北京市房山区2020届-2022届高考物理三年模拟（一模）试题汇编-解答题

北京市房山区2020届-2022届高考物理三年模拟（一模）试题汇编-解答题

1．（2022·北京房山·一模）一个质量为m，边长为，电阻为R的正方形导线框，从某一高度自由下落，如图所示。其下边框进入匀强磁场区域时的速度为，线圈开始做匀速运动，直到其上边框也进入匀强磁场为止。重力加速度为g，求：

（1）线框自由下落的高度h；

（2）匀强磁场的磁感应强度B；

（3）线框在进入匀强磁场过程中产生的焦耳热Q。

2．（2022·北京房山·一模）2022年2月4日，第24届冬奥会在北京举行。冰壶是冬奥会比赛项目之一。如图所示，运动员把冰壶沿水平冰面投出，让其在冰面上自由滑行，在不与其他冰壶碰撞的情况下，最终停在远处的某个位置。按照比赛规则，运动员可以用毛刷摩擦冰面减小冰面的动摩擦因数，调节冰壶运动。若冰壶和冰面的动摩擦因数为0.02，运动员以的速度将冰壶投出，g取。

（1）画出冰壶投出后在水平冰面上滑行的受力示意图；

（2）冰壶能在冰面上滑行的距离；

（3）其队友在冰壶自由滑行10m后开始在其滑行前方摩擦冰面，冰壶和冰面的动摩擦因数变为原来的90%，冰壶能多滑行多远距离。

3．（2022·北京房山·一模）磁流体发电机的原理如图所示，在相距为d且足够长的两金属板间加有垂直纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场，两金属板通过开关S与电阻R相连，将气体加热到使之高度电离，形成等离子体，正、负离子的电荷量均为q，将等离子体以速度v喷入M、N两板间。这时两板上就会聚集电荷而产生电压，这就是磁流体发电机与一般发电机的不同之处，它可以直接把内能转化为电能。

（1）指出图中发电机的正、负极；

（2）求发电机的电动势E；

（3）设喷入两板间的等离子体单位体积内有对正、负离子，离子流的截面积为S，求发电机的最大功率P。

4．（2022·北京房山·一模）将传感器安装在蹦极运动员身上，可以测量出运动员在不同时刻下落的高度及速度，如图甲所示。运动员及所携带装备的总质量为50kg，弹性绳原长为10m。运动员从蹦极台自由下落，根据传感器测到的数据，得到如图乙所示的图像。g取。

（1）运动员下落过程中的最大动能，并分析该位置运动员受力的特点；

（2）判断运动员下落过程中受到的空气阻力是否可以忽略，写出你的理由；

（3）有人认为：在下落的整个过程中，弹性绳的弹力与弹簧弹力一样，都与伸长量成正比。你是否同意这种观点，通过计算说明你的理由。

5．（2021·北京房山·一模）如图所示，把一个小球用一根不可伸长的轻质细线悬挂起来，就成为一个摆，摆长L=1m，最大摆角为θ=37º小球质量m=0.2kg。重力加速度g=10m/s2（sin37º=0.6；cos37º=0.8）求：

（1）小球摆到最低位置O时，小球速度v的大小；

（2）小球摆到最低位置O时，细线对小球的拉力F的大小；

（3）如图所示，若在O点的正下方钉一个钉子B。当细线与钉子相碰时，钉子的位置越靠近小球。细线就越容易被拉断。请解释这现象。

6．（2021·北京房山·一模）如图所示，空间分布着磁感应强度B=0.5T的水平方向匀强磁场，磁场区域的水平宽度d=0.4m，正方形线框PQMN的边长L= 0.4m，质量m=0.2 kg，电阻R=0.1Ω。静止在光滑绝缘水平板上“I”位置。现用一水平向右的恒力F=0.8N。从静止开始拉线框，当PQ边刚进入磁场时，线框恰好做匀速直线运动，到达“II”位置时MN边刚好出磁场。求：

（1）进入磁场时线框中感应电流I的大小和方向；

（2）进入进场时线框的速度大小v和进入磁场前线框移动的距离x；

（3）从“I”位置到“II”位置的过程中线框产生的焦耳热Q。

7．（2021·北京房山·统考一模）物理学研究问题一般从最简单的理想情况入手，由简入繁，逐渐贴近实际。在研究真实的向上抛出的物体运动时，我们可以先从不受阻力入手，再从受恒定阻力研究。最后再研究受到变化阻力的接近真实的运动情形。现将一个质量为m的小球以速度v0竖直向上抛出，重力加速度为g。

（1）若忽略空气阻力影响，求物体经过多长时间回到抛出点；

（2）若空气阻力大小恒定为小球所受重力的k倍（0<k<1），求小球回到抛出点的速度大小vt；

（3）若空气阻力与速度成正比，小球运动的v-t图像如图所示，小球经过时间t1落回抛出点时速度大小为v1，v-t图象与v=-v1直线相切，求：

a.小球从抛出到落回抛出点空气阻力的冲量；

b.整个过程中加速度的最大值。

8．（2021·北京房山·一模）如图是电子加速系统，K是与金属板M距离最近的灯丝，电源E1给K加热可以产生初速度不计的热电子，N为金属网，M、N接在输出电压恒为U的高压电源E2上，M、N之间的电场近似为匀强电场，系统放置在真空环境中，正常工作时，从K发出的电子经M、N之间的电场加速后，大多数电子从金属网N的小孔射出，少部分电子打到金属网丝上被吸收，从而形成回路电流，电流表的示数稳定为I。已知电子的质量为m、电量为e，不计电子所受的重力和电子之间的相互作用。

（1）求单位时间内被金属网N吸收的电子数n；

（2）若金属网N吸收电子的动能全部转化为内能，证明金属网的发热功率P=IU；

（3）电子可认为垂直打到金属网N上，并假设打在金属网N上的电子全部被吸收，不反弹。求被金属网吸收的电子对金属网的作用力大小F。

9．（2020·北京房山·一模）如图所示，光滑水平面AB与竖直面内的光滑半圆形导轨在B点相接，导轨半径R为0.1m。一个质量为m=1kg小物体（可视为质点）将弹簧压缩至A点后，由静止释放，在弹力作用下物体向右运动，脱离弹簧后与静止在B点质量为m=1kg的小物体相撞，撞后粘在一起沿半圆形导轨运动，到达C点时速度为vc=5m/s，重力加速度g取10m/s2。

(1)求两物块从C点水平飞出后的水平射程；

(2)求两物体在离开C点前瞬间对轨道的压力大小；

(3)求小物体将弹簧压缩至A点时，弹簧具有的弹性势能Ep。

10．（2020·北京房山·一模）如图所示，质量M=8kg的长木板停放在光滑水平面上，在长木板的左端放置一质量m=2kg的小物块，小物块与长木板间的动摩擦因数μ=0.2，现对小物块施加一个大小F=8N的水平向右恒力，小物块将由静止开始向右运动，2s后小物块从长木板上滑落，从小物块开始运动到从长木板上滑落的过程中，重力加速度g取10m/s2。求

(1)小物块和长木板的加速度各为多大；

(2)长木板的长度；

(3)通过计算说明：互为作用力与反作用力的摩擦力对长木板和小物块做功的代数和是否为零。

11．（2020·北京房山·一模）回旋加速器原理如图所示，D1和D2是两个中空的半圆形金属盒，置于与盒面垂直的匀强磁场中，它们接在交流电源上，位于D1圆心处的离子源A能不断产生正离子，它们在两盒之间被电场加速，当正离子被加速到最大动能Ek后，再设法将其引出。已知正离子的电荷量为q，质量为m，加速时电极间电压大小恒为U，磁场的磁感应强度为B，D形盒的半径为R，狭缝之间的距离为d。设正离子从离子源出发时的初速度为零。

(1)试计算上述正离子被第一次加速后进入D2中运动的轨道半径；

(2)计算正离子飞出时的最大动能；

(3)设该正离子在电场中的加速次数与回旋半周的次数相同，试证明当R>>d时，正离子在电场中加速的总时间相对于在D形盒中回旋的时间可忽略不计（正离子在电场中运动时，不考虑磁场的影响）。

12．（2020·北京房山·一模）如图所示为离子发动机的示意图：其原理是设法将惰性气体（比如氙气）电离，使中性的原子变成带正电的离子，这些带正电的气体离子经过加速电场加速，以很高的速度沿同一方向喷出舱室，由此产生推力。由于单位时间内喷出的气体离子质量很小，探测器得到的加速度会非常小，但经过足够长时间的加速，同样可以得到很大的速度。假如探测器连同离子发动机和氙气的总质量为M，每个氙离子的质量为m，电量为q，加速电压为U，离子加速后形成的电流强度为I，为研究问题方便，假定离子推进器在太空中飞行时不受其它外力，忽略推进器运动速度，求：

(1)发动机单位时间内喷出多少个氙离子；

(2)离子发动机工作的初始阶段，产生推力能使探测器产生的加速度大小；

(3)为使离子推进器正常运行，必须在有离子喷射的出口处用中和电子枪向正离子喷射电子，试解释其原因。

参考答案：

1．（1）；（2）；（3）

【详解】（1）根据机械能守恒

可得下落的高度

（2）由于进入磁场的过程中，线框匀速运动

而

联立可得磁感应强度大小

（3）根据能量守恒可知产生的焦耳热

2．（1） ；（2）28.9m；（3）2.1m

【详解】（1）冰壶滑行时受重力、冰面的支持力和摩擦力作用，受力如图

（2）根据牛顿第二定律

由运动公式

解得冰壶能在冰面上滑行的距离

x=28.9m

（3）冰壶自由滑行10m时的速度

摩擦冰面后冰壶的加速度

则冰壶还能滑行的距离

冰壶能多滑行的距离

3．（1）上极板为发电机的正极，下极板为负极；（2）Bvd；（3）nqBdSv2

【详解】（1）由左手定则可知，正离子受向上的洛伦兹力，则正离子偏向上极板M，则上极板为发电机的正极，下极板为负极；

（2）当稳定状态时满足

则

E=Bvd

即发电机的电动势Bvd。

（3）等离子体全部聚集到两极板上时，发电机的功率最大。

等离子体流的速度为v，则在时间t内喷入等离子体的长度为vt，体积为vtS，则电荷量为

Q=nqvtS

电流

故最大功率

P=EI=nqBdSv2

4．（1）5625J；受合力为零（2）可以忽略；理由见解析（3）见解析

【详解】（1）运动员在下落15m时速度达到最大为15m/s，动能最大，此时动能为

在该位置速度最大，加速度为零所受合外力为零。

（2）在前10m下降过程中，如果没有空气阻力，满足机械能守恒，则

可得此时的速度

与图中的数据基本吻合，因此空气阻力可以忽略不计

（3）在下降到15m，弹簧的弹力等于重力，因此根据胡克定律

解得

下降到26m处时速度减小到零，在整个运动过程中，根据动能定理

解得

得出的与值基本吻合，因此可以认为弹性绳的弹力与弹簧弹力一样，都与伸长量成正比。

5．（1）2m/s ；（2）2.8N；（3）①细线遇到钉子，摆球由于惯性保持原速，②B点越靠近小球，圆周运动的半径会越小，③细线受到的拉力就越大，越容易断

【详解】（1）由动能定理得

带入数据解得

v=2m/s

（2）由牛顿第二定律得

带入数据得

F=2.8N

（3）①细线遇到钉子，摆球由于惯性保持原速，②B点越靠近小球，圆周运动的半径会越小，③细线受到的拉力就越大，越容易断。

6．（1）4A，逆时针方向；（2）2m/s，0.5m；（3）0.64J

【详解】（1）线框做匀速运动，安培力与拉力平衡即

BIL=F

代入数据解得

I=4A

由右手定则可知进入磁场时电流方向为逆时针方向。

（2）由闭合电路欧姆定律得

根据法拉第电磁感应定律得

解得

v=2m/s

没进磁场前，由牛顿第二定律得线框加速度为

由运动学公式得

v2=2ax

解得

x=0.5m

（3）由功能关系可得

Q=2FL

解得

Q=0.64J

7．（1）；（2） ；（3）a.；b.

【详解】（1）由机械能守恒可知；落回出发点的速度大小不变，速度为，由

得

（2）上升过程，由牛顿第二定律

得

由，得

由动能定理

得

（3）a.由动量定理

得

b.由图可知小球最终做匀速运动即

刚抛出时，空气阻力最大与重力同向，则此时小球加速度最大

解得

8．（1）；（2）见解析；（3）

【详解】（1）由根据电流定义式得

解得

（2）每个电子被加速，有

单位时间内金属网吸收的电子动能转化为金属网的发热功率

（3）电子被加速时，有

解得

由动量定理得

联立解得

由牛顿第三定律，金属网对电子的作用力与电子对金属网的作用力大小相等，为

9．(1)1m；(2)480N；(3)58J

【详解】(1)根据平抛运动竖直方向为自由落体运动

水平方向为匀速直线运动

水平射程为x=1m

(2)根据牛顿第二定律

根据牛顿第三定律

FC=F

两物体对C点的压力大小为F=480N

(3)根据水平方向动量守恒

根据动能定理

根据能量守恒

解得J

10．(1)2m/s2；0.5m/s2；(2)3m；(3)不为零

【详解】(1)木板与木块间摩擦力

=4N

木块加速度

=2m/s2

木板加速度

=0.5m/s2

(2)木块对地位移

m

木块对地位移

m

木板长

L=m

(3)摩擦力对木块做功

=-16J

摩擦力对长木板做功

=4J

故

11．(1)；(2)；(3)见解析

【详解】(1)设质子第1次经过狭缝被加速后的速度为v1，根据动能定理可得

解得

洛伦兹力充当向心力，则有

解得

(2)离子射出时加速器时

解得

离子动能为

(3)在电场中运动可以看做连续的匀加速直线运动，设离子射出时速度为v。

根据平均速度公式可得在电场中运动时间为

离子在D形盒中运动的周期为

粒子在磁场中回旋的时间为

有

=

当d<<R时，t1<<t2，即电场中运动时间可以忽略

12．(1)；(2)；(3)见解析

【详解】(1)设单位时间内应喷出n个离子，根据电流强度的定义可得

(2)在离子加速阶段，由动能定理得

解得

每个氙粒子动量增量为mv，t时间内

由动量定理得

，

根据牛顿第二定律

F=Ma

联立上述几式，得

a=

(3)推进器持续喷出正离子束，会使带有负电荷的电子留在其中，由于库仑力作用将严重阻碍正离子的继续喷出。电子积累足够多时，甚至会将喷出的正离子再吸引回来，致使推进器无法正常工作。因此，必须注入电子以中和正离子，使推进器获得持续推力。