上海市浦东新区高考物理三年（2021-2023）模拟题（一模）按题型分类汇编-03实验题、解答题
一、实验题
1．（2021·上海浦东新·统考一模）如图所示为“测定直流电动机效率”的实验装置及电路。
(1)在图中用笔划线完成实物电路图的连线___。
(2)实验中关于滑动变阻器的作用及操作正确的是( )
A．通过调节滑动变阻器使重物匀速上升
B．通过调节滑动变阻器使通过电动机线圈的电流减小，从而提高电动机的效率
C．若开关闭合后电动机牵引不起重物，应将滑动变阻器的滑动端向右滑动
D．若开关闭合后重物一直加速上升，应将滑动变阻器的滑动端向右滑动
(3)实验中通过适当调节使重物匀速上升的目的是______________________________。
(4)某次实验中电动机牵引G = 0.5N重物匀速上升，测得重物匀速上升H = 0.70m的时间t = 2.07s，读得电流表示数I = 0.16A，电压表示数U = 2.60V，若电动机线圈电阻r = 5Ω，则此次实验中电动机的机械效率是η = ________%，损失的机械功率是__________W。
2．（2022·上海浦东新·统考一模）某同学为测定电源的电动势E和内阻r，从实验室找来电键、定值电阻R0、电流表（内阻不计）、一根均匀电阻丝（配有可在电阻丝上移动的金属夹）和导线若干。因缺少刻度尺，无法测量电阻丝长度，他找到了一个绝缘的圆形时钟表盘。他将电阻丝绕在表盘上，用改变圆心角（以rad为单位）的方法改变接入电路中的电阻丝长度。实验方案如下：先将器材连成如图（1），后将金属夹从b端开始不断改变位置，闭合电键后记录每次从a到金属夹位置所对应的圆心角和电流表示数I，最后将数据描在坐标纸上、绘得如图（2）所示图线，已知a、b间单位角度对应电阻丝的阻值为r0，则图（2）对应的的函数关系为__________（用R0、r0、E、r、表示）；若已知r0=3/rad，R0=2，则由（2）图可求得电源内阻r=___________。
3．（2022·上海浦东新·统考一模）如图（1）为“用DIS研究加速度和力的关系”的实验装置。
（1）实验时有以下一些步骤，先后顺序是_________（填写字母标号）
A．点击“选择区域”，计算机自动计算出加速度值；
B．保持小车、配重片和发射器总质量不变，不断增加钩码的质量，重复实验。
C．点击“开始记录”并释放小车，当小车到达终点时，点击“停止记录”，得到v-t图像。
（2）若测得小车、配重片和发射器的总质量为360g，则跨过滑轮的细绳下悬挂的钩码质量范围最适合用_________；
A．1g～25g B．100g～200g C．180g～360g D．大于360g
（3）当小车总质量一定，改变钩码质量重复实验，释放小车的位置_________（填写“必须相同”或“可以不同”）。实验中某小组获得如图（2）所示的图线，在进行“选择区域”操作记录小车加速度时，小明认为选择AB段和AC段，获得的加速度基本相同。请发表你的观点，并说明理由：____________。
4．（2023·上海浦东新·统考一模）利用手机中的磁传感器可测量埋在地下的水平高压直流长直电缆的深度。在手机上建立了空间直角坐标系后保持方位不变，且始终竖直向上，如图（a）所示。电缆上方的水平地面上有E、F、G、H四个点，如图（b）所示。长均为且垂直平分。电缆通电前将各分量调零，通电后测得四点的分量数据见表，其中。则电缆中电流沿____________（选填“”、“”、“”或“”）方向，距离地面的深度为__________m。
方位
E 8 0 6
F 8 0
G 0 0
H 0 0
5．（2023·上海浦东新·统考一模）某同学利用DIS验证机械能守恒定律，实验装置如图所示。保持摆锤释放器在P点位置不变，由静止释放摆锤，分别利用传感器（图中未画出）测出摆锤经过A、B、C、D四个位置的挡光时间t。已知摆锤的直径，质量。取D所在水平面为零势能面，A、B、C三点相对于零势能面的高度如图所示，实验获取的数据如下表：
位置
A 15 0.007826 1.022
B 10 0.005598 1.429
C 5 0.004607 ▲
D 0 0.003998 2.001
（1）本实验使用的是__________传感器。
（2）表格中“▲”所代表的物理量的值为__________。
（3）实验中该同学发现传感器所测的位置略低于A点，则他经过计算机获得的速度数据与真实值比，__________。（选填“偏大”、“偏小”或“不变”）
（4）该同学认为，如果分析t与h的关系，也能验证机械能守恒定律。所以该同学将数据进一步处理，作出“”图，图线如图所示。根据图线和相关数据，可以推算出小摆锤的机械能__________J（保留到小数点后第3位）。若该图线的斜率绝对值为k，事后另一个同学再次重复进行实验，并将释放点抬高，并保持不变，测出了新的四组数据重新作图，图线的斜率绝对值为。则k_____（选填“>”、“=”或“<”）。
二、解答题
6．（2021·上海浦东新·统考一模）如图所示，光滑金属导轨固定在与水平面成θ = 37°的斜面上（斜面未画出），导轨各相邻段互相垂直，导轨顶端接有阻值R = 3Ω的电阻。已知宽轨间距L1 = 1m，宽轨长S1 = 1m，窄轨间距L2 = 0.5m，窄轨长S2 = 2m。pq连线以下区域有垂直于斜面向下的匀强磁场，磁感强度大小B = 2.0T，bp = cq = 0.27m。现有一根长度等于L1，电阻为r = 2Ω 、质量m = 0.2kg的金属棒从宽轨顶端由静止释放，金属棒到达宽轨底部和窄轨底部之前都已经做匀速直线运动。导轨电阻不计，重力加速度g = 10m/s2，sin37°= 0.6，cos37°= 0.8。求：
(1)金属棒刚进入磁场时通过电阻R的电流I1的大小和方向；
(2)金属棒刚离开宽轨时速度v2的大小；
(3)在金属棒的整个运动过程中，回路中产生的焦耳热Q。
7．（2021·上海浦东新·统考一模）如图（a）所示，在竖直固定的光滑细杆上，套一个质量m = 0.2kg的小球，在竖直向上的拉力F作用下，从x = -1m处的A点由静止开始向上运动，F随位置坐标x的变化关系如图（b）所示，g取10m/s2。
（1）写出F-x函数关系式，并求出x = 0.5m时小球的加速度。
（2）小球从x = -1m处运动到x = +1m处，求拉力F对小球做的功和小球在x = +1m处的速度。
（3）x等于多少时，小球加速度最大，并求出最大加速度的大小和方向。
（4）通过计算、推理，分析说明小球做什么运动。
8．（2022·上海浦东新·统考一模）2021年5月15日，“天问一号”着陆器成功着陆火星表面，这标志着我国首次火星探测任务——着陆火星取得圆满成功。它着陆前的运动可简化为如图所示四个过程，若已知着陆器（含降落伞）总质量m=1.3×103kg，取火星表面重力加速度=4m/s2，忽略着陆器质量的变化和的变化，打开降落伞后的运动可视为竖直向下的直线运动。则：
（1）在第Ⅳ阶段的最后，着陆器经0.75s的无初速度、无动力下降后安全着陆，且火星表面大气非常稀薄，求着陆器着陆时的动能Ek；
（2）假设着陆器在第Ⅱ“伞降减速阶段”做匀减速运动，求它所受总平均阻力f的大小；
（3）着陆器在第Ⅲ“动力减速阶段”可视为匀减速运动，求它在该阶段机械能的改变量。
9．（2022·上海浦东新·统考一模）如图，=37°的足够长且固定的粗糙绝缘斜面顶端放有质量M＝0.024kg的U型导体框，导体框的电阻忽略不计，导体框与斜面之间的动摩擦因数。一电阻R＝3、长度L＝0.6m的光滑金属棒CD置于导体框上，与导体框构成矩形回路CDEF，且EF与斜面底边平行。初始时CD与EF相距s0＝0.03m，让金属棒与导体框同时由静止开始释放，金属棒下滑距离s1＝0.03m后匀速进入方向垂直于斜面的匀强磁场区域，磁场边界（图中虚线）与斜面底边平行。当金属棒离开磁场的瞬间，导体框的EF边刚好进入磁场并保持匀速运动。已知金属棒与导体框之间始终接触良好，且在运动中金属棒始终未脱离导体框。磁场的磁感应强度大小B＝1T、方向垂直于斜面向上，取g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8。求：
（1）棒CD在磁场中运动时棒中感应电流I的大小和方向；
（2）棒CD的质量m以及金属棒在磁场中运动时导体框的加速度a；
（3）从开始到导体框离开磁场的过程中，回路产生的焦耳热Q；
（4）用文字简要说明，导体框由静止释放至EF边到达磁场下边界的过程中，有哪些力对它做功及对应的能量转化情况。
10．（2023·上海浦东新·统考一模）如图，粗细相同的水平直杆与圆弧杆BC在B点平滑连接，固定在竖直平面内，直杆的AB部分长，圆弧杆BC的半径。一个质量、直径略大于杆截面直径的小环（可视为质点）穿在水平直杆上的A点。现让小环以的初速度由A向B运动的同时，在竖直面内对小环施加一个垂直杆AB的恒力F作用，运动到B点时撤去F，之后小环沿圆弧杆BC上滑的最大高度为。已知小环与直杆AB的动摩擦因数、与圆弧杆BC的摩擦不计，重力加速度g取，试求：
（1）小环在B点的速度v的大小；
（2）小环在杆AB上的加速度a的大小；
（3）小环在杆AB上所受的恒力F的大小；
（4）小环沿圆轨道BC上滑至最高点的时间t。
11．（2023·上海浦东新·统考一模）如图（a）所示，两根平行的光滑金属导轨上端与阻值为的电阻相连，导轨平面与水平面夹角为，导轨间距为。水平的虚线所夹区域存在两个垂直于导轨平面向上的有界匀强磁场Ⅰ和Ⅱ，其中磁场Ⅰ磁感应强度大小为，磁场Ⅱ磁感应强度大小未知。一根水平放置的导体棒从图示位置由静止释放，经时间进入Ⅰ。以磁场Ⅰ的上边界为坐标原点，沿导轨建立轴，导体棒在磁场中运动时电阻的功率与导体棒的位置坐标的关系如图（b）所示。导轨和导体棒的电阻不计，重力加速度取，求：
（1）棒进入磁场Ⅰ时受到的安培力方向及速度的大小；
（2）分析描述导体棒在磁场Ⅰ中的运动性质；
（3）磁场Ⅱ磁感应强度的大小。
参考答案：
1． AC 使绳子拉力等于重物重力 40.64% 0.12
【详解】(1)[1]电压表需测量电动机两端电压，实物连线图如下图
(2)[2]A．为测定直流电动机效率，需测量出电动机的输出功率，当重物匀速上升时，电动机的输出功率等于重物重力的功率，则应通过调节滑动变阻器使重物匀速上升，故A正确；
B．本实验的目的是测定直流电动机效率，滑动变阻器的作用主要是使重物匀速上升，而不是提高电动机的效率，故B错误；
C．若开关闭合后电动机牵引不起重物，则说明电动机功率过小，故应增大电流来使电动机功率增大，若电流增大，则电路总电阻减小，即应将滑动变阻器的滑动端向右滑动，故C正确；
D．若开关若开关闭合后重物一直加速上升，则说明电动机输出功率过大，故应减小电流来使输出功率减小，所以电路总电阻应增大，即应将滑动变阻器的滑动端向左滑动，故D错误。
故选AC。
(3)[3]实验中通过适当调节使重物匀速上升的目的是为了使电动机的输出功率等于重力的功率，即使绳子拉力等于重物重力。
(4)[4]电动机输出功率为
电动机总功率为
则电动机的机械效率为
[5]损失的机械功率为
2． 4
【详解】[1]依题意，根据闭合电路欧姆定律可得
变换可得
[2]由图（2）知图线的斜率
纵截距
代入r0=3/rad，R0=2，可求得电源内阻
3． CAB A 可以不同 见解析
【详解】（1）[1]依题意，本实验的顺序应为：点击“开始记录”并释放小车，当小车到达终点时，点击“停止记录”，得到v-t图像；点击“选择区域”，计算机自动计算出加速度值；保持小车、配重片和发射器总质量不变，不断增加钩码的质量，重复实验。
故应为CAB；
（2）[2]本实验是把细绳下悬挂钩码的重力当成小车所受到的拉力，所以需要满足钩码的质量远远小于小车、配重片和发射器的总质量，结合选项数据。
故选A。
（3）[3]当小车总质量一定，改变钩码质量重复实验，释放小车的位置可以不同，只要小车不要从太过靠近滑轮所在位置释放即可；
[4]①对。因为该区域内图线是倾斜直线，在误差允许范围内取得的斜率相同，即加速度相同；
②错。因为AC段区域数据更多，计算机拟合出的斜率更精确，所以会有一定差异。
4． 1.2
【详解】[1]如图所示为通电直导线周围的磁感线示意图
由题中数据可知，E、F两点水平方向的磁感应强度大小相等，方向均沿+x方向，竖直方向的磁感应强度大小相等，E点沿+z方向分量与F点沿-z方向分量相等，结合G、H两点在y、z方向磁感应强度均为零可知E、F点位置如图所示，G、H在EF的中垂线上，故电缆中电流沿方向。
[2]F点的磁感应强度分解如图所示
可得
EF长为，由几何关系可得
解得距离地面的深度为
5． 光电门 1.736 偏大 0.016 =
【详解】（1）[1]本实验，采用光电门传感器来测量瞬时速度；
（2）[2]根据光电门测速原理可知
（3）[3]该同学发现传感器所测的位置略低于A点，则重力势能减小量变大，动能增加量变大，则经过计算机获得的速度数据比真实值偏大。
（4）[4][5]根据图像可知，当h=0时，重物重力势能为零，只有动能，则机械能
根据
整理得
事后另一个同学再次重复进行实验，并将释放点抬高，并保持不变，可知，改变的是，图像斜率不变，所以
6．(1)电流方向c→R→b，；(2)；(3)
【详解】(1)由右手定则（或楞次定律）可判断感应电流方向c→R→b ；
设金属棒刚进入磁场时的速度为v1，金属棒从顶端开始运动到进入磁场的过程只有重力做功，机械能守恒，即
代入数值得
解得
v1 = 1.8m/s
刚进入磁场时，由闭合电路欧姆定律可得
又
E1=BL1v1
可得
(2)依题意，金属棒刚离开宽轨时作匀速运动，由
E2=BL1v2
FA=BI2L1
得
因金属棒做匀速运动，由平衡条件可得
FA = mg sinθ
即
则
(3)设金属棒在窄轨上最终匀速运动速度大小为v3
E3=BL2v3
FA′=BI3L2
因金属棒做匀速运动，由平衡条件可得
FA′= mg sinθ
解得
金属棒在轨道上运动的整个过程，由能量守恒可知棒减少的重力势能转化为动能和焦耳热Q，则
7．（1）F = -2x + 2（N）（-1m ≤ x ≤ 1m），，竖直向下；（2）W总 = 0 ，v = 0；（3）见解析；（4）见解析
【详解】（1）由图b可知
F = -2x + 2（N）（-1m ≤ x ≤ 1m）
小球受力分析如图
F合 = F - mg = -2x + 2-2（N）
= -2x（N）（-1m ≤ x ≤ 1m）
当x = 0.5m时，根据牛顿第二定律
加速度a的方向竖直向下。
（2）x = -1m到x = 1m，F-x图线下与横坐标之间面积表示F做的功
重力做功
WG = -mgh = -0.2×10×2J = -4J
根据动能定理得
解得
v = 0
（3）根据牛顿第二定律F合=ma得
m/s2（-1m ≤ x ≤ 1m）
当x = ±1m时，加速度最大，且
am =±10m/s2
当x = 1m时
am = -10m/s2，方向竖直向下
当x = -1m时
am = 10m/s2，方向竖直向上
（4）综上分析可知
F合= -2x（N）（-1m ≤ x ≤ 1m）
所以，小球以x = 0为平衡位置，振幅A = 1m做简谐振动。
从x = -1m到x = 0，做加速度减小的加速运动；当x = 0时，a = 0，速度最大；从x = 0m到x = 1m，做加速度增大的减速运动；当x = 1m时，v = 0，加速度最大；物体以x = 0m为平衡位置做往复运动（或写机械振动）。
8．（1）；（2）；（3）
【详解】（1）着陆器在着陆前0.75s内，大气非常稀薄阻力可以忽略，无初速度、无动力下降，所以做自由落体运动则着陆速度
所以
（方法二）着陆器在着陆前0.75秒内做自由落体运动，下落高度
该过程阻力可以忽略，只有重力做功，由机械能守恒定律可得：着陆器着陆瞬间的动能
（2）设在第Ⅱ阶段加速度为，对着陆器受力分析如图所示
由
根据牛顿第二定律得
代值得
解得
（3）设第Ⅲ阶段下降高度为，则
该过程着陆器机械能改变量为
即机械能减少了
9．（1），从D端流向C端；（2），；（3）；（4）答案见解析
【详解】（1）根据题意，由右手定则可得，金属棒CD中的感应电流方向是从D端流向C端；另外，金属棒在没有进入磁场时做匀加速直线运动，由牛顿第二定律可得
代入数据解得
由运动学规律可得
代入数据解得
金属棒在磁场中切割磁场产生感应电动势，由法拉第电磁感应定律可得
由闭合回路的欧姆定律可得
（2）导体棒刚进入磁场时受到的安培力
金属棒CD进入磁场以后因为瞬间受到安培力的作用，根据楞次定律可知金属棒的安培力沿斜面向上，之后金属棒在匀强磁场区域内匀速运动，可得
代入数据解得
此时导体框向下做匀加速运动，根据牛顿第二定律可得
代入数据解得
（3）设磁场区域的宽度为x，则金属棒在磁场中运动的时间为
金属棒与导体框同时由静止开始释放后，金属棒在磁场外运动的时间为
代入数据解得
导体框在磁场外运动的时间为
代入数据解得
由题意当金属棒离开磁场时金属框的上端EF刚好进入磁场，则有时间关系
联立以上可得
由题意当金属棒离开磁场时金属框的上端EF刚好进入线框，金属框进入磁场时匀速运动，此时的导体线框受到向上的安培力和滑动摩擦力，因此可得
代入数据解得
则在金属棒与导体框同时由静止开始释放后，到导体框离开磁场时，回路中产生的焦耳热与同一时间内回路中的部分电路克服安培力做的功大小相等
代入数据解得
（4）导体框所受的重力做正功、安培力做负功、滑动摩擦力做负功。其中重力势能通过重力做功、克服安培力做功和克服滑动摩擦力做功转化为导体框的动能，其中克服安培力做的功转化为回路中的电能并最后转化为内能，克服滑动摩擦力做的功转化为内能。
其它得分标准：机械能转化为内能。
10．（1）；（2）；（3）或1N；（4）
【详解】（1）小环沿圆弧杆BC上滑过程根据动能定理有
代入数据解得
（2）小环由A向B运动时，根据运动学关系有
代入数据解得加速度的大小
（3）小环由A向B运动，当AB杆下面受到小环摩擦力时，根据牛顿第二定律有
解得
方向竖直向上；
当AB杆上面受到小环摩擦力时，根据牛顿第二定律有
解得
方向竖直向上；
（4）小环沿圆弧杆BC上滑过程可看成单摆运动过程，根据
故小环沿圆轨道BC上滑至最高点的时间
11．（1）安培力的方向平行于轨道斜向上；；（2）导体棒在磁场Ⅰ中向下以做匀速直线运动；（3）
【详解】（1）棒进入磁场Ⅰ时受到的安培力应阻碍棒相对于轨道向下运动，则棒进入磁场Ⅰ时受到的安培力方向平行于轨道斜向上；设棒进入磁场Ⅰ时，电路电流为，根据图（b）可知，
解得
棒进入磁场Ⅰ时产生的感应电动势为
根据闭合电路欧姆定律可得
联立解得
（2）根据图（b）可知，内，电阻的功率保持不变，则回路电流保持不变，回路电动势保持不变，棒进入磁场Ⅰ时产生的感应电动势保持不变，故导体棒在磁场Ⅰ中向下以做匀速直线运动。
（3）根据图（b）可知，棒刚进入磁场Ⅱ时，电阻的功率为，设此时电流为，则有
解得
棒进入磁场Ⅱ时产生的感应电动势为
根据闭合电路欧姆定律可得
联立解得
试卷第1页，共3页
试卷第1页，共3页
