高中试卷答案网上海市黄浦区高考物理三年（2021-2023）模拟题（一模）按题型分类汇编-03实验题、解答题
一、实验题
1．（2022·上海黄浦·统考一模）如图，在“研究共点力的合成”的实验中：
①下列操作对减小实验误差有益的是________。
A．拉橡皮筋的细绳尽量长些
B．两细绳取等长
C．拉橡皮筋时，弹簧测力计、细绳、橡皮筋都与木板平行
D．两个弹簧测力计同时拉时，两测力计的拉力大小尽量相差得大些
E．标记同一细绳方向的两点尽量远些
②实验中若用两根橡皮筋代替两根细绳套，将_______（选填“仍能”或“不能”）按原方案完成实验。
③甲、乙两同学用两个量程均为0~5N的弹簧测力计操作实验。他们从实验器材篮里拿出测力计，用两个测力计互成锐角地把橡皮筋与细绳的连结点拉到某位置，乙同学在结点正下方标记O点，并记录下两个测力计读数分别为3.8N和4.2N，之后便将橡皮筋释放。
请指出甲、乙两同学以上操作中存在的问题：________。
2．（2022·上海黄浦·统考一模）某小组同学用图（a）所示的实验电路测量一电池的电动势E和内阻r。
①图中A、B分别为___________传感器和___________传感器。闭合开关前，滑动变阻器的滑动头P应置于___________端（选填“a”或“b”）。
②闭合开关后，调节滑动变阻器，测得两个电表的多组数据，作出的图像如图（b）所示。根据图像可求出该电池的电动势E = ___________V，内阻r = ___________Ω。（结果均保留2位小数）
3．（2023·上海黄浦·上海市大同中学统考一模）在“用DIS测电源的电动势和内阻”的实验中，连接成如图（a）所示的电路，定值电阻R = 0.5Ω。图中方框B中的传感器的名称是________。根据实验数据绘制的U—I图线如图（b）所示，由此可得该电池的内阻为________Ω。
4．（2023·上海黄浦·上海市大同中学统考一模）利用智能手机中的磁传感器可以测量磁感应强度B。如图，在手机上建立直角坐标系，手机显示屏所在平面为xOy面。某同学在某地对地磁场进行了五次测量，每次测量时y轴指向不同方向而z轴正向保持竖直向上。当磁感应强度沿坐标轴各分量方向与坐标轴的正方向一致时软件读数为正，反之读数为负。根据表中测量结果可推理得测量地点位于______半球（选填“南”或“北”），当地的地磁场大小约为________μT。（保留2位有效数字）
测量序号 B/μT B/μT B/μT
1 0 30 32
2 0 29 33
3 29 0 33
4 29 0 33
5 30 0 32
5．（2023·上海黄浦·上海市大同中学统考一模）“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”的实验装置如图（a）。
（1）当重物加速向下运动时，小车所受的拉力的大小______（选填“大于”、“等于”或“小于”）重物所受重力的大小。当重物的质量m______（选填“远大于”、“近似于”或“远小于”）小车的质量M时，小车所受的拉力的大小近似等于重物所受重力的大小。
（2）为了减小误差，改进了实验装置，用力传感器直接测量得到小车受到绳子拉力的大小。通过合理的实验步骤，五组同学得到的 a—F 图像如图（b）。根据 a—F 图像中的数据找到小车受力均为 F= 0.12N 时各组的加速度 a，并将各组加速度a及小车质量M的数据填入下表，则表中 X 处的数值为______。利用表中的数据再做 a—M 图像得到一条曲线，为进一步探究加速度a与物体质量 M的关系时，可在下表中补充______（填物理量符号）数据列，再次建立图像。
实验次数 拉力F / N 小车质量M / kg 加速度a / m·s 2
① 0.12 0.1 1.2
② 0.12 0.125 0.96
③ 0.12 0.167 0.72
④ 0.12 0.25 0.48
⑤ 0.12 0.375 X
（3）在探究小车质量M一定时，加速度a与物体受力F的定量关系时，某组同学得到如图（c）所示的 a—F图像，图像不过坐标原点的最可能原因是______，由图像可得小车的质量为______（用图中h、i表示）。
6．（2020·上海黄浦·校联考一模）某研究性学习小组为了测量某电源的电动势E和电压表V的内阻Rv，从实验室找到实验器材如下：
A．待测电源（电动势E约为2V，内阻不计）
B．待测电压表V（量程为1V，内阻约为100Ω）
C．定值电阻若干（阻值有：50.0Ω，100.0Ω，500.0Ω，1.0kΩ）
D．单刀开关2个
(1)该研究小组设计了如图甲所示的电路原理图，请根据该原理图在图乙的实物图上完成连线______。
(2)为了完成实验，测量中要求电压表的读数不小于其量程的，则图甲R1=_____Ω；R2=_____Ω。
(3)在R1、R2选择正确的情况进行实验操作，当电键S1闭合、S2断开时，电压表读数为0.71V；当S1、S2均闭合时，电压表读数为0.90V；由此可以求出Rv=____Ω；电源的电动势E=_____（保留2位有效数字）。
二、解答题
7．（2022·上海黄浦·统考一模）某次实验中测得一质量为6.64×10-27 kg的带电粒子，在500 N/C的匀强电场中，仅在电场力作用下由静止加速。移动16cm时，速度达到8.40×104 m/s。推算该带电粒子：
（1）在这一过程中电势能的变化量；
（2）受到的电场力大小；
（3）带电量的大小。
（已知元电荷e=1.6×10-19C，计算结果用科学记数法表示，前2问保留3位有效数字）
8．（2022·上海黄浦·统考一模）研究发现在无风状态下汽车在行驶时受到的空气阻力f主要与汽车正面投影面积A和行驶速度v有关。一研究团队以某品牌汽车为对象开展研究，通过在风洞实验室模拟实验得到右表数据：
v/m·s-1f /×102N A/m2 20 30 40 50 60
2.0 2.0 4.4 8.0 12.6 18.0
2.5 2.5 5.6 10.1 15.6 22.5
3.0 3.0 6.8 11.9 18.7 27.1
3.5 3.5 7.9 14.0 21.8 31.5
4.0 4.0 8.9 16.1 25.1 35.9
（1）说明如何利用表格中的数据，验证汽车行驶时受到的空气阻力f与汽车行驶速度v的平方成正比？
（2）实验可获得结论：汽车在行驶时受到的空气阻力f与汽车正面投影面积A、行驶速度v的关系表达式为f = kAv2.请任意选用表格中三组数据估算k（结果保留2位小数）；
（3）一辆该品牌小汽车质量m = 1200 kg，正面投影面积A = 3.0 m2，在平直地面上行驶时受到的地面阻力f0恒为1000 N。若该车以加速度a = 2 m/s2做匀加速直线运动。求：
①速度大小为v1 = 20 m/s时汽车受到的牵引力F1的大小；
②速度从v1 = 20 m/s增大至v2 = 30 m/s的过程中，汽车所受牵引力做的功W。（结果用科学记数法表示，保留2位小数）
9．（2023·上海黄浦·上海市大同中学统考一模）三个静止点电荷附近的某块区域中的等势线分布如图所示。图中相邻等势线之间的电势差均为1V，有几条等势线所对应的电势已标明。正方形网格每一格的边长是1cm。A、B、C、D是图示平面上的4个点。将一根细长的光滑直玻璃管固定在所示的区域中，玻璃管的一端位于B处，另一端位于C处，B和C均位于等势线上。（e = 1.6×10 19C）
（1）电子位于A点处，则其受到的静电力沿什么方向？请说明判断理由；
（2）将一个电子从A点移至D点，该电子的电势能变化了多少？请计算并说明理由；
（3）将一个带正电的小球从B端放入管中，并且给它一个向右的初速度，使它能够在玻璃管的约束下运动到C处。运动过程中小球的速率如何变化，请描述并说明理由。（A、B、C等高）
10．（2023·上海黄浦·上海市大同中学统考一模）如图所示的装置由安装在水平台面上的高度H可调的斜轨道KA、水平直轨道AB、圆心为O1的竖直半圆轨道BCD、圆心为O2的竖直半圆管道DEF、水平直轨道FG等组成，F、D、B在同一竖直线上，轨道各部分平滑连接，已知滑块（可视为质点）从K点静止开始下滑，滑块质量m = 0.1kg，轨道BCD的半径R = 0.8m，管道DEF的半径r = 0.1m，滑块与轨道FG间的动摩擦因数μ = 0.4，其余各部分轨道均光滑且无能量损失，轨道FG的长度L = 3m，g取10m/s2。
（1）若滑块恰能过D点，求高度H的大小；
（2）若滑块在运动过程中不脱离轨道，求经过管道DEF的最高点F时的最小速度；
（3）若滑块在运动过程中不脱离轨道且最终能静止在水平轨道FG上，求可调高度H的范围。
11．（2020·上海黄浦·校联考一模）如图所示，一轻质弹簧一端固定在倾角为37°的光滑固定斜面的底端，另一端连接质量为m=2kg的小物块A，小物块A静止在斜面上的O点，距O点为x0=0.75m的P处有一质量为m=1kg的小物块B，由静止开始下滑，与小物块A发生弹性正碰，碰撞时间极短，碰后当小物块B第一次上滑至最高点时，小物块A恰好回到O点．小物块A、B都可视为质点，重力加速度g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8．求：
（1）碰后小物块B的速度大小；
（2）从碰后到小物块A第一次回到O点的过程中，弹簧对小物块A的冲量大小。
12．（2020·上海黄浦·校联考一模）如图所示，光滑绝缘的半圆形轨道ABC固定在竖直面内，圆心为O，轨道半径为R，B为轨道最低点。该装置右侧的圆弧置于水平向右的足够大的匀强电场中。某一时刻一个带电小球从A点由静止开始运动，到达B点时，小球的动能为E0，进入电场后继续沿轨道运动，到达C点时小球的电势能减少量为2E0，试求：
（1）小球所受重力和电场力的大小；
（2）小球脱离轨道后到达最高点时的动能。
参考答案：
1． ACE 仍能 在使用前未对弹簧测力计进行调零操作；未记录两测力计拉力方向；两拉力合力大于5N，用一个测力计拉橡皮筋结点到O点时会超出量程
【详解】①[1]ABE．拉橡皮筋的细绳尽量长些，标记同一细绳方向的两点尽量远些，这些措施都有益于减小力方向的测量误差，但两细绳没必要取等长，故AE符合题意，B不符合题意；
C．拉橡皮筋时，弹簧测力计、细绳、橡皮筋都与木板平行，从而避免因摩擦而造成的误差，故C符合题意；
D．两个弹簧测力计同时拉时，两测力计的拉力大小尽量相差得大些，这样势必会造成一个弹簧测力计的示数较小，不利于减小测量力大小的相对误差，故D不符合题意。
故选ACE。
②[2]实验中细绳套用于反映拉力方向，用两根橡皮筋代替两根细绳套依然可以达到这一目的，所以仍能按原方案完成实验。
③[3]甲、乙两同学在操作中存在的问题：在使用前未对弹簧测力计进行调零操作；未记录两测力计拉力方向；两拉力合力大于5N，用一个测力计拉橡皮筋结点到O点时会超出量程。
2． 电流 电压 a 1.48 1.29
【详解】①[1][2]测量一电池的电动势E和内阻r需要测路段电压和电流，电流传感器应串联接入电路，电压传感器应并联接入电路，由电路图可知图中A、B分别为电流传感器和电压传感器。
[3]滑动变阻器采用限流接法，为了保护电路，闭合开关前滑片P置于阻值最大处，由图可知，滑片P应置于a处；
②[4][5]由闭合电路欧姆定律
可知图像的纵轴截距表示电源电动势为
斜率的绝对值为电源内阻为
3． 电压传感器 0.7
【详解】[1]由图（a）可看出，方框B并联在滑动变阻器两端，则方框B中的传感器是电压传感器。
[2]根据闭合电路的欧姆定律有
E = U＋I(R＋r)
整理有
U = －(R＋r)I＋E
结合图（b）有
解得
r = 0.7Ω
4． 北 44/45
【详解】[1]地磁场分别如图所示
地球可视为一个大磁场，磁场南极大致在地理北极附近，磁场北极在地理南极附近。由表中z轴数据可看出z轴的磁场竖直向下，则测量地点应位于北半球。
[2]磁感应强度为矢量，由表格中可得处当地的地磁场大小约为
5． 小于 远小于 0.32 （或） 实验中未能消除轨道摩擦的影响（或未平衡轨道的摩擦力或轨道的倾角过小等）
【详解】（1）[1]当重物加速向下运动时，对重物有
可知，当重物加速向下运动时，小车所受的拉力小于重物所受重力的大小；
[2]对小车有
解得
可知，当重物的质量远小于小车的质量时，小车所受的拉力的大小近似等于重物所受重力的大小。
（2）[3]根据表中数据，解得
[4]根据
解得
，
可知，为进一步探究加速度a与物体质量 M的关系时，可在表中补充（或 等）数据列，再次建立图像。
（3）[5]根据图像可知，当细绳拉力较小不为0时，小车的加速度仍然为0，表明实验中未能消除轨道摩擦的影响（或未平衡轨道的摩擦力或轨道的倾角过小等）；
[6]根据上述，对小车进行分析有
解得
结合图像有
解得
6． 100 50 87 1.9
【详解】(1)[1]根据电路原理图，实物连线如图所示：
(2)[2][3]根据分压规律
串联在电路中的总电阻约为
所以和阻值太大不能用，否则电压表的示数不满足题中要求；为了在闭合时，能够有效的保护电路，所以，。
(3)[4][5]当电键闭合、断开时
当、均闭合时
解得
，
7．（1） 2.34×10 17 J；（2）1.46×10 16 N；（3）3.2×10 19 C
【详解】（1）根据能量守恒定律可知，该带电粒子在这一过程电势能变化量等于动能变化量的相反数，即
（2）设带电粒子受到的电场力大小为F，根据动能定理有
解得
（3）根据电场强度的定义式变形可得该带电粒子所带电量的大小的计算值为
考虑到实验中所测数据有一定的误差，q应取与e的整数倍最接近的值，即3.2×10 19C。
8．（1）见解析所示；（2）0.25 kg/m3；（3）①3700 N；②4.86×105 J
【详解】（1）
在表格中选一组相同正面投影面积A、不同速度v的数据，做出关系图像，为一条经过坐标原点的倾斜直线则可说明f与v2成正比。
用表格中各组相同正面投影面积A、不同速度v的数据（即各行数据），做出关系图像，发现拟合后为5条经过坐标原点的倾斜直线则可说明f与v2成正比。
（2）选取三组数据
f1 = 2.0×102N、A1=2.0m2、v1=20m/s
f2 = 11.9×102 N、A2 = 3.0 m2、v2 = 40 m/s
f3 = 35.9×102 N、A3 = 4.0 m2、v3 = 60 m/s
分别代入
可求得
k1 = 0.250 kg/m3
k2 = 0.248 kg/m3
k3 = 0.249 kg/m3
则
（3）①v1 = 20 m/s时，汽车受空气阻力f1 = 300 N，根据
可得
②v2 = 30 m/s时，汽车受空气阻力f2 = 680 N，根据
可得
汽车的位移
根据
可知牵引力F与v2为线性关系，又因为匀加速直线运动中位移s与v2为线性关系，因此牵引力F与位移s也为线性关系
这一过程中牵引力做功
9．（1）向右的（或由A指向B），见解析；（2）-1.28×10 18J，见解析；（3）逐渐减小，见解析
【详解】（1）电场线与等势面垂直且指向电势降低的方向，根据图形可知A点的电场强度几乎是向左的，由于电子带负电荷，其受力方向与该点电场强度方向相反，即A点处电子受到的静电力几乎是向右的（或由A指向B）。
（2）由于相邻等势线之间的电势差均为1V，根据图像可知
φ= -3V
φ = 5V
则有
U = φ - φ = -8V
则将一个电子从A点移至D点，电场力做功
W = qU = （-1.6×10 19）×（-8）J = 1.28×10 18 J
可知
ΔEp = -W = -1.28×10 18J
即电子从A点移至D点，电场力做正功，电势能减少了1.28×10 18 J。
（3）由于A、B、C等高，则小球从B运动到C的过程中，重力不做功，重力势能不变，则只有静电力做功，由于电场方向向左，小球带正电，所受电场力向左，可知电场力做负功，电势能增大，则动能减小，即速率逐渐减小。
10．（1）2m；（2）2m/s；（3）2m ≤ H < 3m
【详解】（1）恰能过D点时，由牛顿第二定律可得
则恰能过BCD的最高点D的最小速度为
从释放到D点过程，以AB所在平面为零势能面，据机械能守恒定律可得
解得
H = 2m
（2）滑块在运动过程中不脱离轨道，则通过轨道BCD的最高点D的最小速度为
DF过程，以D所在平面为零势能面，据机械能守恒定律可得
解得
vF = 2m/s
经半圆管道的F点时，若vF > 0，滑块即可通过F点，则经过管道DEF的最高点F时的最小速度vF = 2m/s。
（3）保证不脱离轨道，滑块在F点的速度至少为vF = 2m/s，若以此速度在FG上滑行直至静止运动时，有
μmg = ma
则加速度大小为
a = μg = 0.4 × 10m/s2 = 4m/s2
H = 2m时，FG上滑行距离为
，不掉落轨道
若滑块恰好静止在G点，根据公式v2－v02 = 2ax，可得F点的最大速度为
从K释放到F点过程，以AB所在平面为零势能面，据机械能守恒定律可得
解得
滑块不脱离轨道且最终静止在轨道FG上，可调高度H的范围应满足
2m ≤ H < 3m
11．（1）-1m/s；（2）10N s
【详解】（1）B下滑x0获得的速度为v0，根据机械能守恒定律有
解
v0=3m/s
A、B发生弹性正碰，根据动量守恒定律有
根据能量守恒定律有
解得
v=2m/s，v=-1m/s
（2）碰后，对B由动量定理
解得
对A由动量定理
解得
12．（1） （2）8E0
【详解】(1)设带电小球的质量为m，则从A到B根据动能定理有：
mgR＝E0
则小球受到的重力为：
mg＝
方向竖直向下；
由题可知：到达C点时小球的电势能减少量为2E0，根据功能关系可知：
EqR＝2E0
则小球受到的电场力为：
Eq＝
方向水平向右，小球带正电。
(2)设小球到达C点时速度为vC，则从A到C根据动能定理有：
EqR＝＝2E0
则C点速度为：
vC＝
方向竖直向上。
从C点飞出后，在竖直方向只受重力作用，做匀减速运动到达最高点的时间为：
在水平方向只受电场力作用，做匀加速运动，到达最高点时其速度为：
则在最高点的动能为：
试卷第1页，共3页
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