2021届高考一轮(人教)物理：力学和电学实验含答案

2021届高考一轮（人教）物理：力学和电学实验含答案
一轮：力学和电学实验
1、利用力传感器研究“加速度与合外力的关系”的实验装置如图甲所示．(1)下列关于该实验的说法，错误的是____.
A．做实验之前必须平衡摩擦力
B．小车的质量必须比所挂钩码的质量大得多
C．应调节定滑轮的高度使细线与木板平行
D．为了实验安全，打点计时器接直流电源
(2)从实验中挑选一条点迹清晰的纸带，每5个点取一个计数点，用刻度尺测量计数点间的距离如图乙所示．已知打点计时器每间隔0.02 s打一个点．
从图可知A、B两点间的距离s1＝cm；该小车的加速度a＝
m/s2(计算结果保留2位有效数字)，实验中纸带的(选填“左”或“右”)端与小车相连接．
(3)利用数据在坐标系中作出了图丙所示的a-F图象．
①图线不过坐标原点的原因是．
②小车和传感器的总质量为kg.
2、两位同学用如图甲所示装置，通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律．
(1)(多选)实验中必须满足的条件是________．
A．斜槽轨道尽量光滑以减小误差
B．斜槽轨道末端的切线必须水平
C．入射球A每次必须从轨道的同一位置由静止滚下
D．两球的质量必须相等
(2)测量所得入射球A的质量为m A，被碰撞小球B的质量为m B，图甲中O点是小球抛出点在水平地面上的垂直投影，实验时，先让入射球A从斜轨上的起始位置由静止释放，找到其平均落点的位置P，测得平抛射程为OP；再将入射球A从斜轨上起始位置由静止释放，与小球B相撞，分别找到球A和球B相撞后的平均落点M、N，测得平抛射程分别为OM和ON.当所测物理量满足表达式__________________时，即说明两球碰撞中动量守恒；如果满足表达式
____________________时，则说明两球的碰撞为完全弹性碰撞．
(3)乙同学也用上述两球进行实验，但将实验装置进行了改装，如图乙所示，将白纸、复写纸固定在竖直放置的木条上，用来记录实验中球A、球B与木条的撞击点．实验时，首先将木条竖直立在轨道末端右侧并与轨道接触，让入射球A从斜轨上起始位置由静止释放，撞击点为B′；然后将木条平移到图中所示位置，入射球A从斜轨上起始位置由静止释放，确定其撞击点P′；再将入射球A从斜轨上起始位置由静止释放，与球B相撞，确定球A和球B相撞后的撞击点分别为M′和N′.测得B′与N′、P′、M′各点的高度差分别为h1、h2、h3.若所测物理量满足表达式________________时，则说明球A和球B碰撞中动量守恒．
3、如下图：
如图(a)，某同学设计了测量铁块与木板间动摩擦因数的实验．所用器材有：铁
架台、长木板、铁块、米尺、电磁打点计时器、频率50 Hz的交流电源、纸带等．回答下列问题：
(1)铁块与木板间动摩擦因数μ＝gsinθ－a
gcosθ(用木板与水平面的夹角θ、重力加速度
g和铁块下滑的加速度a表示)．
(2)某次实验时，调整木板与水平面的夹角使θ＝30°.接通电源，开启打点计时器，释放铁块，铁块从静止开始沿木板滑下．多次重复后选择点迹清晰的一条纸带，如图(b)所示．图中的点为计数点(每两个相邻的计数点间还有4个点未画出)．重力加速度为9.80 m/s2.可以计算出铁块与木板间的动摩擦因数为0.35(结果保留2位小数)．
4、某同学利用如图所示的实验装置来测量重力加速度g。

细绳跨过固定在铁架台上的轻质滑轮，两端各悬挂一只质量为M的重锤。

实验操作如下：
①用米尺量出重锤1底端距地面的高度H；
②在重锤1上加上质量为m的小钩码；
③左手将重锤2压在地面上，保持系统静止。

释放重锤2，同时右手开启秒表，在重锤1落地时停止计时，记录下落时间；
④重复测量3次下落时间，取其平均值作为测量值t。

请回答下列问题：
(1)步骤④可以减小对下落时间t测量的________(选填“偶然”或“系统”)误
差。

(2)实验要求小钩码的质量m要比重锤的质量M小很多，主要是为了________。

A．使H测得更准确
B．使重锤1下落的时间长一些
C．使系统的总质量近似等于2M
D．使细绳的拉力与小钩码的重力近似相等
(3)滑轮的摩擦阻力会引起实验误差。

现提供一些橡皮泥用于减小该误差，可以怎么做？______________________________________________________ (4)使用橡皮泥改进实验后，重新进行实验测量，并测出所用橡皮泥的质量为
m0。

用实验中的测量量和已知量表示g，得g＝________。

5、某兴趣小组用如图所示的装置验证动能定理．
(1)有两种工作频率均为50 Hz的打点计时器供实验选用：
A．电磁打点计时器
B．电火花打点计时器
为使纸带在运动时受到的阻力较小，应选择________(选填“A”或“B”)．
(2)保持长木板水平，将纸带固定在小车后端，纸带穿过打点计时器的限位孔．实验中，为消除摩擦力的影响，在砝码盘中慢慢加入沙子，直到小车开始运动．同学甲认为此时摩擦力的影响已得到消除．同学乙认为还应从盘中取出适量沙子，直至轻推小车观察到小车做匀速运动．看法正确的同学是________(选填“甲”或“乙”)．
(3)消除摩擦力的影响后，在砝码盘中加入砝码．接通打点计时器电源，松开小车，小车运动．纸带被打出一系列点，其中的一段如图所示．图中纸带按实际尺寸画出，纸带上A点的速度v A＝________m/s.
(4)测出小车的质量为M，再测出纸带上起点到A点的距离为L.小车动能的变化
量可用ΔE k＝1
2M v
2
A
算出．砝码盘中砝码的质量为m，重力加速度为g.实验中，
小车的质量应________(选填“远大于”“远小于”或“接近”)砝码、砝码盘和沙子的总质量，小车所受合力做的功可用W＝mgL
算出．多次测量，若W与ΔE k均基本相等则验证了动能定理．
*6、在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，备用实验器材如下：
A．小灯泡(标称值为“2.5 V,1.25 W”) B．电流表(量程0.6 A，内阻约1 Ω) C．电流表(量程3 A，内阻约0.2 Ω) D．电压表(量程1.5 V，内阻3 KΩ) E．滑动变阻器(0～10 Ω) F．滑动变阻器(0～200 Ω)
G．定值电阻(阻值为100 Ω) H．定值电阻(阻值为3 KΩ)
I．电源(电动势3 V，内阻很小) J．开关，导线若干
备选电路图如下(各电路图中R为滑动变阻器，R0为定值电阻)：
为了实现实验测量目标，并使测量结果尽量准确，回答以下问题(填写器材前的字母序号或电路图下的字母序号)：
(1)电路图应选择________．
(2)电流表应选择________．
(3)滑动变阻器应选择________．
(4)定值电阻应选择________．
(5)如图所示，是此次实验所得出的小灯泡的伏安特性曲线，若把该小灯泡与一
个电动势为3 V，内阻为0.8 Ω的电源直接相连接，构成闭合回路，小灯泡
________(能、不能)正常发光，理由是灯泡两端电压______2.5 V(填“大于”、“等于”或“小于”)．
*7、图中圆盘可绕过中心垂直于盘面的水平轴转动．圆盘加速转动时，角速度
的增加量Δω与对应时间Δt的比值定义为角加速度，用β表示，β＝Δω
Δt，我们
用测量直线运动加速度的实验装置来完成实验，实验步骤如下．其中打点计时器所接交流电的频率为50 Hz，图中A、B、C、D……为计数点，相邻两计数点间有四个点未画出．
①如图甲所示，将打点计时器固定在桌面上，将纸带的一端穿过打点计时器的限位孔，然后固定在圆盘的侧面，当圆盘转动时，纸带可以卷在圆盘侧面上；
②接通电源，打点计时器开始打点，启动控制装置使圆盘匀加速转动；
③断开电源，经过一段时间，停止转动圆盘和打点，取下纸带，进行测量．
(1)用20分度的游标卡尺测得圆盘的直径如图乙所示，圆盘的半径为60.00_mm mm.
(2)由图丙可知，打下计数点D时，圆盘转动的角速度为6.5 rad/s(保留两位有效数字)．
(3)圆盘转动的角加速度为10.0(9.8～10都算正确) rad/s2.
2021届高考一轮（人教）物理：力学和电学实验含答案
一轮：力学和电学实验
1、利用力传感器研究“加速度与合外力的关系”的实验装置如图甲所示．(1)下列关于该实验的说法，错误的是__B、D__.
A．做实验之前必须平衡摩擦力
B．小车的质量必须比所挂钩码的质量大得多
C．应调节定滑轮的高度使细线与木板平行
D．为了实验安全，打点计时器接直流电源
(2)从实验中挑选一条点迹清晰的纸带，每5个点取一个计数点，用刻度尺测量计数点间的距离如图乙所示．已知打点计时器每间隔0.02 s打一个点．
从图可知A、B两点间的距离s1＝0.70 cm；该小车的加速度a＝0.20 m/s2(计算结果保留2位有效数字)，实验中纸带的左(选填“左”或“右”)端与小车相连接．
(3)利用数据在坐标系中作出了图丙所示的a-F图象．
①图线不过坐标原点的原因是未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．
②小车和传感器的总质量为0.5 kg.
解析：(1)由于实验中用到了力传感器，所以没有必要使小车的质量远大于钩码
的质量，选项B错误；打点计时器必须用交流电源，选项D错误．故错误的为B、D.
(2)由图知s1＝7.0 mm＝0.70 cm，根据Δx＝aT2可得a＝Δx
T2＝
0.20×10－2
0.12m/s
2＝
0.20 m/s2，开始时打点间距小，因此纸带的左端与小车相连接．
(3)①由图象可知，当F≠0时，加速度仍然为零，说明没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足；
②a-F图象中的斜率表示质量的倒数，由图可知k＝Δa
ΔF＝
1.0－0
0.6－0.1
＝2，故小车和
传感器的总质量M＝1
k＝0.5 kg.
2、两位同学用如图甲所示装置，通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律．
(1)(多选)实验中必须满足的条件是________．
A．斜槽轨道尽量光滑以减小误差
B．斜槽轨道末端的切线必须水平
C．入射球A每次必须从轨道的同一位置由静止滚下
D．两球的质量必须相等
(2)测量所得入射球A的质量为m A，被碰撞小球B的质量为m B，图甲中O点是小球抛出点在水平地面上的垂直投影，实验时，先让入射球A从斜轨上的起始位置由静止释放，找到其平均落点的位置P，测得平抛射程为OP；再将入射球A从斜轨上起始位置由静止释放，与小球B相撞，分别找到球A和球B相撞后的平均落点M、N，测得平抛射程分别为OM和ON.当所测物理量满足表达式__________________时，即说明两球碰撞中动量守恒；如果满足表达式____________________时，则说明两球的碰撞为完全弹性碰撞．
(3)乙同学也用上述两球进行实验，但将实验装置进行了改装，如图乙所示，将
白纸、复写纸固定在竖直放置的木条上，用来记录实验中球A 、球B 与木条的撞击点．实验时，首先将木条竖直立在轨道末端右侧并与轨道接触，让入射球A 从斜轨上起始位置由静止释放，撞击点为B ′；然后将木条平移到图中所示位置，入射球A 从斜轨上起始位置由静止释放，确定其撞击点P ′；再将入射球A 从斜轨上起始位置由静止释放，与球B 相撞，确定球A 和球B 相撞后的撞击点分别为M ′和N ′.测得B ′与N ′、P ′、M ′各点的高度差分别为h 1、h 2、h 3.若所测物理量满足表达式________________时，则说明球A 和球B 碰撞中动量守恒．
【答案】
(1)BC (2)m A OP ＝m A OM ＋m B ON m A OP 2＝m A OM 2＋m B ON 2
(3)m A h 2＝m A h 3＋m B h 1
解析：(1)该实验中，通过平抛运动的基本规律来求解碰撞前后的速度，必须保证每次小球都做平抛运动，斜槽轨道可以存在摩擦，轨道末端必须水平，A 选项错误，B 选项正确；入射球每次都要从同一高度由静止滚下，要保证碰撞前的速度相同，C 选项正确；为了使小球碰后不被反弹，要求入射小球质量大于被碰小球质量，D 选项错误．
(2)两球从同一高度下落，下落时间相同，水平速度之比等于水平方向位移之比，即OP ＝v 0t ，OM ＝v 1t ，ON ＝v 2t ，若两球相碰前后的动量守恒，满足m A v 0＝m A v 1＋m B v 2，联立解得，m A OP ＝m A OM ＋m B ON.
如果是弹性碰撞，则机械能守恒，12m A v 20＝12m A v 21＋12
m B v 22，代入数据解得，m A OP 2＝m A OM 2＋m B ON 2.
(3)小球做平抛运动，竖直方向上，h ＝12gt 2，水平方向上，x ＝v t ，解得初速度v
＝x g
2h ，碰撞过程动量守恒，m A v A ＝m A v A ′＋m B v B ′， 联立解得，
m A h 2＝m A h 3＋m B h 1. 3、如下图：
如图(a)，某同学设计了测量铁块与木板间动摩擦因数的实验．所用器材有：铁架台、长木板、铁块、米尺、电磁打点计时器、频率50 Hz 的交流电源、纸带等．回答下列问题：
(1)铁块与木板间动摩擦因数μ＝gsinθ－a gcosθ(用木板与水平面的夹角θ、重力加速度
g 和铁块下滑的加速度a 表示)．
(2)某次实验时，调整木板与水平面的夹角使θ＝30°.接通电源，开启打点计时器，释放铁块，铁块从静止开始沿木板滑下．多次重复后选择点迹清晰的一条纸带，如图(b)所示．图中的点为计数点(每两个相邻的计数点间还有4个点未画出)．重力加速度为9.80 m/s 2.可以计算出铁块与木板间的动摩擦因数为0.35(结果保留2位小数)．
解析：(1)对铁块受力分析，由牛顿第二定律有mgsinθ－μmgcosθ＝ma ，解得μ＝gsinθ－a gcosθ.(2)两个相邻计数点之间的时间间隔T ＝5×150 s ＝0.10 s ，由逐差法和
Δx ＝aT 2，可得a ＝1.97 m/s 2，代入μ＝gsinθ－a gcosθ，解得μ＝0.35.
4、某同学利用如图所示的实验装置来测量重力加速度g 。

细绳跨过固定在铁架台上的轻质滑轮，两端各悬挂一只质量为M 的重锤。

实验操作如下：
①用米尺量出重锤1底端距地面的高度H；
②在重锤1上加上质量为m的小钩码；
③左手将重锤2压在地面上，保持系统静止。

释放重锤2，同时右手开启秒表，在重锤1落地时停止计时，记录下落时间；
④重复测量3次下落时间，取其平均值作为测量值t。

请回答下列问题：
(1)步骤④可以减小对下落时间t测量的________(选填“偶然”或“系统”)误差。

(2)实验要求小钩码的质量m要比重锤的质量M小很多，主要是为了________。

A．使H测得更准确
B．使重锤1下落的时间长一些
C．使系统的总质量近似等于2M
D．使细绳的拉力与小钩码的重力近似相等
(3)滑轮的摩擦阻力会引起实验误差。

现提供一些橡皮泥用于减小该误差，可以怎么做？
___________________________________________________________
(4)使用橡皮泥改进实验后，重新进行实验测量，并测出所用橡皮泥的质量为
m0。

用实验中的测量量和已知量表示g，得g＝________。

解析(1)对同一物理量多次测量取平均值的目的是减小偶然误差。

(2)设系统运动的加速度为a，则根据牛顿第二定律得
(M＋m)g－Mg＝(2M＋m)a
即a＝
mg
2M＋m
，
而H＝1
2at
2，在H一定时，a越小，则t越长，这时测量出时间t的误差越小。

因此实验要求小钩码的质量m要比重锤的质量M小很多，主要是为了使重锤1下落的时间长一些，选项B正确。

(3)由于摩擦阻力的影响，会产生系统误差，可利用平衡摩擦阻力的方法，平衡摩擦力，其方法为在重锤1上粘上橡皮泥，调整橡皮泥的质量使轻拉重锤1时能观察到其匀速下落。

(4)根据牛顿第二定律得
(M＋m＋m0)g－Mg－f＝(2M＋m＋m0)a
其中f＝m0g又有H＝1 2at
2
联立①②解得g＝2(2M＋m＋m0)H
mt2。

答案(1)偶然(2)B(3)在重锤1上粘上橡皮泥，调整橡皮泥质量直至轻拉重
锤1能观察到其匀速下落(4)2(2M＋m＋m0)H
mt2
5、某兴趣小组用如图所示的装置验证动能定理．
(1)有两种工作频率均为50 Hz的打点计时器供实验选用：
A．电磁打点计时器
B．电火花打点计时器
为使纸带在运动时受到的阻力较小，应选择________(选填“A”或“B”)．
(2)保持长木板水平，将纸带固定在小车后端，纸带穿过打点计时器的限位孔．实验中，为消除摩擦力的影响，在砝码盘中慢慢加入沙子，直到小车开始运动．同学甲认为此时摩擦力的影响已得到消除．同学乙认为还应从盘中取出适量沙子，直至轻推小车观察到小车做匀速运动．看法正确的同学是________(选填“甲”或“乙”)．
(3)消除摩擦力的影响后，在砝码盘中加入砝码．接通打点计时器电源，松开小车，小车运动．纸带被打出一系列点，其中的一段如图所示．图中纸带按实际尺寸画出，纸带上A点的速度v A＝________m/s.
(4)测出小车的质量为M，再测出纸带上起点到A点的距离为L.小车动能的变化
量可用ΔE k＝1
2M v
2
A
算出．砝码盘中砝码的质量为m，重力加速度为g.实验中，
小车的质量应________(选填“远大于”“远小于”或“接近”)砝码、砝码盘和沙子的总质量，小车所受合力做的功可用W＝mgL
算出．多次测量，若W与ΔE k均基本相等则验证了动能定理．
【解析】(1)电磁打点计时器打点计时时振针与纸带之间的摩擦较大；电火花打点计时器是电磁脉冲产生的电火花在纸带上打点，纸带所受阻力较小，故选B 项．
(2)由于刚开始运动，拉力克服最大静摩擦力，而最大静摩擦力略大于滑动摩擦力，故平衡摩擦力的两种说法中，乙同学正确．
(3)取与A点相邻的两点．用毫米刻度尺测出两点之间的距离，如
图所示．
用平均速度表示A点的瞬时速度，v A＝
x
2T＝
12.4×10－3
2×0.02
m/s＝0.31 m/s.
(4)本实验要验证的表达式是mgL＝1
2M v
2
A
，用砝码的重力表示拉力的前提是m
≪M.
【答案】(1)B (2)乙 (3)0.31(0.30～0.33都算对) (4)远大于*6、在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，备用实验器材如下：A．小灯泡(标称值为“2.5 V,1.25 W”) B．电流表(量程0.6 A，内阻约1 Ω) C．电流表(量程3 A，内阻约0.2 Ω) D．电压表(量程1.5 V，内阻3 KΩ) E．滑动变阻器(0～10 Ω) F．滑动变阻器(0～200 Ω)
G．定值电阻(阻值为100 Ω) H．定值电阻(阻值为3 KΩ)
I．电源(电动势3 V，内阻很小) J．开关，导线若干
备选电路图如下(各电路图中R为滑动变阻器，R0为定值电阻)：
为了实现实验测量目标，并使测量结果尽量准确，回答以下问题(填写器材前的字母序号或电路图下的字母序号)：
(1)电路图应选择________．
(2)电流表应选择________．
(3)滑动变阻器应选择________．
(4)定值电阻应选择________．
(5)如图所示，是此次实验所得出的小灯泡的伏安特性曲线，若把该小灯泡与一个电动势为3 V，内阻为0.8 Ω的电源直接相连接，构成闭合回路，小灯泡
________(能、不能)正常发光，理由是灯泡两端电压______2.5 V(填“大于”、“等于”或“小于”)．
【答案】(1)C(2)B(3)E(4)H(5)不能大于
解析：(1)“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，小灯泡的额定电压为2.5 V，电压表量程较小，故需要串联定值电阻H来扩大量程为3 V，电流表外接连接，滑动变阻器分压连接，电路图选择C.
(2)小灯泡的额定电流为I＝P
U＝0.5 A，故选择电流表B.
(3)滑动变阻器分压连接，选择阻值较小的E.
(4)根据上述分析可知，定值电阻选择H.
(5)在图中画出电源的U－I图线，两图线的交点即为小灯泡实际的电压和电流，
小灯泡的实际电压为2.6 V，电流为0.47 A，小灯泡不能正常发光，理由是灯泡两端电压大于2.5 V.
*7、图中圆盘可绕过中心垂直于盘面的水平轴转动．圆盘加速转动时，角速度
的增加量Δω与对应时间Δt的比值定义为角加速度，用β表示，β＝Δω
Δt，我们
用测量直线运动加速度的实验装置来完成实验，实验步骤如下．其中打点计时器所接交流电的频率为50 Hz，图中A、B、C、D……为计数点，相邻两计数点间有四个点未画出．
①如图甲所示，将打点计时器固定在桌面上，将纸带的一端穿过打点计时器的限位孔，然后固定在圆盘的侧面，当圆盘转动时，纸带可以卷在圆盘侧面上；
②接通电源，打点计时器开始打点，启动控制装置使圆盘匀加速转动；
③断开电源，经过一段时间，停止转动圆盘和打点，取下纸带，进行测量．
(1)用20分度的游标卡尺测得圆盘的直径如图乙所示，圆盘的半径为60.00_mm mm.
(2)由图丙可知，打下计数点D时，圆盘转动的角速度为6.5 rad/s(保留两位有效数字)．
(3)圆盘转动的角加速度为10.0(9.8～10都算正确) rad/s2.
解析：(1)游标卡尺主尺部分读数为120 mm，小数部分为零，由于精确度为0.05 mm，故需读到0.01 mm处，故读数为120.00 mm，半径为6.000 cm(60.00 mm)．(2)由于每相邻两个计数点间还有4个点没有画出，所以相邻的计数点间的时间间隔T＝0.1 s，根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均
速度，可以求出打纸带上D点时小车的瞬时速度大小．v D＝x CE 2T＝
0.131 9－0.054 1
0.2m/s＝0.389 m/s，故ω＝v
r＝
0.389
0.06rad/s＝6.5 rad/s.
(3)根据匀变速直线运动的推论公式Δx＝aT2可以求出加速度的大小，得a＝
x CE－x AC
4T2＝(13.19－2×5.41)×0.01
4×(0.1)2
m/s2＝0.600 m/s2，由于β＝
Δω
Δt，ω＝
v
r，故角
加速度为β＝v
t·
1
r＝
a
r＝
0.6
0.06rad/s
2＝10.0 rad/s2.。