浙江省台州市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

浙江省台州市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．（2021·浙江台州·统考二模）2018年8月23日，雅加达亚运会赛艇女子单人双桨决赛中，中国选手陈云霞夺得冠军。比赛中，运动员用双桨同步划水使赛艇沿直线运动，每次动作分划水和空中运桨两个阶段。假设划水和空中运桨时间均为1s，赛艇（含运动员、双桨）的质量为60kg，受到的阻力恒定，划水时双桨产生动力大小为赛艇所受阻力的2倍。某时刻双桨刚入水时赛艇的速度大小为4m/s，运动员紧接着完成2次动作的过程中，赛艇前进20m，求：

（1）划水和空中运桨两阶段赛艇的加速度大小之比；

（2）赛艇的最大速度的大小；

（3）划艇时，双桨产生的动力大小。

2．（2021·浙江台州·统考二模）如图所示，半径为R的四分之一圆弧轨道与长度为的固定于水平地面的竖直管道相切于B点，C点为圆弧轨道最高点（切线水平），轻弹簧下端固定在管道的底端，上端系一轻绳，绳通过弹簧内部连一手柄P。经过观察发现：轻弹簧自然伸长时，其上端离B点距离为，一质量为m的弹珠静止在弹簧上端时，测得此时弹簧形变量为。某次缓慢下拉手柄P使弹簧压缩后释放手柄，弹珠Q经C点被射出，弹珠最后击中水平地面的某位置（图中未标出），不计一切阻力，弹珠可视为质点，直管粗细不计。弹簧的弹性势能满足公式：（k未知，x为弹簧形变量）求：

（1）调整手柄P的下拉距离，可以使弹珠Q经轨道上的C点射出，落在水平地面上的不同位置，其中与A点最近距离是多少?

（2）若弹珠Q落在水平地面上离A的距离为，求弹珠Q离开弹簧前的最大动能是多少?

（3）若直管可以自由伸缩，且圆弧轨道下端始终和管上端保持相切相连，现下拉手柄P使弹簧的弹性势能为，则弹珠Q弹出后击中水平面上的位置距A的最大值。

3．（2021·浙江台州·统考二模）如图甲所示，平行导轨、固定在水平面内，左端接有一个的定值电阻，半径均为绝缘半圆形轨道、平滑连接于N、点且固定在竖直平面内，导轨间距。定值电阻R的右边有一个宽度的磁场，方向向下，其变化规律如图乙所示。在该磁场右边一根质量为、电阻也为、长为1m的导体棒置于水平导轨的某处，距离导体棒右端处有一宽度为方向竖直向下的恒定磁场。导体棒在与棒垂直、大小为2N的水平恒力F作用下从静止开始运动，导体棒运动过程中始终与导轨垂直并与导轨接触良好，当导体棒运动至时撤去F，然后进入匀强磁场。导体棒滑出匀强磁场并与静止在半圆形轨道、最底端的质量也为m的绝缘棒发生碰撞并粘在一起，之后一起滑上半圆形轨道。已知导体棒初始位置到间轨道粗糙且动摩擦因数，其他轨道均光滑。

（1）导体棒进入匀强磁场前通过电阻R的电流大小和方向；

（2）试判断导体棒能否到达圆弧的最高点。若能，求出导体棒的第一次落地点距的距离；若不能则判断导体棒能否穿出磁场；

（3）整个过程中电路产生的焦耳热。

4．（2021·浙江台州·统考二模）当前许多新型材料以其独特的优势和非凡的物理特性，已成为信息与新能源技术发展的基础。载流子注入到材料的浓度和深度对它的相关性能有较大影响。现有研究小组就注入深度问题进行了相关的研究，如图所示。粒子发生器可以产生两种初速度分别为O和，质量均为m、电量为+q的粒子，这些粒子从小孔处进入电压为的加速电场后从小孔飞出并沿着x轴进入磁感应强度为，且方向垂直纸面向外的以O为圆心、半径为R的圆形匀强磁场。现以O为原点建立平面直角坐标系，在如图所示的位置放置某一新型材料，其上表面为圆弧状，半径也为R且与磁场边界重合，面与y轴重合，底面和x轴平行，面的延长线过圆心。当粒子以速度v垂直该材料表面射入时，其注入深度h满足：。其中k为系数但未知，且只与有关（为材料中某点和圆心O的连线与x轴的夹角），现已测得在面上。不计粒子的重力及相互作用。求：

（1）两种粒子进入磁场时速度大小

（2）两种粒子从磁场飞出时的位置坐标

（3）若粒子发生器产生的粒子初速度可以从0到范围内变化，通过观测发现，所有粒子均恰好注入至该材料的底面处。请推导k与所要满足的函数关系。

5．（2022·浙江台州·统考二模）如图甲所示是一跳台滑雪运动员比赛的画面，运动员（可视为质点）从高台飞出，落到倾斜的着陆坡后调整姿势，在A点以初速度沿直线匀加速下滑，到达坡底B点再匀减速滑行一段距离后停下，如图乙所示。已知运动员及装备的总质量，倾斜滑道的倾角，运动员沿斜面下滑到达坡底时的速度，运动员从倾斜滑道进入减速区顺间的速度大小不变，进入减速区后，运动员受到阻力变为，两个过程滑行的总时间为，不计空气阻力（，）求：

（1）运动员沿水平轨道的位移大小；

（2）运动员在倾斜滑道上受到的阻力大小；

（3）运动员在这两个过程中运动的总路程。

6．（2022·浙江台州·统考二模）如图所示，两段半径均为的光滑圆弧、的左右两侧分别连接斜面和传送带，两个足够长的相同斜面的倾角均为。将一质量可视为质点的小物块从右侧斜面的E点静止下滑，同时传送带以速度顺时针转动。物块第一次滑到传送带C点时的速度为，已知物块与传送带之间的动摩擦因数，与斜面间的动摩擦因数，传送带长。求：

（1）物块经过圆弧最低点B时（尚未滑上传送带），滑块对轨道的弹力；

（2）若传送带以的速度逆时针转动，物块第一次到达左侧斜面的最高点与D点的距离；

（3）若传送带以大于的速度逆时针转动，物块在斜面上运动的总路程s与传送带的速度v之间的关系。

7．（2022·浙江台州·统考二模）如图所示，两根半径为的四分之一光滑圆弧轨道，间距为，轨道电阻不计。在其上端连有一阻值为的电阻，圆弧轨道处于辐向磁场中，所在处的磁感应强度大小均为，其顶端A、B与圆心处等高。两根完全相同的金属棒mn、pq在轨道顶端和底端，e、f是两段光滑的绝缘材料，紧靠圆弧轨道最底端，足够长的光滑金属轨道左侧是一个的电容器。将金属棒mn从轨道顶端处由静止释放。已知当金属棒到达如图所示的位置，金属棒的速度达到最大，此时金属棒与轨道圆心连线所在平面和水平面夹角为。mn棒到达最底端时速度为（此时与pq还没有碰撞）。已知金属棒mn，pq质量均为、电阻均为，求：

（1）当金属棒的速度最大时，流经金属棒pq的电流方向和pq金属棒此时的热功率；

（2）金属棒滑到轨道底端的整个过程（此时与pq还没有碰撞）中流经电阻R的电量；

（3）金属棒mn和pq发生碰撞后粘在一起运动，经过两小段光滑绝缘材料e，f后继续向左运动，进入磁感应强度为的匀强磁场，求金属棒最后的速度大小。

8．（2022·浙江台州·统考二模）如图甲所示，某装置由直线加速器和圆心角为的扇形偏转磁场两部分组成。直线加速器由一个金属圆板（序号为0）和10个横截面积相同的金属圆筒（序号为1，2，3…10）依次排列，其中心轴线在同一直线上，圆筒的长度遵照一定的规律依次增加。圆板与圆筒与交流电源相连，序号为奇数的圆筒和电源的一极相连，圆板和序号为偶数的圆筒和该电源的另一极相连，交变电源两极间电势差的变化规律如图乙所示，图乙中电压的绝对值为。在时，奇数圆筒相对偶数圆筒的电势差为正值，此时圆板中央的一个电子在圆板和圆筒之间的电场中由静止开始加速，沿中心轴线冲进圆筒1，电子在每个圆筒中运动的时间均小于T，且电子均在电压变向时恰从各圆筒中射出。电子在圆筒、圆筒与圆筒之间各个间隙中不断被加速（圆筒间隙特别小，电子穿越间隙的时间可以忽略不计）。最后电子从10号圆筒的A点水平射出，从P点垂直进入磁场，沿实线路径从边界射出，轨迹关于平分线对称，已知，电子的比荷为k，交变电压的周期为T。求：

（1）电子刚进入1号圆筒时的速度大小；

（2）9号圆筒的长度是多少；

（3）若从金属圆板出发的是一群电子，其中小部分有垂直于加速电场且平行于纸面的较小的初速度，所有电子可近似看成从10号圆筒A点以小发散角射出，并进入偏转磁场，问长度调节为多少时，所有电子在同一点D收集。

9．（2023·浙江台州·统考二模）一导热汽缸内用活塞封闭着一定质量的理想气体。如图甲所示，汽缸水平横放时，缸内空气柱长为。已知大气压强为，环境温度为，活塞横截面积为S，汽缸的质量，不计活塞与汽缸之间的摩擦。现将气缸悬挂于空中，如图乙所示。求

（1）稳定后，汽缸内空气柱长度；

（2）汽缸悬在空中时，大气压强不变，环境温度缓慢地降至多少时能让活塞回到初始位置；

（3）第（2）小题过程中，若气体内能减少了，此气体释放了多少热量。

10．（2023·浙江台州·统考二模）如图所示，在水平面上静置一质量的滑块，滑块上表面是一个半径的四分之一圆弧，圆弧最低点A与水平地面相切。现给质量的小球一个大小的水平初速度，小球经B点离开滑块时，随即撤去滑块。小球于C点第一次着地，小球每次与地面碰撞前后，水平速度保持不变，竖直速度大小减半，方向反向。A点始终与地面接触，忽略小球通过各轨道连接处的能量损失，不计一切摩擦和空气阻力，求

（1）小球刚运动到滑块最低点A时，对滑块的压力；

（2）小球离开滑块后所能到达的最大高度；

（3）要使小球能水平进入接收器最低点P，P与C间的最小距离为多大。

11．（2023·浙江台州·统考二模）如图所示，在一个匝数为N、横截面积为S、阻值为的圆形螺线管内充满方向与线圈平面垂直、大小随时间均匀变化的匀强磁场，其变化率为k。螺线管右侧连接有“T”形金属轨道装置，整个装置处于大小为、方向竖直向下的匀强磁场中，该装置由位于同一水平面的光滑平行导轨AP、和粗糙竖直导轨SW、构成，导轨间距均为l。开始时，导体棒a、b分别静置在水平轨道上左右两侧适当位置，b棒用一绝缘且不可伸长的轻绳通过光滑转弯装置O与c棒相连，与b、c棒相连的轻绳分别与导轨SP、SW平行，三根导体棒的长度均为l且始终与导轨垂直接触。刚开始锁定b棒，闭合开关K后，a棒由静止开始运动，与b棒碰前瞬间，a棒的速度为，此时解除b棒的锁定，同时断开开关K，碰后两棒粘在一起运动，此后导体棒减速为零的过程中c棒产生的焦耳热为Q。已知三根导体棒的质量均为m，电阻均为，c棒与竖直轨道间的动摩擦因数为，a、b棒碰撞时间极短，不计其他电阻及阻力，重力加速度为g。求

（1）开关K刚闭合时，通过a棒的电流大小；

（2）a棒从静止加速到的过程中，流过a棒的电荷量；

（3）a、b棒碰后瞬间，a棒的速度大小；

（4）c棒上升的最大高度。

12．（2023·浙江台州·统考二模）如图所示，某创新小组设计了一个质谱仪，由粒子源、加速器、速度选择器、有界磁场及探测板等组成。速度选择器两端中心位置O、各有一个小孔，选择器内部磁感应强度为。以为原点，为x轴建立平面直角坐标系。在第一象限区域和第四象限部分区域存在磁感应强度大小为、方向垂直纸面向里的匀强磁场，第四象限内磁场边界为经过点的直线。探测板足够长且与y轴垂直，其左端C的坐标为。某种带电粒子流经加速器加速后，沿AO从O点进入速度选择器，单位时间内有个粒子从沿x轴方向进入右侧磁场，经磁场偏转后，均垂直打在探测板上的P、Q（未画出）之间，落在板上的粒子在P、Q间均匀分布，并且全部被吸收，其中速度大小为的粒子沿直线经选择器后打在探测板P点上。已知粒子的质量为m，，，；不计粒子的重力及粒子间的相互作用，求

（1）粒子的比荷；

（2）第四象限磁场下边界的函数关系式；

（3）探测板受到粒子的总作用力大小；

（4）速度选择器两极板间距。

参考答案：

1．（1）；（2）；（3）

【详解】（1）设划水阶段和运桨阶段的加速度分别为、，设动力为F，阻力为f，由牛顿第二定律可得

又因为

故

（2）可知，一次动作中划水的运动为匀加速运动，其位移为

又

得

故最大速度

（3）由

可得

所以

2．（1）；（2）；（3）

【详解】（1）水平距离最近，即在C点抛出速度最小，满足

求得

平抛的时间为t，满足

得

故最小的距离

（2）弹珠在C点的速度为

弹珠最大动能处即弹簧压缩量为处，设最大动能为，弹珠Q经C点时，根据弹簧、弹珠系统机械能守恒有

其中

联立求得

（3）当下拉手柄P使弹簧的弹性势能为时，设弹簧最高点距离B点为h，在C点的速度为，根据

可得此时的压缩量

根据系统机械能守恒得

求得

又

则平抛的时间为

平抛的水平位移

由数学知识知，当时

则弹珠Q弹出后击中水平面上的位置距A的最大值为。

3．（1），方向由；（2）见解析；（3）2.42J

【详解】解：（1）导体棒进入前做匀加速运动，加速度为a，则

在x距离处的时间

故R上的电流

由于B1向下是减小的，由楞次定律可知，电流方向由。

（2）导体棒刚进入磁场的速度

由于

故导体棒匀速进入磁场，第一次出磁场的速度为4m/s，与相碰，满足动量守恒

得

由于

故会从圆弧返回进入磁场。

导体棒第一次进入磁场的时间

之后。

假设第二次穿出磁场的速度为

即

其中

得

所以能穿出磁场。

（3）导体棒ab运动到AA＇产生的焦耳热

第二次穿进中产生的焦耳热

总的焦耳热为2.42J

4．（1）；（2）；（3）

【详解】（1）初速度为0粒子在电场中加速，满足动能定理：

代入U，可得：

（2）对于初速度为的粒子经电场加速，由动能定理：

得：

粒子在磁场中做圆周运动，根据：

代入两种粒子的速度和B，可得：

，

由几何关系可得，这两种粒子分别在磁场中偏转 圆周、 圆周，对应的位置坐标为：

、

（3）速度为的粒子刚好注入，满足：

根据题意，设在磁场中以r为偏转半径粒子，以射入到表面并注到地面，深度为h由几何关系得：

又：

其中：

即

联立方程可得：

5．（1）55m；（2）；（3）

【详解】（1）由牛顿第二定律得

得

根据

解得

根据运动学公式

得

（2）由

得

则

得

（3）根据运动学公式

则

6．（1）3.5N，方向竖直向下；（2）；（3）若，，若，

【详解】（1）根据牛顿第二定律得物块在传送带上加速度

根据运动学公式

得

根据牛顿第二定律得

联立解得

由牛顿第三定律

方向竖直向下；

（2）圆弧轨道的竖直高度差为

阶段根据动能定理

得

最高点根据动能定理得

得

（3）滑块从E点下到B点，根据动能定理有

解得

滑块从B点经传送带一直加速度到C点时的速度设为，根据运动学公式得

解得

设传送带的速度为v，经分析，最后滑块到D点速度为零，在来回运动，由能量守恒方程

①

（其中就是指物块第一次到达C点的速度）第一种情况

解得

又，往返运动中传送带对其不做功，代入方程①得

则在斜面上的总路程为

第二种情况

则

又

往返运动中传送带对其不做功，代入方程①得

则在斜面上的总路程为

7．（1）P到q，；（2）或0.13C；（3）

【详解】（1）根据楞次定律可知，电流方向由p到q，且速度最大时有

得

由于e、f是两段光滑的绝缘材料，则由电路关系知

Ipq= 1A

则pq金属棒此时的热功率

（2）金属棒滑到轨道底端的整个过程（此时与pq还没有碰撞）中流经电阻R的电量为

其中

代入解得

解得

或0.13C

（3）金属棒mn和pq发生碰撞由动量守恒有

碰撞后对整体有

解得

8．（1）；（2）；（3）

【详解】（1）由动能定理得

解得

（2）由动能定理

得

所有

（3）电子在磁场运动

得

沿方向

可得

如图，设长为x，根据几何关系得

在三角形中（为Q轨迹电子的圆心），由几何关系

解得

9．（1）；（2）；（3）

【详解】（1）设气缸竖直悬挂时，内部气体压强为，空气柱长度为，由玻意耳定律可知

对气缸受力分析，由平衡条件

联立可得，稳定后，汽缸内空气柱长度为

（2）由盖—吕萨克定律可知

得

（3）由热力学第一定律可知

其中

得

则气体释放的热量为

10．（1），方向竖直向下；（2）；（3）

【详解】（1）小球刚运动到滑块最低点A时，对小球

得

由牛顿第三定律可知，小球对滑块的压力

方向竖直向下

（2）小球滑上滑块到运动至最高点的过程中，小球和滑块组成的系统水平方向动量守恒，设小球运动到最高点h时，滑块和小球水平方向的速度大小相等，设为

得

（3）设小球第一次着地前瞬间，竖直方向的速度大小设为，初次着地后经t时间，小球与地面发生第次碰撞时与C点的距离为x，则

解得

当时

此时

即要使小球能水平进入接收器最低点P，P与C间的最小距离为。

11．（1）；（2）；（3）；（4）

【详解】（1）开关K刚闭合时，产生的感应电动势

通过a棒的电流大小

（2）a棒根据动量定理

流过a棒的电荷量

（3）a、b棒碰撞过程中，根据动量守恒定律，对a、b棒

对c棒

因此

碰后瞬间，a棒的速度大小

（4）整个电路的焦耳热

对c棒

因此

c棒上升过程中

c棒上升的最大高度

12．（1）；（2）；（3）；（4）

【详解】（1）由题意可知

解得粒子的比荷

（2）假设粒子经过边界坐标，粒子在磁场中轨道半径为r，因为粒子转过的圆心角为，故

得出边界函数关系

（3）由上述分析可知

故

PQ之间

可以知道

方法1：时间内打在探测板PQ间每一小段的粒子数

由动量定理

求出

个粒子受到的总作用力

根据牛顿第三定律，探测板受到粒子的总作用力

方法2：时间内打在探测板所有粒子

求出

根据牛顿第三定律，探测板受到粒子的总作用力

（4）方法1：

的粒子刚好与速度选择器的极板相切

求出速度选择器两极板的间距

方法2：的粒子刚好与速度选择器的极板相切，的粒子在速度选择器中运动可以看成直线运动和圆周运动的合运动。直线运动

圆周运动：轨道半径为

求出速度选择器两极板的间距