2022-2023學(xué)年黑龍江省哈爾濱重點中學(xué)高一（下）期中物理試卷及答案解析

第=page11頁，共=sectionpages11頁2022-2023學(xué)年黑龍江省哈爾濱重點中學(xué)高一（下）期中物理試卷一、單選題（本大題共9小題，共27.0分）1.關(guān)于萬有引力定律，下列說法正確的是(

)A.卡文迪什發(fā)現(xiàn)了著名的萬有引力定律，設(shè)計了扭秤實驗裝置，測出了引力常量

B.萬有引力恒量G的單位是N?m2?kg2

C.根據(jù)表達(dá)式2.1970年4月24日，中國成功發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星“東方紅”1號?！皷|方紅”1號的發(fā)射成功，使中國成為世界上第五個獨立自主研制和發(fā)射人造地球衛(wèi)星的國家，標(biāo)志著中國在宇航技術(shù)研究方面取得了歷史性的重大突破。假設(shè)人造地球衛(wèi)星A、B繞地球做勻速圓周運(yùn)動，它們的質(zhì)量之比為mA：mB=1：2，它們的軌道半徑之比rA：rBA.它們受到地球的引力之比為FA：FB=1：4

B.它們的運(yùn)行速度大小之比為vA：vB=1：3.如圖所示，質(zhì)量為M、半徑為R、密度均勻的球體中挖去半徑為R2的球體，在距離球心O為2R處有一質(zhì)量為m的質(zhì)點，萬有引力常量為G，則剩余部分對質(zhì)點的萬有引力為(

)A.23GMm100R2 B.G4.2022年11月30日，我國六名航天員在空間站首次“太空會師”，向世界展示了中國航天工程的卓越能力。中國空間站已基本成型，質(zhì)量約91噸，它在離地面高度約400km的軌道上繞地球做近似的勻速圓周運(yùn)動，已知地球半徑約為6400km，地球表面重力加速度為9.8A.7.9×103N B.7.9×105.某學(xué)習(xí)小組分別查閱了木星和土星的多個衛(wèi)星軌道半長軸a和周期T的數(shù)據(jù)，并繪制了如圖所示的a32?T圖像，各物理量的單位已在圖上標(biāo)出(周期的單位是天)。根據(jù)圖像判斷木星質(zhì)量M1與土星質(zhì)量A.M1=1.8M2 B.M16.在旋轉(zhuǎn)餐桌的水平桌面上放置兩個茶杯A、B，質(zhì)量分別為m1、m2(可視為質(zhì)點)，茶杯A、B到轉(zhuǎn)軸的距離分別為r1、r2，且r1<

A.若緩慢增加轉(zhuǎn)速，茶杯B比茶杯A相對桌面先發(fā)生滑動

B.若茶杯A、B相對桌面均未發(fā)生滑動，茶杯A的線速度比茶杯B的線速度大

C.若茶杯A、B相對桌面均未發(fā)生滑動，茶杯A受到的摩擦力一定比茶杯B受到的摩擦力小

D.若茶杯A未發(fā)生相對滑動，將杯內(nèi)水倒出后，仍放置在原位置，以原有的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動餐桌，茶杯A相對桌面可能發(fā)生相對滑動7.如圖所示，物體靜止在粗糙的水平面上，若分別施加不同的力F使物體從靜止開始運(yùn)動，三種情形下物體的加速度相同，在發(fā)生相同位移的過程中力F的功分別為W1、W2、W3。則(

)

A.W1=W2=W3 B.8.如圖所示，置于豎直面內(nèi)半徑為r的光滑金屬圓環(huán)，質(zhì)量為m的帶孔小球穿于環(huán)上，同時有一長為r的細(xì)繩一端系于圓環(huán)最高點，另一端系小球，當(dāng)圓環(huán)以角速度ω(ω≠0)A.細(xì)繩對小球的拉力可能為零

B.細(xì)繩和金屬圓環(huán)對小球的作用力大小可能相等

C.金屬圓環(huán)對小球的作用力不可能為零

D.當(dāng)ω=9.2023年，中國將全面推進(jìn)探月工程四期，規(guī)劃包括嫦娥六號、嫦娥七號和嫦娥八號任務(wù)。其中嫦娥七號準(zhǔn)備在月球南極著陸，主要任務(wù)是開展飛躍探測，爭取能找到水。假設(shè)質(zhì)量為m的嫦娥七號探測器在距離月面的高度等于月球半徑處繞著月球表面做勻速圓周運(yùn)動時，其周期為T1，當(dāng)探測器停在月球的兩極時，測得重力加速度的大小為g0，已知月球自轉(zhuǎn)的周期為T2，引力常量為G，月球視為均勻球體，下列說法正確的是(

)A.月球的半徑為g0T1216π

B.月球的第一宇宙速度為g0T18π二、多選題（本大題共5小題，共20.0分）10.有關(guān)圓周運(yùn)動的基本模型，下列說法正確的是(

)

A.圖a中，增大圓錐擺的擺角θ，但保持圓錐的高度不變，則圓錐擺的角速度不變

B.圖b中，在光滑固定圓錐筒的水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動的小球，受重力、彈力和向心力

C.圖c中，汽車安全通過拱橋最高點時，車對橋面的壓力大于車的重力

D.圖d中，火車以某速度經(jīng)過外軌高于內(nèi)軌的彎道時，車輪可能對內(nèi)、外軌均無側(cè)向壓力11.如圖所示，已知質(zhì)量為m的小球恰好能在豎直平面內(nèi)繞固定點O做圓周運(yùn)動。重力加速度為g，不考慮一切摩擦。小球做圓周運(yùn)動過程中，下列判斷正確的是(

)A.若小球和O點間用細(xì)線相連，則在最高點細(xì)線對小球的拉力為mg

B.若小球和O點間用細(xì)線相連，則在最高點細(xì)線對小球的拉力為0

C.若小球和O點間用輕桿相連，則在最高點輕桿對小球的支持力大小為mg

D.若小球和O點間用輕桿相連，則在最高點輕桿對小球的支持力為12.科學(xué)家威廉?赫歇爾首次提出了“雙星”這個名詞。現(xiàn)有由兩顆中子星A、B組成的雙星系統(tǒng)，可抽象為如圖所示繞O點做勻速圓周運(yùn)動的模型，已知A的軌道半徑小于B的軌道半徑，若A、B的總質(zhì)量為M，A、B間的距離為L，A、B運(yùn)動周期為T，則下列說法正確的是(

)A.B的線速度一定小于A的線速度 B.B的質(zhì)量一定小于A的質(zhì)量

C.L一定，M越大，T越小 D.M一定，L越大，T越小13.如圖所示，機(jī)械人手臂由兩根長均為l的輕質(zhì)臂桿OM和MN鏈接而成，OM可繞O點轉(zhuǎn)動。當(dāng)N端抓住貨物后，在智能遙控操控下，OM桿在時間t內(nèi)繞O點由豎直位置逆時針勻速轉(zhuǎn)過角θ到圖示虛線位置，整個過程，MA.M點的線速度大小為θlt B.M點的向心加速度大小為θ2lt

14.如圖所示，a是“天宮一號”飛行器、b、c是地球同步衛(wèi)星，此時，a、b恰好相距最近。已知地球質(zhì)量為M，半徑為R，地球自轉(zhuǎn)的角速度為ω，若“天宮一號”飛行器a和衛(wèi)星b、c均沿逆時針方向轉(zhuǎn)動，“天宮一號”飛行器a的軌道半徑為r，引力常量為G，則(

)

A.“天宮一號”飛行器a的線速度大于衛(wèi)星b的線速度

B.“天宮一號”飛行器a在軌運(yùn)行的周期小于24小時

C.衛(wèi)星c加速就一定能追上衛(wèi)星b

D.從此時起再經(jīng)2πGMr三、實驗題（本大題共2小題，共15.0分）15.在如圖所示的裝置中，M、N是兩個完全相同的處于同一豎直面上的軌道，軌道末端都與水平方向相切。其中，軌道N的末端與光滑水平面相切，軌道M通過支架固定在軌道N的正上方。將小鐵球P、Q分別吸在電磁鐵C、D上，第一次切斷電源C，小鐵球P落在E點；第二次，當(dāng)小鐵球P、Q分別吸在電磁鐵C、D上時，同時切斷電源C、D，則：

(1)P、Q兩球是否將在E點處相遇，答：______(填“是”或“否”)；

(2)如果多次觀察到同樣的現(xiàn)象，你可以得出的結(jié)論是______。

A.P球拋出時，在豎直方向分運(yùn)動是自由落體運(yùn)動

B.16.某實驗小組用如圖甲所示的裝置探究向心力大小與周期、半徑之間的關(guān)系，輕繩一端系著小球，另一端固定在豎直桿上的力傳感器上，小球套在光滑水平桿上。水平桿在電動機(jī)帶動下可以在水平面內(nèi)繞豎直桿勻速轉(zhuǎn)動。已知小球質(zhì)量為m，小球做圓周運(yùn)動的半徑為r，電子計數(shù)器可記錄桿做圓周運(yùn)動的圈數(shù)n，用秒表記錄小球轉(zhuǎn)動n圈的時間為t。

(1)若保持小球運(yùn)動半徑不變，僅減小運(yùn)動周期，小球受到的拉力將______；若保持小球運(yùn)動的周期不變，僅減小運(yùn)動半徑，小球受到的拉力將______。(以上兩空均選填“變大”“變小”或“不變”)

(2)該小組同學(xué)做實驗時，保持小球做圓周運(yùn)動的半徑不變，選用質(zhì)量為m1的小球甲和質(zhì)量為m2(m1>m2)的小球乙做了兩組實驗。兩組實驗中分別多次改變小球運(yùn)動的轉(zhuǎn)速，記錄實驗數(shù)據(jù)，作出了F與nt關(guān)系如圖乙所示的①和四、計算題（本大題共4小題，共38.0分）17.如圖所示，火箭內(nèi)平臺上放有測試儀，火箭從地面啟動后，以加速度g2(g為地面附近的重力加速度)豎直向上勻加速運(yùn)動，升到某一高度時，測試儀對平臺的壓力為啟動前壓力的1718。已知地球半徑為R

18.一艘宇宙飛船飛近某一行星，并進(jìn)入該行星附近的圓形軌道，宇航員在P點發(fā)現(xiàn)該行星的視角(圖中∠P)為60°.已知引力常量為G，飛船繞行星運(yùn)動的軌道距行星表面高度為h，繞行周期為T，忽略其他天體對飛船的影響。根據(jù)上述數(shù)據(jù)，求：(1(219.如圖所示，一根原長為L=0.1m的輕彈簧套在一長為1.8L的光滑直桿AB上，其下端固定在桿的A端，質(zhì)量為m=1kg的小球也套在桿上且與彈簧的上端相連。小球和桿一起繞經(jīng)過桿A端的豎直軸OO′勻速轉(zhuǎn)幼，且桿與水平面間始終保持θ=53°角。已知桿處于靜止?fàn)顟B(tài)時彈簧長度為0.6L，重力加速度為g，sin53°=0.8，cos53°=0.6，g20.假定航天員在某星球表面利用如圖所示的裝置研究小球的運(yùn)動，豎直放置的光滑半圓形管道固定在水平面上，一直徑略小于管道內(nèi)徑的小球(可視為質(zhì)點)沿水平面從管道最低點A進(jìn)入管道，從最高點B脫離管道后做平拋運(yùn)動，2s后與傾角為37°的斜面垂直相碰于C點。已知該星球的半徑是地球半徑的12倍，質(zhì)量是地球質(zhì)量的110倍，地球表面承力加速度g=10m/s2，忽略星球自轉(zhuǎn)影響。半圓形管道的半徑為r=3m，小球的質(zhì)量為m=0.5kg，si

答案和解析1.【答案】D

【解析】解：A.牛頓借助自己的力學(xué)成就對前人的研究成果進(jìn)行分析，總結(jié)出萬有引力定律，卡文迪什用扭秤實驗證明萬有引力定律是正確的，并測出萬有引力恒量，故A錯誤。

B.G是一個比例常量，但有單位，單位是N?m2/kg2，故B錯誤。

C..萬有引力定律適用于質(zhì)點間的相互作用的計算，當(dāng)r趨近于零時，兩物體不再看成質(zhì)點，萬有引力并不趨近于無窮大，故C錯誤。

D.開普勒研究了前人的觀測數(shù)據(jù)，提出了行星的運(yùn)動定律，故D正確。

故選：D2.【答案】B

【解析】解：A、根據(jù)萬有引力公式求解：FA：FB=GMmArA2：GMmBrB2，代入質(zhì)量之比mA：mB=1：2，軌道半徑之比rA：rB=2：1，解得FA：FB=1：8，故A錯誤；

B、根據(jù)萬有引力提供向心力得：GMmr2=mv2r，解得v=GMr，所以vA：vB3.【答案】A

【解析】解：根據(jù)m=ρV=ρ?43πr3，可知：m∝r3

設(shè)挖去的球體質(zhì)量為M′，原球體質(zhì)量為M，由于挖去的球體半徑是原球體半徑的12

故挖去的球體質(zhì)量為：m′=(12)3M=18M

4.【答案】C

【解析】解：忽略地球自轉(zhuǎn)時萬有引力等于重力，則

GMm′R2=m′g

根據(jù)萬有引力的公式可知

F=GMm(R+h)2

將m=91t=5.【答案】B

【解析】解：由萬有引力提供向心力得GMmr2=m4π2T2r，整理得r3T2=GM4π2，結(jié)合開普勒第三定律可知，常數(shù)k=r3T2=GM4π2只跟中心天體的質(zhì)量有關(guān)。

即常數(shù)k與中心天體的質(zhì)量成正比，題中繪制了如圖所示的a32?T圖像，根據(jù)開普勒第三定律得k=a36.【答案】A

【解析】解：A、茶杯做勻速圓周運(yùn)動，摩擦力提供向心力，當(dāng)恰好發(fā)生相對滑動時，摩擦力為最大靜摩擦力，有：μmg=m?4π2n2r

解得：n=μg4π2r

r1<r2，則茶杯B的臨界轉(zhuǎn)速比A的臨界轉(zhuǎn)速小，即緩慢增加轉(zhuǎn)速，茶杯B比茶杯A相對桌面先發(fā)生滑動，故A正確；

B、若茶杯A、B相對桌面均未發(fā)生滑動，兩茶杯為同軸傳動，角速度相同，由v=ωr得，茶杯A的線速度比茶杯B的線速度小，故B錯誤；

C、若茶杯A、B相對桌面均未發(fā)生滑動，兩茶杯所受靜摩擦力提供向心力，則fA：fB=FnA：Fn7.【答案】C

【解析】解：根據(jù)牛頓第二定律分別列式

F1cos(π?θ)?μ(mg+F1sin(π?θ))=ma

F2?μmg=ma

F3cosθ?μ(m8.【答案】D

【解析】解：以小球為研究對象，可能受到重力、支持力和細(xì)繩拉力作用，受力情況如圖所示：

A、如果細(xì)繩對小球的拉力為零，則小球受到的重力與支持力的合力不可能提供向心力，故A錯誤；

B、細(xì)繩和金屬圓環(huán)對小球的作用力大小如果相等，二者在水平方向的合力為零，則向心力為零，故B錯誤；

C、如果金屬圓環(huán)對小球的作用力為零，則F的豎直分力和重力平衡即Fcos60°=mg，F(xiàn)的水平分力提供向心力Fsin60°=mω2R即可，故C錯誤；

D、

豎直方向：Fco9.【答案】C

【解析】解：A.設(shè)月球的質(zhì)量和半徑分別為M、R

由萬有引力提供向心力有GMm(2R)2=m(2πT1)2×2R

萬有引力等于重力有GMmR2=mg0

解得R=g0T1232π2

故A錯誤；

B.根據(jù)第一宇宙速度關(guān)系v=g0R、R=g0T1232π2，故月球的第一宇宙速度v=2g0T18π，故B錯誤；

C10.【答案】AD【解析】解：A、圖a中，對小球受力分析，如圖

由牛頓第二定律得：mgtanθ=mω2r

tanθ=rh

整理得：ω=gh

則增大圓錐擺的擺角θ，但保持圓錐的高度不變，圓錐擺的角速度不變，故A正確；

B、圖b中，對小球受力分析，小球受到重力和支持力，兩個力的合力指向圓心，提供向心力，向心力是效果力，受力分析時不分析，故B錯誤；

C、圖c中，汽車安全通過拱橋最高點時，受到重力和支持力，由牛頓第二定律得：mg?N=Fn11.【答案】BC【解析】解：AB、小球恰好能在豎直平面內(nèi)繞固定點O做圓周運(yùn)動，則小球恰好到達(dá)最高點，若小球和O點間用細(xì)線相連，在最高點時，小球只受重力，繩上拉力為0，故A錯誤，B正確；

CD、若小球和O點間用輕桿相連。在最高點時，小球速度為零，小球受力平衡，輕桿對小球的支持力大小為mg，故C正確，D錯誤。

故選：BC。

12.【答案】BC【解析】解：A、因雙星的角速度、周期相等，根據(jù)v=ωr知軌道半徑小的線速度小，故B的線速度一定大于A的線速度，故A錯誤；

B、由于雙星的向心力都是由雙星間相互作用的萬有引力提供的，因此大小必然相等，由F=mω2r可得各自的軌道半徑與其質(zhì)量成反比，即r∝1m，所以軌道半徑小的質(zhì)量大，故B的質(zhì)量一定小于A的質(zhì)量，故B正確；

CD、設(shè)雙星質(zhì)量分別為m1、m2，對質(zhì)量為m1的中子星有Gm1m2L2=m1(2πT)2r1，對質(zhì)量為m2的中子星有13.【答案】AC【解析】解：AB、M點做勻速圓周運(yùn)動，角速度ω=θt

線速度大小v=ωl=θlt

向心加速度大小a=ω2l=θ2lt2

故A正確，B錯誤；

CD、貨物與M點運(yùn)動狀態(tài)相同，將M點的速度v分解到水平方向和豎直方向，如圖

由幾何關(guān)系得，水平方向：v1=vcosθ14.【答案】AB【解析】解：A、衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動，由萬有引力提供向心力，有：GMmr2=mv2r，解得：v=GMr，由于“天宮一號”飛行器a的軌道半徑小于衛(wèi)星b的軌道半徑，所以“天宮一號”飛行器a的線速度大于衛(wèi)星b的線速度，故A正確；

B、由萬有引力提供向心力有GMmr2=mr4π2T2，解得衛(wèi)星的運(yùn)行周期：T=4π2r3GM。由于“天宮一號”飛行器a的軌道半徑小于衛(wèi)星b的軌道半徑，所以“天宮一號”飛行器a在軌運(yùn)行的周期小于衛(wèi)星b的周期，b、c是地球同步衛(wèi)星，衛(wèi)星b的周期為24小時，則“天宮一號”飛行器a在軌運(yùn)行的周期小于24小時，故B正確；

C、根據(jù)衛(wèi)星變軌原理可知，衛(wèi)星c加速后做離心運(yùn)動，將離開原軌道，則不能追上衛(wèi)星b，故C錯誤；

D、由萬有引力提供向心力有：15.【答案】是

B

【解析】解：(1)兩球以相同的初速度v0同時通過軌道M、N的末端，發(fā)現(xiàn)兩球同時到達(dá)E處，發(fā)生碰撞。

(2)改變軌道M在軌道N上方的高度，再進(jìn)行實驗，結(jié)果兩球也總是發(fā)生碰撞，這說明做平拋運(yùn)動的P球在水平方向上的運(yùn)動情況與Q球相同，為勻速直線運(yùn)動。

故選：B。

故答案為：(1)是，(216.【答案】變大

變小

①

【解析】解：(1)小球做圓周運(yùn)動，根據(jù)向心力公式T=F向=mω2r=m?(2πT)2?r

若保持小球運(yùn)動半徑不變，僅減小運(yùn)動周期，小球受到的拉力將變大；若保持小球運(yùn)動的周期不變，僅減小運(yùn)動半徑，小球受到的拉力將變小。

(2)根據(jù)題意，小球做圓周運(yùn)動的周期T=tn

根據(jù)向心力公式F=mrω2=mr?4π2T217.【答案】解：啟動前測試儀對平臺的壓力：FN1=mg

①

設(shè)火箭離地面的高度為h時，測試儀對平臺的壓力為FN2，由牛頓第三定律可知，平臺對測試儀的支持力大小也等于FN2的大小

對測試儀，由牛頓第二定律得FN2?mg′=mg2

②

由題意得：FN2FN1=1718

③

由①②③解得【解析】由牛頓第二定律可求得受到的地球的吸引力；再由萬有引力公式可求得火箭離地面的高度．

本題考查了萬有引力定律的應(yīng)用，分析火箭的運(yùn)動過程，應(yīng)用牛頓第二定律與萬有引力公