河南省各地区2023年高考物理模拟（一模）题按题型分类汇编-02解答题

这是一份河南省各地区2023年高考物理模拟（一模）题按题型分类汇编-02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．（2022·河南信阳·统考一模）2018年12月8日，肩负着亿万中华儿女探月飞天梦想的嫦娥四号探测器成功发射，实现了人类航天器首次在月球背面巡视探测，率先在月背刻上了中国足迹。已知嫦娥四号探测器围绕月球做匀速圆周运动时，周期为T，离月球表面的高度为h，月球的半径为R，引力常量为G。求：
（1）月球的平均密度；
（2）月球的第一宇宙速度大小。
2．（2022·河南信阳·统考一模）如图所示，竖直平面内固定一半径为R的光滑半圆环，圆心在O点。质量均为m的A、B两小球套在圆环上，用不可形变的轻杆连接，开始时A与圆心O等高，B在圆心O的正下方。已知轻杆对小球的作用力沿杆方向，重力加速度为g。
（1）对B施加水平向左的力F，使A、B静止在图示位置，求力的大小F；
（2）由图示位置静止释放A、B，求此后运动过程中A的最大速度的大小v。
3．（2022·河南信阳·统考一模）如图甲所示，物块A、B的质量分别是和，A、B用轻弹簧拴接，放在光滑的水平面上，B右侧与竖直墙壁相接触.时，另有一物块C以速度向右运动，在时与A相碰，并立即与A粘在一起不再分开，C的图像如图乙所示.求：
（1）C的质量；
（2）B离开墙壁后弹簧具有的最大弹性势能；
（3）在4~ 12 s的时间内墙壁对B弹力的冲量的大小
4．（2022·河南信阳·统考一模）如图所示，一足够长的水平传送带以恒定的速度v=4m/s沿顺时针方向运动，时将质量mA=1kg的木板A轻放到传送带上，在A和传送带速度相同时，将质mB=1kg的小物块B轻放在A的右端，小物块恰好没有滑离木板。已知A和传送带的动摩擦因数，A、B间的动摩擦因数，重力加速度g=10m/s2。求：
（1）从到与传送带速度相同的过程中，木板运动的时间t；
（2）木板的长度L；
（3）从到与传送带速度再次相同时，木板相对传送带的位移大小s。
5．（2023·河南濮阳·统考一模）如图所示，左边是电动势E=6V、内阻r=1的电源，电容器与单刀双掷开关连接，接1时与电源相连，接2时与右边的光滑足够长水平导轨连接，两导轨间有匀强磁场，磁感应强度B=2T，在两导轨上放有质量m=0.1kg的不计电阻的导体棒，已知电容器的电容C=0.1F，两导轨间距L=1.0m。求：
（1）单刀双掷开关连接1电路稳定后，电容器带的电荷量；
（2）单刀双掷开关由1接到2时后，导体棒最终的速度大小。
6．（2023·河南濮阳·统考一模）如图所示，空间中有竖直向上的匀强电场，场强，不带电的小球B用长度的轻质绝缘细线悬挂在O点，小球B从与圆心等高处由静止释放，当细线摆到右侧与竖直方向的夹角时刚好与从右边某位置水平抛出的小球A正碰，碰后粘在一起可以看成一个小球C（两球的总电量不变）。已知小球A和B的质量都是，小球A的电荷量，小球A从抛出经过时间与小球B碰撞，碰撞时间很短，碰撞瞬间撤去竖直向上的匀强电场，碰后小球C到O点正下方D点时再施加一个水平向左的匀强电场，场强，不计空气阻力，整个运动过程A、B、C都可以看成质点，重力加速度g取10m/s2， 。求：
（1）小球A的抛出点与碰撞点之间的水平距离；
（2）碰后的小球C运动到最低点D时的速度大小；
（3）碰后的小球C经过最低点D后能否做完整的圆周运动，若能做完整的圆周运动，细线的最小拉力是多大，若不能做完整的圆周运动，细线刚要松弛时的速度是多少。
7．（2023·河南濮阳·统考一模）如图所示，是一个不规则的导热容器，现想测量它的容积，在上方竖直插入一根两端开口、横截面积是S的玻璃管，玻璃管下端与容器口处密封，玻璃管中有一小段水银柱，水银柱高度是h，水银柱下端与容器口之间的距离是L1，此时环境温度是T1、大气压强是p0且不变。当把容器放在温度为T2的热水中，稳定后水银柱下端与容器口之间的距离变为L2，气体内能改变量为，容器和玻璃管内的气体可以看成理想气体，水银密度为，重力加速度为g。求：
（1）这个不规则容器的容积；
（2）气体吸收的热量。
8．（2023·河南濮阳·统考一模）如图所示，是一个玻璃砖的截面图，AB是半圆的直径，O是圆心也是AB与ED的交点，ABGF是直角梯形，ED⊥BC，∠F=∠G=90°，∠ABC=30°，半圆的半径为R，AF=2R，有一束细光束从半圆面的E点处入射，入射角是=60°，已知该玻璃砖的折射率，光在真空中的速度为c。
（1）光线第一次从玻璃砖射出时与玻璃砖的夹角是多少？
（2）光从入射到第一次射出玻璃砖在玻璃砖中传播的时间是多少？
9．（2023·河南郑州·统考一模）一辆货车由质量为m的车头和质量为3m的车厢组成，车头和车厢受到的阻力均为各自车重的k倍。在货车沿平直公路以速度v匀速前进的过程中，某一时刻车厢突然脱落，而此时司机并没有发现故障，继续保持车头动力前进，直至脱落车厢停下时才恰好发现。于是立即刹车减速，再掉头返回，车头和车厢均可看做质点。重力加速度为g。求司机发现车厢脱落时，车头和车厢的距离。
10．（2023·河南郑州·统考一模）如图，POQ是折成60°角且固定于竖直平面内的光滑金属导轨，导轨关于竖直轴线对称，，整个装置处在足够大的匀强磁场中。已知匀强磁场垂直于导轨平面，磁感应强度随时间变化规律为，规定垂直于轨道平面向里为磁场正方向。从0时刻起，一质量为1kg、长为L、电阻为、粗细均匀的导体棒锁定于OP、OQ的中点a、b位置。从后磁感应强度保持不变，接下来将导体棒解除锁定，导体棒在匀强磁场中由静止开始向下运动，下滑至导轨末端PQ位置离开导轨，此时导体棒的速度为，离开导轨前导体棒与导轨始终保持良好接触，导轨电阻不计，重力加速度为，求：
（1）导体棒下滑至导轨末端时的加速度大小；
（2）导体棒解除锁定后运动过程中产生的焦耳热。
11．（2023·河南郑州·统考一模）一轨道由粗糙水平轨道ABC和光滑竖直圆弧轨道CDE组成，有一定长度和高度的木板静止在水平轨道ABC上。木板质量为，长度为，高度为，木板左侧在水平轨道A点位置。一质量为的小物块P（可看做质点）静止在木板左端，小物块P与木板之间的动摩擦因数为，木板与地面间的动摩擦因数为。某时刻，使小物块P和木板同时获得相同初始速度，经过一段时间后，物块恰好能由C点沿切线方向进入圆弧轨道。一质量为m的小物块Q（可看做质点）静止在圆弧轨道最低点D，P与Q发生完全非弹性碰撞。已知圆弧轨道圆心为O点，半径，OD竖直，OE水平，。求：
（1）轨道AC的长度；
（2）两个小物块碰撞后，能上升的最高点到D点的竖直距离。
12．（2023·河南郑州·统考一模）如图所示，在xOy平面内，有两个半圆形同心圆弧，与坐标轴分别交于a、b、c点和、、点，其中圆弧的半径为R。两个半圆弧之间的区域内分布着辐射状的电场，电场方向由原点O向外辐射，其间的电势差为U。圆弧上方圆周外区域，存在着上边界为的垂直纸面向里的足够大匀强磁场，圆弧abc内无电场和磁场。O点处有一粒子源，在xOy平面内向x轴上方各个方向，射出质量为m、电荷量为q的带正电的粒子，带电粒子射出时的速度大小均为，被辐射状的电场加速后进入磁场。不计粒子的重力以及粒子之间的相互作用，不考虑粒子从磁场返回圆形区域边界后的运动。求：
（1）要使粒子能够垂直于磁场上边界射出磁场，求磁场的磁感应强度的最大值；
（2）当磁场的磁感应强度大小为第（1）问中时，求从磁场上边界垂直射出的粒子在磁场中运动的时间t；
（3）当磁场中的磁感应强度大小为第（1）问中的倍时，求能从磁场上边界射出粒子的边界宽度L。
参考答案：
1．（1）；（2）
【详解】（1）设月球的质量为M，根据万有引力提供向心力，有
解得
则月球的平均密度为
（2）设月球的第一宇宙速度为v，根据万有引力提供向心力得
解得
2．（1）mg；（2）
【详解】（1）设圆环对A球的弹力为N，对A、B和轻杆整体可得
N-F=O
对A球
N=mgtan45°
解得
F=mg
（2）两球及轻杆组成的系统机械能守恒，当系统的重力势能最小时动能最大，系统的等效重心在杆的中点，所以当轻杆水平时，系统的重力势能最小，动能最大。当轻杆运动至水平时，A、B球速度最大且均为v，A、B系统机械能守恒
解得
3．（1）3kg （2）13.5 J （3）
【详解】（1）取水平向右为正方向，由题图乙知，C与A碰前速度为，碰后速度为的，C与A碰撞过程中动量守恒，有
解得
（2）B离开墙壁之后，A、B、C及弹簧组成的系统动量守恒、机械能守恒，且当A、C与B速度相等时，弹簧的弹性势能最大，取水平向右为正方向，设B离开墙壁的瞬间A、C的速度为，A、B、C速度相等时共同速度为，由题图知，，有
联立解得
（3）在4~12 s的时间内，取水平向右为正方向，根据动量定理，墙壁对B的冲量为
代入数据得
即墙壁对B弹力的冲量的大小为。
4．（1）4s；（2）2m；（3）9m
【详解】（1）设木板运动的方向为正方向，对木板受力分析可知：
联立解得
（2）小物块B放在木板A的右端后，对小物块B受力分析可知
解得
对木板A受力分析可知
解得
物块恰好没有滑离长木板，则物块到达木板的最左侧时两者的速度相同，设两者速度相同的时间为t1，可知
解得
小物块通过的位移
木板通过的位移为
木板的长度L为
（3）当物块达到木板的最左端时，两者速度相等，设为v1，则
解得
此时木板的速度小于传送带的速度，木板将和物块一起继续沿传送带加速，直至和传送带的速度相同，设传送带与木板速度再次相同的时间为t2，木板的加速度为a2则
解得
则：从开始到与传送带速度再次相同所经历的总时间
传送带走过的位移
木板走过的位移为：第一阶段
第二阶段
第三阶段
长木板走过的总位移
可知木板A相对传送带的位移大小
5．（1）C；（2）
【详解】（1）单刀双掷开关连接1电路稳定后，电容器的电压
V
根据电容器电容的定义式
电容器带电量
代入数据得
（2）单刀双掷开关由1接到2时后，导体棒向右加速，切割磁感线产生的感应电动势增加，电容器放电，电容器的电压减小，当感应电动势等于电容器的电压时，导体棒匀速直线运动，设导体棒匀速直线运动的速度v，此时电容器的电压为，为
电容器放电的电荷量
对导体棒用动量定理
微元求和得
联立得
6．（1）m；（2）；（3）N
【详解】（1）分析A受力，受重力和电场力，A做类平抛运动，设A竖直方向的加速度为a，根据牛顿第二定律得
代入数据得
已知小球A从抛出经过时间s与小球B发生碰撞，则碰撞时小球A竖直方向的速度
代入数据得
小球A与小球B发生正碰，小球A碰前速度与水平方向的夹角等于
设小球A的初速度是，则
代入数据得
小球A的水平方向的位移
代入数据得
m
（2）设碰前小球A的速度为，则
代入数据得
小球B不带电，设当细线摆到右侧与竖直方向的夹角时小球B的速度为，根据动能定理得
代入数据得
碰撞满足动量守恒，设碰后小球C的速度为，则
代入数据得
设小球C运动到最低点D时的速度为，根据动能定理得
代入数据得
（3）碰后小球C到O点正下方D点时电场突然变成方向水平向左大小
此时电场力
代入数据得
N
小球C的重力
N
合力即等效重力
N
设等效重力与竖直方向的夹角为，则
得
假设小球C能做完整的圆周运动，设小球C在等效最高点的速度为，从D点到等效最高点用动能定理得
代入数据得
设小球C能做完整的圆周运动在等效最高点的临界速度为，则
代入数据得
又
故小球C能做完整的圆周运动，在等效最高点细线的拉力最小，设此时的拉力为，则
代入数据得
N
7．（1）；（2）
【详解】（1）由于环境压强不变，容器内的气体等压变化，设这个不规则的容器的容积是V，被密封气体初态体积
温度为，被密封气体末态体积
温度为，根据盖一吕萨克定律
解得
（2）外界对气体做功
根据热力学第一定律
解得
8．（1）；（2）
【详解】（1）作出光线经过玻璃砖的折射和反射光路图如图所示
设折射角为，已知，，根据折射定律
得
由几何关系可得出射光线与法线的夹角
光线第一次从玻璃砖射出时与玻璃砖的夹角
（2）由几何关系可得
光从入射到第一次出射在玻璃砖中传播的路程
光在玻璃砖中传播的速度
光从入射到第一次出射在玻璃砖中传播的时间
9．
【详解】根据题意，车头动力
F=4kmg
脱落车厢加速度
车头加速度
脱落车厢运动时间
运动距离
车头运动距离
车头和车厢的距离
10．（1）；（2）
【详解】（1）后的磁感应强度大小
方向垂直纸面向外，导体棒滑到导轨末端时，回路中的感应电动势为
通过导体棒的电流大小为
导体棒所受安培力大小为
设此时导体棒的加速度大小为，根据牛顿第二定律
解得
（2）导体棒从解除锁定到滑倒导轨末端的过程中，下落的高度为
设该过程导体棒产生的焦耳热为，由能量守恒定律可得
解得
11．（1）；（2）
【详解】（1）设木板和小物块可以一起减速，以整体为研究对象
解得
隔离小物块P受力分析
小物块P受到的最大静摩擦力
可知小物块P和木板在减速过程中会有相对滑动，对小物块
解得
对木板
解得
设经时间木板减速到0，根据
解得
时间内物块P的运动
解得
可知末，物块恰好运动到木板右端，接着小物块P做平抛运动至C点，水平方向
竖直方向
解得
由题意可知
（2）物块恰好能由C点沿切线方向进入圆弧轨道，可知C点速度
速度偏角
由几何关系可知
小物块P由C到D的过程中机械能守恒
在D点与Q发生完全非弹性碰撞，由动量守恒定律可得
两物块一起继续在轨道上运动的过程，机械能守恒
联立解得两个小物块碰撞后，能上升的最高点到D点的竖直距离
12．（1）；（2）；（3）
【详解】（1）设粒子被电场加速度后速度为，由动能定理可得
解得
垂直磁场上边界射出的粒子的圆心必在磁场上边界上，设该粒子做匀速圆周运动的轨道半径为，满足磁感应强度有最大值，即有最小值，又因为
当有最小值时，取最小值，最小值为点到磁场上边界的距离，故
带电粒子在磁场中做匀速圆周运动
联立解得
（2）如图所示
磁场的磁感应强度大小为第（1）问中时，设粒子进入磁场时速度方向与轴正方向的夹角为，则
故
带电粒子在磁场中的运动周期
垂直于磁场上边界射出磁场的粒子在磁场中运动的时间
（3）当时，根据
可得带电粒子在磁场中的运动半径
由几何知识可知，当粒子从沿轴正方向进入磁场，粒子从磁场上边界的射出点，为粒子能够到达上边界的最右端，粒子能够到达上边界的最右端轴的距离
当粒子与磁场上边界相切时，切点为粒子能够到达上边界的最左端，如图
由几何关系可知，粒子能够到达上边界的最左端距轴的距离为
可知粒子能从磁场上边界射出粒子的边界宽度