河北省张家口市高考物理三年（2021-2023）模拟题（三模）按题型分类汇编-03解答题

这是一份河北省张家口市高考物理三年（2021-2023）模拟题（三模）按题型分类汇编-03解答题，共17页。试卷主要包含了解答题等内容，欢迎下载使用。

一、解答题
1．（2021届河北省张家口市高三（下）第三次模拟物理试题）小明自主探究竖式电梯，查阅铭牌得知轿厢A的质量m1=200kg，配重B质量m2=600kg，最大载重m3=800kg，最大运行速度v2m/s，电梯上行过程可简化如图。现电梯满载由静止开始以加速度a=2m/s2上行，达到最大速度后匀速上行，然后以加速度a=2m/s2减速上行直到停止，共升高30米。忽略一切摩擦，g取10m/s2，电梯满载时，求∶
（1）电梯升高30米所用的时间t；
（2）上行过程中电动机的最大功率P。
2．（2021届河北省张家口市高三（下）第三次模拟物理试题）新能源汽车行业火爆，我国电动汽车市场蓬勃发展。我国最大的电动汽车初创企业“蔚来”，在最新全球车企市值排行榜中，市值超奔驰母公司戴姆勒成为全球车企第五。电动汽车的优点是自带能量回收系统。汽车正常行驶时，电动机消耗电能牵引汽车前进。当刹车时切断电源，由于惯性，给电动机一个动力，使电动机变成发电机，对电容平行的金属导轨，导轨间距L=0.2m，电阻不计。导轨通过单刀双掷开关分别和电源超级电容器组成闭合回路。一根质量m=0.5kg、电阻不计的金属杆ab垂直导轨水平放置，与导轨接触良好且与导轨间的动摩擦因数μ=0.2。整个装置处于垂直于导轨平面向外的匀强磁场中，磁感应强度大小B=2T，已知电源电动势E=6V，内电阻r=1Ω，超级电容器的电容C=5F，重力加速度g=10m/s2。
（1）如果开关接1，求闭合瞬间杆的加速度和杆能达到的最大速度分别是多大？
（2）如果开关接2，同时给杆一恒定水平向右的力F=3.6N，求电容器上电量Q与时间t的变化关系（电容器初始电量为零）。
3．（2021届河北省张家口市高三（下）第三次模拟物理试题）2020年1月29日消息，中国宝武旗下企业24小时不停工生产医用氧气，确保每天向武汉各定点医院供应。假设一个容积为V0的氧气罐（认为容积不变），内部封闭气体压强为1.8p0（p0为1个标准大气压）。
（1）若罐内气体温度降为 ，此时气体压强降为1.6p0，求氧气罐内气体原来的温度是多少摄氏度；
（2）若保持罐内气体原温度不变，用了一部分气体后罐内气体压强降为p0，求氧气罐内剩余气体的质量与原来气体总质量的比值。
4．（2021届河北省张家口市高三（下）第三次模拟物理试题）如图所示，等边三角形ABC为某三棱镜的横截面。一束单色光沿EF平行于角平分线CD射向CA，在界面CA发生折射，折射光线平行于CB且恰好射到D点（不考虑反射光线）。
（1）求该三棱镜对单色光EF的折射率；
（2）若三棱镜的横截面边长为L，光在真空中传播的速度为c，求单色光EF的折射光线在三棱镜中传播多长时间第一次从三棱镜中射出。
5．（2022届河北省张家口市高三（下）第三次模拟考试物理试题）娱乐风洞是一种空中悬浮装置，在一个特定的空间内人工制造和控制气流，游人只要穿上特制的可改变受风面积（游客在垂直风力方向的投影面积）的飞行服跳入飞行区，即可通过改变受风面积来实现向上、向下运动或悬浮。已知一游客质量为60kg，腹部向下时受风面积最大为，身体直立时受风面积最小为，气流密度为，气流速度为30m/s，重力加速度为，假设气流吹到人身体上后速度近似变为0。求：
（1）若游客在风洞内悬浮，则受风面积应调整为多大；
（2）若游客进入风洞先由最大受风面积运动1s后立即改为最小受风面积，求游客距出发点的最远距离为多少。（结果均保留2位有效数字）
6．（2022届河北省张家口市高三（下）第三次模拟考试物理试题）由电子加速器、偏转电场和偏转磁场组成的扩束装置可以实现对电子扩束。如图甲所示，大量电子由静止开始经过加速电场加速后，连续不断的沿轴线射入偏转电场，偏转电场的极板长为s，极板间距为d，两板不带电时电子通过极板的时间为，当在两极板加上如图乙所示的电压时（为已知），所有电子均能从两极板间通过然后进入垂直纸面向里的匀强磁场中，最后电子都垂直磁场的右边界射出，实现扩束。已知磁场宽度为l，电子的质量为m、电荷量为e，不计重力。求：
（1）加速器加速电压的大小；
（2）磁感应强度B的大小；
（3）经电子扩束器扩束后电子束的宽度。
7．（2022届河北省张家口市高三（下）第三次模拟考试物理试题）如图所示为一种用于测量粉末体积的装置，不用压实而测得粉末的真体积。该装置主要由惰性气体瓶、压力传感器、基准腔、测试腔、阀门、连通管构成。测试腔的容积为，基准腔容积为，测试样品时，进气阀关闭，测位阀关闭，样品装入测试腔后将测试腔密封，关闭排空阀，打开测位阀，使基准腔和测试腔连通，等压力稳定后记录此时测试腔对应的压强值。关闭测位阀，打开进气阀向基准腔充气，当达到一定压力后关闭进气阀，压力稳定后记录此时基准腔的测位阀压强值。打开测位阀，使基准腔和测试腔连通，当压力稳定后记录基准腔和测试腔的压强值。全部操作过程温度无变化，连通管的容积可忽略，粉末始终在测试腔中。求被测样品的真体积。
8．（2022届河北省张家口市高三（下）第三次模拟考试物理试题）反光面料能将远方直射光线反射回发光处。他的核心组件是折射率比较大的玻璃微球，当一束光线在一定范围内以任何角度照射到微球前表面时，由于微球的折射作用而聚光在微球后表面反射层上，反射层将光线反射回去，就会形成回归反射。如图所示，取微球的最大截面圆，入射光线延长线垂直于某半径且垂足为其中点，该光线经球面折射、反射、再折射出玻璃微球后恰好和入射光线反向平行。
（1）请完成光路图，要求画出光线、法线；
（2）求玻璃微球的折射率。（结果可用根式表示）
9．（2023届河北省张家口市高三下学期三模物理试题）如图所示，上端封闭的玻璃管竖直插入足够深的水银槽中，长为L的水银柱将管内的气体分隔成上、下两部分，气柱长均为L，槽内水银在玻璃管内外液面相平。现将玻璃管缓慢竖直向下按压一段距离，稳定后上部分气体长度变为初始状态的一半，已知水银的密度为ρ，重力加速度为g，外界大气压强为2ρgL，该过程中温度保持不变。求：
（1）向下按压玻璃管前，上部分气体的压强p1；
（2）向下按压玻璃管后，槽内水银在玻璃管内外液面的高度差h。

10．（2023届河北省张家口市高三下学期三模物理试题）如图所示，PQ、MN两挡板竖直正对放置，两板长度l均为1m，间距也为1m，两挡板间有垂直纸面向里、磁感应强度大小可调节的匀强磁场。挡板的上边缘P、M处于同一水平线上，在该水平线的上方区域有方向竖直向上的匀强电场，电场强度大小E=10V/m；一带负电粒子自电场中A点以一定速度水平向右发射，恰好从P点处与水平方向成45°射入磁场，从两挡板下边缘Q、N之间射出磁场，运动过程中粒子未与挡板碰撞。已知：该带负电的粒子比荷大小为1.0×105C/kg，粒子发射位置A到水平线PM的距离h=2m，不计粒子的重力。整个装置处于真空中且不考虑地磁场的影响。求：
（1）粒子从A点发射的初速度v0；
（2）求磁感应强度大小的取值范围。
11．（2023届河北省张家口市高三下学期三模物理试题）伽利略大炮是一种极为简易的机械发射装置，由伽利略于1590年左右发明。现我们共同研究伽利略大炮的实验，先将500g的弹性大球单独自由释放，落地反弹高度为下落高度的0.64倍。现在弹性大球上将弹性小球逐个叠放，并将它们从距地面0.8m高处自由释放，如图所示。已知各球相互接触且重心在同一竖直线上，每个弹性球的质量为该球下面接触球质量的一半，各球之间均发生弹性碰撞，作用时间极短，无论弹性大球上面是否叠放弹性小球及叠放几个弹性小球，弹性大球与地面碰撞过程中能量损失均保持不变，重力加速度g取，忽略空气阻力。
（1）若将弹性大球单独从距地面0.8m高处自由释放，求地面对弹性大球所做的功；
（2）若弹性大球上端只放一个弹性小球，求两球碰撞过程中弹性大球对弹性小球的冲量大小；
（3）若要使最上端的弹性小球上升高度不低于45m，求至少需要叠放多少个弹性小球？
参考答案：
1．（1）16s；（2）14.4kW
【详解】（1）加速上升时间

因为加速段和减速段时间、位移相同，所以

t=2t1+t2
解得
t=16s
（2）对轿厢和载重受力分析，由牛顿第二定律得
对配重受力分析，由牛顿第二定律得
F+m2g-T=m2a
解得
F=7200N
由功率
P=Fvm
可得
P=14.4kW
2．（1）2.8m/s2，8.75m/s；（2）Q=4t（C）
【详解】（1）开关闭合瞬间，根据闭合电路欧姆定律有
杆所受安培力大小为
根据牛顿第二定律有
联立上式，代入数据可得
当杆ab达到最大速度vm时，由电磁感应定律可得
感应电流大小为
速度最大时，加速度为零，可得
联立上式解得
（2）设金属杆ab的速度为v，则感应电动势大小为
平行板电容器两极板之间的电势差为
设此时电容器极板上积累的电荷量为
根据电流定义有
此时，设其加速度大小为a′，根据牛顿第二定律有
即
根据加速度定义有
联立上式解得
代入数据可得
3．（1） ；（2）
【详解】（1）气体的状态参量
对气体由查理定律有
气体原来温度为
（2）假设将放出的气体先收集起来，并保持压强与氧气罐内相同，以全部气体为研究对象，由气体的玻意耳定律有
解得
则剩余气体与原来气体的质量比为
4．（1）；（2）
【详解】（1）光路图如图所示
由几何知识可知，单色光EF在界面CA的入射角i=60°，折射角r=30°
由折射定律得

（2）根据几何知识知
∠FDC=30°
则光线不会在界面AB发生全反射，光线第一次从D点射出，由几何知识，光线传播距离为

光线在三棱镜中传播的速度
光线在三棱镜传播时间
‍‍
5．（1）；（2）1.8m
【详解】（1）在时间内吹到人体的气体质量为
①
设人对气流的力的大小为F，则对此段气体由动量定理得
②
由牛顿第三定律，风给人的力大小
③
人受力平衡，所以
④
联立可得
⑤
（2）风速远大于人速，人在风洞内做匀变速直线运动，当时，由①②③可得人受风力
⑥
由牛顿第二定律得
⑦
经过时
⑧
⑨
当受风面积为时加速度向下，由①②③可得
⑩
由牛顿第二定律得
⑪
得
游客减速过程上升的距离
⑫
解得
游客距离出发点的最远距离为
⑬
解得
【点睛】以娱乐风洞为载体，考查了动量定理的流体问题以及牛顿运动定律等基本内容，考查了学生的必备知识以及解决实际问题的能力。
6．（1）；（2）；（3）
【详解】（1）设电子沿轴线方向的速度为
在加速电场中由动能定理有
可得
（2）设电子从偏转电场中射出时的偏向角为，由于电子要垂直穿过右边界，所以电子在磁场中的运动半径为
设电子离开偏转电场时的速度为，竖直方向的分速度为，则电子离开偏转电场时的偏向角
在磁场中运动时有
解得
（3）由于各个时刻从偏转电场中射出的电子速度大小相等、方向相同，因此电子进入磁场后做圆周运动的半径也相同，故扩束后的宽度L与离开偏转电场时距离轴线的最远与最近差值相等，要使电子的侧向位移最大，应让电子从0、、…等时刻进入偏转电场，在这种情况下，电子的侧向位移为
解得
要使电子的侧向位移最小，应让电子从、……等时刻进入偏转电场，在这种情况下，电子的侧向位移为
故
【点睛】本题以电磁控束为知识背景考查了带电粒子的加速、电场中偏转、磁场中偏转的知识，注重学生的物理思维与综合分析能力，重点考查应用性。
7．
【详解】测试腔压强从到的过程有部分气体来自基准腔，设这部分气体在测试腔中占据的体积为，以充气后基准腔内气体为研究对象，据玻意耳定律得
设被测样品的真体积为，以测试腔第二次打开测位阀前的气体为研究对象，据玻意耳定律
由以上两式得
解得
8．（1）；（2）或
【详解】（1）因为入射光和出射光反相平行，根据对称性可知微球后表面的反射光线的法线恰好是入射光线和出射光线的中位线，光路图如图所示
（2）设入射角为，折射角为，由图可知
根据折射定律可得微球折射率
解得
9．（1）ρgL；（2）L
【详解】（1）设下部分气体压强为p0，对水银柱分析
解得
（2）对上部分气体，根据玻意耳定律
对水银柱分析
对下半部分气体分析
联立可得
10．（1）2×103m/s；（2）
【详解】（1）粒子在电场中做类平抛运动，则有
根据牛顿第二定律有
解得
（2）粒子在磁场运动的速度大小为
粒子在磁场中运动的临界轨迹（从Q射出）如图所示
由几何关系可知，最小半径为
粒子在磁场中做匀速圆周运动，向心力由洛伦兹力提供，即
解得磁感应强度大小的临界值为
所以磁感应强度大小的取值范围为
11．（1）；（2）；（3）弹性大球上至少叠放6个弹性小球
【详解】（1）设弹性大球与地面碰撞前的速度大小为，与地面碰撞后的速度大小为，地面对弹性大球所做的功为，由运动学规律可得，上升过程
下落过程
由动能定理可得
解得
（2）弹性小球与弹性大球发生弹性碰撞，设弹性大球碰后的速度为，弹性小球碰前与碰后的速度分别为，取向上为正方向，由动量守恒定律和能量守恒定律可得
由动量定理可得
解得
（3）由（2）可得第一个弹性小球与弹性大球碰撞之后速度为
整理可得
同理可得第二个弹性小球与第一个弹性小球碰撞之后的速度为
整理可得
……
由数学知识可得
由于要使最上端的弹性小球上升高度不低于，由运动学规律可得
则
解得时
时
故弹性大球上至少叠放6个弹性小球。