2021-2022学年江西省南昌一中高一（下）段考物理试卷（含答案解析）

2021-2022学年江西省南昌一中高一（下）段考物理试卷

1.  下列说法正确的是(    )

A. 开普勒研究第谷的行星观测记录总结出行星运动规律并发现了万有引力定律
B. 牛顿利用扭秤测定引力常量时用到了微小形变放大法
C. 在发现万有引力定律的过程中使用了“月-地检验”
D. 相对论时空观和量子力学否定了牛顿力学

2.  如图所示，在双人花样滑冰运动中，有时会看到被男运动员拉着的女运动员离开地面在空中做圆锥摆运动的精彩场面，质量为m的女运动员做圆锥摆运动时和水平冰面的夹角约为，重力加速度为g，估算该女运动员(    )

A. 受到的拉力约为mg B. 受到的拉力约为2mg
C. 向心加速度约为 D. 向心加速度约为2g

3.  如图所示，甲是地球赤道上的一个物体，乙是“神舟十三号”宇宙飞船绕地运行周期为，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。下列说法正确的是(    )

A. 它们运动的周期大小关系是
B. 它们运动的向心加速度大小关系是
C. 卫星乙的运行速度小于地球的第一宇宙速度
D. 同步卫星丙的运行速度大于地球的第一宇宙速度

4.  下面两图中，图1水平接触面光滑，沿水平方向，图2斜面粗糙，平行斜面向上，，两物体分别在、方向上发生位移S的过程中，比较两力做的功，，以下说法正确的是(    )

A.  B.
C.  D. 条件不足，无法比较

5.  科幻大片《星际穿越》是基于知名理论物理学家基普索恩的黑洞理论，加入人物和相关情节改编而成的．电影中的黑洞花费三十名研究人员将近一年的时间，用数千台计算机精确模拟才得以实现，让我们看到了迄今最真实的黑洞模样．若某黑洞的半径R约45km，质量M和半径R的关系满足其中c为光速，G为引力常量，则该黑洞表面重力加速度的数量级大约为(    )

A.  B.  C.  D.

6.  2021年6月17日，神舟十二号载人飞船与天和核心舱完成对接，航天员聂海胜、刘伯明、汤洪波进入天和核心舱，标志着中国人首次进入了自己的空间站。对接过程的示意图如图所示，天和核心舱处于半径为的圆轨道Ⅲ；神舟十二号飞船处于半径为的圆轨道Ⅰ，运行周期为，通过变轨操作后，沿椭圆轨道Ⅱ运动到B点与天和核心舱对接。则下列说法正确的是(    )
 

A. 神舟十二号飞船需要减速才能由轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ
B. 神舟十二号飞船沿轨道Ⅰ运行的周期大于天和核心舱沿轨道Ⅲ运行的周期
C. 神舟十二号飞船沿轨道Ⅱ运行的周期为
D. 正常运行时，神舟十二号飞船在轨道Ⅱ上经过B点的加速度大于在轨道Ⅲ上经过B点的加速度

7.  一辆小汽车在水平路面上由静止启动，在前5s内做匀加速线运动，5s末达到额定功率，之后保持额定功率运动，其图象如图所示，已知汽车的质量为，汽车受到地面的用力为车重的倍，g取，则(    )

A. 汽车在前5s内的牵引力为 B. 汽车在前5s内的牵引力为
C. 汽车的最大速度为 D. 汽车的额定功率为60kW

8.  如图所示，质量为m的小球在光滑竖直圆锥筒中绕圆心O做匀速圆周运动，小球至圆锥顶点的距离为l，圆锥面的母线与竖直线的夹角为，下列说法正确的是(    )

A. 若小球角速度增大，则l减小
B. 若小球角速度增大，则l增大
C. 小球质量越大，向心加速度越大
D. 小球做圆周运动的向心加速度与其质量无关
 

9.  如图所示，轻杆长3L，在杆两端分别固定质量均为m的球A和B，光滑水平转轴穿过杆上距球A为L处的O点，外界给系统一定能量后，杆和球在竖直平面内转动，球B运动到最高点时，杆对球B恰好无作用力．忽略空气阻力．则球B在最高点时(    )

A. 球B的速度为 B. 球A的速度大小为
C. 水平转轴对杆的作用力为 D. 水平转轴对杆的作用力为

10.  三颗质量均为M的星球可视为质点位于边长为L的等边三角形的三个顶点上。如图所示，如果它们中的每一颗都在相互的引力作用下沿等边三角形的外接圆轨道运行，引力常量为G，下列说法正确的是(    )

A. 其中一颗星球受到另外两颗星球的万有引力的合力指向圆心O
B. 其中一颗星球受到另外两颗星球的万有引力的合力大小为
C. 它们运行的轨道半径为
D. 它们运行的速度大小为
 

11.  在一个未知星球上用如图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，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：

由以上信息，可知a点______填“是”或“不是”小球的抛出点；
由以上及图信息，可以推算出该星球表面的重力加速度为______；
由以上及图信息可以算出小球平抛的初速度是______；
由以上及图信息可以算出小球在b点时的速度是______。
若已知该星球的半径与地球半径之比为：：4，则该星球的质量与地球质量之比：______，第一宇宙速度之比：______取。

12.  火星半径为R，它绕太阳公转的轨道半径为r，周期是已知万有引力常量为G，根据以上信息，试求
火星绕太阳公转的速度大小
太阳的质量M。

13.  一辆汽车匀速率通过一座圆弧形拱桥后，接着又以相同速率通过一圆弧形凹形桥，如图所示，设两圆弧半径相等，汽车通过拱桥桥项时，对桥面的压力大小为车重的一半，汽车通过圆弧形凹形桥的最低点时，对桥面的压力大小为，求与之比。

14.  如图所示，质量为m的木块，用一轻绳拴着，置于很大的水平转盘上，细绳穿过转盘中央的细管，与质量也为m的小球相连，木块与转盘间的最大静摩擦力为其重力的倍，当转盘以角速度匀速转动时，要保持木块与转盘相对静止，木块转动半径的范围是多少取？

15.  太阳系各行星几乎在同一平面内沿同一方向绕太阳做圆周运动，当地球恰好运行到火星和太阳之间，且三者几乎排成一条直线的时候，天文学称为“火星冲日”，已知火星公转半径与地球公转半径的比值为为常数，地球的公转周期为T，求：
火星公转周期；
相邻两次火星冲日的时间间隔。

16.  中国赴南极考察船“雪龙号”，从上海港口出发一路向南，经赤道到达南极。某同学设想，在考察船“雪龙号”上做一些简单的实验，来测算地球的平均密度。当“雪龙号”停泊在赤道时，用弹簧测力计测量一个钩码的重力，记下弹簧测力计的读数；当“雪龙号”到达南极后，仍用弹簧测力计测量同一个钩码的重力，记下弹簧测力计的读数。设地球自转的周期为T，万有引力常量为G，圆周率为已知，不考虑地球两极与赤道半径差异。试求：
地球的平均密度；
若人造卫星绕地球做圆周运动的最大速度为，则地球的半径多大。

答案和解析

1.【答案】C 

【解析】解：A、开普勒根据第谷观测行星运动的数据，总结出行星运动三大定律，牛顿在此基础上发现了万有引力定律，故A错误；
B、卡文迪什利用扭秤测定引力常量时用到了微小形变放大法，故B错误；
C、牛顿在发现万有引力定律的过程中使用了“月-地检验”，故C正确；
D、相对论时空观和量子力学针对微观粒子和高速运动的物体，是对牛顿力学的重要补充，而不是否定了牛顿力学，故D错误。
故选：C。
本题是物理学史问题，根据相关科学家的物理学成就进行解答。
本题考查物理学史，是常识性问题，对于物理学上重大发现、发明、著名理论要加强记忆，这也是考试内容之一。
 

2.【答案】B 

【解析】解：AB、女运动员做圆锥摆运动，由对女运动员受力分析可知，受到重力、男运动员对女运动员的拉力，如图所示，竖直方向合力为零，
由
解得：，故A错误，B正确，
CD、，水平方向的合力提供匀速圆周运动的向心力，则
所以，故CD错误。
故选：B。
以女运动员为研究对象，分析受力情况，作出力图，由重力和男运动员的拉力的合力提供女运动员的向心力，根据牛顿第二定律求解拉力和向心加速度。
本题是实际问题，要建立物理模型，对实际问题进行简化。常规题，难度不大。
 

3.【答案】C 

【解析】解：A、地球的同步卫星运行周期等于地球自转周期，即物体甲的运动周期等于同步卫星丙的运行周期，均为24h，大于宇宙飞船的运行周期，即它们运动的周期大小关系是，故A错误；
B、丙的轨道半径大于乙的轨道半径，根据公式，可得，由题意，知，丙与甲的角速度相等，丙的轨道半径大于甲的轨道半径，根据公式知，所以有，故B错误；
C、乙的轨道半径大于地球半径，根据公式，由可知，卫星乙的运行速度小于近地卫星的速度，即小于地球的第一宇宙速度，故C正确；
D、丙的轨道半径大于地球半径，由可知，，即同步卫星丙的运行速度小于地球的第一宇宙速度，故D错误。
故选：C。
地球的同步卫星运行周期等于地球自转周期；根据牛顿第二定律和万有引力定律相结合分析丙与乙的加速度大小；根据分析甲与丙的加速度大小；根据卫星的速度公式分析卫星的线速度大小，结合第一宇宙速度的物理意义判断。
解决本题的关键要掌握万有引力提供向心力这一理论，知道线速度、角速度、加速度、周期与轨道半径的关系以及知道同步卫星的特点。
 

4.【答案】B 

【解析】解：根据力做功的公式有：
，和S方向相同，和S方向相同，所以有：，故B正确，ACD错误。
故选：B。
根据力做功的公式：，力的大小相同，位移相同，位移和夹角相同，力的做功就相同。
本题考查了功的计算。关键点：做功的两个不可缺少的因素--力和物体在力的方向上发生的位移。
 

5.【答案】C 

【解析】解：黑洞实际为一天体，天体表面的物体受到的重力近似等于物体与该天体之间的万有引力，
对黑洞表面的某一质量为m物体有：，
又有，
联立解得，
带入数据得重力加速度的数量级为，故C正确、ABD错误．
故选：
根据物体与该天体之间的万有引力等于物体受到的重力，列出等式表示出黑洞表面重力加速度．结合题目所给的信息求解问题．
该题属于信息给予的他眉目，处理本题要从所给的材料中，提炼出有用信息，构建好物理模型，选择合适的物理方法求解．
 

6.【答案】C 

【解析】解：A、卫星变轨时从低轨道到高轨道需要点火加速，故A错误；
B、由万有引力提供向心力有：，解得：，神舟十二号飞船沿轨道Ⅰ运行的轨道半径小于天和核心舱沿轨道Ⅲ运行的轨道半径，神舟十二号飞船沿轨道Ⅰ运行的周期小于天和核心舱沿轨道Ⅲ运行的周期，故B错误；
C、由B项可知：，解得神舟十二号飞船沿轨道Ⅱ运行的周期为，故C正确；
D、根据牛顿第二定律可得，解得，正常运行时，神舟十二号飞船在轨Ⅱ上经过B点的加速度等于在轨道Ⅲ上经过B点的加速度，故D错误。
故选：C。
神舟十二号飞船在轨道Ⅰ上运动时受到的万有引力完全提供向心力；由万有引力提供向心力分析各轨道周期大小；根据牛顿第二定律分析加速度大小。
本题主要是考查万有引力定律及其应用，解答本题的关键是能够根据万有引力提供向心力结合向心力公式进行分析。
 

7.【答案】D 

【解析】解：AB、由于汽车受到地面的阻力为车重的倍，故阻力为
而汽车在前5s内的加速度为
由牛顿第二定律得可得：牵引力为，故A错误；
D、由于5s末达到额定功率，故汽车的额定功率，故D正确；
C、当牵引力等于阻力时，汽车的最大速度，则，故C错误；
故选：D。
从图象可以看出：汽车经历三个运动过程：匀加速直线运动，加速度减小的变加速直线运动，最后做匀速直线运动，由图线斜率可求出前5s内汽车的加速度，由牛顿第二定律即可求出此过程的牵引力，5s末汽车的功率就达到额定功率，由能求出额定功率，汽车速度最大时，牵引力等于阻力，由，能求出最大速度。
该题考查了机车启动问题，解题的关键是明确图象信息，在解题时要明确汽车的运动过程及运动状态，正确应用牛顿第二定律及功率公式求解。
 

8.【答案】AD 

【解析】解：AB、根据牛顿第二定律，，解得，所以角速度增大，则l减小，故A正确，B错误；
CD、根据牛顿第二定律，，即，所以小球的向心加速度大小与质量无关，故C错误，D正确；
故选：AD。
对小球受力分析，受重力和支持力，合力提供向心力，根据牛顿第二定律列式求解即可。
本题关键是对小球受力分析，知道向心力的来源，然后根据牛顿第二定律和向心力公式列式求解分析。
 

9.【答案】AC 

【解析】

【分析】
球B运动到最高点时，球B对杆恰好无作用力，重力恰好提供向心力，可以求出B的线速度，转动过程中，两球角速度相等，根据求解A球线速度，B球到最高点时，对杆无弹力，此时A球受重力和拉力的合力提供向心力，根据向心力公式求解水平转轴对杆的作用力；
本题中两个球角速度相等，线速度之比等于转动半径之比，根据球B对杆恰好无作用力，重力恰好提供向心力，求出B的线速度是解题的关键。
【解答】
A.球B运动到最高点时，球B对杆恰好无作用力，即重力恰好提供向心力，则有，解得 ，故A正确；
B.由于A、B两球的角速度相等，由得：球A的速度大小为：，故B错误；
球到最高点时，对杆无弹力，此时A球受重力和拉力的合力提供向心力，有，解得，可得水平转轴对杆的作用力为，故C正确，D错误；
故选AC。  

10.【答案】AD 

【解析】解：AB、根据万有引力定律，任意两个星体间的引力大小为：，每个星体的合力：根据几何关系可知，合力的方向指向圆心O，故A正确，B错误；
C、星球圆周运动的轨道半径，故C错误；
D、根据万有引力的合力提供圆周运动向心力可知，，可得，故D正确。
故选：AD。
根据万有引力定律求得两个星球间的引力大小，再根据力的合成求得合力的大小和方向，根据几何关系求得圆周运动的半径，并由万有引力的合力提供圆周运动的向心力求得它们运行速度的大小。
本题是三星问题，关键是知道每个星球均做匀速圆周运动，知道合力提供向心力，能根据牛顿第二定律列式求解。
 

11.【答案】是     

【解析】解：因为竖直方向上相等时间内的位移之比为1：3：5：7，符合初速度为零的匀变速直线运动特点，因此可知a点的竖直分速度为零，a点是小球的抛出点。
由照片的长度与实际背景屏的长度之比为1：4，可得乙图中正方形的边长；
竖直方向上有：，
解得：。
水平方向小球做匀速直线运动，因此小球平抛运动的初速度为：
。
点竖直方向上的分速度为：

则
联立解得：；
设星球半径为R，根据万有引力与重力近似相等，则

解得：
所以该星球与地球质量之比为
：
根据万有引力提供向心力，则

解得：
则：。
故答案为：是，
初速度为零的匀变速直线运动中，连续相等时间内的位移之比为1：3：5…，由此可判断a点是不是平抛的起点；
根据竖直方向上相等时间内的位移之差是一恒量求出星球表面的重力加速度；
平抛运动水平方向做匀速直线运动，结合水平位移和时间求出小球的初速度；
根据竖直方向上某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出b点的竖直分速度，根据平行四边形定则求出b点的速度；
根据万有引力提供重力列式分析出星球与地球的质量之比，根据万有引力提供向心力列式计算出第一宇宙速度之比。
本题主要考查了平抛运动的相关应用，理解平抛运动的物体在不同方向的运动特点，同时理解万有引力提供的力的类型并列式完成分析。
 

12.【答案】解：根据线速度的定义可得火星绕太阳公转的速度大小；
对火星，根据万有引力提供向心力可得：
解得太阳的质量。
答：火星绕太阳公转的速度大小为；
太阳的质量为。 

【解析】根据线速度的定义求解火星绕太阳公转的速度大小；
对火星，根据万有引力提供向心力求解太阳的质量。
本题主要是考查了万有引力定律及其应用；解答此类题目一般要把握两条线：一是在星球表面，忽略星球自转的情况下，万有引力近似等于重力；二是根据万有引力提供向心力列方程进行解答。
 

13.【答案】解：汽车通过拱形桥桥顶时，根据牛顿第二定律可得：，其中
在凹形桥最低点时根据牛顿第二定律可得：
联立解得：，
所以：：3，
答：与之比为1：3 

【解析】汽车在拱形桥的顶端和在凹形桥的最低点靠竖直方向上的合力提供向心力，根据牛顿第二定律得出压力大小之比．
解决本题的关键知道向心力的来源，结合牛顿第二定律进行求解，难度不大，属于基础题．
 

14.【答案】解：由于转盘以角速度匀速转动，因此木块做匀速圆周运动所需向心力为：
当木块做匀速圆周运动的半径取最小值时，其所受最大静摩擦力与拉力方向相反，则有：，
代入数据解得：；
当木块做匀速圆周运动的半径取最大值时，其所受最大静摩擦力与拉力方向相同，则有：，
代入数据解得：
因此，要保持木块与转盘相对静止，木块转动半径的范围是：
答：木块转动半径的范围是： 

【解析】当圆周运动的半径取最小值时，最大静摩擦力方向与拉力方向相反，当半径取最大值时，拉力与最大静摩擦力方向相同，根据牛顿第二定律得出转动半径的范围．
解决本题的关键知道木块做圆周运动向心力的来源，抓住临界状态，结合牛顿第二定律进行求解．
 

15.【答案】解：根据开普勒第三定律得：，解得：
根据可得相邻两次火星冲日的时间间隔
答：火星公转周期为CT；
相邻两次火星冲日的时间间隔为。 

【解析】根据开普勒第三定律计算火星的公转周期；
从一次行星冲日到下一次行星冲日，为地球多转动一周的时间。
本题关键是结合开普勒第三定律分析也可以运用万有引力等于向心力列式推导出，知道相邻的两次行星冲日的时间中地球多转动一周．
 

16.【答案】解：设地球半径为R、质量为M
则
钩码在赤道地区：
钩码在南极地区：
解得：
根据密度公式

当卫星贴近地球表面运行时线速度最大，根据万有引力提供向心力得：

解得：
解得：
答：地球的平均密度为。
若人造卫星绕地球做圆周运动的最大速度为，则地球的半径为。 

【解析】根据牛顿第二定律分别对物体在赤道上和南极地区列方程，从而求出地球的质量，再根据密度公式，求出密度。
在地球表面列关于速度的表达式，结合前面所求的地球的质量，即可求地球的半径。
本题考查了万有引力定律及其应用，要熟记万有引力的公式和圆周运动的一些关系变换式，解题依据为万有引力提供向心力。