山东省威海三年（2020-2022）高一物理下学期期末测试题题型分类汇编3-实验、解答题

山东省威海三年（2020-2022）高一物理下学期期末测试题题型分类汇编3-实验、解答题

一、实验题

1．（2020春·山东威海·高一期末）利用如图甲所示的装置做“验证机械能守恒定律”实验。

(1)（多选）除带夹子的重物、纸带、铁架台（含铁夹）、打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的器材是_____；

A．交流电源        B．刻度尺        C．天平（含砝码）        D．秒表

(2)实验中，先接通电源，再释放重物，得到图乙所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC。已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T。要验证从打O点到打B点的过程中重物的机械能守恒，则应满足的关系式为_____（用题中给出的字母表示）；

(3)大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是_____，解决方法为_____。

2．（2020春·山东威海·高一期末）多用电表是一种多功能仪表，可以用来测量直流电流、直流电压、交变电流、交变电压以及电阻等。

(1)（多选）小明同学用某一型号的多用电表代替电压表测量小灯泡两端的电压，开关闭合前的实物图如图甲所示，电表的表针及选择开关的位置如图乙所示，请指出图中的错误_____。

A．多用电表挡位选错了

B．红黑表笔位置颠倒了

C．没有进行机械调零

D．没有进行欧姆调零

(2)更正上述错误后，闭合开关，表针位置如图丙所示，则小灯泡两端的电压为_____V。

(3)使用图甲中的电表测量一个约为500Ω的电阻，应该将选择开关旋至图乙中_____的位置，选挡完毕后，应将红表笔和黑表笔接触，调节欧姆调零旋钮使表针指在_____的位置，再进行测量，测量完毕后须将选择开关旋至图乙中_____的位置。

3．（2022春·山东威海·高一期末）某同学采用图甲所示的装置做“验证小球摆动的过程中满足机械能守恒定律”的实验。细线上端固定在铁架台上的O点，下端悬挂一小球，将小球拉起一定角度，由静止释放，摆到最低点时，恰好通过固定在铁架台上的光电门。

请回答下列问题。

（1）用游标卡尺测量小球的直径如图乙所示，则小球的直径为______mm；

（2）测量O点到小球球心的距离为L；

（3）记下小球被拉起时，悬线与竖直方向的角度，根据小球的直径和小球通过光电门的遮光时间，计算出小球摆到最低点的速度v；

（4）改变小球释放的初位置，多次实验；

（5）做出与（）的图像，若图像为过原点的一条倾斜直线，且直线的斜率为______则小球在摆动的过程中满足机械能守恒；（用L和重力加速度g表示）

（6）请写出一条能减小实验误差的措施。(      )

4．（2022春·山东威海·高一期末）为精准测量一节干电池的电动势和内阻，某同学设计了图甲所示的电路。

实验器材有：干电池一节、滑动变阻器R（最大阻值为20Ω）、电流表A（量程为0.6A，内阻约为1Ω）、灵敏电流表G（满偏电流，内阻）、固定电阻、、开关、导线。

（1）连接好电路，将滑动变阻器R的滑片滑至______，（选填“最左端”或“最右端”）检查无误后，闭合开关；

（2）调整滑片的位置，读出多组电流表A的示数，和灵敏电流表G的示数，将记录的数据做出图像如图乙所示，电源的电动势为______V，内阻为______Ω（结果均保留小数点后2位）；

（3）电路中除具有保护电路的作用外，还具有什么作用？(      )

5．（2021春·山东威海·高一期末）某同学用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。已知当地重力加速度为g。

（1）除图甲装置的器材之外，还必须使用的器材有______

A．直流电源

B．交流电源

C．天平（含砝码）

D．刻度尺

（2）某同学在实验中挑选了一条清晰的纸带，其中的一部分如图乙所示。O点是打下的第一个点，A、B、C和D为另外4个连续的点。测得O点到各点的距离依次为h1、h2、h3、h4，其中h2=________cm。

重物质量为m，打点计时器的打点周期为T，则从O点到B点，重物的重力势能变化量的表达式=___________，B点的动能的表达式=___________（用题目中给定的物理量符号表示）。百分误差是衡量实验精确度的重要标准，其定义为百分误差 ，中学阶段学生实验的要求。本实验将重物重力势能的变化量作为“实际值”，将重物动能变化量作为“测量值”，打点周期T=0.02s，重力加速度g=9.8m/s2，则该实验的百分误差为η= _____%（保留1位有效数字）。

6．（2021春·山东威海·高一期末）电导率是电阻率的倒数，是检验纯净水是否合格的一项重要指标。合格的纯净水的电导率应该小于10-3。某同学将某品牌纯净水装入绝缘性良好的塑料圆柱形容器内，容器两端用金属圆盘电极密封，如图所示，圆柱形容器的长度约为10cm，内径约为2cm。通过实验测量其电导率，从而验证纯净水是否合格。

实验室准备的器材有：

A．学生电源12V                       B．电压表（量程0~3V，内阻约为3kΩ）

C．电压表（量程0~15V，内阻约为20kΩ） D．电流表（量程0~0.6A，内阻约为1Ω）

E.电流表（0~100μA，内阻约为50Ω）     F.滑动变阻器（最大电阻为20Ω）

G.螺旋测微器    H.游标卡尺    I.毫米刻度尺    J.开关、导线若干

（1）为了测量塑料圆柱形容器的内径，应该选用的测量工具为______；为了减小实验误差，电压表选用______，电流表选用______（填写器材前的代号）；

（2）请根据上述器材在方框中画出实验原理图（待测水样用电阻符号表示）(      )

（3）写出一条产生系统误差的原因。(      )

二、解答题

7．（2020春·山东威海·高一期末）“玉兔号”登月车在月球表面成功登陆，实现了中国人“奔月”的伟大梦想。机器人在月球表面做了一个自由下落实验，测得一物体从静止自由下落h高度的时间为t，已知月球半径为R，引力常量为G，求：

(1)月球表面的重力加速度；

(2)月球的平均密度。

8．（2020春·山东威海·高一期末）质量为m的汽车，启动后沿平直路面行驶，经过时间t，速度达到最大值。已知发动机的输出功率恒为P，且行驶过程中受到的阻力大小为车重的k倍，重力加速度大小为g。

(1)求汽车速度的最大值；

(2)当汽车的速度为最大速度的一半时，求汽车的瞬时加速度的大小；

(3)求汽车从启动到速度达到最大值的过程中克服阻力做的功。

9．（2020春·山东威海·高一期末）电动自行车的简化电路如图甲所示，为滑动变阻器，M为电动机。若将滑动变阻器的滑动触头滑至最右端时，闭合开关，电动机恰好不转动，此时电流表的示数为；将滑动变阻器的滑动触头滑至最左端时，电动机正常工作，此时电流表的示数为。已知电源的电动势为E，内阻极小可以忽略不计，电动机线圈的电阻为R，定值电阻的阻值为，电压表和电流表均为理想电表。

(1)求电动机不转动时，电动机两端的电压；

(2)求电动机正常工作时两端的电压，并根据能量守恒定律证明：；

(3)电压表的示数U与电流表的示数I的关系如图乙所示，当电流表的示数为10A时，求此时滑动变阻器与电动机消耗的电功率之和。

10．（2020春·山东威海·高一期末）如图所示，在匀强电场中，将质量为、电荷量为的带电粒子从电场中的A点移动到B点，静电力做了的功，再从B点移动到C点，静电力做了的功。已知电场的方向与的平面平行，∠A=90°，∠B=30°，AC=20cm，规定B点的电势为0，不计带电粒子的重力。

(1)求A点和C点的电势；

(2)求电场强度；

(3)将该带电粒子从C点以某一速度垂直于BC方向射出，恰好能够经过A点，求射出的初速度大小。

11．（2022春·山东威海·高一期末）已知地球的半径，地球表面的重力加速度，月球绕地球运动的周期T=27d。

（1）求地球的第一宇宙速度；

（2）估算月球到地心的平均距离。（结果保留1位有效数字）

12．（2022春·山东威海·高一期末）如图所示的传动装置由三个轮盘A、B、C组成，主动轮A与从动轮B由皮带相连，B、C可绕同一固定轴转动，A、B两轮的半径分别为、。将一质量为的物块放在C轮上，距C轮圆心的距离为，当主动轮A从静止开始转动，转速达到某一数值时，物块恰好发生滑动。已知物块与C的动摩擦因数为，重力加速度为，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。求：

（1）物块从静止开始到刚要滑动，静摩擦力对物块做的功；

（2）值。

13．（2022春·山东威海·高一期末）如图所示，xOy平面直角坐标系中，第I象限存在沿y轴负方向的匀强电场，第IV象限存在沿x轴负方向的匀强电场，两电场的电场强度大小相等。一质子从y轴上的P点以初动能沿x轴正方向射出，OP=h，运动到x轴时电势能减少了，求：

（1）质子到达x轴时速度的方向；

（2）质子到达x轴的位置到O点的距离；

（3）质子到达y轴时的动能；

14．（2022春·山东威海·高一期末）如图所示，倾角的斜面固定在水平地面上，时刻，质量的滑块以速度从斜面底端沿斜面上滑，最终又返回斜面底端，返回时的速度，滑块可视为质点，重力加速度，以地面为重力势能的零势能面。求：

（1）滑块与斜面间的动摩擦因数及斜面的最小长度；

（2）滑块在斜面上滑动时重力的瞬时功率随时间变化的规律；

（3）滑块的动能与势能相等时的机械能。

15．（2021春·山东威海·高一期末）质量m=1500kg的汽车在平直公路上从静止开始运动，0~20s内汽车做匀加速直线运动，加速度a=1m/s2，20s后汽车的实际功率达到90kW，且以后的运动中保持该功率不变，假定汽车行驶中受到的阻力保持不变，求阻力的大小。

16．（2021春·山东威海·高一期末）在如图所示的电路中，定值电阻R为8Ω，电动机的额定电压为4V，线圈电阻为0.5Ω，当开关S闭合后，电动机恰好正常工作。已知电路稳定后在2s的时间，电源把2C的电荷从负极移送到正极，非静电力做了10J的功，求：

（1）电源的电动势和内阻；

（2）电动机正常工作时产生的机械功率。

17．（2021春·山东威海·高一期末）示波器是用来观察电信号随时间变化情况的一种电子仪器，它的核心部件是示波管，工作原理如图所示。它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空。初速度为0的电子在电子枪中经电压为U0的加速电场加速后形成电子束进入偏转电极，如果在偏转电极XX′和YY′之间都没有加电压，则电子从电子枪射出后沿直线运动，打在荧光屏中心，产生一个亮斑。已知电子的电量为e，质量为m。

（1）求电子打在荧光屏上的速率；

（2）如果YY′偏转电极上加上恒定电压，XX′偏转电极上不加电压，在荧光屏上得到亮斑，亮斑在Y轴偏转距离DY正比于输入电压UY，即DY=KYUY，比例系数KY称为电压偏转因数，求KY（已知YY′偏转电极的长度为L1，板间距为d，极板右端到荧光屏的距离为L2）。

18．（2021春·山东威海·高一期末）如图所示，倾角θ=37°的斜面体A与水平木板B平滑连接组成轨道，固定在光滑水平地面上，质量M=1kg，A顶端到B上表面高度h=0.6m。质量m=1kg的滑块C与A、B间的动摩擦因数μ=0.25，sin37°=0.6，cos37°=0.8，重力加速度g=10m/s2。

（1）将C自A顶端由静止释放，恰好到达B右端，求C到达A底端的速度v1及轨道的水平部分长度x；

（2）若C由A顶端以某一初速度v0沿斜面下滑，刚滑至B上时，取消轨道与地面固定的装置，C恰好到达B右端。求初速度v0。

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参考答案：

1．     AB          存在阻力     使用质量大，体积小的重物

【详解】（1）[1] 重物下落过程只有重力做功，机械能守恒，由机械能守恒定律得

即

实验需要测量重物下落高度h与重物的速度v，速度v根据打出的纸带求出，打点计时器需要使用交流电源，测下落高度h需要使用刻度尺。

故选AB。

（2）[2] 打B点时重物的速度

重物从O到B过程动能的增加量

从O到B过程，重物重力势能的减少量

 整理得

（3）[3] 重物下落过程要受到空气阻力与纸带和打点计时器限位孔间摩擦阻力作用，重物下落过程要克服阻力做功，机械能有损失，因此重物重力势能的减小量略大于其动能的增加量。

[4] 使用质量大而体积小的重物可以减小实验误差。

2．     AC     1.46~1.48     电阻挡     表盘右侧“0”刻线     交流挡

【详解】（1）[1] A．由图甲所示可知，电源是直流电压，测灯泡两端电压应选择直流2.5V电压表，不能选用交流2.5V电压挡，由图乙所示可知，多用电表挡位选错了，A正确；

 B．用多用电表测电压，红表笔接高电势点，由图甲所示可知，红黑表笔位置是正确的，B错误；

 C．如果多用电表指针没有指在左侧零刻度线上，应先进行机械调零，由图乙所示可知，没有进行机械调零，C正确；

 D．测电压，不行进行欧姆调零，D错误。

故选AC。

（2）[2] 电压表选择直流2.5V，由图丙所示可知，其分度值为0.05V，示数为1.46V。

（3）[3] 由图丙所示可知，欧姆表中央刻度值为6，测阻值约为500Ω电阻，应选择电阻×100挡。

[4] 选择挡位后要进行欧姆调零，应将红表笔和黑表笔接触，调节欧姆调零旋钮使表针指在欧姆零刻度线的位置。

[5] 测量完毕后须将选择开关旋至图乙中交流500V挡的位置。

3．     11.5     2gL     使用质量大体积小的小球

【详解】（1）[1]由图乙可知，游标卡尺的主尺读数为11mm，游标尺的第5刻度线与主尺的某刻度线对齐，因此游标尺的读数为

0.1×5mm=0.5mm

所以小球的直径为

11mm+0.5mm=11.5mm

（5）[2]由题意和动能定理可得

整理可得

由上式可知，与（）的图像斜率为2gL，则小球在摆动的过程中满足机械能守恒。

（6）[3]该实验误差主要由空气阻力产生，因此要减小实验误差，应使用质量大体积小的小球。

4．     最左端     1.44     0.40     使灵敏电流表具有较大的示数变化范围

【详解】[1] 为了保护电路，所以连接好电路，将滑动变阻器R的滑片滑至最左端检查无误后，闭合开关；；

[2] 根据闭合电路欧姆定律可知

化解得

所以

解得

E=1.44V

[3]根据

解得

r=0.40Ω

[4] 电路中除具有保护电路的作用外，根据闭合电路欧姆定律

由此可知电路中还能使灵敏电流表具有较大的示数变化范围。

5．     BD     23.30               8

【详解】（1）[1]除图甲装置的器材之外，因打点计时器使用交流电源，则还必须有交流电源；另外要用刻度尺测量纸带；因要验证的关系式两边都有质量m，故不需要天平。

故选BD。

（2）[2]由刻度尺读出h2=23.30cm。

[3][4]从O点到B点，重物的重力势能变化量的表达式

B点的动能的表达式

[5]由图中数据可知

6．     H     C     E          电流表的分压作用

【详解】（1）[1]为了精确测量圆柱形容器的内径，因选用H.游标卡尺；

[2]本实验学生电源12V，故电压表选用C.电压表（量程0~15V，内阻约为20kΩ）；

[3]根据电阻定律可知纯净水的电阻

电流

故电流表选用电流表（0~100μA，内阻约为50Ω）。

（2）[4]题给滑动变阻器的阻值比样品水的电阻小很多，应采用分压法接，作出实验原理图如图：

（3）[5]产生系统误差的原因电流表的分压作用。

7．(1)；(2)

【详解】(1)由运动学公式得

重力加速度

(2)月球表面物体的重力等于万有引力

月球的体积

月球的密度

解得

8．(1)；(2)；(3)

【详解】(1)当汽车的牵引力等于阻力时，速度最大

由题意可知

由功率公式得

解得

(2)汽车速度为时

由牛顿第二定律得

解得

(3)汽车从启动到速度达到最大值的过程中根据动能定理得

解得

9．(1)；(2)，见解析；(3)

【详解】(1)由欧姆定律得，电动机不转动时其两端的电压

(2)由闭合电路欧姆定律得

解得

设电动机消耗的电功率为、电动机发热的功率为和对外做功转化为机械能的功率为，根据能量守恒定律得

则有

(3)由图像可得，电流表的示数为时，电压表的示数为，滑动变阻器R，与电动机消耗的电功率之和

解得

10．(1)-6V，-8V；(2)，由指向；(3)

【详解】(1)、两点间的电势差

、两点间的电势差

解得

，

(2)过A点作BC的垂线交BC于D，由几何关系得

电场的方向与的平面平行，则

解得

所以AD两点的电势相等，匀强电场的方向垂直于AD如图

解得

方向沿方向，由指向。

(3)由分析知，带电粒子做类平抛运动

解得

11．（1）；（2）

【详解】（1）由万有引力提供向心力，得

地球表面重力近似等于万有引力，则

解得

（2）月球受到的万有引力提供做绕地球做圆周运动的向心力

解得月球到地心的平均距离

12．（1）；（2）

【详解】（1）当物块受到的静摩擦力达到最大值，根据牛顿第二定律可得

由动能定理得，摩擦力做的功为

联立解得

（2）轮盘B、C共轴转动，物体的角速度等于轮盘C的角速度，则有

主动轮A与从动轮B由皮带相连，则有

又

，，

联立解得

13．（1）与轴的夹角为；（2）；（3）

【详解】（1）粒子在第I象限由功能关系有

质子到达x轴过程中，动能为由动能定理有

解得

其中

设质子到达轴时的速度与轴的夹角为，则

解得

（2）粒子在第I象限做平抛运动

解得

（3）粒子在第IV象限内，由动能定理有

解得

14．（1），；（2） ，   ；（3）上滑时机械能为，下滑时机械能为

【详解】（1）依题意，斜面的最小长度为L，滑块从底端滑到顶端的过程中，由动能定理得

滑块从顶端滑到底端的过程中，由动能定理得

联立解得

（2）向上滑动的过程中，依题意有

上滑过程中，重力的瞬时功率随时间变化的规律为

向下滑动的过程中，依题意有

下滑过程中，重力的瞬时功率随时间变化的规律为

综上所述，滑块在斜面上滑动时重力的瞬时功率随时间变化的规律为

（3）设滑块上滑时，距离斜面底端的距离为x时，动能与势能相等，依题意有

解得

设滑块下滑时，距离斜面底端的距离为时，动能与势能相等，依题意有

解得

综上所述，‍滑块的动能与势能相等时的机械能：上滑时为，下滑时为。

15．

【详解】由运动学公式得

由功率公式得

由牛顿第二定律得

解得阻力

16．（1）5V，；（2）

【详解】（1）由电动势的定义式有

代入数据解得

由电流的定义式有

由闭合电路欧姆定律得

联立解得

（2）设通过电阻R的电流为I1，电动机的电流为I2，有

电动机正常工作时的机械功率

代入数据解得

17．（1）；（2）

【详解】（1）对电子由动能定理得

解得

（2）偏转电场的场强

设电子在偏转电场中的加速度为a，运动时间为t，偏转位移为y

由相似关系得

解得

所以

18．（1），；（2）

【详解】（1）C从A顶端滑到底端的过程中，由动能定理得

代入数据解得

C从A底端滑到B右端的过程中，由动能定理得

解得

（2）C从A顶端滑到底端的过程中，由动能定理得

设C与轨道的加速度分别为a1和a2，C滑到B的右端时和轨道的速度相同均为v2，则有

由系统能量守恒得

解得