上海市静安区2020届-2022届高考物理三年模拟（二模）试题汇编-实验、解答题

上海市静安区2020届-2022届高考物理三年模拟（二模）试题汇编-实验、解答题

一、实验题

1．（2022·上海静安·上海市市西中学校考二模）某同学做“用单摆测重力加速度”的实验，供选择的摆线有：

A．0.3m长的细线　　B．1m长的细线

C．1.2m长的粗线　　D．1.5m长的橡皮绳

（1）应选用的摆线是_________________（填写所选摆线前的字母）。

（2）单摆做简谐振动时，回复力是由摆球___________________的分力提供。实验时，测出摆长为l，某次摆动的周期为T，则重力加速度的表达式为_________________。

（3）该同学改变摆长，测出几组摆长l和对应的周期T的数据，作出l-T2图像，如图（a）所示。他在实验时不小心在小球下方粘了一个小物体，如图（b）所示，如果利用图（a）中A、B两点的坐标值计算重力加速度，是否能够消除因小球下方粘了小物体而造成的测量误差？_____________（选填“能”或“不能”），理由是：______________。

2．（2020·上海静安·二模）某同学要测量一节旧电池的电动势和内阻，实验器材有一个电流表、一个电阻箱R、一个1Ω的定值电阻R0，一个开关和导线若干，该同学按如图所示电路进行实验．

测得的数据如下表所示：

（1）电路中定值电阻R0的作用是：__________________________________．

（2）该同学为了用作图法来确定电池的电动势和内电阻，若将R作为直角坐标系的纵坐标，则应取____________作为横坐标．

（3）利用实验数据在给出的直角坐标系上画出正确的图象______．

（4）由图象可知，该电池的电动势E=_______V，内电阻r=____Ω．

3．（2021·上海静安·二模）硅光电池是一种可将光能转换为电能的器件。某同学用实验研究硅光电池的路端电压U与总电流I的关系，实验电路如图甲所示，图中R0为定值电阻。

（1）实验①：用一定强度的光照射硅光电池，调节滑动变阻器，通过测量得到该电池的U-I关系如图乙中的曲线a所示。由此可知该电池的电动势约为_____V，短路电流约为_____μA，该电池的内阻____（选填“是”或“不是”）常数。

（2）实验②：减小实验①中光的强度，重复实验，测量得到该电池的U-I关系如图乙中的曲线b所示。若用该硅光电池给阻值不变的用电器供电，为使电源效率更高，应选择用实验____（选填“①”或“②”）中的光强度照射硅光电池，理由是______。

二、解答题

4．（2021·上海静安·二模）如图，足够长的固定斜面AB和BC的底部B处平滑连接，两斜面与水平方向的夹角均为53°，AB光滑，BC粗糙。质量m=2 kg的小物块从AB斜面高为h=1.25m的P处由静止释放。已知小物块与BC斜面间的动摩擦因数为μ=，取sin53°=0.8，cos53°=0.6，g=10 m/s2。

（1）求小物块从P处释放到达B处的速度的大小vB；

（2）求小物块沿斜面BC上滑的最大距离L及此过程中损失的机械能ΔE机；

（3）请分析说明小物块最终静止在何处。

5．（2021·上海静安·二模）如图（a）所示，两根足够长的光滑平行金属导轨固定于同一水平面内，导轨电阻不计，其间距为L=1 m，左端通过导线连接一个R=1.5Ω的定值电阻。整个导轨处在磁感应强度大小B=0.4T、方向竖直向下的匀强磁场中。质量m=0.2 kg、电阻r=0.5 Ω、长度为1 m的匀质金属杆垂直导轨放置，且与导轨接触良好。在杆的中点施加一个垂直杆的水平拉力F，使杆由静止开始运动，拉力F的功率P=2W保持不变，当杆的速度v=5 m/s时撤去拉力F。

（1）求杆的速度为4 m/s时，电阻R上的电流的大小I；

（2）求杆的速度为4 m/s时，杆的加速度的大小；

（3）求从撤去拉力F到杆停下的整个过程中，杆上产生的热量Qr；

（4）请分析说明，若不撤去拉力F，杆的速度是否可能大于5 m/s。若杆在t1时刻速度刚刚达到5 m/s，拉力F所做功的大小WF随时间t的变化关系如图（b）中的①所示，0~t1时间内电路中产生的总热量Q随时间t的变化关系如②所示，请在图（b）中补画出图线②t1时刻之后的图像。

6．（2020·上海静安·二模）如甲图所示，U形光滑金属导轨水平放置，导轨间距为L，左端电阻的阻值为R。质量为m的金属棒垂直于导轨放在导轨上，且与导轨良好接触，导轨及金属棒的电阻均不计，整个装置放在磁感强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面，现对金属棒施加一水平向右的拉力，使棒由静止开始向右运动，保持拉力的功率恒为P，经时间t，棒的速度为v。

(1)此时棒的加速度多大？

(2)时间t内电路产生了多少内能？

(3)某同学进一步研究了电路产生的内能Q随时间t变化的关系，画出了Q—t大致图像，如乙图所示，请判断这个图像是否合理，并说明理由。

7．（2020·上海静安·二模）如图为特种兵过山谷的简化示意图。将一根不可伸长的细绳两端固定在相距d=20m的A、B两等高点。绳上挂一小滑轮P，战士们相互配合，沿着绳子滑到对面。如图所示，战士甲（图中未画出）用水平力F拉住滑轮，质量为50kg的战士乙吊在滑轮上，脚离地，处于静止状态，此时AP竖直，∠APB=53°。然后战士甲将滑轮释放。不计滑轮摩擦及空气阻力。（取g=10m/s2，sin53o=0.8，cos53o=0.6）求：

(1)战士甲释放滑轮前水平拉力F的大小；

(2)战士乙运动过程中的最大速度；

(3)如果增加细绳的长度，战士甲的水平拉力F将如何变化？简述理由。

8．（2022·上海静安·上海市市西中学二模）如图所示，以恒定速率v1=0.5m/s运行的传送带与水平面间的夹角α=37°，转轴间距L=4m。工作人员沿传送方向以速度v2=1.5m/s从传送带顶端推下一件m=2kg的小包裹（可视为质点）。小包裹与传送带间的动摩擦因数μ=0.8。取重力加速度g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8。求：

（1）小包裹相对传送带滑动时加速度a的大小；

（2）小包裹在传送带上减速运动的时间t和位移s的大小。

（3）小包裹与传送带之间的摩擦力对小包裹做的功。

9．（2022·上海静安·上海市市西中学二模）如图所示，固定平行光滑金属导轨与水平面的夹角均为，导轨间距为L，电阻不计且足够长，导轨上相隔为d的平行虚线MN与PQ间有垂直于导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B。长为2d的绝缘杆将一导体棒和一边长为d的正方形导线框连在一起组成固定装置，总质量为m，导体棒中通以大小恒为I的电流。现将整个装置置于导轨上，线框下边与PQ重合，由静止释放后装置沿斜面下滑，导体棒运动到MN处恰好第一次开始返回，经过若干次往返后，最终装置在斜面上做周期不变的往复运动。导体棒在整个运动过程中始终与导轨垂直。

（1）在装置第一次下滑的过程中，先后做怎样的运动？（本小题无需说明理由）

（2）求在装置第一次下滑过程中，装置减少的机械能及导线框中产生的热量Q框；

（3）装置最终在斜面上做稳定的往复运动的最大速率vm；

（4）若已知装置最终在斜面上做稳定的往复运动的周期为T，请画出装置从最高点开始的一个运动周期内的v－t图像。

参考答案：

1．     B     重力垂直摆线方向          能     将A、B两点的纵坐标值相减，根据，因小球重心下移造成的摆长测量误差被抵消了

【详解】（1）[1] 该实验应选用质量较轻、不可伸长、长度较长的细线，应选用的摆线是B。

（2）[2] 单摆做简谐振动时，回复力是由摆球重力垂直摆线方向的分力提供。

[3]由单摆的周期公式

得重力加速度的表达式为

（3）[4] 能够消除因小球下方粘了小物体而造成的测量误差。

[5] 将A、B两点的纵坐标值相减，根据

因小球重心下移造成的摆长测量误差被抵消了。

2．     保护电源，防止电源被短路               6.0     1.0

【详解】(1)[1]由电路图可知，电阻R0与电阻箱R串连接入电路，电阻R0起保护电路的作用，保护电源，防止电源被短路；

(2)[2]根据闭合电路欧姆定律，有

公式变形，得到

所以若将R作为直角坐标系的纵坐标，则应取 作为横坐标．

(3)[3]运用描点法作出图象

(4)[4][5]根据

可得

所以该电池的电动势

E=6.0V

内电阻

r=1.0

3．     2.67（2.60～2.70）     295（290～300）     不是     ①     见解析

【详解】（1）[1][2][3]由全电路的欧姆定律可知，路端电压

U=E-Ir

若r为常数、则U-I图为一条不过原点的直线，由曲线a可知电池内阻不是常数；

当电流I=0时路端电压等于电源电动势E，约为2.67V（2.60～2.70）；

当U=0时的电流为短路电流、约为295μA（290～300）；

（2）[4][5]分别用实验①②中所用光的强度照射硅光电池时，电池的电动势相差不大，过原点做一条倾斜直线分别与a、b相交，交点纵坐标即对应路端电压，由此可知：两电源分别对同一阻值不变的电阻供电时，a图线对应路端电压明显大于b图线，根据电源效率

η=

外电路电阻相等时，电源内阻越小，电源效率越高，（过坐标原点作斜线，与图线a、b相交）用实验①中的光强度照射硅光电池，电池的内电阻比较小，所以电源效率比较高。

4．（1）5 m/s；（2）1.25 m；5J；（3）最终静止在B点

【详解】（1）小物块从A到B作只有重力做功，机械能守恒，有

代入数据可得

vB=5m/s

（2）小物块沿BC上滑，受力分析如图

垂直于斜面方向受力平衡

FN-mgcos53=0

小物块与斜面BC间滑动摩擦力大小

Ff=μFN=μmgcos53

以初速度方向为正方向，根据牛顿第二定律

（-mgsin53）+（-Ff）=ma

代入数据可得

a=-10m/s2

小物块从B到C作匀减速直线运动至速度为零，有

代入数据可得

s=1.25 m，L=1.25 m

小物块损失的机械能

△E机=mgh-mgLsin53

代入数据可得

ΔE机=5 J

（3）小物块在斜面BC时，因为mgsin53>μmgcos53，所以小物块速度减为零后，不会静止在BC斜面上，会沿BC斜面向下做匀加速运动；

到AB斜面后返回再沿斜面BC上滑，由于BC斜面粗糙，上滑高度小于第一次的上滑高度；

此后反复在两斜面间运动若干次，最终静止在B点。

5．（1）0.8 A； （2）0.9m/s2，1.6 m/s2；（3）0.625 J；（4）杆的速度不可能大于5m/s，见解析，

【详解】（1）杆运动产生感应电动势

电路中感应电流

代入数据可得

（2）杆所受安培力

代入数据可得

杆加速阶段速度v1为4 m/s时，拉力

代入数据可得

根据牛顿第二定律

代入数据可得

杆减速阶段速度为4 m/s时，根据牛顿第二定律

代入数据可得

（3）从撤去拉力F到杆停下的整个过程中，杆的动能转化为电路中产生的总热量

所以总热量

代入数据可得

杆上产生的热量

代入数据可得

（4）拉力F作用在杆上时

杆的速度增大，其他物理量不变，所以杆的加速度减小，当a=0时，速度达到最大值，此后杆作匀速直线运动。a=0时，代入数据可得

所以杆的速度不可能大于5 m/s。

补画图（b）

6．(1)；(2)；(3)该图像是合理的，理由见解析

【详解】(1)设棒的速度为时，拉力为，则有

则拉力功率为

由欧姆定律可得

则有感应电动势

联立以上等式解得

(2)根据功能关系可得

由此变形可得

(3)该图像是合理的。经足够长时间，导体的速度达到最大，加速度为零，导体作匀速运动，所以随变化的图线应以直线

为渐近线的曲线。

7．(1)250N；(2)6.81m/s；(3)F变小，理由见解析

【详解】(1)受力分析如图

根据共点力平衡条件得到

联立以上等式代入数据解得

(2)根据机械能守恒定律，运动到最低处时重力势能最小，动能最大，即速度最大。

依题得

，

又因为

所以是正三角形，在AB水平线下方处。

以为零势能面，根据机械能守恒定律得

有几何关系可得

因此有

代入数据得最大速度为

(3)如果增加细绳的长度，变小，因为

所以，变小。

8．（1）；（2），；（3）

【详解】（1）小包裹的速度v2大于传动带的速度v1，所以小包裹受到传送带的摩擦力沿传动带向上，受力分析如图所示

根据牛顿第二定律可知

代入数据可得

所以加速度的大小为，方向为沿斜面向上；

（2）由（1）可知小包裹先在传动带上做匀减速直线运动，至速度与v1相同，用时

相应的匀减速直线运动的距离为

（3）因为s，且

因此小包裹与传动带共速后做匀速直线运动至传送带底端匀速直线运动阶段所受静摩擦力大小为

位移大小为

所以小包裹与传送带之间的摩擦力对小包裹做的功为

代入数据可得

9．（1）答案见解析；（2）,；（3）；（4）答案见解析

【详解】（1）第一段，初速度为零、加速度减小的变加速运动；

第二段，匀加速运动；

第三段，匀减速运动至速度为零。

（2）因为装置初速度为零，第一次下滑的末速度也为零，所以减少的机械能

导体棒克服安培力做功

导线框中产生的热量

（3）装置稳定往复运动的最高位置：线框上边位于MN处，此时导体棒位于PQ上方d处。速度最大的位置：导体棒位于PQ处，导体棒从PQ上方d处运动到PQ处的过程中，装置机械能守恒，所以有

解得

vm＝

（4）装置从最高点开始的一个运动周期内的v－t图像如下