天津市河西区2020届-2022届高考物理三年模拟（二模）试题汇编-解答题

天津市河西区2020届-2022届高考物理三年模拟（二模）试题汇编-解答题

1．（2020·天津河西·统考二模）如图所示，在光滑水平桌面AB上静止着两个小滑块1、2，质量分别为kg、kg，两滑块之间有一被压缩轻弹簧（滑块与轻弹簧之间不拴接），A的左端固定着与AB相切的光滑竖直半圆轨道，滑块恰好可以在其内部滑行；B的右端与一水平传送带相连，传送带长L=0.9m，且顺时针转动。现释放被压缩的弹簧，两滑块在桌面上被弹出，滑块1恰好能过半圆轨道的最高点F；滑块2从传送带的右端离开后，落在水平地面上的D点，已知滑块2被弹出时的速度m/s，与传送带间的动摩擦因数，C点距地面高h=0.2m。不计半圆轨道的孔径的大小，取g=10m/s2，求：

(1)被压缩的轻弹簧的弹性势能EP；

(2)滑块1经过双半圆环轨道最低点A时对轨道的压力大小；

(3)若传送带的速度取值范围为4m/s<v<8m/s，则滑块2落点D与C点间水平距离x为多少？（结果可用v来表示）

2．（2020·天津河西·二模）如图，水平边界MN与PQ之间分布着垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B，两边界间高度为l。在边界MN的正上方有一矩形线框，其中ac=l，ab=2l。线框单位长度电阻为。现在线框从距边界MN为l处由静止下落，经过一段时间后，线框匀速进入有界匀强磁场。整个过程线框保持在竖直平面内，ab边保持水平，重力加速度大小为g，不计空气阻力，试求：

(1)线框刚进入磁场时，线框中的电流I；

(2)当cd边刚离开磁场时ab边的热功率P。

3．（2020·天津河西·二模）如图甲所示，平行金属板M、N相距为d，两板上所加交变电压UMN如图乙所示（U0未知），紧邻两板右侧建有xOy坐标系，两板中线与x轴共线。现有大量质量为m、电荷量为-e的电子以初速度v0平行于两板沿中线持续不断的射入两板间。已知t=0时刻进入两板间的电子穿过两板间的电场的时间等于所加交变电压的周期T，出射速度大小为2v0，且所有电子都能穿出两板，忽略电场的边缘效应及重力的影响，求：

(1)U0的大小；

(2)时刻进入电场的电子打在y轴上的坐标；

(3)在y轴右侧有一个未知的有界磁场区域，磁感应强度的大小为B，方向垂直纸面向外。从O点射出电场的电子经过磁场区域后恰好垂直于x轴向上通过坐标为（a，0）的P点，求B的范围。

4．（2021·天津河西·二模）如图所示，滑块在平行于斜面方向的恒定拉力F作用下从A点由静止开始向上运动，运动到C点（未标出）时撤去拉力，滑块继续上滑到B点速度为零。接着滑块又沿斜面下滑，到A点时滑块的速度vA=6m/s。已知滑块从A点运动到B点的时间与从B点运动到A点的时间相等。

(1)求滑块上滑经过C点时的速度；

(2)若C点是AB的中点，求拉力F与滑块所受摩擦力f的大小之比；

(3)在(2)问条件下，求A、B两点间的高度差（g取10m/s2）。

5．（2021·天津河西·二模）如图所示，两条平行的金属导轨相距L=1m，金属导轨的倾斜部分与水平方向的夹角为37°，整个装置处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒MN和PQ的质量均为m=0.2kg电阻分别为RMN=1和RPQ=2，MN置于水平导轨上，与水平导轨间的动摩擦因数=0.5，PQ置于光滑的倾斜导轨上，两根金属棒均与导轨垂直且接触良好，从时刻起，MN棒在水平外力F1的作用下由静止开始以a=1m/s2的加速度向右做匀加速t=0直线运动，PQ则在平行于斜面方向的力F2作用下保持静止状态，t=3s时，PQ棒消耗的电功率为8W，不计导轨的电阻，水平导轨足够长，MN始终在水平导轨上运动，求：

（1）磁感应强度B的大小；

（2）t=0-3s时间内通过MN棒的电荷量；

（3）求t=6s时F2的大小和方向。

6．（2021·天津河西·二模）如图所示，在y轴右侧到区域存在两个关于x轴对称且电场强度大小均为E的匀强电场，紧靠电场右方存在着足够宽的匀强磁场①，在y轴左侧存在一半径为d、圆心坐标为的匀强磁场②，匀强磁场②外侧紧贴一圆心角的绝缘刚性圆筒，圆筒关于x轴对称放置。一质量为m、电荷量为－q的带电粒子以速度从（0，0.5d）的A点水平射入匀强电场，粒子经过匀强磁场①区域后恰好从（0，－0.5d）点由另一个匀强电场水平飞出。已知匀强磁场②区域的磁感应强度大小为B0，匀强电场的电场强度大小，不计粒子重力，粒子在圆筒壁上碰撞反弹时无能量损失。求：

（1）带电粒子在第一象限离开电场的坐标；

（2）匀强磁场①区域中的磁感应强度大小B1；

（3）不计粒子碰撞反弹的时间，粒子从A点出发到第一次回到A点的总时间。

7．（2022·天津河西·统考二模）如图“和谐号”是由提供动力的车厢（动车），不提供动力的车厢（拖车）编制而成。某“和谐号”由8节车厢组成，其中第1节、第5节为动车，每节车厢所受的阻力Ff大小为自身重力的0.01倍。已知每节车厢的质量均为m=2104kg，每节动车的额定功率均为P0=600kW，重力加速度g=10m/s2。求：

（1）若“和谐号”以a=0.5m/s2的加速度从静止开始行驶，“和谐号”做匀加速运动时5、6节车厢之间的作用力以及匀加速运动的时间；

（2）和谐号能达到的最大速度大小。

8．（2022·天津河西·二模）如图（甲）所示，光滑的平行水平金属导轨MN、PQ相距l，在M点和P点间连接一个阻值为R的电阻，一质量为m、电阻为r、长度也刚好为l的导体棒垂直搁在导轨上a、b两点间，在a点右侧导轨间加一有界匀强磁场，磁场方向垂直于导轨平面，宽度为d0，磁感应强度为B，设磁场左边界到ab距离为d。现用一个水平向右的力F拉导体棒，使它从a、b处静止开始运动，棒离开磁场前已做匀速直线运动，与导轨始终保持良好接触，导轨电阻不计，水平力F-x的变化情况如图（乙）所示，F0已知。求：

（1）棒ab离开磁场右边界时的速度；

（2）棒ab通过磁场区域的过程中整个回路所消耗的电能E；

（3）d满足什么条件时，棒ab进入磁场后一直做匀速运动。

9．（2022·天津河西·二模）实验室有一装置可用于探究原子核的性质，该装置的主要原理可简化为：空间中有一直角坐标系Oxyz，在紧贴的下侧处有一粒子源P，能沿x轴正方向以的速度持续发射比荷为的某种原子核。在，的空间中沿-y方向的匀强电场。在的空间有垂直于xOy平面向里的匀强磁场，磁感应强度的大小为。忽略原子核间的相互作用，xOy平面图如图所示。

（1）求原子核第一次穿过y轴时的速度大小；

（2）若原子核进入磁场后，经过瞬间分裂成a、b两个新核。两新核的质量之比为；电荷量之比为；速度大小之比为，方向仍沿原运动方向。求：a粒子第1次经过y轴时的位置。

参考答案：

1．(1)1.2J；(2)10N；(3)见解析

【详解】(1)以滑块l和滑块2为系统，由动守恒定律得

0=m1v1-m2v2

解得

v1=2m/s

由能量守恒定律得

解得

EP=1.2J

(2)滑块1恰好过F点，则滑块1在F点的速度为0。从A到F的过程中，由动能定理得

在A点，由牛顿第二定律得

由牛顿第三定律得对A点的压力为

(3)滑块2离开C点做平抛运动，竖直方向，滑块2恰好在传送带上一直加速，设获得的末速度为v3，由运动学公式得

解得

当4m/s<v<5m/s时，

x=vt=0.2v

当5m/s≤v<8m/s时，

2．(1)；(2)

【详解】(1)进入磁场前线框做自由落体运动

由欧姆定律可知

其中线框的总电阻

解得

(2)当边cd刚离开磁场时ab边的热功率

其中

联立以上各式解得

3．(1)；(2)；(3)

【详解】(1)在0~时间内电子的加速度为：

方向向上，在~T时间内电子加速度：

方向向下，由几何关系知，T时刻电子在y方向的分速度为

方向向下。在y轴上有

解得

(2)时刻进入电场的电子经时间T到达y轴，以向下为正方向。在时间内，电子在竖直方向上的位移为

在时间内，电在竖直方向上的位移为

所以

故时刻进入电场的电子打在y轴上坐标为

(3)从O点出射电子速度，速度方向与x轴正方向夹角。则有

解得

=60°

当电子对应轨迹1时，具有的同旋半径r最大，磁感应强度B对应最小值，如图所示。

可得

解得

根据洛伦磁力提供向心力可得

解得磁场磁感强度最小值

故磁场磁感强度

4．(1)；(2)；(3)2.7m

【详解】(1)滑块上滑经过的两个过程都是匀变速直线运动，下滑经过的也是匀变速直线运动，依题意得

①

②

解得

(2)设斜面倾角为，滑块质量为m，摩擦力为f，拉力为F，三个运动过程中的加速度分别为a1、a2、a3，由牛顿第二定律有

③

④

⑤

由运动学知识有

⑥

⑦

⑧

由⑥⑦⑧解得

⑨

由③④⑤⑨解得

⑩

(3)由④⑤⑨解得

⑪

又⑫

解得

⑬

5．（1）2T；（2）3C；（3）-5.2N（负号说明力的方向沿斜面向下）

【详解】(1)3s末MN棒的速度为

切割产生的感应电动势为

根据欧姆定律得

又

代入数据得

(2)根据法拉第电磁感应定律得

则电荷量为

又0~3s时间内

代入数据可得

（3）6s时MN棒的速度为

产生的感应电动势为

电路中的电流为

则PQ棒所受的安培力为

规定沿斜面向上为正方向，对PQ进行受力分析可得

代入数据

负号说明力的方向沿斜面向下。

6．（1）（0.5d，0.25d）；（2）4B0；（3）

【详解】（1）根据题意，带电粒子在整个区域中运动的轨迹如图所示

带电粒子在匀强电场中做类平抛运动，根据类平抛运动的规律可得，竖直方向的位移为

其中，代入可得

则粒子在第一象限离开电场的纵坐标为

所以粒子在第一象限离开电场的坐标为（0.5d，0.25d）。

（2）粒子进入匀强磁场①区域，速度偏转角度的正切值为

即带电粒子进入磁场①时与y轴负方向的夹角为45°，粒子刚进入匀强磁场①时的瞬时速度大小为

经过匀强磁场①后，带电粒子恰好从第四象限水平离开匀强电场，说明粒子在磁场中的轨迹关于x轴对称，根据几何关系可知粒子在匀强磁场①的轨迹半径为

根据洛伦兹力提供向心力，有

解得

联立可得

（3）粒子在两段匀强电场中运动的时间为

粒子在匀强磁场①中运动时，轨迹所对应的圆心角为90°，则有

粒子从B到C和从D到A的运动时间为

带电粒子在匀强磁场②中运动的时间为

所以粒子从A点出发到第一次回到A点的总时间为

7．（1）F=3.6×104N，；（2）

【详解】（1）以第6、7、8三节车厢为整体分析，总质量为3m，所受拉力为F，据牛顿第二定律有

F-3f=3ma

f=0.01mg

代入数据解得

F=3.6×104N

每个动车提供最大功率为P0=600kW，提供的牵引力为F，动车匀加速行驶能达到的最大速度为v1，对整个动车组进行分析，据牛顿第二定律，有

2F-8f=8ma

2P0=2Fv1

联立解得持续时间为

（2）和谐号动车组以最大速度行驶时有

依据公式有

P0=F牵×v

可得

解得

8．（1）；（2）；（3）

【详解】（1）设棒ab离开磁场右边界时的速度为v，产生的感应电动势为

感应电流为

根据平衡条件得

解得

（2）全程根据动能定理得

根据功和能的关系得

解得

（3）棒在磁场中做匀速运动，进入磁场时的速度为v，根据动能定理得

解得

9．（1）；（2）

【详解】（1）原子核带正电，在电场运动过程中，沿x轴正方向，有

沿y轴负方向有

原子核第一次穿过y轴时的速度大小

联立解得

（2）原子核在磁场中由洛伦兹力提供向心力

解得轨迹半径

根据几何关系，粒子进入磁场时，速度方向与-y方向的夹角满足

粒子进入磁场时，离原点的距离

粒子在磁场中运动的周期

原子核进入磁场后，经过瞬间分裂成a、b两个新核，则原子核在磁场中运动半个周期后分裂，分裂时，根据题中所给比例信息，结合动量守恒可知

解得

粒子a在磁场中的轨迹半径

如图所示

a粒子第1次经过y轴时的位置的纵坐标为

则a粒子第1次经过y轴时的位置。