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

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

一、解答题

1．（2021·山东日照·统考一模）如图所示为测量玻璃折射率的实验原理图，若玻璃砖上下界面和平行，玻璃砖的折射率为n，玻璃砖的厚度为h，上界面入射光的入射角为，折射角为。

（1）证明入射光线AO和出射光线平行。

（2）求入射光线和出射光线之间的侧移距离d。

2．（2021·山东日照·统考一模）将一质量为m的乒乓球从某一高度释放后，与地面碰撞并反弹。已知，反弹速度大小为v0，再次与地面碰撞前瞬间的速度大小为v1，重力加速度大小为g。则从反弹到再次落地前的过程中：

（1）如果乒乓球受空气阻力的大小恒为，求的大小；

（2）如果乒乓球受空气阻力的大小与速度大小成正比，求所用的时间。

3．（2021·山东日照·统考一模）如图甲所示，水平放置的平行金属板P和Q，相距为d，两板间存在周期性变化的电场或磁场。P、O间的电势差U随时间的变化规律如图乙所示，磁感应强度B随时间变化的规律如图丙所示，磁场方向垂直纸面向里为正方向。t=0时刻，一质量为m、电荷量为+q的粒子（不让重力），以初速度v0由P板左端靠近板面的位置，沿平行于板面的方向射入两板之间，q、m、d、v0、U0为已知量。

（1）若仅存在交变电场，要使电荷飞到Q板时，速度方向恰好与Q板相切，求交变电场周期T；

（2）若仅存在匀强磁场，且满足，粒子经一段时间恰能垂直打在Q板上（不考虑粒子反弹），求击中点到出发点的水平距离。

4．（2021·山东日照·统考一模）如图所示，质量分别为mA、mB的两个弹性小球A、B静止在地面上方，B球距地面的高度h=1.8 m，A球在B球的正上方，距地面的高度H=4.2 m。同时将两球释放，经过一段时间后两球发生第一次弹性正撞。所有碰撞时间忽略不计，已知mB=3mA，重力加速度g=10 m/s2，忽略空气阻力和球的大小及所有碰撞中的动能损失。求：

（1）第一次碰撞点距地面的高度；

（2）第一次碰后A球上升的最大距离；

（3）两球第二次相碰时距地面的高度（计算中取，结果保留两位有效数字）。

5．（2022·山东日照·统考一模）物理兴趣小组为了研究电梯下降过程的运动规律，带着钩码和便携式DIS实验系统进入电梯并到达最高层，把钩码挂在力传感器上进行实验。电梯从最高层开始运动，中间不停顿，一直运动到第一层停下。从挂上钩码到最后取下钩码的过程中，DIS实验系统的显示器上显示出拉力随时间变化的关系如图所示。取g=10m/s2，根据图中的数据，求：

（1）电梯在减速阶段的加速度大小；

（2）电梯在整个运动过程中最大速度的大小；

（3）电梯在整个运动过程中下降的高度。

6．（2022·山东日照·统考一模）2021年12月9日，王亚平在太空实验授课中，进行了水球光学实验。在空间站中的微重力环境下有一个水球，如果在水球中心注入空气，形成球形气泡，内外两球面球心均在O点，如图所示。一束单色光从外球面上的A点以与连线成i角度射入球中，已知水的折射率为，内球面半径为，外球面半径为，光速为c。求：

（1）光在水中的传播速度v；

（2）能使光在内球表面上发生全反射的入射角i的正弦值的取值范围。

7．（2022·山东日照·统考一模）如图所示平面内，在第一、二象限内存在垂直纸面向外的匀强磁场；在第三、四象限内－2d≤y≤0区域存在沿x轴正方向的匀强电场，在y<－2d区域存在垂直纸面向里的匀强磁场。现有一质量为m、电荷量为e的质子从电场中的A（0，－2d）点以初速度v0沿y轴正方向射入匀强电场，并从（3d，0）处第2次经过x轴。已知两个磁场的磁感应强度大小相等，匀强电场的电场强度大小为，求：

（1）质子第1次经过x轴的速度；

（2）匀强磁场的磁感应强度大小；

（3）质子第3次经过x轴的横坐标值。

8．（2022·山东日照·统考一模）如图所示，质量m1=1.9kg的靶盒a静止在固定平台上的O点，轻弹簧的一端固定，另一端靠着靶盒（不连接），此时弹簧处于自然长度，弹簧的劲度系数k=184N／m。长度、质量m2=1.0kg的木板b静止在光滑的水平面上，木板上表面与平台等高，且紧靠平台右端放置，距离平台右端d=4.25m处有竖直墙壁。某射击者根据需要瞄准靶盒，射出一颗水平速度v0=100m／s、质量m0=0.1kg的子弹，当子弹从靶盒右端打入靶盒后，便留在盒内（在极短的时间内子弹与靶盒达到共同速度），最终靶盒恰好没有从木板的右端脱离木板。已知靶盒与平台、与木板上表面的动摩擦因数均为0.2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，弹簧始终在弹性限度内，木板与墙壁碰撞没有能量损失，靶盒与子弹均可视为质点，取g=10m／s2。（弹簧的弹性势能可表示为：，k为弹簧的劲度系数，x为弹簧的形变量）求：

（1）子弹射入靶盒的过程中，系统损失的动能；

（2）靶盒刚离开弹簧时的动能；

（3）O点到平台右端的距离；

（4）木板运动的总路程。

9．（2023·山东日照·统考一模）一个半径为R的半圆形玻璃砖（折射率）的截面图，如图所示，直径AOB与半径OC垂直，一束平行单色光垂直于直径AOB所在的截面射入玻璃砖，其中距离O点的一条光线自玻璃砖右侧折射出来，与OC所在的直线交于D点。

（1）求D点到O点的距离：

（2）若在玻璃砖平面AOB的某区域贴上一层不透光的黑纸，平行光照射玻璃砖后，右侧恰好没有折射光射出，求黑纸在AB方向的宽度。（不考虑光线在玻璃砖内的多次反射）

10．（2023·山东日照·统考一模）如图甲所示，一水平传送带沿顺时针方向旋转，将一可视为质点的质量的小物块从传送带左端A处以某一初速度释放，时恰好到达右端B处。小物块从A端到B端运动的速度—时间图像如图乙所示。重力加速度。求：

（1）物体与传送带之间的动摩擦因数和AB间的距离；

（2）小物块从A端到B端的过程中，系统因摩擦所产生的热量。

11．（2023·山东日照·统考一模）如图所示。“L”型平板B静置在地面上，物块A处于平板B上的点，点左侧粗糙，右侧光滑，光滑部分的长度。用不可伸长的经绳将质量为M的小球悬挂在点正上方的O点。轻绳处于水平拉直状态，小球可视为质点，将小球由静止释放，第1次下摆至最低点与小物块A发生碰撞，碰后小球速度方向与碰前方向相同，开始做简谐运动，物块A以的速度沿平板滑动直至与B右侧挡板发生弹性碰撞，一段时间后，A返回到O点的正下方时，相对于地面的速度为零，此后再过0.75s小球恰好第4次回到最低点。已知A的质量，B的质量，A与B的动摩擦因数，B与地面间的动摩擦因数，重力加速度，，整个过程中A始终在B上，所有碰撞时间忽略不计，不计空气阻力，求：

（1）A与B的挡板碰撞后，二者的速度大小与；

（2）从小球释放到小球第4次回到最低点，整个系统因摩擦产生的热量；

（3）悬挂小球轻绳的长度。

12．（2023·山东日照·统考一模）如图所示为某离子控制装置，离子室内存在大量带正电的离子。其质量，电荷量，控制室被分为I、II、III、IV四个横截面为正方形的区域，正方形边长，区域间隔、、，I区域左右为中间带有小孔的平行金属板，板间存在电场强度大小为，方向水平向右的匀强电场，II，III。IV区域存在包含边界的电场或磁场。以中间小孔为坐标原点建立三维坐标系，坐标轴及方向如图所示，II区域存在沿x轴正方向的匀强电场（图中未画出），电场强度的大小在间变化；III区域充满沿y轴正方向的匀强磁场，磁感应强度，IV区域充满平行于平面xoy与y轴正方向成45°角斜向上的匀强磁场，磁感应强度。从离子室飘入小孔的离子速率忽略，忽略离子间的相互作用，不计离子重力。

（1）若离子进入区域III后能返回区域II，求拉子在边界上射入点与射出点之间的距离；

（2）为保证有离子能进入区域IV，求的最大值；

（3）当、为上问中的最大值。若离子在区域III的速度沿z轴时消失，当离子第一次经过边界进入区域IV时。区域III的磁场变为沿y轴正方向、磁感应强度的匀强磁场并保持不变，求离子第4次经过边界时的位置坐标。

参考答案：

1．（1）证明见详解；（2）

【详解】

（1）光线在玻璃砖上界面发生折射，由折射定律

在玻璃砖的下界面发生折射，设入射角为，折射角为，同理

又由图可知，内侧角相等

联立得

故    

（2）过做入射光线延长线的垂线交于为侧移距离

2．（1） ；（2）

【详解】（1）设空气阻力大小为，乒乓球反弹后上升的最大高度为，由动能定理得

联立解得

（2）设空气阻力，任取极短时间，阻力的冲量大小

上升过程有

……

下降过程有

……

对上升和下降过程有

设上升时间为，下降时间为，由于上升高度等于下降高度

由动量定理得

联立得总时间

3．（1）；（2）

【详解】（1）设经时间粒子恰好沿切线飞到上板，竖直速度为零，加速度为，则

半个周期内，粒子向上运动的距离为

联立得

（2）仅存在磁场时，带电粒子在匀强磁场中做半径为的匀速圆周运动，则有

解得

要使粒子能垂直打到上板上，在交变磁场的半周期，粒子轨迹的圆心角设为，如图所示由几何关系得

解得

则粒子打到上极板的位置距出发点的水平距离为

4．（1）；（2）；（3）

【详解】（1）设释放后时刻球落地

球速度大小与A球速度大小相等

此时A球距离地面

设球反弹后再经过时间相遇，有

解得

相遇点距地面的高度

解得

（2）碰撞前A球的速度

球的速度大小

A、B碰撞过程动量守恒，机械能守恒，规定竖直向上为正方向

联立得

，

球A上升的最大距离

（3）第一次碰后球再经时间与地面第二次相碰，碰撞前速度

碰撞后下落时间

碰后经过，A球运动到最高点。球在

末到达最高点，高度为，在时刻落地，反弹速度为，A球从最高点下落时离地面高度为，此时速度

设再经时间相遇，有

解得

相遇相遇点高度为

代入数据解得

5．（1）；（2）；（3）

【详解】（1）由图可知钩码的重力

钩码的质量

电梯在减速阶段，钩码处于超重状态，拉力大小

由牛顿第二定律

可得加速度大小

（2）由图可知，电梯在的时间内向下加速，加速过程钩码受到的拉力大小

根据牛顿第二定律得

可得

最大速度

（3）电梯在的时间内加速的位移大小为

在的时间内匀速的位移大小为

在的时间内减速的位移大小为

电梯下降的高度

可得

6．（1）；（2）

【详解】（1）由公式

可得

（2）光在内球表面上发生全反射的光路图如图，有

有

由数学知识得

得

根据折射定律有

折射光线与内球面相切，入射角最大，设为，如图，有

即

7．（1），方向与轴的夹角为45°；（2）；（3）

【详解】（1）质子在电场中做类平抛运动，设运动的时间为，加速度大小为，则

解得

，

设第1次经过轴时速度方向与轴的夹角为

即

（2）设质子在磁场中做匀速圆周运动的半径为，根据牛顿第二定律得

在电场中沿轴方向运动的距离

由几何关系得

解得

（3）质子再次进入电场中的运动为：方向匀加速直线运动，方向匀速直线运动。根据初速度为0的匀变速直线运动的规律可知，质子每次在电场中沿轴方向运动的距离满足，设粒子每次经过磁场边界时速度与水平方向的夹角为，有

所以质子每次在磁场中沿轴方向偏移的距离

则质子第3次经过轴的横坐标值

8．（1）；（2）；（3）；（4）

【详解】（1）子弹射入靶盒的过程中，由动量守恒

系统损失的动能

解得

（2）子弹进入靶盒后，设靶盒向左运动的最大距离为，由能量守恒定律

解得

靶盒再次返回到点时离开弹簧，设此时动能为，由动能定理

解得

（3）设点到平台右端的距离为，靶盒离开点后仅在摩擦力的作用下做匀减速直线运动，滑上木板后，木板与墙壁多次碰撞，最终靶盒停在木板右端，由能量守恒得

解得

（4）设靶盒滑上长木板时的速度大小为

解得

设之后靶盒与木板达到共同速度

解得

该过程中木板的位移为，木板的加速度为

根据

解得

说明木板与墙壁碰撞之前已经与靶盒达到共同速度，木板第一次与墙壁碰撞之后向左减速，经位移速度减0，再向右加速，设与靶盒达到共同速度，以向右为正方向（下同）

木板第二次与墙壁碰撞之后向左减速，经位移速度减0，再向右加速

设第二次与墙壁碰撞之后，靶盒与木板达到共同速度

第三次与墙壁碰撞之后，经位移速度减0，再向右加速

第次与墙壁碰撞之后，靶盒与木板达到共同速度

经位移速度减0，再向右加速

木板的路程

即

解得

        ‍

9．（1）；（2）

【详解】设光线的入射点为F，出射点为F，出射角为，连接OE，即为法线。如图所示，根据光的折射定律

根据几何关系得

（2）如上图所示，设从N点入射时恰好能发生全反射，则可知

由几何关系知

ON＝R

所以平行光照射玻璃砖后，要使右侧没有折射光射出，黑纸在AB方向的宽度至少为

10．（1），；（2）

【详解】（1）根据题意，由图乙可知，小物块在传送带上先做匀减速运动，再做匀速运动，做匀减速运动的加速度大小为

由牛顿第二定律有

联立解得

根据题意可知，AB间的距离等于小物块的位移，则由图像中图像与横轴围城的面积表示位移可知，AB间的距离为

（2）根据题意，由图乙可知，当，小物块与传送带速度相等，且传送带的速度为

由运动学公式可得，在内小物块的位移为

在内传送带的位移为

则小物块从A端到B端的过程中，系统因摩擦所产生的热量为

11．（1），；（2）；（3）

【详解】（1）设水平向右为正方向，因为点右侧光滑，由题意可知A与B发生弹性碰撞，根据动量守恒和动能守恒得

代入数据联立解得

即A和B速度的大小均为；

（2）碰后对B受力分析，由牛顿第二定律可知

解得

设B经过时间速度减为零

解得

此过程A、B的位移分别为

根据位移关系

又因为

即A在减速之前B速度减为零，且不再运动，整个系统产生的热量为

解得

（3）A剩余匀速向左运动的时间为

解得

A减速运动的时间为，根据动量定理

解得

小球和A碰撞后A向右匀速运动的时间为，则

设小球做简谐振动的周期为，摆长为，则有

代入数据解得

由单摆周期公式

解得小球的摆长

12．（1）；（2）；（3）

【详解】（1）在区域I，根据动能定理

解得

离子在区域II射出时速度的偏向角为，运动轨迹如图所示

则

由

射入点与射出点的距离为

与大小无关，解得

（2）根据

可知当时，离子在III中运动的速度最大，则运动半径最大，有最大值，在区域II做类平抛运动

根据牛顿第二定律

根据几何关系

解得

沿方向的位移为

解得

由几何关系得半径

轨迹恰好与边界相切，的最大值

解得

（3）离子从的中点进入区域IV，由

得

重新回到区域III后

解得

如图所示

第4次经过边界时，坐标为

坐标为

坐标为

即离子第4次经过边界时的位置坐标：。