2025版衡水中学学案高考物理二轮专题与专项第4部分实验＋中档计算题增分练(三)含答案及解析

实验＋中档计算题增分练(三)1.(2024·四川内江期末)某实验小组“用单摆测重力加速度”。(1)下列悬挂单摆的装置中，最合理的是________。ABCD(2)用秒表记录单摆完成30次全振动所用时间，如图所示，其读数为__________s。(3)以下是实验过程中的一些做法，其中正确的是________。A．测量摆长：用刻度尺量出从悬点到摆球上端点间的距离B．测量周期：从摆球通过平衡位置开始计时，当摆球再次通过平衡位置时结束计时，秒表所示读数表示单摆的周期C．为了减小测量周期的误差，摆球应在经过最低点(速度最大)的位置开始计时D．拉开摆球，使摆线离平衡位置不大于5°，释放摆球，当摆球振动稳定后，从平衡位置开始计时，记下摆球50次经过平衡位置所用的时间Δt，则单摆周期T＝eq\f(t,50)(4)另一组同学测出了摆线长度L和摆动周期T，如图(a)所示。通过改变悬线长度L，测出对应的摆动周期T，获得多组T与L，再以T2为纵轴、L为横轴画出函数关系图像如图(b)所示。由图像可知，当地重力加速度g＝________m/s2(结果用含π的表达式)。【答案】(1)D(2)52.0(3)C(4)π2【解析】(1)为了使摆长不变，用不可伸长的细丝线，不能用弹性棉线，且用夹子夹住细丝线，A、C错误；为了减小空气阻力产生的误差，不能用塑料球，应该用铁球，B错误，D正确。(2)秒表的读数为52.0s。(3)测量摆长：用刻度尺量出从悬点到摆球球心的距离，A错误；测量周期：从摆球通过平衡位置开始计时，摆球振动多次后，当某次相同方向通过平衡位置时结束计时，秒表所示读数与全振动次数的比值表示单摆的周期，B错误；为了减小测量周期的误差，摆球应在经过最低点(速度最大)的位置开始计时，C正确；拉开摆球，使摆线离平衡位置不大于5°，释放摆球，当摆球振动稳定后，从平衡位置开始计时数零，记下摆球50次从相同方向经过平衡位置所用的时间Δt，则单摆周期T＝eq\f(t,50)，D错误。故选C。(4)根据单摆的周期公式得T＝2πeq\r(\f(L＋\f(D,2),g))，解得T2＝eq\f(4π2,g)L＋eq\f(2π2D,g)，根据图像斜率k＝eq\f(4π2,g)＝eq\f(0.04,0.01)s2/m，得g＝π2m/s2。2.(2024·甘肃酒泉三模)因电动汽车充电比燃烧汽油更便宜，故电动汽车更受到市场的欢迎。某兴趣小组为了测量某电动汽车上安装的电池的电动势E(300V～400V)和内阻r(0～10Ω)，利用实验室现有器材进行了如下实验。(1)实验室只有一个量程为100V、内阻为RV＝5kΩ的电压表，现把此电压表改装成量程为400V的电压表，需________(填“串联”或“并联”)一个阻值为R0＝________kΩ的电阻，然后再测量电池的电动势和内阻。(2)该兴趣小组将电阻箱R和改装后的电压表(电压表的表盘没有改变，示数记为U)连接成如图甲所示的电路，来测量该电池的电动势和内阻，根据电阻箱接入电路的阻值R和电压表的示数U作出eq\f(1,R)－eq\f(1,U)图像，如图乙所示，则该电池的电动势E＝________V、内阻r＝________Ω。(3)由实验可知，电池电动势的测量值________(填“大于”“等于”或“小于”)真实值；内阻的测量值________(填“大于”“等于”或“小于”)真实值。【答案】(1)串联15(2)3609(3)小于小于【解析】(1)根据电表改装原理可知，将小量程电压表改装成大量程电压表需要串联较大电阻，该串联电阻阻值为R0＝eq\f(U－UV,IV)＝eq\f(U－UV,\f(UV,RV))＝15kΩ。(2)根据闭合电路的欧姆定律可得4U＝E－eq\f(4U,R)·r整理可得eq\f(1,R)＝eq\f(E,4r)·eq\f(1,U)－eq\f(1,r)结合图像可得eq\f(E,4r)＝eq\f(\f(1,90),\f(1,9))eq\f(1,r)＝eq\f(1,9)联立解得E＝360V，r＝9Ω。(3)根据等效电源法，将电压表和R0看成是新电源的一部分，该部分与电源并联，所以新电源的电动势和内阻均减小，所以电动势和内阻的测量值均小于真实值。3.(2024·湖北学业考试)1965年香港中文大学校长高锟在一篇论文中提出以石英基玻璃纤维作长程信息传递；引发了光导纤维的研发热潮，1970年康宁公司最先发明并制造出世界第一根可用于光通信的光纤，使光纤通信得以广泛应用。此举被视为光纤通信的里程碑之一，高锟也因此被国际公认为“光纤之父”。如图模拟光纤通信，将直径为d的圆柱形玻璃棒弯成eq\f(3,4)圆环，已知玻璃的折射率为eq\r(2)，光在真空中的速度为c。光纤在转弯的地方不能弯曲太大，要使从A端垂直入射的光线能全部从B端射出。求：(1)圆环内径R的最小值；(2)在(1)问的情况下，从A端最下方入射的光线，到达B端所用的时间。【答案】(1)(eq\r(2)＋1)d(2)eq\f(62＋\r(2)d,c)【解析】(1)从A端最下方入射的光线发生全反射时其他光线能发生全反射，根据几何关系得sinθ＝eq\f(R,R＋d)设全反射临界角为C，则要使A端垂直入射的光线全部从B端射出，必须有θ≥C根据临界角公式有sinC＝eq\f(1,n)因此有sinθ≥sinC即eq\f(R,R＋d)≥eq\f(1,n)解得R≥eq\f(d,n－1)＝eq\f(d,\r(2)－1)＝(eq\r(2)＋1)d所以R的最小值为(eq\r(2)＋1)d。(2)在(1)问的情况下θ＝45°代入可得R＝(eq\r(2)＋1)d如图所示光在光纤内传播的总路程为s＝6R＝6(eq\r(2)＋1)d光在光纤内传播速度为v＝eq\f(c,n)＝eq\f(\r(2),2)c所以所求时间为t＝eq\f(s,v)＝eq\f(6\r(2)R,c)＝eq\f(62＋\r(2)d,c)。4.(2024·广东惠州期末)如图所示，水平传送带顺时针匀速转动，左右两端距离L＝3m，将一质量为m＝0.1kg的小铁块(可看作质点)轻轻放在传送带左端，铁块与传送带间的动摩擦因数μ＝0.4。铁块从A点飞出后，恰好从竖直圆弧轨道BCD的B端沿切线进入圆弧轨道，铁块恰好能通过圆弧轨道的最高点D。已知θ＝37°，A、B、C、D四点在同一竖直平面内，水平传送带离B端的竖直高度H＝0.45m，圆弧轨道半径R＝0.4m，C点为圆弧轨道的最低点，不计空气阻力，已知sin37°＝0.6，取重力加速度g＝10m/s2，求：(1)铁块运动到圆弧轨道最高点D点时的速度大小vD；(2)铁块在竖直圆弧轨道上运动的过程中克服摩擦力所做的功；(3)水平传送带的速率v。【答案】(1)2m/s(2)0.33J(3)4m/s【解析】(1)小铁块通过D点时，由牛顿第二定律得mg＝eq\f(mv\o\al(2,D),R)解得vD＝2m/s。(2)小铁块从A点到B点，由平抛运动规律veq\o\al(2,y)＝2gH根据三角函数得sinθ＝eq\f(vy,vB)解得vB＝5m/s根据动能定理得－mgR(1＋cosθ)－Wf＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,D)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)解得Wf＝0.33J。(3)小铁块从A点到B点的过程中