻力的影响，g取10m/s2，下列说法中正确的是（）

A. 手对物体做功2J

B. 合外力对物体做功12J

C. 合外力对物体做功2J

D. 物体克服重力做功10J

8.天文学家通过观测双星轨道参数的变化来间接验证引力波的存在，证实了

GWl50914是两个黑洞并合的事件。该事件中甲、乙两个黑洞的质量分别为太阳质量的36倍和29倍，假设这两个黑洞，绕它们连线上的某点做圆周运动，且这两个黑洞的间距缓慢减小。若该黑洞系统在运动过程中各自质量不变且不受其他星系的影响，则关于这两个黑洞的运动，下列说法正确的是（）

A. 甲、乙两个黑洞运行的线速度v大小之比为29：36

B. 甲、乙两个黑洞运行的角速度ω大小之比为36：29

C. 随着甲、乙两个黑洞的间距缓慢减小，它们运行的周期T也在减小

D. 甲、乙两个黑洞做圆周运动的向心加速度大小始终相等

9.2019年1月3日，“嫦娥四号”成为了全人类第一

个在月球背面成功实施软着陆的探测器。为了减小

凹凸不平的月面可能造成的不利影响，“嫦娥四

号”采取了近乎垂直的着陆方式。已知：月球半径

为R，表面重力加速度大小为g，引力常量为G，

下列说法正确的是（）

A. 为了减小与地面的撞击力，“嫦娥四号”着陆前的一小段时间内处于失重状态

B. “嫦娥四号”着陆前近月环绕月球做圆周运动的过程中处于超重状态

C. “嫦娥四号”着陆前近月环绕月球做圆周运动的周期约为T=2π

D. 月球的密度为ρ=

10.2019年4月20日22时41分，我国在西昌卫星发射中心用

长征三号运载火箭，成功发射第四十四颗北斗导航卫星。此

次发射是2019年度北斗导航卫星首次发射，拉开今年北斗

高密度组网序幕。A、C为同步卫星，B为赤道正上方同方

向绕地球做匀速圆周运动的近地卫星，P为赤道上的一处监

测站，某时刻卫星A、B正好处于监测站P的正上方，如图

所示。已知地球自转周期为T1，B的周期为T2，则下列说法

不正确的是（）

A. A、C质量一定相等，A加速可追上同一轨道上的C

B. A、B与地心连线在相同时间内扫过的面积相等

C. 监测站P的向心加速度大于卫星B的重力加速度

D. 再经过时间A、B又正好处于监测站P正上方

三、实验题（本大题共2小题，共14.0分）

11.某物理兴趣小组在探究平抛运动的规律实验时，使小球做平抛运动，用频闪照相机

对准方格背景照相，拍摄到了如下图所示的照片，已知每个小方格边长10cm，当地的重力加速度为g=10m/s2．（结果均保留两位有效数字）

（1）若以拍摄的第一点为坐标原点，水平向右和竖直向下为正方向，则没有被拍摄到的小球位置坐标为______；

（2）频闪照相机闪光的时间间隔为______s；

（3）小球平抛的初速度大小为______m/s；

（4）小球在位置4时的竖直方向的速度为______m/s。

12.南宁三中物理兴趣小组的阳阳同学为了测玩具电动机的转速，设计如图（甲）所示

的装置。钢质L字形型直角架竖直杆穿过带孔轻质薄硬板，然后与电动机转子相固连，水平横梁末端与轻细绳上端栓接，绳下端栓连一小钢球，测量仪器只有直尺。

实验前细绳竖直，小球静止，薄板在小球下方，用直尺测出水平横梁的长度

d=4.00cm。现接通电源，电动机带动小球在水平面上做匀速圆周运动，待小球稳定转动时，缓慢上移簿板，恰触碰到小球时，停止移动薄板，用铅笔在竖直杆上记下薄板的位置，在薄板上记录下触碰点，最后测量出薄板到横梁之间的距离

h=20.00cm，触碰点到竖直杆的距离r=20.00cm，如图（乙）所示。

（1）为了实验更精确，上移薄板时要求薄板始终保持______

（2）重力加速度用g表示，利用测得的物理量，写出转速n的表达n=______（用d，h，r，g表示），用测得的数据计算得n=______r/s（计算时取π2=g，最后结果取三位有效数字）

四、计算题（本大题共2小题，共24.0分）

13.南宁三中西西同学以v0=3m/s的初速度将一个小球水平抛出，落地速度大小5m/s，

不考虑空气阻力的影响，g取10m/s2，求：

（1）小球在空中的运动时间t；

（2）小球从抛出点的离地高度h；

（3）小球从抛出点到落地点的位移L（结果可以用根式表示）。

14.天文学家燕燕发现有一颗类似于地球的宜居行星，经观测得知该行星的自转周期为

T，半径为R，该行星的同步卫星A的圆轨道半径为2R，卫星B沿半径为的圆轨道在该行星的赤道的正上方运行，其运行方向和该行星的自转方向相同，求：（1）卫星B做匀速圆周运动的周期；

（2）卫星A和卫星B连续地不能直接通讯的最长时间间隔（信号传输时间可忽略）。

五、综合题（本大题共1小题，共12.0分）

15.宇航员耿耿驾驶宇宙飞船成功登上“NNSZ”行星后，在行星表面做了如下实验：

将一根长为L的轻绳，一端固定在过O点的水平转轴上，另一端固定一质量为m 的小球，使整个装置绕O点在竖直面内转动。在小球转动过程中的最高点处放置一光电门，在绳子上适当位置安装一个力的传感器，如图甲，实验中记录小球通过光电门的时间以确定小球在最高点的速度v，同时记录传感器上绳子的拉力大小F，即可作出小球在最高点处绳子对小球的拉力与其速度平方的关系图，如图乙；已知行星半径为R，引力常量为G，不考虑行星自转影响。

（1）结合实验和图象所给信息，写出小球在最高点处F与v的关系式；

（2）请求出该行星的第一宇宙速度（用b，L，R表示）；

（3）请求出该行星的密度（用b，L，R，G表示）。

答案和解析

1.【答案】D

【解析】解：A、功的大小取决于力的大小、位移的大小以及力和位移之间的夹角。故A错误；

B、功是标量，只有大小没有方向；虽然功有正负，但其正负只表示是动力做功还是阻力做功；故B错误；

C、力对物体不做功，可能力的方向始终与位移方向垂直，故C错误；

D、功是标量，合力的功等于各分力功的代数和，故D正确。

故选：D。

功是力在空间上的积累效果，功是标量，其正负不表示方向，也不表示大小，只表示是动力还是阻力做功。

本题考查功的计算以及功的性质，要注意明确功是标量，其正负不表示方向，只表示力做功的性质是动力还是阻力。

2.【答案】B

【解析】解：万有引力提供向心力：G=m=mω2r=m（）2r=ma

解得：v=①T==2π②ω=③a=④

A、由G=m可知：r=，可得：=，故A错误

B、由a=可得==，故B正确

C、由T==2π可得：==，故C错误

D、由ω=可得==，故D错误

故选：B。

人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，根据人造卫星的万有引力等于向心力，列式求出线速度、角速度、周期和向心力的表达式，据表达式分析。

本题关键根据人造卫星的万有引力等于向心力确定各量的表达式，据表达式即可确定关系。

3.【答案】D

【解析】【分析】

卫星的运行速度不大于第一宇宙速度，根据变轨的原理比较在轨道3上经过P点的速度和轨道2上经过P点的速度，根据牛顿第二定律比较加速度。

本题考查了卫星的变轨问题，解决本题的关键掌握变轨的原理，掌握判断加速度的方法，会通过开普勒第三定律求解周期。

【解答】

解：A、卫星稳定运行时线速度都小于7.9km/s，故A错误；

B、卫星从轨道2到轨道3时需点火加速，故在P点时轨道2的速度小于轨道3的速度，故B错误；

C、同一位置，引力相同，故加速度相同，C错误；

D、从近地点到远地点，离心运动，故卫星做减速运动，故D正确。

4.【答案】B

【解析】解：将小船的速度沿着平行绳子和垂直绳子方向正交分解，如图所示，

平行绳子的分速度等于人拉绳子的速度，故：v=v′cosθ，

代入数据有v′==2v，故B正确，ACD错误；

故选：B。

将船的速度分解为沿绳子方向和垂直于绳子方向，沿绳子方向的速度等于v，根据平行四边形定则求出船的速度。

考查了运动的合成与分解，解决本题的关键知道船的速度是沿绳子方向和垂直于绳子方向速度的合速度，会根据平行四边形定则对速度进行合成。

5.【答案】C

【解析】解：两个球都做匀速圆周运动，合力提供向心力，由牛顿第二定律得：

F1-F2=mω2r

F2=mω2（2r）

解得：F1：F2=3：2，故ABD错误C正确。

故选：C。

两个球都做匀速圆周运动，合力等于向心力，根据牛顿第二定律可以列式求解。

本题关键找到向心力来源，根据牛顿第二定律列式求解。

6.【答案】B

【解析】解：A、B、火车的重力和轨道对火车的支持力的合力恰好等于需要的向心力时，此时火车的速度正好是，由题知，质量为m的火车转弯时速度大于，外轨对外侧车轮轮缘有挤压，故B正确，A错误。

C、当内外轨没有挤压力时，受重力和支持力，N=，由于外轨对火车的作用力沿着

轨道平面，可以把这个力分解为水平和竖直向下两个分力，由于竖直下下的分力的作用，使支持力变大。故C错误；

D、向心力为效果力，火车没有受到向心力。故D错误，

故选：B。

火车在弯道处拐弯时火车的重力和轨道对火车的支持力的合力做为转弯需要的向心力，当合力恰好等于需要的向心力时，火车对内外轨道都没有力的作用，速度增加，就要对外轨挤压，速度减小就要对内轨挤压。

火车转弯主要是分析清楚向心力的来源，再根据速度的变化，可以知道对内轨还是对外轨有作用力。

7.【答案】CD

【解析】解：根据动能定理可得合外力对物体做功为：

设手对物体做功为W，则有：W+W G=W合

上升过程中重力做功为：W G=-mgh=-1×10×1J=-10J

所以可得手对物体做功为：W=W合-W G=2J-（-10）J=12J，故AB错误，CD正确。

根据动能定理求解手对物体做功和合外力做功。手对物体做功等于物体机械能的增加。物体的高度上升，重力做负功。

本题考查常见的几对功能关系的理解：合力做功等于动能的变化，除重力以外的力做功等于机械能的变化。

8.【答案】AC

【解析】解：AB、根据

可得①

根据

可得②

由①②知，质量与轨道半径成反比，所以36倍太阳质量的黑洞轨道半径比29倍

太阳质量的黑洞轨道半径小，这两个黑洞共轴转动，角速度相等，根据v=ωr可以，质量大的半径小，所以质量大的线速度小，两个黑洞运行的线速度v大小之比为29：36．故A正确，B错误；

C、联立①②可得：=

当m1+m2不变时，L减小，则T减小，即双星系统运行周期会随间距减小而减小，故C 正确；

D、根据a=ω2r可知，角速度相等，质量大的半径小，所以质量大的向心加速度小，故D错误；

故选：AC。

双星做匀速圆周运动具有相同的角速度，靠相互间的万有引力提供向心力，根据万有引力提供向心力公式以及线速度、向心加速度、角速度直接的关系判断即可。

解决本题的关键知道双星靠相互间的万有引力提供向心力，应用万有引力定律与牛顿第二定律即可正确解题，难度不大，属于基础题。

9.【答案】CD

【解析】解：A、在“嫦娥四号”着陆前的一小段时间内“嫦娥四号”需要做减速运动，处于超重状态。故A错误；

B、“嫦娥四号”着陆前近月环绕月球做圆周运动的过程万有引力提供向心力，所以处于失重状态。故B错误；

C、“嫦娥四号”着陆前近月环绕月球做圆周运动的时万有引力提供向心力，即：

所以：T=．故C正确；

D、月球表面的重力近似等于万有引力，则：mg=

所以：M=

又：M=

月球的密度：．故D正确

故选：CD。

根据运动的特点判断超重与失重；根据万有引力提供向心力判断周期与月球的密度。

解决本题的关键知道卫星变轨的原理，掌握万有引力提供向心力这一重要理论，并能灵活运用，不难。

10.【答案】ABC

【解析】解：A、地球同步卫星的质量不一定相等，A加速会做离心运动，偏离原来的轨道，不可能追上同一轨道上的C，故A不正确。

B、根据开普勒第二定律可知，同一卫星与地心连线在相同时间内扫过的面积才相等，故B不正确。

C、监测站P和同步卫星角速度相同，由a=rω2分析可知，同步卫星的向心加速度比监测站P的向心加速度大。对卫星，由G=ma，得a=，故近地卫星B的向心加速度

比同步卫星向心加速度大，所以近地卫星B的向心加速度比监测站P的向心加速度大。而近地卫星的加速度等于地球表面重力加速度，所以，监测站P的向心加速度大于卫星B的重力加速度小，故C不正确。

D、对A（P）和B，再次相距最近时，有ωB t-ωA t=2π，即t-t=2π，得t=，此时A、

B又都正好处于监测站P正上方，故D正确。

本题选不正确的，故选：ABC。

卫星加速时会做离心运动。根据开普勒第二定律分析卫星与地心连线在相同时间内扫过的面积的关系。地球同步卫星的角速度等于地球自转的角速度，由a=rω2分析监测站P 和卫星B的向心加速度关系。当B比A多转一圈时，A、B又正好处于监测站P正上方，根据转过的角度关系求时间。

解决本题的关键要掌握万有引力等于向心力这一思路和开普勒行星运动定律，并能根据题意选择向心力的表达形式。

11.【答案】（60，60）0.10 2.0 3.5

【解析】解：（1）小球在水平方向上做匀速直线运动，相等时间内水平位移相等，

没有拍摄到的小球位置的横坐标x=20×3cm=60cm，

竖直方向上做自由落体运动，连续相等时间内的位移之差是一恒量，

没有拍摄到的小球位置与位置3间有3格，则该位置的纵坐标y=6×10cm=60cm，

则没有拍到的小球坐标位置为：（60，60）。

（3）在竖直方向上，由匀变速直线运动规律可知：△y=L=gT2，

频闪照相的时间间隔：T==0.10s；

（2）小球平抛运动的初速度：v0==2.0m/s；

（4）位置2的竖直分速度：v y2==1.5m/s，

位置4的竖直分速度：v y4=v y2+g?2T=1.5+10×2×0.1=3.5m/s；

故答案为：（1）（60，60）；（2）0.10；（3）2.0；（4）3.5。

（1）根据平抛运动在水平方向上做匀速直线运动，竖直方向上做自由落体运动，抓住竖直方向上连续相等时间内的位移之差是一恒量，水平方向上相等时间内的位移相等确定没有拍摄到的小球位置坐标。

（3）根据竖直方向上连续相等时间内的位移之差是一恒量求出相等的时间间隔。

（2）结合水平位移和时间间隔求出小球平抛运动的初速度。

（3）根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出2位置的竖直分速度，求出小球在4时的竖直分速度。

本题考查了研究平抛运动规律实验，解决本题的关键知道平抛运动在水平方向和竖直方向上的运动规律，结合运动学公式和推论灵活求解。

12.【答案】水平 1.00

【解析】解：（1）小球在水平面内做匀速圆周运动，所以上移薄板时要求薄板始终保持水平。

（2）对小球受力分析，小球受重力和拉力，根据牛顿第二定律得mg tanθ=m4π2n2r，

解得：n=，

根据几何关系得tanθ=，

解得：n=，代入数据得n=1.00r/s。

故答案为：（1）水平；

（2）；1.00。

根据小球的运动状态得出上移薄板时对薄板的要求；对小球受力分析，根据牛顿第二定律列出等式，结合几何关系求出转速n。

对有关实验问题，先根据物理规律写出有关表达式，然后再讨论即可。

13.【答案】解：（1）对小球平抛，竖直方向速度为：m/s

竖直方向的分速度为：v y=gt

得小球在空中运动时间为：t=0.4s

（2）小球下落高度为：h=m

（3）小球水平位移为：x=v0t=3×0.4=1.2m/s

故小球从抛出点到落地点的位移为：L=m

位移与水平方向之间的夹角正切值为：tan

即位移与水平方向之间的夹角为

答：（1）小球在空中的运动时间t为0.4s；

（2）小球从抛出点的离地高度h为0.8m；

（3）小球从抛出点到落地点的位移L大小为m，方向与水平方向之间的夹角为。

【解析】（1）小球做平抛运动，水平方向做匀速直线运动，由矢量合成求出竖直方向的分速度，然后由v=gt求飞行时间。

（2）小球竖直方向做自由落体运动，根据时间求下落的高度。

（3）由时间求落地时竖直分位移，由x=v0t求出水平方向的位移，然后由物体的合成求出小球落地时位移的大小和方向。

解答本题关键掌握平抛运动的分解方法和相应的规律：竖直方向做自由落体运动，水平

方向做匀速直线运动，运用运动学规律解答。

14.【答案】解：（1）方法一：

对同步卫星A，由万有引力定律和圆周运动的规律可得：

G=m?2R，

对卫星B，由万有引力定律和圆周运动的规律可得：

G=m′?R，

联立以上两式可解得：T′=T。

方法二：

对卫星A和B，由开普勒第三定律得：=，

解得：T′=T。

（2）方法一：设卫星A和B连续地不能直接通讯的最长时间间隔为t，在此时间间隔t 内，卫星A和B绕行星中心转动的角度分别θA和θB，

以地心为参考系，B不能连续看到A的时间内，关系如图所示：

卫星A转过的角度：θA=ωA t=t，

卫星B转过的角度：θB=ωB t=t，

而θB-θA=2θ，即：t-t=2θ，

由几何关系可知，θ=α+β，sinα==，sinβ==，

所以，α=，β=

故有：2θ=2（α+β）=，

由以上各式可解得：t=T。

方法二：相对运动法，如图所示：

不考虑A的公转，以A作为参考系，

B相对于A的角速度为：ω=ωB-ωA，

B不能连续与A通信，则有：ωt=2θ，

即：（ωB-ωA）t=2θ，

ωB=，ωA=，

故有：（-）t=2θ，

由几何关系可知，θ=α+β，

又有sinα==，s inβ==，

所以，α=，β=，

故有：2θ=2（α+β）=，

由以上各式可解得：t=T。

答：（1）卫星B做匀速圆周运动的周期为T；

（2）卫星A和卫星B连续地不能直接通讯的最长时间间隔为T（信号传输时间可忽略）。

【解析】（1）卫星A、B绕类似地行星做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力，根据牛顿运动定律求解卫星的周期；

（2）两卫星绕地球做匀速圆周运动，由于类地行星的遮挡，使卫星A、B不能直接通讯，作图找出空间的位置关系，根据几何知识列式计算。

本题主要考查了万有引力定律的应用和空间想象能力问题，要通过作图找出空间的位置关系，这是解题的关键；同时，对于卫星问题，要掌握基本的思路：万有引力提供向心力。

15.【答案】解：（1）小球在最高点，根据牛顿第二定律有：F+mg=m

解得：F=v2-mg；

（2）由（1）可知：F=v2-mg，

当F=0时：v2=mg，

解得：g==；

该行星上近地卫星受到的万有引力提供向心力，则有：

行星表面上的物体：

联立可得：

（3）行星表面上的物体：

可得：M=

而：V=

又：

联立可得：。

答：（1）根据实验和图象所给信息，则小球在最高点处F与v的关系式为F=v2-mg；（2）该行星的第一宇宙速度为；

（3）该行星的密度为。

【解析】（1）在最高点，小球靠重力和拉力的合力提供向心力，结合牛顿第二定律求出拉力的表达式；

（2）（3）应用牛顿第二定律求出图线的函数表达式，结合图线的横轴截距以及斜率分析判断。

本题主要考查了圆周运动向心力公式的直接应用，要求同学们能根据图象获取有效信息，再结合向受力分析和牛顿第二定律进行分析求解。