上海市徐汇区2020届-2022届高考物理三年模拟（二模）试题汇编-解答题

上海市徐汇区2020届-2022届高考物理三年模拟（二模）试题汇编-解答题

1．（2022·上海徐汇·二模）模型小组设计在模型火箭主体底部安装4台相同的电磁缓冲装置，以减少模型火箭落地过程中的减速冲击。如图所示，装置主要由可视为闭合矩形导线框的缓冲滑块P，和固定于模型火箭主体的绝缘光滑磁性滑轨Q两部分组成。其中P的总电阻为R、上缘边长度为L。Q的内部存在垂直线框平面、磁感强度为B的稳定匀强磁场，火箭主体及4套滑轨的总质量为m。火箭着地时，滑块P首先触地并在地面弹力作用下迅速减速到零，此时火箭主体仍有大小为的竖直速度。然后在电磁缓冲装置的作用下，火箭进一步减速。（不计空气阻力及滑块与滑轨间摩擦力）

（1）求P减速为零时，其上缘中的电流大小I及所受安培力的方向；

（2）求P减速刚为零时，火箭的加速度a；

（3）定性画出P速度为零时到Q触地前，火箭运动可能的v-t图像（仅要求作出图像）。

2．（2022·上海徐汇·二模）如图，真空中A点固定放置一电量为+Q的点电荷A，一质量为m、电量为+q的检验电荷B在距A为处，仅在电场力作用下以大小为的速度正对A运动，AB连线上有间距相等的a、b、c三点。已知：取无穷远处电势为零，真空中静止正点电荷电场中某点电势可表示为：，其中k为静电力恒量、Q为场源电荷电量、r为该点到场源电荷的距离。

（1）用线条描绘点电荷A周围电场强度和电势的分布情况；

（2）分析、比较ab间电势差与bc间电势差的大小；

（3）求运动过程中检验电荷B与点电荷A之间的最小距离；

（4）描述电场能量性质分布的等势线与重力场中的等高线有很多相似之处。如图（b）为一山地地形的等高线分布图，每两条等高线间表示相同的高度差。试比较该等高线分布图与点电荷电场的等势线分布图，从能量的角度分析两者有何共同特点；

（5）如图（c）所示，现有5个间隔相等的小球，以相同的速度并排冲向图（b）中的山地，不考虑摩擦作用的不同，试在右侧框图中画出5个小球接下来的大致运动轨迹。

3．（2021·上海徐汇·二模）如图，固定在竖直平面内且足够长的光滑平行金属导轨间距L=1m、电阻不计，上端接电键S和一阻值R=0.15Ω的电阻。质量m=0.5kg、阻值r=0.1Ω、长度等于导轨间距的金属棒ef水平放置。系统处于垂直导轨平面向里、磁感应强度B=0.5T的匀强磁场中。初始时刻ef正以4m/s的初速度竖直向上运动，此时闭合电键S。（g取10m/s2）

（1）求电键闭合瞬间金属棒两端的电势差U；

（2）求电键闭合瞬间金属棒的加速度a；

（3）电键闭合后经一段时间，金属棒的速度将再次达到4m/s，分析此状态和初始时刻相比，金属棒的能量变化情况。

4．（2021·上海徐汇·二模）下面是某品牌新能源汽车介绍中的一段文字：“将近6米的超长车身设计，使得整车车顶集成的太阳能芯片面积达到了6平方米左右。极富流线型的整车造型，使整车风阻大幅下降。全车采用铝合金框架并结合碳纤维车身，整车质量仅700千克，这一轻量化设计使整车能耗极低。”

（1）上述新能源汽车采用混合动力装置，发动机最大输出功率为30kW，在实验路段上行驶时所受总阻力约为车和驾驶员总重的0.1倍。试估算体重为50kg的工程师驾驶这种汽车在实验路段上行驶的最高车速。

（2）为进一步测试汽车性能，该工程师行驶时采集了某一段运动过程的实验数据，绘出了汽车牵引力F与车速倒数v-1间的关系图线ABC，如图所示。请根据图线描述该汽车的运动情况，并求B点时发动机的输出功率。

（3）目前制作太阳能电池的最好的材料为砷化镓，其将光能转化为电能的效率可达到31.6%。如果已知太阳辐射的总功率P0 = 4×1026W，太阳到地球的距离r = 1.5×1011m，太阳光传播到达地面的过程中大约有34%的能量损失。试通过计算分析，若这种汽车只采用纯太阳能驱动，且能保持最大输出功率30kW不变的可行性。

5．（2020·上海徐汇·二模）如图，置于同一水平面上两金属导轨相互平行，相距l=0.6m，导轨左右两端分别与规格为“3V，3W”的灯L1和“6V，6W”的灯L2相连，电阻r=1Ω的导体棒ab置于导轨上且与导轨垂直，磁感应强度B=1T的匀强磁场垂直穿过导轨平面。当导体棒在外力作用下沿导轨向右匀速运动时，灯L1恰好正常发光。导轨电阻忽略不计。求：

（1）灯L2的实际功率P2；

（2）导体棒ab的速度大小v；

（3）导体棒ab所受安培力的功率P安。

6．（2020·上海徐汇·统考二模）摩天大楼中，直通高层的客运电梯简化模型如图a所示，电梯总质量m=2.0103kg。在t=0时，电梯由静止开始上升，其加速度随时间变化的a – t图像如图b所示。忽略一切阻力，重力加速度g取10m/s2。

（1）求电梯在上升过程中受到的最大拉力F1和最小拉力F2；

（2）类比是一种常用的研究方法。对比加速度和速度的定义，参考由v – t图像求位移的方法，求电梯在第1s内的速度改变量v1和上升过程中的最大速度vmax；

（3）求电梯在1 ~ 10s时间内上升的高度h与机械能的变化量ΔE。

参考答案：

1．（1），向下；（2）；（3）

【详解】（1）由题意缓冲滑块刚停止运动时，上缘中产生的电动势为

E=BLv0

且总电阻为R，所以流过的电流为

由右手定则知ab边中电流方向逆时针方向，由左手定则可知线圈P上边缘受安培力方向竖直向下。

（2）由牛顿第三定律可得，火箭主体受到竖直向上的安培力，根据牛顿第二定律可得

其中

解得

（3）P触底速度为零后，火箭做减速运动，结合（1）（2）分析可得，火箭主体做加速度减小的减速运动，当加速度为0时，火箭做匀速运动。则v-t图像如图

2．（1）见解析；（2）；（3）；（4）见解析；（5）见解析

【详解】（1）正点电荷周围电场强度和电势的分布情况如图所示

电场强度离点电荷越远，电场强度越小。以点电荷为圆心的同心圆是等势面。

（2）设

Aa=ab=bc=x

则有

所以

故

（3）由题意知，检验电荷B仅在电场力作用下以大小为的速度正对A运动，所以由能量守恒定律得

解得最小距离为

（4）重力做功对应着重力势能的变化，重力做正功，重力势能减少，反之增加。电场力做功特点和重力做功类似，即电场力做功对应着电势能的变化，电场力做正功，电势能减少，反之增加。且由

可知，离点电荷越近，等差等势面间距越小，同理，重力场中，离山顶越近，等差等势线间距越小。

（5）类比点电荷，越靠近场源电荷，受到的库仑力越大，则越靠近山顶，偏转角度越大，即大致轨迹如图所示

3．（1）1.2V；（2）；（3）见解析

【详解】（1）初始时刻，ab向上切割磁感线运动，产生感应电动势

此时回路中电流强度大小为

ab两端电压为电源外电压

（2）初始时刻，对ab棒受力分析

由牛顿第二定律

其中

纯电阻电路

方向竖直向下

（3）初末状态，速度大小相同，所以动能相同，金属棒在运动过程中，动能、重力势能、电能相互转化，但总能量守恒。整个过程中，安培力始终做负功，将机械能转化为回路中的内能，所以机械能总量应该减小，初末状态动能不变，可知重力势能减少，此时金属棒应位于出发点下方。

4．（1）40m/s；（2）；（3）见解析

【详解】（1）汽车的牵引力与阻力相等时，汽车的行驶速度最大

根据

（2）图中AB段F不变，可知汽车受合力不变，汽车做匀加速运动；图中BC段F与v-1成正比例关系，即Fv为定值，根据

可知汽车在恒定功率下做加速运动，也就是做加速度逐渐减小的加速运动。

因此

（3）设能够使汽车保持输出功率30kW的太阳能芯片面积为S，则

  解得

 S的值远大于车顶太阳能芯片的面积，不符合实际情况，可见这种汽车采用纯太阳能驱动保持输出功率30kW是不可行的。

5．（1）1.5W；（2）7.5m/s；（3）6.75W

【详解】（1）L1的电阻

L2的电阻

L1与L2的实际功率之比为

所以，灯L2的实际功率

（2）外电路的电阻为

因为内外电路电流相同，所以

所以感应电动势

由得，棒ab做匀速运动的速度

（3）因为内外电路电流相同，所以

所以导体棒消耗的功率是

安培力的功率等于内外电路消耗的所有电功率，所以

6．（1），；（2），；（3），

【详解】（1）由牛顿第二定律得

由a – t图像可知，F1和F2对应的加速度分别是

，

解得

（2）由得，，类比可知，所求速度变化量等于第1s内a – t图线下的面积

由图b可知，电梯在0~11s加速上升，11s~30s匀速运动，30s~41s减速上升，所以11s~30s内速率最大，第11s时的速度值等于0~11s内a – t图线下的面积

（3）1~10s内电梯匀加速上升，初速为0.5m/s，加速度为1m/s2，时间9s，则

代入数据解得

机械能的变化量

代入数据解得