2022-2023学年辽宁省重点高中沈阳市郊联体高一（下）月考物理试卷（4月份）(含解析）

这是一份2022-2023学年辽宁省重点高中沈阳市郊联体高一（下）月考物理试卷（4月份）(含解析），共14页。试卷主要包含了单选题，多选题，实验题，简答题，计算题等内容，欢迎下载使用。

1.在科学发展的历程中，许多科学家做出了杰出的贡献，下列叙述符合史实的是( )
A. 开普勒总结出了行星运动的规律，发现了万有引力定律
B. 关于万有引力公式F=Gm1m2r2公式中引力常量G的值是牛顿测得的
C. 相对论的出现使经典物理学在自己的适用范围内不再继续发挥作用
D. 牛顿将行星与太阳、地球与月球、地球与地面物体之间的引力规律推广到宇宙中的一切物体，得出了万有引力定律
2.下列现象中属于防止离心现象带来危害的是( )
A. 旋转雨伞甩掉雨伞上的水滴
B. 列车转弯处铁轨的外轨道比内轨道高些
C. 拖把桶通过旋转使拖把脱水
D. 洗衣机脱水简高速旋转甩掉附着在衣服上的水
3.有一质点做半径为R的匀速圆周运动，在t秒内转动n周，则该质点的线速度为( )
A. 2πRntB. 2πRntC. nR2πtD. 2πtnR
4.2022年11月27日，我国在西昌卫星发射中心使用“长征二号”丁运载火箭，成功将“遥感三十六号”卫星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，发射任务获得圆满成功。若已知该卫星在预定轨道上绕地球做匀速圆周运动，其线速度大小为v，角速度大小为ω，引力常量为G，则地球的质量为( )
A. v3GωB. v2GωC. v3Gω2D. v2Gω2
5.如图所示，长为l的轻绳，一端固定在水平转轴O上，另一端栓接质量为m的小球。现给静止于最低点的小球一初速度，使小球绕转轴O在竖直平面内运动，当绳与水平面之间的夹角为θ时，轻绳的拉力恰好为零，重力加速度为g，则此时小球绕转轴O运动的角速度为( )
A. gl
B. gtanθl
C. gcsθl
D. gsinθl
6.设地球自转周期为T，质量为M，引力常量为G。假设地球可视为质量均匀分布的球体，半径为R。同一物体在南极和赤道水平面上静止时所受到的支持力之比为( )
A. GMT2GMT2−4π2R3B. GT2GT2+4π2R3C. GT2−4π2R3GT2D. GT2+4π2R3GT2
7.假设有一载人宇宙飞船在距地面高度为4200km 的赤道上空绕地球做匀速圆周运动，地球半径约为6400km，地球同步卫星距地面高度为36000km，宇宙飞船和地球同步卫星绕地球同向运动，每当二者相距最近时，宇宙飞船就向同步卫星发射信号，然后再由同步卫星将信号发送到地面接收站，某时刻二者相距最远，从此刻开始，在一昼夜的时间内，接收站共接收到信号的次数为( )
A. 4次B. 6次C. 7次D. 8次
二、多选题：本大题共3小题，共18分。
8.如图所示，一个被无弹性绳子牵引的小球，在光滑水平板上以速度v=2.0m/s做匀速圆周运动，A轨道运动半径r=30cm。现迅速松手使绳子放长20cm后立即拽紧绳子，使小球在更大半径的新轨道B上做匀速圆周运动，下列说法正确的是( )
A. 实现这一过渡所需时间为2.0s
B. 小球在A轨道和B轨道做匀速圆周运动的线速度之比为5：3
C. 小球在A轨道和B轨道做匀速圆周运动的角速度之比为25：9
D. 小球在A轨道和B轨道做匀速圆周运动时绳子拉力之比为5：3
9.如图所示，飞行器P绕某星球做匀速圆周运动，星球相对飞行器的张角为θ，下列说法正确的是( )
A. 轨道半径越大，周期越长
B. 轨道半径越大，速度越大
C. 若测得周期和张角，可得到星球的平均密度
D. 若测得周期和轨道半径，可得到星球的平均密度
10.如图所示，水平转盘上沿半径方向放着用细线相连的物体A和B，细线刚好拉直，A和B质量都为m，它们位于圆心两侧，与圆心距离分别为r、2r，A、B与盘间的动摩擦因数μ相同。若最大静摩擦力等于滑动摩擦力，当圆盘从静止开始缓慢加速到两物体恰要与圆盘发生相对滑动的过程中，下列说法正确的是( )
A. B与转盘的摩擦力先达到最大静摩擦力且之后保持不变
B. 绳子的最大张力为T=2μmg
C. A与转盘的摩擦力先增大后减小
D. 开始转动时两物块均由指向圆心的静摩擦力提供向心力，绳子无拉力
三、实验题：本大题共2小题，共20分。
11.探究向心力大小F与小球质量m、角速度ω和半径r之间关系的实验装置如图所示，转动手柄，可使变速塔轮、长槽和短槽随之匀速转动。皮带分别套在塔轮的圆盘上，可使两个槽内的小球分别以不同角速度做匀速圆周运动。小球做圆周运动的向心力由横臂的挡板提供，同时，小球对挡板的弹力使弹簧测力筒下降，从而露出测力筒内的标尺，标尺上露出的红白相间的等分格数之比即为两个小球所受向心力的比值。

(1)在这个实验中，利用了______(选填“理想实验法”“等效替代法”或“控制变量法”)来探究向心力的大小与小球质量m、角速度ω和半径r之间的关系；
(2)探究向心力的大小与圆周运动半径的关系时，应选择两个质量______(选填“相同”或“不同”)的小球；
(3)当用两个质量相等的小球做实验，调整长槽中小球的轨道半径是短槽中小球半径的2倍，转动时发现左、右标尺上露出的红白相间的等分格数之比为1：2，则左、右两边塔轮的半径之比为______。
12.卡文迪许利用如1图所示的扭称实验装置测量了引力常量：
(1)横梁一端固定有一质量为m半径为r的均匀铅球A，旁边有一质量为m，半径为r的相同铅球B，A、B两球表面的最近距离L，已知引力常量为G，则A、B两球间的万有引力大小为F=______。
(2)在图2所示的几个实验中，与“卡文迪许扭秤实验”中测量微小量的思想方法最相近的是______。(选填“甲”“乙”或“丙”)
(3)引力常量的得出具有重大意义，比如：______。(说出一条即可)
四、简答题：本大题共2小题，共24分。
13.宇航员在某星球表面将一小钢球以某一初速度竖直向上抛出，测得小钢球上升的最大高度为h，小钢球从抛出到落回星球表面的时间为t.不计空气阻力，忽略该星球的自转，已知该星球的半径为R(R远大于h)，该星球为密度均匀的球体，引力常量为G.求
(1)该星球表面的重力加速度；
(2)该星球的密度；
(3)该星球的第一宇宙速度。
14.有一轨道平面与赤道平面重合的侦察卫星，轨道高度为R，飞行方向与地球自转方向相同。设地球自转周期为T0，半径为R，地球赤道处的重力加速度为g。位于赤道的某一地面基站在某时刻恰好与该卫星建立起通信链路，求卫星的角速度和该地面基站能不间断的从侦察卫星上下载侦察数据的时间。
五、计算题：本大题共1小题，共10分。
15.如图所示，长为L的细线，拴一质量为m的小球，细线另一端固定于O点，让小球在水平面内做匀速圆周运动，这种运动通常称为圆锥摆运动。已知运动中细线与竖直方向的夹角为θ，求：
(1)细线对小球拉力F的大小；
(2)小球运动的周期；
(3)小球运动的线速度大小。
答案和解析
1.【答案】D
【解析】解：A.开普勒总结出了行星运动的规律，万有引力定律是牛顿发现的，故A错误；
B.卡文迪什第一次在实验室里测出了万有引力常量G，不是牛顿测得的，故B错误；
C.经典力学是狭义相对论在低速条件下的近似，因此经典力学在自己的适用范围内还将继续发挥作用，只是在微观高速运动的粒子情境中，经典力学不再适用，故C错误；
D.牛顿将行星与太阳、地球与月球、地球与地面物体之间的引力规律推广到宇宙中的一切物体，得出了万有引力定律，故D正确。
故选：D。
根据物理学史和常识解答，记住著名物理学家的主要贡献即可。
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：ACD.旋转雨伞甩掉雨伞上的水滴，拖把桶通过旋转使拖把脱水和洗衣机脱水简高速旋转甩掉附着在衣服上的水，都是利用的离心运动，故ACD错误；
B.在修建铁路时，列车转弯处铁轨的外轨道比内轨道高些，目的是由重力的分力提供一部分向心力，弥足向心力不足，防止车速过大，火车产生离心运动而发生侧翻，所以该现象属于防止离心现象带来危害。故B正确。
故选：B。
物体做圆周运动时就需要外界提供向心力，当外界所提供的向心力消失或不够时，物体将做离心运动。根据离心运动的定义及本质，分析采取的措施是为了防止离心运动就是正确的选项。
本题考查的是离心现象的应用及生活中为了防止离心现象而采取的一些措施。这一类的情况要学会利用物理知识分析。
3.【答案】B
【解析】解：质点做半径为R的匀速圆周运动，在t秒内转动n周，故线速度为：
v=△S△t=n(2πR)t=2πRnt
故选：B。
根据线速度的定义公式v=△S△t列式求解线速度即可．
本题关键是明确线速度的定义，记住公式v=△S△t即可，基础题目．
4.【答案】A
【解析】解：根据万有引力提供向心力，得：GMmr2=mω2r
结合v=ωr，解得地球的质量为M= v3Gω，故A正确，BCD错误。
故选：A。
根据万有引力提供卫星做圆周运动的向心力，应用牛顿第二定律列方程，即可求出地球的质量。
本题考查万有引力定律的应用，关键要知道卫星绕地球做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力，应用万有引力公式与牛顿第二定律可以解题。
5.【答案】D
【解析】解：当绳与水平面之间的夹角为θ时，轻绳的拉力恰好为零，小球只受重力，且重力的径向分力提供向心力，根据牛顿第二定律有
mgsinθ=mω2l，解得ω= gsinθl，故ABC错误，D正确。
故选：D。
当绳与水平面之间的夹角为θ时，轻绳的拉力恰好为零，由重力的径向分力提供向心力，由牛顿第二定律求此时小球绕转轴O运动的角速度。
解答本题的关键要确定向心力的来源：重力的径向分力，运用牛顿第二定律解答。
6.【答案】A
【解析】解：在赤道上：GMmR2−N=mR4π2T2，可得N=GMmR2−mR4π2T2
在南极：GMmR2=N′
可得：N′N=GMT2GMT2−4π2R3，故A正确，BCD错误；
故选：A。
在赤道上物体所受的万有引力与支持力提供向心力可求得支持力，在南极支持力等于万有引力。
考查物体受力分析及圆周运动向心力的表达式，明确在两极物体没有向心力。
7.【答案】C
【解析】【分析】
地球同步卫星与宇宙飞船均绕地球做圆周运动，则它们的半径的三次方之比与公转周期的二次方之比相等．当它们从相距最近到相距最远，转动的角度相差(2nπ+π)(n=0、1、2、…)。
从相距最近再次相距最近，它们转动的角度相差360度；当从相距最近到再次相距最远时，它们转动的角度相差180度。
【解答】
解：据开普勒第三定律R13R23=T12T22 (1)
R1=4200km+6400km R2=36000km+6400km (2)
可知载人宇宙飞船的运行周期T1与地球同步卫星的运行周期T2之比为18，又已知地球同步卫星的运行周期为一天即24h，因而载人宇宙飞船的运行周期T1=248h=3h
由匀速圆周运动的角速度ω=2πT，所以宇宙飞船的角速度为2π3h−1，同步卫星的角速度为π12h−1
当两者与太阳的连线是一条直线且位于地球异侧时，相距最远，
此时追击距离为π即一个半圆，追击时间为π(2π3−π12)h=127h。
此后，追击距离变为2π即一个圆周，同理，追击时间为2π(2π3−π12)h=247h。
可以得到24h内共用时1567h完成追击7次，即七次距离最近，因而发射了七次信号。
故选C。
8.【答案】BC
【解析】解：A、松手后小球沿切线方向飞出做匀速直线运动，如图所示：
小球在更大半径的新轨道B上做匀速圆周运动时，半径R=50cm，根据几何关系知
xAB= R2−r2= 0.52−0.32m=0.4m
这一过渡所需时间t=xABv=
故A错误；
B、绳子被拉紧瞬间，小球沿绳方向速度为0，此时小球速度为垂直于绳的速度vB=vsin37°，则小球在A轨道和B轨道做匀速圆周运动的线速度之比为v：vsin37°=5：3，故B正确；
C、根据v=ωr可知，角速度之比为
ωA：ωB=vr：vsin53°R=v0.3：：9
故C正确；
D、拉力提供向心力，根据T=Fn=mv2r可知，拉力之比为
TA：TB=mv2r：mvB2R=v2vB2⋅Rr=(53)2⋅：27
故D错误；
故选：BC。
松手后小球以原速度沿切线飞出做匀速直线运动，结合几何关系求出过渡时的位移，根据匀速直线运动的位移公式求出过渡所需的时间；绳子被拉紧瞬间，沿绳方向速度为0，根据平行四边形定则求出绳子拉紧后瞬间的速度；根据v=ωr判断两小球角速度之比；拉力提供向心力，根据Fn=mv2r得到拉力之比。
本题考查匀速圆周运动，解决本题的关键知道绳子拉紧的瞬间，沿绳子方向的速度减为零，从而得出两次圆周运动速度的大小关系。
9.【答案】AC
【解析】【分析】
根据开普勒第三定律，分析周期与轨道半径的关系；飞行器P绕某星球做匀速圆周运动，由星球的万有引力提供向心力，根据万有引力定律和几何知识、密度公式可求解星球的平均密度。
本题关键掌握开普勒定律和万有引力等于向心力这一基本思路，结合几何知识进行解题。
【解答】
解：A、根据开普勒第三定律r3T2=k，可知轨道半径越大，飞行器的周期越长。故A正确；
B、根据卫星的速度公式v= GMr，可知轨道半径越大，速度越小，故B错误；
C、设星球的质量为M，半径为R，平均密度为ρ，张角为θ，飞行器的质量为m，轨道半径为r，周期为T，
对于飞行器，根据万有引力提供向心力得：GMmr2=m4π2T2r
由几何关系有：R=rsinθ2
星球的平均密度ρ=M43πR3
联立以上三式得：ρ=3πGT2(sinθ2)3，则测得周期和张角，可得到星球的平均密度，故C正确；
D、由GMmr2=m4π2T2r可得：M=4π2r3GT2，可知若测得周期和轨道半径，可得到星球的质量，但星球的半径未知，不能求出星球的平均密度。故D错误。
故选：AC。
10.【答案】AD
【解析】解：对两个物块的受力进行分析：
第一阶段，两物块在随转盘一起转动的过程中，仅由摩擦力提供向心力，方向指向各自做圆周运动的圆心，因此有f=mω2r
分析可知物块B做圆周运动的半径更大，故物块B的摩擦力先达到最大静摩擦μmg，此时A受到的静摩擦力为12μmg。
第二阶段，物块B在摩擦力达到最大的瞬间将要开始滑动，但通过细绳与A相连，此时绳子上开始产生张力，随着转盘角速度的增大，所需向心力也逐渐增大，而物块B所受摩擦力在达到最大后保持不变，绳子上的张力开始增大，B需要的向心力始终是A的2倍，由于TA=TB，所以这个过程中A受到的摩擦力逐渐减小，直至为零。
第三阶段，当A受到的摩擦力减为零，而转速继续增大时，A受到的摩擦力方向将发生变化，背离圆心，且摩擦力逐渐增大，直至增大到最大静摩擦，之后继续增加转速，A、B将相对转盘发生滑动。
A、当圆盘从静止开始缓慢加速到两物体恰要与圆盘发生相对滑动的过程中，B与转盘的摩擦力先达到最大静摩擦力且之后保持不变，故A正确；
B、两物块恰好要与圆盘发生相对滑动时，对两物块有分别有TA−μmg=mω2r，TB+μmg=mω2⋅2r
又因为TA=TB
解得TA=TB=3μmg
故B错误；
C、A与转盘的摩擦力先增大后减小到零然后反向增大，故C错误；
D、开始转动时两物块均由指向圆心的静摩擦力提供向心力，绳子无拉力，只有当B的摩擦力达到最大时，绳子上才开始出现拉力，故D正确。
故选：AD。
分三个阶段分析两个物块受到的摩擦力情况，根据每个选项属于哪个阶段逐项分析即可。
本题考查了水平面内的圆周运动，解决本题的关键是分析清楚两个物块受到的摩擦力如何变化。
11.【答案】控制变量法 相同 2：1
【解析】解：(1)实验目的是研究向心力大小F与小球质量m、角速度ω和半径r多个物理量之间的关系，因此在这个实验中，采用了控制变量法。
(2)根据F=mω2r
可知，为了探究向心力的大小与圆周运动半径的关系时，必需保持小球质量m、角速度ω不变，即应选择小球质量m、角速度ω两个物理量相同。
(3)根据F=mω2r，可得ω= Fmr
ω1ω2= F1F2×r2r1= 12×12=12
由于皮带连接的左、右两边塔轮边缘的线速度大小相等，根据v=ωR
得R1R2=ω2ω1=21
故答案为：(1)控制变量法；(2)相同；(3)2：1。
(1)根据实验原理和实验方法得到本实验采用控制变量法；
(2)本实验采用控制变量法，探究向心力的大小与圆周运动半径的关系时，要保证质量一定，角速度一定；
(3)根据向心力表达式，根据半径之比，向心力之比，即可计算角速度之比，根据线速度与角速度的关系，即可求解塔轮半径之比。
本题考查“探究向心力大小F与小球质量m、角速度ω和半径r之间关系”的实验，需要注意本实验采用控制变量法。
12.【答案】Gm 2(2r+L) 2 乙 引力常量的普适性证明了万有引力定律的正确性
【解析】解：(1)根据万有引力定律，A、B两球间的万有引力大小为：F=Gm2R2=Gm2(2r+L)2
(2)为了测量石英丝极微小的扭转角，该实验装置中采取使“微小量放大”。利用平面镜对光线的反射，来体现微小形变的。当增大刻度尺与平面镜的距离时，转动的角度更明显。而甲中采用的等效替代法，乙采用的放大法，丙采用的控制变量法，故答案为乙；
(3)引力常量的普适性证明了万有引力定律的正确性；同时引力常量的得出使得可以正确计算万有引力的大小；同时可以使得人们可以方便地计算出地球的质量。
故答案为：(1)Gm2(2r+L)2；(2)乙；(3)引力常量的普适性证明了万有引力定律的正确性；(任答一条均正确)
(1)根据万有引力定律的公式即可写出万有引力的表达式；
(2)明确扭秤实验中采用了放大法，并明确其他实验的方法即可解答；
(3)知道引力常量的测量对万有引力定律以及研究天体运动中的作用，从而明确意义。
本题巧妙地利用光的反射将因引力产生微小转动的角度放大，同时利用力矩平衡来解题，能拓宽学生的解题思路，提高解题能力。
13.【答案】解：(1)根据竖直上抛运动的对称性可知小球上升、下落过程的时间均为t2
根据自由落体运动公式，有：h=12g(t2)2
解得该星球表面的重力加速度为：g=8ht2
(2)静止在该星球表面的物体，根据重力等于万有引力，有：GMmr2=mg
解得星球的质量为：M=8hR3Gt2
星球的体积为：V=4πR33
故该星球的密度为：ρ=MV=6hπGt2R
(3)根据万有引力提供向心力，有：mg=mv12R
解得第一宇宙速度：v1= 8hRt=2 2hRt
答：(1)该星球表面的重力加速度为8ht2；
(2)该星球的密度为6hπGt2R；
(3)该星球的第一宇宙速度为2 2hRt。
【解析】(1)根据竖直上抛运动的规律求解该星球表面的重力加速度；
(2)根据重力等于万有引力求解星球的质量，根据密度的计算公式求解该星球的密度；
(3)根据万有引力提供向心力求解该星球的第一宇宙速度。
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，万有引力等于重力；二是根据万有引力提供向心力列方程进行解答。
14.【答案】解：(1)设卫星角速度为ω，m和M分别为卫星和地球的质量，对卫星，根据万有引力提供向心力有
GMm(R+R)2=mω2(R+R)
对地球赤道表面物体(设其质量为m′)，有
GMm′R2=m′g+m′(2πT0)2R
联立两方程解得
ω=1T0 gT02+4π2R8R
(2)如图所示可知

卫星从A到B点，地面基站从C到D点，由几何关系可知，卫星一个运动周期内，在时间t内比地球自转的角度多转120°，则ωt−2πT0t=23π
解得t=2πT03( gT02+4π2R8R−2π)
答：(1)卫星的角速度为1T0 gT02+4π2R8R；
(2)该地面基站能不间断的从侦察卫星上下载侦察数据的时间为2πT03( gT02+4π2R8R−2π)。
【解析】(1)对卫星，根据万有引力提供向心力列式，对地球赤道表面物体万有引力等于重力加自转向心力，联立求角速度大小；
(2)由几何关系可知，卫星一个运动周期内，在时间t内比地球自转的角度多转120°，列式，求时间。
本题解题关键是掌握对卫星，根据万有引力提供向心力列式，对地球赤道表面物体万有引力等于重力加自转向心力，是一道具有一定综合性，难度中等的题。
15.【答案】解：(1)小球运动中受到重力mg和细线拉力F作用，根据几何关系可知，
Fcsθ=mg
解得细线拉力F=mgcsθ；
(2)圆周运动的半径r=Lsinθ
根据向心力公式可知，Fsinθ=m4π2T2⋅Lsinθ
周期T=2π Lcsθg；
(3)线速度大小为v=2πrT，解得v= gLsin2θcsθ。
答：(1)细线对小球拉力F的大小为mgcsθ；
(2)小球运动的周期为2π Lcsθg；
(3)小球运动的线速度大小为 gLsin2θcsθ。
【解析】【分析】
解决本题的关键能够正确地受力分析，结合牛顿第二定律进行求解，知道小球做圆周运动向心力的来源。
(1)对小球受力分析，根据平行四边形定则求出细线的拉力大小；
(2)根据合力提供向心力，结合牛顿第二定律求出周期的大小；
(3)根据线速度与周期的关系求出线速度的大小。