2023-2024年河北省张家口市高一下学期3月阶段测试物理试卷（解析版）

2023-2024学年第二学期3月高一阶段测试卷物理一、选择题1.关于做匀速圆周运动的物体，下列说法中正确的是（）A.所受合外力为零B.线速度恒定C.任意相等时间内速度变化量相等D.任意相等时间内通过的路程相等【答案】D【解析】匀速圆周运动是曲线运动，速度的方向不断发生变化，速度的变化量不等于，加速度不等于，根据牛顿第二定律可知，做匀速圆周运动的物体，所受合外力不为零，故A错误；做匀速圆周运动的物体，物体的线速度大小不变，方向发生变化，可知，做匀速圆周运动的线速度不恒定，故B错误；做匀速圆周运动的物体的加速度大小恒定，方向始终指向圆心，即加速度方向不断发生变化，根据加速度定义式可知，任意相等时间内速度变化量大小相等，方向不同，故C错误；做匀速圆周运动的物体，物体的线速度大小不变，根据线速度的定义式可知，做匀速圆周运动任意相等时间内通过的路程相等，故D正确。故选D。2.关于向心力与向心加速度，下列说法中不正确的是（）A.向心力可以是物体受到的某一个力，也可以是物体受到的合力，还可以是某一个力的分力B.向心力和重力、弹力、摩擦力一样，都是根据力的性质命名的C.向心加速度是描述物体运动方向变化快慢的物理量D.匀速圆周运动的向心加速度的方向时刻指向圆心，大小不变【答案】B【解析】向心力是效果力，向心力可以是物体受到的某一个力，也可以是物体受到的合力，还可以是某一个力的分力，故A正确，不符合题意，B错误，符合题意；向心加速度的方向始终指向圆心，不改变速度的大小，只改变速度的方向，所以向心加速度描述速度方向变化的快慢，故C正确，不符合题意；匀速圆周运动的向心加速度的方向时刻指向圆心，大小不变，故D正确，不符合题意。故选B。3.如图所示是地球绕太阳运行情况的示意图，点是远日点，点是近日点，是椭圆轨道的短轴，运行的周期为。则地球从经、到的运动过程中（）A.地球运动到点时速度最大B.地球从点到点所用的时间等于C.地球从点到点的过程中先做加速运动后做减速运动D.地球从点到点所用时间等于【答案】D【解析】根据开普勒第二定律，在相同时间内某一行星与恒星的连线所扫过的面积相等，可知在近日点速度最大，在远日点速度最小，故A错误；根据对称性可知，与的时间相等，均为，根据上述可知，阶段，速率逐渐变大，即到的平均速率小于到的平均速率，所以从点到点所用的时间大于，故B错误，D正确；地球从点运动到点运动，即向近日点运动，速度逐渐增大，做加速运动，故C错误。故选D。4.有一种叫“旋转飞椅”的游乐项目（如图所示）。钢绳的一端系着座椅，另一端固定在水平转盘上。转盘可绕穿过其中心的竖直轴转动。当转盘匀速转动时，钢绳与转轴在同一竖直平面内。将游客和座椅看作质点，不计钢绳的重力，以下分析正确的是（）A.无论飞椅在什么位置，钢绳长短如何，做圆周运动的飞椅周期都相同B.旋转过程中，游客受到重力、飞椅的支持力和向心力C.根据可知，旋转过程中坐在外侧的游客旋转的角速度更小D.根据可知，旋转过程中坐在外侧的游客所需向心力更大【答案】A【解析】无论飞椅在什么位置，钢绳长短如何，各飞椅都一起做圆周运动，飞椅周期都相同，故A正确；旋转过程中，游客受到重力和飞椅支持力等，向心力是这些力的合力，故B错误；旋转过程中，不论坐在外侧的游客、还是坐在内侧的游客，旋转的角速度都是相同的，故C错误；根据可知，由于所有游客旋转的角速度都是相同的，虽然旋转过程中坐在外侧的游客的圆周运动的半径更大，但其质量关系没有确定，所以该游客所需向心力就不一定更大，故D错误。故选A5.已知火星质量为地球质量的倍，其半径为地球半径的倍,由此可知同一物体在火星表面与在地球表面受到的引力的比值为（）A. B. C. D.【答案】B【解析】设物体的质量为，在地球根据万有引力与重力的关系得，在火星，同理有，同一物体在火星表面与在地球表面受到的引力的比值为，故选B。6.如图甲所示是中学物理实验室常用的感应起电机，它是由两个大小相等且直径约为的感应玻璃盘起电的，其中一个玻璃盘通过从动轮与手摇主动轮连接，如图乙所示，现玻璃盘以的转速旋转，已知主动轮的半径约为，从动轮的半径约为，和是玻璃盘边缘上的两点，若转动时皮带不打滑，下列说法正确的是（）A.、的向心加速度相同B.玻璃盘的转动方向与摇把转动方向相同C.主动轮边缘的线速度大小为D.摇把的周期为【答案】C【解析】、是从动轮边缘上两点，其线速度大小相同，、两点到圆心的距离相等，由向心加速度大小公式，、两点向心加速度大小相等，但方向不同，、的向心加速度不相同，故A错误；由图可知主动轮与从动轮的皮带是交叉放置的，即两轮的转动方向相反，所以玻璃盘的转动方向与摇把转动方向相反，故B错误；玻璃盘的转速，角速度，从动轮边缘的线速度大小，主动轮边缘的线速度大小和从动轮边缘的线速度大小相等，故主动轮边缘的线速度大小等于，故C正确；主动轮的周期，摇把的周期和主动轮的周期相等，也为，故D错误。故选C。7.如图甲，滚筒洗衣机脱水时，衣物紧贴着滚筒壁在竖直平面内做顺时针的匀速圆周运动。如图乙，一件小衣物（可理想化为质点）的质量为，滚筒半径为，周期为，重力加速度为，、分别为小衣物经过的最高位置和最低位置。下列说法正确的是（）A.衣物所受合力的大小始终为B.衣物转到位置时的脱水效果最好C.脱水过程中衣物上的水做向心运动D.衣物在位置和位置对滚筒壁的压力都大于【答案】B【解析】衣物做合运动，由所受外力的合力提供向心力，可知，衣物所受合力的大小始终为，故A错误；衣物经过的最高位置和最低位置时，分别对衣物进行分析有，，则有，由于水滴与衣物之间的作用力的最大值一定，可知衣物转到位置时的脱水效果最好，故B正确；脱水过程中衣物上的水脱离衣物向外运动，可知，脱水过程中衣物上的水做离心运动，故C错误；根据牛顿第三定律定律有，，结合上述解得，，可知，衣物在位置对滚筒壁的压力大于，衣物在位置对滚筒壁的压力不一定大于，故D错误。故选B。二、多选题8.关于万有引力定律的表达式，下列说法正确的是（）A.公式中为引力常量，它是由卡文迪许通过实验测得，其大小与单位制的选择有关B.当趋近于零时，万有引力定律不再适用，两物体间不存在相互作用的引力C.万有引力大小与两物体质量的乘积成正比，与两物体间距离成反比D.对的引力与对的引力是一对作用力与反作用力【答案】A、D【解析】公式中为引力常量，它是由卡文迪许通过实验测得，其大小与单位制的选择有关，故A正确；当两物体间的距离趋向零时，两物体不能看成质点，万有引力定律不再适用，但两物体间存在相互作用的引力，故B错误；两物体间的万有引力与质量的乘积成正比，与它们之间距离的二次方成反比，故C错误；对的引力与对的引力是一对作用力与反作用力，故D正确。故选AD。9.年月日，占全球市场份额的无人机巨头大疆，发布迄今为止影像质量最优异的消费级无人机。如图是该型号无人机绕拍摄主体时做水平匀速圆周运动的示意图。已知无人机的质量为，无人机的轨道距拍摄对象高度为，无人机与拍摄对象距离为，无人机飞行一周的时间为，则无人机做匀速圆周运动时（）A.角速度为 B.所受空气作用力为C.向心加速度为 D.线速度大小为【答案】A、C【解析】根据题意，由几何关系可知，无人机运行半径，无人机做匀速圆周运动时角速度为，故A正确；无人机做匀速圆周运动时，合力提供向心力为，则所受空气作用力为，故B错误；向心加速度为，故C正确；线速度大小为，故D错误。故选AC。10.如图所示，一根细线下端拴一个金属小球，细线穿过小孔（小孔光滑），另一端连接在金属块上，若不计空气阻力，小球在某一水平面内做匀速圆周运动（圆锥摆）。实际上，小球在运动过程中不可避免地受到空气阻力作用。因阻力作用，小球的运动轨道发生缓慢的变化（可视为一系列半径不同的圆周运动），始终静止在水平桌面上。下列判断正确的是（）A.小球做圆周运动的周期变小B.小球做圆周运动所需向心力变小C.小球做圆周运动的线速度变小D.受到桌面的静摩擦力变小【答案】B、C、D【解析】小球在运动过程中不可避免地受到空气阻力作用，所以小球做圆周运动的线速度要减小，根据向心力公式，可知小球所需向心力减小，小球做近心运动，小球的位置越来越低，故BC正确；始终静止在水平桌面上，设摆绳与竖直方向夹角为，摆绳长为，对小球进行受力分析，有，，则，，周期为，可知由于空气阻力作用，线速度减小，减小，增大，因此细线的拉力减小，角速度减小，周期增大，故A错误；对金属块，由平衡条件可知，受到桌面的静摩擦力大小等于细线的拉力大小，则静摩擦力减小，故D正确。故选BCD。三、实验题11.向心力演示器如图所示，用来探究小球做圆周运动所需向心力的大小与质量、角速度和半径之间的关系。两个变速塔轮通过皮带连接，匀速转动手柄使长槽和短槽分别随左塔轮和右塔轮匀速转动，槽内的钢球就做匀速圆周运动。横臂的挡板对钢球的压力提供向心力，钢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下降，从而露出标尺，标尺上的红白相间的等分格显示出两个钢球所受向心力的比值。如图是探究过程中某次实验时装置的状态，已知小球在挡板、、处做圆周运动的轨迹半径之比为。（1）在研究向心力的大小与角速度关系时，要保持________相同。A.和 B.和 C.和 D.和（2）在某次实验中，一同学把两个质量相等的小球分别放在、位置，将皮带连接在左、右半径之比为的塔轮上，匀速转动手柄时，此时可研究向心力的大小与________的关系，则放在挡板处的小球与处的小球周期大小之比为________。（3）在某次实验中，一同学把两个质量相同的小球分别放在挡板、位置，皮带套在半径之比为的左、右两边塔轮上，则转动时左、右标尺上露出的红白相间的等分格数之比为________。【答案】（1）C；（2）角速度；；（3）；【解析】（1）根据，在研究向心力的大小与角速度关系时，要保持和相同。故选C。（2）把两个质量相等的钢球放在、位置时，则控制质量相等、半径相等，研究的目的是向心力的大小与角速度的关系，将皮带连接在左、右半径之比为的塔轮上，两塔轮边缘上各点线速度相等，根据，放在挡板处的小球与处的小球角速度之比为，根据，放在挡板处的小球与处的小球周期大小之比为。（3）皮带套在半径之比为的左、右两边塔轮上，根据小问（2）推理过程同样可推知，角速度之比为，又，根据，向心力大小之比为。12.利用如图所示装置验证向心力的大小与线速度大小的关系。四分之一圆弧轨道固定在水平桌面上，末端与上表面很小的压力传感器表面相切，水平地面上依次铺放好木板、白纸、复写纸。将小球从圆弧轨道某一点由静止释放，经轨道末端飞出，落到铺着复写纸和白纸的木板上，在白纸上留下点迹，由同一位置重复释放几次，记录每次压力传感器的示数；改变小球在圆弧轨道上的释放位置，重复上述实验步骤。（当地的重力加速度为）（1）为了完成实验，下列操作不必要的是________。A.必须选择光滑的圆弧轨道B.固定圆弧轨道时，末端必须水平C.实验中应选择密度大的小球D.确定小球在白纸上的落点时，用尽可能小的圆把所有落点圈住，圆心即为平均落点（2）某次实验时记录的压力传感器示数为，并测出小球的质量为，小球的向心力大小________。（3）实验除了记录压力传感器示数，测量小球的质量外，还需要测量轨道末端距地面的高度、水平位移、圆弧轨道半径，若要验证向心力与线速度大小的关系，则需要验证压力传感器示数________即可（用测量的数据的物理量写出表达式）。【答案】（1）A；（2）；（3）；【解析】（1）这个实验验证向心力大小与线速度的关系，而线速度由平抛运动来进行测量的，只要保证每次小球到达轨道末端的速度相同即可，不用考虑圆弧轨道是否光滑，该操作不必要，符合题意，故A正确；线速度由平抛运动来进行测量，平抛运动要求初速度沿水平方向，所以固定圆弧轨道时，末端必须水平，该操作必要，不符合题意，故B错误；实验中应选择密度大、体积小的小球，可以减小空气阻力对小球做平抛运动时的影响，该操作必要，不符合题意，故C错误；确定小球在白纸上的落点时，用尽可能用小的圆把所有落点圈住，圆心即为平均落点，这样可以减小实验的偶然误差，该操作必要，不符合题意，故D错误。故选A。（2）某次实验时记录的压力传感器示数为，根据牛顿第三定律可知，轨道末端对小球的支持力大小也为，并测出小球的质量为，小球受到的合力提供向心力，则向心力大小；（3）小球从轨道末端飞出时，做平抛运动，则有，，联立可得小球飞出轨道末端时的速度大小为，小球在轨道末端，根据牛顿第二定律可得，若要验证向心力与线速度大小v的关系，则需要验证压力传感器示数即可。四、解答题13.随着我国载人航天事业的飞速发展，越来越多的宇航员实现了太空旅行，某次飞船返回地面过程的示意图如图所示，飞船到地心的距离为，其绕地球做圆周运动周期为，可以在轨道上的某一点处，将速率降低到适当数值，从而使飞船沿着以地心为焦点的特殊椭圆轨道运动，椭圆和地球表面在点相切。已知地球半径为，万有引力常量为，地球的质量为，飞船的质量为，飞船由点运动到点所需的时间为。求：（1）飞船在处对地球的万有引力的大小；（2）地球半径为与飞船到地心的距离的比值。【答案】（1）；（2）；【解析】（1）飞船在处对地球的万有引力的大小；（2）飞船由点运动到点所需的时间为，则飞船沿椭圆轨道运动周期为；根据题意得椭圆轨道的半长轴，根据开普勒第三定律得，联立得；14.如图所示，一个固定在竖直平面上的光滑半圆形管道，管道里有一个直径略小于管道内径的小球，小球在管道内做圆周运动，小球经过管道的点时受到管道上壁的作用力，从点脱离后做平抛运动，恰好与倾角为的斜面垂直相碰。已知半圆形管道的半径，