湖南省永州市高考物理三年（2021-2023）模拟题（三模）按题型分类汇编-03解答题

这是一份湖南省永州市高考物理三年（2021-2023）模拟题（三模）按题型分类汇编-03解答题，共21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．（2021届湖南省永州市高三（下）高考第三次模拟考试物理试题）如图甲所示，在直角坐标系xOy的x轴下方有沿y轴正向的匀强电场，在x轴上方有垂直坐标平面的匀强磁场，其磁感应强度B随时间变化如图乙所示（图中B1、B2未知）。一个质量为m、带电量为q的带正电粒子在y轴上P（0，－d）点处以大小为v0的初速度沿x轴正向射入电场，粒子从x轴上的Q（d，0）点进入磁场，并以此时刻为t＝0时刻。已知，t1时刻后的粒子的运动轨迹与x轴、y轴均相切，不计粒子的重力，以垂直坐标平面向里为磁场正方向。求：
（1）匀强电场的电场强度大小；
（2）匀强磁场磁感应强度B1、B2的比值（若有多种符合题意的情形，只需计算一种情形的结果即可）。
2．（2021届湖南省永州市高三（下）高考第三次模拟考试物理试题）如图所示，传送带以v＝2m/s的恒定速度顺时针旋转，传送带的倾角θ＝37°，一质量M＝0.09kg的物块与传送带间的动摩擦因数μ＝0.5。左下方的仿真玩具手枪不断地沿平行传送带向上方向发射质量m＝0.01kg的弹丸，弹丸每次击中物块的时间间隔为1s，击中物块前的瞬时速度大小均为v0＝40m/s，射入物块后会立即留在其中。将物块无初速度放在传送带的最下端时，恰好被第一颗弹丸击中。已知第3颗弹丸射入后，可以使物块在第4颗弹丸射入前到达传送带顶端。物块和弹丸均可看成质点，取sin37°＝0.6，cs37°＝0.8，g＝10m/s2，求：
（1）物块第一次达到与传送带速度相同时所用的时间t1；
（2）从第一次射击结束瞬间到第二次击中前瞬间的过程中物块与传送带摩擦产生的热量Q；
（3）传送带P、Q间距L的取值范围（最终结果保留三位有效数字）。
3．（2021届湖南省永州市高三（下）高考第三次模拟考试物理试题）如图所示，一端封闭、粗细均匀的U形玻璃管开口向上竖直放置，管内用水银将一段气体封闭在管中，当温度为270K时，被封闭的气柱长L＝30cm，两边水银柱高度差h＝5cm，大气压强p0＝75cmHg。
（1）使左端水银面下降h1＝5cm，封闭气体温度应变为多少；
（2）封闭气体的温度保持（1）问中的值不变，为使两液面相平，需从底端放出的水银柱长度为多少（管中水银柱足够长）。
4．（2021届全国高考物理模拟测试卷七）图示是由透明材料制成的柱体的横截面图，圆弧AB所对的圆心角∠AOB为120°，圆弧半径为R，P为AO上的点。现有一光线沿纸面垂直OA从P点射入，射到圆弧面上的C点恰好发生全反射。已知OP=R，光在真空中传播的速度大小为c。求：
(1)透明材料的折射率和光线发生全反射的临界角；
(2)光从P点射入到第一次射出柱体所用的时间。
5．（2022届湖南省永州市高三（下）高考第三次适应性考试物理试题）嫦娥五号探月器成功登陆月球并取回月壤，成为中国的骄做。登月取壤过程可简化：着陆器与上升器组合体随返回器和轨道器组合体绕月球做半径为3R的圆轨道运行；当它们运动到轨道的A点时，着陆器与上升器组合体被弹离，返回器和轨道器组合体速度变大沿大椭圆轨道运行；着陆器与上升器组合体速度变小沿小椭圆轨道运行半个周期登上月球表面的B点，在月球表面工作一段时间后，上开器经快速启动从B点沿原小椭圆轨道运行半个周期回到分离点A与返回器和轨道器组合体实现对接，如图所示。已知月球半径为R、月球表面的重力加速度为。
（1）求返回器与轨道器、着陆器与上升器的组合体一起在圆轨道上绕月球运行的周期T；
（2）若返回器和轨道器组合体运行的大椭圆轨道的长轴为8R，为保证上升器能顺利返回A点实现对接，求上升器在月球表面停留的时间t。
6．（2022届湖南省永州市高三（下）高考第三次适应性考试物理试题）如图（甲），超级高铁（Hyperlp）是一种以“真空管道运输”为理论核心设计的交通工具。如图（乙），已知管道中固定着两根平行金属导轨、，两导轨间距为；材料不同的运输车一、二的质量都为，横截面都是半径为的圆。运输车一、二上都固定着有间距为、与导轨垂直的两根相同导体棒1和2，每根导体棒的电阻都为，每段长度为的导轨的电阻也都为。其他电阻忽略不计，重力加速度为。
（1）在水平导轨上进行实验，此时不考虑摩擦及空气阻力。当运输车一进站时，管道内依次分布磁感应强度大小为，宽度为的匀强磁场，且相邻的匀强磁场的方向相反。求运输车一以速度从如图（丙）位置通过距离时的速度；
（2）如图（丁），当管道中的导轨平面与水平面成时，运输车一恰好能无动力地匀速下滑。求运输车一与导轨间的动摩擦因数；
（3）如图（丁），当管道中的导轨平面与水平面成时，此时导体棒1、2均处于磁感应强度为（以指向为轴正方向，，，为坐标原点），垂直导轨平面向上的磁场中，运输车二恰好能以速度无动力匀速下滑。求运输车二与导轨间的动摩擦因数。（、都是已知量）
7．（2022届湖南省永州市高三（下）高考第三次适应性考试物理试题）如图所示，粗细均匀、足够长的导热U型管竖直放置，右管上端封闭，左管内有一个厚度和摩擦都不计的轻质活塞，管内水银把气体分隔成A、B两部分。管内水银面在同一高度时，活塞和右端封口在等高的位置，两部分气体的长度均为。已知大气压强为，环境温度不变，U型管的横截面积，水银的密度为，重力加速度g取，现向活塞上缓慢倒入细沙，使两管内水银面高度差为，左管内一直有水银存在。求
（i）活塞下降的距离L；
（ii）倒入细沙的质量m。
8．（2022届湖南省永州市高三（下）高考第三次适应性考试物理试题）“跳棋”游戏中的棋子是用玻璃材料做的一种球形器材，有位同学想测定棋子的折射率。如图所示为其过球心的横截面，设玻璃棋子半径为R，直线EF为过球心的水平线，一束光线平行于EF射到棋子表面N点处，光线从Q点射出，并与EF交于P点。若棋子内无其他介质，入射光线与EF相距，入射光线从N点进入棋子后的折射角为，真空中光速为c。
（i）作出光线的光路图并求出棋子的折射率；
（ii）求光线从进入棋子到第一次射出棋子所用的时间。
9．（2023届湖南省永州市高三下学期三模物理试题）如图所示，足够长的A、B两薄壁气缸的质量分别为m1=5kg，m2=10kg，分别用质量与厚度均不计的活塞C、D将理想气体M、N封闭在气缸内，C、D两薄活塞用一跨过两定滑轮且不可伸长的柔软轻绳连接，气缸B放置在水平地面上，系统在图示位置静止时，气缸A的底部距离地面的高度，C、D两活塞距离气缸底部分别为h与3h，h=28cm。外界大气压恒为p0=1.0×105Pa，气体M的热力学温度T1=280K，C、D两活塞的横截面积均为S=0.01m2，取重力加速度大小g=10m/s2，不计一切摩擦。对气体M缓慢加热，气体N的热力学温度始终保持在280K，求：
（1）气缸A的底部刚接触地面时气体M的热力学温度T2；
（2）气体M的温度升到T3=450K时活塞D距离地面高度h'。
10．（2023届湖南省永州市高三下学期三模物理试题）如图甲所示，在xOy平面的第Ⅰ象限内有沿x轴正方向的匀强电场，在区域内同时存在着竖直向上的匀强电场E2和垂直纸面的磁场B1，，，磁场B1随时间t变化的规律如图乙所示，，设垂直纸面向外为磁场正方向。一个质量为m、电荷量为q的带正电液滴从P点以速度沿x轴负方向入射，恰好沿y轴负方向的速度v经过原点O后进入的区域。已知，，时液滴恰好通过O点，重力加速度g取10m/s2。
（1）求液滴第一次到达O点时速度的大小；
（2）求液滴在时间内的路程；
（3）若在时撤去电场E1、E2和磁场B1，同时在整个空间区域加竖直向上的匀强磁场B2（未画出），，求从此时刻起，再经过s，液滴距O点的距离。（本小题中取）
11．（2023届湖南省永州市高三下学期三模物理试题）如图所示，将滑块A无初速地轻放在长s=8.0m，沿顺时针以v0=8.0m/s转动的水平传送带左端，一段时间后A从传送带右端水平飞出，下落高度H=1.8m后，恰能从P点沿切线方向进入半径R=11m的光滑圆弧轨道，并沿圆弧轨道滑至最低点Q，滑块A经Q点后滑上静置于粗糙水平面上长为L=12.625m的木板B，A与B间动摩擦因数为μ1=0.4，B与地面的动摩擦因数为μ2=0.1，A带动B向右运动，距离B右端d=7.5m处有一与木板等高且足够长的固定光滑平台，B与平台碰撞后即粘在一起不再运动，滑块A滑上平台运动足够长时间后与左端带有轻弹簧的滑块C作用，已知A、B质量均为m=1.0kg，C的质量M=2.0kg。忽略所有滑块大小及空气阻力对问题的影响。sin37°=0.6，cs37°=0.8，重力加速度g=10m/s2。
（1）求滑块A与传送带间的动摩擦因数大小需满足的条件；
（2）求滑块A滑上平台时的速度大小；
（3）滑块A与弹簧接触但不粘连，若在滑块C的右侧某处固定一弹性挡板D（未画出），挡板的位置不同，C与D相碰时的速度不同。已知C与D碰撞时间极短，C与D碰后C的速度等大反向，且立即撤去挡板D，A与C相互作用过程一直没有离开水平面，求此后运动过程中A与C组成的系统弹性势能最大值Ep的范围。
参考答案：
1．（1）；（2）
【详解】（1）粒子在电场中类平抛运动
①
②
qE＝ma③
联立①~③式解得
④
（2）设粒子进磁场时速度为v，速度方向与x轴正向夹角为θ，有
⑤
由几何关系，有
⑥
联立④~⑥式解得
θ＝60° ⑦
粒子在磁场内圆周运动的周期
T＝
则
即在0~t1时间内粒子在磁场中运动轨迹是半圆。由于粒子在运动轨迹刚好与x轴、y轴相切，轨迹可能如图（1）、（2）所示两种情形。
情形（1）：设粒子在t1时刻前运动半径为r1，t1时刻后运动轨迹半径为r2，
由几何关系，有
r2＝（2r1＋r2）sin 30° ⑧
由
有
⑨
解得
情形（2）：设粒子在t1时刻前运动半径为r1，t1时刻后运动轨迹半径为r2，由几何关系，有
r2＝（2r1＋r2）sin 30° ⑧
由，有
⑨
解得
2．（1） 0.2 s；（2） 0.336 J；（3） 3.12 m＜L＜4.58 m
【详解】(1)以沿传送带向上为正，在弹丸射入的过程中，有
解得
物块先以a1减速上升，有
解得
减至共速，所需时间
解得
(2)共速前的位移
解得
传送带与物块间的相对位移
解得
物块后以a2减速上升，有
解得
若继续减速至零，所需时间为
因为t1＋t＞1s所以物块速度未减至零时，第二颗弹丸已射入，此时物块的速度
共速后的位移
解得
传送带与物块间的相对位移
解得
物体与传送带摩擦产生的热量
解得
(3)第一颗弹丸射入后物块上升的位移
第二颗弹丸射入的过程，有
解得
因v02＝v01则由此可推知第二颗弹丸射入后物块上升的位移
，
第三颗子弹射入的过程，有
解得
减至共速，所需时间
解得
假设物块刚好到达顶端时第4颗子弹射入，此时物块的速度
解得
此时上升的总位移
解得
传送带P、Q间的距离L应满足
解得
3．（1）360K；（2）9.67cm
【详解】（1）设左端水银面下降前，封闭气体的压强为p1，气体温度为T1，体积为V1，则
p1＝70cmHg，V1＝LS
设左端水银面下降后，封闭气体的压强为p2，气体温度为T2，体积为V2，则
p2＝80cmHg，V2＝(L+h1)S
有
解得
T2＝360K
（2）两液面相平时，气体的压强为p3=p0，气体体积为V3，左端水银面下降h2，右端水银面下降h2+5，有
p2V2＝p3V3
解得
h2＝cm
所以从底端放出的水银柱长度为
H＝2h2+5＝cm＝9.67cm
4．(1) 60°；(2)
【详解】（ⅰ）光路图如图所示，设透明材料的折射率为n，光线发生全反射的临界角为θ，则
sin θ=
sin θ=
其中
OP=R
解得
n= ，θ=60°
（ⅱ）在C点发生全反射的光线在圆弧面AB上恰好再次发生全反射，后垂直OB从E点射出柱体。由几何关系有
PC=DE=R，CD=R
光从P点传播到E点所用的时间为
t=
又
解得
t=
5．（1）；（2）（其中n=1、2、3、…）
【详解】（1）对组合体
在月球表面

解得

（2）设着陆器与上升器在小椭圆轨道运行的周期是T1，返回器与轨道器在大椭圆轨道运行的周期是T2。
对着陆器与上升器有

解得
对返回器与轨道器有
解得
上升器逗留的时间t应满足
t=nT2-T1（其中n=1、2、3、…）
解得
（其中n=1、2、3、…）
6．（1）；（2）；（3）
【详解】（1）运输车进站时，电路如图所示
当车速为时，由法拉第电磁感应定律可得
，
由闭合电路的欧姆定律
导体棒所受的安培力
，
运输车所受的合力
选取一小段时间，运输车速度的变化量为，由动量定理
即
两边求和
解得
（2）分析运输车的受力，将运输车的重力分解，如图所示
设轨道对运输车的支持力为、，如图所示
由几何关系
，
又
，
运输车匀速运动
解得
（3）加磁场后，电流
则
可得
解得
7．（i） ；（ii）
【详解】（i）设活塞的横截面积为S，对B管气体
解得

对A管气体，设气体的长度为LA，压强为pA，则

由

解得
活塞下降的距离
（ii）对活塞

统一单位后解得
8．（i），；（ii）
【详解】（i）根据题意可作出光路图，如图所示
根据几何关系有
故
i=60°
根据光的折射定律有

（ii）根据几何知识有
NQ=2Rcsγ=R
光在棋子中传播的速度为

光在棋子中传播的时间为
9．（1）T2=420K；（2）
【详解】（1）气体M等压变化
解得
T2=420K
（2）由（1）知，T3>T2，气缸A已经落地，假设绳子仍绷紧，对气体M
对气体N
又
解得
因为
82cm<84cm
假设成立故
10．（1）；（2）；（3）
【详解】（1）对带电液滴在水平方向和竖直方向的运动
解得
（2）带电液滴在第Ⅱ、Ⅲ象限有
则带电液滴在第Ⅱ、Ⅲ象限中在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动
当时
当时
带电液滴在0~s内运动轨迹如图所示
则液滴在0~s时间内的路程
解得
（3）空间中只存在磁场时，带电液滴在水平面做匀速圆周运动。由（2）同理得
代入得
再经后，液滴在水平面x轴方向上的位移大小为，垂直于水平面向外方向的位移大小为；带电液滴在竖直方向做自由落体运动，经过
故经过后，液滴距O点的距离为
11．（1）；（2）m/s；（3）
【详解】（1）滑块A离开传送带做平抛运动，竖直方向满足
A在P点沿切线滑入圆轨道
vy=vpsin37°
vx=vpcs37°
解得
vx=8m/s
要满足条件，则有
解得
（2）A沿圆轨道滑下，机械能守恒有
解得
vQ=12m/s
A滑上B后到与B共速前，对A
对B
经过时间t，A、B共速有
解得
t=2s
m/s
此过程中A、B的位移分别为，有
二者相对位移
解得
A、B共速后一起匀减速运动到B与平台碰撞前瞬间
B碰到平台后到，对A运动到平台
解得
m/s
（3）滑块C与挡板D碰撞前A、C系统动量守恒，有
滑块C与挡板D碰后滑块C的速度反向，碰后至AC共速时系统弹性势能最大
若
则
v=0
若C与D刚碰撞，弹簧恢复原长，v有最大值
解得
则弹簧弹性势能最大值的取值范围为