四川省成都市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

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四川省成都市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．（2023·四川成都·统考二模）某高速公路上发生两车追尾事故，事故认定为前车违规停车，后车因制动距离不足追尾前车。假设两车追尾过程为一维正碰，碰撞时间极短，后车制动过程及两车碰后减速过程均可视为水平方向仅在滑动摩擦阻力作用下的匀减速直线运动，前车、后车视为质点。下图为事故现场俯视图，两车划痕长度与两车发生的位移大小相等。已知后车质量，前车质量，两车所受摩擦阻力与车重的比值均为，重力加速度。请根据现场勘测数据及已知信息进行判断和计算。（1）静止的前车在碰撞后瞬间的速度；（2）后车开始刹车时是否超速（该段道路限速）。2．（2023·四川成都·统考二模）如图（a），空间直角坐标系中，有一边长为L的正方体区域，其顶点分别是a、b、c、d、O、、、，其中a、、在坐标轴上，区域内（含边界）分布着电场或磁场。时刻，一质量为m、电荷量为q的带正电粒子，以初速度从a点沿ad方向射入区域，不计粒子重力。（1）若区域内仅分布着沿y轴负方向的匀强电场，则粒子恰能从点离开区域，求电场强度E的大小；（2）若区域内仅分布着方向垂直于平面向外的匀强磁场，则粒子恰能从边之间的e点离开区域，已知，求磁感应强度B的大小；（3）若区域内仅交替分布着方向沿x轴负方向的磁场和沿y轴正方向的磁场，且磁感应强度和的大小随时间t周期性变化的关系如图（b）所示，则要使粒子从平面离开区域，且离开时速度方向与平面的夹角为，求磁感应强度大小的可能取值。3．（2023·四川成都·统考二模）图（a）为某种机械的新型减振器—氨气减振器，其结构如图（b），减振器中的活塞质量为，汽缸内活塞的横截面积为。为了测量减震器的性能参数，将减震器竖直放置，给汽缸内冲入氮气，当气压达到时，活塞下端恰被两边的卡环卡住，氮气气柱长度为且轻质弹簧恰好处于原长。不计活塞厚度和一切摩擦，汽缸导热性良好，汽缸内密闭的氮气视为理想气体，大气压强，重力加速度，环境温度不变。（1）现用外力竖直向下压活塞，使活塞缓慢向下运动，当汽缸内氮气的压强大小为时，活塞停止运动，求此过程中活塞下降的距离h；（2）若在（1）的过程中，外力对活塞做的功为，过程结束时弹簧的弹性势能为，求此过程中氮气向外界放出的总热量。4．（2023·四川成都·统考二模）某发光二极管由一种透明材料封装而成，为研究其光学属性，某同学找来一个用此种透明材料制成的半球体。如图（a），该同学将一光线垂直直径MN竖直射入半球体，发现进入球体的光线在球面上的入射角时，折射光恰好消失。（）（1）求该透明介质的折射率n；（2）如图（b），二极管的半球球体直径为，二极管发光面是以EF为直径且保持水平的发光圆面，发光圆面圆心位于半球的球心O，为确保发光面发出的光第一次到达半球面时都不发生全反射，求二极管发光圆面的最大面积。（保留三位小数）5．（2021·四川成都·统考二模）如图，在第一、第四象限的区域内存在沿y轴正方向的匀强电场，场强大小；在第一象限的区域内存在垂直坐标平面向外的匀强磁场。一个质量、电荷量的带正电粒子，以的速率从坐标原点O沿x轴正方向进入电场。不计粒子的重力。(1)求粒子第一次离开电场时的速度；(2)为使粒子能再次进入电场，求磁感应强度B的最小值。6．（2021·四川成都·统考二模）如图，倾角为的倾斜轨道与足够长的水平轨道交于点，在倾斜轨道上高处由静止释放滑块，一段时间后与静止在水平轨道上处的滑块B发生弹性碰撞（碰撞时间忽略不计）。已知、B的质量之比为，B与轨道间的动摩擦因数为，与轨道间无摩擦，重力加速度大小为，、B均可视为质点，过点时速度大小不变。求：（1）第一次碰撞后瞬间，与B的速度大小和；（2）滑块B在水平轨道上通过的总路程；（3）若滑块B最初静止的处与间的距离为，那么，在第一次碰撞后B的速度减为零之前，与B能发生第二次碰撞，试确定与之间满足的关系。7．（2021·四川成都·统考二模）为了监控锅炉外壁的温度变化，某锅炉外壁上镶嵌了一个底部水平、开口向上的圆柱形导热汽缸，汽缸内质量、横截面积的活塞封闭着一定质量的理想气体，活塞上方用轻绳悬挂着矩形重物。当缸内温度为时，活塞与缸底相距、与重物相距。已知锅炉房内空气压强，重力加速度大小，不计活塞厚度及活塞与缸壁间的摩擦，缸内气体温度等于锅炉外壁温度。（结果取3位有效数字） （1）当活塞刚好接触重物时，求锅炉外壁的温度。（2）当锅炉外壁的温度为时，轻绳拉力刚好为零，警报器开始报警，求重物的质量M。8．（2021·四川成都·统考二模）如图，ABC是某三棱镜的横截面，，，边长，一条平行于BC的光线入射到AB边上D点，经棱镜两次折射从AC边中点E射出，出射光线与AC边的夹角（1）求该棱镜材料的折射率；（2）若平行于BC边平移入射光线，当AB边的入射点在F（图中未画出）时，光线再次从E点射出。请判断光线是否会在BC边发生全反射，并求F点到D点的距离。（每条边只考虑一次反射或折射）9．（2022·四川成都·统考二模）如图，长为L的矩形长木板静置于光滑水平面上，一质量为m的滑块以水平向右的初速度vo滑上木板左端。①若木板固定，则滑块离开木板时的速度大小为；②若木板不固定，则滑块恰好不离开木板。滑块可视为质点，重力加速度大小为g。求：（1）滑块与木板间的动摩擦因数；（2）木板的质量M；（3）两种情况下，滑块从木板左端滑到右端的过程中，摩擦力对滑块的冲量大小之比I1：I2。10．（2022·四川成都·统考二模）如图，在x轴（水平轴）下方，沿y轴（竖直轴）方向每间隔d=0.2m就有一段间距也为d的区域P，区域P内（含边界）既存在方向竖直向上、场强E=20N/C的匀强电场，也存在方向垂直坐标平面面向里、磁感应强度B=2T的匀强磁场。现有一电荷量q=5×10-10C、质量m=1×10-9kg的带正电粒子从坐标原点O自由下落。粒子可视为质点，重力加速度大小g=10m/s2。（1）求粒子刚到达第一个区域P时的速度大小v1和穿出该区域时速度的水平分量大小v1x；（2）求粒子刚到达第n（n>1）个区域P时的速度大小vn和粒子穿过该区域过程中速度的水平分量的变化量大小Δvnx；（3）到达第几个区域P时，粒子不能从该区域的下方穿出。11．（2022·四川成都·统考二模）一定质量理想气体的压强体积（p-V）图像如图所示，其中a到b为等温过程，b到c为等压过程，c到a为等容过程。已知气体状态b的温度T=297K、压强p=1×105Pa、体积V=24L，状态a的压强p=3×105Pa。（1）求气体状态a的体积V以及状态c的温度T；（2）若b到c过程中气体内能改变了2×104J，求该过程气体放出的热量Q。12．（2022·四川成都·统考二模）如图，ABD是某三棱镜的横截面，，，一束光线垂直于AB边从E点射入三棱镜，恰好在BD边的中点F发生全反射。已知BE=L，光在真空中的光速为c。求：（1）光线第一次从三棱镜射出时的折射角正弦值；（2）光线从E点到第一次从三棱镜射出经过的时间。
参考答案：1．（1）；（2）没有超速【详解】（1）静止的前车划痕长度为，设静止的前车在碰撞后瞬间的速度为，根据动能定理解得静止的前车在碰撞后瞬间的速度为大小20m/s，方向沿两车运动方向。（2）后车碰撞后划痕长度为，设后车在碰撞后瞬间的速度为，根据动能定理解得碰撞后瞬间，后车的速度为碰撞过程中内力远大于外力，可认为动量守恒，设前车在碰撞前瞬间的速度为解得设后车开始刹车时速度为，后车开始刹车至碰撞前过程应用动能定理解得故后车开始刹车时没有超速。2．（1）；（2）；（3）【详解】（1）粒子恰能从点离开区域解得（2）粒子恰能从边之间的e点离开区域，根据几何关系解得根据解得（3）粒子运动周期半径（i）若粒子射出时与z轴负方向的夹角为60°，则粒子在正方体区域运动轨迹沿y轴负方向的俯视如答图2所示，沿x轴负方向的侧视如答图3所示，设粒子在平行于yOx平面内运动了n个半周期（答图2、答图3为n=3的情况），则根据答图2，x轴正方向根据图3，y方向因为y>L，故粒子无法到达平面，不合题意。（i i）若粒子射出时与x轴正方向的夹角为60°，则粒子在正方体区城运动轨造沿y轴负方向的俯视如答图4所示，根据答图4，x轴正方向：据答图3，y负方向y=2nR（n=0，1，2，3.......）因为y<L，故粒子能到达平面，符合题意。解得3．（1）；（2）【详解】（1）根据题意可知，汽缸导热性良好，活塞缓慢向下运动，汽缸内气体的温度不变，由玻意耳定律有代入数据解得则此过程中活塞下降的距离（2）根据题意，由功能关系，对弹簧有对活塞有联立代入数据解得则活塞对汽缸内气体做功为由热力学第一定律有由于气体温度不变，内能不变，即则即过程中氮气向外界放出的总热量为。4．（1）1.25；（2）【详解】（1）由进入球体的光线在球面上的入射角时，折射光恰好消失，说明刚好发生全反射，临界角根据临界角公式解得该透明介质的折射率（2）发光面发出的光第一次到达半球面，入射角最大的光线，如图所示，设此光线刚好发生全反射，入射角为临界角C。根据临界角公式得二极管发光圆面的半径二极管发光圆面的最大面积5．(1) ，与x轴正方向成（或）角斜向右上；(2) 【详解】(1)粒子在电场中做类平抛运动，所受电场力为由牛顿第二定律有y方向，由运动学规律有代入数据（其中）得粒子离开电场时的速度大小为代入数据得故所求速度方向与x轴正方向成（或）角斜向右上(2)如答图1，在宽度的磁场中粒子做匀速圆周运动，满足条件下B最小时，轨迹与磁场上边界相切，设轨道半径为R由几何关系有代入数据得由牛顿第二定律有代入数据解得所求最小值6．（1）， ；（2）；（3）【详解】（1）第一次碰撞前，机械能守恒，有解得第一次碰撞，水平向左为正，由动量守恒由能量守恒解得，负号表示方向向右（2）由（1）中结果可知，与B还会发生多次碰撞，直到速度均减为零。因在运动过程中及与B在碰撞过程中均无机械能损失，故AB组成的系统机械能的损失均由B克服水平轨道摩擦力做功造成，由能量守恒定律有解得（3）设第一次碰撞至B的速度减为零经历的时间为，与B在时间内发生的位移分别为、，对B，由动量定理有解得对B有 解得对，在时间内，设其在倾斜轨道、水平轨道上运动的时间分别、，在倾斜轨道上，由牛顿第二定律有对有解得由题意知即解得7．（1）；（2）【详解】（1）活塞上升过程中，缸内气体发生等压变化由盖吕萨克定律有代人数据解得 （2）活塞刚好接触重物到轻绳拉力为零的过程中，缸内气体发生等容变化由力的平衡条件有由查理定律有 代入数据解得8．（1） ；（2） 发生全反射；【详解】(1)作出光路如图所示在AB边，因入射光平行于AB边，故入射角在AC边，出射角由几何关系知由折射定律有故解得(2)当光线从F点射到BC边上G点时，因，故入射角临界角满足代入数据得因，可知在BC边将发生全反射，因，故且，因光在AC边的入射角，故光线能够折射出AC边，解得9．（1）；（2）；（3）【详解】（1）木板固定时，滑块做匀减速直线运动，所受摩擦力大小为由动能定理有解得（2）木板不固定时，木板和滑块系统在相互作用过程中动量守恒，设两者共速时的速度为v，由能量守恒定律有对木板和滑块系统，由动量守恒定律有联立两式解得（3）规定水平向右的方向为正方向，木板固定时，由动量定理有木板不固定时滑块末速度由（2）中动量守恒知由动量定理有解得10．（1）；；（2）（2，3，4，5…）；；（3）【详解】(1)进入第一个区域P前，粒子做自由落体运动，有代入数据解得在区域P中，粒子所受重力、电场力的合力为所以，粒子在区域P中做匀速圆周运动，粒子穿出第一个区域P时，设与x轴正方向的夹角为。其运动轨迹如图所示由题意设粒子在该区域内的轨道半径为，由牛顿第二定律有由几何关系有联立得代入数据解得(2)进入第n（）个区域P前的过程中，由动能定理有解得（2，3，4，5…）设粒子进入、穿出第n（）个区域P时，与x轴正方向的夹角分别为、，轨道半径为。其运动轨迹如图所示由题意由牛顿第二定律有由几何关系有联立得代入数据解得(3)设粒子刚好不能从第n个区域P内穿出，其满足的条件是粒子在该区域的轨迹恰好与下边界相切，即在下边界的速度，沿x轴正方向，故从粒子进入第一个区域P到刚好不能从第n个区域P内穿出的整个过程中，粒子在水平方向的速度分量的变化量为因恒定，故即故即带入数据得故粒子不能从第100个区域P的下方穿出。11．（1）；；（2）【详解】（1）a到b为等温过程，由波意尔定律有将代入方程解得b到c为等压过程，由盖—吕萨克定律有将代入方程解得（2）对b到c为等压压缩过程，外界对气体做功为代入数据解得由于温度降低，该过程中气体内能减小，故由热力学第一定律有解得12．（1）；（2）【详解】（1）光路如图所示因光恰好在BD边的中点F发生全反射，则有由解得光在AD边上G点的入射角为因，故光在G点第一次射出三棱镜设折射角为r，由折射定律有解得（2）光在三棱镜中的光速为由几何关系有由于F为BD边的中点，故所以由解得