湖北省武汉市华中师范大学第一附属中学2021-2022学年高一下学期期中考试物理试题

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 2 3 2 2 4 r GT  B. 火星绕太阳公转的角速度大小为 3 2 2 1 2 r T r       C. 火星表面的重力加速度大小为 2 3 1 2 2 4 r R T  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 2 2 3 3 2 2 2 1 2 r T r r        3. 如图所示，a 为地球赤道上的物体，随地球表面一起转动，b 为近地轨道卫星，c 为同步轨道 卫星，d 为高空探测卫星。若a 、b 、c 、d 绕地球转动的方向相同，且均可视为匀速圆周运动。 则（ ） A. a 、b 、c 、d 中，a 的加速度最大 B. a 、b 、c 、d 中，b 的线速度最大 C. a 、b 、c 、d 中，c 的周期最大 D. a 、b 、c 、d 中，d 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 0 T T 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. 2 2 1 4 k m k  B. 2 2 1 4 k m k  C. 2 2 1 k m k  D. 2 2 1 k m k  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2305  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41.58，而星链卫星在高度为550 千米 附近的近圆轨道，倾角为53 。已知地球半径为6400km ，引力常量为 11 2 2 6.67 10 N m / kg G     。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，地球与火星之间的 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 处的 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 2 2 2 2 ( ) R h T R   B. “嫦娥三号”绕月球做匀速圆周运动时的线速度大小为 2 ( ) R h T   C. 月球的平均密度为 2 3 2 3 ( ) R h GT R   D. 在月球上发射月球卫星的最小发射速度为 2 R R h T R  + 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 0 3 5 v ，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 0 4 5 mv t C. 在2t 时刻，物体速度大小为为 0 9 5 v 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，AO 为U 型池助滑道，OB 为倾斜雪坡，与水平面夹角 37   ，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O ，若起跳速率为20m/ s ，方向与水平方向成 16   ， 最后落在雪坡上的P 点（图中未画出）。把运动员视为质点，不计空气阻力，取 2 10m/ s g  ， sin37 0.6  ，cos37 0.8  ，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P 点运动的时间为4s C. 起跳点O 至落点P 的位移96m D. 运动员离开雪坡的最大距离为12.8m 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 2 2 A A B B 2 1 4 ( ) R R R M GT    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 1 2 1 2 2 ( ) TT t T T   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m地，半径为R，下列说法错误的是（ ） A. 地球对一颗卫星的 引力大小为 2 ( ) G m m r R  地 B. 一颗卫星对地球的引力大小为 2 Gm m r 地 C. 两颗卫星之间的引力大小为 2 2 3 Gm r D. 三颗卫星对地球引力的合力大小为 2 3Gm m r 地 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0 r 为地球同步卫星的轨道半径 C. 宇航员在r R  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0.10s ，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的 重力加速度为__________ 2 m/s 。 （2）由以上及图信息可以算出小球在b 点时的 速度是____________m/s ； （3）若已知该星球的半径与地球半径之比为 : 1: 4 R R  星 地 ，则该星球的质量与地球质量之比 : M M  星 地 _________，第一宇宙速度之比 : v v  星 地 _________。（g地取 2 10m/s ） 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，AB 为竖直光滑圆弧的直径，其半径 0.9m R  ，A 端沿水平方向。水平轨道 BC 与半径 0.5m r  的光滑圆弧轨道CDE 相接于C 点，D 为圆轨道的最低点，圆弧轨道CD 、 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 10m l  。一质 量为 1kg m  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A 点飞 出，经过C 点恰好沿切线进入圆弧轨道，再经过E 点，随后物块滑上传送带EF 。已知物块经 过E 点时速度大小与经过C 点时速度大小相等，物块与传送带EF 间的动摩擦因数 0.75  ， 取 2 10m/ s g  ，sin37 0.6  ，cos37 0.8  。求： （1）物块从A 点飞出的速度大小 0 v 和在A 点受到的压力大小 NA F ； （2）物块到达C 点时的速度大小 C v 及对C 点的压力大小 NC F ； （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。（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（ 3 18 2.6  ） 【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. 4 2 5 ③. 1:20 ④. 5 :5 【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 1 1 5 v v  ；（2） 5 9 H 【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 1 1 5 v v  （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 2 2 2 1 1 3 2 2 2 H gt g t         2 2 2 2 1 3 1 2 2 2 h g t gt         5 9 h H  【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， 60 (5 )s 3s 2 t   【详解】（1）物块从A 到C 做平抛运动，根据竖直方向 2 1 2 h gt  得，下落时间 2 0.6s h t g   物块到C 点时，竖直方向的速度 vy=gt=6m/s 则C 点时速度为 y =10m/s sin37 C v v   ，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 2 cos c C v F mg m R    解得