上海市徐汇区2020届-2022届高考物理三年模拟（二模）试题汇编-实验题

上海市徐汇区2020届-2022届高考物理三年模拟（二模）试题汇编-实验题

1．（2020·上海徐汇·二模）在“用DIS研究加速度和力的关系”实验中：

（1）甲同学采用位移传感器测量加速度，实验装置如图a所示。位移传感器测得小车的v-t图像后，分别得到t1和t2时刻的速度v1和v2，则小车的加速度a=___________。

（2）乙同学采用光电门测量加速度，实验装置如图b。将小车放置在轨道上，使挡光片的前端位于A点处，由静止开始释放小车，测出小车上挡光片通过光电门的时间Δt，测出A到B的距离L和挡光片的宽度d。

①根据上述物理量，小车的加速度a=__________；

②在该实验中，下列操作步骤中必须做到的是(      )

A．要用天平称量小车质量                        B．钩码的质量应该远小于小车质量

C．每次测量均要改变小车的质量            D．不论轨道光滑与否，轨道一定要保持水平

（3）光电门常被用来测量物体运动的瞬时速度，请分析这种测量方法中误差产生的主要来源_________？得到的速度测量值和真实值相比是偏大还是偏小_________？

2．（2021·上海徐汇·二模）为了验证小球在竖直平面内摆动过程中机械能是否守恒，利用如图a装置，细绳一端系住一小球，另一端连接力传感器，小球质量为m，球心到悬挂点的距离为L，小球释放的位置到最低点的高度差为h，实验记录细绳拉力大小随时间的变化如图b，其中Fm是实验中测得的最大拉力值。

（1）小球第一次运动至最低点的过程中，重力势能的变化量=___________，动能的变化量=___________。（重力加速度为g）

（2）通过对实验数据进行分析，可得到实验结论：___________，请写出你得到结论的分析过程：___________。

（3）该装置还可用来测量当地的重力加速度g的大小。实验时使小球摆动的幅度小于5°，小球释放后测量得到F-t图，从图中获取数据：___________，代入公式g=___________。

3．（2022·上海徐汇·二模）用如图所示装置研究加速度a与物体受力F的关系。质量为M的小车通过细绳和动滑轮与力传感器相连，动滑轮下悬挂钩码。固定在小车上的挡光片宽度为d，两个相距为L的光电门传感器固定在轨道上。

（1）实验中需保持___________不变，改变条件重新测量时，小车的初始位置___________（选填“需要”或“不需要”）保持不变。

（2）某次实验测得小车经过两个光电门的挡光时间分别为、，则小车的加速度大小为a=___________。

（3）若仅用一个光电门测量小车加速度，将小车从距光电门L处由静止释放，测得挡光时间，记录力传感器的示数F。多次改变动滑轮下悬挂的钩码个数，重复实验，测得多组和F。在图中记录数据，得到一条过原点的直线，则该直线的函数关系式为：___________。

（4）本实验采用力传感器测量外力F，代替了用钩码重力作为小车外力F的传统做法，试分析这样改进的理由是：___________。

参考答案：

1．          （或）     B     用光电门测出的其实是挡光片经过的平均速度，平均速度只能粗略地描述运动，因而会产生误差     测量值和真实值相比，在不同的运动中情况不同，若加速运动，测量值偏小；减速运动，测量值偏大；匀速运动，测量值等于真实值

【详解】（1）[1]由加速度的定义式可知，小车的加速度

（2）[2]由得

则小车的加速度

为了更精确，也可把计算结果写成

[3]本次实验的目的是研究加速度和力的关系，所以不需要称量小车质量，也不用改变小车的质量，故AC错误；为了保证实验前小车的合外力为零，轨道光滑时，轨道就要保持水平，轨道不光滑时，轨道一端就要垫高以平衡摩擦，故D错误；为了保证绳子拉力与钩码的重力大小近似相等，钩码的质量应该远小于小车质量，故B正确。

故选B。

（3）[4]物体运动时，速度可能是变化的，用光电门测出的其实是挡光片经过的平均速度，平均速度只能粗略地描述运动，因而会产生误差。

[5]对于匀变速度直线运动，用光电门测出的速度是挡光片经过光电门中间时刻的速度，而真实的速度应该是挡光片经过光电门中间位置的速度，所以测量值和真实值相比，在不同的运动中情况不同，若加速运动，测量值偏小；减速运动，测量值偏大；匀速运动，测量值等于真实值。

2．     mgh          小球机械能不守恒     观察图（b）中拉力峰值随时间变化情况，发现当小球到达最低点时，拉力的最大值在逐渐减小，说明小球经过最低点时的速度在逐渐减小，也就是说摆动一个周期，动能在减少，机械能总量在减小，所以不守恒     相邻两个峰值间的时间间隔T    

【详解】（1）[1]小球第一次运动至最低点的过程中，高度下降h，重力势能的变化量

[2] 小球第一次摆动至最低点，初速度为零，最低点速度为，由牛顿第二定律有

解得

所以动能的变化量

（2）[3][4] 观察图（b）中拉力峰值随时间变化情况，发现当小球到达最低点时，拉力的最大值在逐渐减小，说明小球经过最低点时的速度在逐渐减小，也就是说摆动一个周期，动能在减少，机械能总量在减小，所以不守恒。

（3）[5]由 F-t图可以得知相邻两个峰值间的时间间隔T。

[6]经分析知单摆的周期为F-t图周期的2倍，即单摆周期为2T，根据单摆周期公式得

3．     小车的质量M     不需要               见解析

【详解】（1）[1][2]实验中需保持小车的质量M不变，改变条件重新测量时，小车的初始位置不需要保持不变。

（2）小车经过两个光电门时的速度分别为

根据

可得加速度

（3）小车经过两个光电门时的速度分别为

据

且

F=Ma

可得

（4）若用钩码的重力作为小车的牵引力，必须要满足钩码的质量远小于小车的质量时，此时钩码的重力才近似等于小车的牵引力，所以实验中必然会出现误差；若采用力传感器测量外力F，可准确的得到小车的牵引力，从而减小实验的误差。