2021年高考物理真题和模拟题分类汇编专题18 力学光学热学实验(含答案解析)
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1、专题专题 18 力学、光学、热学实验力学、光学、热学实验 1.(2021 浙江卷)图示是“用双缝干涉测量光的波长”实验的装置。实验中: 观察到较模糊的干涉条纹,要使条纹变得清晰,值得尝试的是_。(单选) A.旋转测量头 B.增大单缝与双缝间的距离 C.调节拨杆使单缝与双缝平行 要增大观察到的条纹间距,正确的做法是_ (单选) A.减小单缝与光源间的距离 B.减小单缝与双缝间的距离 C.增大透镜与单缝间的距离 D.增大双缝与测量头间的距离 2.(2021 浙江卷)在“验证机械能守恒定律”实验中,小王用如图 1 所示的装置,让重物从静止 开始下落,打出一条清晰的纸带,其中的一部分如图 2 所示。O
2、点是打下的第一个点,A、 B、C和 D 为另外 4个连续打下的点。 为了减小实验误差, 对体积和形状相同的重物, 实验时选择密度大的理由是_。 已知交流电频率为50Hz,重物质量为200g,当地重力加速度 2 9.80m/sg ,则从 O点 到 C 点,重物的重力势能变化量的绝对值 p E_J、C 点的动能 kC E _J(计算结果均保留 3 位有效数字)。 比较 kC E与 p E 的大小, 出现这一结果的原 因可能是_。 A.工作电压偏高 B.存在空气阻力和摩擦力 C.接通电源前释放了纸带 3.(2021 全国乙卷)某同学利用图(a)所示装置研究平抛运动的规律。 实验时该同学使用频闪仪 和
3、照相机对做平抛运动的小球进行拍摄,频闪仪每隔0.05s发出一次闪光,某次拍摄后得到 的照片如图(b)所示(图中未包括小球刚离开轨道的影像)。 图中的背景是放在竖直平面内的带 有方格的纸板,纸板与小球轨迹所在平面平行,其上每个方格的边长为5cm。该同学在实 验中测得的小球影像的高度差已经在图(b)中标出。 完成下列填空:(结果均保留 2位有效数字) (1)小球运动到图(b)中位置 A 时,其速度的水平分量大小为_m/s,竖直分量大小 为_m/s; (2)根据图(b)中数据可得,当地重力加速度的大小为_ 2 m/s。 4.(2021 全国甲卷)为测量小铜块与瓷砖表面间的动摩擦因数,一同学将贴有标尺
4、的瓷砖的一 端放在水平桌面上,形成一倾角为的斜面(已知 sin=0.34,cos=0.94),小铜块可在斜 面上加速下滑, 如图所示。 该同学用手机拍摄小铜块的下滑过程, 然后解析视频记录的图像, 获得 5 个连续相等时间间隔(每个时间间隔T=0.20s)内小铜块沿斜面下滑的距离 si(i=1, 2, 3, 4,5),如下表所示。 s1 s2 s3 s4 s5 5.87cm 7.58cm 9.31cm 11.02cm 12.74cm 由表中数据可得,小铜块沿斜面下滑的加速度大小为_m/s2,小铜块与瓷砖表面 间的动摩擦因数为_。(结果均保留 2 位有效数字,重力加速度大小取 9.80m/s2)
5、 5.(2021 湖南卷)某实验小组利用图(a)所示装置探究加速度与物体所受合外力的关系。 主要实 验步骤如下: (1)用游标卡尺测量垫块厚度h,示数如图(b)所示,h_cm; (2)接通气泵,将滑块轻放在气垫导轨上,调节导轨至水平; (3)在右支点下放一垫块,改变气垫导轨的倾斜角度; (4)在气垫导轨合适位置释放滑块,记录垫块个数n和滑块对应的加速度a; (5)在右支点下增加垫块个数(垫块完全相同),重复步骤(4),记录数据如下表: n 1 2 3 4 5 6 2 / m sa 0.087 0.180 0.260 0.425 0.519 根据表中数据在图(c)上描点,绘制图线_。 如果表中缺
6、少的第 4 组数据是正确的,其应该是_ 2 m/s(保留三位有效数字)。 6.(2021 河北卷)某同学利用图 1 中的实验装置探究机械能变化量与力做功的关系,所用器材 有:一端带滑轮的长木板、轻细绳、50g的钩码若干、光电门 2 个、数字计时器、带遮光 条的滑块(质量为200g,其上可放钩码)、刻度尺,当地重力加速度为 2 9.80m/s,实验操作 步骤如下: 安装器材,调整两个光电门距离为50.00cm,轻细绳下端悬挂 4 个钩码,如图 1 所示; 接通电源,释放滑块,分别记录遮光条通过两个光电门的时间,并计算出滑块通过两个光 电门的速度; 保持最下端悬挂 4 个钩码不变, 在滑块上依次增
7、加一个钩码, 记录滑块上所载钩码的质量, 重复上述步骤; 完成 5 次测量后,计算出每次实验中滑块及所载钩码的总质量 M、系统(包含滑块、滑块 所载钩码和轻细绳悬挂钩码)总动能的增加量 k E及系统总机械能的减少量 E,结果如下 表所示: / kgM 0.200 0.250 0.300 0.350 0.400 k/J E 0.582 0.490 0.392 0.294 0.195 /JE 0.393 0.490 0.686 0.785 回答下列问题: (1)实验中轻细绳所悬挂钩码重力势能的减少量为_J(保留三位有效数字); (2)步骤中的数据所缺数据为_; (3)若 M为横轴,E为纵轴,选择合
8、适的标度,在图 2中绘出EM 图像_; 若系统总机械能的减少量等于克服摩擦力做功,则物块与木板之间的摩擦因数为_(保 留两位有效数字) 7.(2021 春 浙江卷) (1)用如图所示装置进行“探究功与速度变化的关系”实验。装有砝码的盘 用绕过滑轮的细线牵引小车, 盘和砝码的重力可当作牵引力。 小车运动的位移和速度可以由 打点纸带测出,以小车为研究对象,改变砝码质量,便可探究牵引力所做的功与小车速度变 化的关系。 关于这个实验,下列说法正确的是_; A.需要补偿小车受到阻力的影响 B.该实验装置可以“验证机械能守恒定律” C.需要通过调节定滑轮使细线与长木板平行 D.需要满足盘和砝码总质量远小于
9、小车的质量 如图 2所示是两条纸带,实验时打出的应是第_条(填写“I”或“II”)纸带; 根据实验数据, 在坐标纸上画出的 W-v2图象是一条过原点的直线, 据此图象_(填“能” 或“不能”)求出小车的质量。 (2)小明同学在做“测定玻璃的折射率”实验时,发现只有 3 枚大头针,他把大头针 A、B、C 插在如图所示位置,并测出了玻璃的折射率。请在答题纸相应方框中画出光路图,标出入射 角 i和折射角 r,并写出折射率 n 的计算式。_ 8.(2021 广东卷)某兴趣小组测量一缓冲装置中弹簧的劲度系数,缓冲装置如图所示,固定在 斜面上的透明有机玻璃管与水平面夹角为30 , 弹簧固定在有机玻璃管底端
10、。 实验过程如下: 先沿管轴线方向固定一毫米刻度尺,再将单个质量为 200g 的钢球(直径略小于玻璃管内径) 逐个从管口滑进,每滑进一个钢球,待弹簧静止,记录管内钢球的个数 n和弹簧上端对应的 刻度尺示数 0 L,数据如表所示。实验过程中弹簧始终处于弹性限度内。采用逐差法计算弹 簧压缩量,进而计算其劲度系数。 n 1 2 3 4 5 6 /cm n L 8.04 10.03 12.05 14.07 16.11 18.09 (1)利用 ii 3i i1,2,3LLL 计算弹簧的压缩量: 1 6.03cmL, 2 6.08cmL, 3 L_cm,压缩量的平均值 123 3 LLL L _cm; (
11、2)上述 L 是管中增加_个钢球时产生的弹簧平均压缩量; (3)忽略摩擦,重力加速度 g 取 2 9.80m /s,该弹簧的劲度系数为_N/m。(结果保留 3 位有效数字) 9.(2021 四川泸州三模)科学探究活动通常包括以下环节提出问题、形成猜想和假设、设计 实验与制订方案、获取和处理信息、基于证据得出结论并作出解释,以及交流、评估、反思 等。某物理学习小组在进行研究影响滑动摩擦力的因素的探究实验时,提出“滑动摩擦 力可能与接触面间的压力有关”。 (1)这属于科学探究活动的_环节; (2)他们用如图甲所示的实验装置来探究滑动摩擦力与正压力的关系,测得木块 1 的重力为 1N,木板 2 在拉
12、力作用下向右运动,木块 1 相对于地面静止,读出此时弹簧测力计的示数 F1。改变放在木块 1 上面的砝码,重复上述操作,得到一组 Fn与相应的砝码重力 G 的数据 如下表。其中 F6的值从图乙中弹簧测力计的示数读出,则表中 F6=_N,根据表中的数 据在如图丙所示的坐标纸中作出滑动摩擦力 f与正压力 FN的关系图线;_ 砝码重力 G/N 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 正压力 F N/N 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 400 弹簧测力计读 数 F /N 0.44 0.62 0.75 0.89 1.06 F6 (3)由作出的图线你得到的科学结论是:
13、 _。 10.(2021 北京海淀一模)现用如图 11 所示双缝干涉实验装置来测量光的波长。 (1)在组装仪器时单缝和双缝应该相互_放置。(选填“垂直”或“平行”); (2)已知测量头主尺的最小刻度是毫米,副尺上有 50 分度。某同学调整手轮使测量头的分划 板中心刻线与某亮纹中心对齐, 并将该亮纹定为第 1 条亮纹, 此时测量头上游标卡尺的读数 为 1.16mm;接着再同方向转动手轮,使分划板中心刻线与第 6 条亮纹中心对齐,此时测量 头上游标卡尺的示数如图 12 所示, 则读数为_mm。 已知双缝间距 4 2.00 10md , 测得双缝到毛玻璃屏的距离 L=0.800m, 所测光的波长_n
14、m。 (保留 3 位有效数字); (3)为减小误差,该实验并未直接测量相邻亮条纹间的距离x,而是先测量 n 个条纹的间距 再求出x。下列实验采用了类似方法的有_。 A.探究两个互成角度的力的合成规律的实验中合力的测量 B.探究弹簧弹力与形变量的关系的实验中弹簧的形变量的测量 C.用单摆测重力加速度的实验中单摆的周期的测量 D.用油膜法估测油酸分子的大小的实验中 1 滴油酸酒精溶液体积的测量 11.(2021 北京海淀一模)如图 13 所示,用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律,即研究两个 半径相同的小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。 (1)为完成此实验,以下提供的测量工具中,本实验必须使用
15、的是_。(选填选项前的 字母) A.刻度尺 B.天平 C.打点计时器 D.秒表 (2)关于本实验,下列说法中正确的是_。(选填选项前的字母) A.同一组实验中,入射小球必须从同一位置由静止释放 B.入射小球的质量必须小于被碰小球的质量 C.轨道倾斜部分必须光滑 D.轨道末端必须水平 (3)图 13 中 O 点是小球抛出点在地面上的垂直投影, 实验时先让入射小球多次从斜轨上位置 S 由静止释放,通过白纸和复写纸找到其平均落地点的位置 P,测出平抛射程 OP。然后, 把被碰小球静置于轨道的水平部分末端, 仍将入射小球从斜轨上位置 S 由静止释放, 与被碰 小球相碰,并多次重复该操作,两小球平均落地
16、点位置分别为 M、N。实验中还需要测量的 有_。(选填选项前的字母) A.入射小球和被碰小球的质量 12 mm、 B.入射小球开始的释放高度 h C.小球抛出点距地面的高度 H D.两球相碰后的平抛射程 OM、ON (4)在某次实验中,记录的落点平均位置 M、N 几乎与 OP 在同一条直线上,在实验误差允许 范围内,若满足关系式_,则可以认为两球碰撞前后在 OP 方向上的总动量守恒。【用(3)中测量的量表示】 (5)某同学在上述实验中更换了两个小球的材质,且入射小球和被碰小球的质量关系为 12 2mm,其它条件不变。两小球在记录纸上留下三处落点痕迹如图 14 所示。他将米尺的 零刻线与 O 点
17、对齐,测量出 O 点到三处平均落地点的距离分别为 OA、OB、OC。该同学通 过测量和计算发现,两小球在碰撞前后动量是守恒的。 由此可以判断出图 14 中 B 处是_; A.未放被碰小球,入射小球的落地点 B.入射小球碰撞后的落地点 C.被碰小球碰撞后的落地点 若进一步研究该碰撞是否为弹性碰撞, 还需要判断关系式_是否 成立。【用(5)中的物理量表示】 12.(2021 河北唐山一模)在探究物体质量一定时加速度与力的关系实验中,小明同学做了如 图甲所示的实验改进,在调节桌面水平后,添加了用力传感器来测细线中的拉力。 (1)关于该实验的操作,下列说法正确的是_。 A.必须用天平测出砂和砂桶的质量
18、 B.一定要保证砂和砂桶的总质量远小于小车的质量 C.应当先释放小车,再接通电源 D.需要改变砂和砂桶的总质量,打出多条纸带 (2)实验得到如图乙所示的纸带,已知打点计时器使用的交流电源的频率为 50Hz,相邻两计 数点之间还有四个点未画出,由图中的数据可知,小车运动的加速度大小是_m/s2。 (计算结果保留三位有效数字) (3)由实验得到小车加速度 a 与力传感器示数 F 的关系如图丙所示。则小车与轨道的滑动 摩擦力 Ff=_N。 13.(2021 云南曲靖一模)利用如图所示的装置可以探究滑动摩擦力f与正压力FN之间的关系, 请回答下列问题: 适当添加钩码,使其能够带动小车向右运动; 多次在
19、木块上添加砝码以改变压力, 尽可能多测几组数据, 实验中应该测量和记录的数据 是:_、_; 如果用图像法处理实验数据,以摩擦力 f 为横轴,正压力 FN为纵轴,如实验步骤正确, 得到的应是一条_(选填“直线”或“折线”或“曲线”),图像的哪一数值表示是动摩擦因 数:_; 正确的实验结论是:_。 14.(2021 江苏常州一模)某同学用图甲所示装置,测量系统运动过程中所受阻力的大小。已 知 m460g、M520g 的两物体用细线连接,跨过光滑轻质小滑轮。在 m 下端接上纸带, 接通打点计时器电源,让 M 从高处由静止开始下落,如图乙为实验打出的一条纸带,每相 邻两计数点间还有 4 个点(图中未标
20、出),g 取 9.8m/s2,请测量并求出运动过程中系统受到的 阻力大小(结果保留两位有效数字)。 15.(2021 河北石家庄一模)如图所示是某同学验证“做圆周运动的物体所受向心力大小与线 速度关系”的实验装置。已知重力加速度为 g。主要实验步骤如下: (1)用天平测出小钢球的质量 m; (2)用游标卡尺测出小钢球直径 d; (3)轻质细线一端与小钢球相连,另一端固定在拉力传感器上。小钢球静止时刚好位于光电 门中央,用米尺量出线长 L; (4)将小钢球拉到适当的高度处释放。测出小钢球通过光电门的时间 t,小钢球经过光电门时 的速度大小为_。则此时小钢球向心力表达式 F向=_; (5)读出力传
21、感器示数的最大值 Fm。则向心力还可表示为 F向_。对比 F向和 F向的大小, 可得出结论。 16.(2021 河北石家庄一模)某同学利用重捶的自由落体运动验证机械能守恒定律。实验中: (1)实验室提供了铁架台、重锤、夹子、纸带等器材,为完成此实验,除了所给的器材,从 图中还必须选取的实验器材是_。(填字母代号)。 (2)下列方法有助于减小实验设差的是_。(填字母代号)。 A.在重锤的正下方地面铺橡胶垫 B.必须从纸带上第一个点开始计算验证机械能是否守恒 C.重复多次实验,重锤必须从同一位置开始下落 D.重锤的密度尽量大一些 (2)实验中,质量为 0.20kg 的重锤拖着纸带自由下落,在纸带上
22、打出一系列的点,O 为打下 的第一个点,A、B、C 为三个计数点,相邻两点之间还有一个点未画出,如图所示。已知 打点计时着所用交流电的频率为 50Hz,当地的重力加速度为 9.80m/s2。从起点 O 到打下 B 点的过程中重锤的重力势能减少量Ep=_J;此过程中重物动能的增加量Ek=_J 根 据数据,该同学验证了机械能守恒定律。(计算结果均保留 3位有效数字) 17.(2021 广西柳州一模)某同学用如图所示的装置做验证动量守恒定律的实验操作步骤如下: I.先将光滑斜槽轨道的末端调至水平,在一块平木板表面先后钉上白纸和复写纸,并将该木 板立于靠近槽口处,使小球 a从斜槽轨道上某固定点处由静止
23、开始滚下, 撞到木板在记录纸 上留下压痕 O。 II.将木板向右平移适当距离,再使小球 a 从原固定点由静止释放,撞到木板在记录纸上留下 压痕。 III.把半径相同的小球 b(mamb )静止放在斜槽轨道水平段的右边缘,让小球 a仍从原固定点 由静止开始滚下,与小球 b 相碰后,a球沿轨道反弹后返回,两球撞在木板上留下压痕。 将这些压痕标记为 A、B、C,已知 b 球的压痕为 C。 (1)本实验必须测量的物理量是_(填选项前的字母); A.小球 a、b的质量 ma、mb B.小球 a、b的半径 r C.斜槽轨道末端到本板的水平距离 x D.记录纸上 O点到 A、B、C的距离 y1、y2、y3
24、(2)放上被碰小球 b,两球相碰后,小球 a 在图中的压痕点为_(填“A”或“B”); (3)用本实验中所测得的物理量来验证两球碰撞过程动量守恒,其表达式为_。 18.(2021 北京东城一模)在“用双缝干涉测光波长”的实验中, (1)如图 1 所示, 将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐, 将该亮纹定为第 1 条亮纹, 此时手轮上的示数 x1=2.320 mm,然后同方向转动测量头,使分划板中心刻线与第 6 条亮纹 中心对齐,记下此时图 2 中手轮上的示数 x6=_mm; (2)已知双缝间距d为2.0 10-4 m, 测得双缝到屏的距离l为0.700m, 由计算式=_, 可得所测红光波长
25、为_m。(结果保留两位有效数字) 专题专题 18 力学、光学、热学实验力学、光学、热学实验 1.(2021 浙江卷)图示是“用双缝干涉测量光的波长”实验的装置。实验中: 观察到较模糊的干涉条纹,要使条纹变得清晰,值得尝试的是_。(单选) A.旋转测量头 B.增大单缝与双缝间的距离 C.调节拨杆使单缝与双缝平行 要增大观察到的条纹间距,正确的做法是_ (单选) A.减小单缝与光源间的距离 B.减小单缝与双缝间的距离 C.增大透镜与单缝间的距离 D.增大双缝与测量头间的距离 图 1 图 2 答案: (1).C (2).D 解析: 1若粗调后看不到清晰的干涉条纹,看到的是模糊不清的条纹,则最可能的原
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