山西省太原市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

山西省太原市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·山西太原·统考二模）某家用消毒的喷壶如图所示，壶的容积为，内装的消毒液，消毒液均在壶的圆柱体部分，其横截面积。打气筒密封在壶体上，只能进气。按下按柄B，阀门K打开，导管竖直部分内外液面相平。喷嘴和外界大气相通，与壶内液面高度差。空气可视为理想气体，充气和喷液过程中温度保持不变，忽略导管内液体的体积，室内温度为，消毒液密度，外界大气压强，重力加速度取。求：

（1）闭合阀门K，将喷壶移到室外，室外温度为。经过足够长的时间，打开阀门K，消毒液能否从喷嘴喷出；

（2）若在室内，阀门K闭合，缓慢向下压压杆A，每次可向瓶内储气室充入（）的空气。要在室内喷洒消毒液，至少需要按压压杆A多少次。

2．（2023·山西太原·统考二模）新型智能化汽车独立悬架系统的电磁减震器是利用电磁感应原理制造的。某同学也设计了一个电磁阻尼减震器，如图为其简化的原理图。该减震器由绝缘的橡胶滑动杆及多个矩形闭合线圈组成。线圈相互靠近、彼此绝缘，固定在绝缘杆上，线圈之间的间隔忽略不计。滑动杆及线圈的总质量。每个矩形线圈匝数，电阻，ab边长，bc边长。该减震器始终保持竖直，从距离磁场边缘高处由静止自由下落。匀强磁场垂直纸面向里，磁感应强度大小。空气阻力不计，重力加速度g取。求：

（1）第一个线圈的ab边进入磁场瞬间，减震器的加速度大小；

（2）自第一个线圈的ab边进入磁场时开始计时，经过，第二个线圈恰好完全进入磁场，此时减震器的速度大小；

（3）减震器下落过程中，第一个线圈和第二个线圈产生的热量之和。

3．（2023·山西太原·统考二模）如图所示，轻绳的一端固定在O点，轻绳的另一端系着小球A，，绳长。小球A自O点以初速度水平抛出，绳子绷紧瞬间，小球A开始在竖直平面内做圆周运动。物块B与物块C用轻弹簧拴接，静置于光滑的水平面上，。小球A运动到最低点时与物块B发生对心正碰后反弹，碰撞时间极短。碰撞过程物块B受到的冲量大小。小球与物块均可视为质点，绳子形变量忽略不计，A与B只碰撞一次。不计空气阻力，重力加速度g取，求：

（1）弹簧的最大弹性势能；

（2）物块C速度的最大值，并在坐标系中定量画出物块B、C速度随时间变化的关系图像；（第一个周期内的图像）

（3）小球A运动到最低点与物块B碰撞前细绳拉力F的大小。

4．（2021·山西太原·统考二模）如图所示，在坐标系xOy的第I象限内，分布着场强大小为E、沿y轴负方向的匀强电场；第Ⅱ象限内，圆心为O的圆环状区域存在沿半径方向的辐向均匀电场，虚线ab为圆环外径和内径间的中心线，中心线上电场强度的大小也恒为E、方向均指向O点，ab圆弧的半径为R。离子源飘出的正离子束（初速度可忽略），经第Ⅲ象限的电场加速后从x轴上的a点进入辐向电场，并沿中心线ab做圆周运动，之后由b点进入第I象限并射到位于x轴的靶上。不计重力和离子间的相互作用，求:

（1）加速电场的电压；

（2）离子射到靶上时的位置坐标及其速率与比荷的关系。

5．（2021·山西太原·统考二模）如图甲，倾角θ=30°的足够长的斜面上质量m1=3kg的木板A沿斜面下滑，其下端固定有与木板垂直的弹性小挡板。t=0时，质量m2=2kg的小滑块B（可视为质点）轻放到A的上表面，在0～0.3s内，A、B的v-t图像如图乙所示。已知当A的速度减为零时B恰好到达A的下端，并与小挡板发生弹性碰撞，碰撞时间极短且碰撞前后两物体沿同一直线运动。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取g=10m/s2，求:

（1）A与斜面间的动摩擦因数及B与A间的动摩擦因数；

（2）B与A第一次碰撞时速度的大小；

（3）第一次碰撞后B与小挡板间的最大距离。

6．（2021·山西太原·统考二模）如图所示，足够长的细U形玻璃管A与细直玻璃管B，底端通过橡胶软管连接，其内注有足够量的水银，A的右端插入橡皮塞密封的烧瓶内。开始时，A、B内的水银面等高且处于K处，烧瓶内封闭气体的体积为V0，温度为T0，大气压强相当于高度为h0的水银柱产生的压强，气体可视为理想气体。把最大容积为的针筒排净空气，将针头扎过橡皮塞并让活塞缓慢拉至最大刻度，忽略细管的体积。

（1）求A管内水银面上升的高度h。

（2）拨出注射器（烧瓶不漏气）推出其内气体，再次扎过橡皮塞并抽拉到最大刻度，然后对烧瓶缓慢加热。求A内水银面与K平齐时的温度。

7．（2021·山西太原·统考二模）O、P是两简谐波的波源，其坐标值分别为x=0、x=11.5m，激发的两列横波甲、乙沿x轴相向传播，t=0时的波形如图所示，此时P质点尚未开始振动。t1=0.6s时，甲、乙两列横波分别传到8.0m和9.5m处，且P恰好振动了一个周期。已知两列波的波速相同且波幅均为20cm，求：

（1）P质点开始振动的时刻；

（2）O、P间质点最早出现位移为-40cm的时刻。

8．（2022·山西太原·统考二模）随着北京冬奥会的举办，全国各地掀起了冰雪运动的热潮。如图所示，某“雪地转转”的水平转杆长为2L，可绕过其中点O的竖直轴转动，杆距雪面高为L，杆的端点A通过长度为L的细绳系着位于水平雪地的轮胎。为方便观测，在杆上距转轴L的B点通过长度为L细线系一个小“冰墩墩”。某次游戏时，游客坐在轮胎上（可视为质点），在转杆带动下在雪地中快速旋转，观测到系冰墩墩的细线偏离竖直方向的夹角为9°。已知游客和轮胎的总质量为M，不考虑空气阻力及轮胎受到雪地的摩擦阻力，取sin9°=tan9°=0.16，重力加速度为g，求：

（1）转杆转动的角速度；

（2）地面对轮胎弹力的大小。

9．（2022·山西太原·统考二模）如图，固定的足够长光滑平行金属导轨间距L=0.2m。由水平部分I和倾斜部分Ⅱ平滑连接组成，虚线MN为其交界线，I、Ⅱ间夹角=30°，Ⅰ内的MN与PO间以及Ⅱ内均存在垂直于导轨平面的匀强磁场B1和B2，其中B1=2.5T、B2=0.5T。质量m=0.01kg、电阻r=1.0的相同金属棒a、b固定在水平导轨上，其中点通过长s=L的绝缘轻杆连接成"H"型。将与a、b相同的金属棒c从倾斜导轨上由静止释放，c到达MN前已经开始匀速运动。当c通过MN时，立即解除a、b与轨道的固定，之后a在到达PO前已开始匀速运动。当a到达PO时，立即再将c固定在水平导轨上。不计导轨电阻，a、b、c始终垂直于导轨，c与b一直没有接触，取g=10m/s²，求：

（1）c在倾斜导轨上运动的最大速度；

（2）a到达PQ前匀速运动的速度；

（3）从a离开PQ至b到达PQ的过程中，金属棒c产生的热量。

10．（2022·山西太原·统考二模）某型号小轿车的说明书指出，该汽车轮胎的容积是2.5×10-2m3，胎压应在2.4atm至2.6atm之间。行车前，仪表显示的胎压为2.4atm，此时气温为27℃。为保证安全，此时可用打气筒为轮胎适当补气，使其胎压达到2.5atm。不考虑轮胎容积的变化，将气体视为理想气体。

（1）已知打气筒每次可将压强为1atm、体积为5.0×10-5m3的空气打入轮胎，不考虑气体温度的变化，求需要用该打气筒打气的次数；

（2）长途行车一段时间后，轮胎的温度达到了42℃，此时胎压报警器是否会报警?

11．（2022·山西太原·统考二模）如图为透明塑料制成的极薄半圆形塑料壳，半径为R、圆心为O。在壳中注满某种透明液体，用间距为R的两平行红色激光束、从圆周上垂直直径ab与O对称地照射到圆弧表面，ab上两亮斑的间距为（-）R。

（1）求该液体对红光的折射率；

（2）若让激光从右侧垂直ab射入并不断改变两激光束间的距离，求圆弧面上有光直接射出的范围的长度。

参考答案：

1．（1）消毒液能从喷嘴喷出；（2）16次

【详解】（1）依题意，瓶内理想气体发生等容变化

解得

若消毒液恰好从喷嘴喷出，则

解得

所以消毒液能从喷嘴喷出。

（2）喷出液体过程高度下降

设至少需要按压压杆n次，则

解得

则至少需要按压压杆16次。

2．（1）；（2）；（3）

【详解】（1）设第一个线圈开始进入磁场时，减震器的速度为，有

此时减震器受到的安培力为

产生的感应电流为

根据牛顿第二定律得

第一个线圈开始进入磁场时，减震器的加速度方向向上，解得

（2）设第二个线圈恰好完全进入磁场时，减震器的速度为。以向下为正方向，由动量定理

解得

（3）从第一个线圈开始进入磁场到第二个线圈完全进入磁场的过程，根据动能定理得

解得第一个线圈和第二个线圈产生的热量之和为

3．（1）；（2），图见解析；（3）

【详解】（1）A与物块B发生正碰后，B、C组成的系统动量守恒，B、C共速时弹簧的压缩量最大，此时弹簧的弹性势能最大，设为，以右为正

由机械能守恒定律有

解得

（2）共速之后，弹簧开始恢复，C做加速度减小的加速运动，B做加速度减小的减速运动，当弹簧恢复到原长时，C的速度最大，B的速度最小。以右为正，由动量守恒定律和能量守恒定律有

解得

物块B、C速度随时间变化的关系图像如下图所示

（3）小球A从O点平抛到绳绷直，设绳绷直瞬间绳子与竖直方向夹角为，由平抛知识

解得

绳绷直瞬间小球A沿绳子方向的速度减为0，垂直绳子方向的速度为

其中

解得

小球从该位置运动到最低点的过程中机械能守恒，设小球A运动到最低点的速度为，由机械能守恒定律有

在最低点，由牛顿第二定律有

解得

4．（1）；（2），

【详解】（1）设离子的质量为m，电荷量为q，加速电场的电压为U，加速后速度大小为v0

离子沿中心线ab做匀速圆周运动，由牛顿运动定律有

解得

（2）离子在匀强电场中做类平抛运动，设该过程加速度大小为a，时间为t，离子通过匀强电场后射到靶上时的坐标值为x，速率为v，由牛顿运动定律及运动学规律有

qE=ma

x=v0t

解得

x=R

设离子通过匀强电场后射到靶上时的速率为v，由动能定理有

解得

5．（1），；（2）7.5m/s；（3）2.25m

【详解】（1）设A与斜面间的动摩擦因数为μ1，B与A间的动摩擦因数为μ2，放上B后，A和B的加速度分别为a1和a2，由图乙和牛顿运动定律可得

解得

（2）设从t=0开始，经过时间为t1，B与A速度相同，设为v1

解得

设A从速度为v1到速度为0的过程中，时间为t2，A、B的加速度分别为a3、a4，B第一次到达A的下端时速度的大小为v2，由牛顿运动定律和运动学规律有

解得

解得

（2）设B与小挡板第一次碰后，A、B速度的大小分别为v3、v4，由动量守恒和机械能守恒有

解得

设再过t3时间，A、B速度第二次相同，设为v5

解得

第一次碰后B与小挡板间的最大距离为x

解得

6．（1）；（2）

【详解】（1）气体经历等温变化，由玻意耳定律

A管内水银面上升的高度

（2）气体先经历等温变化，后经历等容变化。由玻意耳定律

由盖-吕萨克定律

由于A内水银面与K平齐

解得

7．（1）0.4s；（2）见解析

【分析】考查波的振动。

【详解】（1）两列波的波速相同，波速为

由图像得甲波的波长m，

，

P质点开始振动的时刻为

t1-T2=0.4s

（2）①若P质点开始沿+y方向振动，t1=0.6s时，位于波谷的两质点x甲=7m和x乙=11m的坐标之差x=4m，位移出现-40m的时刻为

②若P质点开始沿-y方向振动，t1=0.6s时，位于波谷的两质点x甲′=7m和x乙′=10m坐标之差△x′=3m，位移出现-40m的时刻为

8．（1）；（2）

【详解】（1）设转杆转动的角速度为，冰墩墩的质量为m、转动半径为，细线拉力大小为

解得

（2）设绳与水平面间夹角为，由几何关系得

设轮胎转动半径为，细绳的拉力大小为，地面对轮胎支持力大小为，则

解得

9．（1）；（2）；（3）

【详解】（1）设a在斜面上最大速度为，感应电动势为，则

回路的总电阻

回路总电流

c所受的安培力为，则到最大速度时满足

解得

（2）a、b在到达PQ前开始匀速运动时，此时a、b、c速度大小相等，设为，则由动量守恒定律得

解得

（3）设b到达PQ时速度大小为，从a离开PQ到b至PQ的过程时间为，回路的总电阻为，平均感应电动势为，平均电流为，b所受平均安培力的大小为，则

对a、b应用动量定理

解得

从a离开PQ至b到达PQ的整个过程中，整个回路产生的焦耳热为

c产生的焦耳热

解得

10．（1）；（2）胎压报警器会报警

【详解】（1）轮胎内原有气体压强

，，

打气筒打入气体

，

以轮胎内原有气体和打气筒打入所有气体为研究对象，气体发生等温变化

得

（2）以轮胎内气体为研究对象，气体发生等容变化，由查理定律

得

所以此时胎压报警器会报警。

11．（1）；（2）

【详解】（1）由题意得，光路图如图所示

由几何关系得

得

由折射定律

得

（2）若让激光从圆弧面上有光直接射出，设光射在圆弧面上恰好在发生全反射，如图所示

由

得

则由几何关系得，圆弧面上有光直接射出的范围的长度为