陕西省咸阳市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

陕西省咸阳市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·陕西咸阳·统考二模）如图所示，在固定点O上系一长的细绳，细绳的下端系一质量的小球（可视为质点），初始时小球处于静止状态，且与平台的边缘B点接触但无挤压。一质量的物块静止在左侧离平台边缘B点为的P点，现使物块获得一水平向右的初速度，物块沿粗糙平台向右运动到平台边缘B处与小球m发生弹性正碰，碰后小球m在细绳的约束下做圆周运动，而物块落在水平地面上的C点。已知平台高，平台与物块间的动摩擦因数，重力加速度g取，不计空气阻力。求：

（1）碰撞后瞬间物块的速度及平抛水平位移x；

（2）小球经过最高点A时，细绳的拉力大小。

2．（2023·陕西咸阳·统考二模）舰载机电磁弹射是现在航母最先进的弹射技术，我国在这一领域已达到世界先进水平。某同学自己设计了一个如图甲所示的电磁弹射系统模型。该弹射系统工作原理如图乙所示，用于推动模型飞机的动子（图中未画出）与线圈绝缘并固定，线圈带动动子，可以水平导轨上无摩擦滑动。线圈位于导轨间的辐向磁场中，其所在处的磁感应强度大小均为。开关与1接通，恒流源与线圈连接，动子从静止开始推动飞机加速，飞机达到起飞速度时与动子脱离；此时掷向2接通定值电阻，同时对动子施加一个回撤力，在时刻撤去力，最终动子恰好返回初始位置停下。若动子从静止开始至返回过程的图像如图丙所示。已知模型飞机起飞速度，，，线圈匝数匝，每匝周长，动子和线圈的总质量，线圈的电阻，，，不计空气阻力和飞机起飞对动子运动速度的影响，求：

（1）动子和线圈向前运动的最大位移；

（2）回撤力与动子速度大小的关系式；

（3）图丙中的数值。（保留两位有效数字）

3．（2023·陕西咸阳·统考二模）如图所示，导热良好的汽缸竖直固定放置。由两部分连接而成，上下截面积分别为，两个活塞质量分别为，用不可伸长的细线连接，两活塞在汽缸内封闭一定质量的理想气体。开始时环境热力学温度为，阀门K关闭，活塞a上部为真空，封闭气体的压强等于外界大气压强，活塞到汽缸连接处的距离均为L，系统保持静止。已知重力加速度为g，不计活塞与汽缸间的摩擦。

（1）打开阀门K，使a上部与大气连通，求稳定后细线上的张力；

（2）接（1）问，系统稳定后缓慢升高封闭气体温度，直到温度变为，求再次稳定时活塞a的位置。

4．（2023·陕西咸阳·统考二模）如图甲所示，某汽车大灯距水平地面的高度为92.8cm；图乙为该大灯结构的简化图，由左侧旋转抛物面和右侧半径为R的半球透镜组成，对称轴以下装有挡光片，光源位于抛物面的焦点F处，已知点光源发出的光经旋转抛物面反射后，均垂直半球透镜的竖直直径MN进入透镜（只考虑纸面内的光），光在半球透镜中的折射率，已知透镜直径远小于大灯离地面的高度，忽略在半球透镜内表面反射后的光，求：（已知sin48°=0.75，sin37°=0.6，tan16°=0.29）

（1）所有垂直MN进入的光在透镜球面上透光部分的长度；

（2）若某束光从A点射入半球透镜，，则这束光照射到地面的位置与大灯间的水平距离？

5．（2021·陕西咸阳·统考二模）滑板项目是极限运动历史的鼻祖，在滑板公园里经常看到各种滑板场地，如图1所示。现有一个滑板场可简化为如下模型，如图2所示，由足够长的斜直轨道、半径m的凹形圆弧轨道和半径m的凸形圆弧轨道三部分组成的滑板组合轨道。 这三部分轨道依次平滑连接，且处于同一竖直平面内。 其中M点为凹形圆弧轨道的最低点，N点为凸形圆弧轨道的最高点，凸形圆弧轨道的圆心O与M点在同一水平面上。一可视为质点、质量为m=1kg的滑板从斜直轨道上的P点无初速度滑下，经M点滑向N点。在凸形圆弧最右侧距离L=0. 9m的位置有一个高度m、倾角为53°的斜面。不计一切阻力，g取10m/s2.求：

(1)若P点距水平面的高度m，滑板滑至M点时，轨道对滑板的支持力大小FN；

(2)若滑板滑至N点时对轨道恰好无压力，求滑板的下滑点P距水平面的高度H；

(3)若滑板滑至N点时刚好做平抛运动，滑板能否与右侧斜面发生碰撞（不考虑碰撞后反弹）？若能，请计算出碰撞的具体位置；若不能，请说明理由。

6．（2021·陕西咸阳·统考二模）如图所示，劲度系数的弹簧一端固定于地面上，另一端连接绝缘物体A，物体B置于A上不粘连，A不带电，B的带电量，A，B质量均为且都可作为质点，整个装置处于静止状态．物体B正上方有一带圆孔的挡板，质量为4kg的不带电绝缘物体C放于圆孔上方不掉落，现在挡板与地面之间加上竖直向上、大小的匀强电场使A、B开始运动，A、B分离时，A在某装置作用下迅速在该位量处于静止状态，以后此装量不再对A作用；A、B分离后，B向上运动并与C发生碰撞，且以后每次碰撞前C均已静止在圆孔上方，已知弹簧的弹性势能 (x为弹簧的形变量)，重力加速度为，B与A、C碰撞时为弹性碰撞且没有电荷转移．求：

（1）A、B两物体从开始运动到分离时上升的高度；

（2）A、B第一次碰后物体A向下运动的最大距离；

（3）从A、B第一次撞开始，A物体运动的总路程。

7．（2021·陕西咸阳·统考二模）启动汽车时发现汽车电子系统报警，左前轮胎压过低为1.8p0，如图所示。车轮内胎体积约为V0，为使汽车正常行驶，用电动充气泵给左前轮充气，每秒钟充入、压强为p0的气体，充气结束后发现内胎体积约膨胀了20%，充气几分钟可以使轮胎内气体压强达到标准压强2.5P0?（汽车轮胎内气体可以视为理想气体，充气过程轮胎内气体温度无明显变化）

8．（2021·陕西咸阳·统考二模）我国的光伏产业很发达，街道上的很多电子显示屏，其核心部件是发光二极管。有一种发光二极管，它由半径为R=4mm的半球体介质和发光管芯组成，发光管芯区域是一个圆面，其圆心与半球体介质的球心O重合，圆弧ABC是半球体介质过球心O的纵截面， B为圆弧ABC的中点，D为圆弧BDC的中点，PQ为发光管芯圆面的直径，如图所示。由PQ上的某点发出的一条光线与半径OC的夹角为θ=75°，这条光线经D点后的出射光线平行于半径OB。为使从发光圆面射向半球面上的所有光线都能直接射出，求发光管芯区域圆面的最大面积。（结果保留两位有效数字）

9．（2022·陕西咸阳·统考二模）在科学研究中，可以通过施加适当的磁场来实现对带电粒子运动的控制。在如图所示的平面坐标系xOy内，以坐标原点0为圆心，半径为d的圆形区域外存在范围足够大的匀强磁场。一质量为m、电荷量为+q的粒子从P（0,d）点沿y轴正方向射入磁场，当入射速度为v。时，粒子从a处进入无场区射向原点O，不计粒子重力。求：

（1）磁场的磁感应强度B的大小；

（2）粒子离开P点后经多长时间第一次回到P点。

10．（2022·陕西咸阳·统考二模）2021年3月，8辆编组高速动车组首次在符合实际工况的线路上进行的整列车被动安全碰撞试验，试验有效采集了列车吸能系统的变形次序等重要数据。其列车吸能系统中的多个吸能装置可以有效吸收碰撞或挂接过程中损失的动能。假设在编组站进行的某次挂接实验中，共有3节车厢，当动力车1以某速度匀速运动到距静止的编组车2距离为L时撤掉动力，动力车1与编组车2相碰，并以共同速度运动距离L后与编组车3相碰，最后三车又以共同速度运动了距离L后停止。已知每辆编组车的质量均为m，运动时受到的摩擦阻力恒为车所受重力的k倍，重力加速度为g，碰撞时间很短，忽略空气阻力。求：

（1）整个运动过程中摩擦阻力所做的总功；

（2）动力车1匀速运动时的速度大小；

（3）因摩擦系统损失的动能和因碰撞系统损失的动能之比。

11．（2022·陕西咸阳·统考二模）新冠肺炎疫情期间，某班级用于消毒的喷壶示意图如图甲所示。壶的容积为1.5 L，内含1.0 L的消毒液。闭合阀门K，缓慢向下压压杆A，每次可向瓶内储气室充入0.05 L的1.0 atm的空气，多次下压后，壶内气体压强变为2.0 atm时，按下按柄B，阀门K打开，消毒液从喷嘴处喷出。储气室内气体可视为理想气体，充气和喷液过程中温度保持不变，1.0 atm＝1.0×105Pa。

(1)求充气过程向下压压杆A的次数和打开阀门K后最多可喷出液体的体积；

(2)喷液全过程，气体状态变化的等温线近似看成一段倾斜直线，如图乙所示，估算全过程壶内气体从外界吸收的热量。

12．（2022·陕西咸阳·统考二模）一列简谐横波在时的波形图如甲所示，波上质点A从时刻开始的振动图像如图乙所示，求：

（1）该列波的传播速度并判断其传播方向；

（2）若图甲中质点P的纵坐标为-1m，请写出质点P的振动方程并求出P在平衡位置的x坐标。

参考答案：

1．（1）1m/s，0.4m；（2）30N

【详解】（1）物块在平台上运动，由动能定理有

解得

以水平向右为正方向，设碰撞后物块的速度为，小球的速度为

由动量守恒定律有

由能量守恒有

联立解得

碰撞后物体做平抛运动，设平抛运动时间为t，竖直方向有

解得

水平方向有

（2）小球从B点运动到A点过程，由动能定理有

解得

在最高点A时，由向心力公式有

解得

2．（1）；（2）时段 ，时段；（3）

【详解】（1）动子和线圈向前运动的最大位移即时间段内的位移，由图像知

（2）动子和线圈在时间做匀减速直线运动，加速度大小为

根据牛顿第二定律有

其中

可得

解得

在时间反向做匀加速直线运动，加速度不变

根据牛顿第二定律有

联立相关式子，解得

（3）动子和线圈在时间段内的位移

从时刻到返回初始位置时间内的位移

根据法拉第电磁感应定律有

据电荷量的定义式

据闭合电路欧姆定律

解得从时刻到返回初始位置时间内电荷量

其中

动子和线圈从时刻到返回时间内,只受磁场力作用，根据动量定理有

又因为安培力的冲量

联立可得

故图丙中的数值为

3．（1）；（2）

【详解】（1）设开始时细线上的张力为，根据平衡条件，对活塞b有

对活塞a有

解得

打开阀门，a上部与大气连通，稳定后，活塞a落到汽缸连接处，设气体压强变为，等温过程，对封闭气体由玻意耳定律有

对活塞b有

解得

（2）缓慢升高温度，设温度为时，活塞a对汽缸连接处恰无压力，气体压强为，细线上的张力为，对活塞a有

对活塞b有

等容过程，有

解得

继续升高温度，气体压强不变，体积变大。设温度为时，活塞a到汽缸连接处的距离为x，等压过程，有

解得

4．（1）；（2）

【详解】（1）光路图如图所示

设此光线恰好发生全反射，此时透镜内的临界角为C，由折射率定义可知

即

此角对应的弧长为

（2）若某束光从A点射入半球透镜,光路图如图所以

根据题意，则

有折射率可知

解得

即

有几何关系可知

束光照射到地面的位置与大灯间的水平距离

5．（1）42N；（2）5.4m；（3）能，见解析

【详解】（1）滑板由P点滑至M点过程，由机械能守恒有

得

vM=8m/s.

对滑板滑至M点时受力分析，由牛顿第二定律有

得

FN=42N.

（2）滑板滑至N点时对轨道恰好无压力，则有

得

vN=6m/s

滑板从P点到N点机械能守恒，则有

解得

H=5.4m.

（3）由平抛运动的规律

x=vNt

解得

t=0.8s

则碰撞点距离斜面底端的水平距离为0.3m，距离斜面底端的高度为0.4m。

6．（1）0.2m；（2）；（3）

【详解】（1）初态A、B静止，则

解得

加电场，A、B分离时，加速度相等，对A

对B

解得

（2）从开始运动到A、B分离，对A、B由功能关系得

解得

分离后，由于

B物体匀速上升，直至BC碰撞

解得

即B向下匀速运动，B、A弹性碰撞

解得

可知碰后速度互换A从平衡位置向下运动，由能量守恒

解得

（3）撞后A向下减速，反向加速，回到原位后，与B碰撞，A、B交换速度，B再次匀速上升碰C,由碰撞结论可知，碰后

解得

归纳可得

A运动的总路程

7．4min

【详解】设充气可使轮胎内气体压强达到2.5p0，设此时内胎体积为V2，压强为p2；胎内气体在压强为p1时体积为V1，由玻意耳定律得

其中

，，

联立解得

则充入胎内气体在压强为1.8 p0时的体积为

对充入胎内气体，由玻意耳定律得

其中

联立方程解得

8．2.5×10-5m2

【详解】由几何关系得到光线射到D点的入射角   i=30°

根据折射定

解得

从P或Q点垂直于PQ发出的光线射到球面上的入射角最大，设为α，发光圆面PQ的半径为r

则

设光发生全反射的临界角为C，

则

所有光能直接射出，应满足sinα≤sinC

解得r≤=

管芯发光区域面积最大值为

解得                    S=2.5×10-5m2

9．（1）；（2）

【详解】（1）粒子的运动轨迹如图所示

由几何关系可知，Oa与x轴负半轴的夹角满足

解得

由题条件可判断粒子做圆周运动半径为

粒子在磁场中由洛伦兹力提供向心力

解得

（2）粒子运动轨迹如图所示

粒子在磁场中运动时间

带电粒子在磁场中做圆周运动的周期

解得

粒子在无场区做匀速直线运动，运动时间

粒子再次回到P点时间

10．（1）；（2）；（3）3：4

【详解】（1）设运动过程中摩擦阻力做的总功为W，则

即整个过程中摩擦阻力所做的总功为。

（2）设动力车1初速度为，第一次碰前速度为，碰后两车的共同速度为；第二次碰前两车速度为，碰后三车的共同速度为，由动能定理，分别对三段减速过程列式有

由动量守恒定律对两次碰撞过程分别列式有

联立解得

（3）设两次碰撞中系统动能损失分别为和，分别有

即因碰撞损失的动能为

由功能关系知因摩擦损失的动能为

则因摩擦系统损失的动能和因碰撞系统损失的动能之比为3：4。

11．(1) 10次；0.5 L；(2) 75 J

【详解】(1)壶中原来空气的体积

由玻意尔定律

解得n＝10次

最多喷射的液体

(2) 外界对气体做功

由热力学第一定律有

解得

12．（1），沿轴正向传播；（2）m，

【详解】（1）由图乙可知时刻，A点振动方向向下，由“同侧法”可知，波沿轴正向传播，由图甲可知，由图乙可知，所以该列波的传播速度为

（2）由（1）解析的结论可得

时间内（即），质点P的路程为2A，故0时刻P质点在平衡位置上方1m处且正向下运动，设P点的振动方程为

当t=0.4s时，y=-1m，代入解得

故P点的振动方程为

当时，代入上式可得

故P质点从平衡位置到处的时间间隔为

则处的平衡位置到P质点的平衡位置间距为

则P在平衡位置的x坐标为