高一物理科學探究能力測評試題一、實驗設計與方案論證（共40分）（一）基礎實驗設計題（15分）題目1：某學習小組欲探究“滑動摩擦力的大小與壓力的關系”，現(xiàn)有彈簧測力計、帶掛鉤的木塊、砝碼若干、長木板（表面粗糙程度均勻）。（1）請寫出實驗步驟，要求明確控制變量法的應用；（2）設計數(shù)據(jù)記錄表格，包含必要的物理量及單位；（3）若實驗中發(fā)現(xiàn)彈簧測力計示數(shù)不穩(wěn)定，可能的原因是什么？提出改進措施。（二）實驗方案評價題（10分）題目2：某同學為測量重力加速度，設計如下方案：將鐵球從某高度由靜止釋放，用秒表記錄下落時間t，用刻度尺測量下落高度h，根據(jù)公式(h=\frac{1}{2}gt^2)計算g。（1）指出該方案的主要誤差來源（至少2點）；（2）若僅提供上述器材，如何改進實驗以提高測量精度？（三）創(chuàng)新實驗設計題（15分）題目3：現(xiàn)有如下器材：一端帶有滑輪的長木板、小車、打點計時器、紙帶、鉤碼、天平、刻度尺。請設計一個實驗，探究“加速度與力的關系”（要求小車質量不變），寫出：（1）實驗原理（用公式表達核心關系）；（2）實驗步驟（需說明平衡摩擦力的操作）；（3）畫出實驗數(shù)據(jù)處理的預期圖像，并說明如何根據(jù)圖像得出結論。二、數(shù)據(jù)處理與誤差分析（共30分）（一）圖表分析題（15分）題目4：某實驗小組用如圖所示裝置探究“平拋運動的規(guī)律”，得到小球運動軌跡上的三個點A、B、C，坐標分別為A（0.1m，0.05m）、B（0.2m，0.2m）、C（0.3m，0.45m）（重力加速度g=9.8m/s2）。（1）根據(jù)數(shù)據(jù)判斷小球在水平方向和豎直方向的運動性質，并說明理由；（2）計算小球做平拋運動的初速度；（3）若軌跡上還有一點D（0.4m，0.8m），判斷該點是否在平拋運動軌跡上，并通過計算說明。（二）誤差分析題（15分）題目5：在“驗證機械能守恒定律”實驗中，質量為m的重物自由下落，打點計時器在紙帶上打出一系列點，選取起點O和某點P，測量O到P的距離h及P點的瞬時速度v。（1）若實驗中存在空氣阻力，比較“重力勢能減少量ΔE?”與“動能增加量ΔE?”的大小關系，并說明理由；（2）某次實驗中，計算得ΔE?=0.98mJ，ΔE?=0.95mJ，求本次實驗的相對誤差（保留1位小數(shù)）；（3）除空氣阻力外，寫出另一個導致實驗誤差的主要因素，并說明其對結果的影響（偏大/偏小/不確定）。三、科學探究與問題解決（共50分）（一）綜合探究題（25分）題目6：某同學發(fā)現(xiàn)，將兩個完全相同的彈簧串聯(lián)或并聯(lián)后，勁度系數(shù)會發(fā)生變化。為探究“彈簧組合后的勁度系數(shù)與單個彈簧勁度系數(shù)的關系”，進行如下實驗：實驗器材：兩根勁度系數(shù)均為k的相同輕彈簧、鐵架臺、刻度尺、鉤碼（質量m已知）。實驗步驟：①將一根彈簧豎直懸掛，下端掛1個鉤碼，靜止后測彈簧伸長量x?；②將兩根彈簧串聯(lián)懸掛，下端掛1個鉤碼，靜止后測總伸長量x?；③將兩根彈簧并聯(lián)懸掛，下端掛1個鉤碼，靜止后測總伸長量x?；④改變鉤碼數(shù)量，重復步驟①~③，記錄多組數(shù)據(jù)。（1）寫出步驟①中彈簧勁度系數(shù)k的表達式（用m、g、x?表示，g為重力加速度）；（2）若某次實驗中，單個彈簧的伸長量x?=5cm，串聯(lián)后x?=10cm，并聯(lián)后x?=2.5cm，根據(jù)數(shù)據(jù)歸納串聯(lián)和并聯(lián)后的勁度系數(shù)k串、k并與k的關系；（3）基于胡克定律推導串聯(lián)彈簧的勁度系數(shù)關系（要求寫出推導過程）；（4）若將三根相同的彈簧串聯(lián)，其勁度系數(shù)為多少？若將一根彈簧截成等長的兩段，每段彈簧的勁度系數(shù)為多少？（二）開放性探究題（25分）題目7：某學習小組在“研究影響電阻大小的因素”實驗中，猜想電阻可能與導體的材料、長度、橫截面積有關。現(xiàn)有如下器材：不同材料的金屬絲：銅絲、鐵絲、鎳鉻合金絲（長度均為1m，橫截面積均為1mm2）同一材料的鎳鉻合金絲：長度分別為0.5m、1m、2m（橫截面積均為1mm2）同一材料的鎳鉻合金絲：橫截面積分別為0.5mm2、1mm2、2mm2（長度均為1m）電源、電流表、電壓表、滑動變阻器、開關、導線若干（1）設計實驗方案，探究“電阻與長度的關系”，寫出：①實驗電路圖（用標準電路符號表示）；②實驗步驟（需說明如何控制變量）；③預期實驗現(xiàn)象及結論。（2）若實驗中發(fā)現(xiàn)，當鎳鉻合金絲長度為2m時，電流表示數(shù)過小難以讀數(shù)，提出兩種解決方案（不更換器材）；（3）某同學用上述器材測量未知金屬絲的電阻率，寫出實驗原理（用公式表示）及需要測量的物理量。四、拓展探究與創(chuàng)新應用（共30分）（一）情景探究題（15分）題目8：2023年10月，我國“嫦娥五號”探測器在月球表面成功采集月壤。為測量月球表面的重力加速度g月，某科研小組設計如下方案：將一小球從高度H處由靜止釋放，用頻閃相機拍攝小球下落過程，照片相鄰兩幀的時間間隔為T，測得照片中相鄰兩位置的距離分別為x?、x?、x?…（已知月球上沒有空氣）。（1）若照片比例尺為1:k（即1cm照片長度對應實際長度kcm），寫出計算g月的表達式（用x?、x?、T、k表示）；（2）若頻閃相機頻率為50Hz，某次實驗中測得x?=2.0cm，x?=6.0cm，比例尺k=10，求g月（保留2位小數(shù)）；（3）與地球上的“自由落體測g”實驗相比，該方案在月球上的誤差可能更小，分析其原因。（二）問題解決題（15分）題目9：某同學在家中利用智能手機探究“單擺周期與擺長的關系”，使用手機秒表計時，用細線和小球制作單擺，用米尺測量擺長。（1）實驗中，該同學發(fā)現(xiàn)單擺擺動10次的時間為15.0s，計算單擺周期T；（2）若擺長測量值比真實值偏大，對周期測量結果有何影響？對“T2-L圖像斜率”的計算結果有何影響？（均選填“偏大”“偏小”或“無影響”）（3）為提高測量精度，提出兩條具體改進建議（如：使用游標卡尺測量擺球直徑以計算擺長）。五、實驗設計與方案優(yōu)化（共40分）（一）實驗方案設計題（20分）題目10：現(xiàn)有如下器材：電源（電動勢約3V，內阻未知）、電壓表（量程0~3V，內阻很大）、電流表（量程0~0.6A，內阻約0.1Ω）、滑動變阻器（最大阻值20Ω）、定值電阻R?=5Ω、開關、導線若干。設計實驗測量電源的電動勢E和內阻r，要求：（1）畫出實驗電路圖（說明電流表內外接方式及理由）；（2）寫出實驗原理（用公式表達E、r與可測量物理量的關系）；（3）列出需要測量的物理量，并說明如何根據(jù)數(shù)據(jù)計算E和r（至少寫出2種數(shù)據(jù)處理方法）。（二）方案優(yōu)化題（20分）題目11：某實驗小組用“伏安法”測量未知電阻R?的阻值（約為10Ω），現(xiàn)有器材：電源（6V）、電壓表（0~3V，內阻R?=3kΩ）、電流表（0~0.6A，內阻R?=0.5Ω）、滑動變阻器（0~20Ω）、開關、導線若干。（1）由于電壓表量程不足，需將其改裝成6V量程，計算需串聯(lián)的分壓電阻R的阻值；（2）畫出改裝后測量R?的實驗電路圖（需說明電流表內外接選擇依據(jù)）；（3）寫出測量值R?測與真實值R?真的關系式，并分析改裝后的電壓表對測量結果的影響（偏大/偏小/無影響）。六、科學探究與論證（共20分）題目12：某同學提出“物體所受滑動摩擦力的大小可能與速度有關”的猜想，設計如下實驗驗證：將木塊放在水平長木板上，用彈簧測力計拉著木塊以不同速度勻速運動，記錄彈簧測力計示數(shù)。實驗數(shù)據(jù)如下表：速度v/(m·s?1)0.10.20.30.40.5拉力F/N1.21.21.2