安徽省宣城市2021届-2023届高考物理三年模拟（二模）按题型分类汇编-02解答题

安徽省宣城市2021届-2023届高考物理三年模拟（二模）按题型分类汇编-02解答题

一、解答题

1．（2023·安徽宣城·统考二模）如图甲所示有一间距L=1m的金属U形导轨固定在绝缘水平面上，导轨右侧接一R=8Ω的电阻，在U形导轨中间虚线范围内存在垂直导轨的匀强磁场，磁场的宽度d=1m，磁感应强度B=1.0T。现有一质量为m=0.1kg，电阻r=2Ω、长为L=1m的导体棒MN以一定的初速度从导轨的左端开始向右运动，穿过磁场的过程中，线圈中的感应电流i随时间t变化的图像如图乙所示，已知导体棒与导轨之间的动摩擦因数μ=0.3，导轨电阻不计，则导体棒MN穿过磁场的过程中，g取10m/s2，求：

（1）电阻R产生的焦耳热；

（2）导体棒通过磁场的时间。

2．（2023·安徽宣城·统考二模）如图所示，第一象限内存在垂直纸面向外、磁感应强度大小B=0.2T的匀强磁场，第二象限内存在水平向右的匀强电场E1（大小未知），第三、四象限内存在与y轴正方向平行向上、场强大小为E2=2×103V/m的匀强电场。现有一个比荷的带正电粒子从x轴上的A点以初速度v0=1×104m/s垂直x轴射入电场E1，经y轴上的N点进入第一象限，已知A点横坐标为-1.0m，N点纵坐标为2.0m，不计粒子重力，求：

（1）第二象限内匀强电场的场强E1的大小；

（2）粒子从A点出发到刚进入第四象限运动的时间（结果可用π表示）；

（3）粒子从A点出发后第二次经过x轴时，距坐标原点的距离。

3．（2023·安徽宣城·统考二模）如图甲所示，倾角为的足够长粗糙斜面固定在水平地面上，物块A、B通过不可伸长的轻绳绕过光滑轻质定滑轮连接，静止时物体A处于P点且与斜面刚好无摩擦力。时刻给物块A一个沿斜面向上的初速度，到内物块A速度随时间变化情况如图乙所示．物块A、B均可视为质点，物块B距地面足够高，已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力，，，重力加速度g取，求：

（1）物块A、B的质量之比；

（2）物块A与斜面之间的动摩擦因数；

（3）物体A沿斜面上滑的最大距离。

4．（2021·安徽宣城·统考二模）在粗糙水平面上固定一半径R＝2.0m的光滑四分之一圆弧槽。距圆弧槽最低点右侧x0＝2.0m处有一个质量M＝1.0kg、长度L＝10.0m的薄木板，薄木板与圆弧槽最低点平齐。圆弧槽最低点放置一可视为质点的质量m＝3.0kg的小物块Q，现让一质量也为m的小物块P（可视为质点）以v0＝14m/s的水平初速度从右端滑上薄木板。当小物块运动至薄木板左端时，薄木板左端恰好与圆弧槽相撞，同时小物块P与Q碰撞并粘连在一起。已知小物块P与薄木板间的动摩擦因数μ1＝0.40，重力加速度g＝10m/s2，求：

(1)从P开始运动到与Q发生碰撞所经历的时间t；

(2)薄木板与水平面间的动摩擦因数μ2；

(3)P、Q碰撞后运动的最大高度H。

5．（2021·安徽宣城·统考二模）如图所示，PQMN和P'Q'M'N'为在同一平面内足够长的光滑金属导轨，处在磁感应强度B＝2.0T的匀强磁场中，磁场方向竖直向下，MN和M'N'段平行，间距d＝1.0m，导轨的PQ段与P'Q'段相互平行，间距为2d；两根质量均为m＝2kg、电阻均为R＝1.0Ω的金属杆a、b垂直于导轨放置，杆的长度略大于导轨间距，且保持良好接触。a、b用一根不可伸长的绝缘轻绳栓接，轻绳处于拉直状态，a的中点通过另一根绝缘轻绳通过光滑定滑轮与c连接，c的质量m＝2kg，已知a、b始终在原来轨道上运动，c不会着地，不计导轨电阻及电磁辐射，重力加速度g＝10m/s2。

（1）求c由静止释放瞬间a、b之间轻绳的拉力F；

（2）c由静止释放，求c的最大速度vm及此时b的热功率P；

（3）c由静止释放，c达到最大速度后，某时刻同时烧断连接a与b、a与c间的轻绳，求稳定后b的速度vb。

6．（2021·安徽宣城·统考二模）如图所示，圆柱体汽缸倒置在水平地面上，汽缸内部封闭有一定质量空气，汽缸质量M=10kg，缸壁厚度忽略不计，活塞质量m=5kg，其横截面积S=50cm2，活塞与缸壁的摩擦不计．在缸内气体的温度为27℃时，活塞刚好与地面相接触，但对地面无压力．现在对汽缸传热，使缸内气体温度上升，求当汽缸对地面刚好无压力时，缸内气体温度是多少摄氏度？（大气压强p0=1.0×105Pa，g取10N/kg）

7．（2021·安徽宣城·统考二模）振源处于x轴原点处，分别向x轴正方向和负方向形成两列简谐横波，在x轴上有两点P和Q，P点在x轴的负半轴，坐标为﹣4m，Q点在x轴的正半轴，坐标为+6m，它们的振动图像分别是图甲和图乙。

（1）写出这列波波长的表达式。

（2）求出这列波传播的最大速度。

8．（2022·安徽宣城·安徽省宣城中学统考二模）如图所示，在区域内存在垂直纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场；在区域内存在沿x轴正方向的匀强电场。质量为m、电荷量为的粒子甲从点由静止释放，进入磁场区域后，与静止在点、质量为的中性粒子乙发生弹性正碰，且有一半电量转移给粒子乙。（不计粒子重力及碰撞后粒子间的相互作用，忽略电场、磁场变化引起的效应）

（1）求电场强度的大小E；

（2）若两粒子碰撞后，立即撤去电场，同时在区域内加上与区域内相同的磁场，求从两粒子碰撞到下次相遇的时间。

9．（2022·安徽宣城·安徽省宣城中学统考二模）如图所示，处于竖直平面内的一探究装置，由倾角=37°的光滑直轨道AB、圆心为O1的半圆形光滑轨道BCD、圆心为O2的半圆形光滑细圆管轨道DEF、倾角也为37°的粗糙直轨道FG组成，B、D和F为轨道间的相切点，弹性板垂直轨道固定在G点（与B点等高），B、O1、D、O2和F点处于同一直线上。已知可视为质点的滑块质量m=0.1kg，轨道BCD和DEF的半径R=0.15m，轨道AB长度，滑块与轨道FG间的动摩擦因数，滑块与弹性板作用后，以等大速度弹回，sin37°=0.6，cos37°=0.8。滑块开始时均从轨道AB上某点静止释放，（）

（1）若释放点距B点的长度l=0.7m，求滑块到最低点C时轨道对其支持力FN的大小；

（2）设释放点距B点的长度为，滑块第一次经F点时的速度v与之间的关系式；

（3）若滑块最终静止在轨道FG的中点，求释放点距B点长度的值。

10．（2022·安徽宣城·安徽省宣城中学二模）如图所示，一个上下都与大气相通的、透热性能良好的直圆筒，内部横截面积为S = 0.01m2，中间用两个活塞A和B封住一定质量的理想气体。A、B都可沿圆筒无摩擦地上下滑动、且不漏气。A的质量不计，B的质量为M，B与一劲度系数为k = 5×103 N/m的较长的弹簧相连。现两活塞均静止，两者间距为l0 = 0.6 m。对A施加竖直向下的压力F，使之缓慢向下移动一段距离后重新静止，此时压力F = 500 N，已知外界大气压p0 = 1×105 Pa。求活塞A向下移动的这段距离。

11．（2022·安徽宣城·安徽省宣城中学统考二模）如图所示是一个水平横截面为圆形的平底玻璃缸，玻璃缸深度为，缸底面圆心处有一单色点光源，缸中装有某种液体，深度为，点为液面的圆心，垂直于水平面。用面积为的黑纸片覆盖在液面上，则液面上方恰好无光线射出。若在上述黑纸片上，以为圆心剪出一个面积为的圆孔，把余下的黑纸环仍放置在液面上原来的位置，使所有出射光线都从缸口射出，则缸口的最小面积为多少？

参考答案：

1．（1）0.4J；（2）或0.33s

【详解】（1）根据闭合电路欧姆定律得

根据法拉第电磁感应定律得

联立解得进入磁场的速度

穿过磁场后的速度

导体棒通过磁场过程，由动能定理得

又

联立解得

（2）导体棒通过磁场过程，由动量定理得

联立解得

或

2．（1）1×103V/m；（2）；（3）0

【详解】（1）粒子的运动轨迹如图所示

在第二象限，y方向上有

解得

x方向有

，

解得

（2）设粒子经N点时速度方向与y轴正方向的夹角为，在第二象限电场中，有

，

解得

故粒子进入磁场的速度

设粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为，由向心力公式有

解得

则粒子在磁场中正好偏转半周到达x轴，经过x轴时速度方向与x轴夹45°斜向左下方。

粒子在磁场中做圆周运动的周期为

由几何关系可知，粒子在磁场中运动的圆心角为

粒子在磁场中的运动时间为

粒子从A点出发到刚进入第四象限运动的时间为

（3）粒子在第四象限内做类斜抛运动，粒子在沿y轴负方向上

沿x轴负方向上做匀速直线运动

解得

则粒子第二次经过x轴时到坐标原点的距离

3．（1）；（2）0.5；（3）1.25m

【详解】（1）设A的质量为，B的质量为，根据题意可知静止时物体A处于P点且与斜面刚好无摩擦力，则由平衡条件可得

解得

（2）由图乙可得物体A的加速度大小为

而在物块A沿着斜面体向上运动的过程中物块B做自由落体运动，末的速度设为，则有

可知在末物块A和物块B达到共速，在此过程中物块A的速度始终大于物块B的速度，因此连接A、B的绅子上拉力为零，由牛顿第二定律可得

解得

（3）内，A沿斜面上滑位移为

B自由下落高度为

二者沿绳子方向距离缩小了

设再经过时间轻绳再次拉直，则对A有

对B有

又

联立可解得

末轻绳绷紧，系统内轻绳拉力大小远大于两物体的重力及摩擦力大小，设轻绳拉力瞬间冲量为I，绷紧后二者速度大小为v，对A和B分别有

解得

绷紧后一起做匀减速直线运动，由牛顿第二定律

解得

对B知其减速阶段位移

物体A上滑的最大距离为

4．(1)1s；(2)0.2；(3)1.25m

【详解】(1)小物块P在木板上做匀减速直线运动时，根据牛顿第二定律得

μ1mg＝ma1

P从开始运动到与Q的过程，有

L+x0＝v0t﹣a1t2

代入数据解得

t＝1s

(2)薄木板向左做匀加速直线运动的过程，根据牛顿第二定律得：

μ1mg﹣μ2（M+m）g＝Ma2

薄木板的位移

x0＝a2t2

代入数据解得

μ2＝0.2

(3)小物块P运动至刚与Q发生碰撞时的速度

v＝v0﹣a1t

P、Q碰撞过程系统内力远大于外力，系统动量守恒，以向左为正方向，由动量守恒定律得：

mv＝（m+m）v1

P、Q碰撞后至到达最高点的过程，根据动能定理得：

﹣2mgH＝0﹣•2mv12

联立解得

H＝1.25m

5．（1）；（2）10m/s， 100W；（3）6m/s

【详解】（1）c由静止释放瞬间a、b、c加速度相同，根据牛顿第二定律有，对a、c有

对b有

解得

（2）当c达到最大速度时，a、b、c一起做匀速运动，设速度为vm

根据法拉第电磁感应定律，a产生的电动势

根据法拉第电磁感应定律，b产生的电动势

根据右手定则可判断两电动势方向相反，所以回路电动势

回路电流为顺时针，根据闭合电路欧姆定律，回路电流

对b受力分析

对a受力分析

解得

，

故b的热功率

（3）当把线绳同时烧断，此时b产生电动势大于a产生电动势，b受安培力向左，a受安培力向右，一段时间内流过两导体棒的电荷量相同，设电荷量为q，则一段时间内安培力的冲量

对b根据动量定理

对a根据动量定理

稳定时，a、b导体棒产生的合电动势为零

即

可得

解得

6．127℃

【详解】T1=300K时，活塞对地面无压力，对活塞有：P1S+mg=P0S

即：=0.9×105Pa

当温度升为T2时汽缸对地面无压力，对汽缸有：P2S=P0S+Mg

即：=1.2×105Pa

对缸内气体由查理定律得：

联立求解得：T2=400K 即t2=127℃

7．（1）；（2）10m/s

【详解】（1）从图像可知振源的周期为T＝0.4s，P和Q的相位始终相反，P点和它的对称点P'振动相同

得

（2）当波长最大时：k＝0，

由

得

8．（1）；（2）

【详解】（1）粒子甲从O匀速圆周运动到P点，则在磁场中运动轨迹半径

洛伦兹力提供向心力，有

则

粒子从S到O，由动能定理可得

可得

（2）甲乙粒子在P点发生弹性碰撞，设碰后速度为、，取向上为正，则有

计算可得

，

两粒子碰后在磁场中运动

，

解得

两粒子在磁场中一直做轨迹相同的匀速圆周运动，周期分别为

，

则两粒子碰后再次相遇需满足

解得再次相遇时间

9．（1）7N；（2）  （）；（3），，

【详解】（1）滑块释放运动到C点过程，由动能定理

经过C点时

解得

（2）能过最高点时，则能到F点，则恰到最高点时

解得

而要保证滑块能到达F点，必须要保证它能到达DEF最高点，当小球恰好到达DEF最高点时，由动能定理

可解得

则要保证小球能到F点，，带入可得

（3）设全过程摩擦力对滑块做功为第一次到达中点时做功的n倍，则n=1,3,5,……

解得

   n=1,3,5, ……

又因为

，

当时，，当时，，当时，，满足要求。

即若滑块最终静止在轨道FG的中点，释放点距B点长度的值可能为，， 。

10．0.3 m

【详解】设活塞A下移距离为l，活塞B下移的距离为x对圆柱筒中的气体运用玻—马定律，可得方程

根据胡克定律，活塞B移动x后弹簧的弹力有

将这两个方程联立，去掉x得

将数值代入得

l = 0.3 m

11．

【详解】用面积为的黑纸片覆盖在液面上，液面上方恰好无光线射出，则从点光源发出的光线射到黑纸片的边缘处恰发生全反射，临界角为，光路图如图甲所示。

由几何关系得

由全反射知识有

解得

剪出一个面积为圆孔后，设透光部分的半径为，射出光线的最大入射角为，对应的折射角为，光路图如图乙所示。

由几何关系得

根据折射定律有

缸口的最小半径为

缸口的最小面积为

解得