广东省佛山市2021届-2023届高考物理三年模拟（二模）按题型分类汇编-02解答题

广东省佛山市2021届-2023届高考物理三年模拟（二模）按题型分类汇编-02解答题

一、解答题

1．（2023·广东佛山·统考二模）在饮品质检中常通过测液体折射率确定饮料含糖量。如图甲所示，一半圆柱透明薄壳空腔，截面圆心为O点，MN部分内表面涂黑，向其中注满待测液体，有一目镜可沿以О点为圆心的圆轨道PQ转动，始终对准O点进行观察。

（1）一束单色光如图乙从O点射入，请画出该入射光在待测液体中折射光线的大致光路；

（2）图甲中，若有各个方向的单色光从O点射入待测液体，当目镜沿方向转动时，先观察到目镜中全是亮光，后观察到如图所示半明半暗的情形，接着再向Q转动目镜，则观察不到亮光，请分别解释一开始能看到亮光的原因和最后看不到亮光的原因；

（3）在图甲中，观察到目镜视野中明暗各一半时，测得经目镜的视线与竖直方向的夹角为φ，求该饮料的折射率。

2．（2023·广东佛山·统考二模）近年来电动汽车越来越普及，有的电动汽车动力来源于直流电机。直流电机工作原理可简化如下图所示：在竖直向下、磁感应强度为B的匀强磁场中，两光滑平行金属导轨固定在绝缘水平面上，间距为L，两轨间接一电动势恒为E、内阻恒为r的直流电源。质量为m的导体棒ab垂直导轨静置于导轨上，接入电路部分的有效电阻为R，电路其余部分电阻不计。一根不可伸长的轻绳两端分别连接在导体棒的中央，和水平地面上质量为M的物块上，绳与水平面平行且始终处于伸直状态。已知物块与水平面的动摩擦因数为μ，重力加速度为g，闭合开关S，物块即刻开始加速。

（1）求S刚闭合瞬间物块加速度的大小，设最大静摩擦力大小等于滑动摩擦力；

（2）求当导体棒向右运动的速度为v时，流经导体棒的电流；

（3）求物块运动中最大速度的大小。

3．（2023·广东佛山·统考二模）如图所示，有一质量为的滑块静放在光滑的水平地面上，滑块上表面AB部分是半径、圆心角的光滑圆弧，圆弧底部与光滑水平部分BC相切，滑块水平面到地面的高度。现有质量的小球，从某一高处以的初速度水平抛出，小球恰能从A点沿切线进入滑块圆弧曲面，重力加速度g取，﹐，则

（1）小球抛出时距离滑块上表面A端的高度H应为多少？

（2）当小球滑至圆弧底端B时，滑块的速度大小为多少？

（3）若滑块左侧有段足够长的粗糙地面，小球刚离开滑块时，滑块恰好到达该段粗糙地面的边界线，滑块与粗糙地面间的动摩擦因数为μ，问当小球落地时，滑块在粗糙地面滑行的距离是多少？（结果可用含μ的表达式表示）

4．（2021·广东佛山·统考二模）如图所示，木板B静止在光滑的冰面上，其右端上表面与一粗糙倾斜滑道平滑相接，滑道倾角，一游客坐在滑板上，从滑道上距底端s=5m处由静止滑下。已知木板质量，长度L=3m，游客和滑板的总质量。若游客和滑板可看做质点，与滑道间的动摩擦因数，取g=10m/s2、sin37°=0.6、cos37°=0.8。

（1）求游客在滑道上下滑时的加速度大小；

（2）若要游客刚好不从木板B的左端滑出，求滑板与木板B上表面间的动摩擦因数。

5．（2021·广东佛山·统考二模）如图所示，两同心圆的半径分别为R和，在内圆和环形区域分别存在垂直纸面向里和向外的匀强磁场，磁感应强度大小均为B。一质量为m、带电量为+q的粒子（不计重力），从内圆边界上的A点沿半径方向以某一速度射入内圆。

（1）求粒子在磁场中做圆周运动的周期；

（2）若粒子恰好不会从环形区域的外边界飞离磁场，求粒子从环形区域内边界，第一次到环形区域外边界的运动时间；（从粒子离开A后再次到达内圆边界处开始算起）

（3）若粒子经过时间，再次从A点沿半径方向射入内圆，求粒子的速度大小。

6．（2021·广东佛山·统考二模）小明在一个带刻度的玻璃瓶口上，装上带细管的瓶塞，用它来测量泳池池水的深度。入水前，盖紧瓶塞，封闭细管；瓶子到达池底时，瓶口向下，打开细管，让水流入瓶中（瓶中气体不外溢），稳定后再次封闭细管，此时瓶中液面如图（b）所示，将瓶旋转，瓶口朝上，此时瓶中液面如图（c）所示，已知当地大气压强p0=1.0×105Pa，水的密度ρ=1.0×103kg/m3，重力加速度g取10m/s2，玻璃瓶刻度单位为mL，忽略环境温度变化，则：

（1）由图（b）、（c）可知图（c）中气体体积是多少？并请推算瓶子的总体积V；

（2）该泳池的池水深度是多少？

7．（2021·广东佛山·统考二模）在河中用鱼又捕鱼时，渔民们都知道不能直接朝看到鱼的方向掷出鱼叉。若图中渔民在（其眼睛）距河面1.5米处看到视线与水面成37°的方向有一条鱼，鱼在水深约2米的河底请帮该渔民估算：

（1）鱼距离他的实际水平距离多远；

（2）他应该瞄准与水面成多少度角的方向掷出鱼叉。假设鱼叉掷出后做直线运动，水的折射率为，sin37°=0.6，cos37°=0.8。

8．（2022·广东佛山·统考二模）下图是一种矿井直线电机提升系统的原理图，在同一竖直平面的左右两边条形区域内，有垂直平面向里和向外交替的匀强磁场，每块磁场区域的高度均为L、磁感应强度大小均为B。梯箱左右两边通过绝缘支架均固定有边长为L、匝数为n、总电阻为R的正方形导线框，线框平面与磁场垂直，上下两边水平。导线框、支架以及梯箱等的总质量为M。电机起动后两边磁场均以速度v沿竖直轨道向上匀速运动。忽略一切阻力，梯箱正常运行时防坠落装置与轨道间没有相互作用。求：

（1）电机从图示位置启动，此时导线框ABCD；①相对磁场的运动方向；②哪条边会产生感应电动势；③感应电流的方向；

（2）电机刚启动瞬间导线框ABCD所受安培力的大小；

（3）当梯箱以的速度向上运动时的加速度大小。

9．（2022·广东佛山·统考二模）如图所示，在竖直平面内有内壁光滑的绝缘细管abcde，其中ab、de段水平，bc段为倾角θ=37°的直线管，cd段为半径R=0.6m、圆心角θ=37°的圆弧管，其左端与bc相切、右端与de相切，且其圆心O与ab在同一水平线上，各段间平滑连接。Od连线左侧空间有水平向右的匀强电场。e段有一轻质刚性阀门，阀门左侧紧挨放置一质量m=0.1kg的刚性小球B，其左侧连接一劲度系数k=50N/m的轻质绝缘弹簧，当球B对阀门的作用力F达到5N时阀门将瞬间打开并消隐，此过程中球B无能量损失。现在ab段距b点x0=0.4m处静止释放另一质量也为m、带电量q=+1.0×10-6C的小球A，小球经过bc段时恰好匀速运动，设小球在运动全过程电量不变，取g=10m/s2，sim37°=0.6，求：

（1）电场强度大小；

（2）球A经过圆弧末端d点时受到的弹力大小；

（3）球A的最终速度（设de管足够长），

10．（2022·广东佛山·统考二模）某兴趣小组发射自制的水火箭。发射前瓶内空气的体积为，水的体积为，瓶内气压为。打开喷嘴后水火箭发射升空。忽略瓶内空气温度的变化，设外界大气压强一直保持不变，求：

（i）当瓶内的水完全喷完瞬间，瓶内空气的压强；

（ⅱ）当瓶内空气压强与外界大气压强相等时，瓶内所剩空气质量与发射前瓶内空气质量之比。

11．（2022·广东佛山·统考二模）一潜水员从海平面下与水平面夹角为53°斜向上投射一束激光，恰好照射到岛礁上一灯塔的塔尖上。已知塔尖离水平面高度为21m，潜水员在水下16m深处，海水的折射率约为，sin37° = 0.6，求：

（i）激光束的折射角；

（ⅱ）潜水员与塔尖的水平距离大约是多少。

参考答案：

1．（1） ；（2）见解析；（3）

【详解】（1）正确光路图如图甲

（2）①一开始能看到亮光的原因：

说法一：一开始能看到经液体折射的光线，故能看到亮光

说法二：一开始能看到亮光，是由于从O点射入的光线折射后能够进入目镜．

说法三：从O点左上方入射的光线经液体折射后能够进入目镜

②最后看不到亮光的原因：

说法一：最后看不到亮光是因为发生了全发射现象，从目镜中应该看到由MN这段弧入射的光线，但MN弧被涂黑（或：从O点右上方入射的光线，经液体折射后被MN所涂的黑色物质吸收），故看不到亮光．

说法二：因液体相对空气是光密介质，根据光的折射定律，当目镜与法线的夹角大于全反射的临界角时，应该看到全反射现象，即从目镜中应该看到由MN这段弧入射的光线，但MN弧被涂黑（或：从O点右上方入射的光线，经液体折射后被MN所涂的黑色物质吸收），故看不到亮光．

说法三：因液体相对空气是光密介质，根据光的折射定律，入射角大于折射角，即便沿MO入射的光，其入射角已经接近90°，而折射角也是某一锐角，当目镜与竖直方向夹角大于该锐角时，从O点入射的光线中，没有任何一条折射光线能够进入该目镜

（3）对应的就是全反射的临界角，故该饮料折射率

2．（1）；（2）；（3）

【详解】（1）以导体棒ab和M整体为研究对象，开关S闭合瞬间，它们受安培力和滑动摩擦力

由牛顿第二定律

联立解得

（2）当导体棒向右运动的速度为v时

解得此时流经导体棒的电流

（3）导体棒ab匀速时速度最大，有

解得

3．（1）；（2）；（3）或

【详解】（1）小球做平抛运动，恰能沿切线进入滑块圆弧曲面，由平抛运动规律得

，，

联立解得

另解：进入圆弧面时速度关系

由动能定理得

联立解得

（2）设小球从滑块右侧离开时，小球的速度为，滑块的速度为。以小球和滑块为研究对象，小球在滑块圆弧曲面运动过程，系统水平方向动量守恒、系统机械能守恒定律，得

解得

负号表示滑块向左运动。

（3）设小球落地时间为，则对小球，有

，

设滑块减速加速度为，则

讨论：①若小球落地时滑块仍在运动，此时滑块位移为

解得

（m）

②若小球落时滑块已经停止。对滑块有

解得

（m）

4．(1)；(2)0.2

【详解】(1)设游客在滑道上下滑时的加速度大小为a，由牛顿第二定律可得

解得。

(2)设游客到达滑到下端的速度为v1，由运动学公式可得

要使游客刚好不从木板B的左端滑出，即游客到达木板B左端时恰好与木板达到共同速度，设为v2，由于冰面光滑，该过程满足动量守恒，可得

由能量守恒可得

联立解得。

5．（1）；（2）；（3），

【详解】（1）设粒子在磁场中做圆周运动的速度为v，半径为r，则根据牛顿第二定律有

   ①

粒子在磁场中做圆周运动的周期为

   ②

联立①②解得

   ③

（2）若粒子恰好不会从环形区域的外边界飞离磁场，其运动轨迹如图1所示。

图1

由几何关系可得

④

   ⑤

联立④⑤解得

  ⑥

  ⑦

则粒子第一次从内圆边界到达外圆边界的过程中转过的圆心角为α=150°，运动时间为

⑧

（3）由③式可知

⑨

即粒子经过3个周期再次从A点射入内圆，则粒子的运动轨迹可能如图2或图3所示。

图2

图3

在图2情况下，由对称性可知θ1=60°，则粒子运动的半径为

   ⑩

由①⑩式可得粒子的速度大小为

⑪

在图3情况下，由对称性可知θ2=30°，则粒子运动的半径为

⑫

由①⑫式可得粒子的速度大小为

⑬

6．（1），V=300mL；（2）5m

【详解】（1）由图（b）、（c）可知图（b）中气体体积、水的体积为100mL，则瓶子的总体积

V=300mL；

（2）在水面气体的压强

p=p0=1.0×105Pa

在水中时气体的压强

由玻意耳定律可知

联立解得

h=5m

7．（1）；（2）

【详解】（1）光路如图所示

根据

解得

根据几何关系

则 鱼距离他的实际水平距离

（2）因为

故AE与水平面夹角为 ，即应瞄准与水平面成的方向掷出鱼叉

8．（1）①导体框相对磁场向下运动，②线框中AB边、CD边会产生感应电动势，③线框中有逆时针（或ADCBA方向的感应电流）；（2）；（3）

【详解】（1）①由于电机起动后两边磁场均以速度v沿竖直轨道向上匀速运动，则导体框相对磁场向下运动；

②则线框中AB边、CD边均切割磁感线，故线框中AB边、CD边会产生感应电动势；

③根据楞次定律可知线框中有逆时针（或ADCBA方向的感应电流）。

（2）电机刚启动瞬间导体框ABCD中感应电动势大小为

E = 2nBLv

则感应电流大小

得

则每根导线所受安培力

F安 = BIL

整个导线框ABCD所受安培力为

（3）当梯箱以的速度向上运动此时感应电动势大小为

感应电流大小

安培力大小

F = 4nBI2L

根据牛顿第二定律

F - Mg = Ma

解得

9．（1）；（2）0.5N；（3）

【详解】（1）小球A匀速运动有

解得

（2）小球A由静止运动到d点过程有

解得

小球A过d点时有

解得

（3）设阀门能被球B冲开，此时F=5N，则阀门打开前瞬间弹簧的弹性势能为

设此时小球A的速度大小为，根据能量守恒有

且

mv1=mvA+mvB

联立解得

、（不合题意舍去）

或

、

因球A速度

因此球A会返回电场，最终又从电场中返回de管，根据能量守恒有，球A返回de管的速度大小为

即球A不会与球B发生碰撞，故小球A的最终速度为

10．（1）；（2）。

【详解】（1）水喷完前，瓶内空气发生等温变化，由玻意耳定律可得

其中

，

解得

（2）当瓶内空气压强降到与外界大气压强相等时，有

解得

则此时瓶内空气质量与发射前空气质量之比为

解得

11．（i）53°；（ⅱ）40m

【详解】（i）根据题意画出光路图如下图所示

根据几何关系有

i1= 37°

根据折射定律有

nsini1= sini2

解得

i2= 53°

（ⅱ）根据几何关系有

x = OA + OB

联立解得

x = 40m