卷子答案网-一个不只有答案的网站河南省郑州市名校2022~2023学年高一下学期期中物理试卷
一、单选题（本大题共9小题，共36.0分）
1．（2019·杭州模拟）转篮球是一项难度较高的技巧，其中包含了许多物理知识。如图所示，假设某转篮球的高手能让篮球在手指上（手指刚好在篮球的正下方）做匀速圆周运动，下列有关该同学转篮球的物理知识正确的是（ ）
A．篮球上各点做圆周运动的圆心在手指上
B．篮球上各点的向心力是由手指提供的
C．篮球上各点做圆周运动的角速度相同
D．篮球上各点离转轴越近，做圆周运动的向心加速度越大
2．（2020高一上·如皋期末）如图所示，小船沿直线AB过河，船头始终垂直于河岸。若水流速度减小，为保持航线不变，下列措施与结论正确的是（ ）
A．减小船速，过河时间变长 B．减小船速，过河时间不变
C．增大船速，过河时间不变 D．增大船速，过河时间缩短
3．如图所示，物体、随水平圆盘绕轴匀速转动，物体在水平方向所受的作用力及其方向的判定正确的有 （ ）
A．圆盘对及对的摩擦力，两力都指向圆心
B．圆盘对的摩擦力指向圆心，对的摩擦力背离圆心
C．物体受到圆盘对及对的摩擦力和向心力
D．物体受到圆盘对的摩擦力和向心力
4． 汽车在地下车库的水平地面上做匀速直线运动，接着驶上一段长直斜坡，最后开上水平路面继续行驶。设全过程中汽车发动机产生的牵引力的功率恒定，汽车在所有路面所受阻力大小不变，则（ ）
A．汽车开上斜坡上后，立即做匀速直线运动
B．汽车开上水平路面后，立即做匀速直线运动
C．汽车将要离开斜坡时发动机产生的牵引力最大
D．汽车开上水平路面后的速率大于它在地下车库时的速率
5．如图所示的传动装置中，、两轮固定在一起绕同一轴转动，、两轮用皮带传动，三个轮的半径关系是。若皮带不打滑，则关于、、三轮边缘、、三点的下列物理量的比，错误的是（ ）
A．角速度之比为 B．线速度大小为
C．向心加速度大小之比为 D．周期之比为
6．如图所示，质量相同的三颗卫星、、绕地球做匀速圆周运动，其中、在地球的同步轨道上，距离地球表面的高度为，此时、恰好相距最近，已知地球质量为、半径为、地球自转的角速度为，引力常量为，则（ ）
A．发射卫星的速度要大于
B．卫星的周期大于卫星的周期
C．卫星和卫星下一次相距最近还需经过
D．若要卫星与卫星实现对接，可让卫星加速
7．如图所示，光滑斜面固定在水平面上，顶端有一小球。小球从静止释放沿斜面运动到底端的时间是。若给小球一水平初速度，小球恰好落在斜面底端，经过的时间是。不计空气阻力，则（ ）
A． B． C． D．无法确定
8．（2023高一下·长春月考）如图所示，一长为L的轻绳下端拴着质量为m的小球，现使小球在水平面内做匀速圆周运动，轻绳与竖直方向的夹角为θ，重力加速度大小为g，下列说法正确的是（ ）
A．小球运动的加速度大小为
B．小球运动的线速度大小为
C．小球运动的角速度大小为
D．轻绳的拉力大小为mgtanθ
9．（2022高三上·保定期中）1844年，德国天文学家贝塞尔根据天狼星的移动路径形成的波浪图形，推断天狼星是双星系统中的一颗星。已知天狼星及其伴星都在各自轨道上互相绕转，绕转的周期约为50年，两星体之间的距离约为日地距离的20倍，引力常量为G。则（ ）
A．可估算出双星系统的平均密度
B．可估算出双星系统中任一星体的质量
C．可估算出双星系统的总质量
D．双星系统中质量大的星体离绕行中心远
二、多选题（本大题共3小题，共12.0分）
10．如图是“嫦娥三号”飞行轨道示意图。假设“嫦娥三号”运行经过点第一次通过近月制动使“嫦娥三号”在距离月面高度为的圆形轨道Ⅰ上运动，再次经过点时第二次通过近月制动使“嫦娥三号”在距离月面近地点为、高度为，远地点为、高度为的椭圆轨道Ⅱ上运动，下列说法正确的是（ ）
A．“嫦娥三号”在距离月面高度为的圆轨道Ⅰ上运动时速度大小可能变化
B．“嫦娥三号”在距离月面高度为的圆轨道Ⅰ上运动的周期一定大于在椭圆轨道Ⅱ上运动的周期
C．“嫦娥三号”在椭圆轨道Ⅱ上运动经过点时的加速度一定大于经过点时的加速度
D．“嫦娥三号”在椭圆轨道Ⅱ上运动经过点时的速率可能小于经过点时的速率
11．如图所示，一位网球运动员以拍击球，使网球沿水平方向飞出。第一只球飞出时的初速度为，落在自己一方场地上后，弹跳起来，刚好擦网而过，落在对方场地的点处。第二只球飞出时的初速度为，直接擦网而过，也落在点处。设球与地面碰撞时没有能量损失，且不计空气阻力，则（ ）
A．网球两次飞出时的初速度之比
B．网球两次飞出时的初速度之比
C．运动员击球点的高度与网高之比
D．运动员击球点的高度与网高之比
12．（2021高一下·广东期中）如图所示，水平转台上有一个质量为m的物块，用长为l的轻质细绳将物块连接在转轴上，细绳与竖直转轴的夹角为，此时绳绷直但无张力，物块与转台间动摩擦因数为，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，物块随转台由静止开始缓慢加速转动，角速度为ω，加速度为g，则（ ）
A．当时，细线中张力为零
B．当时，物块与转台间的摩擦力为零
C．当时，细线的张力为
D．当时，细绳的拉力大小为
三、实验题（本大题共2小题，共18.0分）
13． 在“探究向心力的大小与质量、角速度和半径之间的关系”的实验中，所用实验器材如图所示。
（1）物体所受向心力的大小与物体的质量、角速度和圆周运动半径之间的关系是 。
（2）某次实验时，选择、两个体积相等的铝球和钢球，变速塔轮相对应的半径之比为：，如图所示，是探究哪两个物理量之间的关系____。
A．研究向心力与质量之间的关系
B．研究向心力与角速度之间的关系
C．研究向心力与半径之间的关系
D．研究向心力与线速度之间的关系
（3）在研究向心力的大小与质量、角速度和半径之间的关系时，我们主要用到了物理学中的____
A．累积法 B．等效替代法
C．控制变量法 D．微小量放大法
（4）某次实验保证小球质量和圆周运动半径相等，若标尺上红白相间的等分格显示出两个小球所受向心力的比值为：，由圆周运动知识可以判断与皮带连接的变速塔轮相对应的半径之比为____。
A．1：2 B．2：1 C．1：4 D．4：1
14． 图甲是“研究平抛物体的运动”的实验装置图
（1）实验前应对实验装置反复调节，直到斜槽末端切线水平，每次让小球从同一位置由静止释放，是为了使每次小球平抛的 相同。
（2）图乙是正确实验取得的数据，其中为抛出点，则此小球做平抛运动的初速度为 取。
（3）在“研究平抛运动”的实验中，安装实验装置时，斜槽末端的切线必须水平，这样做的目的是____。
A．保证小球飞出时，速度既不太大，也不太小
B．保证小球飞出时，初速度水平
C．保证小球在空中运动的时间每次都相等
D．保证小球运动的轨迹是一条抛物线
四、计算题（本大题共4小题，共40.0分）
15． 如图所示，用的水平拉力，使物体从点由静止开始沿光滑水平面做加速度为的匀加速直线运动到达点，已知到的时间. 。求：
（1）、之间的距离；
（2）拉力在此过程中所做的功；
（3）求物体从到拉力做功的平均功率。
16． 发射地球同步卫星时，先将卫星发射到距地面高度为的近地圆轨道上，在卫星经过点时点火实施变轨进入椭圆轨道，最后在椭圆轨道的远地点点再次点火将卫星送入同步轨道，如图所示．已知同步卫星的运动周期为，地球的半径为，地球表面重力加速度为，忽略地球自转的影响．求：
（1）卫星在近地点的加速度大小；
（2）远地点距地面的高度．
17． 如图所示，左图是某游乐场中水上过山车的实物图片，右图是其原理示意图．在原理图中半径为的圆形轨道固定在离水面高的水平平台上，圆轨道与水平平台相切于点，、分别为圆形轨道的最低点和最高点．过山车实际是一艘带轮子的气垫小船，可视作质点高速行驶，先后会通过多个圆形轨道，然后从点离开圆轨道而进入光滑的水平轨道，最后从点水平飞出落入水中，整个过程刺激惊险，受到很多年轻人的喜爱。已知水面宽度为，假设运动中不计空气阻力，重力加速度取结果可保留根号．
（1）若过山车恰好能通过圆形轨道的最高点，则其在点的速度为多大？
（2）为使过山车安全落入水中，则过山车在点的最大速度为多少？
（3）某次运动过程中乘客在圆轨道最低点对座椅的压力为自身重力的倍，则气垫船落入水中时的速度大小是多少？
18．如图所示，在水平圆盘上放有质量分别为、、的可视为质点的三个物体、、，圆盘可绕垂直圆盘的中心轴转动。三个物体与圆盘的滑动摩擦因数均为。最大静摩擦力认为等于滑动摩擦力。三个物体与轴共线且，现将三个物体用轻质细线相连，保持细线伸直且恰无张力，使圆盘从静止开始转动且缓慢增大角速度，直到物体相对圆盘发生滑动，已知重力加速度。则在这个过程中：
（1）当角速度多大时，物体和物体之间的细绳上恰好开始有张力？
（2）当角速度多大时，物体和物体之间的细线上恰好开始有张力？
（3）写出物体所受静摩擦力大小随角速度变化的函数关系式。
答案解析部分
1．【答案】C
【知识点】匀速圆周运动
【解析】【解答】A、篮球上的各点做圆周运动时，是绕着转轴做圆周运动，圆心均在转轴上，A不符合题意；
B、篮球旋转就是靠我们的手拍动篮球旋转，造成篮球旋转产生的向心力的，B不符合题意；
C、篮球上的各点绕转轴做圆周运动，故角速度相同，C符合题意；
D、由于角速度相同，根据a=ω2r可知篮球上各点离转轴越近，做圆周运动的向心加速度越小，D不符合题意；
故答案为：C。
【分析】篮球上各点的圆周运动的圆心在转轴上；篮球上各点的向心力是靠手拍的，不是手指提高的；由于同轴转动所以角速度大小相同；利用向心加速度与半径的关系可以判别向心加速度的大小。
2．【答案】A
【知识点】小船渡河问题分析
【解析】【解答】船头始终垂直于河岸，河宽一定，当水流速度减小，为保持航线不变，根据运动的合成，船的速度必须减小，再根据
所以渡河的时间变长。
故答案为：A。
【分析】根据速度的合成与分解当船头垂直于河岸时水流减小可知道船的速度必须减小，从而渡河时间变长。
3．【答案】B
【知识点】受力分析的应用；向心力
【解析】【解答】A、物体A与B做匀速圆周运动，则A受到重力、支持力，B对A指向圆心的摩擦力提供向心力，根据牛顿第三定律有：B受到重力、圆盘的支持力、A对B的压力、A对B远离圆心的摩擦力及圆盘对B指向圆心的摩擦力提供向心力，所以B对，ACD错；
则正确答案为B
【分析】利用向心力的方向指向圆心结合受力分析可以判别A和B的受力情况。
4．【答案】C
【知识点】功率及其计算
【解析】【解答】汽车额定功率P保持不变，在水平面上匀速运动有：F1=f，P=F1v1，当汽车开上斜面后，F1
正确答案为C。
【分析】利用功率的表达式结合牵引力的变化可以判别速度的大小变化；利用平衡可以判别牵引力的大小变化。
5．【答案】D
【知识点】线速度、角速度和周期、转速
【解析】【解答】由于a、b属于线传动所以a、b线速度相等，则，且由于则，由于b与c同轴转动所以，且由于则，根据分析可得，，所以AB对；
根据，可得，所以C对；
根据可得，所以D错；
正确答案为D
【分析】利用匀速圆周运动的规律可以求出线速度和角速度的比值，利用线速度和角速度的比值可以求出向心加速度的比值；利用角速度的比值可以求出周期的比值。
6．【答案】C
【知识点】万有引力定律的应用；卫星问题
【解析】【解答】A、卫星没有离开地球，卫星的发射速度要介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间，所以A错；
B、根据引力提供向心力有：，所以卫星a的周期小于b的周期，所以B错；
C、根据根据引力提供向心力有：，当卫星a与卫星b下一次相距最近时的时间为t，则根据：，可以解得：，所以C对；
D、由于卫星c加速会做离心运动，会离开原来轨道所以不能与卫星b对接，所以D错；
正确答案为C
【分析】利用引力提供向心力可以求出周期和角速度的大小；结合运动的角速度的关系可以求出相距最近的时间；利用离心运动可以判别卫星是否实现对接。
7．【答案】B
【知识点】运动的合成与分解；平抛运动
【解析】【解答】小球沿光滑斜面下滑时，，且竖直方向的加速度为：；当小球做平抛运动时，，根据竖直方向的位移公式有：，则，所以B对，ACD错；
正确答案为B
【分析】利用竖直方向的位移公式结合加速度的大小可以比较运动的时间。
8．【答案】B
【知识点】生活中的圆周运动
【解析】【解答】小球在水平面内做匀速圆周运动，小球所受合力提供向心力，对小球受力分析，如图
由几何关系有：，。根据牛顿第二定律有：，又，联立解得：，，，故B符合题意；ACD均不符合题意。
故答案为：B
【分析】小球在水平面内做匀速圆周运动，靠重力和拉力的合力提供向心力，根据 平行四边形定则求出细绳对小球的拉力大小，根据牛顿第二定律求出小球的加速度、线速度、角速度。
9．【答案】C
【知识点】万有引力定律
【解析】【解答】根据 ，可得 ， ，可知质量大的星体离绕行中心较近，但 和 的大小不知道，无法求解双星系统中任一星体的质量，且双星的体积未知，则无法求出双星系统的平均密度，ABD不符合题意，C符合题意。
故答案为：C。
【分析】根据两星体间的万有引力提供向心力，从而结合题意得出能够求出的物理量。
10．【答案】B,C
【知识点】开普勒定律；万有引力定律的应用
【解析】【解答】A、根据卫星做匀速圆周运动的引力提供向心力，则有：，由于卫星在轨道I的半径不变所以线速度的大小保持不变，所以A错；
B、根据开普勒第三定律：，由于卫星在轨道I的半径大于在轨道II的半径所以卫星在轨道I的周期比较大，所以B对；
根据牛顿第二定律有：，所以卫星在Q点的加速度大于在P点加速度的大小，所以C对；
根据开普勒第二定律，卫星经过近月点Q的速度大于经过远月点P的速度大小，所以D错；
正确答案为BC
【分析】利用引力提供向心力可以判别加速度和线速度的大小；利用开普勒第三定律可以比较周期的大小。
11．【答案】A,C
【知识点】平抛运动；斜抛运动
【解析】【解答】A、根据两个小球下落的高度相同时，则下落的时间相同，根据运动的轨迹有：，根据，可得，所以A对B错；
当两个小球越过网后，两个小球水平方向的位移相同，设下落H-h的时间为t1；下落h的时间为t2；根据水平方向的位移有：可得：，再根据；；可得，则C对D错；
正确答案为AC。
【分析】利用平抛运动与斜抛运动竖直方向及水平方向的位移大小及位移公式可以求出初速度大小之比，结合运动的时间可以求出下落高度的比值。
12．【答案】A,D
【知识点】万有引力定律的应用
【解析】【解答】A．当转台的角速度比较小时，物块只受重力、支持力和摩擦力，当细绳恰好要产生拉力时
解得
由于
，所以当
时，细线中张力为零，A符合题意；
B．随角速度的增大，细绳上的拉力增大，当物块恰好要离开转台时，物块受到重力和细绳的拉力的作用，则
解得
由于
，所以当
时，物块与转台间的摩擦力不为零，B不符合题意；
C．由于
，由牛顿第二定律
因为压力小于mg，所以
，解得
，C不符合题意；
D．当
时，小球已经离开转台，细绳的拉力与重力的合力提供向心力，则
解得
故
D符合题意。
故答案为：AD。
【分析】对物块进行受力分析，结合滑动摩擦力提供向心力，从而得出角速度的表达式，随着加速度的变大利用合力提供向心力，得出摩擦力为零的角速度。
13．【答案】（1）
（2）A
（3）C
（4）B
【知识点】向心力
【解析】【解答】（1）物体向心力与质量、角速度和半径的关系式有：；
（2）由于两个小球质量不同，所以探究的是向心力与小球质量的大小关系；正确答案选A.
（3）探究向心力物理量与多个物理量的关系应该使用控制变量法；正确答案选C.
（4）当已知标尺的格数可得：，由于质量和半径相同，且根据可得：，根据两个塔轮线速度相等，且可得两个塔轮半径之比为：，则B对，ACD错，正确答案选B。
【分析】（1）利用向心力的表达式可以得出向心力的大小；（2）利用控制变量法可以判别探究的是向心力与质量的关系；（3）本实验只能使用控制变量法；（4）利用线速度大小相等可以求出塔轮半径之比。
14．【答案】（1）初速度
（2）1.6
（3）B
【知识点】研究平抛物体的运动
【解析】【解答】（1）每次让小球从同一位置从静止开始释放是为了每次小球平抛的初速度相同；
（2）根据乙图已知：根据；可以解得：；
（3）斜槽末端切线水平是为了保证平抛运动的小球从斜槽抛出初速度沿水平方向所以B对，ACD错，正确答案为B。
【分析】（1）小球从同一高度无初速度下降时，利用动能定理可以判别小球离开斜槽的初速度大小相等；（2）利用平抛运动的位移公式可以求出初速度的大小；（3）斜槽末端切线水平是为了平抛运动初速度方向沿水平方向。
15．【答案】（1）解：由位移公式，、之间的距离；
（2）解：根据功的定义可得，拉力在此过程中所做的功；
（3）解： 物体从到用时，拉力做功的平均功率为。
【知识点】匀变速直线运动的位移与时间的关系；功的计算；功率及其计算
【解析】【分析】（1）物体做匀加速直线运动，利用位移公式可以求出位移大小；
（2）已知拉力和运动的距离，利用做功的表达式可以求出功的大小；
（3）已知拉力做功的大小，结合运动的时间可以求出平均功率的大小。
16．【答案】（1）解：设地球质量为，卫星质量为，万有引力常数为，卫星在点的加速度为，由牛顿第二定律得：
；
物体在地球赤道表面上受到的万有引力等于重力，则：
；
解以上两式得：．
答：卫星在近地点的加速度大小；
（2）解：远地点距地面高度为，卫星受到的万有引力提供向心力，由牛顿第二定律得：
解得：．
答：远地点距地面的高度．
【知识点】万有引力定律的应用
【解析】【分析】（1）卫星做匀速圆周运动，利用引力提供向心力及引力形成重力可以求出加速度的大小；
（2）当卫星经过远地点时，利用引力提供向心力可以求出远地点距离地面的高度。
17．【答案】（1）解：过山车恰好过最高点时，只受重力作用有：
解得；
（2）解： 离开点后平抛运动由，
得运动时间为，
故最大速度为
（3）解：由牛顿第三定律可知，点乘客受到的支持力为：
圆周运动最低点：
解得
平抛运动竖直方向速度，
解得
则落水速度为：。
【知识点】平抛运动；竖直平面的圆周运动
【解析】【分析】（1）当过山车经过最高点时，利用牛顿第二定律可以求出经过最高点的速度大小；
（2）当过山车做平抛运动时，利用位移公式可以求出最大速度的大小；
（3）已知乘客受到的压力大小，结合牛顿第二定律可以求出气垫船落入水中的速度大小。
18．【答案】（1）解：当圆盘从静止开始转动，三个物体随圆盘转动，由静摩擦力提供向心力，三者角速度大小相等，根据向心力公式，
由于物体的运动半径最大，因此所需的向心力增加最快，其所受静摩擦力最先达到最大静摩擦力，当所受静摩擦力达到最大静摩擦力后，由于静摩擦力开始刚好不足以提供向心力，此时之间的绳上恰好有张力，根据牛顿第二定律有，
解得；
（2）解：所受静摩擦力达到最大静摩擦力时，之间的绳上恰好有张力。此时所受静摩擦力已经达到最大静摩擦力，对、整体根据牛顿第二定律有，
解得；
（3）解：设受到的摩擦力恰好为时，则对：，
对、整体：，
解得，
当整体刚要滑动时，对：，
对、整体：，
解得，
根据前面分析可知，当 ，、之间绳无张力，此时，
当 时，对：，
对、整体：，
解得，
当 时，对：，
对、整体：，
解得，
当 时，发生滑动。
【知识点】临界类问题；牛顿第二定律；向心力
【解析】【分析】（1）当BC之间有张力时，利用牛顿第二定律及向心力的表达式可以求出角速度的大小；
（2）当AB之间恰好有张力时，利用牛顿第二定律可以求出角速度的大小；
（3）当物体A与BC一起做匀速圆周运动时，利用向心加速度的表达式结合临界条件可以求出角速度与摩擦力的关系式。
河南省郑州市名校2022~2023学年高一下学期期中物理试卷
一、单选题（本大题共9小题，共36.0分）
1．（2019·杭州模拟）转篮球是一项难度较高的技巧，其中包含了许多物理知识。如图所示，假设某转篮球的高手能让篮球在手指上（手指刚好在篮球的正下方）做匀速圆周运动，下列有关该同学转篮球的物理知识正确的是（ ）
A．篮球上各点做圆周运动的圆心在手指上
B．篮球上各点的向心力是由手指提供的
C．篮球上各点做圆周运动的角速度相同
D．篮球上各点离转轴越近，做圆周运动的向心加速度越大
【答案】C
【知识点】匀速圆周运动
【解析】【解答】A、篮球上的各点做圆周运动时，是绕着转轴做圆周运动，圆心均在转轴上，A不符合题意；
B、篮球旋转就是靠我们的手拍动篮球旋转，造成篮球旋转产生的向心力的，B不符合题意；
C、篮球上的各点绕转轴做圆周运动，故角速度相同，C符合题意；
D、由于角速度相同，根据a=ω2r可知篮球上各点离转轴越近，做圆周运动的向心加速度越小，D不符合题意；
故答案为：C。
【分析】篮球上各点的圆周运动的圆心在转轴上；篮球上各点的向心力是靠手拍的，不是手指提高的；由于同轴转动所以角速度大小相同；利用向心加速度与半径的关系可以判别向心加速度的大小。
2．（2020高一上·如皋期末）如图所示，小船沿直线AB过河，船头始终垂直于河岸。若水流速度减小，为保持航线不变，下列措施与结论正确的是（ ）
A．减小船速，过河时间变长 B．减小船速，过河时间不变
C．增大船速，过河时间不变 D．增大船速，过河时间缩短
【答案】A
【知识点】小船渡河问题分析
【解析】【解答】船头始终垂直于河岸，河宽一定，当水流速度减小，为保持航线不变，根据运动的合成，船的速度必须减小，再根据
所以渡河的时间变长。
故答案为：A。
【分析】根据速度的合成与分解当船头垂直于河岸时水流减小可知道船的速度必须减小，从而渡河时间变长。
3．如图所示，物体、随水平圆盘绕轴匀速转动，物体在水平方向所受的作用力及其方向的判定正确的有 （ ）
A．圆盘对及对的摩擦力，两力都指向圆心
B．圆盘对的摩擦力指向圆心，对的摩擦力背离圆心
C．物体受到圆盘对及对的摩擦力和向心力
D．物体受到圆盘对的摩擦力和向心力
【答案】B
【知识点】受力分析的应用；向心力
【解析】【解答】A、物体A与B做匀速圆周运动，则A受到重力、支持力，B对A指向圆心的摩擦力提供向心力，根据牛顿第三定律有：B受到重力、圆盘的支持力、A对B的压力、A对B远离圆心的摩擦力及圆盘对B指向圆心的摩擦力提供向心力，所以B对，ACD错；
则正确答案为B
【分析】利用向心力的方向指向圆心结合受力分析可以判别A和B的受力情况。
4． 汽车在地下车库的水平地面上做匀速直线运动，接着驶上一段长直斜坡，最后开上水平路面继续行驶。设全过程中汽车发动机产生的牵引力的功率恒定，汽车在所有路面所受阻力大小不变，则（ ）
A．汽车开上斜坡上后，立即做匀速直线运动
B．汽车开上水平路面后，立即做匀速直线运动
C．汽车将要离开斜坡时发动机产生的牵引力最大
D．汽车开上水平路面后的速率大于它在地下车库时的速率
【答案】C
【知识点】功率及其计算
【解析】【解答】汽车额定功率P保持不变，在水平面上匀速运动有：F1=f，P=F1v1，当汽车开上斜面后，F1
正确答案为C。
【分析】利用功率的表达式结合牵引力的变化可以判别速度的大小变化；利用平衡可以判别牵引力的大小变化。
5．如图所示的传动装置中，、两轮固定在一起绕同一轴转动，、两轮用皮带传动，三个轮的半径关系是。若皮带不打滑，则关于、、三轮边缘、、三点的下列物理量的比，错误的是（ ）
A．角速度之比为 B．线速度大小为
C．向心加速度大小之比为 D．周期之比为
【答案】D
【知识点】线速度、角速度和周期、转速
【解析】【解答】由于a、b属于线传动所以a、b线速度相等，则，且由于则，由于b与c同轴转动所以，且由于则，根据分析可得，，所以AB对；
根据，可得，所以C对；
根据可得，所以D错；
正确答案为D
【分析】利用匀速圆周运动的规律可以求出线速度和角速度的比值，利用线速度和角速度的比值可以求出向心加速度的比值；利用角速度的比值可以求出周期的比值。
6．如图所示，质量相同的三颗卫星、、绕地球做匀速圆周运动，其中、在地球的同步轨道上，距离地球表面的高度为，此时、恰好相距最近，已知地球质量为、半径为、地球自转的角速度为，引力常量为，则（ ）
A．发射卫星的速度要大于
B．卫星的周期大于卫星的周期
C．卫星和卫星下一次相距最近还需经过
D．若要卫星与卫星实现对接，可让卫星加速
【答案】C
【知识点】万有引力定律的应用；卫星问题
【解析】【解答】A、卫星没有离开地球，卫星的发射速度要介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间，所以A错；
B、根据引力提供向心力有：，所以卫星a的周期小于b的周期，所以B错；
C、根据根据引力提供向心力有：，当卫星a与卫星b下一次相距最近时的时间为t，则根据：，可以解得：，所以C对；
D、由于卫星c加速会做离心运动，会离开原来轨道所以不能与卫星b对接，所以D错；
正确答案为C
【分析】利用引力提供向心力可以求出周期和角速度的大小；结合运动的角速度的关系可以求出相距最近的时间；利用离心运动可以判别卫星是否实现对接。
7．如图所示，光滑斜面固定在水平面上，顶端有一小球。小球从静止释放沿斜面运动到底端的时间是。若给小球一水平初速度，小球恰好落在斜面底端，经过的时间是。不计空气阻力，则（ ）
A． B． C． D．无法确定
【答案】B
【知识点】运动的合成与分解；平抛运动
【解析】【解答】小球沿光滑斜面下滑时，，且竖直方向的加速度为：；当小球做平抛运动时，，根据竖直方向的位移公式有：，则，所以B对，ACD错；
正确答案为B
【分析】利用竖直方向的位移公式结合加速度的大小可以比较运动的时间。
8．（2023高一下·长春月考）如图所示，一长为L的轻绳下端拴着质量为m的小球，现使小球在水平面内做匀速圆周运动，轻绳与竖直方向的夹角为θ，重力加速度大小为g，下列说法正确的是（ ）
A．小球运动的加速度大小为
B．小球运动的线速度大小为
C．小球运动的角速度大小为
D．轻绳的拉力大小为mgtanθ
【答案】B
【知识点】生活中的圆周运动
【解析】【解答】小球在水平面内做匀速圆周运动，小球所受合力提供向心力，对小球受力分析，如图
由几何关系有：，。根据牛顿第二定律有：，又，联立解得：，，，故B符合题意；ACD均不符合题意。
故答案为：B
【分析】小球在水平面内做匀速圆周运动，靠重力和拉力的合力提供向心力，根据 平行四边形定则求出细绳对小球的拉力大小，根据牛顿第二定律求出小球的加速度、线速度、角速度。
9．（2022高三上·保定期中）1844年，德国天文学家贝塞尔根据天狼星的移动路径形成的波浪图形，推断天狼星是双星系统中的一颗星。已知天狼星及其伴星都在各自轨道上互相绕转，绕转的周期约为50年，两星体之间的距离约为日地距离的20倍，引力常量为G。则（ ）
A．可估算出双星系统的平均密度
B．可估算出双星系统中任一星体的质量
C．可估算出双星系统的总质量
D．双星系统中质量大的星体离绕行中心远
【答案】C
【知识点】万有引力定律
【解析】【解答】根据 ，可得 ， ，可知质量大的星体离绕行中心较近，但 和 的大小不知道，无法求解双星系统中任一星体的质量，且双星的体积未知，则无法求出双星系统的平均密度，ABD不符合题意，C符合题意。
故答案为：C。
【分析】根据两星体间的万有引力提供向心力，从而结合题意得出能够求出的物理量。
二、多选题（本大题共3小题，共12.0分）
10．如图是“嫦娥三号”飞行轨道示意图。假设“嫦娥三号”运行经过点第一次通过近月制动使“嫦娥三号”在距离月面高度为的圆形轨道Ⅰ上运动，再次经过点时第二次通过近月制动使“嫦娥三号”在距离月面近地点为、高度为，远地点为、高度为的椭圆轨道Ⅱ上运动，下列说法正确的是（ ）
A．“嫦娥三号”在距离月面高度为的圆轨道Ⅰ上运动时速度大小可能变化
B．“嫦娥三号”在距离月面高度为的圆轨道Ⅰ上运动的周期一定大于在椭圆轨道Ⅱ上运动的周期
C．“嫦娥三号”在椭圆轨道Ⅱ上运动经过点时的加速度一定大于经过点时的加速度
D．“嫦娥三号”在椭圆轨道Ⅱ上运动经过点时的速率可能小于经过点时的速率
【答案】B,C
【知识点】开普勒定律；万有引力定律的应用
【解析】【解答】A、根据卫星做匀速圆周运动的引力提供向心力，则有：，由于卫星在轨道I的半径不变所以线速度的大小保持不变，所以A错；
B、根据开普勒第三定律：，由于卫星在轨道I的半径大于在轨道II的半径所以卫星在轨道I的周期比较大，所以B对；
根据牛顿第二定律有：，所以卫星在Q点的加速度大于在P点加速度的大小，所以C对；
根据开普勒第二定律，卫星经过近月点Q的速度大于经过远月点P的速度大小，所以D错；
正确答案为BC
【分析】利用引力提供向心力可以判别加速度和线速度的大小；利用开普勒第三定律可以比较周期的大小。
11．如图所示，一位网球运动员以拍击球，使网球沿水平方向飞出。第一只球飞出时的初速度为，落在自己一方场地上后，弹跳起来，刚好擦网而过，落在对方场地的点处。第二只球飞出时的初速度为，直接擦网而过，也落在点处。设球与地面碰撞时没有能量损失，且不计空气阻力，则（ ）
A．网球两次飞出时的初速度之比
B．网球两次飞出时的初速度之比
C．运动员击球点的高度与网高之比
D．运动员击球点的高度与网高之比
【答案】A,C
【知识点】平抛运动；斜抛运动
【解析】【解答】A、根据两个小球下落的高度相同时，则下落的时间相同，根据运动的轨迹有：，根据，可得，所以A对B错；
当两个小球越过网后，两个小球水平方向的位移相同，设下落H-h的时间为t1；下落h的时间为t2；根据水平方向的位移有：可得：，再根据；；可得，则C对D错；
正确答案为AC。
【分析】利用平抛运动与斜抛运动竖直方向及水平方向的位移大小及位移公式可以求出初速度大小之比，结合运动的时间可以求出下落高度的比值。
12．（2021高一下·广东期中）如图所示，水平转台上有一个质量为m的物块，用长为l的轻质细绳将物块连接在转轴上，细绳与竖直转轴的夹角为，此时绳绷直但无张力，物块与转台间动摩擦因数为，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，物块随转台由静止开始缓慢加速转动，角速度为ω，加速度为g，则（ ）
A．当时，细线中张力为零
B．当时，物块与转台间的摩擦力为零
C．当时，细线的张力为
D．当时，细绳的拉力大小为
【答案】A,D
【知识点】万有引力定律的应用
【解析】【解答】A．当转台的角速度比较小时，物块只受重力、支持力和摩擦力，当细绳恰好要产生拉力时
解得
由于
，所以当
时，细线中张力为零，A符合题意；
B．随角速度的增大，细绳上的拉力增大，当物块恰好要离开转台时，物块受到重力和细绳的拉力的作用，则
解得
由于
，所以当
时，物块与转台间的摩擦力不为零，B不符合题意；
C．由于
，由牛顿第二定律
因为压力小于mg，所以
，解得
，C不符合题意；
D．当
时，小球已经离开转台，细绳的拉力与重力的合力提供向心力，则
解得
故
D符合题意。
故答案为：AD。
【分析】对物块进行受力分析，结合滑动摩擦力提供向心力，从而得出角速度的表达式，随着加速度的变大利用合力提供向心力，得出摩擦力为零的角速度。
三、实验题（本大题共2小题，共18.0分）
13． 在“探究向心力的大小与质量、角速度和半径之间的关系”的实验中，所用实验器材如图所示。
（1）物体所受向心力的大小与物体的质量、角速度和圆周运动半径之间的关系是 。
（2）某次实验时，选择、两个体积相等的铝球和钢球，变速塔轮相对应的半径之比为：，如图所示，是探究哪两个物理量之间的关系____。
A．研究向心力与质量之间的关系
B．研究向心力与角速度之间的关系
C．研究向心力与半径之间的关系
D．研究向心力与线速度之间的关系
（3）在研究向心力的大小与质量、角速度和半径之间的关系时，我们主要用到了物理学中的____
A．累积法 B．等效替代法
C．控制变量法 D．微小量放大法
（4）某次实验保证小球质量和圆周运动半径相等，若标尺上红白相间的等分格显示出两个小球所受向心力的比值为：，由圆周运动知识可以判断与皮带连接的变速塔轮相对应的半径之比为____。
A．1：2 B．2：1 C．1：4 D．4：1
【答案】（1）
（2）A
（3）C
（4）B
【知识点】向心力
【解析】【解答】（1）物体向心力与质量、角速度和半径的关系式有：；
（2）由于两个小球质量不同，所以探究的是向心力与小球质量的大小关系；正确答案选A.
（3）探究向心力物理量与多个物理量的关系应该使用控制变量法；正确答案选C.
（4）当已知标尺的格数可得：，由于质量和半径相同，且根据可得：，根据两个塔轮线速度相等，且可得两个塔轮半径之比为：，则B对，ACD错，正确答案选B。
【分析】（1）利用向心力的表达式可以得出向心力的大小；（2）利用控制变量法可以判别探究的是向心力与质量的关系；（3）本实验只能使用控制变量法；（4）利用线速度大小相等可以求出塔轮半径之比。
14． 图甲是“研究平抛物体的运动”的实验装置图
（1）实验前应对实验装置反复调节，直到斜槽末端切线水平，每次让小球从同一位置由静止释放，是为了使每次小球平抛的 相同。
（2）图乙是正确实验取得的数据，其中为抛出点，则此小球做平抛运动的初速度为 取。
（3）在“研究平抛运动”的实验中，安装实验装置时，斜槽末端的切线必须水平，这样做的目的是____。
A．保证小球飞出时，速度既不太大，也不太小
B．保证小球飞出时，初速度水平
C．保证小球在空中运动的时间每次都相等
D．保证小球运动的轨迹是一条抛物线
【答案】（1）初速度
（2）1.6
（3）B
【知识点】研究平抛物体的运动
【解析】【解答】（1）每次让小球从同一位置从静止开始释放是为了每次小球平抛的初速度相同；
（2）根据乙图已知：根据；可以解得：；
（3）斜槽末端切线水平是为了保证平抛运动的小球从斜槽抛出初速度沿水平方向所以B对，ACD错，正确答案为B。
【分析】（1）小球从同一高度无初速度下降时，利用动能定理可以判别小球离开斜槽的初速度大小相等；（2）利用平抛运动的位移公式可以求出初速度的大小；（3）斜槽末端切线水平是为了平抛运动初速度方向沿水平方向。
四、计算题（本大题共4小题，共40.0分）
15． 如图所示，用的水平拉力，使物体从点由静止开始沿光滑水平面做加速度为的匀加速直线运动到达点，已知到的时间. 。求：
（1）、之间的距离；
（2）拉力在此过程中所做的功；
（3）求物体从到拉力做功的平均功率。
【答案】（1）解：由位移公式，、之间的距离；
（2）解：根据功的定义可得，拉力在此过程中所做的功；
（3）解： 物体从到用时，拉力做功的平均功率为。
【知识点】匀变速直线运动的位移与时间的关系；功的计算；功率及其计算
【解析】【分析】（1）物体做匀加速直线运动，利用位移公式可以求出位移大小；
（2）已知拉力和运动的距离，利用做功的表达式可以求出功的大小；
（3）已知拉力做功的大小，结合运动的时间可以求出平均功率的大小。
16． 发射地球同步卫星时，先将卫星发射到距地面高度为的近地圆轨道上，在卫星经过点时点火实施变轨进入椭圆轨道，最后在椭圆轨道的远地点点再次点火将卫星送入同步轨道，如图所示．已知同步卫星的运动周期为，地球的半径为，地球表面重力加速度为，忽略地球自转的影响．求：
（1）卫星在近地点的加速度大小；
（2）远地点距地面的高度．
【答案】（1）解：设地球质量为，卫星质量为，万有引力常数为，卫星在点的加速度为，由牛顿第二定律得：
；
物体在地球赤道表面上受到的万有引力等于重力，则：
；
解以上两式得：．
答：卫星在近地点的加速度大小；
（2）解：远地点距地面高度为，卫星受到的万有引力提供向心力，由牛顿第二定律得：
解得：．
答：远地点距地面的高度．
【知识点】万有引力定律的应用
【解析】【分析】（1）卫星做匀速圆周运动，利用引力提供向心力及引力形成重力可以求出加速度的大小；
（2）当卫星经过远地点时，利用引力提供向心力可以求出远地点距离地面的高度。
17． 如图所示，左图是某游乐场中水上过山车的实物图片，右图是其原理示意图．在原理图中半径为的圆形轨道固定在离水面高的水平平台上，圆轨道与水平平台相切于点，、分别为圆形轨道的最低点和最高点．过山车实际是一艘带轮子的气垫小船，可视作质点高速行驶，先后会通过多个圆形轨道，然后从点离开圆轨道而进入光滑的水平轨道，最后从点水平飞出落入水中，整个过程刺激惊险，受到很多年轻人的喜爱。已知水面宽度为，假设运动中不计空气阻力，重力加速度取结果可保留根号．
（1）若过山车恰好能通过圆形轨道的最高点，则其在点的速度为多大？
（2）为使过山车安全落入水中，则过山车在点的最大速度为多少？
（3）某次运动过程中乘客在圆轨道最低点对座椅的压力为自身重力的倍，则气垫船落入水中时的速度大小是多少？
【答案】（1）解：过山车恰好过最高点时，只受重力作用有：
解得；
（2）解： 离开点后平抛运动由，
得运动时间为，
故最大速度为
（3）解：由牛顿第三定律可知，点乘客受到的支持力为：
圆周运动最低点：
解得
平抛运动竖直方向速度，
解得
则落水速度为：。
【知识点】平抛运动；竖直平面的圆周运动
【解析】【分析】（1）当过山车经过最高点时，利用牛顿第二定律可以求出经过最高点的速度大小；
（2）当过山车做平抛运动时，利用位移公式可以求出最大速度的大小；
（3）已知乘客受到的压力大小，结合牛顿第二定律可以求出气垫船落入水中的速度大小。
18．如图所示，在水平圆盘上放有质量分别为、、的可视为质点的三个物体、、，圆盘可绕垂直圆盘的中心轴转动。三个物体与圆盘的滑动摩擦因数均为。最大静摩擦力认为等于滑动摩擦力。三个物体与轴共线且，现将三个物体用轻质细线相连，保持细线伸直且恰无张力，使圆盘从静止开始转动且缓慢增大角速度，直到物体相对圆盘发生滑动，已知重力加速度。则在这个过程中：
（1）当角速度多大时，物体和物体之间的细绳上恰好开始有张力？
（2）当角速度多大时，物体和物体之间的细线上恰好开始有张力？
（3）写出物体所受静摩擦力大小随角速度变化的函数关系式。
【答案】（1）解：当圆盘从静止开始转动，三个物体随圆盘转动，由静摩擦力提供向心力，三者角速度大小相等，根据向心力公式，
由于物体的运动半径最大，因此所需的向心力增加最快，其所受静摩擦力最先达到最大静摩擦力，当所受静摩擦力达到最大静摩擦力后，由于静摩擦力开始刚好不足以提供向心力，此时之间的绳上恰好有张力，根据牛顿第二定律有，
解得；
（2）解：所受静摩擦力达到最大静摩擦力时，之间的绳上恰好有张力。此时所受静摩擦力已经达到最大静摩擦力，对、整体根据牛顿第二定律有，
解得；
（3）解：设受到的摩擦力恰好为时，则对：，
对、整体：，
解得，
当整体刚要滑动时，对：，
对、整体：，
解得，
根据前面分析可知，当 ，、之间绳无张力，此时，
当 时，对：，
对、整体：，
解得，
当 时，对：，
对、整体：，
解得，
当 时，发生滑动。
【知识点】临界类问题；牛顿第二定律；向心力
【解析】【分析】（1）当BC之间有张力时，利用牛顿第二定律及向心力的表达式可以求出角速度的大小；
（2）当AB之间恰好有张力时，利用牛顿第二定律可以求出角速度的大小；
（3）当物体A与BC一起做匀速圆周运动时，利用向心加速度的表达式结合临界条件可以求出角速度与摩擦力的关系式。