广东省深圳市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

广东省深圳市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·广东深圳·统考二模）某山地车气压避震器主要部件为活塞杆和圆柱形气缸（出厂时已充入一定量气体）。气缸内气柱长度变化范围为40mm~100mm，气缸导热性良好，不计活塞杆与气缸间摩擦：

（1）将其竖直放置于足够大的加热箱中（加热箱中气压恒定），当温度时空气柱长度为60mm，当温度缓慢升至时空气柱长度为72mm，通过计算判断该避震器的气密性是否良好。

（2）在室外将避震器安装在山地车上，此时空气柱长度为100mm，气缸内的压强为，骑行过程中由于颠簸导致气柱长度在最大范围内变化（假定过程中气体温度恒定），求气缸内的最大压强。（结果用表示）

2．（2023·广东深圳·统考二模）某肿瘤治疗新技术是通过电子撞击目标靶，使目标靶放出X射线，对肿瘤进行准确定位，再进行治疗，其原理如图所示。圆形区域内充满垂直纸面的匀强磁场，磁感应强度为。水平放置的目标靶长为，靶左端M与磁场圆心O的水平距离为、竖直距离为。从电子枪逸出的电子（质量为、电荷量为，初速度可以忽略）经匀强电场加速时间后，以速度沿PO方向射入磁场，（PO与水平方向夹角为），恰好击中M点，求：

（1）匀强电场场强的大小；

（2）匀强磁场的方向及电子在磁场中运动的时间；

（3）为保证电子击中目标靶MN，匀强电场场强的大小范围（匀强电场极板间距不变）。

3．（2023·广东深圳·统考二模）在火力发电厂，将煤块制成煤粉的球磨机的核心部件是一个半径的躺卧圆筒。圆筒绕水平中心轴旋转，将筒内的钢球带到一定高度后，钢球脱离筒壁落下将煤块击碎，截面简化如图。设筒内仅有一个质量为m=0.2kg、大小不计的钢球，初始静止在最低点A．（）

（1）启动电机使圆筒加速转动，钢球与圆筒保持相对静止，第一次到达与圆心等高的位置B时，圆筒的角速度，求此时钢球线速度的大小和该过程中圆筒对钢球所做的功W；

（2）当钢球通过C点时，另一装置瞬间让钢球与圆筒分离（分离前后钢球速度不变），此后钢球仅在重力作用下落到位置D．CD连线过O点，与水平方向成45°。求分离时圆筒的角速度；

（3）停止工作后将圆筒洗净，内壁视为光滑。将一钢球从位置C正下方的E点由静止释放，与筒壁碰撞6次后恰好又回到E点。若所有碰撞都是弹性的（即碰撞前后沿半径方向速度大小相等方向相反，沿切线方向速度不变），求钢球从释放开始至第一次回到E点所用的时间；若改变钢球释放的高度，钢球能否与筒壁碰撞3次后回到释放点，并简要说明理由（取，）。

4．（2021·广东深圳·统考二模）一个体重为m=50kg的中学生，乘坐正常工作的电梯从七楼下降到一楼。用传感器记录下他受到的支持力随时间变化的关系如图。查阅资料得知电梯的空轿厢质量为M1=1150kg，“对重”的质量为M2=1300kg，不计滑轮摩擦，重力加速度g=10m/s2，求：

（1）0~14s内电梯下降的高度；

（2）0~4s内钢索对“对重”的拉力大小以及0~10s内钢索对“对重”做的功。

5．（2021·广东深圳·统考二模）如图所示，半径为L的金属圆环内部等分为两部分，两部分各有垂直于圆环平面、方向相反的匀强磁场，磁感应强度大小均为B0，与圆环接触良好的导体棒绕圆环中心O匀速转动。圆环中心和圆周用导线分别与两个半径为R的D形金属盒相连，D形盒处于真空环境且内部存在着磁感应强度为B的匀强磁场，其方向垂直于纸面向里。t=0时刻导体棒从如图所示位置开始运动，同时在D形盒内中心附近的A点，由静止释放一个质量为m，电荷量为－q（q>0）的带电粒子，粒子每次通过狭缝都能得到加速，最后恰好从D形盒边缘出口射出。不计粒子重力及所有电阻，忽略粒子在狭缝中运动的时间，导体棒始终以最小角速度ω（未知）转动，求：

（1）ω的大小；

（2）粒子在狭缝中加速的次数；

（3）考虑实际情况，粒子在狭缝中运动的时间不能忽略，求狭缝宽度d的取值范围。

6．（2021·广东深圳·统考二模）如图所示，“手掌提杯”实验可反映大气压的存在。先将热水加入不计壁厚的玻璃杯中，杯子升温后将水倒掉，再迅速用手盖住杯口，待杯中密封气体缓慢冷却至室温，手掌竖直向上提起，杯子跟着手掌被提起而不脱落（杯内气体各处温度相等）。

(1)杯口横截面为S，手掌刚盖上时，杯内气体温度为T1。冷却后温度为T2，大气压强为p0，忽略杯内气体体积变化，则能提起的杯子最大重力G为多少？

(2)若杯口横截面S=40cm2，p0=1.00×105Pa，冷却后杯内气体温度为17℃，杯内气体体积减为原来的，将杯子固定，需要用F=25N竖直向上的力才能将手掌和杯子分开（不计拉开过程中杯内气体体积变化的影响），求刚密闭时杯内气体温度约为多少摄氏度？

7．（2021·广东深圳·统考二模）潜艇的潜望镜系统有一块平行玻璃砖，截面如图所示，AC的连线与AB垂直，AB长为d， ∠ABC=45°，AMC为一圆弧，其圆心在BC边的中点，此玻璃的折射率n=2。若一束宽度与AB边长度相等的平行光从AB边垂直射入玻璃砖。真空中光速为c。求：

(1)经过圆心的光线从射入玻璃到第一次射出玻璃的时间。

(2)从AMC面直接射出的光束在射入AB前的宽度y。

8．（2022·广东深圳·统考二模）图甲和图乙所示是手动式手电筒内振动式发电机的两个截面图，半径为、匝数为100的线圈a，所在位置的磁感应强度。线圈a接原副线圈匝数比为的理想变压器，给两个额定电流均为的灯泡供电。推动手柄使线圈a沿轴线往复运动，线圈a中电动势随时间按正弦规律变化，如图丙所示。线圈a及导线电阻不计。求：

（1）图丙中电动势的表达式；

（2）若手动发电的效率为，两灯泡正常发光，手动做功的功率；

（3）线圈a往复运动过程中的最大速度。

9．（2022·广东深圳·统考二模）2022年北京冬奥会的冰壶项目被喻为“冰上象棋”。如图，为场地中心线上的三个点，一冰壶B静止在半径的营垒圆形边界N处。队员使壶A以速度从P点沿中心线出发，在与初速度同向恒力作用下，经在M处脱手。脱手后，队友用冰刷擦拭间的冰面，A以速度在N处与B正碰（碰撞时间极短）。A、B可视为质点，质量均为，已知未用冰刷擦拭过的冰面动摩擦因数，擦拭后变为。间距，重力加速度取，不计空气阻力，冰刷始终不接触冰壶。

(1)求段冰面k的大小；

(2)第一次碰撞后，B恰好停在营垒中心O处，求碰后A的速度大小；

(3)已知A、B碰撞前后速度均满足比值不变，若每次碰后，只擦拭A前方冰面使。试通过计算说明，最终B将停在营垒的哪个区域？（营垒各区域尺寸如图）

10．（2022·广东深圳·统考二模）如图，在趣味小实验中，将一定质量的乒乓球放在一个粗细均匀的竖直薄圆管下端，通过乒乓球和活塞在管内封闭一定高度的某种液体和气体，当封闭气体压强为p时，乒乓球恰好不掉落。已知液柱高度远大于乒乓球直径，圆管横截面积为S，为了防止乒乓球掉落，将活塞缓慢上移使气柱长度增加一半。求此时

（1）封闭气体的压强；

（2）管口对乒乓球的作用力大小。

11．（2022·广东深圳·统考二模）如图，宽度足够大的水槽内水深h，一束激光垂直水面射向水底s处，发现水槽底部有一半径为r的圆形区域比其它区域暗，产生该现象的原因是光线经水槽底部漫反射后射向水面，射到b处的光线恰好发生全反射，光路见题图，求：

（1）水的折射率；

（2）通过作图分析，当水深增大时暗斑半径如何变化。

参考答案：

1．（1）避震器不漏气，详见解析；（2）

【详解】（1）由于加热箱中气压恒定，对气缸受力分析有

故气缸内压强恒定；若气缸不漏气时，根据盖吕萨克定律

代入得

气柱计算长度和测量长度相等，因此该避震器不漏气。

（2）骑行过程中，气缸内气体为等温变化

代入，，数据解得

骑行过程中气缸内的压强最大值为

2．（1）；（2）垂直纸面向里，；（3）

【详解】（1）电子穿过匀强电场过程中，由动量定理得

解得

（2）由左手定则，可知匀强磁场的方向为垂直纸面向里；电子在磁场中运动时，由洛伦兹力提供向心力得

周期为

联立可得

设与竖直方向夹角为，则有

可得

由图中几何关系可知，电子在磁场中运动轨迹对应的圆心角为，则电子在磁场中运动时间为

（3）①当电子击中M点时，电子在磁场中的偏转半径为

设匀强磁场区域半径，由几何关系得

②当电子击中N点时，设与竖直方向夹角为，则有

可得

由几何关系知电子在磁场中运动轨迹对应的圆心角为，则偏转半径为

则有

粒子穿过匀强电场后的速度，由动能定理得

设极板间距离为，则有

联立解得

则匀强电场场强的范围为

3．（1），；（2）；（3），不能经过3次回到E点

【详解】（1）此时钢球线速度

解得

；

该过程中设圆筒对钢球做的功为W，由动能定理

解得

（2）钢球分离后做斜抛运动，将运动沿水平方向和竖直方向分解可得

解得

根据圆周运动，有

解得

（3）6次返回E点，在F点发生碰撞后做平抛运动

在F点与A点之间满足

解得

或

又

解得

或

从E点与F点之间满足

解得

或

则从E点出发到返回E点的时间

解得

若经过3次碰撞后回到E点，必须在右下圆弧沿半径方向与筒壁发生碰撞。

如此碰撞的路径小球的速度的反向延长线不过水平位移的中点违背了平抛运动的规律，故不能经过3次回到E点。

4．（1）H=20m；（2）T=13650 N，W=210600 J

【详解】（1）在0~4 s内，对人由牛顿第二定律分析可知

代入数据可知

此段时间内电梯下降的位移为

此时电梯的速度为

在4~10 s内，由于

可知电梯匀速下降，下降的位移为

在10~14 s内，对人由牛顿第二定律分析可知

代入数据可知，即电梯将减速下降，位移为

电梯下降的总高度

代入数据得

H=20m

（2）0~4 s内对“对重”由牛顿第二定律分析可列

代入数据解出

T=13650 N

0~10 s 内对“对重”由动能定理可知

代入数据算得

W=210600 J

5．（1）；（2）；（3）

【详解】（1）根据洛伦兹力充当向心力,有

得

又

故棒的角速度最小值为

（2）根据洛伦兹力充当向心力

可得粒子离开加速器的速度为

由法拉第电磁感应定律，导体棒切割磁感线的电动势为

根据动能定理

得加速的次数为

（3）带电粒子在电场中的加速度为

粒子在电场中做匀加速直线运动，满足

为保证粒子一直加速，应满足

且，解得

6．(1)；(2)

【详解】(1)气体的体积不变，根据查理定律

得降温后杯内气压为

杯子受力平衡可知杯子重力最大值为

(2)根据手受力平衡可知降温后杯内气压为

根据理想气体状态方程：

其中；

解得

7．(1)；(2)

【详解】(1)玻璃的全反射临界角为

可得

判断光照射在BC上会发生全反射，平行于BA射向AMC，由几何关系得在玻璃中的光程为

玻璃中光速为

可知在玻璃中传播的时间为

（2）由(1)中得全反射临界角为，由几何关系得

8．（1）；（2）；（3）

【详解】（1）由丙图可知

且

根据电动势的表达式

可得

（2）设原线圈中电压的有效值，根据可得

设副线圈两端电压为，根据理想变压器公式可得

灯泡功率

可得人对手电筒做功的功率为

（3）根据法拉第电磁感应定律得

解得

9．(1)；(2)；(3)最终B停在最中间圆形区域

【详解】(1)壶A从P点到N处的过程中，根据动能定理则有

解得

(2)第一次碰撞后，B恰好停在营垒中心O处，，根据动能定理则有

解得

A、B第一次碰撞后，系统动量守恒，则有

解得

(3)根据题意则有

A、B第一次碰撞后，对B分析，根据牛顿第二定律则有

B运动的时间为

A、B第一次碰撞后，对A分析，根据牛顿第二定律则有

根据运动学公式则有

解得

A运动的时间为

所以B刚停止时，A、B发生第二次碰撞；A、B第二次碰撞，系统动量守恒，则有

根据题意则有

解得

第二次碰撞后，对B分析，根据运动学则有

解得

B运动的时间为

A、B第二次碰撞后，对A分析，根据运动学则有

解得

A运动的时间为

所以B刚停止时，A、B发生第三次碰撞；A、B第三次碰撞，系统动量守恒，则有

根据题意则有

解得

第三次碰撞后，对B分析，根据运动学则有

解得

B运动的时间为

A、B第三次碰撞后，对A分析，根据运动学则有

解得

A运动的时间为

所以B刚停止时，A、B发生第四次碰撞；以此类推，可得

……

第二次碰撞后，B运动的总距离为

所以最终B停在最中间圆形区域

10．（1）；（2）

【详解】（1）由题意可知封闭气体发生等温变化，根据

其中

解得

（2）由于封闭气体压强较小，故而管口对乒乓球产生竖直向下的弹力，根据乒乓球所受合力为零，可得

解得

11．（1）；（2）变大

【详解】（1）光线恰在b点发生全反射，则

其中

则

（2）由光路图可知，当槽中水的深度增加时，暗斑半径变大。