2023-2024学年江西省南昌市新建区第二中学高一上学期开学考试物理试题（解析版）

新建二中“新星计划”体验营2023～2024学年上学期开学考试高一物理一、选择题（共10小题，每小题5分，共50分．1～6只有一个选项正确，7～10有多个选项正确，全部选对的得5分，选对但不全的得2分，有选错的得0分）1.关于向心力的说法，正确的是（）A.物体由于做匀速圆周运动而产生了一个向心力B.做匀速圆周运动的物体其向心力是不变的C.做圆周运动的物体其向心力一定为其所受的合外力D.向心力不改变圆周运动物体的速度大小【答案】D【解析】【详解】A．向心力只是效果力，物体做匀速圆周运动是因为合力刚好提供所需的向心力，并不是产生了一个向心力，故A错误；B．做匀速圆周运动的物体其向心力大小不变，方向时刻发生变化，故B错误；C．做圆周运动的物体其向心力不一定为其所受的合外力，比如变速圆周运动，故C错误；D．向心力方向总是与线速度方向垂直，向心力不改变圆周运动物体的速度大小，故D正确。故选D。2.不计空气阻力，从某一高度以的初速度水平抛出一物体，落地时的速度为，则它在空中的运动时间为（）A. B. C. D.【答案】C【解析】【详解】由于平抛运动是水平方向上匀速直线运动与竖直方向上的自由落体运动的合运动，故任意时刻的速度是这两个分运动速度的合速度，当一个物体从某一确定的高度以v0的初速度水平抛出，已知它落地时的速度为v，故v是物体运动的末速度，由速度的分解法则可知物体落地时竖直方向的分速度为则它在空中的运动时间为故选C。3.如图所示，物体以恒定的速率沿圆弧做曲线运动，下列对它运动分析正确的是（）A.因为它的速率恒定不变，做匀变速曲线运动B.该物体受的合外力一定不等于零C.该物体受的合外力可能等于零D.它的加速度方向与速度方向有可能在同一直线上【答案】B【解析】【详解】A．虽然它的速率恒定不变，但加速度方向不断变化，即加速度不是恒定的，则物体不是做匀变速曲线运动，选项A错误；BC．该物体做匀速圆周运动，则受的合外力一定不等于零，选项B正确，C错误；D．物体做曲线运动，则它的加速度方向与速度方向不可能在同一直线上，选项D错误。故选B。4.如图所示，某同学疫情期间在家锻炼时，对着墙壁练习打乒乓球，球拍每次击球后，球都从同一位置斜向上飞出，其中有两次球在不同高度分别垂直撞在竖直墙壁上，不计空气阻力，则球在这两次从飞出到撞击墙壁前（）A.在空中飞行的时间可能相等B.飞出时的初速度竖直分量可能相等C.撞击墙壁的速度大小可能相等D.飞出时的初速度大小可能相等【答案】D【解析】【详解】A．将乒乓球的运动逆过程处理，即为平抛运动，两次的竖直高度不同，两次运动时间不同，A项错误；B．在竖直方向上做自由落体运动，因两次运动的时间不同，故初速度在竖直方向的分量不同，B项错误；C．两次水平射程相等，但两次运动的时间不同，则两次撞击墙壁的速度不同，C项错误；D．竖直速度大的，其水平速度就小，根据速度的合成可知飞出时的初速度大小可能相等，D项正确。故选D。5.如图所示，下列有关生活中圆周运动实例分析，其中说法正确的是（）A.甲图中，汽车通过凹形桥的最低点时，速度不能超过B.乙图中，“水流星”匀速转动过程中，在最低处水对桶底压力最大C.丙图中，火车转弯超过规定速度行驶时，内轨对内轮缘会有挤压作用D.丁图中，同一小球在光滑而固定的圆锥筒内的A、B位置先后分别做匀速圆周运动，则在A、B两位置小球向心加速度不相等【答案】B【解析】【详解】A．汽车通过凹形桥的最低点时为超重，速度大小可以超过，A错误；B．“水流星”匀速转动过程中，在最低处桶底对水的支持力为，则得由牛顿第三定律得，水对桶底的压力大小为在最高处桶底对水的压力为，则由牛顿第三定律得，在最高处水对桶底的压力大小为所以在最低处水对桶底的压力最大，B正确；C．丙图中，火车转弯超过规定速度行驶时，重力和支持力的合力不够提供向心力，外轨受到挤压，C错误；D．丁图中，同一小球在光滑而固定的圆锥筒内的A、B位置先后分别做匀速圆周运动，设筒臂和竖直方向的夹角为，则得所以A、B两位置小球向心加速度相等，D错误。故选B。6.2022年10月31日，“梦天实验舱”发射任务取得圆满成功！中国空间空间站将形成三舱“T”字型基本构型。假定空间站在距地面450km高度处做理想的匀速圆周运动，某时刻“北斗”系统中的中轨道卫星A与空间站相距最近如图所示，该中轨道卫星A距地面高度为，地球半径为，卫星A和空间站的运行轨道在同一平面内且运行方向相同，则从图示位置往后开始计数（不包括图示位置），在卫星A运行一周时间内，空间站与A相距最近的次数为（）A.7次 B.8次 C.9次 D.14次【答案】A【解析】【详解】空间站的轨道半径北斗卫星中轨道卫星A的轨道半径可得根据开普勒第三定律从而得出二者的周期之比为从图示位置开始，二者转过的角度相差，得化简在卫星A运行一周时间T2内，n取值，所以共7次相距最近。故选A。7.如图，海王星顺时针绕太阳沿椭圆轨道运动，P为近日点，Q为远日点，M、N为轨道短轴的两个端点，运行的周期为。若只考虑海王星和太阳之间的相互作用，则海王星在从P经过M、Q到N的运动过程中（）A.从P到M所用的时间等于B.海王星在P点加速度大于Q点的加速度C.从P到Q阶段，速率逐渐变大D.其椭圆轨道半长轴的立方与公转周期的平方之比是一个与太阳质量有关的常数【答案】BD【解析】【详解】AC．根据椭圆轨道的对称性可知，从P到Q所用的时间等于，而根据开普勒第二定律可知，近日点的速率大于远日点的速率，即从P点到Q点的过程中，海王星的环绕速率在逐渐减小，由此可知海王星从P到M所用的时间小于，而从M到Q的时间大于，故AC错误；B．由牛顿第二定律有可得可知离中心天体越远，加速度越小，则可知海王星在P点加速度大于Q点的加速度，故B正确；D．根据开普勒第三定律即环绕太阳运行的行星，其椭圆轨道半长轴的立方与公转周期的平方之比是一个与太阳质量有关的常数，故D正确。故选BD。8.如图所示，AC、BC两绳系一质量为的小球，AC绳长，两绳的另一端分别固定于轴的A、B两处，两绳拉直时与竖直轴的夹角分别为和小球在水平面内做匀速圆周运动时，若两绳中始终有张力，小球的角速度可能是A.2B.C.3D4【答案】BC【解析】【分析】当上绳绷紧，下绳恰好伸直但无张力时，由上绳子的拉力和重力的合力提供向心力，根据牛顿第二定律列式求解出最小角速度；当下绳绷紧，上绳恰好伸直但无张力时，由下绳子的拉力和重力的合力提供向心力，根据牛顿第二定律列式求解出最大角速度；即可求得角速度的范围．【详解】当上绳绷紧，下绳恰好伸直但无张力时，小球受力如图由牛顿第二定律得：，又有，解得：；当下绳绷紧，上绳恰好伸直无张力时，小球受力如图由牛顿第二定律得：，解得：；故当时，两绳始终有张力，BC正确AD错误．【点睛】本题中球做匀速圆周运动，临界情况下由拉力和重力的合力提供向心力，关键受力分析后根据牛顿第二定律列式求解．9.如图所示，从倾角为的斜面的顶点O以水平速度抛出一个小球，经时间t后落在斜面上的A点，A、O的竖直距离为h，小球落到斜面上时速度的方向与斜面的夹角为，若以的速度将其沿水平方向抛出，不计空气阻力，斜面足够长，则下列分析正确的是（）A.飞行时间为B.落点离顶点的竖直距离为C.落到斜面上时速度的方向与斜面的夹角仍为D.落到斜面上时速度的方向与斜面的夹角大于【答案】AC【解析】【详解】A．斜面足够长，还会落在斜面上则若以的速度将其沿水平方向抛出，飞行时间为，故A正确；B．落点离顶点的竖直距离为时间变为2倍，竖直距离变为4倍，故B错误；CD．速度与水平夹角满足所以落到斜面上时速度的方向与斜面的夹角仍为，故C正确，D错误。故选AC。10.竖直平面内固定的光滑圆轨道外侧，一小球以某一水平速度v0从最高点A出发沿圆轨道运动，至B点时脱离轨道，最终落在水平面上的C点，不计空气阻力，重力加速度为g，圆轨道半径为R,下列说法正确的是（）A.经过A点时，小球对圆轨道压力小于其重力B.经过B点时，小球的加速度方向指向圆心C.水平速度D.若v0越大，小球在A点所受支持力越大【答案】AC【解析】【详解】A．小球在A点时，根据牛顿第二定律得mg−N＝m可得小球受到的支持力小于其重力，即小球对圆轨道压力小于其重力，故A正确．B．小球在B点刚离开轨道，则小球对圆轨道的压力为零，只受重力作用，加速度竖直向下，故B错误．C．在C点时若脱离轨道，则mg＝m解得因在C点小球没有脱离轨道，则选项C正确；

D．在A点N=mg−m则若v0越大，小球在A点所受支持力越小，选项D错误；故选AC.点睛：此题考查竖直平面内的变速圆周运动与斜抛运动，涉及牛顿第二定律，向心力公式，向心加速度表达式．注意变速圆周运动速度方向不但变化，而且大小也发生变化．二、实验题11.探究向心力大小F与小球质量m、角速度和半径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简下降，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。已知小球在挡板A、B、C处做圆周运动的轨迹半径之比为。（1）在这个实验中，利用了_________（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___________（填“相同”或“不同”）的小球，分别放在挡板C与_____________（填“挡板A”或“挡板B”）处，同时选择半径____________（填“相同”或“不同”）的两个塔轮。（3）若放在长槽和短槽的三个小球均为质量相同的钢球，皮带所在塔轮的半径为，逐渐加大转速，左右标尺露出的红色、白色等分标记之比会______________。（填“变大”、“变小”、“不变”或“无法确定”）【答案】①.控制变量法②.相同③.挡板B④.相同⑤.不变【解析】【详解】（1）[1]在这个实验中，利用了控制变量法来探究向心力的大小与小球质量m、角速度和半径r之间的关系。（2）[2][3][4]探究向心力的大小与圆周运动半径的关系时，应保持质量不变，所以应选择两个质量相同的小球；分别放在挡板C与挡板B处，同时应保持运动的角速度相同，因为相同半径的塔轮，线速度大小相同时角速度相同，所以选择半径相同的两个塔轮。（3）[5]根据向心力公式因为塔轮的半径为，逐渐加大转速，各小球运动的角速度相同，同时三个小球质量相同，所以各小球所受向心力之比即为运动的半径之比，比值大小不变，即左右标尺露出的红色、白色等分标记之比不变。12.用如图1所示装置研究平抛运动。将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上。钢球沿斜槽轨道PQ滑下后从Q点飞出，落在水平挡板MN上。由于挡板靠近硬板一侧较低，钢球落在挡板上时，钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点。移动挡板，重新释放钢球，如此重复，白纸上将留下一系列痕迹点。（1）下列实验条件必须满足的有_________。A.斜槽轨道光滑B.斜槽轨道末段水平C.挡板高度等间距变化D.每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球（2）为定量研究，建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系。a.取平抛运动的起始点为坐标原点，将钢球静置于Q点，钢球的______（选填“最上端”“最下端”或者“球心”）对应白纸上的位置即为原点；在确定y轴时_____（选填“需要”或者“不需要”）y轴与重垂线平行。b.若遗漏记录平抛轨迹的起始点，也可按下述方法处理数据：如图2所示，在轨迹上取A、B、C三点，AB和BC的水平间距相等且均为x，测得AB和BC的竖直间距分别是y1和y2，则_____（选填“大于”“等于”或者“小于”）。可求得钢球平抛的初速度大小为_________。（已知当地重力加速度为g，结果用上述字母表示）。【答案】①.BD##DB②.球心③.需要④.大于⑤.【解析】【详解】（1）[1]B．为了保证小球的初速度水平，斜槽末端必须水平，故B正确；AD．为了保证小球的初速度相等，小球每次应从斜槽的同一位置由静止释放，斜槽轨道不一定需要光滑，故D正确，A错误；C．向下移动挡板，只是为了获得多个点迹，不一定向下移动相同的距离，故C错误。故选BD。（2）a.[2]小球在运动中记录下的是其球心的位置，故抛出点也应是小球静置于Q点时球心的位置；故应以球心在白纸上的位置为坐标原点；[3]小球在竖直方向为自由落体运动，故y轴需要与重锤线平行。b.[4]由于两段水平距离相等，故时间相等，设A到B，B到C的时间均为t，在A点竖直分速度为vy，则，则故竖直间距之比大于。[5]根据可知则初速度为三、解答题13.如图所示，一个固定在竖直平面上的光滑半圆形管道，管道里有一个直径略小于管道内径的小球，小球在管道内做圆周运动，从B点脱离管道后做平抛运动，落在管道底端A点左侧距离s=10m处。已知半圆形管道的半径R=2.5m，小球可看成质点且其质量m=0.5kg，取重力加速度大小。求：（1）小球在空中做平抛运动的时间；（2）小球经过管道B点时速度大小v；（3）小球经过管道B点所受弹力方向和大小。【答案】（1）1s；（2）10m/s；（3）15N，方向竖直向下【解析】【详解】（1）由题意知小球做平抛运动，竖直方向有解得t=1s（2）水平方向做匀速直线运动，有s=vt解得B点的速度v=10m/s（3）设管道对小球的弹力竖直向下，有解得方向竖直向下。14.如图所示，餐桌中心是一个半径为r=1.5m的圆盘，圆盘可绕中心轴转动，近似认为圆盘与餐桌在同一水平面内且两者之间的间隙可忽略不计。已知放置在圆盘边缘的小物体与圆盘间的动摩擦因数为，小物体与餐桌间的动摩擦因数为，设小物体与圆盘以及餐桌之间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度g取，不计空气阻力。（1）为使物体不滑到餐桌上，圆盘的角速度的最大值为多少？（2）缓慢增大圆盘的角速度，物体从圆盘上甩出，为使物体不滑落到地面，餐桌半径R的最小值为多大？【答案】（1）；（2）【解析】【详解】（1）对物体，有解得故为使物体不滑到餐桌上，圆盘的角速度最大值为2rad/s。（2）物体从圆盘上甩出时的速度大小为在餐桌上有，因物块是沿圆盘边缘切线飞出，则有联立以上各式解得故餐桌半径的最小值为2.5m。15.开普勒用二十年的时间研究第谷的行星观测数据，分别于1609年和1619年发表了下列定律：开普勒第一定律：所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。开普勒第二定律：对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等。开普勒第三定律：所有行星轨道的半长轴a的三次方跟它的公转周期T的