广东省梅州市三年（2020-2022）高二物理下学期期末试题题型分类汇编4-解答题

广东省梅州市三年（2020-2022）高二物理下学期期末试题题型分类汇编4-解答题

一、解答题

1．（2022春·广东梅州·高二期末）磁力刹车是为保证过山车在最后进站前的安全而设计的一种刹车形式，如图甲所示，磁场很强的敏磁铁长条安装在水平轨道上，刹车金属片安装在过山车底部或两侧，简化为图乙的模型，相距为、水平放置的导轨处于磁感应强度大小为、方向竖直向下的匀强磁场中，整个回路中的总电阻为，将过山车上的刹车金属片等效为一根金属杆，过山车的质量为，过山车与水平轨道动摩擦因数为，不计空气阻力，若过山车进入水平磁力刹车轨道开始减速时，速度为，重力加速度，求此时：

（1）流过的电流大小和两点电势高低；

（2）过山车的加速度大小。

2．（2022春·广东梅州·高二期末）水火箭又称气压式喷水火箭、水推进火箭。如图甲所示，在广东梅州某中学的科技创新节上，理化协会的同学们用可乐瓶制作了一支水火箭。简化为如图乙所示的模型，体积为2.5L的充气瓶（箭体）内有体积为的水和压强为1个标准大气压、体积为的空气。用气室体积为的打气筒给箭体充气，当水火箭内部气压达到3个标准大气压时压缩空气可将活塞顶出，向后喷水，箭体发射。设充气过程气体温度不变，瓶的体积和水的体积变化不计，水的密度。求：

（1）水喷出后，箭体内气体的温度升高还是降低，简要说明理由；

（2）要使水火箭发射出去，需要用打气筒打几次气；

（3）使水火箭沿水平方向放置，压缩空气压出水流使火箭运动，已知箭体质量是，假设水流喷出保持对地速度不变，忽略阻力，箭体可获得的水平速度v2为多大。

3．（2022春·广东梅州·高二期末）利用电磁场改变电荷运动的路径，与光的传播、平移等效果相似，称为电子光学。如图所示，在坐标平面上，第三象限存在着方向沿y轴正方向的匀强电场，电场强度大小为E，在其余象限存在垂直纸面的匀强磁场，其中第一、二象限向外，第四象限向里，磁感应强度大小均为B（未知）。在坐标点处有一质量为m、电荷量为q的正电粒子，以初速度沿着x轴负方向射入匀强电场，粒子在运动过程中恰好不再返回电场，忽略粒子重力。求：

（1）粒子第一次进入磁场时的速度v；

（2）磁感应强度B的大小；

（3）从射入电场到第3次经过x轴的时间。

4．（2021春·广东梅州·高二期末）如图所示为交流发电机示意图，匝数为n＝100匝的矩形线圈，边长分别为10 cm和20 cm，内阻为5 Ω，在磁感应强度B＝0.5 T的匀强磁场中绕OO′轴以50 rad/s的角速度匀速转动，线圈外部和20 Ω的电阻R相连接．求：

(1)S断开时，电压表的示数；

(2)开关S合上时，电压表和电流表的示数；

(3)通过电阻R的电流最大值是多少？电阻R上所消耗的电功率是多少？

5．（2021春·广东梅州·高二期末）人工智能在现代工业生产中的应用越来越普遍。某自动化生产过程可简化如下：如图所示，足够长的水平工作台上从左向右依次有A、B、C三点，相邻两点之间的距离均为L=2m；质量m=2kg长度也为L的薄木板静止放置在工作台上，其右端刚好在A点；现对木板施加大小F=4N的水平向右恒力，当板右端运动到B点时，位于B点的机器人将质量也为m的物块轻放（无初速）在木板右端，当木板右端运动到C点时，撤去恒力F。已知木板与台面间的动摩擦因数，木板与物块间的动摩擦因数，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，物块可视为质点，重力加速度g=10m/s2。求：

（1）木板右端运动到B点时的速度大小；

（2）试判断撤去恒力F前，物块与木板能否达到共同速度？如能，达到的共同速度多大？

（3）从木板开始运动到木板右端刚好运动至C点的过程中，摩擦力对木板的总冲量。

6．（2021春·广东梅州·高二统考期末）趣味运动“充气碰碰球”如图所示。用完全封闭的PVC薄膜充气膨胀成型，人钻入洞中，进行碰撞游戏。充气之后碰碰球内气体体积为0.8m3，压强为1.5×105Pa。碰撞时气体最大压缩量是0.08m3，不考虑压缩时气体的温度变化。

（1）求压缩量最大时，球内气体的压强；（结果保留3位有效数字）

（2）为保障游戏安全，球内气体压强不能超过1.75×105Pa，那么，在早晨17℃环境下充完气的碰碰球，球内气体压强为1.5×105Pa，若升温引起的球内容积变化可忽略，请通过计算判断是否可以安全地在中午37℃的环境下进行碰撞游戏。

7．（2020春·广东梅州·高二期末）如图所示，矩形线圈abcd的匝数为N=50匝，线圈ab的边长为L1=0.2m，bc的边长为L2=0.25m，在磁感应强度为B=0.4T的匀强磁场中，绕垂直于磁感线且通过线圈中线的OO′轴匀速转动，转动的角速度ω=100rad/s，若线圈自身电阻为r=1Ω，负载电阻R=9Ω．试求：

（1）穿过线圈平面的最大磁通量Φm；

（2）线圈在图示位置（线圈平面与磁感线平行）时，感应电动势e的大小；

（3）1min时间内电阻R上产生的焦耳热Q的大小．

8．（2020春·广东梅州·高二期末）如图所示，一质量的足够长木板静止的光滑水平面上，B的右侧有竖直墙壁，B的右端与墙壁的距离．现有一可视为质点的质量的小物体A，以初速度从B的左端水平滑上B，已知A、B间的动摩擦因数，B与竖直墙壁的碰撞时间极短，且碰撞时无能量损失．已知全过程中A都在B上．

（1）求B与竖直墙壁碰撞前瞬间的速度大小；

（2）求从A滑上B到B与墙壁碰撞所用的时间；

（3）若L的大小可以改变，并要求B只与墙壁碰撞两次，则B的右端开始时与墙壁的距离L应该满足什么条件？（仅从动量关系分析）

9．（2020春·广东梅州·高二期末）一定质量的理想气体被活塞封闭在汽缸内，如图所示水平放置。活塞的质量，横截面积，活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动但不漏气，开始时汽缸水平放置，活塞与汽缸底的距离，离汽缸口的距离。外界气温为，大气压强为，将汽缸缓慢地转到开口向上的竖直位置，待稳定后对缸内气体逐渐加热，使活塞上表面刚好与汽缸口相平，取，求：

(1)汽缸刚转到竖直时，活塞离汽缸底的距离L；

(2)活塞上表面刚好与汽缸口相平时，气体的温度为多少？

(3)在对缸内气体加热的过程中，气体膨胀对外做功，同时吸收的热量，则气体增加的内能多大？

10．（2020春·广东梅州·高二统考期末）如图所示，实线和虚线分别是沿x轴传播的一列简谐横波，在和时刻的波形。已知在时刻，处的质点向y轴正方向运动。

(1)判断该波的传播方向；

(2)求该波的最小频率；

(3)若，求该波的波速。

参考答案：

1．（1）20A，A点电势比B点电势高；（2）3m/s2

【详解】（1）设AB切割磁感线产生的电动势为E，由右手定则可知A点电势比B点电势高，根据法拉第电磁感应定律得

根据欧姆定律有

代入数据解得

（2）过山车进入水平磁力刹车轨道开始减速时，金属棒AB受到安培力大小为

根据牛顿第二定律有

代入相关数据解得此时过山车的加速度大小

2．（1）见解析；（2）10；（3）25m/s

【详解】（1）水喷出后，箭体内气体对外界做功，且此过程经历时间很短，气体来不及与外界完成充分的热交换，可视为绝热过程，根据热力学第一定律可知气体内能将减少，温度降低。                                                  

（2）要使水火箭发射出去，设需要打气筒打气n次，由题意可知，当水火箭发射瞬间，其内部气压为

根据玻意耳定律有

解得

n=10

（3）根据动量守恒定律可得

解得

3．（1）；（2）；（3）

【详解】（1）粒子在电场中做类平抛运动，速度与水平方向夹角，则有

解得

，

（2）粒子进入磁场后到第三次经过x轴的运动轨迹如图所示

洛伦兹力提供向心力

由几何关系可得

解得

（3）粒子在电场中运动时间

在磁场中运动的周

运动时间

从射入到第3次经过x轴时间

4．（1）50 V；（2）40 V， 2 A；（3）2A ，80W

【详解】（1）感应电动势最大值：

Em=nBSω=100×0.5×0.1×0.2×50=50V

感应电动势有效值

S断开时，电压表示数，U=E=50V。

（2）S合上时，电路电流

电压表示数

U=IR=2×20=40V

（3）通过R的最大电流

R消耗的电功率

P=I2R=22×20=80W

5．（1）2m/s；（2）能，1m/s；（3），负号表示与正方向相反，水平向左

【详解】（1）以水平向右为正，木板右端从A运动到B的过程中，

解得：

m/s2

s

m/s

（2）物块放上木板后，对物块有

对木板有

解得

m/s2

m/s2

假设撤去F前经时间物块与木板共速且在木板上，则有

解得

1m/s

s

设两者之间的相对位移为，对系统有

此过程中木板发生的位移为x，由运动学规律有

因，

可知假设成立，撤去F前两者能达到共速

1m/s

（3）设共速后两者一起匀速运动直到撤去F所用时间为

对木板从A到C过程有

解得

负号表示与正方向相反，水平向左

6．（1）1.67×105Pa；（2）不能安全地在中午37℃的环境下进行碰撞游戏。

【详解】

（1）碰撞游戏时，气体从初始到压缩量最大的过程中，经历等温变化，由玻意耳定

其中p1=1.5×105Pa，V1=0.8m3，V2=（0.8-0.08）m3=0.72m3

代入数据解得

p2≈1.67×105Pa

（2）从早晨充好气，到中午碰撞游戏前，气体经历等容变化，由查理定律有

其中T2=（17+273）K=290K，T3=（37+273）K=310K

中午碰撞游戏时，气体从初始状态到压缩量最大的过程中，气体经历等温变化，由玻意耳定律有

联立并代入数据解得

p4≈1.78×105Pa＞1.75×105Pa

所以不能安全地在中午37℃的环境下进行碰撞游戏。

7．（1）0.02Wb    （2）100V    （3）5.4×104 J

【详解】（1）穿过线圈平面的最大磁通量

（2）感应电动势的最大值

Em=NBωS=NBL1L2ω=50×0.4×0.2×0.25×100V=100V

线圈在图示位置时电动势达到最大值，此时感应电动势的值为100V.

（3）电动势的有效值为

E==100V   

电流有效值为

I==A=10A     

电阻R上产生的热量为

Q=I2Rt=102 ×9×60=5.4×104 J

点睛：线框在匀强磁场中匀速转动，产生正弦式交变电流．而对于电表读数、求产生的热量均由交变电的有效值来确定，而涉及到耐压值时，则由最大值来确定．而通过某一电量时，则用平均值来求．

8．（1）24J；（2）3.5s；（3）

【分析】（1）A、B系统动量守恒，应用动量守恒定律可以求出速度，根据能量守恒可求系统转化的内能；

（2）根据牛顿第二定律可求加速运动的时间和位移，再根据匀速运动求剩下位移所用的时间，即可求解总时间；

（3）A、B系统动量守恒，应用动量守恒定律与动能定理可以求出S．应用动量守恒定律与动能定理求出S的临界值，然后答题．

【详解】(1)设A、B达到的共同速度为v共，根据动量守恒有

mv0＝(m＋M)v共

解得v共＝2m/s

设这一过程中B向右运动的位移为x1，根据动能定理有

解得x1＝3m

因x1<L，A、B达到共同速度后才与墙碰撞，对系统有能量守恒可得：

代入数据解得Q=24J

(2)设从A滑上B到两者达到共同速度所用的时间为t1，则有

v=at1

代入数据解得t1＝3s

两者达到共同速度后一起匀速运动，直到B第一次与墙壁碰撞，设匀速运动所用时间为t2，

L-x1=vt2，解得t2=0.5s

所以，从A滑上B到B与墙壁碰撞所用的时间为：t＝t1＋t2＝3.5s

(3)要能碰撞两次，表明第一次碰撞前瞬间A、B的速度大小不等．取水平向右为正方向，设B与墙壁第一次碰撞前瞬间A、B的速度大小分别为v1、v2，根据动量守恒有

mv0＝mv1＋Mv2

设B与墙壁第二次碰撞前瞬间A、B的速度大小分别为v3、v4，根据动量守恒有

mv1－Mv2＝mv3＋Mv4

若要B与墙只发生两次碰撞，则第一次碰撞后系统总动量方向要向右，第二次碰撞后总动量方向要向左，所以有

mv1－Mv2>0，mv3－Mv4≤0

根据B往返运动的对称性知v2＝v4

根据动能定理有

解得L>m，

如mv1－Mv2=0，L= m

满足题目条件是：

9．(1)；(2)；(3)

【详解】(1)当汽缸水平放置，则有

当汽缸口向上，未加热，稳定时活塞的受力分析图如图所示

则有

则有

由玻意耳定律得

则有

(2)当活塞上升到达汽缸口过程等压变化

则有

(3)加热后，气体做等压变化，外界对气体做功为

根据热力学第一定律

10．(1)沿x轴正方向传播；(2)；(3)

【详解】(1)由波形和质点的振动方向关系可知，处质点向上运动，经达到最高点，所以波峰向右移动，则该波沿x轴正方向传播；

(2)通过图形可知，在时间里，波向右传播

所以有

则有

所以该波的最小频率

(3)若，则有

可得

该波的波速为