上海市各地区2023年高考物理模拟（二模）题按题型分类汇编-04解答题1

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上海市各地区2023年高考物理模拟（二模）题按题型分类汇编-04解答题1 一、解答题1．（2023届上海市奉贤区高三下学期等级考模拟质量调研（二模）物理试题）航拍无人机已被广泛使用。操作遥控器使无人机竖直上升或竖直下降，假设无人机受到竖直向上或竖直向下的推动力大小都为重力的1.5倍。一次试飞中，让无人机由静止从地面竖直向上起飞，2s末关闭发动机。（忽略空气阻力，重力加速度g=10m/s2）求：（1）无人机在加速上升过程中的加速度；（2）无人机上升到距地面的最大高度；（3）无人机上升到最高点后，为安全着陆（落地速度为零），用的最短时间。2．（2023届上海市奉贤区高三下学期等级考模拟质量调研（二模）物理试题）如图甲所示，P、Q为水平面内平行放置的金属长直导轨，间距为d，处在大小为B、方向竖直向下的匀强磁场中。一根质量为m、电阻为r的导体棒ef垂直于P、Q放在导轨上，导体棒ef与P、Q导轨之间的动摩擦因素为。质量为M的正方形金属框abcd，边长为L，每条边的电阻均为r，用绝缘细线悬挂在竖直平面内，ab边水平，金属框的a、b两点通过细导线与导轨相连，金属框处于大小也为B、方向垂直框面向里的匀强磁场中，不计其余电阻和细导线对a、b点的作用力。现用一电动机以恒定功率沿导轨方向水平牵引导体棒ef向左运动，从导体棒开始运动计时，悬挂线框的细线拉力FT随时间t的变化如图乙所示，g为重力加速度。（1）写出导体棒ef运动过程中感应电流的方向；（2）求t0时间以后通过ab边的电流大小；（3）求t0时间以后导体棒ef运动的速度大小；（4）求电动机的牵引力功率P。3．（2023届上海市青浦区高三下学期二模物理试题）如图所示，用大小为 10N、方向与水平地面成37°角的拉力 F，使静止物体从 A 点沿水平地面运动到相距 15m 的 B 点，到达B 点时的速度为 6m/s。此时立即撤去 F，物体沿光滑弧形轨道滑到 C 点，然后返回水平地面，停在离 B 点 4.5m的 D 点。（取 g=10m/s2, sin37°=0.6，cos37°=0.8）求：（1）C点的离地高度；（2）物体从A向B运动时的加速度及物体的质量；（3）若要使物体返回后越过 D 点停下，物体的质量应满足什么条件？4．（2023届上海市青浦区高三下学期二模物理试题）如图，两根质量、电阻均相同的金属棒MN、PQ分别置于光滑的金属导轨上，导轨的水平部分和倾斜部分均处在垂直于导轨、强度相同的匀强磁场中，倾斜导轨与水平方向的夹角α=37°，不计导轨的电阻，MN与固定在水平导轨上的力传感器连接。现对PQ施加平行于倾斜导轨且随时间均匀变化作用力F1（t=0时，F1=0），使PQ棒在距导轨底端x=2m处由静止开始运动，棒与导轨始终垂直且接触良好，电脑显示MN受到力传感器水平向右的拉力F2与时间成正比，且F2=0.8t。MN始终保持静止状态，重力加速度g取10m/s2。（1）分析并说明PQ棒的运动方向。（2）请证明PQ棒的在倾斜导轨上的运动是匀加速直线运动。（3）求PQ运动到导轨底端时，速度v的大小。（4）若PQ运动到底端的过程中，F1做功W=1.2J，则MN产生的焦耳热Q为多少？5．（2023届上海市松江区高三下学期二模测试物理试题）如图，半径R＝0.25m的光滑圆弧轨道的左端A与圆心O等高，B为圆弧轨道的最低点，圆弧轨道的右端C与一倾角θ＝37°的粗糙斜面相切。一质量m＝1kg的小滑块从A点正上方h＝1m处的P点由静止自由下落。已知滑块与粗糙斜面间的动摩擦因数μ＝0.75，不计空气阻力，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，重力加速度g＝10m/s2。求：（1）滑块运动到B点时速度和向心加速度；（2）滑块在粗糙斜面上向上滑行的最大距离；（3）分析说明滑块能否再次通过B点。6．（2023届上海市松江区高三下学期二模测试物理试题）如图（a）所示，足够长的光滑平行导轨倾角，宽L = 0.6m，处于垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁感应强度B = 1T。上端接有的滑动变阻器和电阻性元件，的伏安特性曲线如图（b）所示，一根内阻不计、质量m=0.033kg的金属棒MN跨接在导轨上。现将调至某阻值，然后金属棒由静止释放，最终沿导轨匀速下滑，在金属棒匀速下滑的过程中（sin37°=0.6，cos37°=0.8，g=10m/s2），求：（1）金属棒MN中电流的大小和方向；（2）若流经的电流之比为，求金属棒匀速下滑的速度大小；（3）若调至不同阻值，回路消耗的电功率能否为0.7W，说明理由。7．（2023届上海市金山区高三下学期二模测试物理试题）如图，固定光滑斜面的长为2.4m、倾角为37°。质量为1kg的物体在沿斜面向上的恒力F作用下从斜面底端由静止开始向上运动，至斜面中点时撤去力F，之后冲过斜面最高点落至地面。不计空气阻力，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，取g＝10m/s2。（1）若物体落地前的瞬间动能为20J，求物体在斜面中点时的动能；（2）若物体上升到斜面顶端时速度为零，求恒力F的大小。8．（2023届上海市金山区高三下学期二模测试物理试题）如图所示，两根固定的光滑金属轨道间距为L，与水平面夹角为θ，轨道间存在垂直轨道平面向上的磁场，磁感应强度大小为B。质量均为m、电阻均为R的金属杆ab、cd同时从轨道上由静止释放。ab杆释放位置与轨道底部的挡板相距为d，撞击挡板后立即停止。轨道足够长且电阻忽略不计，重力加速度为g。（1）求ab杆释放瞬间时的加速度大小；（2）分析并写出ab杆下滑过程中速度随时间变化的关系式；（3）分析d取不同值时，cd杆在ab停止后继续下滑过程中可能的速度变化情况。9．（2023届上海市浦东新区高三下学期等级考模拟质量调研（二模）物理试题）运动员从飞机上跳伞后的运动轨迹简化为图示中的ABC。已知运动员（含伞包）的质量。在B点时打开伞包后运动员沿着直线段BC滑行，BC段与地面之间的夹角，此时运动员受到的空气升力与飞行方向垂直，空气阻力与飞行方向相反，两者大小与滑行速度满足：，，其中、为可调节的系数。，，取。（1）若运动员在A点起跳的初速度大小为，下落高度时的速度大小为，求这段过程中机械能的损失量；（2）若运动员在BC段的某时刻调节的值为4.8，的值为1.2，求此时运动员加速度a的大小；（3）若在BC末段通过调节最终达到匀速滑行，求此时的值。10．（2023届上海市浦东新区高三下学期等级考模拟质量调研（二模）物理试题）如图（a），两根足够长、光滑平行金属直导轨MN、PQ相距为L，导轨平面与水平面的夹角为，导轨电阻不计，其上端连接右侧电路，定值电阻R1阻值为3r，变阻器R的最大阻值为6r。磁感应强度为B的匀强磁场垂直导轨平面向上，一根质量为m、电阻为r、长为L的金属棒ab垂直于MN、PQ放置在导轨上。现调节变阻器R取某一阻值（不为零），棒ab由静止释放，且在运动中始终与导轨接触良好，重力加速度为g，则：（1）判定金属棒ab中的电流方向；（2）若R取1.5r，分析并在图（b）中作出金属棒ab由静止释放后，加速度a随速度v变化的图像；（3）R取何值，在金属棒运动稳定时R消耗的功率最大？求出其最大功率；（4）若导轨MN、PQ不光滑，棒ab释放后始终与导轨接触良好，为了确保棒运动过程中无摩擦损耗，可以在棒的中点施加一个拉力，请给出这个拉力的最小值和方向（此问无需分析过程）。
参考答案：1．（1），方向竖直向上；（2）；（3）【详解】（1）无人机在加速上升过程中，根据牛顿第二定律可得解得方向竖直向上。（2）2s末关闭发动机，此时无人机的速度为无人机加速上升的高度为关闭发动机后，无人机减速上升的高度为无人机上升到距地面的最大高度为（3）设无人机上升到最高点后先以最大加速度加速下降时间，再以最大加速度减速下降，此过程用时最短，则有根据逆向思维，将减速过程看成初速度为零的匀加速运动，联立解得，则最短时间为2．（1）导体棒中感应电流的方向由e指向f；（2）；（3）；（4）【详解】（1）由右手定则可知，当导体棒ef向左运动，导体棒中感应电流的方向由e指向f；（2）由图乙可知，时刻开始，拉力恒定，故回路中电流恒定，设边的电流为，边的电流为，则由平衡条件可得由图像知、、三边电阻串联后再与边电阻并联，所以由并联电路的特点可得联立以上各式可得（3）根据导体框的受力情况可知，时刻以后导体棒ef将做匀速直线运动，设导体棒ef和导体框组成的闭合电路的干路电流为，则由（2）中可得设导体棒ef运动的速度大小为，产生的感应电动势为，则有由闭合电路的欧姆定律有联立以上各式可得（4）导体棒ef做匀速运动，设电动机的牵引力为，则由平衡条件可得电动机牵引力的功率为联立解得3．（1）；（2），；（3）【详解】（1）物体从B到C过程，根据机械能守恒定律可得解得C点的离地高度为（2）物体从B到D的过程，根据速度与位移的关系解得加速度大小为根据牛顿第二定律可得解得物体从A向B的过程，根据速度与位移的关系解得根据牛顿第二定律可得解得（3）结合上述计算结果得知：物块返回恰好停在D点；若要越过D点，需要减小物体的质量，即减小摩擦力作用，增大物体在AB运动过程中的加速度，增大运动到B点速度，所以质量应满足其次，物体需要沿水平地面运动，所以在AB运动过程中不能离开地面，则需要满足解得综上所述，物块质量需要满足4．（1）见解析；（2）见解析；（3）；（4）【详解】（1）因MN水平方向受两个力处于平衡，故磁场对MN的作用力F安水平向左，感应电流I由N指向M，PQ中的电流由P指向Q。由右手定则，可以判断PQ沿导轨向下运动。                               （2）设两根金属棒的质量和电阻分别为m、R，又因为联立解得因B、L、R为恒量，故PQ的速度与时间成正比，即PQ由静止开始沿导轨向下做匀加速直线运动。（3）对PQ受力分析如下图，PQ受到重力、支持力、F安、F1四个力作用，其中支持力不变，则仅有F安、F1随时间而变化，但加速度恒定，合外力恒定，故F1必须与F安平衡，故PQ受四个力的合力为F合=mgsinα由牛顿第二定律得mgsinα=ma解出a=gsinα=6m/s2由匀变速运动公式可得 解得（4）在PQ运动到底端的过程中，由能量守恒定律得代入数据可得又因为两个金属棒电阻串联，正比分配总焦耳热，故MN中产生焦耳热为5．（1），方向过B点的切线向右，，方向由B指向O；（2）1m；（3）不能，理由见解析【详解】（1）滑块由P到B过程中，根据机械能守恒定律有 ，方向过B点的切线向右。滑块在B点的向心加速度为方向由B指向O（2）滑块由B到C过程中，根据机械能守恒定律有滑块沿斜面上滑的加速度为a，则滑块在斜面上向上滑行的最大距离为另解：设滑块在斜面上向上滑行的最大距离为，滑块由B滑到斜面上最高点的过程中，根据动能定理有解得（3）滑块滑至最高点时，重力沿斜面方向的分力为在斜面上滑块受到的滑动摩擦力为又最大静摩擦力略大于滑动摩擦力，即 ，所以因此滑块将停在斜面上，不能再次通过B点。6．（1）0.33A，方向NM；（2）；（3）不能，理由见解析【详解】(1) 金属棒匀速下滑，受力如图，根据物体的平衡条件方向NM。(2) 流经的电流之比为又由图（b）可知感应电动势为又E=BLv 所以金属棒匀速下滑的速度为(3) 调至不同阻值，金属棒匀速下滑时，总电流还是 设流经的电流为I，两端的电压为U，则 在图（b）中画出图线，图线在I轴上的截距为，斜率的绝对值为，当时，斜率最小，与的伏安特性曲线交点的U值最大，如图所示，这时回路消耗的最大电功率为故回路消耗的电功率不可能为7．（1）12.8J；（2）12N【详解】（1）小车从斜面中点到落地的过程中，只有重力做功，所以小车机械能守恒。以地面为零势能面，则Ek末＝Ek中＋mgh代入数据，得物体在斜面中点时的动能Ek中＝12.8J（2）物体先由静止开始匀加速，后匀减速至速度为零，位移大小相等，由此可得两个阶段的加速度大小相等。物体在斜面上受力分别如图所示由牛顿第二定律可得F－mgsin37o＝ma加mgsin37o＝ma减解得F＝2mgsin37o＝12N8．（1）a＝gsinθ；（2）v＝gtsinθ；（3）见解析【详解】（1）ab杆释放瞬间时受力如图所示根据牛顿第二定律有可得a＝gsinθ（2）回路中没有感应电流，两杆保持相同的速度下滑，ab的加速度保持不变，做初速为零的匀加速直线运动，则有（3）ab杆撞击挡板时，cd杆的速度大小为v，且v2＝2dgsinθab杆撞击后立即停止运动，回路中开始产生感应电流，cd棒受力如图所示。因FA＝BIL＝若FA＝mgsinθ，则mgsinθ＝可得d＝可知d＝时，cd杆将匀速运动。d＞时，两棒的初始间距未知，cd杆可能先减速下滑，再匀速运动；也可能一直减速下滑。d＜时，cd杆可能先加速下滑，再匀速运动；也可能一直加速下滑。9．（1）；（2）；（3）【详解】（1）根据题意可知，这段过程中机械能的损失量为代入数据解得（2）根据题意，由平衡条件有由牛顿第二定律有解得代入数据解得（3）若在BC末段通过调节最终达到匀速滑行，则有，即解得10．（1）由b到a；（2）见解析；（3），；（4），方向垂直斜面向上【详解】（1）根据右手定则可知，导体棒中电流方向为由b到a。（2）若R取1.5r，则电路中总电阻为当金属棒ab沿斜面向下运动时，回路中将产生感应电流，金属棒将受到沿斜面向上的安培力的作用，设某一时刻，金属棒的速度为v，则此时金属棒ab产生的感应电动势大小为通过金属棒ab的感应电流大小为金属棒ab受到的安培力大小为对金属棒ab受力分析可知，沿斜面方向有解得可见，金属棒的加速度a与速度v成线性关系，由静止释放时，速度为零，加速度具有最大值当加速度为零时，速度达到最大值则加速度a随速度v变化的图像如下（3）设金属棒运动稳定时，回路中的总电流为Im，此时金属棒受力平衡，则有解得R与R1并联分流，则此时通过电阻R的电流为R上消耗的功率为当时，金属棒运动稳定时R消耗的功率最大，解得功率最大值为（4）不施加拉力时，导轨与金属棒间的压力大小为若导轨MN、PQ不光滑，那么金属棒在运动过程中将受到摩擦力的作用。为了确保金属棒在运动过程中无摩擦损耗，那么在棒的中点施加的拉力，应该使得金属棒与导轨间压力为零，当拉力方向垂直于斜面向上时，其值最小此时，金属棒与导轨间压力为零，无摩擦损耗。