2025年高二物理下學(xué)期小組合作探究試卷一、力學(xué)模塊：?jiǎn)螖[周期測(cè)量與重力加速度探究實(shí)驗(yàn)任務(wù)：某小組使用智能手機(jī)傳感器、1m長(zhǎng)尼龍線、直徑2cm鋼球（密度7.8g/cm3）等器材測(cè)量當(dāng)?shù)刂亓铀俣龋瑢?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示。（一）基礎(chǔ)探究題（15分）實(shí)驗(yàn)原理：寫(xiě)出單擺周期公式$T=2\pi\sqrt{\frac{l}{g}}$的推導(dǎo)過(guò)程，并說(shuō)明為何實(shí)驗(yàn)中擺角需控制在8°-10°范圍內(nèi)。數(shù)據(jù)處理：|實(shí)驗(yàn)次數(shù)|擺長(zhǎng)$l$/m|30次全振動(dòng)時(shí)間$t$/s|周期$T$/s|$T^2$/s2||----------|-----------|----------------------|-----------|----------||1|0.60|54.0|1.80|3.24||2|0.70|58.5|1.95|3.80||3|0.80|62.4|2.08|4.33||4|0.90|66.0|2.20|4.84||5|1.00|69.0|2.30|5.29|以$T^2$為縱軸、$l$為橫軸繪制圖像，計(jì)算圖像斜率$k$，并求出重力加速度$g$（保留兩位小數(shù)）。若某次實(shí)驗(yàn)中擺線發(fā)生彈性形變，導(dǎo)致實(shí)際擺長(zhǎng)比測(cè)量值短0.02m，分析該誤差對(duì)$g$測(cè)量結(jié)果的影響（偏大/偏小/不變）。（二）合作探究題（25分）誤差分析：小組發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中第3組$T^2$值明顯偏離線性關(guān)系，可能原因包括：A.擺線選用彈性較大的棉線B.測(cè)量擺長(zhǎng)時(shí)未計(jì)入鋼球半徑C.智能手機(jī)秒表存在0.1s系統(tǒng)誤差D.環(huán)境溫度從15℃升至25℃（鋼球線膨脹系數(shù)$\alpha=1.2\times10^{-5}/℃$）（1）通過(guò)計(jì)算排除不可能的選項(xiàng)，并說(shuō)明理由；（2）設(shè)計(jì)驗(yàn)證方案：如何通過(guò)對(duì)比尼龍線與棉線的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，定量分析材料彈性對(duì)周期的影響？創(chuàng)新改進(jìn)：有同學(xué)提出用磁懸浮底座替代傳統(tǒng)鐵架臺(tái)以消除懸點(diǎn)摩擦，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟驗(yàn)證該改進(jìn)方案對(duì)減小誤差的效果（需說(shuō)明變量控制、數(shù)據(jù)記錄方法及預(yù)期結(jié)論）。二、電學(xué)模塊：伏安法測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)任務(wù)：某小組用電流表（內(nèi)阻$R_A=0.5\Omega$）、電壓表（內(nèi)阻$R_V=3k\Omega$）、滑動(dòng)變阻器（0-20Ω）測(cè)量一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)$E$和內(nèi)阻$r$，設(shè)計(jì)了甲（電流表外接）、乙（電流表內(nèi)接）兩種電路。（一）方案設(shè)計(jì)題（20分）電路選擇：通過(guò)計(jì)算說(shuō)明當(dāng)待測(cè)電源內(nèi)阻$r\approx1\Omega$時(shí)，哪種電路更適合測(cè)量，并推導(dǎo)測(cè)量值$E_{\text{測(cè)}}$、$r_{\text{測(cè)}}$與真實(shí)值$E$、$r$的關(guān)系。數(shù)據(jù)記錄：若采用甲電路測(cè)得數(shù)據(jù)如下表，繪制$U-I$圖像并求出$E_{\text{測(cè)}}$和$r_{\text{測(cè)}}$：|$I$/A|0.10|0.20|0.30|0.40|0.50||-------|------|------|------|------|------||$U$/V|1.45|1.30|1.15|1.00|0.85|（二）團(tuán)隊(duì)協(xié)作題（30分）分工優(yōu)化：小組5名成員需完成“電路連接-數(shù)據(jù)讀取-誤差分析-報(bào)告撰寫(xiě)”任務(wù)，設(shè)計(jì)合理的分工方案，要求：說(shuō)明如何避免“電流表正負(fù)極接反”“滑動(dòng)變阻器短路”等操作失誤；若某成員誤將電壓表并聯(lián)在滑動(dòng)變阻器兩端，會(huì)導(dǎo)致$E_{\text{測(cè)}}$和$r_{\text{測(cè)}}$如何變化？拓展探究：用多用電表歐姆檔（倍率×1）測(cè)量該電池內(nèi)阻，指針偏轉(zhuǎn)角度過(guò)小，應(yīng)如何調(diào)整倍率？測(cè)量值與伏安法結(jié)果是否一致？為什么？三、電磁學(xué)模塊：電磁感應(yīng)現(xiàn)象的定量探究實(shí)驗(yàn)任務(wù)：小組用U形磁鐵（磁感應(yīng)強(qiáng)度$B=0.5T$）、匝數(shù)$N=50$的矩形線圈（面積$S=0.02m2$）、靈敏電流計(jì)等器材探究感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)$E$與磁通量變化率$\frac{\Delta\Phi}{\Deltat}$的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。（一）原理應(yīng)用題（20分）公式推導(dǎo)：根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律$E=N\frac{\Delta\Phi}{\Deltat}$，推導(dǎo)當(dāng)線圈以角速度$\omega$勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式$e=E_m\sin\omegat$，并說(shuō)明$E_m$的物理意義?，F(xiàn)象分析：若線圈轉(zhuǎn)速?gòu)?r/s增至10r/s，電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)幅度和周期如何變化？寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程。（二）綜合探究題（40分）數(shù)據(jù)采集與處理：小組將磁鐵從線圈中抽出，記錄不同抽出時(shí)間$\Deltat$對(duì)應(yīng)的電流峰值$I_m$，數(shù)據(jù)如下表：|$\Deltat$/s|0.1|0.2|0.3|0.4|0.5||--------------|-----|-----|-----|-----|-----||$I_m$/mA|200|100|67|50|40|已知線圈總電阻$R=10\Omega$，計(jì)算每次實(shí)驗(yàn)的$\Delta\Phi$和$E$，并繪制$E-\frac{1}{\Deltat}$圖像，說(shuō)明圖像斜率的物理意義。合作設(shè)計(jì)：利用該裝置模擬小型發(fā)電機(jī)，要求：提出3種增大輸出功率的改進(jìn)方案（需說(shuō)明原理）；設(shè)計(jì)一個(gè)包含“線圈匝數(shù)-轉(zhuǎn)速-負(fù)載電阻”三變量的對(duì)照實(shí)驗(yàn)，寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)步驟及數(shù)據(jù)記錄表格。四、跨模塊綜合探究（40分）任務(wù)背景：某小組設(shè)計(jì)“電磁阻尼擺”實(shí)驗(yàn)：將銅片（電阻$R=0.1\Omega$，質(zhì)量$m=0.1kg$）懸掛在電磁鐵兩極間，釋放后銅片在磁場(chǎng)中擺動(dòng)，記錄其振幅隨時(shí)間的衰減規(guī)律。探究問(wèn)題：力學(xué)分析：銅片從偏離豎直方向30°釋放，擺長(zhǎng)0.5m，求擺動(dòng)過(guò)程中的最大速度（忽略空氣阻力）。電磁學(xué)分析：已知磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度$B=0.2T$，銅片等效切割長(zhǎng)度$L=0.1m$，當(dāng)速度$v=1m/s$時(shí)，計(jì)算感應(yīng)電流大小及所受安培力的方向。團(tuán)隊(duì)協(xié)作：若小組中2人負(fù)責(zé)測(cè)量振幅、2人記錄時(shí)間、1人分析數(shù)據(jù)，如何通過(guò)分工減少“人眼讀數(shù)延遲”導(dǎo)致的誤差？實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)銅片振幅衰減速度比鋁片慢，解釋原因并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證（提供兩種金屬的電阻率數(shù)據(jù)：$\rho_{\text{銅}}=1.7\times10^{-8}\Omega\cdotm$，$\rho_{\text{鋁}}=2.9\times10^{-8}\Omega\cdotm$）。注意事項(xiàng)：所有實(shí)驗(yàn)需以小組為單位完成，提交包含數(shù)據(jù)記錄、圖像繪制、誤差分析的實(shí)驗(yàn)報(bào)告（5-6頁(yè)P(yáng)PT）；合作過(guò)程中需體現(xiàn)任務(wù)分工（如數(shù)據(jù)測(cè)量、計(jì)算、討論記錄等），并在報(bào)告中注明每位