黑龙江省齐齐哈尔市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

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黑龙江省齐齐哈尔市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·黑龙江齐齐哈尔·统考二模）如图所示，导热性能良好的汽缸开口向上放在水平地面上，缸内用质量和厚度不计、面积为S的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞上放质量为4m的物块A，绕过定滑轮的细线一端连接物块A，另一端连接质量为2m的物块B，开始时，A、B均处于静止状态，活塞离缸底的距离为，离缸口的距离为，物块B对地面的压力恰好为零，重力加速度为g，环境温度为，大气压强，不计一切摩擦，现缓慢升高环境温度，求：（1）当细线上的拉力恰好为零时，环境的温度为多少；（2）若缸内气体的内能与温度的关系为，则从开始升温至活塞刚好到缸口时，缸内气体吸收的热量为多少。2．（2023·黑龙江齐齐哈尔·统考二模）如图所示，半径为L的四分之一光滑圆弧轨道固定在竖直平面内，轨道的最低点与长为L的水平传送带左端A水平相切，传送带沿顺时针转动的速度为（），传送带的右端B紧靠等高的光滑水平面，质量为m的滑块b静止在水平面上，离右边的竖直墙距离为L。质量为3m的滑块a从轨道上的最高点由静止释放沿圆弧面滑下，当a滑到传送带右端时刚好与传送带共速，a滑上水平面后与b发生弹性碰撞，b与墙碰撞前后速度等大反向，不计滑块的大小，重力加速度为g，求：（1）滑块a与传送带间的动摩擦因数；（2）滑块a第一次通过传送带，带动传送带的电动机额外多做的功；（3）在滑块a、b第一次和第二次碰撞的时间间隔内，滑块a运动的距离。3．（2023·黑龙江齐齐哈尔·统考二模）如图甲所示，在半径为R的圆形区域内有垂直于坐标平面向外的匀强磁场I，圆心的坐标为（0，R），在x轴下方有垂直于坐标平面向里的匀强磁场II，P、Q为长2R的平行板，Q板在x轴负半轴上，两板间的距离为2R，在两板间加上如图乙所示的电压，在两板的左侧有一粒子源，从时刻开始沿两板中线发射质量为m、电荷量为q的带正电粒子，粒子初速度为，长为2R的接收器ab水平放置在x轴正半轴上，a端离O点距离为R，在时刻从粒子源射出的粒子经磁场I偏转后从O点沿y轴负方向进入磁场II，此粒子刚好打在接收器上的b点，所有粒子均能从两板间射出，不计粒子重力和粒子间相互作用，求：（1）粒子在两板间运动的最大侧移；（2）匀强磁场I、II的磁感应强度和的大小；（3）当时，接收器ab上有粒子打到区域的长度。4．（2021·黑龙江齐齐哈尔·统考二模）如图所示，固定的光滑绝缘斜面与水平面夹角为，斜面上相距d的水平虚线和间有垂直斜面向下的匀强磁场。质量为m、边长为、电阻为R的正方形金属线框放在斜面上，线框由粗细均匀的相同材料制成。将其从上方某处由静止释放。当边刚进入磁场时，线框即以速度做匀速运动，当边刚到磁场边界时，线框的加速度大小为。斜面足够长，线框运动过程中边始终与平行，重力加速度为g，求：（1）匀强磁场的磁感应强度B；（2）边刚进入磁场时，c、d两点间的电势差U；（3）线框从边刚进入磁场到边刚到磁场边界的过程产生的焦耳热Q。5．（2021·黑龙江齐齐哈尔·统考二模）如图所示，水平粗糙平台BC右端连接倾角为θ=37°的斜面CD，左端平滑连接竖直半圆细管轨道，轨道内壁光滑，AB连线为竖直直径。可视为质点的小物块a、b紧靠在一起静置于平台左端与半圆轨道最低点连接处B点，a、b间压缩一轻弹簧（弹簧长度计），但与弹簧不拴接，开始时弹簧被锁定。某时刻解除锁定，两物块被瞬间弹开，并先后落在斜面底端D点。已知半圆轨道半径R=1.6m，平台BC长s=3.6m，斜面CD长L=3m，物块与BC间的动摩擦因数，物块a略小于细管内径，忽略空气阻力，重力加速度g取10m/s2，sin 37°=0.6，cos 37°=0.8。(1)求物块b刚离开弹簧瞬间的速率v；(2)设物块a、b的质量分别为m1、m2，求的值。6．（2021·黑龙江齐齐哈尔·统考二模）如图所示，导热性能良好的汽缸由两部分组成，上端开口下端封闭，两部分汽缸的高度均为，其中上、下两汽缸的截面均为圆形，两截面的面积分别为2S、S，质量分别、m的活塞M、N将理想气体甲、乙封闭在汽缸中。当环境的温度为且系统平衡时，两活塞均位于两汽缸的正中央位置；如果将环境的温度降低到（未知），活塞M刚好到达汽缸的底部，且该过程理想气体乙向外界放出的热量为Q。已知大气压强为，重力加速度为g。求：（1）降温后的环境温度为多少？（2）上述过程中，理想气体乙减少的内能为多少？7．（2021·黑龙江齐齐哈尔·统考二模）如图所示为截面半径等于R的柱形玻璃砖，图中的虚线为沿竖直方向的直径，外表面除A点外均匀地涂了一层水银，且A点到虚线的距离为，一细光束沿平行于虚线的方向射入玻璃砖，该细光束在玻璃砖内两次经水银面反射后由A点射出。已知光在真空中的速度大小为c，求：（1）玻璃砖的折射率；（2）该光束在玻璃砖中的传播时间。8．（2022·黑龙江齐齐哈尔·统考二模）如图所示，一滑块放在水平轨道上，下方用绝缘杆固定一边长为a＝0.4m、匝数为10匝的正方形导线框，已知导线框的总电阻为R＝1Ω，导线框、绝缘杆以及滑块的总质量为M＝2kg，滑块与水平轨道之间的动摩擦因数为μ＝0.5。水平轨道的正下方有足够长的宽为a的长方形磁场区域，磁场方向垂直纸面向里，磁感应强大小为B0＝0.5T，虚线MN为磁场区域的中心线，且导线框的上边刚好与虚线MN重合，现给滑块施加一水平向右的外力F，使整个装置以恒定的速度v＝0.4m/s运动，重力加速度为g取10m/s2。求：（1）导线框上半部分刚进入磁场时，线框中感应电流的大小；（2）导线框上半部分刚要全部进入磁场时外力F的大小；（3）当导线框上半部分完全进入磁场区域时，立即将整个装置锁定，之后磁感应强度的大小以B＝0.5+2t（其B的单位为T，t的单位为s）的规律变化，则此后2s时间内，导线框产生的焦耳热Q的大小。9．（2022·黑龙江齐齐哈尔·统考二模）如图所示，半径为R＝5m的光滑弧形轨道PQ固定，轨道与水平面相切于Q点，水平面的右侧放置一质量为mC＝0.5kg、半径为r＝2m的光滑弧形槽C，弧形槽与水平面相切于N点，且弧所对应的圆心角为60°，在QN间的O点放置一质量为mB＝2.5kg的物体B，QO＝2.5m、ON＝1.75m，将一质量为mA＝0.5kg的物体A由P点的正上方h＝3.2m高度由静止释放，沿弧形轨道的切线方向进入水平面，经过一段时间与物体B发生弹性正碰，然后物体B进入弧形槽。已知物体A、物体B与QN段的动摩擦因数分别为μ1＝0.4、μ2＝0.2，重力加速度g取10m/s2，忽略弧形槽C与水平面间的摩擦。求：（1）物体A第一次通过弧形轨道最低点Q时对轨道的压力大小；（2）物体A、B碰后各自的速度；（3）通过计算分析物体B能否从弧形槽C的右侧离开，若能，求出离开时的速度；若不能，求出上升的最大高度，并求出整个过程中弧形槽获得的最大速度。10．（2022·黑龙江齐齐哈尔·统考二模）如图甲所示，一上端开口、下端封闭的细长玻璃管竖直放置，管长为L，管里一段长L的水银柱封住一段长L的气柱，温度为T0，大气压强为p0。若L水银柱产生的压强为p0。（1）现通过升高气体温度，使水银柱上端恰好到达管口，则气体温度应升为多少？（2）保持气体温度不变，在管口加一个厚度、重力均不计的活塞，给活塞加一个向下的力，使活塞缓慢向下移动，当水银柱下降L时，活塞下降的距离为多少？11．（2022·黑龙江齐齐哈尔·统考二模）某生产厂家制作截面为正三角形的棱镜时，首先将和边打磨成平面，且两边的夹角为，其中另一边为以为圆心的圆弧，在边的延长线上有一光源，沿的方向发射出的光线射到面上，经棱镜折射后由弧上的点射出，最终射到另一侧的延长线的点（图中未画出）。已知与平行，且，，光在真空中的速度为c。求：（1）该光线在棱镜中的折射率；（2）光线由传到的时间。
参考答案：1．（1）；（2）【详解】（1）设开始时缸内气体的压强为，根据平衡条件有，联立解得当细线的拉力恰好为零时，设缸内气体压强为，根据平衡条件有解得开始时缸内气体温度，设细线拉力恰好为零时，环境温度为，气体发生等容变化，有解得（2）设活塞移到缸口时，环境温度为，从细线拉力刚好为零至活塞移到缸口，气体发生等压变化，则解得缸内气体内能增量外界对气体做功为根据热力学第一定律解得2．（1）；（2）；（3）【详解】（1）设滑块a滑到A点时速度大小为v，根据机械能守恒解得设a与传送带间动摩擦因数为μ，则a在传送带上运动的加速度根据题意知解得（2）a通过传送带动能的增量a与传送带间因摩擦产生的热量根据功能关系，传送带额外多做的功（3）设滑块a与b发生弹性碰撞后一瞬间，a、b的速度大小分别为、，根据动量守恒有根据能量守恒有解得设a、b第一次碰撞后a运动x的距离a、b发生第二次碰撞，根据题意结合几何关系，对滑块对滑块解得3．（1）；（2），；（3）【详解】（1）粒子穿过磁场的时间因此粒子从时刻进入电场的粒子侧移最大粒子在电场中加速度最大侧移（2）所有粒子射出电场时，沿电场方向的速度变化量为零，因此所有粒子射出电场时速度大小为，方向均沿x轴正向。在时刻从粒子源射出的粒子恰好从两板间中线上出电场，沿半径方向射入磁场I，此粒子从O点进入磁场II，则粒子在磁场I中做圆周运动的半径根据牛顿第二定律 解得根据题意可知，粒子在磁场II中做圆周运动的半径为根据牛顿第二定律解得（3）当时，粒子在电场中的最大侧移为由于所有粒子在磁场I中做圆周运动的半径均等于R，因此所有粒子经磁场I偏转后均从O点进入磁场II。在电场中向上侧移为R的粒子进入磁场I偏转后轨迹和在电场中向下侧移为R的粒子进入磁场I偏转后轨迹如图所示。根据几何关系可知，两粒子进磁场II时的速度方向与y轴负方向的夹角均为，两粒子打在粒子接收器上的位置相同，该点是离O点最近的点，离O点的距离因此，接收器ab上有粒子打到的区域长度4．（1）；（2）；（3）【详解】（1）根据法拉第电磁感应定律可得线框cd边刚进入磁场时产生的感应电动势为   ①根据闭合电路欧姆定律可得此时线框中的电流为   ②由平衡条件可得   ③联立①②③解得 ④（2）根据闭合电路欧姆定律可得   ⑤联立①④⑤解得 ⑥（3）设ab边刚到磁场边界PQ时线框的速度大小为v1，此时线框中的感应电动势为   ⑦线框中的电流为   ⑧由题意并根据牛顿第二定律有 ⑨联立④⑦⑧⑨解得   ⑩对线框从cd边刚进入磁场到ab边刚到磁场边界PQ的过程由能量守恒定律有 ⑪联立⑩⑪解得 ⑫5．(1)；(2) 【详解】(1)物块从点平抛运动落到点，设平抛时间为，则有解得，物块弹开后从运动到，由动能定理可得解得(2)若物块能够进过半圆管道最高点做平抛运动到点，设物块经过点速度大小为，从运动到历时为，则有解得，设物块刚被弹开时的速度大小为，在从到的运动过程中，由动能定理有解得弹簧弹开、的过程动量守恒，选水平向右为正方向，则由动量守恒定律有解得若物块被弹簧弹开后不能到达最高点，将沿管道退回，并从点做平抛运动落到点，则此时从点飞出的速度大小为，设此时物块刚被弹簧弹开的速度大小为，则由动能定理有解得弹簧弹开、的过程动量守恒，选水平向右为正方向，则由动量守恒定律有解得6．（1）；（2）【详解】（1）甲、乙两部分气体发生等压变化，设活塞N下降距离为x，对理想气体甲由盖吕—萨克定律有对理想气体乙由盖吕—萨克定律有联立解得，（2）理想气体甲的压强为理想气体乙的压强为理想气体乙被压缩过程中，外界对气体做的功为根据热力学第一定律可得，理想气体乙内能的减少量为解得7．（1）；（2）【详解】（1）由入射点位置可知，光射入玻璃砖的入射角满足      又由题意知，作出光路图如图所示，则玻璃砖内的光路应为正三角形，故有由折射定律有      联立解得      （2）光在玻璃砖内的路程为      光在玻璃砖内的传播速度为      光在玻璃砖内的传播时间满足      联立解得光在玻璃砖内的传播时间为8．（1）0.4A；（2）10.8N；（3）5.12J【详解】（1）导线框上半部分刚进入磁场时产生的感应电动势为E＝nav＝V＝0.4V线框中感应电流大小为（2）导线框上半部分刚要全部进入磁场时，右边受到的安培力大小为F1＝nIa＝N＝0.4N方向向左；线框上边受到的安培力F2＝nB0Ia＝10×0.5×0.4×0.4N＝0.8N根据左手定则可知方向向下；对整体根据平衡条件可得F＝F1+μ（Mg+F2）解得F＝10.8N（3）根据法拉第电磁感应定律可得感应电动势＝n＝10×2×V＝1.6V感应电流大小为＝＝A＝1.6A在t＝2s内产生的焦耳热为Q＝I′2Rt＝1.62×1×2J＝5.12J9．（1）21.4N；（2）-8m/s（负号表示方向向左）；4m/s；（3）不能；0.075m；2.5m/s【详解】（1）根据动能定理可知在Q点根据牛顿第二定律解得F=21.4N根据牛顿第三定律可知，物体A第一次通过弧形轨道最低点Q时对轨道的压力大小为21.4N。（2）AO过程应用动能定理可知解得根据A与B发生弹性正碰可知解得vA'＝﹣8m/s负号表示方向向左vB＝4m/s（3）ON过程对物体B应用动能定理解得vB'=3m/s物体B与C发生碰撞，设它们达到共同水平速度为vBC，根据水平方向动量守恒mBvB'＝（mB+mC）vBC解得vBC=2.5m/s根据此过程BC组成的系统机械能守恒，可知当二者达到共同速度时，B物体上升的高度为hB，根据机械能守恒解得hB=0.075m根据斜槽C的最高点高度hC=r﹣rcos60°=1m故可知物体B未能从弧形槽C的右侧离开，物体B上升的最大高度为0.075m，整个过程中弧形槽获得的最大速度为2.5m/s。10．（1）2T0；（2）【详解】（1）气柱发生等压变化，由盖—吕萨克定律得解得T2＝2T0（2）下气柱发生等温变化，下气柱初状态的气压为由玻意耳定律得解得对上部气体对上部气体由玻意耳定律得解得h上2＝则活塞下移距离为＝11．（1）；（2）【详解】（1）如图所示由几何关系得，根据折射定律得（2）由折射定律可知光在棱镜中的传播速度为由几何关系可知，在中，有在平行四边形中，有则在点发生折射时，有，根据对称性可知则光线由传到的时间为联立解得