山东省日照市高考物理三年（2021-2023）模拟题（三模）按题型分类汇编-03解答题

这是一份山东省日照市高考物理三年（2021-2023）模拟题（三模）按题型分类汇编-03解答题，共24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届山东省日照市高三（下）第三次模拟物理试题）截面为矩形的均匀透明物体放置在真空中，，一单色光入射到上表面MQ，与MQ的夹角为45°，折射后到达MN面的中点并恰好不从MN面射出，已知真空中的光速为c。求：
（1）该透明物体的折射率；
（2）光从射入透明物体到第一次从NP面射出所用的时间t。
2．（2021届山东省日照市高三（下）第三次模拟物理试题）如图所示，质量M=2kg的滑板P足够长，在光滑水平地面上以速度向右运动。t=0时刻，在P最右端位置轻轻地放一质量m=1kg的小物块Q（可看作质点），同时给Q施加一个水平向右的恒力F=8N。已知P与Q间的动摩擦因数，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度g=10m/s2。求：
（1）运动过程中，P的最小速度是多少？
（2）从t=0开始，经过多长时间，Q刚好要从P的右端掉下？
3．（2021届山东省日照市高三（下）第三次模拟物理试题）如图所示，在平面内，第二象限有与轴负方向成角的匀强电场，电场强度为E，第一象限有垂直平面向里的匀强磁场。现有一质量为m、电荷量为的粒子，从轴上P点垂直轴以初速度射入电场，并在电场中做变速运动，速度最小时，恰好经过y轴上的Q点，之后进入磁场，并恰好没有从x轴离开磁场。粒子重力不计，求：
（1）粒子经过Q点时速度；
（2）磁感应强度B的大小；
（3）粒子从P点开始运动到第二次经过y轴所经历的时间。
4．（2021届山东省日照市高三（下）第三次模拟物理试题）已知质量为的物体在受到的回复力作用下，将做简谐运动，其偏离平衡位置的位移与时间t的关系到遵循规律，其中，为比例系数，A为振幅。如图，一竖直光滑的足够长圆管，内有一劲度系数为k的轻质弹簧，弹簧下端固定于地面上，上端与一质量为m的圆盘a相连，圆盘a静止时所在位置为O。另一质量为2m的圆盘b从距O高度为的P点由静止开始下落，与a发生碰撞，瞬间粘在一起向下运动，运动的最低点为Q。两圆盘厚度不计，半径相同且略小于圆管半径。在运动过程中，弹簧形变始终在弹性限度内，且当形变量为时，弹性势能为。重力加速度为g，忽略一切阻力。求：
（1）整个运动过程系统损失的机械能；
（2）圆盘a、b碰后做简谐运动的振幅；
（3）从圆盘b开始下落到第一次运动至最低点Q所用的时间。
5．（2022届山东省日照市高三（下）校际联合三模物理试题）某玻璃砖的截面如图所示，底面BC的长为，∠B=∠C=45°，两束单色光a、b平行于BC面入射到AB界面上。光线a经玻璃砖第一次折射后的偏转角为15°；光线b经玻璃砖第一次折射后达 BC面的D点（图中D点未画），。光在真空中的速度大为c。求：
（1）玻璃砖的折射率；
（2）光线b从入射到第一次出射，在玻璃砖内的传播时间。
6．（2022届山东省日照市高三（下）校际联合三模物理试题）如图所示，倾角θ=30°的斜面固定在水平地面上，劲度系数为的轻弹簧一端固定在斜面底端，另一端位于斜面上的O点，此时弹簧处于原长。质量为m的滑块与弹簧拴接，恰好静止在O点。现将滑块沿着斜面向上拉到a点，，g为重力加速度大小，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，弹簧始终在弹性限度内，滑块可视为质点。弹簧的弹性势能可表示为：，为弹簧的劲度系数，为弹簧的形变量。则滑块从a点由静止释放以后，求：
（1）最大速度和最大加速度的大小；
（2）滑块向上运动的过程中到a点的最近距离。

7．（2022届山东省日照市高三（下）校际联合三模物理试题）如图所示，倾角为30°的固定斜面顶端有一光滑的定滑轮，斜面上端有一与斜面垂直的固定小挡板，挡板的厚度不计。斜面上有一质量为2m的小物块，物块与斜面间的动摩擦因数为。不可伸长的轻绳一端连接小物块，另一端绕过滑轮悬吊一质量为m的粗细均匀钢管，物块与定滑轮间的细绳平行于斜面且不与挡板接触。在钢管的顶端套着一个质量也为m的细环，细环与钢管之间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，大小为（g为重力加速度大小）。开始时用外力控制物块使系统静止，物块到挡板、钢管下端到地面的距离均为L。现将物块由静止释放，物块与挡板、钢管与地面发生多次碰撞，每次碰撞时间极短，最终细环刚好到达钢管底端。已知物块与挡板、细管与地面碰撞均无能量损失，钢管始终未与滑轮相碰。求；
（1）物块开始上滑时细绳上的拉力大小；
（2）钢管与地面第一次碰撞后能上升的最大高度；
（3）钢管的长度。
8．（2022届山东省日照市高三（下）校际联合三模物理试题）如图甲所示，平行导轨MN、M'N'固定在水平面上，左端M'M'之间接有一个R=2Ω的定值电阻，半径r均为0.5m的绝缘半圆形轨道NP、N'P'与平行导轨分别平滑连接于N、N'点且固定在竖直平面内，导轨间距L=1m。定值电阻R的右边有一个宽度d1=0.5m的磁场区域，磁感应强度B1随t的变化规律如图乙所示，方向竖直向下。在该磁场右边有一根质量m=0.2kg、电阻R'=2、长L=1m的导体棒ab置于水平导轨上，导体棒右侧=1m处有一边界AA'，AA'右侧有一宽度d=1m的匀强磁场，磁感应强度大小B2=1T，方向竖直向下。导体棒ab在平行于导轨的水平恒力F=2N的作用下，t=0时从静止开始向右运动，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AA'时撤去恒力F，然后进入匀强磁场B2。导体棒滑出匀强磁场B2后，与静止在半圆形轨道NP、N'P'最底端质量也为m的绝缘棒cd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ab初始位置到AA'间的轨道粗糙，棒ab和cd与轨道间的动摩擦因数μ均为0.2，其他轨道均光滑。（g取10m/s2）
（1）求导体棒ab进入匀强磁场B2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半圆形轨道的最高点PP'。若能，求出导体棒第一次落地点到NN'的距离；若不能，求出导体棒最终停止的位置到AA"的距离（可用分数表示）；
（3）在导体棒运动的整个过程，求电路中产生的焦耳热。（结果保留三位有效数字）
9．（2023届山东省日照市高三下学期三模物理试题）一个折射率、半径、底面镀银的球冠形玻璃球放置在水平桌面上，横截面如图所示，底面圆的半径是球半径的倍。一条光线从玻璃球冠上表面的点通过球心射到球冠的底面点，该光线与底面的法线间的夹角，观测到射出光线的延长线恰好垂直底面且过底面边缘的点。已知光在真空中的传播速度。求：
（1）光线射出球冠形玻璃球时的折射角；
（2）光线在球冠形玻璃球中传播的时间。（结果可保留根号）。

10．（2023届山东省日照市高三下学期三模物理试题）如图所示，将质量为的小球穿过光滑竖直轻杆用轻弹簧悬挂在天花板上，用（为重力加速度）的竖直向上的力将弹簧压缩，使小球处于静止状态。时刻，撤去力，小球将在竖直面内做简谐运动。已知从撤去到小球第一次下落到最低点所用时间为，弹簧的劲度系数为，弹簧始终在弹性限度内。求：
（1）小球做简谐运动的振幅A；
（2）从时刻起，小球做简谐运动的位移随时间变化的关系式（以小球的平衡位置为坐标原点，向下为正方向）。

11．（2023届山东省日照市高三下学期三模物理试题）如图所示，轻绳一端固定在点，另一端与质量为的小物块（视为质点）栓接，使小物块静止在倾角为的光滑斜面上。上表面与斜面下端平齐的、质量为的长木板静止于光滑水平面上，木板右端有挡板，水平轻弹簧固定于挡板上，弹簧自由伸长时左端与木板左端相距为。现烧断轻绳，物块由静止沿鈄面下滑，滑上木板左端时竖直分速度瞬间为零，水平分速度不变。之后、向右运动，与弹簧作用后，在距离弹簧左端处相对静止，此时速度为。已知、间的动摩擦因数为，弹簧始终处于弹性限度内，重力加速度为。求：
（1）烧断轻绳前，绳的张力大小；
（2）开始时物块距斜面底端的高度；
（3）弹簧弹性势能的最大值。

12．（2023届山东省日照市高三下学期三模物理试题）如图所示，间距的平行金属导轨与水平面成角放置，导轨的下端接有阻值的电阻，上端通过小圆弧形绝缘材料与水平金属导轨平滑对接，其中轨道与间距为，轨道与间距为。在导轨的上端垂直于导轨锁定一质量的导体棒，棒及下方区域全部处于与导轨平面垂直、磁感应强度大小的匀强磁场中，右方存在竖直向上、磁感应强度大小的匀强磁场，在右侧锁定一质量的导体棒。质量的导体棒垂直于导轨，与棒相距，以的速度沿导轨向上运动，经过与棒碰撞（碰撞前瞬间解除棒的锁定），瞬间粘在一起，继续向上运动到达，此时解除棒锁定。当、运动到时，被锁定在左侧（此前速度已稳定）。棒再运行到处。三个导体棒始终与导轨接触良好，不计金属导轨的电阻，所有导体棒长度，电阻，单位长度的电阻都相等，不计任何摩擦，忽略连接处的能量损失。（重力加速度，，），求：
（1）棒运动到棒位置时的速度大小；
（2）棒与棒碰撞后瞬间，棒两端的电势差大小；
（3）整个运动过程中系统产生的焦耳热。

参考答案：
1．（1）；（2）
【详解】（1）光路如图所示，在MQ面上，入射角a=45°，由折射定律
在MN面的中点恰好发生全反射，设全反射临界角为C
由几何关系
解得
（2）透明体中光速
由（1）知
所求时间
可得
2．（1）6m/s；（2）
【详解】（1）设P的加速度大小为a1，对P由牛顿第二定律可得
μmg=Ma1
解得
a1=2m/s2
方向向左
设Q的加速度大小为a2，对Q由牛顿第二定律可得
F+umg=ma2
解得
a2=12m/s2
方向向右，P做减速运动
Q做加速运动
P、Q达到共同速度时
解得
t=0.5sv1=6m/s
（2）从开始计时到达到共同速度，P的位移大小为x1
Q的位移大小为x2
Q相对P向左运动的距离为d，则
P、Q达到共同速度之后无法相对静止，各自做变速运动。设Q的加速度大小为a3，对Q由牛顿第二定律可得
F－mg=ma3
解得
a3=4m/s2
方向向右，Q相对P向右运动，当相对位移大小为d时，Q刚好要从P的右端掉下
解得
所以
3．（1），与y轴正方向夹角为30°；（2）；（3）
【详解】（1）将速度V沿电场力的方向和垂直电场力的方向分解，当沿电场力方向速度为零时，速度最小，由速度的合成与分解得∶
与y轴正方向夹角为30°；
（2）粒子在电场中的加速度
沿y轴方向的加速度大小为
粒子从P到Q点的时间
OQ的距离为
粒子恰好不从x轴离开磁场，轨迹与x轴相切，做圆周运动的半径为r
由几何关系得
可得
由向心力公式
解得
（3）设粒子做匀速圆周运动的周期为T则
粒子在磁场中运动的时间
所以总时间为
4．（1）；（2）；（3）
【详解】（1）b从P点到O点，由动能定理得
碰撞过程由动量守恒，得
损失的机械能
可得
（2）圆盘a处于O点时，弹簧压缩了l0，由胡克定律得
碰后a、b一起运动了l1到达最低点Q，由能量守恒得
解得
a、b处于平衡位置M时，弹簧压缩了l2，由胡克定律得
3mg=kl2
所以振幅
（3）开始圆盘b做自由落体运动
由题意可知，a、b一起做简谐运动的周期
OM距离为
为振幅的一半，由简谐运动时间关系可知，从O到M的时间
从M到最低点Q的时间
所以总时间
5．（1）；（2）
【详解】（1）a光在面上的入射角，由于折射光线的偏折角，由几何关系得a光在面上的折射角
由折射率公式
解得
（2）b光在面第一次折射后的折射光线与a光在面上的折射光平行。
b光的折射光线射到面上的入射角为，由几何关系得
b光发生全反射的临界角
所以b光在面发生全反射，b光从面射出，b光第一次折射后的光线长度为s，由正弦定理得
解得
由相似三角形可得，光在玻璃砖内反射后路程为，光在玻璃砖内总路程为
光在介质中传播速度，得
联立解得
6．（1），；（2）
【详解】（1）滑块静止在O点时，有
在滑块从a点由静止释放后，弹簧弹力等于滑块受到的合力，到O点时速度最大，由动能定理
从a点到O点，弹簧弹力做功
联立可得
滑块沿着斜面向下可视为简谐运动，振幅
到达最低点时加速度最大，根据对称性，将要到达最低点时
可得
（2）滑块沿着斜面上升到新的平衡位置时弹簧的压缩量为x1，有
即滑块的振幅
滑块到a点的最近距离
7．（1） ；（2） ；（3）
【详解】（1）系统由静止释放后，假设向下运动过程中细环相对钢管未发生相对滑动，设此过程中细绳中的拉力大小为F，物块、钢管和细环的加速度大小均为a，对物块由牛顿第二定律得

对钢管和细环整体由牛顿第二定律得

解得
设此过程细环受摩擦力大小为f，则
解得
故假设成立，所以物块开始上滑时细绳上的拉力大小为
（2）设钢管与地面第一次碰撞后，细环相对钢管向下滑动时的加速度大小为a1，根据牛顿第二定律有
解得
由于碰撞后无能量损失，所以钢管和物块都将以碰撞前原速率反弹，设反弹后绳中拉力大小为F1，钢管和物块的加速度大小均为a2，则对钢管和物块根据牛顿第二定律分别有


解得
设第一次碰撞前、后钢管的速度大小为v1，碰撞后钢管能上升的最大高度为H1，根据运动学规律有
解得
（3）因为a1=a2，所以钢管与地面第一次碰撞后上升到最大高度时，细环恰好也下降至最低点，根据对称性可知其下降的高度为
钢管与地面第一次碰撞后细环相对钢管下降的高度为
设钢管与地面发生第二次碰撞之前瞬间的速度大小为v2，钢管与地面第二次碰撞后上升的高度为H2，根据运动学规律有
解得
由此类推可得钢管的长度为
8．（1）1A，方向由；（2）能，或；（3）
【详解】（1）导体棒进入前做匀加速运动，设加速度为a，由牛顿第二定律
解得
由运动学公式，到达处的时间
故R上的电流
由于向下是减小的，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，导体棒第一次在磁场中运动的时间
之后，导体棒第一次出磁场的速度为。
与相碰，满足动量守恒
得
由机械能守恒
可得
所以不能到达最高点，且会从圆形轨道返回进入磁场。
假设第二次能穿出磁场，速度为，由动量定理
即
其中
得
所以能穿出磁场。由动能定理
解得
即最终停止的位置与的距离为或。
（3）导体棒运动到，电路产生的焦耳热
第二次穿过时，电路产生的焦耳热
总的焦耳热
9．（1）；（2）
【详解】（1）光线的光路图如图所示

光线在底面发生反射，据反射定神有
球冠底面中心为，连接，则，中，有
即
由题意知
所以
为等边三角形，设光线在点的入射角为，所射角为，有，由折射定律有
得折射角
（2）中，有
光线在球冠形玻璃球中传播的时间
10．（1）；（2）
【详解】（1）开始时，对小球受力分析可得
弹簧被压缩的距离
撤去当合力为零时，弹簧被拉长，受力分析得
弹簧被拉长的距离
此时所处位置即为平衡位置，所以振幅
（2）由题意可知，小球做简谐运动的周期为
小球做简谐运动的位移随时间的变化规律
联立得
11．（1）；（2）；（3）
【详解】（1）设斜面对的支持力为，对物块受力分析得，水平方向
竖直方向
解得
（2）设到达斜坡底端的速度为，对下滑过程，由动能定理可得
滑到长木板后只保留水平分速度，对、相对滑动过程根据动量守恒得
解得
（3）设弹簧的最大压缩量为，从滑上木板到、第一次共速前，由能量守恒可得
、先后两次共速间，由动能定理可得
解得
12．（1）；（2）2V；（3）
【详解】（1）棒切割磁感线产生感应电动势，电路总电阻
代入可得
对棒，由动量定理
解得
（2）棒与棒碰撞，系统动量守恒
碰撞后瞬间棒两端的电势差大小
（3）棒斜向上说动到棒处过程中电路产生的焦耳热，由能量守恒定律
棒与棒碰撞后继续斜向上运动到处，此区域内无磁场，故电路中无电流，由动能定理
解得
、棒进入磁场后，切割磁感线产生感应电流而做减速运动直到处，由动量定理
棒解锁后，在安培力的作用下开始加速运动并切割磁感线，由动量定理
最后速度稳定时，导体棒中均无电流，所以
解得
对、、棒的这一运动过程，由能量守恒定律得
、棒锁住后，棒继续切割磁感线做减速运动直到处，由动量定理
解得
棒单独运动到这一过程，由能量守恒定律
故整个运动过程中产生的焦耳热