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2

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2

一、解答题

1．（上海市徐汇区2022-2023学年高三下学期等级考模拟质量调研（二模）物理试题）如图所示，平行长直金属导轨MN、PQ固定在同一水平面内，两导轨间距L=1m，左端接有阻值R=4Ω的定值电阻。导轨间存在垂直导轨平面的匀强磁场，磁感强度B=0.5T。质量m=0.5kg的导体棒ab垂直导轨放置，以v0=4m/s的初速度沿导轨向右滑行s=1.5m后减速到零。滑行过程中导体棒与导轨始终接触良好，导体棒与导轨间的动摩擦因数μ=0.5，不计导体棒与导轨电阻，重力加速度g取10m/s2。

（1）求v0=4m/s时导体棒ab上电流I0的大小；

（2）定量分析ab滑行过程中整个装置内的能量转化情况；

（3）求导体棒滑行过程中最大加速度a的大小。

2．（上海市徐汇区2022-2023学年高三下学期等级考模拟质量调研（二模）物理试题）如图（i）所示，真空中两正点电荷A、B固定在x轴上，其中A位于坐标原点。一质量为m、电量为q（电量远小于A、B）的带正电小球a仅在电场力作用下，以大小为v0的初速度从x=x1处沿x轴正方向运动。取无穷远处势能为零，a在A、B间由于受A、B的电场力作用而具有的电势能Ep随位置x变化关系如图（ii）所示，图中E1、E2均为已知，且a在x=x2处受到的电场力为零。

（1）求A、B两电荷电场在与两点间的电势差U12；

（2）比较A、B两电荷电量QA、QB的大小关系；

（3）求a在A、B间运动过程中最大速度v的大小；

（4）如图（iii）所示，若一探测器从地球飞往月球，仅考虑地球与月球对探测器的引力作用，试从受力与能量的角度比较该探测器的运动与a在A、B间的运动的类似之处（至少写出三点）；并在图（iv）中定性画出探测器在地、月共同作用下所具有的势能Ep随探测器与月球间距离x变化的关系图线（取无穷远处势能为零）。

3．（上海市崇明区2022-2023学年高三下学期等级考第二次模拟考试物理试题）如图所示，竖直平面内的固定轨道ABC由长为L的水平轨道AB和光滑的四分之一圆弧轨道BC组成，AB和BC在B处相切。一质量为m的运动员踩着滑板从A端以初速度v0冲上水平轨道AB，沿轨道恰滑至C端，又沿CB弧滑下后停在水平轨道AB的中点。不计空气阻力，重力加速度为g。求：

（1）运动员在水平轨道的加速度a大小；

（2）运动员滑到B处时的速度v大小；

（3）圆弧轨道的半径R；

（4）若增大运动员的初速度，冲上轨道后可以达到的最大高度是，分析说明他能否停在水平轨道AB上。

4．（上海市崇明区2022-2023学年高三下学期等级考第二次模拟考试物理试题）如图所示，一倾角的光滑固定斜面的顶端放有质量kg的电阻不计的U形导体框。一阻值Ω、质量kg的金属棒CD的两端置于导体框上，与导体框构成矩形回路CDEF，EF与斜面底边平行，长度m。初始时CD与EF相距m，金属棒与导体框同时由静止开始下滑，金属棒下滑距离m后进入一方向垂直于斜面向上的磁感应强度大小T的有界匀强磁场，磁场边界（图中虚线）与斜面底边平行。金属棒在磁场中做匀速运动，直到离开磁场区域。当金属棒离开磁场的瞬间，导体框的EF边恰好进入磁场，并在匀速运动一段距离后开始加速。已知金属棒与导体框之间始终接触良好。重力加速度m/s2，，。

（1）写出金属棒在磁场中运动时棒中的感应电流的方向；

（2）求金属棒在磁场中运动时所受的安培力；

（3）求金属棒与导体框之间的动摩擦因数；

（4）求导体框在磁场中匀速运动过程中克服安培力做的功。

5．（2023届上海市宝山区高三下学期二模物理试题）在海滨游乐场有一种滑沙的娱乐活动。如图所示，人坐在滑板上从斜坡上离地高24m的A点，由静止开始下滑，滑到斜坡底端B点后，沿水平滑道BC继续滑行。斜坡滑道与水平滑道间是平滑连接的，滑板与两滑道间的动摩擦因数均为0.5，斜坡倾角θ＝37°，不计空气阻力，重力加速度g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8。

（1）求人在斜坡上下滑时的加速度大小；

（2）若人和滑板的总质量为60kg，求它们从A点滑到B点过程中损失的机械能；

（3）为了确保人身安全，水平滑道BC至少应该多长？

6．（2023届上海市宝山区高三下学期二模物理试题）如图所示，处于匀强磁场中水平放置的两根足够长、电阻不计的平行光滑金属导轨MN和PQ相距L＝0.5m。导体棒ab、cd与轨道垂直并保持良好接触，它们分别在大小相等、方向垂直导体棒的外力F作用下，沿着导轨各自朝相反方向，以速度v0匀速运动。导轨上接就有阻值为1Ω的电阻R，在其两端接有电压表V，此时电压表V的读数为0.2V。已知导体棒ab、cd的电阻r均为0.5Ω，它们的质量m均为0.2kg，匀强磁场磁感应强度的大小B＝1T、方向与导轨平面垂直。

（1）问导体棒ab中的感应电流方向怎样？

（2）求导体棒ab两端的电压U；

（3）求外力F的功率P；

（4）问：若将作用在导体棒ab、cd上的外力F都撤去，则导体棒ab通过的最大位移s是多少？

7．（2023届上海市闵行区高三下学期二模物理试题）如图（a），竖直平面内有轨道ABC，AB段是半径为R=5m的光滑圆弧，BC段是长为s=25m的粗糙水平轨道。质量m=0.5kg的物块由A点静止释放，恰好运动到C点停止。求：

（1）运动到B点时，物块的速度vB的大小；

（2）离开圆弧轨道前一瞬间，物块对轨道的压力大小；

（3）物块和轨道BC段间的动摩擦因数；

（4）如图（a）所示，以A点的水平位置为坐标原点O，以水平向右为正方向，建立Ox轴。以BC为零势能面，在图（b）中画出物块机械能E随水平位置x变化的图。

8．（2023届上海市闵行区高三下学期二模物理试题）如图（a），竖直放置足够长的光滑平行金属导轨，导轨间距L=1m，上端用阻值为R=10Ω的电阻相连。整个装置处于磁感应强度B=1T的匀强磁场中，磁场方向垂直导轨平面向内。质量为m=0.5kg，电阻不计的金属棒ab从轨道底部以v0=10m/s开始竖直向上运动，然后又向下返回直至匀速运动。运动过程中ab始终与导轨垂直且良好接触，空气阻力不计。求：

（1）ab刚开始运动时R中的电流大小和方向；

（2）ab刚开始运动时的加速度a0和匀速下滑时的速度v1；

（3）比较ab上升过程的时间t上与下落返回至出发点的时间t下的长短；

（4）以ab的出发点为原点，竖直向上建立x轴，若ab在上升过程中的v-x图像如图（b）所示，求图像与坐标轴所包围的面积S。

9．（上海市杨浦区2022-2023学年高三下学期等级考模拟质量调研（二模）物理试题）风洞训练可以模拟高空跳伞下落过程中人体所承受气流的状态，是跳伞初学者学习跳伞的必要项目。在空中运动的物体受到的空气阻力，式中S为迎风面积，为风阻系数，与物体的迎风面积、光滑程度和整体形状等有关。空气密度取。已知跳伞运动员的质量约为。重力加速度g取。

（1）如图，风洞竖直向上送风，当风速达时该运动员悬浮在风洞内，取0.326，求其身体的迎风面积S；

（2）在室外高空跳伞时，取1.26，跳伞总装备的质量为，打开的降落伞伞面面积为。运动员身上的传感器记录了运动员由静止起在空中竖直下落的加速度a与速度v并绘制图（2）的图像，分析并求出图中坐标值和运动员落地时的速率。

10．（上海市杨浦区2022-2023学年高三下学期等级考模拟质量调研（二模）物理试题）如图所示，两根相互平行的光滑金属轨道相距为L，其右侧轨道在同一水平面内，其左侧轨道为曲面，与右侧水平轨道平滑连接，电阻均不计。水平轨道上有宽度为、方向竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B。金属棒a、b均与轨道垂直放置，与轨道接触的两点间的电阻值均为R，b棒放置在磁场中间位置。a棒质量为m、b棒质量为。将a棒从左侧轨道某处静止释放，下滑过程中始终保持水平，当a棒进入磁场时测得流过b棒的电流为I。重力加速度为g。

（1）求a棒进入磁场时b棒的加速度；

（2）求a棒在左侧轨道静止释放时距水平轨道的高度h；

（3）若a棒滑到磁场中间位置（原b棒位置）时速率为刚进磁场时的，求此时b棒的速率并分析判断b棒是否已经离开磁场。

参考答案：

1．（1）0.5A；（2）见解析；（3）5.5m/s2

【详解】（1）当v0=4m/s时导体棒ab上感应电动势

ab上电流

（2）整个过程中摩擦力做功转化为摩擦生热

转化为焦耳热的量

（3）导体棒刚开始滑行时安培力向左最大，此时加速度最大，则滑行过程中最大加速度

2．（1）；（2）QA>QB；（3）；（4）见解析

【详解】（1）由能量关系可知

解得

（2）因x2点场强为零，则

因

r1>r2

则

QA>QB

（3）a运动过程中只有电场力做功，动能和电势能相互转化，总量不变，则在x=x2位置电势能最小，动能最大

（4）类似之处：

a.同时受到两个场源的作用；

b.单个场源的作用力都与物体到场源距离的平方成正比；

c.势能变化都由克服场力做功量度；

探测器在地、月共同作用下所具有的势能Ep随探测器与月球间距离x变化的关系图线如图

3．（1）；（2）；（3）；（4）能，理由见解析

【详解】（1）根据题意，设运动员和滑板整体的质量为，在水平面上受到的摩擦力为，对整个过程，由动能定理有

解得

在水平面上，由牛顿第二定律有

解得

（2）根据题意，从过程中，由动能定理有

解得

（3）根据题意可知，从过程中机械能守恒，由机械能守恒定律有

解得

（4）根据题意，设经过点速度为，由机械能守恒定律有

假设运动员能停在水平轨道上，由动能定理有

联立解得

可见他能停在水平轨道上。

4．（1）D到C；（2）0.18N，方向沿斜面向上；（3）0.375；（4）0.083J

【详解】（1）金属棒在磁场中运动时棒中的感应电流的方向由D到C。

（2）由于斜面光滑，所以导体框与金属棒由静止开始同步匀加速下滑，以整体为研究对象，则由牛顿第二定律

m总gsinαm总a1

a1gsinα10×0.6m/s26m/s2

当金属棒CD进入磁场时，速度达到

v1m/s1.5m/s

此时CD棒切割磁感线，产生感应电动势

E1BLv11×0.6×1.5V=0.9V

回路中的感应电流为

I1=0.3A

CD棒受到的安培力

F1BI1L1×0.3×0.6N0.18N

方向沿斜面向上。

（3）由于CD棒与导体框原来同步向下匀加速，现CD棒进入磁场受到沿斜面向上的安培力，且做匀速直线运动，因此CD棒必定相对导体框向上运动，受导体框对它沿斜面向下的滑动摩擦力，设CD的质量为m，CD匀速穿过磁场时受到导体框的滑动摩擦力为f，则此过程中CD棒受力如图

由共点力的平衡条件有

F1mgsinα+f

即

0.186m+f

再由

N1mgcosα0.02×10×0.8N=0.16N，

解得金属棒与导体框之间的动摩擦因数

=0.375

（4）当导体框EF未进入磁场时，其受力如图

由牛顿第二定律

Mgsinαf’Ma2

即CD棒进入磁场后，导体框以初速度

v11.5m/s

加速度

a2gsinα（6）m/s2=5m/s2

继续沿斜面向下做匀加速直线运动s0后，EF边恰好进入磁场，此时EF边的速度为

v2m/s

而此时CD棒的速度为

v11.5m/s<v2

CD棒的受力如图

由牛顿第二定律，CD棒有加速度

a3+（10×0.6+）m/s29m/s2

则CD棒加速到v2需要时间

t3ss

即导体框匀速运动的距离

s2v2t3×mm

此时EF边切割磁感线，产生感应电动势

E2BLv21×0.6×2.5V=1.5V

感应电流为

I2=0.5A

EF边受到的安培力

F2BI2L1×0.5×0.6N0.3N

方向沿斜面向上，导体棒克服安培力做的功为

W= F2 s2=0.3×J=0.083J

5．（1）；（2）；（3）

【详解】（1）对人受力分析，根据共点力平衡和牛顿第二定律，有

又因为

联立解得

＝2m/s2

（2）根据几何关系，人下滑的位移

m＝40m

又因为

人和滑板A点滑到B点过程中损失的机械能等于克服摩擦力做的功，

J＝9600J

（3）为了确保人身安全，人在水平滑道BC上要能静止下来，由牛顿第二定律，有

又因为

联立解得

m/s2＝5 m/s2

由运动学规律，得

联立得

m＝16m

6．（1）由a指向b；（2）；（3）；（4）

【详解】（1）根据右手定则可知，导体棒ab中的感应电流方向由a指向b；

（2）对于R，根据欧姆定律，有

对于abcda回路，根据闭合电路欧姆定律，有

代入数据解得

V

对于导体棒ab，有

V＝0.1V

（3）因为导体棒ab做匀速运动，根据共点力平衡，有

又因为

所以

对于导体棒ab产生的感应电动势，有

代入数据

m/s

所以外力F的功率

W＝0.04W

（4）撤去F后，ab棒仅受安培力F安作用

对于ab棒在减速运动过程中的任一时刻，有

即

设从这一时刻起，ab棒运动了极短的时间，则有

因为

，

推得

对于ab棒作减速运动的全过程，可以分割成一系列连续的在、、……时间内的运动，则有

，，……

推得

，

代入数据，解得

m

7．（1）；（2）；（3）；（4）

【详解】（1）物体在下滑过程中只有重力做功，根据动能定理可得                                        

解得

（2）离开圆弧轨道前一瞬间，以物块为对象，根据牛顿第二定律得

解得

根据牛顿第三定律，物块对轨道的压力大小为

（3）由于物体从点到点做匀减速直线运动，根据动能定理可得

解得

（4）当时，由于机械能守恒，则有

如图曲线①所示；

当时

摩擦力做功使得机械能减小，由功能关系得

代入数据可得

解得

（单位为焦耳）

如图曲线②。

8．（1），方向由左向右；（2），方向竖直向下，；（3）；（4）

【详解】（1）棒在磁场中运动产生的动生电动势为

流过电阻的电流强度为：

电流方向由左向右                                                

（2）对初始时刻进行受力分析：

根据牛顿第二定律得

其中

代入数据解得

方向竖直向下；                                                   

对匀速下滑时的进行受力分析，如图所示

由受力平衡的条件得

电动势为

电流为

代入数据解得

（3）由于在上升和下降过程中安培力一直做负功，所以上升和下降经过同一位置时，上升的速度大于下降的速度，可知上升过程的平均速度大于下降过程的平均速度，而上升和下降的位移大小相同，根据

可得

（4）由能量守恒知道，的初动能在上升过程中转化为重力势能的增量和电阻产生的焦耳热，即

代入数据解得

由功能关系知，物体克服安培力做功等于电能的增加量，也就是全电路的焦耳热，即

克服安培力做功大小即为图中曲线和坐标轴所围成的面积，而安培力大小为

每时每刻都是速度的倍，因此图中曲线和坐标轴所围成的面积是图与坐标轴所包围的面积S的倍，那么

可得

9．（1）；（2）

【详解】（1）由平衡条件得

身体的迎风面积为

（2）运动员开始下落时速度为0，空气阻力为0，则仅在重力作用下的加速度为重力加速度，即

运动员落地时的速率等于匀速下落的速率，则

得运动员落地时的速率为

10．（1）；（2）；（3）

【详解】（1）a棒进入磁场时流过b棒的电流为I，b棒的加速度为

（2）对a棒，根据

根据机械能守恒

联立得

（3）设b棒未离开磁场，两棒受等大、反向的安培力作用，根据牛顿第二定律可知相同时刻两棒的加速度大小的关系

对棒有

对棒有

得

可知，在相同时刻棒的速度大于棒的速度，则a棒的运动距离大于b棒的运动距离，说明b棒未离开磁场且速度大小为。