山东省菏泽市高考物理三年（2021-2023）模拟题（一模）按题型分类汇编-02解答题

山东省菏泽市高考物理三年（2021-2023）模拟题（一模）按题型分类汇编-02解答题

一、解答题

1．（2021·山东菏泽·统考一模）我国技术和应用居世界前列，在不少大城市已经使用无人驾驶公交车。在这种公交车上都配备主动刹车系统。当车速超过，或者车距小于时，汽车主动刹车系统启动预判：车载电脑通过雷达采集数据，分析计算，若预判0.6秒后发生事故，则汽车自己会主动刹车。某公交车以的速度匀速行驶，在公交车正前方相距处有一大货车，正以的速度匀速行驶。（重力加速度）

（1）经过多长时间，公交车主动刹车。

（2）若刹车时公交车所受阻力为车重的0.7倍，请分析说明公交车与货车会相撞吗？

2．（2021·山东菏泽·统考一模）如图所示为按压式手动饮水机示意图，通过按压上面的按钮，可把空气压入水桶中，把水桶中的水排出桶外，整个装置气密性良好。小明同学为了测量按压一次压入水桶内的气体体积，先按压几次，确保出水管有水流出后做了如下操作：

让水桶中的水面下降需要按压N次，称出水桶中水减少的质量；要让水桶中的水面接着再下降，则需要再按压次。已知水桶的内径处处相同，每次按压进入桶内的气体体积相同，大气压强，水的密度。根据以上测量数据，请你帮助小明计算出一次压入的空气体积？

3．（2021·山东菏泽·统考一模）如图所示，光滑的半圆形轨道固定在竖直平面内，直径竖直，其底端与水平传送带右端平滑连接。传送带长度并以的速度逆时针匀速转动。现有一个质量可视为质点的小滑块，以的水平速度冲上传送带左端，方向水平向右。已知滑块与传送带间的动摩擦因数，半圆形轨道半径，重力加速度。求：

（1）小滑块滑上半圆形轨道前，因摩擦而产生的热量；

（2）试分析小滑块滑上半圆轨道后，能否通过最高点C。（要求有论证过程）

4．（2021·山东菏泽·统考一模）人造太阳可以解决人类的能源短缺问题，其原理是氢核聚变反应，发生反应时，压力需要非常大，温度需要高达5000万度以上，没有材料能够承受这么高的温度和压力。所以科学家就设计了一种装置，让高温高压状态下的氢核由强磁场束缚住，不让它乱跑，也不让它与周边的材料接触，以免材料在高温下熔化。2020年12月4日14时02分，新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置在成都建成并实现首次放电。如图为磁约束装置的某种简易原理图，同心圆圆心O与平面坐标系原点重合，半径为的圆形区域Ⅰ内有方向垂直于平面向里的匀强磁场。质量为m，电荷量为q速度为的带正电的粒子从坐标为的A点沿y轴负方向射入磁场区域Ⅰ，粒子经过坐标为的P点，速度方向与x轴正方向夹角为，当在环形区域Ⅱ中加上方向垂直于平面向外的匀强磁场时，上述粒子仍从A点沿y轴负方向射入区域Ⅰ，该粒子恰好能够约束在磁场区域内，不计重力和粒子间的相互作用。

（1）求夹角和区域Ⅰ中磁感应强度的大小；

（2）若环形区域Ⅱ中磁场强度，求环形外圆的半径R；

（3）求粒子从A点沿y轴负方向射入圆形区域Ⅰ至再次经过A点的过程中所通过的总路程；

（4）求粒子从A点沿y轴负方向射入磁场Ⅰ至再次从A点沿y轴负方向进入磁场Ⅰ的运动总时间。

5．（2022·山东菏泽·统考一模）轮胎的胎压太高或者太低容易造成安全隐患。已知某重型卡车轮胎能在-50℃到120℃温度下正常工作，此轮胎在此温度范围内工作时最高胎压不超过，最低胎压不低于。设轮胎容积80L不变，若在温度t为20℃时轮胎内气体压强为，最多还能给该轮胎充温度为20℃、压强为的气体多少升？

6．（2022·山东菏泽·统考一模）在空间中存在水平向右的匀强磁场和匀强电场，磁感应强度为B，电场强度为E，x轴水平向右。在O点，一个粒子（氦原子核）以速度，与x轴夹角60°的方向，射入电磁场，已知质子质量为m，电荷量为q，不计粒子的重力。求：

（1）粒子离x轴的最远距离；

（2）粒子从O点射出后，第3次与x轴相交时的动能。

7．（2022·山东菏泽·统考一模）如图所示，长为L的传送带在两半径为R的转轮A、B带动下向右运动，某时刻在A端由静止放上一质量为的木块，当木块运动到传送带的中点时，与传送带保持相对静止，木块到达B点后恰好能做平抛运动，落在D点，重力加速度为g。求：

（1）木块与传送带间的动摩擦因数；

（2）当木块运动到传送带中点时，被一水平飞来的子弹击中，并停留在木块内，子弹的质量为m。为使木块仍落在D点，子弹击中木块前的速度最大是多少？

8．（2022·山东菏泽·统考一模）如图所示的虚线为正三角形，在正三角形区域的外侧存在垂直纸面向里的匀强磁场（图中未画出），磁感应强度大小为B，d、e为ab边上的点，，，一重力不计的带负电的粒子（粒子的比荷为k），由e点垂直ab以初速度kBL进入磁场。求：

（1）粒子从射入磁场后到第二次回到ab边所用的时间；

（2）粒子从射入磁场后到第一次以相同的速度回到e点所用的时间；

（3）粒子第一次以相同的速度回到e点瞬间，正三角形区域外侧变成竖直向上的电场，粒子经过在cb延长线上的p点（图中未画出），bp长为2.5L，求电场强度E。

9．（2023·山东菏泽·统考一模）如图所示，A、B两个物体相互接触但并不黏合，放置在水平面上，水平面与物体间的摩擦力可忽略，两物体的质量为，。从开始，推力和拉力分别作用于A、B上，和随时间变化的规律为

通过计算做出物体B的加速度随时间变化的图线（在给定的虚线框内画图）。

10．（2023·山东菏泽·统考一模）深海养殖技术在海洋渔业中被普遍推广。甲图为某深海大黄鱼渔场引进的单柱半潜式养殖网箱，乙图为其截面示意图。在乙图中，网箱的中央柱形容器是由横截面积为，高16m的镀锌铁皮（不计铁皮体积）制成的空心圆柱体，可进水或充气，以此调节网箱在海水中的位置，使整个网箱按要求上浮或下沉；网箱与海水相通，是养鱼的空间，并与圆柱体固定在一起；网箱的底部用绳索悬挂质量为20t的铸铁块（不与海底接触），铸铁块相当于“船锚”，起稳定作用。已知制作网箱材料的总质量为10t，养殖网箱材料和铸铁块能够排开海水的体积为，海水的密度按，大气压强按，。在认为空气温度与海水温度相同的情况下，当网箱的底部下沉到海面下15m处静止时，求：

（1）空心圆柱体内气体的压强；

（2）通过计算说明从开始入水到该状态，需要通过气阀向空心圆柱体充气还是对外放气；

（3）充入或放出的气体在空气中的体积。

11．（2023·山东菏泽·统考一模）高能粒子实验装置，是用以发现高能粒子并研究其特性的主要实验工具，下图给出了一种该装置的简化模型。在光滑绝缘的水平面区域内存在垂直纸面向外、磁感应强度大小为的匀强磁场；在区域内存在沿轴正方向的匀强电场。质量为、电荷量大小为带负电的粒子1从点以一定速度释放，沿直线从坐标原点进入磁场区域后，与静止在点、质量为的中性粒子2发生弹性正碰，且有一半电量转移给粒子2。（不计碰撞后粒子间的相互作用，忽略电场、磁场变化引起的效应）

（1）求电场强度的大小；

（2）若两粒子碰撞后，立即撤去电场，求两粒子在磁场中运动的半径和从两粒子碰撞到下次再相遇的时间间隔；

（3）若两粒子碰撞后，粒子2首次离开第一象限时，撤去电场和磁场，经一段时间后，再在全部区域内加上与原来相同的磁场，此后两粒子的轨迹恰好不相交，求这段时间。

12．（2023·山东菏泽·统考一模）如图所示，质量的木板静止在光滑水平地面上，距其右端（未知且可调）处有一铆钉固定的滑块。一质量的小滑块（可视为质点）静止于木板左端。现水平向右迅速敲击小滑块，使其瞬间获得的初速度沿木板向右运动。已知重力加速度大小为，滑块与木板间的动摩擦因数为，整个过程中滑块未滑离木板，木板与右侧滑块的碰撞中没有机械能损失且碰撞时间极短可忽略。

（1）若碰撞数次后滑块、木板最终均静止，求为确保滑块不滑离木板，木板的最短长度；

（2）若，将的钉去掉，滑块与水平面无摩擦，且，求木板与物块碰撞的次数及碰后滑块、木板、物块最终速度的大小；

（3）若小滑块的质量为，的质量为，滑块用铆钉固定在距右侧处，多次碰撞后、最终都静止，求整个过程中木板的总路程。

参考答案：

1．（1）3.4s；（2）不相撞

【详解】（1）速度超过30km/h或距离小于10m时是预判不用刹车。

当两车相距时公交车开始主动刹车，，有

设两车从相距到相距经过的时间为

解得

（2）公交车刹车时，由牛顿第二定律得

，

从公交车刹车到两车速度相同，设时间为

公交车位移

解得

大货车位移

因为

所以不相撞。

2．

【详解】设水桶的横截面积为s，第一次取水前桶内气体的压强为p，体积为V，取水后压强为，体积为，由玻意耳定律得

第二次取水前桶内气体的压强为，体积为，取水后压强为，体积为，由玻意耳定律得

联立解得

代入数据后得到

3．(1)；(2)见解析

【详解】(1)滑块从A到B的过程，由牛顿第二定律可得

由

得，由

得，传送带滑过的距离，由

得，则滑块与传送带相对滑过的路程

得，所以，因摩擦而产生的热量

(2)设滑块能过最高点C，且速度大小为，据机械能守恒定律得

得，若滑块能过C点，必有

即，由于，所以滑块无法通过最高点C。

4．（1），；（2）；（3）；（4）

【详解】解：（1）粒子轨迹如图所示，由几何关系

解得

所以

设粒子在磁场区域Ⅰ中圆周运动半径为，由几何关系得

解得

粒子在环形区域Ⅰ中匀速圆周运动

（2）粒子在环形区域Ⅱ中匀速圆周运动，设半径为，由牛顿第二定律得

又因为

解得

粒子轨迹如图，由几何关系可得环形磁场区域Ⅱ外圆半径

（3）粒子从A点沿y轴负方向射入圆形区域Ⅰ至再次经过A点的过程中所通过的总路程

解得

（4）经分析，对粒子从A点沿y轴负方向进入磁场区域Ⅰ，在磁场区域Ⅰ中经3次的偏转和在磁场区域Ⅱ中经3次的偏转，则粒子如图沿x轴负方向进入磁场区域Ⅰ

运动时间

所以

解得

5．

【详解】

设在

时，充气后得最小胎压为，最大胎压，依题意，当

胎压为

根据查理定律得，有

解得

当

胎压为

根据查理定律得，有

解得

即胎压压强在时，不能超过。

假设在时再加入压强为的气体时，胎压为，则有

得

则可再加入的体积最多为

6．（1）；（2）。

【详解】（1）由题意可知粒子的质量为

电荷量为

将粒子的初速度分解成沿轴方向分速度与垂直轴方向分速度，则有

由于与磁场方向平行，不产生洛伦兹力，电场方向沿着轴方向，只影响，不影响，故粒子在电磁场中的运动可分解为：垂直于轴的平面内做匀速圆周运动，以及沿轴方向的匀加速直线运动。对于垂直于轴平面内的匀速圆周运动，有

解得圆周运动半径

故粒子离x轴的最远距离为直径的长度；

（2）粒子从O点射出后，第3次与x轴相交时，由垂直于轴的平面内的匀速圆周运动，可知，此过程经历的时间

沿轴方向的匀加速直线运动所通过的位移

又加速度

解得

粒子从O点射出后，第3次与x轴相交过程，由动能定理

联立解得粒子从O点射出后，第3次与x轴相交时的动能

7．（1）；（2）若子弹向右运动，最大速度为；若子弹向左运动，最大速度为

【详解】（1）由于木块到达B点后恰好能做平抛运动，根据牛顿第二定律可得

解得

对木块，从A到C的过程中，由动能定理可得

解得

（2）若子弹向右运动，击中木块前的速度为，和木块一起运动的速度为，由动量守恒定律可得

对子弹和木块，一起从C点运动到B点的过程中，由动能定理得

解得

若子弹向左运动，击中木块前的速度为，和木块一起运动的速度为，子弹击中木块后向左运动，为使木块仍落在D点，木块和子弹运动到A点时，速度应减少到0，则有

解得

8．（1）；（2）；（3）

【详解】（1）根据题意可知，粒子的运动轨迹如图所示，

根据

可得

则

则

根据几何关系可知

则

则粒子从射入磁场后到第二次回到ab边所用的时间

（2）由图可知，粒子第一次回到点的时间为

则粒子从射入磁场后到第一次以相同的速度回到e点所用的时间

（3）粒子第一次以相同的速度回到e点瞬间，正三角形区域外侧变成竖直向上的电场，粒子经过在cb延长线上的p点（图中未画出），bp长为2.5L，水平方向上有

竖直方向有

根据牛顿第二定律有

联立解得

9．

【详解】时，对整体由牛顿第二定律

解得

恰好分离时

解得

2s后，B的加速度为

解得

逐渐增大；

综上所述，0～2s内，，2s后，，物体B的加速度随时间变化的图线如图

10．（1）；（2）充气；（3）

【详解】（1）网箱材料和铸铁快的总质量

网箱静止在海水中，整个装置受到的浮力等于它的总重力，即

根据阿基米德原理

空心圆柱体排开水的体积

空心圆柱体内海水的体积

空心圆柱体内海水的高度

空心圆柱体内气体的压强

（2）假设既没有放气也没有充气，根据玻意耳定律可得

其中

解得

比较可知

可知需要通过气阀向空心圆柱体充气；

（3）设充入的体积为，根据玻意耳定律

解得

11．（1）；（2）；（3）

【详解】（1）带负电的粒子1从点以一定速度释放，沿直线从坐标原点进入磁场区域

粒子1进入磁场后，做匀速圆周运动

由几何关系

解得电场强度的大小

（2）粒子1由坐标原点进入磁场区域后，经过圆周在点点与中性粒子2发生弹性正碰，此时粒子1速度方向沿轴正方向，以沿轴正方向为正，由动量守恒和机械能守恒可得

，

解得

，

碰撞后两粒子均带负电，电荷量均为，做匀速圆周运动，设半径分别为，，则

，

解得

，

所以第一次碰后两粒子轨迹重合，到下次相遇

（3）两粒子运动轨迹如图所示

粒子2首次在点离开第一象限时，粒子1运动到点，由

，

所以

所以粒子1转过的圆心角为粒子2转过圆心角的，即

此时，撤去电场和磁场，两粒子做匀速直线运动，经一段时间后，粒子1运动的位移大小

粒子2运动的位移大小

此时，在全部区域内加上与原来相同的磁场，此后两粒子的轨迹恰好不相交（恰好相切），设两圆心与轴正方向的夹角为，由几何关系

，，

整理得

由几何关系

整理得

解得

这段时间

12．（1）；（2）2次， ，，；（3）

【详解】（1）木板与右侧滑块的碰撞中没有机械能损失且碰撞时间极短可忽略，由动量守恒与机械能守恒可得，每次碰撞后，木板速度大小不变，方向反向。若碰撞数次后滑块、木板最终均静止，由滑块在木板上一直做匀减速运动，根据能量守恒

解得木板的最短长度

（2）木板、物块每次碰撞时，由动量守恒与机械能守恒可得

，

解得

，

即木板、物块每次碰撞后，交换速度。故第一次碰撞前，木板向物块匀加速直线运动，木板加速度

木板速度

由动量守恒

滑块的速度

第一次碰撞后，木板、物块的速度分别为

，

木板向物块匀加速直线运动，到第二次碰撞前，由位移关系

木板的速度为

第二次碰撞后，木板、物块的速度分别为

，

由动量守恒

滑块的速度

木板向物块匀加速直线运动，直到滑块、木板共速

滑块、木板的共同速度为

若能发生第三次碰撞，由位移关系

，

木板的速度为

所以不能发生第三次碰撞。即木板与物块碰撞的次数为2次，滑块、木板、物块最终速度的大小分别为，，。

（3）第一次碰撞前，木板向物块匀加速直线运动，木板加速度

木板速度

故木板先匀加速到与滑块共速

再匀速运动至物块所在位置并与其发生碰撞，第一次碰撞后，木板速度反向，大小不变，加速度不变，向左运动位移为

然后向右匀加速运动直到与滑块共速

再匀速运动至物块所在位置并与其发生碰撞，第二次碰撞后，木板速度反向，大小不变，加速度不变，向左运动位移为

木板的总路程