上海市松江区高考物理三年（2021-2023）模拟题（一模）按题型分类汇编-03实验题、解答题（含解析）

上海市松江区高考物理三年（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．（2021·上海·统考一模）竖直向上拋出的物体，从抛出点到最高点的过程中其动能和重力势能随高度h的变化图线如图所示，物体上升过程中空气阻力做的功为__________J，加速度大小为___________m/s2。
2．（2021·上海·统考一模）如图a为“用DIS研究加速度和力的关系”的实验装置：
(1)在该实验中必须采用控制变量法，应保持___________不变，用钩码所受的重力作为___________，用DIS测小车的加速度；
(2)改变所挂钩码的数量，多次重复测量。在某次实验中根据测得的多组数据可画出a-F关系图线（如图b），此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是______________；
(3)若在原装置中的P处加装一力传感器，重复上述实验，得到的a-F图线与图b中的图线相比会有什么不同：_____________________；
(4)在(3)中，若小车的质量为M，不断增加钩码的数量，则力传感器示数的极限值为________。
3．（2022·上海松江·统考一模）如图所示为用DIS研究通电螺线管的磁感应强度的实验：
（1）该实验用的是_________传感器；实验时要确保传感器的探管与螺旋管的_________重合；
（2）甲、乙两位同学实验得到的磁感应强度随传感器伸入的距离变化关系如图。甲同学得到的图像在第四象限的原因是__________；乙同学在螺线管两侧管口测得磁感应强度为零的原因是_________。
（3）若将通电螺线管内部的磁场近似看作匀强磁场，磁感应强度为B，已知：螺线管长度L、匝数N、横截面积S、电阻R，则穿过通电螺线管的磁通量为__________。
4．（2022·上海松江·统考一模）“用DIS测电源的电动势和内阻”实验电路如图（a）：
（1）传感器1应选用___________传感器，传感器2应选用___________传感器。
（2）正确连接电路，闭合开关移动变阻器滑片，测出多组U和I的值，并记录。以U为纵轴，I为横轴，得到如图（b）所示的图线，则电源电动势___________V；内阻___________Ω。
（3）为测未知电阻，某同学将改接在A、B之间，原处用导线直接相连，其他部分保持不变。重新实验，得到另一条图像，图线与横轴I的交点坐标为（I0，0），与纵轴U的交点坐标为（0，U0）。用、和表示电阻的关系式___________。
二、解答题
5．（2021·上海·统考一模）如图所示，用绝缘丝线将质量为m电荷量为qA的带负电小球A系在O点。在距O点的正下方H处用绝缘柄固定一带电小球B（两球均可看成点电荷）。当丝线与竖直方向夹角为30°时，球A静止，此时A、B两球连线与丝线AO垂直。已知静电力常量为k，重力加速度为g。
(1)画出A球受力示意图，判断B球的电性；
(2)求A球所在处的电场强度E；
(3)求B球的电荷量qB；
(4)若支持B球的绝缘柄漏电，A球在竖直平面内缓慢运动至0°处，B的电荷尚未漏完。在整个漏电过程中，丝线的拉力大小如何变化？请说明原因。
6．（2021·上海·统考一模）如图，在竖直平面内，AB为粗糙的长直轨道，与水平方向的夹角为，BCD、DEG均为半径为的光滑圆弧形轨道，AB与BCD相切于B点，O1、O2为圆心，连线水平，C为圆弧形轨道的最低点，E为最高点。一质量为m=1kg的小环套在轨道AB上，受到水平恒力F的作用，自P点由静止下滑，运动到B点时撤掉水平恒力F，小环滑入光滑圆弧形轨道，恰能通过最高点E。已知小环与AB轨道间的动摩擦因数为，P、B之间的距离为，sin53°=0.8，cos53°=0.6，求：
(1)小环过B点的速度；
(2)小环在PB间运动的加速度；
(3)水平恒力F的大小；
(4)若改变水平恒力F的大小，小环能否到达E点？请分析说明。
7．（2022·上海松江·统考一模）如图，带电量为+Q的小球（可视为点电荷）固定在光滑绝缘水平面上O处。已知：O、B间距离为L，A是OB的中点。（静电力恒量k）
（1）画出A、B两点电场强度的示意图；
（2）若质量为m、电量为q的小球以v0初速从B点运动到A时速度恰为0，求它在A点的加速度；
（3）请分析说明上述过程中电势能的变化情况。
8．（2022·上海松江·统考一模）如图，水平轨道ABC、EG与内、外略微错开的竖直圆轨道CDE平滑连接，倾角为β=37°的斜面GH与水平轨道EG也平滑连接。一质量为m=2kg的物体受到与水平方向成α=53°的恒力F作用，由A点静止出发，经t=2s运动到B点，此时撤去恒力F，物体继续向前运动。已知水平轨道AB、斜面GH与物体间的动摩擦因数均为μ=0.5，BCDEG为光滑轨道，AB的长度为s=10m，圆轨道半径R=2.5m（sin53°=0.8，cos53°=0.6，g取10m/s2）。求：
（1）物体在水平轨道AB上运动的加速度；
（2）恒力F的大小；
（3）物体能否沿图示轨道运动到斜面上高为h=3m的P点？试分析说明；
（4）若仅改变恒力F的大小，要使物体沿图示轨道运动到斜面上的P点，F大小应满足的条件。
9．（2022·上海松江·统考一模）如图，电荷量为Q的正点电荷固定在D处。A、B、C在D竖直上方的高度分别为h、、（已知：静电力常量为k，重力加速度为g）。求：
（1）A处电场强度的大小和方向；
（2）若质量为m的带电小球在A点静止释放，运动到B点时速度达到最大，到C点时速度为零，求小球的电性和电荷量q；
（3）在（2）问的条件下，点电荷Q电场中C、A两点间的电势差。
10．（2022·上海松江·统考一模）如图，在地面上方的竖直平面内放置一杆状轨道，AB为粗糙的长直轨道，长为L=10m，与水平方向的夹角为，BCD、DEF均为半径为的光滑圆弧形轨道，AB与BCD相切于B点，B点离地高度为h=3m，O1、O2两圆心等高，C为圆弧形轨道的最低点，E为最高点。一质量为m=0.2kg的小环套在AB上，自P点由静止释放，经t=2s运动到B点的速度大小为v=6m/s。sin37°=0.6，cos37°=0.8，g取10m/s2，以地面为零势能面。求：
（1）小环在AB轨道上受到的摩擦力的大小；
（2）小环过E点时，小环对弧形轨道的作用力大小；
（3）若改变小环在直杆上释放点的位置，求小环落地时机械能的可能值；
（4）小环在AB杆上某一区域由静止释放时，若小环不会落到地面上，请用能量观点分析小环的运动过程，并求出最终稳定后小环的机械能。
参考答案：
1． -1 12.5
【详解】[1]由动能定理得
解得
[2]由功能关系得
得
由做功定义式得
解得
由牛顿第二定律得
解得
故加速度的大小为
2． 小车总质量 小车所受外合力 钩码质量过大或未满足M >>m 图线为直线，没有弯曲部分 Mg
【详解】(1)[1]探究加速度与力的关系，应保持小车的总质量不变，用钩码所受的重力作为小车所受的合力。
[2]探究加速度与力的关系，应保持小车的质量不变，用钩码所受的重力作为小车所受的合力。
(2)[3]由图象段可知，与成正比，即：在小车质量一定时，加速度与小车受到的合力成正比；以小车与钩码组成的系统为研究对象，系统所受的合外力等于钩码的重力，由牛顿第二定律得
小车的加速度
小车受到的拉力
当时，可以认为小车受到的合力等于钩码的重力，如果钩码的质量太大，则小车受到的合力小于钩码的重力，实验误差较大，图象偏离直线。
(3)[4]若在原装置中的P处加装一力传感器，重复上述实验，得到的a-F图线将是一条直线，没有弯曲部分，因为小车拉力可以直接由力传感器测出来，砝码的质量不需要满足远小于小车的质量。
(4)[5]砝码拉着小车一起运动的最大加速度为g，因此最大拉力
则力传感器示数的极限值为。
3． 磁 中心轴线 甲同学将探管从螺线管的另一端插入（或通过螺线管的电流方向相反） 螺线管通电后，探管位于螺线管管口时将磁传感器调零 BS
【详解】（1）[1]因实验研究的是通电螺线管的磁感应强度，则该实验用的是磁传感器；
[2]实验中测量的是螺线管轴线上个点的磁感应强度，故实验时要确保传感器的探管与螺线管的中心轴线重合；
（2）[3]甲同学得到的图像在第四象限，磁感应强度方向为负，其原因是甲同学将探管从螺线管的另一端插入（或通过螺线管的电流方向相反）；
[4]乙同学在螺线管两侧管口测得磁感应强度为零的原因是螺线管通电后，探管位于螺线管管口时将磁传感器调零。
（3）[5]穿过螺线管的磁通量为
4． 电压 电流
【详解】（1）[1][2]电压传感器要并联在电路中，而电流传感器要串联在电路中，则传感器1应选用电压传感器，传感器2应选用电流传感器。
（2）[3][4]根据闭合回路欧姆定律，从图（b）中可知，当时，，当时，，则有
解得
，
（3）[5]根据题意，由闭合回路欧姆定律有
则有
，
解得
5．（1） ，负电；（2），垂直OA向右下方；（3）；（4）先不变后变大，理由见解析
【详解】(1)A球受力分析如右图所示
B带负电
(2)由A球静止可得
mgsinθ=F
mgcosθ=T
方向垂直OA向右下方
(3)根据库仑定律
得
(4)根据相似三角形
则
因为mg，OA，OB都不变，所以T不变
OA竖直时有
T+F=mg
F减小，T变大
6．(1)；(2)；(3)85N；(4)见解析
【详解】(1)小环由B，根据机械能守恒定律得
(2)小环由P，由运动学公式，可得
(3)当时，，小环受力如下图所示
根据牛顿第二定律有
解得

当时，即，小环受力如下图所示
则有：
解得
(4)时，由(3)有
，随F增大而增大。
当时，由(3)有
，随F增大而减小。
因，越大，则越大，小环由B机械能守恒，越大，也越大。
故：或时，小环不能到达E点，时，小环能到达E点
7．（1）见解析；（2），方向向右；（3）见解析
【详解】（1）如图所示
（2）电量为q小球在A点时，受到的库仑力为
根据牛顿第二定律有
联立解得
方向向右
（3）电量为q小球在由B运动到A的过程中，只有库仑力做负功，所以电势能逐渐增大。小球的动能转化为电势能，故电势能增加。
8．（1）；（2）20N；（3）不能，见解析；（4）
【详解】（1）物体由匀加速运动，根据运动学公式有
解得
（2）物体由，受力分析，根据牛顿第二定律有
联立方程，代入数据解得
（3）物体运动到B点的速度为
先判断物体能否到达D点，过程中，由机械能守恒定律得
解得
物体刚好通过D点时有
解得
由于，故物体到达D点前已离开圆轨道，所以物体不能沿图示轨道运动到斜面上的P点。
（4）由（3）知，物体刚好通过D点时，速度为，然后物体继续运动，沿斜面上升的最大高度为，根据能量守恒有
解得
所以能运动到斜面上的P点。
物体，由机械能守恒
解得
物体由，有
解得
由（2）有
物体刚好不离开水平轨道AB，则有
解得
故物体要沿图示轨道运动到P点，恒力F的大小必须满足
9．（1），方向竖直向上；（2）正电，；（3）
【详解】（1）根据点电荷的电场强度计算公式，即
方向竖直向上；
（2）小球运动到B点时速度达到最大，此时小球运动的加速度为零，小球所受的重力与库仑力大小相等，方向相反，即
由此可知，小球必带正电，且电荷量为
（3）从A到C过程，电场力做负功，机械能转化为电势能，即
解得
10．（1）；（2）；（3）；（4）见解析，
【详解】（1）小环由，加速度为
对小环进行受力分析，如图所示
根据牛顿第二定律
解得
f=0.6N
方向沿AB向上。
（2） 小环由，根据机械能守恒定律有
解得
则在E点有
N=mg
由牛顿第三定律，小环对弧形轨道的压力为
解得
（3）小环刚好越过E点，落地的机械能最小，则
小环自A点释放，落地的机械能最大，根据能量守恒定律有
故小环落地的机械能为
（4）小环自P、B之间由静止释放，则小环不能到达E点，不会落到地面上。小环滑过B点后，在弧形轨道上运动，只有重力做功，机械能守恒，再滑回B点，滑上斜轨AB，因克服摩擦力做功，小环的机械能逐渐减小，在斜轨上到达的最高点比释放点低，小环在斜轨和弧形轨道上来回往复运动，到达的最高点逐渐降低，最终必将在BCB′（B′点在弧形轨道上，与B点等高）之间做来回往复运动，机械能守恒。故最终稳定后小环的机械能为
E=mgh=6J
试卷第1页，共3页
试卷第1页，共3页

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