实验组合训练（一）-2027届高三物理一轮复习同步练习

实验组合训练（一）-2027届高三物理一轮复习同步练习 姓名： 班级： 学号： （实验：探究小车速度随时间变化的规律） 1.（10分）（2025重庆模拟）光电计时系统的工作要借助于光源和光敏管（统称光电门）。如图甲所示，在滑块上安装宽度d为1.00 cm的遮光片，滑块在牵引力作用下由静止开始运动并通过光电门，配套的数字计时器记录了遮光片的遮光时间Δt为4.0 ms。 甲 乙 （1）遮光片通过光电门的平均速度＝　　　　 m/s（保留两位有效数字）。  （2）为减小用光电门和数字计时器测瞬时速度的误差，使平均速度更接近瞬时速度，下列举措正确的是　　　　。  A.换用宽度更窄的遮光片 B.增大滑块距光电门的位移 C.让滑块以更大的速度通过光电门 （3）考虑到光电门的光源射出的光有一定的粗细，当遮光片100%遮住光源发出的光时，才认为光被遮住，则第（1）问中的测量值比真实值　　　　（选填“偏大”或“偏小”）。  （4）某同学设计了如图乙所示的U形遮光片，换用该遮光片重复上述实验，滑块运动方向及遮光片的长度参量如图所示。若数字计时器显示两次开始遮光的时间间隔为Δt'，则滑块通过光电门的瞬时速度v'＝　　　　。（用所给字母表示）  2.（10分）（2025河北石家庄模拟）某班级学生利用如图甲所示装置探究匀变速直线运动。 （1）除图甲中所示器材外，下列装置必要的是　　　　。  甲 A.电压适当的交流电源 B.秒表 C.天平 D.刻度尺 （2）实验中打点周期为0.02 s，某一实验小组得到如图乙所示纸带，选取5个计时点，测得AC距离为6.0 cm，DE距离为3.2 cm。则打点B时纸带的速度为　　　　 m/s，小车加速度为　　　　 m/s2（均保留两位有效数字）；  乙 （3）另一实验小组每隔0.1 s取一个计数点，并按相邻计数点把纸带逐段剪下放好，纸带左上端点近似成一条直线，连接后如图丙所示，用刻度尺测出其斜率为k＝0.6，已知纸带宽为2 cm，则小车加速度为　　　　　 m/s2（保留两位有效数字）。  丙 3.（8分）（2025黑龙江哈尔滨模拟）某同学利用打点计时器分析自身步行时的速度特征。她先把打点计时器固定在与自己腰部等高的桌面上，再把穿过限位孔的纸带与腰部相连。当她沿直线步行时带动纸带运动，打点计时器便可以记录自己步行时的运动信息。 （1）如图甲所示，选取点迹清晰的纸带，每0.1 s取一个计数点，则纸带中B点的瞬时速度为　　　　 m/s。  甲 （2）如图乙所示，沿着各计数点位置把纸带裁开并编号，按编号顺序把剪出的纸带下端对齐并排粘贴在坐标纸上，把每段纸带上边中点连接成平滑曲线。由图可估算该同学迈一步的距离为　　　　 m（保留两位有效数字）。  乙 （3）该同学用图乙图像继续研究自己运动的速度—时间关系，如果用纵坐标表示速度大小，横坐标表示时间，则纸带的横宽d对应横坐标中的时间长度为　　　　 s。  4.（6分）（2025辽宁模拟预测）某同学利用如图甲所示的装置探究小车速度随时间变化的规律。将木板固定在水平桌面上，在沙桶中放入适量细沙，闭合打点计时器开关，由静止释放小车，得到一条用打点计时器打下的纸带，并在其上取O、A、B、C、D、E、F共7个计数点（每相邻两个计数点间还有4个计时点没有画出），计数点A、B、C、D、E、F与O点的间距如图乙所示。已知交流电源的频率为f。 甲 乙 （1）根据纸带上计数点间的距离，计算出打下D点时沙桶的瞬时速度大小vD＝　　　　　　（用题中所给物理量的符号表示）。  （2）根据纸带上计数点间的距离，计算出沙桶的加速度大小a＝　　　　　　（用题中所给物理量的符号表示）。  5.（16分）（2025江苏南通模拟）某实验小组利用图甲所示装置测量物体自由下落的加速度，电火花计时器竖直固定在铁架台上。重物由静止释放，带动纸带下落，利用纸带上的点迹求得重物下落的加速度。 甲 （1）电火花计时器使用的电源为　　　　。  A.交流8 V B.直流8 V C.交流220 V （2）实验中得到的一条点迹清晰的纸带，纸带和刻度尺平行放置，部分区域如图乙所示，A、B、C是纸带上连续的三个计时点，相邻两计时点间的时间间隔T＝0.02 s。 乙 ①实验时纸带的　　　　（选填“左”或“右”）端和重物相连接。  ②计时点A对应的刻度xA＝　　　　 cm，计时点B对应重物的速度大小vB＝　　　　 m/s。 ③计时点A、B间距离为x1，B、C间距离为x2，重物下落的加速度大小a1＝　　　　（用x1、x2和T表示）。  （3）分别测出纸带上各计时点对应重物的速度v，将速度v与对应时间t输入计算机拟合得到如图丙所示的v－t图像，直线方程为v＝9.72t＋1.35，则重物下落的加速度大小a2＝　　　　 m/s2。  丙 （4）以上两种方法均可求得重物自由下落的加速度，　　　　（选填“a1”或“a2”）的求解方法更为合理，理由是　    　。  答案： 1.答案 （1）2.5　（2）A　（3）偏大　（4） 解析 （1）由得平均速度为 m/s＝2.5 m/s。 （2）由速度定义式v＝可知，要使平均速度更接近瞬时速度，应使Δx或Δt趋近于0，即应用宽度更窄的遮光片以减小误差。故选A。 （3）遮光片100%遮住光源发出的光时，才认为光被遮住，从开始遮光，到遮光结束，d测>d真，的测量值比真实值大。 （4）由题图可知，数字计时器显示两次开始遮光的时间间隔内，滑块的位移为s1＋s2，则滑块通过光电门的瞬时速度v'＝。 2.答案 （1）AD　（2） 1.5　2.0　（3）1.2 解析 （1）该实验不需要秒表与天平，需要通过打点计时器记录实验数据，而打点计时器需要接到交流电源上，处理数据时需要利用刻度尺测量长度，故选A、D。 （2）匀变速直线运动中，某时间段的中间时刻的速度等于某时间段的平均速度，故有vB＝＝1.5 m/s；同理有＝1.6 m/s，则a＝＝2.0 m/s2。 （3）因为剪断的纸带所用的时间都是T＝0.1 s，设两个相等时间内的位移差为Δx，则根据题意有Δx＝kd＝0.6×2×10－2 m＝1.2×10－2 m，再由Δx＝at2，解得a＝1.2 m/s2。 3.答案 （1）0.99　（2）0.53　（3）0.1 解析 （1）相邻两个计数点间的时间间隔T＝0.1 s，纸带中B点的瞬时速度近似等于AC段的平均速度vB＝ m/s＝0.99 m/s。 （2）把图像看成v－t图像，同学的步幅为图像一个周期内每段纸带面积之和，该同学的步幅为s＝（8.8＋11＋12＋11＋9.7） cm＝0.525 m≈0.53 m。 （3）纸带的横宽d对应横坐标中的时间间隔为T＝0.1 s。 4.答案 （1）　（2） 解析 （1）由于相邻两个计数点间还有4个点没有画出，则相邻计数点之间的时间间隔T＝，根据题图甲可知，沙桶的速度大小为小车速度大小的两倍，则打下D点时沙桶的瞬时速度大小vD＝2·。 （2）根据题图甲可知，沙桶的加速度大小为小车加速度大小的两倍，根据逐差法可知，沙桶的加速度大小a＝2·。 5.答案 （1）C　（2）①左　②19.88　2.142 5　③　（3）9.72　（4）a2　得到a2的过程充分利用了实验数据从而减小了偶然误差，而得到a1的过程只利用了纸带上两段相邻的位移数据，偶然误差较大 解析 （1）电火花计时器使用的电源为交流220 V，故选C。 （2）①重物做加速运动，纸带上点迹较密集的部分为先打出来的点，故实验时纸带的左端与重物相连。 ②计时点A对应的刻度为xA＝19.88 cm，计时点C对应的刻度为xC＝28.45 cm，计时点B对应重物的速度大小vB＝ m/s＝2.142 5 m/s。 ③由匀变速运动推论得x2－x1＝a1T2，得a1＝。 （3）v－t图像的斜率表示加速度，故a2＝9.72 m/s2。 （4）a2的求解方法更为合理，理由是a2是利用多个点的数据进行拟合得到v－t图像，充分利用了实验数据从而减小了偶然误差，而a1只利用了纸带上两段相邻的位移数据，偶然误差较大。 （实验：探究弹簧弹力与形变量的关系） 6.（10分）（2026天津月考）“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，组成了如图甲所示的装置，所用的每个钩码的质量都是30 g。他先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个挂在弹簧的下端，每次都测出相应的弹簧总长度，在坐标系中作出弹簧弹力大小F跟弹簧总长度x之间的函数关系的图线，如图乙所示。（弹簧认为是轻弹簧，弹力始终未超出弹性限度，g取10 m/s2） （1）由图线求得该弹簧的劲度系数k＝　　　 N/m，原长　　　 cm。（结果均保留两位有效数字）  （2）某同学在做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”实验中，他先把弹簧平放在桌面上使其自然伸长，用毫米刻度尺测出弹簧的原长L0，再把弹簧竖直悬挂起来，挂上钩码后测出弹簧伸长后的长度L，把L－L0作为弹簧的伸长量x。这样操作，由于弹簧自身重力的影响，最后画出的图线可能是图中的　　　。  7.（10分）（2025四川卷）某学习小组利用生活中常见物品开展“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验。已知水的密度为1.0×103 kg/m3，当地重力加速度为9.8 m/s2。实验过程如下： （1）将两根细绳分别系在弹簧两端，将其平放在较光滑的水平桌面上，让其中一个系绳点与刻度尺零刻度线对齐，另一个系绳点对应的刻度如图1所示，可得弹簧原长为　　　　 cm。  图1 （2）将弹簧一端细绳系到墙上挂钩，另一端细绳跨过固定在桌面边缘的光滑金属杆后，系一个空的小桶。使弹簧和桌面上方的细绳均与桌面平行，如图2所示。 图2 （3）用带有刻度的杯子量取50 mL水，缓慢加到小桶里，待弹簧稳定后，测量两系绳点之间的弹簧长度并记录数据。按此步骤操作6次。 （4）以小桶中水的体积V为横坐标，弹簧伸长量x为纵坐标，根据实验数据拟合成如图3所示直线，其斜率为200 m－2。由此可得该弹簧的劲度系数为　　　　 N/m（结果保留2位有效数字）。  （5）图3中直线的纵截距为0.005 6 m，可得所用小桶质量为　　　　　　 kg（结果保留2位有效数字）。  图3 8.（10分）（2025河北邯郸模拟预测）橡皮筋也像弹簧一样，在弹性限度内遵循胡克定律。用图甲所示装置测量一条橡皮筋的劲度系数。将细线下端连接在橡皮筋的上端部位，细线上端固定在铁架台的横梁上，橡皮筋下端固定一个水平的轻质小纸片，橡皮筋自然下垂处于伸直状态，在小纸片正下方的桌面上放置一个距离传感器，可以测出水平小纸片与传感器上表面的距离h。在橡皮筋下端挂上钩码，钩码稳定后，记录所挂钩码的个数n和对应的h值，逐一增加所挂钩码的个数，重复上述操作。每个钩码的质量m＝50 g，重力加速度g取10 m/s2。 甲 乙 丙 （1）根据实验记录的数据作出h随钩码个数n的变化关系图线如图乙所示，可得图像的斜率为　　　　 cm/个，橡皮筋的劲度系数测量值k＝　　　　　 N/m。（结果均保留2位有效数字）  （2）为防止橡皮筋从上端细线中脱落，橡皮筋在细线连接点上方留有一小段长度（如图丙），这会导致实验对整条橡皮筋劲度系数的测量值　　　　（选填“偏大”“偏小”或“不变”）。 9.（10分）（2025山东泰安模拟）实验小组利用图甲所示装置探究弹簧弹力与形变量的关系。重物放在水平放置的力传感器上面，轻质弹簧一端与重物相连，另一端与跨过处于同一水平高度的两个光滑定滑轮的细线的M端相连，调整滑轮1的位置，使其下方的细线处于竖直状态。初始时，细线各部分均伸直但无拉力，滑轮2的右侧竖直固定一刻度尺，调整刻度尺的高度，使其零刻度线恰与细线的N端点对齐。现缓慢竖直向下拉端点N，分别记录端点N移动的距离x及对应的力传感器的示数F。F－x关系如图乙所示，图中F0、x0均为已知量，当地的重力加速度为g。 甲 乙 （1）由图乙可得弹簧的劲度系数k＝　　　　，重物的质量m＝　　　　。  （2）若拉动端点N时偏离了竖直方向，则弹簧劲度系数的测量值　　　　（选填“大于”“小于”或“等于”）其真实值。  10.（10分）（2025重庆巴南模拟）物理兴趣小组通过查阅资料发现弹性绳的弹力与形变量满足胡克定律。 （1）如图甲所示，弹性绳一端固定在水平天花板上，另一端悬挂一重力为8 N的重物，重物静止后弹性绳长度为14 cm，已知弹性绳的自然长度（原长）为9 cm，则弹性绳的劲度系数为　　　　 N/m。  （2）一原长未知的弹性绳的两端分别固定在天花板的A、B两点，A、B两点间的距离为d，在弹性绳的中点C挂一个质量为m的钩码（钩码的挂钩光滑），钩码静止后∠ACB为θ。当钩码的重力为2 N时，θ为120°，此时弹性绳的弹力为　　　　 N。改变钩码的质量m，同时调整A、B两点间的距离d，使得钩码静止后θ始终为120°，得到m－d图像如图丙所示，m－d图像的斜率为a，弹性绳的劲度系数为k，则当地的重力加速度为　　　　（用k、a表示）。  答案： 6.答案 （1） 28　6.0　（2）C 解析 （1）根据F＝k（x－x0），则由图线求得该弹簧的劲度系数k＝ N/m＝28 N/m；原长为图像与横坐标的截距，故x0＝6.0 cm。 （2）竖直悬挂弹簧时由于重力影响，弹簧的长度大于L0，则当外力F＝0时L－L0>0，即图像与横轴有正的截距，但直线斜率不变，即不影响劲度系数的计算，故图像为C。 7.答案 （1）13.15　（4）49　（5）0.028 解析 （1）刻度尺最小刻度为1 mm，往下估读一位，弹簧原长为13.15 cm。 （4）对桶和水受力分析，由胡克定律得kx＝mg＋ρVg 变形得x＝V＋ 斜率＝200 m－2，可得k＝49 N/m。 （5）由x＝V＋可知，当V＝0时，有0.005 6 m＝ 可得m＝0.028 kg。 8.答案 （1）－2.0　25　（2）偏大 解析 （1）图像斜率k0＝ cm/个＝－2.0 cm/个；由胡克定律可得nmg＝k（h0－h），即h＝h0－，可得－＝k0，将m＝50 g，g＝10 m/s2代入可得k＝25 N/m。 （2）橡皮筋在细线连接点上方留有一小段长度，若将该段橡皮筋放置在结点以下，施加一定拉力后，除原先就在结点以下的橡皮筋部分会伸长外，该段橡皮筋也将伸长，这会导致整条橡皮筋的伸长量增大，所测得的劲度系数变小，所以这条橡皮筋劲度系数的测量值偏大。 9.答案 （1）　（2）大于 解析 （1）对重物受力分析可知F＝mg－FT，则ΔF＝－ΔFT，对弹簧由胡克定律有FT＝kx，联立可得k＝＝－。当x＝0时，弹簧拉力为零，力传感器的示数等于重物的重力，则F0＝mg，解得重物的质量m＝。 （2）若拉动端点N时偏离了竖直方向，则测量的弹簧的伸长量偏小，弹簧劲度系数的测量值大于其真实值。 10.答案 （1）160　（2）2　 解析 （1）由题意可知，该弹性绳的伸长量为Δx＝14 cm－9 cm＝5 cm，由胡克定律有F弹＝kΔx，解得k＝ N/m＝160 N/m。 （2）由题意可知，两条弹性绳上的弹力大小相等，其合力与钩码重力相等，所以有2Fcos 60°＝G，解得F＝2 N。由平衡知识可知，弹性绳的拉力FT＝mg，设弹性绳原长为l0，则FT＝k，解得m＝d－，由图像可知a＝，解得g＝。 学科网（北京）股份有限公司 $