山东省济南市三年（2020-2022）高一物理下学期期末测试题题型分类汇编3-实验、解答题

山东省济南市三年（2020-2022）高一物理下学期期末测试题题型分类汇编3-实验、解答题

一、实验题

1．（2020春·山东济南·高一统考期末）如图甲为探究向心力的大小与质量、角速度和半径之间关系的实验装置，图乙为示意图，图丙为俯视图。图乙中A、B槽分别与a、b轮同轴固定，a、b两轮在皮带的带动下匀速转动。

(1)在该实验中应用了__________（选填“理想实验法”、“控制变量法”、“理想模型法”）来探究向心力的大小与质量，角速度和半径之间的关系。

(2)如图乙所示，如果两个钢球质量相等，且a、b轮半径相同，则是在验证向心力的大小与______。

A．质量     B．半径     C．角速度

(3)现有两个质量相同的钢球，①球放在槽的边缘，②球放在槽的边缘，a、b轮半径相同，它们到各自转轴的距离之比为2：1。则钢球①、②的线速度之比为______。

2．（2020春·山东济南·高一期末）三个同学根据不同的实验条件，进行了探究平抛运动规律的实验：

(1)甲同学采用如图甲所示的装置。用小锤击打弹性金属片，金属片把球沿水平方向弹出，做平抛运动。与此同时球被松开做自由落体运动，观察到两球同时落地。改变小锤击打的力度，即改变球被弹出时的速度，两球仍然同时落地，这说明_____________。

(2)乙同学采用如图乙所示的装置，、是两个完全相同的轨道，轨道末端都与水平方向相切。其中的末端与可看做光滑的水平面相切，轨道通过支架固定在轨道的正上方。两轨道上端分别装有电磁铁，现将小铁球分别吸在电磁铁上，然后切断电源，使两小球能以相同的初速度同时分别从轨道的末端射出。实验可观察到两球恰好发生碰撞。改变轨道在轨道上方的高度，重复上述实验，仍能观察到相同的现象，这说明__________。

(3)丙同学采用频闪照相法拍摄到如图丙所示的小球做平抛运动过程中的照片，图中每个小方格的边长为，则由图可求得拍摄时每_________s曝光一次，该小球做平抛运动的初速度大小为__________（取）

3．（2021春·山东济南·高一期末）“频闪摄影”是研究物体运动的一种常见而有效的方法，“频闪摄影”的重要特点在于照相机总是每隔一定的时间就对运动物体拍摄一次，因此拍摄到物体的图像是不连续的，但是我们能够从这些不连续的图像中发现揭示物体运动的规律。一同学受此启发，利用实验室设备配合频闪摄像机设计了如下实验，来探究“平抛运动的规律”。实验步骤如下：

（Ⅰ）如图甲所示安装好实验装置，为便于观察，该同学将两个颜色不同，其他完全相同的实心金属小球放置在实验装置上，调整、球的高度，使两个小球重心在同一高度上。

（Ⅱ）调整频闪摄像机位置，将频闪摄像机正对实验装置甲所在的位置，并打开摄像功能。

（Ⅲ）用小木槌敲击弹片，让、两个小球同时开始运动，直至落在实验台上。

（Ⅳ）通过频闪摄像机连接打印机进行打印，得到如图乙所示的图像，图像与实物比例为。

（Ⅴ）在图乙中沿水平方向和竖直方向建立坐标系（坐标系图中未画出），选择球的三个影像、、进行测量，得到，，。

（1）下列说法正确的是__________

A．该实验能说明平抛运动在竖直方向的分运动为自由落体运动

B．该实验不能说明小球在水平方向做匀速直线运动

C．提升两球所处平台的高度，对探究平抛运动的规律没有影响

D．该实验中小球可以用任意材质的小球代替

（2）通过测量数据可知，该频闪摄像机的拍照时间间隔为__________，小球抛出时的初速度为__________；物体经过点时速度为___________。（取）

4．（2021春·山东济南·高一期末）在学习了重力加速度这一节后，某同学对当地的重力加速度大小产生了浓厚的兴趣，该同学利用实验室现有的设备，设计了如下实验：用图甲所示的装置“测量当地的重力加速度”，已知低压交流电源的频率。图乙是实验得到的一条纸带，、、、、为相邻的连续点。测得的数据为、、、。

（1）下列说法正确的是___________

A．实验中，应先接通电源再释放纸带

B．实验中，重锤开始的位置要离打点计时器远一些

C．实验中，纸带与限位孔均应在同一竖直平面内

D．实验时，多次测量取平均值可以有效减小系统误差

（2）在实验中，用题中出现的符号来表达当地重力加速度，则加速度表达式__________，代入数据可得当地重力加速度的数值为__________。（计算结果保留三位有效数字）

5．（2022春·山东济南·高一期末）在某星球上用如图甲所示的装置研究平抛运动的规律。悬点正下方P点处有水平放置的炽热电热丝，当悬线摆至电热丝处时被烧断，小球由于惯性向前飞出做平抛运动。利用数码照相机的连拍功能，从垂直小球运动平面方向拍摄，在有坐标的背景屏前拍下了小球做平抛运动的多张照片，如图乙所示。为水平方向，为竖直向下方向。a、b、c、d为连续四次拍下的小球位置，已知照相机连续拍照的时间间隔是0.10s。

（1）在答题卡所给的坐标系中，描绘小球运动的轨迹；(      )

（2）小球平抛的初速度大小是___________；

（3）该星球表面的重力加速度为___________。

6．（2022春·山东济南·高一期末）阿特伍德机是著名的力学实验装置。如图甲所示，绕过定滑轮的细线上悬挂质量相等的重锤A和B，在B下面再挂重物C时，由于速度变化不太快，测量运动学物理量比较方便。

（1）实验过程中，下列操作正确的是(        )

A．固定打点计器时，应将重锤A与打点计时器距离尽量远一些

B．开始时纸带应尽量竖直下垂并与系重锤A的细线在同一竖直线上

C．应先松开重锤A，然后再接通打点计时器电源

D．打点结束后先将纸带取下，再关闭打点计时器电源

（2）某次实验结束后，打出的纸带如图乙所示，E、F、G、H、J连续几个点对应刻度尺读数分别为0.69、2.21、4.00、6.12、8.51。已知打点计时器所用交流电源的频率为50Hz，则重锤A运动拖动纸带打出H点时的瞬时速度为__________（结果保留三位有效数字）；

（3）如果本实验室电源频率小于50Hz，但参与实验的同学不知道，则瞬时速度的测量值___________真实值（填“大于”“等于”或“小于”）；

（4）已知重锤A和B的质量均为，某小组在重锤B下面挂质量为m的重物C，由静止释放验证运动过程中系统的机械能守恒。某次实验中；从纸带上测量重锤A由静止上升不同高度h时对应的速度v，描点作图后得到如图丙所示图像，取，则重物C质量__________（结果保留三位有效数字）。

二、解答题

7．（2020春·山东济南·高一期末）为了实现登月计划，先要测算地月之间的距离。已知地球表面重力加速度为g，地球半径为R，在地面附近物体受到地球的万有引力近似等于物体在地面上的重力，又知月球绕地球运动的周期为T，万有引力常量为G。则：

(1)地球的质量为多少？

(2)地月之间的距离约为多少？

8．（2020春·山东济南·高一期末）如图所示，实线是某一匀强电场的电场线，在匀强电场中，有、两点，它们之间距离为，两点的连线与电场线方向夹角为60°。将一个电荷量为的电荷由，移到，其电势能增加了。

(1)在此过程中，静电力对该电荷做了多少功？

(2)两点的电势差为多大？

(3)匀强电场的场强为多大？方向如何？

9．（2020春·山东济南·高一期末）飞行时间质谱仪可对气体分子进行分析。如图所示，在真空状态下，脉冲阀P喷出微量气体，经激光照射产生电荷量为q、质量为m的正离子，自a板小孔进入a、b间的加速电场，从b板小孔射出，沿中线方向进入M、N板间的偏转控制区，到达探测器。已知a、b板间距为d，极板M、N的长度和间距均为L，不计离子重力及进入a板时的初速度。

(1)当a、b间的电压为U1，在M、N间加上适当的电压U2，使离子到达探测器。求离子到达探测器的全部飞行时间。

(2)为保证离子不打在极板上，试求U2与U1的关系。

10．（2020春·山东济南·高一期末）如图所示，有一种玩具陀螺可在圆轨道的外侧旋转而不脱落，好像轨道对它施加了魔法一样，被称为“魔力陀螺”，该玩具深受孩子们的喜爱。某科技小组受此启发制作了一个如图乙所示的游戏装置，装置由两个竖直磁性圆弧轨道组成，左半圆轨道半径为，右半圆轨道半径为，两个半圆轨道的最低点由一个极小的平直轨道连接。质量为的铁质小球可以沿轨道外侧做圆周运动，小球运动过程中始终受到轨道指向圆心的磁吸引力，此引力的大小可以调节。已知重力加速度为，不计一切摩擦，小球可看做质点，试求：

(1)若某时刻小球运动到轨道外侧点且速度为，此时轨道对小球的引力为，则此时在点轨道对小球的支持力的大小。

(2)在圆轨道内测圆周上安装一接收器，可以测量落入其中物体的速度。若使小球在轨道最高点由静止出发沿轨道外侧运动到点，然后从点水平抛出落到圆轨道内测圆圈上的接收器中，若小球离开轨道后磁吸引力即消失，则接收器的安装位置距点的高度应为多少？

(3)调节轨道对小球的引力大小恒为，若使小球能够以初速度从点出发沿轨道外侧滑行到点而不脱离轨道，则的大小范围应该是多少？

11．（2021春·山东济南·高一期末）如图所示，某滑板爱好者在距地面高度的平台上滑行，水平离开点后落在水平地面的点，其水平位移。由于着地时存在能量损失，落地后速度变为，并以此为初速度沿水平地面滑行后停止。已知人和滑板的总质量，人和滑板在水平地面滑行时受到的平均阻力是重力的0.1倍，重力加速度取，不计空气阻力，求：

（1）人和滑板在水平地面上开始运动时的初速度；

（2）人和滑板落地时损失的机械能。

12．（2021春·山东济南·高一期末）如图是场地自行车比赛的圆形赛道。路面与水平面的夹角为15°，，，不考虑空气阻力，g取10。

(1)某运动员骑自行车在该赛道上做匀速圆周运动，圆周的半径为60m，要使自行车不受摩擦力作用，其速度应等于多少？

(2)若该运动员骑自行车以18的速度仍沿该赛道做匀速圆周运动，自行车和运动员的质量一共是100，此时自行车所受摩擦力的大小又是多少？方向如何？

13．（2021春·山东济南·高一期末）如图所示，桌面固定一半径的圆弧，圆弧下端与光滑水平桌面相切，桌面距地面高，桌子右侧足够大的区域内存在方向水平向左，大小的匀强电场。现将一带正电、质量的小球，由圆弧最高端静止释放，小球滑至圆弧最低端速度为（重力加速度取，小球运动过程中电荷量不变），

（1）小球沿圆弧下滑过程中，克服摩擦力做的功是多少？

（2）小球运动至圆弧最低端时，对轨道的压力是多少？

（3）小球滑离桌面后，碰撞地面前，水平位移最大值是多少？

14．（2021春·山东济南·高一统考期末）如图坐标平面xOy，y轴右侧两个区域内有匀强电场。其中x<L的区域I匀强电场方向水平向右、电场强度大小为E1；x>L的区域Ⅱ匀强电场方向竖直向上、电场强度大小为E2。现从坐标原点处静止释放一电量q、质量为m的带正电粒子P，该粒子经过电场恰好到达点（2L，L）处，不计粒子重力。

（1）试求粒子P刚进入区域Ⅱ时的瞬时速度v0；

（2）求满足题目要求的电场强度E2和E1之比；

（3）当粒子P刚进入区域Ⅱ时，直线x=2L上的某点同时水平向左发射一负粒子Q，粒子Q与粒子P质量、电量大小均相同，粒子Q的发射速率为此刻粒子P速率v0的N（N>0）倍，若保证粒子P、Q能够在区域Ⅱ中相遇，试求解粒子Q发射时的纵坐标与倍数的函数关系（不计粒子的相互作用）。

15．（2022春·山东济南·高一期末）如图所示为竖直放置的光滑半圆形轨道，A、C在同一水平线上，B为轨道最低点，轨道半径为R。质量为m的物体，以某一初速度从A点向下运动，在物体通过B点时的速度，不计空气阻力。求

（1）物体在B点时受到轨道支持力的大小；

（2）物体离开C点后还能上升的高度h。

16．（2022春·山东济南·高一期末）一辆新能源汽车在专用道上进行起步测试，通过车上装载的传感器记录了起步过程中速度随时间变化规律如图所示。已知段为直线，5s时汽车功率达到额定功率且此后功率保持不变，该车总质量为，所受到的阻力恒为，求

（1）汽车在前5s内受到牵引力的大小F；

（2）启动过程中汽车速度的最大值。

17．（2022春·山东济南·高一期末）如图甲所示，一根底部为半圆的U形内部光滑圆管平放着并固定在水平桌面上，底部半圆的半径为。其一端管口A与一根倾斜轨道底部平滑衔接，另一端管口B正好位于桌子边缘处，已知桌面离地的高度。一个质量为的小球（球的直径略小于U形管的内径）从斜面上某高度处由静止开始下滑，并从管口A处进入管内。如果小球经过U形管底C时，U形管对小球的弹力在水平方向分力大小，已知，，，不计一切摩擦，不计空气阻力。求

（1）小球在U形管底C的速度大小；

（2）球离开管口B做平抛运动的水平位移大小x；

（3）现在管口B的正前方某处放置一块竖直挡板，如图乙所示。改变小球从斜面上下滑的高度，让小球分别打到挡板上的D点和E点，已知击中挡板时的速度和竖直方向间的夹角为53°、和竖直方向间的夹角为37°，D点和E点的高度差。求挡板距离桌子边缘的水平距离s。

18．（2022春·山东济南·高一期末）如图所示，在竖直向下的匀强电场中有轨道ABCDFMNP，其中BC部分为水平轨道，与曲面AB平滑连接。CDF和FMN是竖直放置的半圆轨道，在最高点F对接，与BC在C点相切。NP为一与FMN相切的水平平台，P处固定一轻弹簧。点D、N、P在同一水平线上。水平轨道BC粗糙，其余轨道均光滑，一可视为质点的质量为的带正电的滑块从曲面AB上某处由静止释放。已知匀强电场场强，BC段长度，CDF的半径，FMN的半径，滑块带电量，滑块与BC间的动摩擦因数，重力加速度，求

（1）滑块通过F点的最小速度vF；

（2）若滑块恰好能通过F点，求滑块释放点到水平轨道BC的高度h0；

（3）若滑块在整个运动过程中，始终不脱离轨道，且弹簧的形变始终在弹性限度内，求滑块释放点到水平轨道BC的高度h需要满足的条件。

参考答案：

1．     控制变量法     B     2：1

【详解】(1)[1]在该实验中应用了控制变量法来探究向心力的大小与质量，角速度和半径之间的关系。

(2)[2]如图乙所示，如果两个钢球质量m相等，且a、b轮半径相同，两球转动的角速度ω相同，则是在验证向心力的大小与转动半径r的关系。

(3)[3]钢球①、②的角速度相等，则根据v=ωr可知，线速度之比为2:1。

2．     平抛运动的物体在竖直方向上做自由落体运动     平抛运动的物体在水平方向上做匀速直线运动     0.1     2

【详解】(1)[1]该实验两球同时落地，说明两球在竖直方向的运动相同，即平抛运动的物体在竖直方向上做自由落体运动；

(2) [2]两球恰好在水平面上发生碰撞，说明两球在水平方向运动相同，即平抛运动的物体在水平方向上做匀速直线运动；

(3)[3]根据可得

即曝光时间为0.1s；

[4]小球做平抛运动的初速度大小为

3．     AC     0.1     2    

【详解】（1）[1]A. 该实验能说明平抛运动在竖直方向的分运动为自由落体运动，选项A正确；

B. 由图像可看出在相同时间内小球的水平位移相等，则该实验能说明小球在水平方向做匀速直线运动，选项B错误；

C. 提升两球所处平台的高度，两球下落的时间仍相同，则对探究平抛运动的规律没有影响，选项C正确；

D. 该实验中小球必须用金属小球，以减小下落过程中的阻力影响，选项D错误。

故选AC。

（2）[2][3]根据可得

小球抛出时的初速度为

[4]物体经过点时竖直速度

则D点的速度为

4．     AC          9.75

【详解】(1)[1]A．实验中，应先接通电源再释放纸带。故A正确；

B．实验中，重锤开始的位置要离打点计时器近一些。故B错误；

C．实验中，纸带与限位孔均应在同一竖直平面内，以保证纸带所受限位孔的阻力达到最小。故C正确；

D．实验时，多次测量取平均值可以有效减小偶然误差。故D错误。

故选AC。

(2)[2]根据纸带数据，利用逐差法可得加速度表达式为

联立，可得

[3]代入数据可得当地重力加速度的数值为

5．          0.2     1##1.0

【详解】（1）[1]根据图像，将三次曝光的小球放在同一张坐标值上并描点连线得

（2）[2]已知照相机连续拍照的时间间隔是0.10s，每个小格的边长为1cm。小球在水平方向做匀速直线运动，则有

（3）[3]竖直方向上有

解得

6．     B     1.13     大于     1.03

【详解】（1）[1] A．固定打点计器时，应将重锤A与打点计时器距离尽量近一些，充分利用纸带，故A错误；

B．开始时纸带应尽量竖直下垂并与系重锤A的细线在同一竖直线上，可以尽可能地减小纸带所受阻力，故B正确；

C．应先接通打点计时器电源，打点稳定后，再松开重锤A，故C错误；

D．打点结束后先关闭打点计时器电源，再将纸带取下，故D错误。

故选B。

（2）[2] 打点计时器的打点周期为

H点是GJ点的中间时刻，则打出H点时的瞬时速度为

（3）[3]如果本实验室电源频率小于50Hz，则实际打点周期长，由以上分析可知，瞬时速度的测量值大于真实值。

（4）[4]选A的初位置为零势面，根据机械能守恒，有

可得

7．(1) ；(2)

【详解】(1)由得

(2)由，得

再根据黄金代换，得

8．(1)；(2)5V；(3)，电场方向沿电场线由上而下

【详解】(1)由静电力做功与电势能变化的关系，静电力做功

(2)由 得

代入数据得

(3)由得

联立并代入数据得

电场方向沿电场线由上而下。

9．(1)；(2)

【详解】(1)在加速过程中，电势能转化为动能，由动能定理有

离子在a、b间的加速度为

离子在a、b间做匀加速直线运动，运动的时间为

在板M、N间做类平抛运动，运动的时间为

离子达到探测器的时间

(2)离子在板M、N间做类平抛运动，侧移距离为

离子不达到极板上，可知有

结合上式解得

10．(1)；(2) ；(3)

【详解】(1)小球在点时：由牛顿第二定律得

得

(2)过程中：由动能定理得

得

平抛过程中

解得

(3)若小球能够到达点，则应满足动能定理方程

得

若小球不脱离轨道，应满足方程

在点由牛顿第二定律得

过程中由动能定理得

得

则的范围应是

11．（1）；（2）

【详解】（1）人和滑板在水平地面滑行，由动能定理，得

解得

（2）人和滑板从高台跳下，做平抛运动，有

损失的能量

解得

12．(1)；(2)，沿斜面向下

【详解】(1)设人和自行车的总质量为，若不受摩擦力作用则由重力和支持力的合力提供向心力，根据牛顿第二定律可得

解得

(2)当自行车速为

此时重力和支持力的合力不足以提供向心力，斜面对人和自行车施加沿斜面向下的静摩擦力，其受力分析如图所示

根据牛顿第二定律可得：在轴方向

在轴方向

联立解得

13．（1）0.5J；（2），方向竖直向下；（3）

【详解】（1）小球沿圆弧下滑过程，使用动能定理，得

解得

小球沿圆弧下滑过程中，克服摩擦力做功0.5J。

（2）小球运动至圆弧最低端时，有

解得

由牛顿第三定律得，小球对轨道的作用力大小，方向竖直向下。

（3）小球滑离桌面后，进入电场区域，竖直方向，自由落体运动

解得

水平方向，受力

解得

水平方向速度减为0，所需时间

因为，，所以得出小球水平位移最大时，未落地，水平位移最大值

解得

14．（1）；（2）；（3）

【详解】（1）粒子P在区域I时，做初速度为零的匀加速直线运动，由动能定理得

解得

（2）粒子P进入区域Ⅱ，水平方向有

L=v0t

竖直方向有

其中

综上有

代入解得

（3）粒子P、Q能够在区域Ⅱ中相遇，水平方向有

竖直方向有

综上得

15．（1）；（2）

【详解】（1）由牛顿第二定律

解得

（2）从B到最大高度，由动能定理得

解得

16．（1）；（2）

【详解】（1）根据题图可知

该车匀加速阶段，根据牛顿第二定律

解得

（2）该车的额定功率为

解得

当速度最大时，有

解得

17．（1）；（2）；（3）

【详解】（1）根据题意，小球在C点，由牛顿第二定律有

代入数据解得

（2）小球从B处做平抛运动，竖直方向上由可得，飞行时间为

水平方向由可得，水平位移大小为

（3）设击中挡板时的速度为v，根据v的反向延长线过水平位移的中点有

又有

解得

18．（1）；（2）；（3）见解析

【详解】（1）小球在F点有

解得

（2）设小球由h0处释放恰好通过F点，对小球从释放至F点这一过程由动能定理得

解得

（3）讨论：

（ⅰ）小球第一次运动到D点速度为零，对该过程由动能定理得

解得

则当时，小球不过D点，不脱离轨道    

（ⅱ）小球第一次进入圆轨道可以经过F点，压缩弹簧被反弹，沿轨道PNMFDCBA运动，再次返回后不过D点，小球恰好可以经过F点，由动能定理可得

解得

则当时，小球可以通过F点

小球再次返回刚好到D点

解得

则当时，小球被弹簧反弹往复运动后不过D点

综上

小球第一次进入圆轨道可以通过F点，往复运动第二次后不过D点，满足始终不脱离轨道    

（ⅲ）小球第一次进入圆轨道可以经过F点，压缩弹簧被反弹，第二次往复运动时满足小球恰好可以经过F点，由动能定理可得

解得

则当时，小球可以两次通过F点

小球再次返回刚好到D点

解得

则当时，小球被弹簧反弹第二次往复运动后不过D点

综上

小球第一、二次进入圆轨道可以通过F点，往复运动第二次后不过D点，满足始终不脱离轨道

（ⅳ）由数学归纳法可知，满足

（，1，2，3……）

小球不脱离轨道