2025届高考物理二轮专题复习与测试专题强化练十九力学热学和光学实验

这是一份2025届高考物理二轮专题复习与测试专题强化练十九力学热学和光学实验，共15页。

(1)选取点迹清晰的纸带，每5个点取一个计数点，其中连续6个计数点A、B、C、D、E、F如图甲所示，纸带中BC段的平均速度vBC＝________m/s。(保留2位有效数字)
(2)沿着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，剪出的纸带长度代表打出这段纸带时间内的平均速度，把每段纸带上边中点连接成线，如图乙所示，若用图中曲线描述人运动的速度—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，请根据图估算该同学的步幅为________m。(保留2位有效数字)
解析：(1)相邻两个计数点间的时间间隔T＝0.1 s，纸带中BC段的平均速度vBC＝ eq \f(sBC,T) ＝ eq \f(0.11,0.1) m/s＝1.1 m/s。
(2)纸带的横宽d对应横坐标中的时间长度T＝0.10 s，可把图像看成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s＝(8.8＋11＋12＋11＋9.7)cm≈0.53 m。
答案：(1)1.1 (2)0.10 0.53
2．某实验小组使用图甲所示的装置测量某红色激光的波长。用光具座固定激光笔和刻有双缝的黑色纸板，双缝间的宽度d＝0.2 mm。激光经过双缝后投射到光屏中的条纹如图乙所示，由刻度尺读出A、B两亮纹间的距离x＝________mm。通过激光测距仪测量出双缝到投影屏间的距离L＝2.0 m，已知 eq \f(λ,d) ＝ eq \f(Δx,L) (Δx为相邻两条亮纹间的距离)，则该激光的波长λ＝__________m。如果用紫色激光重新实验，相邻亮纹间距会__________(选填“变大”“变小”或“不变”)。
解析：刻度尺的最小刻度值为1 mm，由刻度尺读出A、B两亮纹间的距离为65.0 mm。由题图乙可知Δx＝ eq \f(xB－xA,10) ＝ eq \f(65.0,10) mm＝6.50 mm，由 eq \f(λ,d) ＝ eq \f(Δx,L) 可得λ＝ eq \f(Δxd,L) ＝ eq \f(6.50×10－3×0.2×10－3,2.0) m＝6.50×10－7m。如果用紫色激光重新实验，由于紫色激光的波长较小，由 eq \f(λ,d) ＝ eq \f(Δx,L) 可知，d、L不变，则相邻亮纹间距会变小。
答案：65.0 6.50×10－7 变小
3．(2024·广东省普通高中一模)某实验小组利用单摆周期公式T＝2π eq \r(\f(L,g)) 测量当地重力加速度的值。
(1)为了较精确地测量重力加速度的值，以下四种单摆组装方式，应选择________(填字母)。
(2)组装好单摆，先用刻度尺测量摆线长度，再用游标卡尺测量小球的直径，其示数如图甲，则小球直径为________mm。
(3)周期公式中的L是单摆的摆长，其值等于摆线长与________之和。
(4)某次实验时，改变摆长并测出对应的周期，得到如下表的实验数据并描点在图乙的坐标中，请在图乙中作出T2－L图像。
(5)根据T2－L图像算出重力加速度g＝________m/s2(结果保留3位有效数字)。
解析：(1)为了较精确地测量重力加速度的值，减小空气阻力的影响，应选择小钢球，小球在摆动的过程中，要固定摆长不发生变化。
(2)该游标卡尺的分度值为0.1 mm，
则小球的直径d＝1.8 cm＋9×0.1 mm＝18.9 mm。
(3)周期公式中的L是单摆的摆长，其值等于摆线长与小球半径之和。
(4)描点连线如图所示。
(5)根据单摆的周期公式T＝2π eq \r(\f(L,g)) ，化简可得T2＝ eq \f(4π2,g) L，根据T2－L图像的斜率k＝ eq \f(4π2,g) ＝ eq \f(3.6－0,0.90－0) s2/m＝4 s2/m，解得当地的重力加速度大小g＝π2≈9.86 m/s2。
答案：(1)D (2)18.9 (3)小球半径 (4)见解析图
(5)9.86(9.83～9.89均可)
4．图甲所示的是向心力演示仪，可探究小球做圆周运动所需向心力的大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系。长槽的A、B处和短槽的C处分别到各自转轴中心距离之比为2∶1∶1。变速塔轮自上而下有三种组合方式，左右每层半径之比由上至下分别为1∶1、2∶1和3∶1，如图乙所示。
(1)本实验的目的是探究向心力的大小与小球质量m、角速度ω和半径r之间的关系，下列实验中采用的实验方法与本实验相同的是________(填字母)。
A．用油膜法估测油酸分子的大小
B．用单摆测量重力加速度的大小
C．探究加速度与物体受力、物体质量的关系
(2)在某次实验中，把两个质量相等的钢球放在A、C位置，探究向心力的大小与半径的关系，则需要将传动皮带调至第________(选填“一”“二”或“三”)层塔轮。
(3)在另一次实验中，把两个质量相等的钢球放在B、C位置，传动皮带位于第二层，转动手柄，则当塔轮匀速转动时，左右两标尺露出的格子数之比约为________。
A．1∶2 B．1∶4
C．2∶1 D．4∶1
解析：(1)探究向心力的大小与小球质量m、角速度ω和半径r之间的关系，采用的实验方法是控制变量法。用油膜法估测油酸分子的大小，采用的实验方法是通过测量宏观量来测量微观量的方法，故A错误；用单摆测量重力加速度的大小，分别测量出摆长和周期，通过单摆周期公式计算得到重力加速度大小，不是采用控制变量法，故B错误；探究加速度与物体受力、物体质量的关系，采用的实验方法是控制变量法，故C正确。
(2)在某次实验中，把两个质量相等的钢球放在A、C位置，探究向心力的大小与半径的关系，应使两球的角速度相同，则需要将传动皮带调至第一层塔轮。
(3)在另一次实验中，把两个质量相等的钢球放在B、C位置，则两球做圆周运动的半径相等；传动皮带位于第二层，则两球做圆周运动的角速度之比ω左∶ω右＝R2∶2R2＝1∶2，根据F＝mω2r可知当塔轮匀速转动时，左右两标尺露出的格子数之比约为F左∶F右＝ω eq \\al(2,左) ∶ω eq \\al(2,右) ＝1∶4。
答案：(1)C (2)一 (3)B
5．用图a所示的装置研究平抛运动，请完成相关实验内容。
(1)将斜轨固定在桌面上，反复调节斜轨末端成水平。
(2)在末端出口处安装光电门并调节其到适当位置。将贴有坐标纸的木板紧靠在斜轨出口处竖直放置，并在坐标纸上将出口处标为O点，过O点作水平线为x轴、竖直线为y轴。
(3)用螺旋测微器测量小球的直径d，其示数如图b所示，则d＝________mm。
(4)从斜轨上释放小球，用每隔 eq \f(1,30) s曝光一次的频闪照相机正对着木板照相。
(5)从数字计时器读得小球通过光电门的遮光时间为6.2×10－3 s，则小球通过光电门时的瞬时速度v1＝________m/s(保留2位有效数字)。
(6)根据频闪照片中记录的信息，在图a的坐标纸上标出小球离开斜轨后的5个连续位置A、B、C、D、E，读得A、E两位置的水平距离为12.00 cm，由此可求得小球做平抛运动的初速度v2＝________ m/s(保留2位有效数字)。
(7)多次实验发现总是有v1>v2，导致这个结果的可能原因有________(填选项前的字母)。
A．小球在轨道斜面上受摩擦阻力
B．小球平抛运动过程受空气阻力
C．小球平抛运动轨迹平面与坐标纸不平行
D．小球经过光电门时，球心与光线不在同一高度
解析：(3)小球的直径d＝6 mm＋20.0×0.01 mm＝6.200 mm。
(5)小球通过光电门时的瞬时速度
v1＝ eq \f(d,t) ＝ eq \f(6.200×10－3,6.2×10－3) m/s＝1.0 m/s。
(6)由题可知，相邻两点间的距离和时间间隔分别为3.00 cm、 eq \f(1,30) s，所以小球做平抛运动的初速度v2＝ eq \f(x,t) ＝ eq \f(3.00×10－2 m,\f(1,30) s) ＝0.90 m/s。
(7)轨道斜面的作用是使小球获得一个水平初速度，小球在轨道斜面上受摩擦阻力并不影响v2的大小，故A不符合题意；小球平抛运动过程受空气阻力，使得小球水平方向做减速运动，水平位移偏小，v2值偏小，故B符合题意；小球平抛运动轨迹平面与坐标纸不平行，会造成小球运动过程中在坐标纸上的水平投影位移偏小，v2偏小，故C符合题意；小球经过光电门时，球心与光线不在同一高度，会造成遮光时间偏短，则造成v1偏大，故D符合题意。
答案：(3)6.200 (5)1.0 (6)0.90 (7)BCD
6.(1)在用油膜法估测分子大小的实验中，用移液管量取0.25 mL油酸，倒入标注250 mL的容量瓶中，再加入酒精后得到250 mL的溶液，然后用滴管吸取这种溶液，向小量筒中滴入100滴溶液，溶液的液面达到量筒中1 mL的刻度，再用滴管取配好的油酸溶液，向撒有痱子粉的盛水浅盘中滴下2滴溶液，在液面上形成油酸薄膜，待油膜稳定后，放在带有正方形坐标格的玻璃板下观察油膜，如图所示，坐标格的每个小正方形大小为2 cm×2 cm，由图可以估算出油膜的面积是________cm2，由此估算出油酸分子的直径是________m(保留1位有效数字)。
(2)做“用油膜法估测分子的大小”实验时，三个同学都有一个操作错误，其中导致最后所测分子直径偏大的是________(填字母)。
A．甲同学在配制油酸酒精溶液时，不小心把酒精倒多了一点，导致油酸酒精溶液的实际浓度比计算值小了
B．乙同学用注射器和量筒测得58滴油酸酒精溶液为1 mL，不小心错记录为57滴
C．丙同学计算油膜面积时，把所有不足半格的油膜都算成了一格
解析：(1)液面上纯油酸体积V＝ eq \f(0.25,250) × eq \f(2,100) mL＝2×10－5 mL＝2×10－11 m3，由题图计算油膜面积，多于半格算一格，少于半格舍去，则油膜面积约为S＝256 cm2，油酸分子的直径d＝ eq \f(V,S)＝ eq \f(2×10－11,0.025 6) m≈8×10－10m。
(2)甲同学在配制油酸酒精溶液时，不小心把酒精倒多了一点，导致油酸酒精溶液的实际浓度比计算值小了，则一滴油酸酒精溶液的实际浓度比计算值小，计算得一滴纯油酸的体积比实际值大，则算出的直径偏大，A正确；乙同学用注射器和量筒测得58滴油酸酒精溶液为1 mL，不小心错记录为57滴，则一滴油酸酒精溶液体积的计算值变大，算出的一滴油酸酒精溶液中纯油酸体积变大，则算出的直径偏大，B正确；丙同学计算油膜面积时，把所有不足半格的油膜都算成了一格，则计算得油膜面积变大，直径变小，C错误。
答案：(1)256 8×10－10 (2)AB
7．(1)某同学通过图甲所示的实验装置，利用玻意耳定律来测定一颗形状不规则的冰糖的体积。
①将冰糖装进注射器，通过推、拉活塞改变封闭气体的体积和压强。若实验过程中不慎将活塞拔出针筒，则________(选填“需要”或“不需要”)重做实验。
②实验中通过活塞所在刻度读取了多组体积V及对应压强p，为了在xOy坐标系中获得直线图像，应选择________(填字母)。
A．p－V图像 B．p－ eq \f(1,V) 图像
C．V－ eq \f(1,p) 图像 D． eq \f(1,p) － eq \f(1,V) 图像
③选择合适的坐标后，该同学通过描点作图，得到直线的函数图像如图乙所示，忽略传感器和注射器连接处的软管容积，则这颗冰糖的体积为________。
(2)某同学制作了一个“加速度测量仪”，用来测量垂直电梯竖直上、下运行时的加速度，其构造如图1所示：将一根轻弹簧的上端固定在竖直放置且带刻度的“「”形光滑小木板上端，当弹簧下端悬挂0.9 N重物并静止时，指针指向31.0 cm位置；当弹簧下端悬挂1.0 N重物并静止时，指针指向30.0 cm位置。实际测量时，该同学在该弹簧下端固定1.0 N重物，重力加速度g取10 m/s2，所有计算结果均保留2位有效数字。
①该弹簧的劲度系数k＝________N/m。
②实际测量时，当指针指到31.0 cm位置时，垂直电梯运行的加速度大小为________m/s2。
③如图2所示，将该加速度测量仪水平使用，若指针仍指到31.0 cm位置，则水平加速度大小为________m/s2。
解析：(1)①若实验过程中不慎将活塞拔出针筒，针筒内封闭气体与外界相连，气体质量改变，无法继续实验，需要重做实验。
②设冰糖的体积为V0，根据玻意耳定律可得p(V－V0)＝C，则V＝ eq \f(1,p) C＋V0，则V－ eq \f(1,p) 图像为直线。
③根据V＝ eq \f(1,p) C＋V0，结合题图乙可知这颗冰糖的体积为b。
(2)①根据胡克定律可得k＝ eq \f(ΔF,Δx) ＝ eq \f(1－0.9,31－30) N/cm＝10 N/m。
②实际测量时，弹簧对小球的拉力F＝0.9 N，根据牛顿第二定律mg－F＝ma，解得a＝1.0 m/s2，方向竖直向下。
③将该加速度测量仪水平使用，若指针仍指到31.0 cm位置，拉力仍为F＝0.9 N，根据牛顿第二定律F＝ma′，解得a′＝9.0 m/s2。
答案：(1)①需要 ②C ③b
(2)①10 ②1.0 ③9.0
8．某实验小组要测量弹簧的劲度系数，他们利用智能手机中自带的定位传感器设计了如图甲所示的实验，手机软件中的“定位”功能可以测量手机竖直方向的位移(以打开定位传感器时手机的位置为初位置)。

(1)实验小组进行了如下主要的实验步骤，正确的顺序是________。
A．按图甲安装实验器材，弹簧上端固定在横杆上，下端与手机连接，手机重心和弹簧在同一竖直线上
B．在手机下方悬挂一个钩码，缓慢释放，当手机和钩码静止时记录下手机下降的位移x
C．在坐标纸图中描点作出n－x图像，如图乙所示
D．手托着手机缓慢下移，手离开手机，手机静止时，打开手机中的定位传感器
E．改变钩码个数n，重复上述操作，记录相应的位移x，数据如表格所示
(2)已知每个钩码的质量为50 g，重力加速度g＝9.8 m/s2，由图像乙可以求得弹簧的劲度系数为________N/m。
(3)实验中未考虑手机所受重力使弹簧伸长，这对弹簧劲度系数的测量结果________(选填“有”或“无”)影响，说明理由
___________________________________________________
_________________________________________________。
解析：(1)根据题意，由实验原理可知，本实验通过改变钩码的数量来改变弹簧的弹力，通过手机的定位传感器确定弹簧的形变量，通过作图的方法得到弹簧的劲度系数，则正确的实验步骤为ADBEC。
(2)根据题意，由胡克定律F＝kx可得nmg＝kx，整理得n＝ eq \f(k,mg) x，由题图乙可知，图线的斜率为1，则有 eq \f(k,mg) ＝1 cm－1，解得k＝49 N/m。
(3)由上述分析可知，弹簧的劲度系数是通过图线的斜率与每个钩码所受重力的乘积得到的，则未考虑手机所受重力使弹簧伸长，这对弹簧劲度系数的测量结果无影响。
答案：(1)ADBEC (2)49 (3)无 劲度系数是通过图线的斜率与每个钩码所受重力的乘积得到的
9.某同学在做“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验时，已有的实验器材有：两个弹簧测力计、橡皮条(带两个较长的细绳套)、三角尺、木板、白纸和图钉。
(1)本实验采用的科学方法是__________(填字母)。
A．理想实验法 B．等效替代法
C．控制变量法 D．理想模型法
(2)下列几项操作有必要的是__________(填字母)。
A．两个弹簧测力计的示数必须相等
B．两个弹簧测力计之间的夹角必须取90°
C．橡皮条应和两绳套夹角的角平分线在一条直线上
D．同一次实验中，结点O的位置不变
(3)对减小实验误差有益的做法是__________(填字母)。
A．弹簧测力计、细绳、橡皮条都应与木板平行
B．用两弹簧测力计同时拉细绳时两弹簧测力计示数之差应尽可能大
C．标记同一细绳方向的两点要近一些
(4)图中四个力中，不是由弹簧测力计直接测得的是________。
解析：(1)合力与分力作用效果相同，实验方法为等效替代法，故选B。
(2)两个弹簧测力计的示数适当大些，但不必一定相等，故A错误；两个弹簧测力计之间的夹角适当大些，不一定取90°，故B错误；橡皮条对结点的拉力与两细绳套的拉力的合力平衡，而两细绳套的拉力不一定相等，所以橡皮条与两绳套夹角的角平分线不一定在一条直线上，故C错误；同一次实验中，为了保证两分力的作用效果不变，结点O的位置不变，故D正确。
(3)为了减小实验误差，弹簧测力计、细绳、橡皮条都应与木板平行，故A正确；用两弹簧测力计同时拉细绳时两弹簧测力计示数应适当大些，示数之差不需要太大，故B错误；为了更加准确记录力的方向，标记同一细绳方向的两点要远一些，故C错误。
(4)用平行四边形定则作出的合力在平行四边形的对角线上，所以不是由弹簧测力计直接测得的是F。
答案：(1)B (2)D (3)A (4)F
10．用光电门测重力加速度的实验装置如图。一直径为d的钢球从光电门正上方由静止开始自由下落，测得刚开始下落时，钢球球心到光电门的距离为h，用计时装置测出钢球通过光电门的时间为t。用钢球通过光电门的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度，不考虑空气阻力。
(1)钢球球心通过光电门时的速度大小v＝__________。
(2)当地重力加速度大小g＝________。
(3)由于实验中用钢球通过光电门的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度，导致重力加速度的测量值________(选填“大于”“小于”)其真实值。
解析：(1)钢球球心通过光电门时的速度大小v＝ eq \f(d,t) 。
(2)钢球做自由落体运动，有2gh＝v2，所以g＝ eq \f(d2,2ht2) 。
(3)钢球通过光电门的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，而球心通过光电门的中间位置的速度大于中间时刻的速度，因此钢球通过光电门的平均速度小于钢球球心通过光电门的瞬时速度，所以求得的加速度偏小。
答案：(1) eq \f(d,t) (2) eq \f(d2,2ht2) (3)小于
11．一研究性学习小组利用图甲所示的装置测定滑块加速运动时与平直长木板间的动摩擦因数。
(1)实验过程如下：
①将长木板固定在水平桌面上，其右端安装定滑轮，左端固定位移传感器；总质量为M的滑块(含拉力传感器)在长木板上紧靠位移传感器放置，拉力传感器通过细绳跨过定滑轮与质量为m的重物连接，调节____________使细绳与长木板平行；
②静止释放滑块，记录拉力传感器和位移传感器的数据，用计算机拟合得到滑块位移随时间变化的s－t图像如图乙所示，该图线的函数表达式是s＝1.19t2 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(m)) ，则可得滑块加速度a＝________ m/s2(计算结果保留2位小数)；
③若滑块的加速度为a时，拉力传感器示数为F，则滑块与长木板间的动摩擦因数μ＝________(用题中物理量字母符号表示)。
(2)本实验中________(选填“需要”或“不需要”)满足滑块质量远大于重物质量。
解析：(1)①为了减小误差，需调节长木板右端定滑轮使细绳与长木板平行。
②根据v＝ eq \f(Δs,Δt) 可得v＝2.38t(m/s)，再根据a＝ eq \f(Δv,Δt)
可得a＝2.38 m/s2。
③根据牛顿第二定律可得F－μMg＝Ma，
解得μ＝ eq \f(F－Ma,Mg) 。
(2)由于拉力可以通过拉力传感器得知，所以不需要满足滑块质量远大于重物质量。
答案：(1)①长木板右端定滑轮 ②2.38 ③ eq \f(F－Ma,Mg)
(2)不需要
12.(2024·广东省部分学校一模)某研究学习小组用图甲所示的装置探究加速度与合力的关系。跨过轻质定滑轮的轻质细线两端连接两个完全相同的空铝箱，左侧铝箱下端连接纸带，向右侧铝箱中放入质量为m的砝码，由静止释放后，铝箱运动的加速度大小a可由打点计时器打出的纸带测出，改变右侧铝箱中砝码的质量，重复实验，得到多组a、m值。已知当地的重力加速度大小g取9.8 m/s2，打点计时器所接电源的频率为50 Hz。
(1)实验过程中打出图乙所示的一条理想纸带，图中O、A、B、C、D相邻两计数点间还有九个计数点未画出，则铝箱运动的加速度大小a＝________m/s2(结果保留2位小数)。
(2)根据图丙中的数据可知，每个空铝箱的质量M＝________kg(结果保留2位小数)。
解析：(1)相邻两计数点间还有九个计数点未画出，则计数点间的时间间隔T＝10×0.02 s＝0.2 s，由逐差法可得a＝ eq \f(SBD－SOB,4T2) ＝ eq \f((11.00＋12.99)－(7.01＋8.99),4×0.22) ×10－2 m/s2≈0.50 m/s2。
(2)对右侧的铝箱和左侧的铝箱，根据牛顿第二定律有mg＋Mg－T＝(M＋m)a，T－Mg＝Ma，联立解得a＝ eq \f(mg,2M＋m) ，当M远大于m时，有a＝ eq \f(g,2M) m，结合图像可得 eq \f(g,2M) ＝ eq \f(0.7,50×10－3) ，解得M＝0.35 kg。
答案：(1)0.50 (2)0.35
13．某同学为了验证荡秋千过程中机械能是否守恒，设计了如图甲所示的实验。长为L的轻质细绳一端固定在O点，另一端拴一质量为m的小球(尺寸相对于L足够小)，在O点正下方L处的N点放有一光电门。重力加速度为g，实验步骤如下。
(1)用螺旋测微器测出小球的直径D，其示数如图乙所示，小球直径D＝________mm。
(2)将小球拉到偏离竖直方向上的某位置M，用工具测出M处的细绳与竖直方向的夹角θ。
(3)静止释放小球，测出小球经过光电门的时间为Δt，计算小球经过光电门的速度。
(4)从M到N的过程中，小球减少的重力势能ΔEp＝________，增加的动能ΔEk＝________。(用题目中已知的物理量符号表示)
(5)验证ΔEk＝ΔEp，即可验证小球运动过程中机械能守恒。
解析：(1)螺旋测微器读数为固定刻度读数＋可动刻度读数，即D＝7 mm＋17.0×0.01 mm＝7.170 mm。
(4)从M到N的过程中，小球减少的重力势能ΔEp＝mgh＝mgL eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1－cs θ)) ，小球到N点的速度v＝ eq \f(D,Δt) ，增加的动能ΔEk＝ eq \f(1,2) mv2＝ eq \f(1,2) m eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(D,Δt))) 2。
答案：(1)7.170 (4)mgL(1－cs θ) eq \f(1,2) m eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(D,Δt))) 2
14．带滑轮的长木板、小车、木块及打点计时器可以完成多个力学实验，装置如图所示。甲研究小组利用该装置完成了“研究匀变速直线运动”的实验，乙研究小组利用该装置完成了“探究加速度与力的关系”的实验，丙研究小组将长木板放平，并把小车换成木块，完成了“测定长木板与木块间动摩擦因数”的实验。
(1)关于甲、乙两研究小组的实验，下列说法正确的是________。
A．甲小组实验时，需要平衡摩擦力
B．乙小组实验时，需要平衡摩擦力
C．甲小组的实验，要求钩码的质量远小于小车质量
D．乙小组的实验，要求钩码的质量远小于小车质量
(2)乙小组测得加速度为a，则小车运动时受到轻绳的拉力F________________(选填“>”“＝”或“