2021年高考物理试题专题37 实验综合

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2021年高考物理精品试题专题37 实验综合一、实验题甲乙两个学习小组分别利用单摆测量重力加速度。(1) 甲组同学采用图甲所示的实验装置。该组同学先测量出悬点到小球球心的距离 L，然后用秒表测出单摆完成 n 次全振动所用的时间 t。请写出重力加速度的表达式 g= （用所测物理量表示）。在测量摆长后，测量周期时，摆球振动过程中悬点 O 处摆线的固定出现松动，摆长略微变长，这将会导致所测重力加速度的数值 。（选填“偏大”、“偏小”或“不变”）(2) 乙组同学在图甲所示装置的基础上再增加一个速度传感器，如图乙所示。将摆球拉开一小角度使其做简谐运动，速度传感器记录了摆球振动过程中速度随时间变化的关系，如图丙所示的 v−t 图线。由图丙可知，该单摆的周期 T= s。(3) 在多次改变摆线长度测量后，根据实验数据，利用计算机作出 T2−L（周期平方 − 摆长）图线，并根据图线拟合得到方程 T2=4.04L+0.0035。由此可以得出当地的重力加速度 g= m/s2。（取 π2=9.86，结果保留 3 位有效数字）某实验小组做“验证动量守恒定律”的实验，分别设计了图甲、图乙两种实验装置：(1) 若采用图甲所示装置进行实验，为了减小偶然误差，确定小球落点的平均位置的方法是： ；为了保证入射小球离开斜槽末端的速度相同，每次必须从斜槽上 滚下。(2) 已知入射小球质量为 m1，被碰小球质量为 m2（m1>m2），甲同学建议用图甲所示的装置，由水平地板上的白纸与复写纸记录两小球碰撞前后落点的位置，实验中记下了 O 、 M 、 P 、 N 四个位置（如图甲所示），其中 P 点是未放小球 m2 时小球 m1 被释放后落点的位置，若采用图甲所示装置进行实验，若满足 （用 m1 、 m2 、 OM 、 OP 、 ON 表示），则说明碰撞中动量守恒；乙同学建议用图乙所示的实验装置，用垂直于小球下落轨迹平面的竖直木板及白纸、复写纸记录两小球碰撞前后落点的位置，实验中记下了 O 、 A 、 B 、 C 四个位置（如图乙所示），若满足 （用 m1 、 m2 、 OA 、 OB 、 OC 表示），则说明碰撞中动量守恒。利用如图 1 所示的装置探究弹簧的弹力与形变量的关系。(1) 对于该实验，下列操作规范的是 。（填字母代号）A．固定刻度尺时，保持刻度尺的零刻度线与弹簧上端对齐且竖直并靠近弹簧B．实验中任意增加钩码的个数C．实验中仅把弹簧竖直悬挂待稳定时测量弹簧的原长D．实验数据处理时，把所有的描点用折线连起来(2) 实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将 5 个钩码逐个挂在绳子的下端，每次测出相应的弹簧总长度 L，测量后把 6 组数据描点在坐标图中，作出的 F−L 图线如图 2 所示。由此图线可得出该弹簧的原长 L0= cm，劲度系数 k= N/m。二、双选题在“碰撞中的动量守恒”实验中，仪器按要求安装好后开始实验，第一次不放被碰小球，第二次把被碰小球直接静止放在斜槽末端的水平部分，在 白纸上记录下重锤位置和各小球落点的平均位置依次为 O 、 A 、 B 、 C，设入射小球和被碰小球的质量依次为 m1 、 m2，则下列说法中正确的有 A．第一、二次入射小球的落点依次是 B 、 A B．入射小球的质量可以小于被碰小球的质量 C．第二次入射小球和被碰小球将同时落地 D．若碰撞过程动量守恒，误差范围内满足：m1⋅AB=m2⋅OC 三、实验题某实验小组利用如图所示的实验装置，测定小车和木板间的动摩擦因数。实验原理：将一端带滑轮的长木板固定在水平实验台上，实验小车（含钩码，图中未画出）通过轻细线跨过定滑轮与钩码相连，小车与纸带相连，实验中，从小车上取钩码后挂在细线的另一端，放开钩码，小车由静止开始加速运动，得到一条理想的纸带，处理纸带得到小车运动的加速度 a，同时记录所挂钩码的质量 m；再从小车上取钩码后挂在细线的另一端，重复实验，得到多组小车运动的加速度 a 和所挂钩码的质量 m 的实验数据。(1) 下列哪些措施能够减小本实验的误差 A.实验中必须保证小车（含钩码）的总质量远大于所挂钩码的质量B.实验前必须平衡摩擦力C.细线在桌面上的部分应与长木板平行D.小车释放时要靠近打点计时器(2) 实验中，该同学得到一条较为理想的纸带，如图所示，从清晰的 O 点开始，每隔 4 个点取一计数点（中间 4 个点没画出），分别记为 A 、 B 、 C 、 D 、 E 、 F，各计数点到 O 点的距离为 OA=1.61 cm，OB=4.02 cm，OC=7.26 cm，OD=11.30 cm，OE=16.14 cm，OF=21.80 cm，打点计时器打点频率为 50 Hz，则由此纸带可得到小车运动的加速度 a= m/s2。（结果保留两位有效数字）(3) 根据实验测得的数据，该同学以系统的加速度 a 为纵轴，所挂钩码的质量 m 为横轴，绘制了如图所示的 a−m 图线，则小车与木板间的动摩擦因数 μ= （g=10 m/s2）。回答下列问题：(1) 如图所示，置于圆形水平转台边缘的小物块随转台加速转动，当转速达到某一数值时，物块恰好滑离转台开始做平抛运动。现测得转台半径 R=0.5 m，离水平地面的高度 H=0.8 m，物块平抛落地过程水平位移的大小 s=0.4 m。设物块所受的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g=10 m/s2。则物块做平抛运动的初速度大小 v0= m/s；物块与转台间的动摩擦因数 μ= 。(2) 某同学用游标卡尺和螺旋测微器分别测量某物件的长度和宽度，其示数如图所示，其读数分别为 cm 和 mm。回答下列问题：(1) 如图，长为 l 的细绳下方悬挂一小球 a，绳的另一端固定在天花板上 O 点处，在 O 点正下方 34l 的 Oʹ 处有一固定细铁钉。将小球向右拉开，使细绳与竖直方向成一小角度（约为 2∘）后由静止释放，并从释放时开始计时，当小球 a 摆至最低位置时，细绳会受到铁钉的阻挡。设小球相对于其平衡位置的水平位移为 x，向右为正。下列图象中，能描述小球在开始一个周期内的是 x−t 关系的是 。(2) 某同学利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时，接通电源使光源正常发光；调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题：i 若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可 ；A.将单缝向双缝靠近B.将屏向靠近双缝的方向移动C.将屏向远离双缝的方向移动D.使用间距更小的双缝ii 若双缝的间距为 d，屏与双缝间的距离为 l，测得第 1 条暗条纹到第 n 条暗条纹之间的距离为 Δx，则单色光的波长 λ= ；iii 某次测量时，选用的双缝的间距为 0.300 mm，测得屏与双缝间的距离为 1.20 m，第 1 条暗条纹到第 4 条暗条纹之间的距离为 7.56 mm。则所测单色光的波长为 nm（结果保留 3 位有效数字）。四、填空题一多用电表的电阻挡有三个倍率，分别是“×1”“×10”“×100”。用“×10”挡测量某电阻时，操作步骤正确，发现表头指针偏转角度很小，为使测量值更准确，应换到 挡；如果换挡后立即用表笔连接待测电阻进行读数，那么缺少的步骤是 。答案一、实验题1. 【答案】(1) 4π2n2Lt2；偏小(2) 2.0 (3) 9.76 2. 【答案】(1) 用圆规画一个尽可能小的圆把所有的落点圈在里面，圆心即平均位置；同一位置由静止开始(2) m1OP=m1OM+m2ON；m1OB=m1OC+m2OA 【解析】(1) 由于落点比较密集，又较多，每次测量距离很难，确定落点平均位置的方法是最小圆法，用圆规画一个尽可能小的圆把所有的落点圈在里面，圆心即平均位置，这样可以减小偶然误差；为了保证小球每次到达斜面末端时速度相同，应让小球每次从同一位置由静止滑下。(2) 小球离开轨道后做平抛运动，由于抛出点的高度相等，它们在空中的运动时间 t 相等，小球做平抛运动的初速度：v1=OPt， vʹ1=OMt，vʹ2=ONt，而动量守恒的表达式是：m1v1=m1v1ʹ+m2v2ʹ，所以若两球相碰前后的动量守恒，则有：m1⋅OM+m2⋅ON=m1⋅OP 成立；小球做平抛运动，在竖直方向上：ℎ=12gt2，平抛运动时间：t=2ℎg，设轨道末端到木条的水平位置为 x，小球做平抛运动的初速度： va=x2OBg， vaʹ=x2OCg， vbʹ=x2OAg，如果碰撞过程动量守恒，则： m1v1=m1v1ʹ+m2v2ʹ，代入速度解得： m1OB=m1OC+m2OA。3. 【答案】(1) AC(2) 5；20 【解析】(1) 固定刻度尺时，保持刻度尺的零刻度线与弹簧上端对齐且竖直并靠近弹簧，故A正确；实验过程应使弹簧始终在弹性限度内，实验中不能任意增加钩码的个数，以防止超过弹簧的劲度系数，故B错误；为防止弹簧自重对实验的影响，实验中仅把弹簧竖直悬挂待稳定时测置弹簧的原长，故C正确；实验数据处理时，应根据实验数据在坐标系内描出对应点，然后作出图象，图象应是直线而不是折线，故D错误。(2) 由图示图象可知，F=0 N 时 L=0.05 m=5 cm，则弹簧的原长为 5 cm，弹簧的劲度系数：k=FΔL=0.4 N0.07 m−0.05 m=20 N/m。二、双选题4. 【答案】A；D【解析】入射小球和被碰小球相撞后，被碰小球的速度增大，入射小球的速度减小，碰前碰后都做平抛运动，高度相同，落地时间相同，所以 B 点是没有碰时入射小球的落地点，A 碰后入射小球的落地点，C 碰后被碰小球的落地点，故A正确；为防止两球碰撞后入射球反弹，入射球的质量要大于被碰球的质量，故B错误；两球碰后都做平抛运动，竖直高度相同，它们在空中的运动时间相等，由于被碰球先离开斜槽入射球后离开斜槽，被碰球先落地，入射球后落地，故C错误；如果两球碰撞过程系统动量守恒，以向右为正方向，由动量守恒定律得：m1v1=m1v2+m2v3，小球离开轨道后做平抛运动，它们抛出点的高度相等，在空中的运动时间 t 相等，上式两边同时乘以 t 得：m1v1t=m1v2t+m1v3t，得：m1OB=m1OA+m2OC，即：m1AB=m2OC，故D正确。三、实验题5. 【答案】(1) CD(2) 0.81 (3) 0.1 【解析】(1) 不需要知道小车所受拉力，因此实验时不需要保证小车的质量远大于所挂钩码的质量，故A错误；测定小车和木板间的动摩擦因数，则实验前不需要平衡摩擦力，故B错误；为使小车受到的合力等于细线的拉力，实验前应调节定滑轮的高度使细线与木板平行，故C正确；为充分利用纸带，实验开始时，应小车释放时要靠近打点计时器，故D正确。(2) 每隔 4 个点取一计数点，相邻计数点之间的时间间隔为 0.1 s，由 Δx=at2 可得： a=xCF−xOC9T2=21.80−7.26−7.269×0.12×10−2 m/s2≈0.81 m/s2。(3) 对系统应用牛顿第二定律可得： a=mg−μMgM+m=mg+μmg−μMg−μmgM+m=1+μm+Mmg−μg，所以，a−t 图象中，纵轴的截距为 −μg，故 −μg=−1，μ=0.1。6. 【答案】(1) 1；0.2 (2) 5.44；5.696（5.694∼5.698）7. 【答案】(1) A(2) i Bii Δx⋅d(n−1)l iii 630 【解析】(1) 根据 T=2πlg 可知，当细绳碰到钉子时 l 变短，周期变小，恰为原来的二分之一，观察 x−t 图可知，B、D错误；又由于 a 球摆到最高位置时， x1=lsinθ1， x2=l4sinθ2， x1x2=4sinθ1sinθ2。根据能量守恒知： (l−lcosθ1)mg=l4−l4cosθ2mg，由数学规律可知，x1>x2，由此可知A正确，C错误。(2) i 根据 Δx=ldλ 可知，若想增加从目镜中观察到的条纹个数，即 Δx 减小。所以应使 l 减少或 d 增大，B正确。ii 根据 Δx1=ldλ， λ=Δx1⋅dl=Δx⋅d(n−1)l。iii λ=Δx⋅d(n−1)l=7.56×10−3×0.3×10−33×1.20 m=630 nm。四、填空题8. 【答案】 ×100；欧姆调零【解析】本题易错点是不理解表头指针偏转角度很小的含义和多用表的使用方法。用“×10”挡测量某电阻时，表头指针偏转角度很小，说明所选挡位太小，为使测量值更准确，应换大挡，应换到 ×100 挡；换挡后要重新进行欧姆调零，然后再测电阻阻值。