湖北省武汉市六校2023-2024学年高一下学期物理4月期中联考试题（含答案）

湖北省武汉市六校2023-2024学年高一下学期物理4月期中联考试题姓名：__________班级：__________考号：__________题号一二总分评分一、选择题：本题共10小题，每小题4分，共40分。在每小题给出的四个选项中，第1~7题只有一项符合题目要求，第8~10题有多项符合题目要求。每小题全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。1．下列说法中，正确的是（）A．牛顿发现了万有引力定律，并测定了引力常量GB．第谷根据自己多年的天文观测数据，发现了行星沿椭圆轨道绕太阳运动，且太阳位于椭圆轨道的一个焦点上C．冲量是描述力对物体作用的时间积累效应的物理量，力的冲量是一个状态量D．功是描述力对物体作用的空间积累效应的物理量，功是一个过程量2．相关科研发现，近年地球的自转速率呈现加快趋势。这样的极细微差别，尽管在人们的日常生活中无从体现，但却会在通讯、电力、导航等领域产生重要影响。由于地球自转加快引起的影响，下列描述正确的是（）A．地球同步卫星的高度要略调高一些B．地球的第一宇宙速度增大C．在北京的物体重力减小，方向改变D．在武汉的物体重力减小，方向不变3．一物体静止在光滑水平面上，从t=0时刻起，受到的水平外力F如图所示，以向右运动为正方向，物体质量为2.5kg，则下列说法正确的是（）A．前1s内力F对物体的冲量为5N⋅s B．t=2s时物体回到出发点C．t=3s时物体的速度大小为1m/s D．第3s内物体的位移为1m4．“复兴号”动车组用多节车厢提供动力，从而达到提速的目的。总质量为m的动车组在平直的轨道上行驶。该动车组有三节动力车厢，每节车厢发动机的额定功率均为P，若动车组所受的阻力与其速率成正比（F阻=kv，k为常量），动车组能达到的最大速度为A．动车组在匀加速启动过程中，牵引力恒定不变B．若三节动力车厢输出功率均为额定值，则动车组从静止开始做匀加速运动C．若三节动力车厢输出的总功率为43PD．若三节动力车厢输出功率均为额定值，动车组从静止启动，经过时间t达到最大速度vm，则这一过程中该动车组克服阻力做的功为5．如图所示，直角杆AOB位于竖直平面内，OA水平，OB竖直且光滑，用不可伸长的轻细绳相连的两小球a和b分别套在OA和OB杆上，b球的质量为1.2kg，在作用于a球的水平拉力F的作用下，a、b均处于静止状态。此时a球到O点的距离为0.3m。b球到O点的距离为0.4m。改变力F的大小，使a球向右加速运动，已知a球向右运动0.1m时速度大小为6m/s。g=10m/sA．39.6J B．38.6J C．33J D．40J6．如图所示，某实验小组用电池、电动机等器材自制风力小车。为测试小车电机性能，将小车固定不动，接通电源让叶片匀速转动将空气以速度v向后排开，叶片旋转形成的圆面积为S，空气密度为ρ，则下列说法正确的是（）A．风力小车的原理是将电动机发热的内能转化为小车的动能B．叶片匀速旋转时，空气对小车的推力为ρSC．t时间内叶片排开的空气质量为ρSvD．叶片匀速旋转时，单位时间内空气流动的动能为17．天问一号是我国首个火星探测器，已知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。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内、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．地球的公转线速度小于火星的公转线速度B．当火星离地球最近时，地球上发出的指令需要约5分钟到达火星C．下一个发射时机需要再等约2.1年D．若火星运动到B点、地球恰好在A点时发射探测器，则探测器沿椭圆轨道运动到C点时，恰好与火星相遇8．中国天眼FAST观测某脉冲双星系统如图所示。该双星系统由两颗相距较近的天体组成，并远离其他天体，它们在相互之间的万有引力作用下，绕连线上的一点做匀速圆周运动。若较大天体质量为M、运动轨道半径为R，较小天体质量为m、运动轨道半径为r，引力常量为G，则（）A．两天体质量与半径之间的关系式为Mr=mRB．两天体质量与半径之间的关系式为MR=mrC．天体运动的角速度为GMD．天体运动的角速度为GM9．过山车是一种深受年轻人喜爱的游乐项目。实验表明：当普通人所承受的加速度约为5倍的重力加速度时就会发生晕厥。图甲中，过山车轨道的回环部分是半径为R的经典圆环轨道，A为圆轨道最高点、B为最低点；图乙中，过山车轨道的回环部分是倒水滴形轨道，上半部分是半径为R的半圆轨道、C为最高点，下半部分为两个半径为2R的四分之一圆弧轨道、D为最低点。若载从过山车可视为质点，分别从两轨道顶峰上部由静止开始下降，沿轨道内侧经过A、C点时均恰好和轨道没有相互作用，点B、D等高，忽略空气阻力和摩擦。则下列说法正确的是（）A．过山车经过A、C点时速度为0B．图甲过山车轨道比图乙轨道更安全C．图乙过山车轨道比图甲轨道更安全D．“图乙中轨道顶峰的高度”比“图甲中轨道顶峰的高度”高R10．如图所示，一倾角为θ的足够长的传送带由电动机带动，始终保持恒定速率顺时针转动，物块从传送带底端由静止释放，物块与传送带间的动摩擦因数为μ(μ>tanθ)，物块从传送带底端运动到顶端时恰好与传送带速度相等。在此过程中，传送带对物块做的功为W1；传送带克服摩擦力做的功为WA．ΔE=W1 C．W2=−2W二、非选择题：本题共5小题，共60分。11．下图为某实验小组利用气垫导轨验证机械能守恒定律的装置，实验的主要步骤有：A.将气垫导轨放在水平桌面上并调至水平；B.测出挡光条的宽度d；C.分别测出滑块与挡光条的总质量M及托盘与砝码的总质量m；D.将滑块移至图示位置，测出挡光条到光电门的距离l；E.由静止释放滑块，读出挡光条通过光电门的时间t；F.改变挡光条到光电门的距离，重复步骤D、E，测出多组l和t。已知重力加速度为g，请回答下列问题：（1）本实验中（填“需要”或“不需要”）满足m远小于M。（2）若某次测得挡光条到光电门的距离为L，挡光条通过光电门的时间为t0，滑块由静止释放至光电门的过程，系统的重力势能减少了；若系统机械能守恒，应满足（3）若利用图像法处理实验数据，下列选项中能符合实验要求的是____。A． B．C． D．12．如图所示，某同学采用重物自由下落的方法“验证机械能守恒定律”。打点计时器所用电源频率为50Hz，当地重力加速度的值为9.80m/s（1）下面是他实验时的操作步骤：其中不必要以及不恰当的步骤有____。A．按照图示的装置安装器件B．将打点计时器接到电源的直流输出端上C．用天平测量出重锤的质量D．先释放纸带，然后再接通电源E．测量打出的纸带上某些点之间的距离F．计算重锤下落过程中减少的重力势能和增加的动能G．改换纸带，重做几次（2）本实验选择纸带的要求是：纸带上打下的第1、2点间距离接近。若已知重物的质量为1.00kg，按实验要求正确地选出纸带，用毫米刻度尺测量连续三点A、B、C到第一个点O的距离如图（乙）所示，那么：从打下O点到打下计数点B的过程中重力势能的减少量ΔEp=J（保留3位有效数字）；而动能的增加量（3）某同学想用下述方法研究机械能是否守恒，在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点O的距离h，计算对应计数点的重物速度v，描绘v2−h图像，并做如下判断：若图像是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能守恒，请你分析论证该同学的判断是否正确：（4）若实验中经过计算发现增加的动能大于减少的重力势能，则可能的原因是（）A．用公式v=gt算各点瞬时速度（设t为纸带上打下O点到打下其它记录点的时间）B．由于纸带和打点计时器的限位孔之间存在摩擦阻力C．先释放纸带后接通电源，导致打第一个O点时便有了初速度D．重锤下落过程中受到空气阻力13．把篮球从距地板某一高度处由静止释放，观察篮球与水平地板撞击后反弹上升的最大高度，是判断篮球是否充好气的一种简单方法。某次，运动员将一质量m=0.60kg的篮球从H=1.8m的高度处由静止释放，与水平地板撞击后反弹上升的最大高度为h=1.（1）篮球弹起瞬间的速度为多大？（2）篮球与地板碰撞过程中，地板对篮球的平均冲力的大小。14．中国空间站的机械臂具有七个自由度，类似于人类手臂的灵活性，可实现抓取、拖拽、爬行、对接等功能。如图所示，在长为d的机械臂作用下，微型卫星、空间站、地球位于同一直线，伸直的机械臂沿该直线方向抓住微型卫星，微型卫星与空间站一起做角速度为ω的匀速圆周运动。已知地球表面的重力加速度为g，地球半径为R，微型卫星质量为m，空间站轨道半径为r，求：（1）在轨运行时，空间站的线速度v1和微型卫星的线速度v（2）机械臂对微型卫星的作用力大小F；（忽略空间站与卫星之间的万有引力以及机械臂对空间站的作用力，用m，g，R，r，d表示）（3）物体在引力场中具有的势能叫做引力势能。若取无穷远处为引力势能零点，质量为m的物体在地球引力场中具有的引力势能为Ep=−GMmr（式中G为引力常量，M为地球的质量，r为物体到地心的距离）。若让机械臂松开卫星，通过控制卫星上自带的火箭发动机，使卫星由当前半径为r的圆轨道变轨到离地球更远的半径为15．如图甲所示，下端带有挡板、光滑且足够长的斜面固定在水平地面上，物块a、b用轻弹簧连接，一不可伸长的轻绳跨过光滑定滑轮后一端与物块b连接，另一端连接轻质挂钩，滑轮左侧轻绳与斜面平行。开始时物块a、b静止，在挂钩上挂一物块c（图中未画出）并由静止释放，当物块b的速度减为零时，物块a刚要开始滑动。物块b运动过程中不会碰到定滑轮，弹簧的形变始终在弹性限度内，弹簧的弹力F随物块b的位移x变化的关系如图乙所示。已知斜面与水平地面之间的夹角为θ=30°，物块a的质量为ma=3kg，取重力加速度（1）物块b的质量；（2）从物块b“刚要滑动”到“速度减为零”的过程中，弹簧弹力对物块b做的功以及物块c的质量；（3）物块b在运动过程中速度的最大值。

答案解析部分1．【答案】D【解析】【解答】A.牛顿发现了万有引力定律，卡文迪许测定了引力常量G，A不符合题意；

B.开普勒根据第谷多年的天文观测数据，发现了行星沿椭圆轨道绕太阳运动，且太阳位于椭圆轨道的一个焦点上，B不符合题意；

C.冲量是描述力对物体作用的时间积累效应的物理量，所以力的冲量是一个过程量，C不符合题意；

D.功是描述力对物体作用的空间积累效应的物理量，所以功是一个过程量，D符合题意。

故答案为：D。

【分析】根据物理学史分析；冲量是力在时间上的积累效果，功是力在空间上的积累效果，都是过程量。2．【答案】C【解析】【解答】A.地球自转加快，则自转周期减小，则地球的同步卫星的周期减小，根据万有引力充当向心力可得

GMmr2=m4π2T2r

得

T=2πr3GM

可知同步卫星的轨道半径减小，即地球同步卫星的高度要略调低一些，A不符合题意；

B.根据万有引力充当向心力可得

3．【答案】D【解析】【解答】A.根据F-t图像中面积表示力F的冲量，可得前1s内力F对物体的冲量为

I=12×5×1N·s=2.5N·s

A不符合题意；

B.物体先向右加速运动，1s后向右减速运动，根据力的变化的对称性可知，在t=2s时速度减为零，0-2s时间内，物体一直向右运动，B不符合题意；

C.根据F-t图像中面积表示力F的冲量，由动量定理可得

12×5×1N·s-124．【答案】C【解析】【解答】A.对动车由牛顿第二定律有

F-F阻=ma

动车组做匀加速启动，即加速度a恒定，但

F阻=kv

可知阻力随速度增大而增大，故牵引力也随速度增大而变大，A不符合题意；

B.若三节动力车厢输出功率均为额定值，则总功率为3P，由牛顿第二定律有

3Pv-kv=ma

故可知加速启动的过程，速度增大，加速度逐渐减小，B不符合题意；

C.若三节动力车厢输出的总功率为43P，当动车组匀速行驶时，由共点力平衡条件可得

43Pv=kv

而以额定功率匀速时，有

3Pvm=kvm

联立解得

v=5．【答案】A【解析】【解答】由几何关系得，绳长

L=0.32+0.42m=0.5m

a球向右运动0.1m时，b上升距离为

h1=0.4m-0.52-0.42m=0.1m

设此时细绳与水平方向的夹角为θ，则

cosθ=46．【答案】B【解析】【解答】A.风力小车的原理是消耗电能，先转化成风能，推动小车运动，所以是电能转化为小车的动能，A不符合题意；

C.t时间内叶片排开的空气质量为

m=ρvtS

C不符合题意；

B.对t时间内叶片排开的空气，由动量定理可得

Ft=mv=ρSvt·v

解得空气受到的推力为

F=mvt=ρSvt·vt=ρSv2

根据牛顿第三定律可知空气对小车的推力为ρSv2，B符合题意；7．【答案】C【解析】【解答】A.由万有引力充当向心力可得

GMmR2=mv2R

得

v=GMR

因为火星公转的轨道半径大于地球公转的轨道半径，所以火星公转的线速度小于地球公转的线速度，A不符合题意；

B.由

t=xc

可得

tmin=xminxmaxtmax=0.5548．【答案】B,D【解析】【解答】两天体具有相同的角速度，设两天体之间的距离为L，根据万有引力提供向心力，对M，有

GMmL2=Mω2R

对m，有

GMmL2=mω2r9．【答案】C,D【解析】【解答】A.已知过山车经过A、C点时和轨道没有相互作用，重力充当向心力，有

mg=mv2R

解得

v=gR>0

A不符合题意；

BC.过山车分别运动到轨道最低点B、D时，人所受加速度最大，由动能定理，对图甲圆环轨道有

mg·2R=mvB22-mv22

经过B点时加速度

aB=vB2R

解得

aB=5g

对图乙倒水滴形轨道有

mg·3R=mvD22-m10．【答案】A,B,D【解析】【解答】A.由功能关系可知，物块机械能的变化等于除物块重力之外的其他力所做的功，所以

∆E=W1

A符合题意；

B.传送带对物块通过摩擦力做功，大小为

W1=fx物

传送带克服摩擦力做的功为

W2=fx传

根据功能关系可得，物块与传送带之间因摩擦产生的热量为

Q=f(x传-x物)=W2-W1

B符合题意；

C.由题意可知，物块从传送带底端运动到顶端时恰好与传送带速度相等，设传送带速度为v，则

x传=vt，x物=v11．【答案】（1）不需要（2）mgL；mgL=（3）D【解析】【解答】（1）本实验以砝码和滑块系统为研究对象，验证机械能守恒律，不必测细绳上的拉力，故不需要满足m远小于M。

（2）系统运动过程中，只有砝码的高度降低了，所以系统减少的重力势能

∆Ep=mgL

滑块经过光电门时用时极短，所以滑块经过光电门的瞬时速度可近似认为是滑块经过光电门的平均速度，则滑块通过光电门时速度大小为

v=dt0，∆Ek=12(m+M)(dt0)2

则系统机械能守恒成立的表达式是

mgL=12(m+M)(12．【答案】（1）B；C；D（2）2mm；0.476；0.473（3）不正确（4）A；C【解析】【解答】（1）A.按照图示的装置安装器件，该步骤有必要；B.打点计时器应接到电源的交流输出端上，该步骤不恰当；C.要验证的关系式中两边都有重锤质量，可以消掉，所以没必要用天平测量出重锤的质量，该步骤没必要；D.为了使纸带得到充分利用，先接通电源，然后再释放纸带，该步骤不恰当；E.测量打出的纸带上某些点之间的距离，该步骤有必要；F.计算重锤下落过程中减少的重力势能和增加的动能，该步骤有必要；G.为了减偶然误差，应改换纸带，重做几次，该步骤有必要。故不必要以及不恰当的步骤有BCD。

（2）相邻两计数点之间的时间间隔为

T=1f=0.02s

重物开始下落后，纸带上打下的第1、2点间距离为

h=12gt2=12×9.8×0.022m≈2mm

从打下O点到打下计数点B的过程中重力势能的减少量

∆Ep=mghB=1×9.8×0.0486J=0.476J

根据匀变速直线运动中，中间时刻的瞬时速度等于这段时间的平均速度，可得打B点重物的速度为

vB=h13．【答案】（1）篮球弹起瞬间的速度大小为v=（2）篮球落地时的速度大小为v以竖直向下为正，篮球与地板碰撞过程中由动量定理可得(解得F篮球与地板碰撞过程中，地板对篮球的平均冲力的大小为72N。【解析】【分析】（1）篮球弹起后做竖直上抛运动，由位移-速度公式求解篮球弹起瞬间的速度；（2）对篮球与地板碰撞过程，由动量定理计算平均冲力的大小。14．【答案】（1）根据v=ωr可知在轨运行时，空间站的线速度v1和微型卫星的线速度vv（2）以空间站为对象，由万有引力提供向心力可得GM在地球表面处有GM以微型