专辑22 实验题-2021年高考上海市高三下学期5月二模物理试题汇编（解析版）

2021 年高考上海市高三下学期 5 月二模物理试题汇编 专题 22 实验题 1、（2021·上海市长宁区高三下学期 5 月二模）在“探究感应电流产生的条件”实验中，使用了蓄电池、 滑动变阻器、电键、线圈 A 和线圈 B 以及灵敏电流计等器材，如图所示。 （1）用笔画线代替导线，将实验仪器连接成完整的实验电路_______； （2）写出实验中能产生感应电流的三种方法________、________、________． （3）在将软铁芯拔出线圈 A 的过程中，观察到灵敏电流计指针向右偏转，那么，闭合电键的瞬间，灵敏电 流计将向_________（填写“左”或“右”）偏转。 （4）实验得到的结论是_________________。 【答案】 (1). (2). 电键闭合或断开 (3). 电键闭合后，A 线圈插入或 拨出 (4). 电键闭合后，移动滑动变阻器的滑片 (5). 左 (6). 当闭合回路中的磁通量变化时，闭合 回路中就会产生感应电流； 【解析】 (1)[1]探究电磁感应现象实验电路分两部分，要使线圈 A 产生磁场必须对其通电，故电源、开关、滑动变阻 器、线圈 A 组成闭合电路，灵敏电流计与线圈 B 组成另一个闭合电路，如下图所示： (2)[2][3][4] 只要使得闭合回路中的磁通量发生变化，闭合回路中就有感应电流产生，所以能产生感应电流 的三种做法为：①电键闭合或断开；②电键闭合后，A 线圈插入或拨出；③电键闭合后，移动滑动变阻器 的滑片。 (3)[5] 闭合电键后，将 A 线圈中的铁芯拔出的瞬间，即穿过 B 的磁通量在减小，则灵敏电流计的指针向右 偏转，当闭合开关瞬间，则穿过 B 的磁通量在增加，依据楞次定律的内容：感应电流的磁场总阻碍穿过线 圈磁通量的变化，因此灵敏电流计的指针向左偏转， (4)[6] 从以上探究中可以得到的结论是：当闭合回路中的磁通量变化时，闭合回路中就会产生感应电流； 2、（2021·上海市徐汇区高三下学期 5 月二模）为了验证小球在竖直平面内摆动过程中机械能是否守恒， 利用如图 a 装置，细绳一端系住一小球，另一端连接力传感器，小球质量为 m，球心到悬挂点的距离为 L， 小球释放的位置到最低点的高度差为 h，实验记录细绳拉力大小随时间的变化如图 b，其中 Fm 是实验中测 得的最大拉力值。 （1）小球第一次运动至最低点的过程中，重力势能的变化量 Ep =___________，动能的变化量 Ek =___________。（重力加速度为 g） （2）通过对实验数据进行分析，可得到实验结论：___________，请写出你得到结论的分析过程：___________。 （3）该装置还可用来测量当地的重力加速度 g 的大小。实验时使小球摆动的幅度小于 5°，小球释放后测 量得到 F-t 图，从图中获取数据：___________，代入公式 g=___________。 【答案】 (1). mgh (2). ( ) 2 mF mg L (3). 小球机械能不守恒 (4). 观察图（b）中拉力峰值随 时间变化情况，发现当小球到达最低点时，拉力的最大值在逐渐减小，说明小球经过最低点时的速度在逐 渐减小，也就是说摆动一个周期，动能在减少，机械能总量在减小，所以不守恒 (5). 相邻两个峰值间的 时间间隔 T (6). 2 2 L T  【解析】 （1）[1]小球第一次运动至最低点的过程中，高度下降 h，重力势能的变化量 Ep mgh  [2] 小球第一次摆动至最低点，初速度为零，最低点速度为，由牛顿第二定律有 2 m vF mg m L   解得 2( )mF mg L vm 所以动能的变化量 2 ( ) 2 1 2 m k F mg LE mv    （2）[3][4] 观察图（b）中拉力峰值随时间变化情况，发现当小球到达最低点时，拉力的最大值在逐渐减小， 说明小球经过最低点时的速度在逐渐减小，也就是说摆动一个周期，动能在减少，机械能总量在减小，所 以不守恒。 （3）[5]由 F-t 图可以得知相邻两个峰值间的时间间隔 T。 [6]经分析知单摆的周期为 F-t 图周期的 2 倍，即单摆周期为 2T，根据单摆周期公式得 2 2 2 2 4 (2 ) L Lg T T    3、（2021·上海市普陀区高三下学期 5 月二模）在“研究一定质量理想气体在温度不变时，压强和体积的 关系”实验中。某同学按如下步骤进行实验： ①将注射器活塞移动到体积适中的V1 位置，接上软管和压强传感器，通过 DIS 系统记录下此时的体积 V1 与 压强 p1 ②用手握住注射器前端，开始缓慢推拉活塞改变气体体积。 ③读出注射器刻度表示的体积 V，通过 DIS 系统记录下此时的 V 与压强 p。 ④重复②③两步，记录 5 组数据。作 p﹣ 1 V 图。 （1）由相关数学知识可知，在软管内气体体积△V 不可忽略时，（1）在上述步骤中，该同学对器材操作的 错误是：___________。因为该操作通常会影响气体的___________（填写状态参量）。 （2）若软管内容积不可忽略，按该同学的操作，最后拟合出的 p﹣ 1 V 直线应是图 a 中的___________。（填 写编号）p﹣ 1 V 图像为双曲线，试用玻意耳定律分析，该双曲线的渐近线（图 b 中的虚线）方程是 p=___________。（用 V1、p1、△V 表示） 【答案】 (1). 用手握住注射器前端 (2). 温度 (3). 1 (4). p1（ 0    V V V ） 【解析】 （1）[1][2]在进行该实验时要保持被封闭气体的温度不变化，所以实验中，不能用手握住注射器前端，否则 会使气体的温度发生变化。 （2）[3]在 p﹣ 1 V 图像中，实验中因软管的体积不可忽略，气体测出的体积要比实际体积要小，所以压强 p 会偏大，最后拟合出的 p﹣ 1 V 直线应是图 a 中的 1 图线 （3）[4]在软管内气体体积△V 不可忽略时，被封闭气体的初状态的体积为 V1+△V，压强为 p1，末状态的 体积为 V+△V，压强为 p，由等温变化有： p1(V1+△V)=p(V+△V) 解得： p=p1（ 0     V V V V ） 当式中的 V 趋向于零时，有： p=p1（ 0    V V V ） 即该双曲线的渐近线（图 b 中的虚线）方程是： p=p1（ 0    V V V ） 4、（2021·上海市普陀区高三下学期 5 月二模）某同学欲将内阻为 100 Ω、量程为 300 μA 的电流计 G 改装 成欧姆表，要求改装后欧姆表的 0 刻度正好对准电流表表盘的 300 μA 刻度。 可选用的器材还有：定值电阻 R1（阻值 25Ω）；定值电阻 R2（阻值 l00Ω）；滑动变阻器 R（最大阻值 l000 Ω）； 干电池（E=1.5V．r=2 Ω）；红、黑表笔和导线若干。改装电路如图甲所示。 （1）定值电阻应选择____（填元件符号）．改装后的欧姆表的中值电阻为____Ω。 （2）该同学用改装后尚未标示对应刻度的欧姆表测量内阻和量程均未知的电压表 V 的内阻。步骤如下：先 将欧姆表的红、黑表笔短接，调节 ____填图甲中对应元件代号），使电流计 G 指针指到____ μA；再将____ （填“红”或“黑”）表笔与 V 表的“+”接线柱相连，另一表笔与 V 表的“一”接线柱相连。若两表的指 针位置分别如图乙和图丙所示，则 V 表的内阻为____Ω，量程为____________ V。 【答案】 (1). R1 (2). 1000 (3). R（或滑动变阻器） (4). 300 (5). 黑 (6). 500 (7). 1 【解析】 （1）[1][2]由于滑动变阻器的最大阻值为 1000Ω，故当滑动变阻器调到最大时，电路中的电路约为 1.5mAEI R   此时表头满偏，故定值电阻中的电流约为 1 1.2mAgI I I   故其阻值为 1 25Ωg g IR RI    因此定值电阻应该选择 R1。 改装后将红黑表笔短接，将电流表调大满偏，此时多用表的总内阻为 1 1000Ω g ER I I  内 故多用表的中值电阻为 =1000ΩR R中 内 （2）[3] [4] [5]由于使用欧姆表测内阻，故首先要进行欧姆调 0，即调节 R，使电流表满偏，即指针指到 300μA， 黑表笔接的电源正极，故将黑表笔与电压表的“+”接线柱相连； [6][7]欧姆表指针指在 I=200μA 位置，则电路中的总电流为 5I，故待测电压表的内阻为 V 500Ω5 ER RI   内 设电压表量程为 U，此时电压表两端的电压为 V5 0.5V2 U I R   故其量程为 1V。 5、（2021·上海市闵行区高三下学期 5 月二模）在“用 DIS 研究通电螺线管的磁感应强度”实验中， （1）磁传感器________（选填“需要”或“不需要”）调零。 （2）甲同学实验操作正确，得到通电螺线管中心轴线上的磁感应强度 B 的分布如图（a），从图中可以看出， 通电螺线管内的磁感应强度特点是________，________，________。 （3）乙同学得到的实验图像如图（b），请分析乙同学应如何改进可以得到图（a）：________。 丙同学得到的实验图像如图（c），请指出图中错误，分析导致错误的可能原因：___________。 （4）若螺线管匝数为 100 匝，横截面积为 5×10-3 m2，按照甲同学的实验结果，穿过通电螺线管中心横截面 的磁通量约为_________Wb。 【答案】 (1). 需要 (2). 通电螺线管内部中间部分的磁场可视为匀强磁场 (3). 通电螺线管内部中 间磁场强，两端磁场弱，离中心越远越弱 (4). 通电螺线管内部磁感强度大小关于中心对称 (5). 改变 螺线管中电流方向（或磁传感器的探头从螺线管的另一端深入）； (6). 通电螺线管两端磁感强度不应为 零，错在螺线管通电后对磁传感器凋零，应在螺线管通电前对磁传感器进行调零 (7). 2×10-5 【解析】 （1）[1]磁传感器需要调零； （2）[2]通电螺线管内部中间部分的磁场可视为匀强磁场； [3]通电螺线管内部中间磁场强，两端磁场弱，离中心越远越弱； [4]通电螺线管内部磁感强度大小关于中心对称。 （3）[5]改变螺线管中电流方向（或磁传感器的探头从螺线管的另一端深入）； [6]通电螺线管两端磁感强度不应为零，错在螺线管通电后对磁传感器调零，应在螺线管通电前对磁传感器 进行调零。 （4）[7]由图（a）可知通电螺线管中心横截面的磁通量 Φ=BS=4×10-3×5×10-3Wb=2×10-5Wb 6、（2021·上海市静安区高三下学期 5 月二模）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______。 【答案】 (1). 2.67（2.60～2.70） (2). 295（290～300） (3). 不是 (4). ① (5). 见解析 【解析】 （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= 2 2 ( ) I R R rI  外 外 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。 7、（2021·上海市金山区高三下学期 5 月二模）如图 a 所示为用 DIS 测量电动势和内阻的实验电路，其中 R0 为阻值固定的保护电阻。 （1）将实验电路图补充完整（可补充必要的器材，不需要画出数据采集器和计算机）______； （2）闭合电键前，应对电压传感器和电流传感器进行______操作。获得的数据在计算机屏幕上显示为 U-I 图，直线拟合后得到如图 B 所示的图像，某同学得出电池电动势为 1.50V、内阻为 1.96Ω，其判断的依据是 ______； （3）有四组同学因接线问题，在实验中分别得到了下列四张图像，其中仅因为传感器的正负接线柱连错而 得到的图像可能是______（填写编号），此种图像______（选填“能”或“不能”）得到电池的电动势和内 阻。 A. B. C. D. 【答案】 (1). (2). 调零 (3). 由闭合电路欧姆定律可知 U=E－Ir，即图 线的截距对应 E，斜率对应-r (4). BD (5). 能 【解析】 (1) [1] 根据伏安法测电源电动势和内阻的实验原理，将电路图补充完整，如图所示； (2)[2][3] 在闭合电键前，要对两个传感器进行调零操作。根据闭合电路欧姆定律有 U=E-Ir，所以图 b 中的 直线的纵截距 b=E=1.50V 斜率的绝对值 |k|=r=1.96Ω 故依据是由闭合电路欧姆定律可知 U=E－Ir，即图线的截距对应 E，斜率对应-r。 (3)[4][5] 我们知道，路端电压 U=E-Ir，随着电流的增大而减小的。而图象中的电流和电压的负值只是方向， 要看图象横纵坐标的绝对值的变化是否符合上述规律。 A．由图象看出，随电流 I 的增大而增大，故 A 错误； B．由图象看出，随着电流的增大而减小，只是电压传感器接反，故 B 正确； C．由图象看出，随着电流的增大而增大，故 C 错误； D．由图象看出，随着电流的增大而减小，只是电流传感器接反，故 D 正确； 故选 BD 由于只是极性接反，不会影响其绝对值大小，故能够测量出电动势和内阻的大小。 8、（2021·上海市黄浦区高三下学期 5 月二模）某同学通过图 A 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）图 A 中的 A 是_____传感器； （2）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。操作中，不能用手握住注射器封闭 气体部分，是为了_______________；若实验过程中不慎将活塞拔出针筒，则必须废除之前获得的数据，重 做实验，这是为了___________。 （3）实验中通过活塞所在刻度读取了多组气体体积 V 及对应压强 p，为了在 xOy 坐标系中获得直线图像， 应取 y 轴、x 轴分别为______（选填“V、 1 p ”或“p、 1 V ”） （4）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 B 所示，若已知传感器和注射器 连接处的软管容积为 V0，则这颗冰糖的体积为_______。 【答案】 (1). 压强 (2). 保持封闭气体的温度不变 (3). 保持封闭气体的质量不变 (4). V、 1 p (5). b+V0 【解析】 (1)[1]实验需要测量气体的体积与压强，气体体积可以由注射器上的刻度直接读出，因此传感器 A 是压强传 感器。 (2)[2][3]实验需要保持气体温度与质量不变，操作中，不能用手握住注射器封闭气体部分，是为了保持气体 温度不变；若实验过程中不慎将活塞拔出针筒，则必须废除之前获得的数据，重做实验，这是为了保持气 体质量不变。 (3)[4]由玻意耳定律 pV=C 可知 1V C p  所以 V 正比于 1 p ，为了在 xOy 坐标系中获得直线图像，应取 y 轴、x 轴分别为 V 和 1 p ； (4)[5]以注射器内气体与传感器和注射器连接处的软管内气体为研究对象，气体总体积 V 气=V+V0-V 冰糖 由玻意耳定律得 pV 气=C 则 1V C p 气 则有 0 1V V V V C p    气 冰糖 可得 0 1= - +V C V Vp 冰糖 当 1 =0p 时 V=-V0+V 冰糖=b 则冰糖的体积 V 冰糖=b+V0 9、（2021·上海市虹口区高三下学期 5 月二模）如图是“用 DIS 研究在温度不变时，一定质量的气体压强 与体积的关系”的实验装置。 主要步骤如下： ①将压强传感器调零； ②把活塞移至注射器满刻度处； ③逐一连接注射器、压强传感器、数据采集器、计算机； ④推动活塞，记录多组注射器内气体的体积 V，以及相应的压强传感器示数 p。 （1）实验操作中，除了保证封闭气体的温度恒定以外，还需保证_____不变。为此，在封入气体前，应 ________________。 （2）其中一小组根据测量的数据，绘出 p- 1 V 图像如图所示。发现图线的上端出现了一小段弯曲，产生这一 现象的可能原因是：_________。 （3）另一小组实验时缓慢推动活塞，记录 4 组注射器上的刻度数值 V，以及相应的压强传感器示数 p。在 采集第 5 组数据时，压强传感器的软管脱落，重新接上后继续实验，又采集了 4 组数据，其余操作无误。 A． B. C. D. 该小组绘出的 V- 1 p 关系图像应是_______________，给出分析依据：_________________。 【答案】 (1). 质量 (2). 在活塞上均匀涂抹润滑油 (3). 注射器内的气体向外泄漏 (4). D (5). 测量时，注射器与压强传感器连接部分气体的体积 V0 未计入，纵轴存在截距-V0，软管脱落后，气体向 外漏出，p 的测量值偏小，相应的横坐标 1 p 偏大，但左侧的延长线与纵轴的交点仍为-V0，故前后两条线相 交在此处。 【解析】 （1）[1]DIS 研究一定质量的气体压强与体积的关系，即质量、温度不变时气体的压强与体积的关系，所以 本实验保持温度不变，还需保证封闭气体质量不变； [2]为了防止漏气，需要在活塞上均匀涂抹润滑油； （2）[3]图线的上端出现了一小段弯曲，即当 1 V 增大，V 减小时，p 增加的程度不是线性关系，斜率减小说 明压强增加程度减小，其原因是注射器存在漏气现象； （3）[4][5]测量时，由于注射器与压强传感器连接部分气体的体积 V0 未计入，所以纵轴存在截距-V0；当软 管脱落后，由于气体向外漏出，p 的测量值偏小，相应的横坐标 1 p 偏大，但左侧的延长线与纵轴的交点仍 为-V0，则前后两条线应相交在此处。 故绘出的 V- 1 p 关系图像应是 D。 10、（2021·上海市宝山区高三下学期 5 月二模）“用 DIS 测电源电动势和内电阻”的实验电路如图甲所示， 滑动变阻器 R 的最大阻值为 10Ω。 （1）某同学在实验中将电压传感器“红、黑”接线分别接在电路中“3、1”位置，实验得到的 U-I 图线如图 （乙）所示，则电源的电动势 E=___________V，内阻 r=___________Ω； （2）实验时，在滑动变阻器滑片从最左端逐渐向右移动的过程中，R 上功率的变化情况是___________，电 源效率的变化情况是___________； （3）若该同学在实验中将电压传感器“红、黑”接线分别接在电路中“4、1”位置，用同样方法处理实验数 据，则获得的电源电动势的测量值___________真实值，电源内阻 r 的测量值___________真实值。（选填“大 于”“等于”或“小于”） 【答案】 (1). 2.8 (2). 2.0 (3). 先增大后减小 (4). 减小 (5). 等于 (6). 大于 【解析】 （1）[1][2]接在 1、3 位置时，电压传感器测量的是路端电压 U，根据闭合电路欧姆定律有 U=E－Ir 那么 U－I 直线的纵截距就是电动势 E=2.80V 斜率的绝对值就是内阻 2.80 1.40 Ω 2.0Ω0.7r   （2）[3]写出电阻 R 上的功率的表达式 2 2 2 2( ) ( ) 4 E EP I R R R rR r rR      显然当 R=r=2Ω时，R 上的功率有极大值 2 m 4 EP r  那么随着 R 从 10Ω逐渐减小到 0 时，R 上功率 P 是先增大而减小； [4]电源的效率 1 1 UI U R rEI E R r R       随着 R 的减小，效率也是逐渐减小； （3）[5][6]电压传感器接 4、1 之间时，电压表测量的是路端电压，但电流表相对于电源内阻却是内接法， 由于电流表的分压，导致路端电压的测量值小于真实值，但当干路中的电流为零时，电压表也无电流，测 量值等于真实值，且电流越大时，电流表的分压越大，那么 U－I 直线相对真实的绕纵截距处顺时针转动一 角度，所以电源电动势的测量值等于真实值，但内阻偏大了。 11、（2021·上海市浦东新区高三下学期 5 月二模）有同学在做“用 DIS 研究一定质量气体在温度不变时， 压强与体积的关系”实验时，主要实验装置如图所示。在某一次实验中，把气体的体积和压强值记录在表 中，并用 p-1/V 图像处理实验数据。 实验序号 V（mL） P（×105Pa） 1 V （mL-1） 1 20.0 1.0610 0.050 2 18.0 1.1730 0.056 3 16.0 1.3232 0.063 4 14.0 1.4943 0.071 5 12.0 1.7571 0.083 （1）为了减小实验误差，在完成本实验时，需注意（ ） A.实验时外界大气压强不能发生变化 B.封闭气体的注射器密封性良好 C.不能用手握住注射器的封闭气体部分 D.每次调整好气体的状态后，需立即记录 p、V 的数据 （2）在本次实验中，该同学的实验操作规范正确，但如图 2 所示的 p-1/V 图线不过原点。为了查明原因， 该同学决定采用 V- 1 p 图像重新处理数据，进一步探究注射器内气体压强和体积的关系，重新描绘的图线如 图 3 所示，根据该图线的截距读取的体积绝对值最有可能是图 1 实验装置中_______的气体体积。所以，表 中记录的气体体积与真实值相比是______________（选填“一样大”、“偏大”或“偏小”）。该同学将这 一结果对表中记录的原始实验数据进行修正，再重新绘制 p- 1 V 图像，得到的实验图线是一条经过坐标原点 倾斜直线，如图 4 所示。 （3）在采取了一系列减小实验误差的措施后，又通过多次实验验证，该同学总结本实验中注射器内气体的 压强和体积关系可以表述为：_______。 【答案】 (1). BC (2). 压强传感器和注射器连接部分 (3). 偏小 (4). 在误差允许的范围内，一 定质量的气体，在保持气体温度不变时，气体的压强 p 与体积 V 成反比例关系 【解析】 （1）[1] A．外界大气压强对注射器内气体压强没有影响，A 错误； BC．因为研究对象是一定质量气体在温度不变时的压强和体积关系，所以必须保证气体质量不变，不能漏 气，封闭气体的注射器密封性必须良好，注射器温度不能变化，BC 正确； D．每次调整好气体的状态后，气体稳定后再记录 p、V 的数据，D 错误。 故选 BC。 （2）[2] 图线的横轴截距不为零，说明注射器中没有气体时，压强传感器有示数，只能是注射器与压强传 感器连接的细管中有气体，所以，表中记录的气体体积与真实值相比偏小。 [3] 表中记录的气体体积与真实值相比偏小。 （3）[4] 由图 4 可知 1 p pV C V   是定值，即在误差允许的范围内，一定质量的气体，在保持气体温度不变时，气体的压强 p 与体积 V 乘积 保持不变。