上海市宝山区2020届-2022届高考物理三年模拟（二模）试题汇编-解答题

上海市宝山区2020届-2022届高考物理三年模拟（二模）试题汇编-解答题

1．（2022·上海宝山·二模）如图，让一小物体（可看作质点）从图示斜面上的点以的初速度滑上斜面，物体滑到斜面上的点后沿原路返回。若到的距离为，斜面倾角。（，，）

（1）求物体沿斜面上滑时的加速度；

（2）求物体与斜面间的动摩擦因数；

（3）若物体从点返回时斜面变得光滑，设水平地面为零重力势能面，且物体返回经过点时，其动能恰与重力势能相等，求点相对水平地面的高度。

2．（2022·上海宝山·二模）有一匀强磁场区域，区域的上下边界、与水平面平行，磁场的磁感应强度为，方向如图所示，磁场上下边界的距离为。一矩形线圈abcd位于竖直平面内，其质量为，电阻为，边长，边长，且。现令线圈从离磁场区域上边界的距离为处自由下落，当边已进入磁场，边还未进入磁场的某一时刻，线圈的速度到达最大值。线圈下落过程中边始终与磁场边界平行，试求：

（1）线圈完全进入磁场前速度的最大值；

（2）线圈从开始下落，到边刚到达磁场区域下边界的过程中，线圈克服安培力所做的功；

（3）线圈边刚穿出磁场区域下边界时线圈的加速度。

3．（2021·上海·二模）如图所示，在同一水平面内足够长的、平行光滑支架ab、cd，放在磁感应强度B=1T、方向竖直向上的匀强磁场中，导体棒MN垂直于支架放置，将它用水平细线跨过定滑轮连接重物G，支架中接有电源E（内阻不计）。已知支架宽l=40cm，图中电阻R=0.4Ω，其他部分电阻不计。

(1)当重物G1=2N时MN恰好静止不动，求电源E的电动势；

(2)当重物G2=4N时，MN由静止开始运动起来，求它可达到的最大速度；

(3)在上面第(2)问的情况下，当MN达到最大速度以后图示系统中的能量是如何转化的？

4．（2021·上海·二模）如图，将质量m=2kg的圆环套在与水平面成θ=37角的足够长的直杆上，直杆固定不动，环的直径略大于杆的截面直径，直杆在A点以下部分粗糙，环与杆该部分间的动摩擦因数=0.5（最大静摩擦力与滑动摩擦力近似相等），直杆A点以上部分光滑。现在直杆所在的竖直平面内，对环施加一个与杆成37夹角斜向上的拉力F，使环从直杆底端O处由静止开始沿杆向上运动，经4s环到达A点时撤去拉力F，圆环向上最远滑行到B处，已知AB间的距离为m。（重力加速度g=10m/s2，sin37=0.6，cos37=0.8）

（1）求圆环经过A点时速度的大小；

（2）求圆环在OA间向上运动的过程中直杆对圆环的弹力大小和方向；

（3）以O点所在的水平面为重力势能的零势能面，求圆环在直杆上运动所具有的最大机械能；

（4）若要使圆环在沿AO下滑的过程中机械能守恒，可加一恒力F′，求F′的大小和方向。

5．（2020·上海宝山·二模）如图所示，平行光滑金属导轨ab、cd位于竖直平面内两导轨间距L=0.1m。在ac间接有一阻值R=0.08Ω的电阻，水平放置的导体棒PQ质量m=0.1kg、电阻r=0.02Ω，其它电阻不计。导体棒PQ由静止开始下落（始终与导轨紧密接触），当下落h=0.45m的高度时，进入方向水平且与导轨平面垂直的沿y方向逐渐减小而x方向不变的磁场，若导体棒在磁场中以9m/s2的加速度做匀加速直线运动，不计空气阻力，g=10m/s2，求：

(1)导体棒进入磁场时的速度大小v0；

(2)导体棒从进入磁场下落1m的过程中，电阻r上产生的热量Qr；

(3)磁感强度B随y变化的函数关系。

6．（2020·上海宝山·二模）如图所示，一辆质量为10t的卡车在平直的水平公路AB上正以最大速度向右行驶。水平公路的前方是长60m的坡道BD，坡顶D离水平路面的高h=6m。无论在水平公路还是在坡道上卡车行驶过程中所受的阻力（由路面和空气提供）恒为其重力的0.2倍，卡车发动机能提供的牵引力的额定功率为200kW，g取10m/s2。

(1)卡车向右行驶的最大速度是多少？

(2)卡车行驶到B处时，若关闭发动机，卡车能否行驶到坡顶D，请说明理由；倘若卡车到不了坡顶，则发动机至少还需要做多少功才能使卡车到达坡顶？

(3)卡车行驶到B处时，若保持发动机牵引力的功率不变，坡道BD足够长，则卡车将作怎样的运动？

参考答案：

1．（1），方向沿斜面向下；（2）；（3）

【详解】（1）设物体沿斜面上滑时的加速度大小为，由运动学公式可得

解得

物体沿斜面上滑时的加速度大小为，方向沿斜面向下；

（2）设物体与斜面间的动摩擦因数为，上滑过程根据牛顿第二定律可得

解得

（3）物体返回经过点时，其动能恰与重力势能相等，则有

物体从到过程，根据动能定理可得

联立可得

2．（1）；（2）；（3）

【详解】（1）设该最大速度大小为v1，线圈的重力和线框ab边受到的安培力F1平衡，即

设此时线圈中的电流强度为I1，因为

得

所以

解得

（2）线圈达到速度v1时，线圈开始做匀速运动，直到线圈完全进入磁场。由于线圈从完全进入磁场，到cd边刚到磁场下边界的过程中，线圈中无感应电流，此过程中安培力对线且所做的功为零，所以计算线圈克服安培力做功时不必考虑此过程。由动能定理得

（3）设线圈cd边刚穿过磁场下边界时的速度为v2，由于线圈从完全进入磁场，到cd边刚出磁场下边界，线圈作匀加速直线运动，所以

解得

线圈cd边刚出磁场时ab边切割磁感线

线圈的受力如图所示

由于安培力F2大于重力，所以此时的加速度方向向上。由牛顿第二定律，得

而

可推得

3．(1)2V；(2)5m/s；(3)见解析

【详解】(1)由于MN处于静止状态，所以有

因为

所以

所以

(2)当MN达到最大速度时，它处于平衡状态，所以有

因为

所以

由于导体棒切割磁感线运动产生的电流与电源产生的电流同向，两者的电动势相加，

而

由闭合电路欧姆定律，得

所以有

(3)当MN达到最大速度以后图示系统中能量的转化情况是：重物G减少的重力势能和电源E产生的电能不断地转化为电阻R上增加的内能。

4．（1）4m/s；（2）4N，方向垂直于杆向上；（3）112J；（4）16N，垂直于杆向上

【详解】（1）圆环在沿AB向上运动的过程中机械能守恒，有

解得

（2）对于圆环沿OA向上的匀加速运动过程，有

假设Fsin37°<Gcos37°，杆对圆环的弹力垂直于杆向上，由牛顿第二定律，得

N＋Fsin37=mgcos37

Fcos37-N-mgsin37=ma

代入数据，算得

F=20N

N=4N>0

N的解符合假设。

假设Fsin37°>Gcos37°，杆对圆环的弹力垂直于杆向下，由牛顿第二定律，得

N＋mgcos37=Fsin37

Fcos37-N-mgsin37=ma

代入数据，算得

F=12N

N=-8.8N<0

N的解不符合假设。

综合上面二种情况可知，圆环在OA间向上运动时直杆对它弹力的大小为4N，弹力的方向垂直于杆向上。

（3）由于圆环在OA间向上作匀加速直线运动，所以其动能和重力势能都增加，所以在该过程中圆环的机械能增加；撤去F后，沿AB向上，再沿BA向下的运动，圆环的机械能守恒；圆环沿AO下滑时滑动摩擦力作负功，机械能减少，所以圆环在A处时机械能最大。

m

J

（4）恒力F′的方向垂直于杆向上，且满足

这样F′不作功，圆环也不受摩擦力，只有重力对圆环作功，圆环的机械能守恒，算得

5．(1)3m/s；(2)0.02J；(3)（T）

【详解】(1)导体棒自由下落，根据速度位移公式

得

(2)导体棒在磁场中匀加速运动，重力不变，则安培力不变，根据牛顿第二定律得

解得

导体棒从进入磁场下落的过程中克服安培力做的功为

根据功能关系可得回路中产生的焦耳热为

根据焦耳定律可得电阻上产生的热量

(3)根据

得

（）

根据安培力得

所以

（T）

6．(1)10m/s；(2)不能行驶到坡顶，发动机至少还需要做的功才能使卡车到达坡顶；(3)卡车先做加速度减小的减速直线运动，做匀速直线运动

【详解】(1)卡车以最大速度行驶时，发动机达到额定功率，卡车做匀速直线运动，则牵引力和阻力大小相等，可得最大速度为

(2)卡车在坡道上向上行驶，克服重力和阻力做功，上升到坡顶时，克服重力和阻力做的功为

则

卡车在点时，动能大小为

因为

则卡车到达不了坡顶；若要使卡车到达坡顶，还需要做的功为

(3)卡车行驶到处时，若保持发动机牵引力的功率不变，除了阻力外，还受重力沿斜面向下的分力，则卡车受到总的阻力增大，牵引力小于总的阻力，将做减速运动，根据可知，卡车减速，牵引力增大，则减速的加速度减小，当速度减小到牵引力等于总的阻力大小时，卡车做匀速运动；则卡车先做加速度减小的减速运动，再做匀速运动。