广东省广州市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

广东省广州市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·广东广州·统考二模）为了模拟竹蜻蜓玩具闪闪发光的效果，某同学设计了如图甲所示的电路。半径为a的导电圆环内等分为四个直角扇形区域，Ⅰ、Ⅱ区域内存在垂直环面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B。长度为a、电阻为r的导体棒OP以角速度绕O点逆时针匀速转动，t=0时OP 经过图示位置。OP通过圆环和导线与导通电阻为R的发光二极管（LED）相连。忽略其它电阻。

（1）求OP切割磁感线过程中，通过二极管的电流大小和方向；

（2）在图乙中作出时间内通过二极管的电流随时间变化的图像（规定从M到N 为正方向，不用写分析和计算过程）。

2．（2023·广东广州·统考二模）如图。玩具“火箭”由上下A、B两部分和一个劲度系数较大的轻弹簧构成，A的质量为0.2kg，B的质量为0.4kg，弹簧夹在中间，与两者不固连。开始时让A、B压紧弹簧并锁定为一个整体，为使A上升得更高，让“火箭”在距地面0.8m高处自由释放，“火箭”着地瞬间以原速率反弹，同时解除锁定，当弹簧恢复原长时，B 恰好停在地面上，不计空气阻力和“火箭”的体积以及弹簧解锁恢复原长的时间，重力加速度取10m/s2。求

（1）“火箭”着地时的速度大小；

（2）A上升的最大高度；

（3）弹簧被锁定时的弹性势能。

3．（2023·广东广州·统考二模）如图，“凹”形区域，各边长已在图中标示，L为已知量。在该区域内有正交的匀强电场和匀强磁场，与ab平行的虚线为电场的等势线；磁场方向垂直纸面向外，磁感应强度大小为B。容器A中质量为m、带电量为e的电子经小孔S1不断默飘入加速电场，其初速度几乎为0，电子经加速电场加速后由小孔S2离开，接着从O点进入场区，沿Oc 做直线运动经c点离开场区。若仅撤去磁场，电子从b点离开场区。

（1）求加速电场的电压和“凹”形区域的电场强度；

（2）若仅撤去“凹”形区域中电场，求电子离开“凹”形区域时的位置与O点的距离；

（3）若撤去“凹”形区域中电场，改变加速电场的电压，使得电子在“凹”形区域内的运动时间均相等，求加速电场电压的取值范围。

4．（2021·广东广州·统考二模）如图甲，电阻R=0.2Ω的直角梯形金属框abcde放在绝缘水平地面上，ab、bc、cd、de的长度均为L=0.4m；边长L=0.4m的正方形区域MNHK内存在垂直地面向下B=0.5T的匀强磁场。金属框沿地面以恒定速度v=1.0m/s向右穿过磁场，从cd边刚进入磁场(t=0)到a离开磁场的时间内，e、d、N、H始终在一条直线上。

(1)求cd边刚进入磁场时通过金属框的电流强度；

(2)通过分析和计算，在图乙中画出通过金属框的电流强度随时间变化的i-t图象(设逆时针方向为正方向)。

5．（2021·广东广州·统考二模）如图，光滑绝缘水平地面上，静止并紧靠着的带正电小球a和不带电的绝缘小球b，用长为2.5m的不可伸长且不会拉断的绝缘细绳相连。a的质量为0.1kg、电量为1.0×10-6C，b的质量为a的k(k>0)倍。a右侧有水平向右的匀强电场域，场强大小为1.0×105N/C、场区宽度为2m。现同时给a、b以1m/s的速度开始运动，使a水平向右进入电场区域、b水平向左运动，细绳绷紧瞬间两球具有共同速度v，重力加速度取10m/s2。求：

(1)细绳绷紧瞬间a到电场左边界的距离；

(2)v与k的关系式；

(3)a离开电场区域时的速度大小。

6．（2021·广东广州·统考二模）如图，锅炉外壁紧贴着一个导热性能良好右壁开孔与大气相通的汽缸，用于监控锅炉外壁的温度。轻质活塞通过轻杆与汽缸右壁的压力传感器相连；锅炉未工作时，活塞左侧封闭温度300K、压强为105Pa的空气，此时传感器的示数为0。已知大气压强为105Pa，活塞横截面积为10-2m2，不计活塞与汽缸壁间的摩擦，锅炉工作时，求压力传感器示数F与锅炉外壁温度T的关系式。

7．（2021·广东广州·统考二模）频率恒定且同步振动的两个声源S1、S2相距12m放置。一观测者在S1、S2之间的连线上移动，听到音量大小起伏变化，且其中一个音量最小的位置与S1相距5m。若声速为340m/s，求声源振动的最小频率。

8．（2022·广东广州·统考二模）如图，运动员起跳补篮，篮球恰好垂直击中篮板“打板区”方框的上沿线中点，反弹落入篮圈，球心下降到篮圈所在平面时，球未与篮圈接触。已知篮球出手时球心离地的高度、与篮板的水平距离，篮圈离地的高度，“打板区”方框的上沿线离篮圈的高度，篮圈的直径，篮板与篮圈的最小距离；若篮球的直径、质量m＝0.5kg，不考虑空气作用力和篮球的转动。重力加速度g取，求：

（1）篮球击中篮板时的速度大小；

（2）篮球打板损失机械能的最小值。

9．（2022·广东广州·统考二模）如图，不计电阻的金属导轨和放置在磁感应强度为B、方向竖直向上的匀强磁场中．竖直平面与的距离为，；在绝缘的水平地面上，与靠近但不接触；为矩形，、，；金属棒和完全相同，长度为、质量为、单位长度的电阻为；放在水平导轨上，放在倾斜导轨上，与导轨的动摩擦因数，最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力，重力加速度为。

（1）若固定，时从以速度沿导轨向左匀速运动，求通过的电流与时间的关系式；

（2）若以某一速度开始向左匀速运动的同时释放，在到达前，保持静止，求运动速度的取值范围。

10．（2022·广东广州·统考二模）如图，刚经过高温消毒的茶杯和杯盖，从消毒碗柜里取出后，茶杯放置在水平桌面上并立刻盖上杯盖，茶杯内密封温度为87℃、压强等于外界大气压强的气体。已知杯盖的质量为m，杯口面积为S，重力加速度为g。求茶杯内气体降温至27℃时，茶杯对杯盖的支持力大小。

11．（2022·广东广州·统考二模）如图，弹簧振子以O点为平衡位置，在M、N两点间做简谐运动，振子位置坐标x随时间t变化的关系式为。求振子从初始位置沿x轴正方向运动，第一次到达M点通过的路程。

参考答案：

1．（1），方向由M到N；（2）见解析

【详解】（1）OP切割磁感线过程产生的感应电动势

通过二极管的电流大小

根据右手定则可知通过二极管的电流的方向由M到N 。

（2）电流图像如图所示

2．（1）4m/s；（2）7.2m；（3）9.6J

【详解】（1）“火箭”在距地面0.8m高处自由释放，做自由落体运动

解得

（2）“火箭”着地瞬间以原速率反弹，同时解除锁定，弹簧恢复原长过程，B 恰好停在地面上,动量守恒，取向上为正方向

解得

A做竖直上抛运动，可逆向看成自由落体运动

解得

（3）根据功能关系有

3．（1），，沿着方向；（2）；（3）见解析

【详解】（1）设加速电场的电压为，电子经加速后后获得的速度为，凹形区域的电场强度为，根据动能定理

①

电子沿直线运动，有

②

仅撤去磁场，电子从点离开场区，设电子在场区的运动时间为，则有

③

④

联立①②③④可得

⑤

⑥

方向沿着方向；

（2）若仅撤去电场，则电子在磁场中做匀速圆周运动，设电子的轨道半径为，则有

⑦

联立②③④⑦可得

⑧

所以电子从点离开场区，距离点的距离为；

（3）依题意，要使电子在凹形区域内的运动时间均相等，则电子必须在场区内运动半周从边离开，分析可知，电子从段离开场区是满足要求的；要从段离开场区必须具备两个几何约束条件，第一、电子不能从离开场区；第二、电子不能进入区域。设加速电场的电势差为时，电子获得的速度为，其运动的轨道半径为，电子从段离开场区，依题意

⑩

设加速电场的电势差为时，电子获得的速度为，其运动的轨道半径为，电子从段离开场区，依题意必须满足：第一、电子不能从离开场区，电子运动轨迹如图Ⅰ，圆心为,设轨道半径为；第二、电子不能进入区域，电子运动轨迹如图Ⅱ，圆心为，设轨迹半径为，依题意

⑪

根据几何关系有

⑫

联立①⑦⑩⑪⑫并分别用、代替，、代替，、代替，求得

4．(1)1A；(2)

【详解】（1）根据法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律，由

联立代入数据得

（2）金属框穿过磁场，分三个阶段，第一阶段：cd边从进入磁场到离开磁场（设从0到t1）；第二阶段：be从进入磁场到离开磁场（设从t1到t2）；第三阶段：a从进入磁场到离开磁场（设从t2到t3）。每个阶段的经历的时间均为

依题意，第一阶段，经历时间为0.4s

得

第二阶段，经历时间为0.4s

得

第二阶段，经历时间为0.4s

得

图像如图

5．（1）；（2）；（3）见解析

【详解】（1）设绳子长为L，电场宽度为d，小球、a、b的初速度为 ，经时间t细绳子绷紧，a到电场左边界的距离为 ，b通过的距离为 ，设电场强度为E，a的质量为m，在电场中的加速度为a，以水平向右为正方向，根据

联立解得

（2）设绷紧前瞬间a的速度为 ，绷紧瞬间两球的共同速度为v，以水平向右为正方向，根据题意

解得

当 时，小球向右运动

当 时，小球短暂速度为零

当时，小球向左运动

（3）设小球a离开电场时速度为 ，当时，a、b两小球一起向右匀加速运动，由动能定理

解得

当当时，a、b两小球一起向左匀加速运动，若

即 小球仍然从电场右侧出来，速度大小为

若

即 ，小球仍然从电场左侧出来，根据动能定理

解得

6．（T≥300K）

【详解】对所封的气体，初态p1=105Pa T1=300K  当温度为T时气体压强

根据查理定律可知

解得

（T≥300K）

7．

【详解】设声波的波长为，声源的频率为，声波的波速为v，观察者在p处。观察者与、之间的波程差

p处音量最小，必须满足

又

联立代入数据得

当n=0时，扩音器的最小频率为

8．（1）；（2）

【详解】（1）起跳补篮，篮球恰好垂直击中篮板“打板区”方框的上沿线中点，其逆过程可以看作是平抛运动，则有

代入数据得

（2）反弹后做平抛运动，则反弹速度最大时机械能损失最少，则有

解得

篮球打板损失机械能

9．（1）当时，；当时，；（2）

【详解】（1）设切割磁感线的有效长度为，产生的电动势为，则有

电路中的电流为

分别在和运动时，

（i）当时，有

，

联立可得

（ii）当时，有

，

联立可得

（2）设向左运动时的速度为，由（1）的分析可知，流过的电流为

受到的安培力大小为

对进行受力分析可知，受到重力、支持力、安培力和摩擦力四个力的作用而平衡，静止在斜面上，其中摩擦力有沿斜面向下和向上两种可能，若摩擦力沿斜面向下，则有

若摩擦力沿斜面向上，则有

又有

联立以上式子可解得运动速度的取值范围为

10．

【详解】茶杯内初始温度为

降温后末状态温度为

杯内封闭气体发生等容变化，有

代入数据解得：最后杯内气体的压强

对杯盖，有

p'S+N＝p0S+mg

解得

11．25cm

【详解】在初始时刻即t=0，振子的位置为

第一次到达M点时，，代入得

弹簧振子的周期为

故第一次到达M点通过的路程为