江苏省各地区2023年高考物理模拟（三模）题按题型分类汇编-02解答题1

这是一份江苏省各地区2023年高考物理模拟（三模）题按题型分类汇编-02解答题1，共18页。试卷主要包含了解答题等内容，欢迎下载使用。
一、解答题
1．（2023·江苏苏州·统考三模）利用金星凌日可以较准确测定日地间的距离。当出现金星凌日时（金星出现在地球与太阳之间的连线上），从地面向金星发射一束电磁波，经时间t后地面接收到回波。若金星与地球公转轨道均看作圆轨道且位于同一平面，已知金星公转周期为地球公转周期的n倍，光速为c，求：
（1）金星轨道与地球轨道间距d；
（2）日地距离r。
2．（2023·江苏苏州·统考三模）如图为浮筒式航标灯的示意图，圆柱形浮筒半径R=4a、长L=18a，浮筒上表面中央竖直固定一高为h=3a的细立柱，立柱顶端有一发光灯泡（可看作点光源），静止时浮筒水面以下部分的长度为12a，已知水深为H=20a，水的折射率，水面平静水底平坦。现让浮筒在水中上下自由运动，当浮筒上表面与水面相平时速度恰好为零。（不计阻力）
（1）证明浮筒做简谐运动；
（2）求运动过程中水底阴影的最大面积S。（sin37°=0.6，cs37°=0.8）

3．（2023·江苏苏州·统考三模）如图所示，在光滑的水平面上，用一根长为2L的不可伸长的轻绳连接两个质量均为m的弹性小球（可视为质点），在绳的中点O作用一个大小为F、方向与绳垂直的水平恒力，使两小球从静止开始运动。
（1）当绳夹角第一次为120°时，小球沿力F方向的位移大小为s，求此过程中力F所做的功W；
（2）求两小球第一次碰撞前瞬间小球在垂直于力F方向上的分速度大小vy；
（3）若从开始运动到第一次碰撞经过时间是t，两小球碰撞后瞬间撤去力F并使其中一个小球速度立即减为0（但未固定），求此后绳绷紧瞬间绳上张力冲量的大小I。
4．（2023·江苏苏州·统考三模）如图所示，足够大的荧光屏xOy正前方有一平行x轴、长度为2R的线形粒子源AB，AB中点Q与O的连线垂直荧光屏；粒子源与荧光屏之间正对放置半径为R、间距为d的圆形金属极板，圆心连线MN平行y轴，MN中点P在QO上。粒子源上各处沿平行QO方向均匀发射速度为v、比荷为的相同带正电粒子，极板间有沿MN方向匀强电场E。不计重力及粒子间相互作用，忽略边缘效应。
（1）若粒子能全部飞出极板，求板间场强E的最大值Em；
（2）若板间场强调至，已知OP=4R，通过计算求出荧光屏上图形方程；
（3）若只将场强调至E=E1，或者将场强调至E=E2并同时在板间沿电场方向加一磁感应强度大小为的匀强磁场，都只有50%的粒子能射出平行板，求E1与E2的比值。
5．（2023·江苏徐州·统考三模）氢原子的能级图如图1所示，当氢原子从能级跃迁到能级辐射的光子照射到光电管阴极K时，恰好不发生光电效应；当从能级跃迁到基态辐射的光子照射到K上时，将如图2所示实验电路中的滑动触头调至a端，微安表示数恰好为0。求：
（1）阴极K的逸出功；
（2）遏止电压。

6．（2023·江苏徐州·统考三模）如图所示，我国空间站在半径为r的轨道上绕地球做匀速圆周运动，角速度为；为探测空间环境，长为l的金属机械臂调整至指向地心方向，使其另一端连接的探测卫星随空间站同步转动；机械臂所在位置地磁场的方向如图，磁感应强度大小为B。若地球质量为M，引力常量为G；可视为质点的探测卫星质量为m，忽略卫星和空间站之间的万有引力。求机械臂：
（1）两端电动势的大小E；
（2）对卫星的拉力大小F。

7．（2023·江苏徐州·统考三模）某装置利用磁场控制带电粒子的运动。如图所示，矩形区域ABCD边长分别为、，O、为AB、CD边的中点；ABCD内存在多层紧邻且强弱相同的匀强磁场，每层的高度均为d，磁感应强度大小可调，方向垂直纸面沿竖直方向交替变化；质量为m、电荷量为+q的粒子从O点射入磁场，初速度大小为，方向与夹角为，粒子在纸面内运动，不计粒子重力及粒子间的相互作用。
（1）若粒子从O开始沿图示轨迹运动且恰好到达，求所加磁场的磁感应强度的大小。
（2）若粒子从CD边离开磁场时与轴线的距离小于d，求磁感应强度B的取值范围。
（3）若磁感应强度，求能从CD边出射的粒子初速度方向与夹角θ的范围。

8．（2023·江苏徐州·统考三模）如图所示，光滑半圆形轨道AB竖直固定放置，轨道半径为R（可调节），轨道最高点A处有一弹射装置，最低点B处与放在光滑水平面上足够长的木板Q上表面处于同一高度，木板左侧x处有一固定挡板C（x未知）。可视为质点的物块P压缩弹射装置中的弹簧，使弹簧具有弹性势能，P从A处被弹出后沿轨道运动到B处时的速度大小始终为；已知P的质量，Q的质量，P、Q间的动摩擦因数，Q与C之间的碰撞为弹性碰撞，忽略空气阻力，重力加速度。
（1）若P恰好不脱离轨道，求轨道半径R的值；
（2）若P始终不脱离轨道，写出弹性势能与R的关系式，并指出R的取值范围；
（3）若Q与C恰好发生n次碰撞后静止，求x的值。

9．（2023·江苏南京·统考三模）图甲为一列简谐横波在时的波形图，Q是平衡位置为的质点，图乙为质点Q的振动图像。求：
（1）波的传播速度及方向；
（2）质点Q在内通过的路程。
10．（2023·江苏南京·统考三模）如图所示，匚型金属导轨固定在水平桌面上，金属棒垂直置于导轨上，方形区域内存在着垂直于桌面向下的匀强磁场，当磁场在驱动力作用下水平向右运动，会驱动金属棒运动。已知导轨间距为，电阻不计，金属棒质量为，接入电路中的电阻为，磁感应强度为，金属棒与导轨间的动摩擦因数为，重力加速度为。求：
（1）金属棒刚要运动时的磁场速度；
（2）使磁场以第（1）问中速度做匀速运动的驱动力功率P。
11．（2023·江苏南京·统考三模）如图所示，空间有垂直于平面向里的两个匀强磁场，空间的磁感应强度大小为B，空间的磁感应强度大小为。原点O处有一个粒子源，同时射出两个速度大小均为、比荷均为的同种带正电粒子。沿y轴负方向的粒子记为A粒子，沿与x轴正方向的夹角为的粒子记为C粒子。不考虑粒子之间的碰撞和其他相互作用。求：
（1）A粒子发射后，第二次经过x轴时距原点O的距离；
（2）C粒子发射后，经过x轴射向空间所用的时间；
（3）A、C两粒子均经x轴射向空间时恰好相遇所对应的k值。
12．（2023·江苏南京·统考三模）如图所示，一斜面固定在水平地面上，斜面倾角，质量为的小物块A通过一根跨过固定滑轮的绳子连接质量同为的小物块B，连接A的绳子与斜面平行，物块B距离地面高度为L，物块A与斜面最上端挡板的距离也为L，绳无阻碍穿过挡板上小孔。质量为的小环C套在B上方的绳子上，绳子与小环C之间的最大静摩擦力，不计滑轮和绳子质量以及滑轮与绳子之间的摩擦，已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g，，。
（1）若系统处于静止状态，求A与斜面间动摩擦因数的最小值；
（2）若，同时由静止释放A、B、C，物块A与挡板碰撞原速反弹，物块B与地面碰撞后速度瞬间变成0，求绳子再次绷紧，B向上运动的初速度（绷紧过程C的速度未变）；
（3）接第（2）问，若C始终没有落到B上，求整个过程中C与绳子之间因摩擦产生的热量Q。
参考答案：
1．（1）；（2）
【详解】（1）金星轨道与地球轨道间距
（2）由开普勒第三定律可得
则
又
解得
2．（1）见解析；（2）1225πa2
【详解】（1）取竖直向下为正方向，设浮筒底面积为S，航标灯总质量为m，水的密度为ρ，平衡时有
设浮筒向正方向偏移y，有
解得
即航标灯所受合力大小与位移成正比，方向与位移方向相反，做简谐运动。
（2）根据简谐运动的对称性，灯泡离水面最大高度为15a，此时与圆柱体上表面边缘相切的光线进入水中的入射角为53°，根据折射定律有
得折射角
θ=37°
则阴影的最大半径为
r=15atan53°+20atan37°=35a
则阴影的的最大面积
S=πr2=1225πa2
3．（1）；（2）；（3）
【详解】14.解：
（1）力F作用点的对地位移为，所以力F做功
（2）如图
设两小球第一次碰撞时，小球的速度为v，在力F方向的位移为x、速度为vx

两小球，由动能定理得
解得
（3）两小球发生碰撞前
两小球发生弹性碰撞，碰后vx不变，vy大小相等、方向相反，合速度
绳子绷紧瞬间，两小球发生完全非弹性碰撞，由动量守恒定律，得
对一个小球，由动量定理，得
解得
4．（1）；（2），（）；（3）
【详解】（1）Q点发射的粒子恰好能飞出极板，则所有粒子均能飞出
解得
（2）横坐标为x的粒子通过极板的时间为
加速度
飞出极板时的侧移为
由中点效应得
得图像方程为
，（）
（3）只有电场E1时50%的粒子能射出平行板，则距离O点为的粒子恰能射出，有

有电场E2并加磁场B时，粒子做螺旋线运动，由于粒子旋转半径
则假设只有磁场B时所有粒子旋转后恰能交于一点。
有电场E2并加磁场B时，若有50%的粒子能射出平行板，则Q点发出的粒子经旋转周期恰能射出
解得
5．（1）；（2）
【详解】（1）由玻尔的能级理论
又由光电效应方程
解得
（2）由跃迁到基态时辐射光子的能量为
照射阴极后产生光电子的最大初动能为
又由动能定理
解得
6．（1）；（2）
【详解】（1）空间站的速度
卫星的速度
机械臂两端的电动势
解得
（2）对卫星，由牛顿第二定律
解得
7．（1）；（2）；（3）+到-之间
【详解】（1）由几何关系得
根据牛顿第二定律
解得
（2）若粒子从CD边离开磁场时与轴线的距离小于d，则粒子在离开磁场前不能进入第二层磁场，临界情况为轨迹与第一、二层磁场边界相切。设轨迹半径为，由几何关系得
根据牛顿第二定律
联立解得
即当时满足要求。

（3）当，由
得
先考虑临界情况：设粒子恰好到达D点，由几何关系及运动对称性可得，v0与竖直正方向夹角为，即与OD夹角为时符合题设要求，粒子经过第一层磁场过程中沿OD方向前进了d，之后经过各层磁场与经过第一层磁场类似，最终到达D点。考虑运动的对称性，与竖直负方向夹角为时的情况与上一种情况类似，最终到达C点。经分析可知发射角在+到-之间的粒子均可从CD边射出。

8．（1）；（2）（J），（；（3）
【详解】（1）在A处
从A到B，由动能定理得
解得
（2）在A处
从A到B，同理
解得
（3）在木板Q碰到挡板C前PQ不会共速
物块P一直匀减速运动至静止，运动时间
木板Q前进x距离，碰到挡板C原速反弹，向右匀减速运动，由于加速度大小不变，经过相同时间减速为零，接下来，重复以上运动……
设木板Q第一次碰到档板前时间为t0，则有
即
所以
9．（1）4m/s，沿x轴正方向；（2）100cm
【详解】（1）从图乙可知，在时质点Q在平衡位置且向正方向振动，据振动与波动关系，波动为沿x轴正方向传播；从图中可知波长为8m，周期为2s，则波速为
（2）内质点Q通过的路程为
10．（1）；（2）
【详解】（1）根据题意可知，金属棒刚要运动时，有
感应电动势为
感应电流为
安培力为
联立解得
（2）若磁场以第（1）问中速度做匀速运动，由牛顿第三定律可知，磁场受到的安培力大小等于，则驱动力的大小也为，驱动力功率为
11．（1）；（2）；（3）7
【详解】（1）粒子运动如图
粒子在y0空间
所以A粒子第二次穿过x轴时
（2）粒子在y0空间
C粒子一个周期内在粒子在y0空间圆周
则C粒子运动的周期为
所以C粒子再次以相同的速度经过x轴的时间
，其中n=1、2、3……
（3）A粒子每个周期走过的位移为
时间为

C粒子每个周期走过的位移为
时间为
由于
所以两粒子相遇的条件是
即
解得
12．（1）1；（2）；（3）
【详解】（1）由题设条件可知，若系统处于静止状态，小物块A受到的最大静摩擦力方向沿斜面向下，A与斜面间动摩擦因数有最小值，由平衡条件可得

解得
（2）若，同时由静止释放A、B、C，由牛顿第二定律可得
解得
物块A与挡板碰撞时的速度
由题意可知，绳绷紧过程C的速度未变，可知绳绷紧时A、B共速，则有A、B组成的系统动量守恒，设向上为正方向，由动量守恒定律可得
解得B的初速度
（3）A沿斜面向下减速，B沿绳向上减速，对于AB整体

减速到零的时间
C物体沿斜面向下减速：
减速到零的时间
B与C恰好在同一时间速度变为0，
B上升的高度
C下落的高度
BC相对位移
此时BC的状态与初始相同，但B离地的高度为，为初始高度的
相对位移