2025年高三物理高考实验教学幸福模拟试题

2025年高三物理高考实验教学幸福模拟试题一、力学实验：基于生活情境的创新探究（一）实验一：利用智能手机传感器探究自由落体运动的修正模型实验目的：验证重力加速度随下落高度的微小变化，并分析空气阻力对运动的影响。实验器材：智能手机（内置加速度传感器）、米尺、轻质小球（直径5cm）、泡沫塑料球（同体积）、数据采集软件（可记录加速度-时间图像）。实验步骤：用米尺测量教学楼阳台到地面的高度H（约10m），将智能手机固定在轻质小球内，确保传感器竖直向下。从阳台静止释放小球，同时启动软件记录加速度数据，得到加速度随时间变化的曲线（如图1）。更换泡沫塑料球重复实验，对比两条曲线的差异。选取曲线中加速度稳定段的数据，计算重力加速度的平均值，并与当地标准值（9.8m/s²）比较。数据处理与分析：轻质小球的加速度曲线显示，初始阶段加速度略大于g（约9.85m/s²），随后稳定在9.78m/s²，落地前0.2s降至9.60m/s²。泡沫塑料球的加速度曲线全程低于g，且随时间逐渐减小，最终稳定在8.20m/s²。问题：（1）解释轻质小球初始加速度大于g的原因：（提示：考虑手机传感器的启动延迟）。（2）若泡沫塑料球所受空气阻力f=kv²（k为常数，v为瞬时速度），写出其加速度a的表达式：。（3）根据实验数据，估算轻质小球落地时的速度vₜ（保留两位有效数字）：________。参考答案：（1）传感器启动瞬间存在系统误差，导致初始数据偏大；（2）a=g-kv²/m；（3）由v²=2gH（忽略阻力）得v≈14m/s，考虑落地前阻力影响，实际v≈13m/s。（二）实验二：用单摆原理测量不规则物体的转动惯量实验目的：将单摆周期公式迁移应用于刚体转动，测量不规则金属块绕特定轴的转动惯量。实验器材：金属细杆（长度L=1.00m，质量m₀=0.1kg）、不规则金属块（质量m=0.5kg）、秒表、支架、游标卡尺。实验原理：单摆周期公式为T=2π√(L/g)，其中L为摆长；对于绕固定轴转动的刚体，周期公式可类比为T=2π√(I/MgL)，其中I为转动惯量，M为总质量，L为重心到轴的距离。实验步骤：将金属细杆一端固定在支架上，测量其绕固定轴的摆动周期T₁（单摆模式，摆长为杆长的一半，即L₁=0.5m）。将不规则金属块固定在细杆另一端，测量整体绕固定轴的摆动周期T₂，用游标卡尺测量金属块重心到轴的距离L₂。数据记录：T₁=1.42s（多次测量平均值）；T₂=2.56s，L₂=0.80m。问题：（1）计算金属细杆的转动惯量I₀（已知细杆绕端点转动的理论公式为I₀=1/3m₀L²）：。（2）根据周期公式T₂=2π√[(I₀+I)/((m₀+m)gL₂)]，求不规则金属块的转动惯量I：。（3）若金属块重心测量存在ΔL=0.01m的误差，估算I的相对误差：________。参考答案：（1）I₀=1/3×0.1×1²≈0.033kg·m²；（2）代入数据解得I≈0.48kg·m²；（3）相对误差ΔI/I≈2ΔL/L₂=2.5%。二、电学实验：课标外拓展与综合应用（一）实验三：高压输电模型的能量损耗探究实验目的：模拟远距离输电过程，验证“高压输电可减少能量损耗”的结论。实验器材：学生电源（输出电压U可调）、理想变压器（原副线圈匝数比n₁:n₂=1:10）、定值电阻R₁=1Ω（模拟输电线电阻）、R₂=100Ω（模拟用户负载）、电流表、电压表、滑动变阻器。实验电路图：电源U→原线圈→副线圈→R₁→R₂→地（电流表A₁测原线圈电流，A₂测输电线电流，电压表V₁测电源电压，V₂测用户电压）实验步骤：不接变压器，直接将电源、R₁、R₂串联（低压输电模式），调节电源电压使V₂=220V，记录A₁、V₁数据。接入变压器（高压输电模式），调节电源电压使V₂=220V，记录A₁、V₁数据。数据记录：|输电模式|电源电压U₁(V)|输电线电流I₂(A)|输电线损耗功率P₁=I₂²R₁(W)||----------|---------------|-----------------|---------------------------||低压|221|2.2|4.84||高压|25|0.22|0.0484|问题：（1）计算高压输电模式中原线圈电流I₁（理想变压器P₁=P₂）：。（2）对比两种模式，说明高压输电节能的原因：。（3）若实际变压器存在匝数比误差（n₁:n₂=1:9），则用户电压V₂将________（填“增大”“减小”或“不变”）。参考答案：（1）I₁=(I₂U₂)/U₁=(0.22×220)/25≈1.94A；（2）由P=UI知，高压输电时输电线电流减小，根据P₁=I²R，损耗功率显著降低；（3）减小（副线圈电压U₂'=n₂/n₁·U₁=9×25=225V，因R₁分压，实际V₂<225V）。（二）实验四：黑盒问题——分析未知电路的结构实验目的：通过多用电表测量，推断“黑盒”内电阻、电容元件的连接方式。实验器材：电学黑盒（内有两节干电池、电阻R₁=10Ω、R₂=20Ω、电容C=100μF）、多用电表（欧姆挡、电压挡、电流挡）。实验现象：用电压挡测量黑盒A、B两接线柱，示数为3V；用欧姆挡（×1挡）测量A、B，指针先向右偏转到15Ω，后缓慢回到∞；测量A、C接线柱，电压挡示数为0，欧姆挡示数为10Ω。问题：（1）判断黑盒内电源的位置：（填“A-B间”“A-C间”或“B-C间”）。（2）画出黑盒内的电路结构：。（3）若用导线短接B、C，再测A、B间电阻，示数应为________Ω。参考答案：（1）A-B间（电压挡测量A-B有示数，说明存在电源）；（2）A-B间接电源（3V），A-C间接R₁（10Ω），B-C间接R₂与C串联（欧姆挡测量A-B时，电容充电导致指针先偏转后回到∞）；（3）短接B、C后，R₂被短路，A-B间总电阻为R₁=10Ω。三、光学与热学实验：跨模块融合（一）实验五：用智能手机测量玻璃的折射率实验目的：替代传统插针法，利用手机摄像头拍摄光线折射轨迹，计算玻璃折射率。实验器材：矩形玻璃砖、白纸、坐标纸、手机（带慢动作拍摄功能）、激光笔。实验步骤：在白纸上铺坐标纸，将玻璃砖平放在中央，用激光笔从空气斜射入玻璃砖，手机从侧面拍摄光线轨迹（如图2）。在照片中标记入射点O、折射点O'，测量入射角i=45°，折射角r=30°。问题：（1）根据折射定律n=sini/sinr，计算玻璃折射率n=。（2）若激光在玻璃中传播速度v=2×10⁸m/s，计算其频率f=（已知真空中光速c=3×10⁸m/s）。参考答案：（1）n=sin45°/sin30°=√2≈1.41；（2）f=c/(nλ)，但题目未给波长λ，需补充：由v=c/n得n=1.5，f=c/(nλ)（假设λ=600nm，则f=3×10⁸/(1.5×600×10⁻⁹)=3.3×10¹⁴Hz）。（二）实验六：油膜法估测分子直径的拓展应用实验目的：用注射器替代滴管，提高油酸溶液体积的测量精度，并分析油膜重叠对结果的影响。实验数据：油酸酒精溶液浓度：1/500（体积比）；注射器1滴溶液体积：V₀=0.02mL；油膜轮廓面积（坐标纸格子数）：80格（每格1cm²）。问题：（1）计算1滴溶液中纯油酸体积V=m³。（2）若油膜未完全展开，存在部分重叠，则测得的分子直径d将（填“偏大”“偏小”或“不变”）。参考答案：（1）V=0.02mL×10⁻⁶m³/mL×1/500=4×10⁻¹¹m³；（2）偏大（面积测量值偏小，d=V/S，S偏小则d偏大）。四、开放性探究题：科技前沿情境（一）实验七：新能源汽车充电桩的功率匹配背景：某充电桩输出电压U=220V，最大电流I=30A，为电动汽车充电时，电池等效电阻R随电量变化。问题：（1）充电桩的最大输出功率Pₘₐₓ=kW。（2）若电池充电过程中R从2Ω增大到5Ω，写出充电电流I随R变化的表达式：。参考答案：（1）P=UI=220×30=6600W=6.6