【物理】北京市八一中学2019-2020学年高一下学期期中考试试题 （解析版） 14页

北京市八一学校 2019～2020 学年度第二学期期中试卷 高一物理 一、单项选择题（16 小题，每题 3 分，共 48 分。在每小题给出的四个选项中，只有一个选项正确）‎ ‎1.下列物理量中属于矢量的是（　　）‎ A. 加速度 B. 周期 C. 功 D. 重力势能 ‎【答案】A ‎【解析】‎ 矢量是既有大小又有方向的物理量，故加速度是矢量，周期、功、重力势能只有大小没有方向是标量，故A正确BCD错误。‎ ‎2.下列不能表示能量的单位的是（　　）‎ A. 焦耳 B. 牛·米 C. 瓦·秒 D. 千克·米/秒2‎ ‎【答案】D ‎【解析】‎ A． 焦耳是功的单位，也是能量的单位，故A错误；‎ B．根据 可知，牛·米是功的单位也是能量的单位，故B错误；‎ C．根据 可知，瓦·秒是功的单位也是能量的单位，故C错误；‎ D．根据F=ma可知，千克·米/秒2是力的单位，故D正确。‎ ‎3.牛顿得出了万有引力与物体质量及它们之间距离的关系，但不知道引力常量G的值，第一个在实验室比较准确测定引力常量G值的科学家是 A. 哥白尼 B. 第谷 C. 开普勒 D. 卡文迪许 ‎【答案】D ‎【解析】‎ 根据物理学史可知，第一个在实验室比较准确测定引力常量G值的科学家是卡文迪许．‎ A. 哥白尼，与结论不相符，选项A错误；‎ B. 第谷，与结论不相符，选项B错误；‎ C. 开普勒，与结论不相符，选项C错误；‎ D 卡文迪许，与结论相符，选项D正确；‎ ‎4.下列运动不属于匀变速运动的是（　　）‎ A. 自由落体运动 B. 竖直上抛运动 C. 匀速圆周运动 D. 平抛运动 ‎【答案】C ‎【解析】‎ A． 自由落体运动的加速度是重力加速度，保持不变，属于匀变速运动，故A错误；‎ B． 竖直上抛运动的加速度是重力加速度，保持不变，属于匀变速运动，故B错误；‎ C． 匀速圆周运动的加速度的大小保持不变，但方向始终指向圆心，故匀速圆周运动的加速度方向时刻改变，不属于匀变速运动，故C正确；‎ D． 平抛运动的加速度是重力加速度，保持不变，属于匀变速运动，故D错误。‎ ‎5.下列运动中的物理量，不变的是（　　）‎ A. 平抛运动中的重力势能 B. 平抛运动中的加速度 C. 匀速圆周运动中的线速度 D. 匀速圆周运动中的向心加速度 ‎【答案】B ‎【解析】‎ A． 做平抛运动的物体，重力做了正功，可知物体的重力势能减小，故A错误；‎ B． 做平抛运动的物体只受重力作用，加速度等于重力加速度，做匀变速曲线运动，即加速度不变，故B正确；‎ C． 匀速圆周运动中的线速度，方向始终改变，故C错误；‎ D． 做匀速圆周运动时，合外力提供向心力，物体的加速度即为向心加速度，一直指向圆心位置，即向心加速度的方向改变，故D错误。‎ ‎6.关于曲线运动，下列说法正确是（　　）‎ A. 做曲线运动物体的速度和加速度一定是在变化的 B. 一个物体做曲线运动，它所受的合外力也一定改变 C. 与速度方向垂直的力只改变速度的方向，不改变速度的大小 D. 匀速圆周运动的加速度不变 ‎【答案】C ‎【解析】‎ A． 速度、加速度都是矢量，做曲线运动的物体速度的方向一定是变化的，所以速度是变矢量；但物体的加速度可以不变，如平抛运动。故A错误；‎ B． 一个物体做曲线运动，它所受的合外力不一定改变，如匀变速曲线运动，故B错误；‎ C． 与速度方向垂直的力不做功，只改变速度的方向，不改变速度的大小，故C正确；‎ D． 匀速圆周运动的加速度不变大小不变，方向时刻改变，故D错误。‎ ‎7.两个质点之间万有引力的大小为F，如果将这两个质点之间的距离变为原来的2倍，那么它们之间万有引力的大小变为 A B. C. D. ‎ ‎【答案】A ‎【解析】‎ 根据万有引力定律公式得，将这两个质点之间的距离变为原来的2倍，则万有引力的大小变为原来的，故万有引力变为．‎ A. 与结论相符，选项A正确；‎ B. 与结论不相符，选项B错误；‎ C. 与结论不相符，选项C错误；‎ D. 与结论不相符，选项D错误；‎ ‎8.图所示是自行车的轮盘与车轴上的飞轮之间的链条传动装置。是轮盘的一个齿，是飞轮上的一个齿。下列说法中正确的是（）‎ A. 两点角速度大小相等 B. 两点线速度大小相等 C. 两点向心加速度大小相等 D. 点向心加速度大于点向心加速度 ‎【答案】B ‎【解析】‎ AB．P、Q两点是传送带传动的两轮子边缘上两点，则vP=vQ，而，由,‎ 可得：，所以P、Q两点角速度大小不相等，A错误，B正确；‎ CD．因vP=vQ，而，由,Q点向心加速度大于P向心加速度，CD错误。‎ ‎9.下图中描绘的四种虚线轨迹，不可能是人造地球卫星轨道的是 A. A B. B C. C D. D ‎【答案】B ‎【解析】‎ 人造地球卫星靠地球的万有引力提供向心力而绕地球做匀速圆周运动，地球对卫星的万有引力方向指向地心，所以人造地球卫星做圆周运动的圆心是地心，否则不能做稳定的圆周运动；故不可能是人造地球卫星轨道的是B．‎ ‎10.如图所示，物块在水平放置的台式弹簧秤上保持相对静止，弹簧秤的示数为 15N。下列说法正确的是（　　）‎ A. 若该装置此时正放在加速上升的电梯中，则物块的实际重力小于15N B. 若该装置此时正放在经过拱桥最高点的汽车中，则物块的实际重力小于15N C. 若该装置此时正放在月球的星球表面上，则物块的实际重力小于15N D. 若该装置此时正放在匀速旋转的水平转台上并与水平转台保持相对静止，则物块的实际重力小于15N ‎【答案】C ‎【解析】‎ A． 若该装置此时正放在加速上升的电梯中，物体重力不变，仍为15N，故A错误；‎ B． 若该装置此时正放在经过拱桥最高点的汽车中，物体重力不变，仍为15N，故B错误；‎ C． 若该装置此时正放在月球的星球表面上，因为月球表面重力加速度小于地表重力加速度，故物块的实际重力小于15N，故C正确；‎ D． 若该装置此时正放在匀速旋转水平转台上并与水平转台保持相对静止，物体重力不变，仍为15N，故D错误；‎ ‎11.我国自主建设、独立运行的北斗卫星导航系统由数十颗卫星构成，目前已经向一带一路沿线国家提供相关服务。设想其中一颗人造卫星在发射过程中，原来在椭圆轨道1绕地球 E 运行，在P点变轨后进入轨道2做匀速圆周运动，如图所示。下列说法正确的是（　　）‎ A. 在轨道 1 与在轨道 2 运行比较，卫星在 P 点的加速度不同 B. 在轨道 1 与在轨道 2 运行比较，卫星在 P 点的线速度不同 C. 卫星在轨道 2 的任何位置都具有相同加速度 D. 卫星在轨道 1 的任何位置都具有相同线速度 ‎【答案】B ‎【解析】‎ AB． 在轨道 1 与在轨道 2 运行比较，合力等于万有引力，根据牛顿第二定律得，卫星在P点的加速度都相同，卫星由轨道1在P点进入轨道2做离心运动，要加速，所以在轨道1和在轨道2运行经过P点的速度不同，故B正确A错误；‎ C． 卫星在轨道 2 的任何位置都具有相同的加速度大小，但加速度方向不同，故C错误；‎ D． 卫星在轨道 1 不是匀速圆周运动，线速度大小不同，故D错误。‎ ‎12.如图所示，物体在力F的作用下沿水平面发生了一段位移x，三种情形下力F和位移x的大小都是相等的．角θ的大小、物体运动方向已在图中标明．下列说法正确的是 A. 三种情形下，力F做功的大小相等 B. 甲、乙两种情形下，力F都做负功 C. 乙、丙两种情形下，力F都做正功 D. 不知道地面是否光滑，无法判断F做功的大小关系 ‎【答案】A ‎【解析】‎ AD．这三种情形下力F和位移x的大小都是一样的，将力沿着水平和竖直方向正交分解，水平分力大小相同，只有水平分力做功，竖直分力不做功，故三种情况下力F的功的大小是相同的，与地面是否光滑无关，故A正确，D错误； BC．甲中由力与速度方向成锐角，故力F做正功，乙中力和速度方向成钝角，故力做负功；丙中力和速度方向为锐角，故力做正功，故BC错误。‎ ‎13.如图所示，塔吊用钢绳沿竖直方向将质量为 m 的建材以加速度 a 匀加速向上提起 h 高， 已知重力加速度为 g，则在此过程中，下列说法正确的是（　　）‎ A. 建材重力做功为- mah B. 建材的重力势能减少了mgh C. 建材所受的合外力做功为mgh D. 建材所受钢绳拉力做功为m(a + g)h ‎【答案】D ‎【解析】‎ A． 建筑材料向上做匀加速运动，上升的高度为h，重力做功：W=-mgh，故A错误；‎ B． 物体的重力势能变化量为,则建材的重力势能增加了mgh，故B错误；‎ C． 建材所受的合外力为ma，合外力做功为mah，故C错误；‎ D． 建材所受钢绳拉力，根据牛顿第二定律可知，建材所受钢绳拉力做功为m(a + g)h，故D正确。‎ ‎14.一辆轿车在平直公路上行驶，启动阶段牵引力保持不变，而后以额定功率继续行驶， 经过时间 t0，其速度由零增大到最大值vm。若轿车所受的阻力 f 恒定，关于轿车的速度 v、牵引力 F、功率 P 随时间 t 变化的情况，下列选项中不正确的是（　　）‎ A. B. ‎ C. D. ‎ ‎【答案】A ‎【解析】‎ AB． 由于汽车受到的牵引力不变，加速度不变，所以汽车在开始的阶段做匀加速运动，当实际功率达到额定功率时，功率不能增加了，要想增加速度，就必须减小牵引力，当牵引力减小到等于阻力时，加速度等于零，速度达到最大值，则轿车先做匀加速直线运动，再做加速度减小的加速直线运动，牵引力等于阻力时，做匀速直线运动。故A错误符合题意，B正确不符合题意；‎ C． 轿车做匀加速直线运动时，牵引力不变，然后牵引力逐渐减小，当牵引力等于阻力时，做匀速直线运动。故C正确不符合题意；‎ D． 根据P=Fv，因为开始速度均匀增大，则功率均匀增大，当达到额定功率后，保持不变。故D正确不符合题意。‎ ‎15.‎2019年11月5日，我国成功发射了“北斗三号卫星导航系统”的第3颗倾斜地球同步轨道卫星。“北斗三号卫星导航系统”由静止地球同步轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星、中圆地球轨道卫星组成。“同步轨道”卫星的轨道周期等于地球自转周期，卫星运行轨道面与地球赤道面的夹角叫做轨道倾角。根据轨道倾角的不同，可将“同步轨道”分为静止轨道（倾角为零）、倾斜轨道（倾角不为零）和极地轨道。根据以上信息，下列说法中正确的是 A. 倾斜地球同步轨道卫星的高度大于静止地球同步轨道卫星的高度 B. 倾斜地球同步轨道卫星的线速度小于静止地球同步轨道卫星的线速度 C. 可以发射一颗倾斜地球同步轨道卫星，静止在北京上空 D. 可以发射一颗倾斜地球同步轨道卫星，每天同一时间经过北京上空 ‎【答案】D ‎【解析】‎ A．倾斜地球同步轨道卫星与静止地球同步轨道卫星具有相同的周期（24h），则由可知，两种卫星的轨道半径相等，即倾斜地球同步轨道卫星的高度等于静止地球同步轨道卫星的高度，选项A错误；‎ B．两种卫星具有相同的周期和角速度，运转半径相同，则根据v=ωr可知，两种卫星具有相同的线速度，选项B错误；‎ CD．同步卫星相对于地球静止，必须为地球赤道面上的同步卫星，因为倾斜地球同步轨道卫星为倾斜轨道，因此不能与地球保持相对静止，但因为周期总为24h，则可以每天同一时间经过北京上空，选项C错误，D正确；‎ ‎16.无偿献血、救死扶伤的崇高行为，是文明社会的标志之一。现代献血常采用机采成分血的方式，就是指把健康人捐献的血液，通过血液分离机分离出其中某一种成分（如血小板、粒细胞或外周血干细胞）储存起来，再将分离后的血液回输到捐献者体内。分离血液成分需要用到一种叫离心分离器的装置，其工作原理的示意图如图所示，将血液装入离心分离器的封闭试管内，离心分离器转动时给血液提供一种“模拟重力”的环境，“模拟重力” 的方向沿试管远离转轴的方向，其大小与血液中细胞的质量以及其到转轴距离成正比。初始时试管静止，血液内离转轴同样距离处有两种细胞a、b， 其密度分别为ρa和ρb，它们的大小与周围血浆密度ρ0的关系为ρa<ρ0<ρb。对于试管由静止开始绕轴旋转并不断增大转速的过程中，下列说法中正确的是（　　）‎ A. 细胞a相对试管向外侧运动，细胞b相对试管向内侧运动 B. 细胞a的“模拟重力势能”变小，细胞b的“模拟重力势能”变大 C. 这种离心分离器“模拟重力”对应的“重力加速度”沿转动半径方向各处大小相同 D. 若某时刻a、b两种细胞沿垂直于转轴的半径方向速率相等，则“模拟重力”对细胞a做功的功率小于对细胞b做功的功率 ‎【答案】C ‎【解析】‎ A． 转动时细胞需要向心力F，有：F=mrω2，因ω，r相同，则质量大的即密度大的所需要的向心力大，周围细胞对其作用力小于所需的向心力则要做离心运动，则b向外运动，而a则向内运动，故A错误；‎ B． “模拟重力” 的方向沿试管远离转轴的方向，b向外运动，而a则向内运动，细胞a的“模拟重力势能”变大，细胞b的“模拟重力势能”变小，故B错误；‎ C． 离心分离器“模拟重力”对应的“重力加速度”g=rω2可知“重力加速度”沿转动半径方向向外侧逐渐变大，故C正确；‎ D． 垂直于转轴的半径方向速率相等，而垂直于模拟重力方向，故功率均为零，故D错误。‎ 二、实验题（本题共 1 小题，共 12 分。）‎ ‎17.物理研究性学习小组的同学设计多种实验想要测量月球表面的重力加速度 g 月的大小的。‎ ‎（1）他们假设自己在月球上，设计了实验方案一，利用：A 质量 m 已知的重锤、B 打点计时器、C 直流电源、D 弹簧测力计，进行测量。他们的实验原理是________________（只填写规 律公式）；实验选用的器材有____________________（选填器材前的字母）。‎ ‎（2）他们假设自己在月球上，设想了实验方案二，利用小球自由下落时的频闪照片示意图，如图所示。若已知频闪仪每隔 T= 0.1s 闪光一次。他们的实验原理是_______（只填写规律公式）；若已知月球表面的重力加速度 g 月=‎1.6m/s2，则图中的 AB 间的位移大小为_______。‎ ‎（3）展开你想象的翅膀，大胆的再设计一个测量月球表面重力加速度 g 月大小的方案，写清你的实验原理，推导出测量 g 月的表达式，并写清需要测量的物理量。‎ ‎【答案】 (1). AD (2). ‎0.04m ‎ ‎ (3). 利用机械能守恒定律的原理 ‎ 直径d，下落高度h，通过光电门的时间t ‎【解析】‎ ‎(1)用弹簧测力计测出该重锤的重力F，则F=mg月，重力加速度的表达式为：；实验选用的器材有AD ‎(2)根据△h=gT2，得：，若已知月球表面的重力加速度 g 月=1．‎6m/s2，则图中的 AB 间的位移大小为 ‎(3)实验原理：利用机械能守恒定律的原理，用光电门测量小球下落h距离后通过光电门的时间，球的直径，根据 ，‎ 进而解得 需要测量直径d，下落高度h，通过光电门的时间t。‎ ‎18.根据v=，可以通过观察不断缩小的时间段内的平均速度大小的方法，来逼近某点的瞬时速度大小。我们也可以通过观察不断缩小的时间段内的平均速度的方向的方法，来逼近某点的瞬时速度的方向。图曲线是某一质点的运动轨迹，若质点在t时间内从A点运动到B点。‎ ‎（1）请画出质点从A点起在时间t内平均速度v1的方向，并说明理由；‎ ‎（2）请画出质点从A点起在时间内平均速度v2的大致方向；‎ ‎（3）请画出质点经过A点时瞬时速度vA的方向，并说明理由。‎ ‎【答案】（1）图和理由见解析 (2) 图见解析(3) 图和理由见解析 ‎【解析】‎ ‎（1）如图，在AB连线上，由A指向B； ‎ 根据v=，在时间t内的平均速度的方向，与时间t内位移的方向相同 ‎ ‎（2）如图，在AC连线上，由A指向C； ‎ ‎（3）在过A点的切线上，方向如图； ‎ 由 v=可得：当时间接近0，邻近点与A点距离接近0，它们的连线就是过A点的切线，所以经过A点时瞬时速度的方向沿过A点的切线。‎ ‎19.如图，一小球从点冲上一半圆形竖直轨道，轨道半径为m，重力加速度m/s2，求：‎ ‎（1）要想让小球能顺利通过轨道的最高点而不掉下来，则小球在最高点时的速度大小至少为多少？‎ ‎（2）若小球通过点时的速度为m/s，则小球从点飞出后做平抛运动落在点，求的距离？‎ ‎【答案】（1）‎2m/s；（2）‎2m。‎ ‎【解析】‎ ‎（1）要想让小球能顺利通过轨道的最高点而不掉下来，则在最高点仅由重力提供向心力，有：‎ 解得：m/s 所以小球在最高点时的速度大小至少为‎2m/s ‎（2）小球从点飞出后做平抛运动落在点，在竖直方向上有：‎ 解得：s 小球水平方向做匀速直线运动，有：m ‎20.如图所示，一个绕竖直轴旋转的洗衣机甩干筒，稳定工作时转速n=600r/min（即每分钟转600圈），甩干筒从静止开始加速旋转直到到达稳定工作转速，共用时t=5s，期间转速均匀增加。在加速旋转的这5s内，求：‎ ‎（1）甩干筒平均每秒转速的增加量b；‎ ‎（2）甩干筒总共旋转的圈数q。‎ ‎【答案】（1）2 r/s （2）25 r ‎【解析】‎ ‎（1）甩干筒这5s内转速的增加量Δn=nt-n0=600 -0=600r/min=10 r/s；‎ 甩干筒平均每秒转速的增加量应等于转速的增加量与时间的比值：=2 r/s2‎ 即甩干筒平均每秒转速的增加量b为2 r/s ‎ ‎（2）由于转速均匀增加，甩干筒这5s内的平均转速r/s ‎ 这5s内，甩干筒由慢到快总共旋转的圈数，与甩干筒以平均转速匀速旋转的总圈数相等，总圈数q=t=25 r ‎21.人类对未知事物的好奇和科学家们的不懈努力，使人类对宇宙的认识越来越丰富。‎ ‎(1)开普勒坚信哥白尼的“日心说”，在研究了导师第谷在20余年中坚持对天体进行系统观测得到的大量精确资料后，提出了开普勒三定律，为人们解决行星运动问题提供了依据，也为牛顿发现万有引力定律提供了基础。‎ 开普勒认为：所有行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上。行星轨道半长轴的三次方与其公转周期的二次方的比值是一个常量。实际上行星的轨道与圆十分接近，在中学阶段的研究中我们按圆轨道处理。请你以地球绕太阳公转为例，根据万有引力定律和牛顿运动定律推导出此常量的表达式。‎ ‎(2)天文观测发现，在银河系中，由两颗相距较近、仅在彼此间引力作用下运行的恒星组成的双星系统很普遍。已知某双星系统中两颗恒星围绕它们连线上的某一点做匀速圆周运动，周期为T，两颗恒星之间的距离为d，引力常量为G。求此双星系统的总质量。‎ ‎(3)北京时间‎2019年4月10日21时，由全球200多位科学家合作得到的人类首张黑洞照片面世，引起众多天文爱好者的兴趣。‎ 同学们在查阅相关资料后知道：①黑洞具有非常强的引力，即使以3×‎108m/s的速度传播的光也不能从它的表面逃逸出去。②地球的逃逸速度是第一宇宙速度的倍，这个关系对于其他天体也是正确的。③地球质量me =6.0×‎1024kg，引力常量G= 6.67×10-11N• m 2/ kg 2。‎ 请你根据以上信息，利用高中学过的知识，通过计算求出：假如地球变为黑洞，在质量不变的情况下，地球半径的最大值（结果保留一位有效数字）。（注意：解题过程中需要用到、但题目没有给出的物理量，要在解题时做必要的说明）‎ ‎【答案】(1) (2) (3) 9×10‎‎-3m ‎【解析】‎ ‎⑴设太阳质量为ms，地球质量为me，地球绕太阳公转的半径为r 太阳对地球的引力是地球做匀速圆周运动的向心力 根据万有引力定律和牛顿运动定律 解得常量 ‎⑵设双星的质量分别为m1、m2，轨道半径分别为r1、r2‎ 根据万有引力定律及牛顿运动定律 ‎ 且有 ‎ 双星总质量 ‎ ‎⑶设地球质量为me，地球半径为R。质量为m的物体在地球表面附近环绕地球飞行时，环绕速度为v1‎ 由万有引力定律和牛顿第二定律 ‎ 解得 ‎ 逃逸速度 假如地球变为黑洞 v2≥c ‎ 代入数据解得地球半径的最大值 R=9×10‎‎-3m ‎ ‎