上海市各地区2023年高考物理模拟（二模）题按题型分类汇编-04解答题

上海市各地区2023年高考物理模拟（二模）题按题型分类汇编-04解答题

一、解答题

1．（2023届上海市虹口区高三下学期期中学生学习能力诊断测试（二模）物理试题）如图，一足够长的光滑细杆与水平面成θ角固定放置，杆上套有一质量为m的小球。对小球施加一沿杆向上的恒定拉力，使其从杆底端O点由静止起匀加速上升。以O点所在水平面为重力零势能面，在此过程中小球的动能与重力势能始终相等。小球上升到某位置时撤去拉力，此前拉力共做功W。（重力加速度为g）

（1）求撤去拉力前，小球的加速度a；

（2）求拉力大小F；

（3）通过计算证明：撤去拉力后，小球在继续上升的过程中机械能守恒。

（4）求小球动能为W时的重力势能Ep。

2．（2023届上海市虹口区高三下学期期中学生学习能力诊断测试（二模）物理试题）如图（a），边长l=0.2m、单位长度电阻r0=1Ω/m的正方形导线框abcd处于匀强磁场中，线框所在平面与磁场方向垂直。以b为原点，沿bc边建立坐标轴Ox。不计电阻的导体棒ef平行于ab放置，与线框接触良好。在外力作用下，导体棒以v=0.6m/s的速度沿x轴正方向匀速运动，通过导体棒的电流I随导体棒位置坐标x的变化关系如图（b）所示。

（1）求磁感应强度大小B；

（2）求I随x变化的表达式；

（3）估算导体棒从x1=0运动到x2=0.2m的过程中，导线框产生的焦耳热Q。

3．（上海市普陀区2022-2023学年高三上学期期末质量调研（一模）物理试题）如图，两光滑金属导轨平行放置在绝缘水平面上，导轨间距为L，左侧接一阻值为R的电阻。MN与PQ相距为d，其间有磁感应强度为B，垂直轨道平面的匀强磁场。一质量为m、阻值为r的金属棒ab置于导轨上，与导轨垂直且接触良好。棒ab受水平力的作用，从磁场的左边界MN由静止开始向右边界PQ运动。（不计导轨的电阻）

（1）若棒ab在大小为F的水平恒力作用下运动，运动到PQ时的速度为v，求在此过程中电阻R产生的热量Q；

（2）若棒ab通过磁场的过程中，电阻R两端电压U与棒从静止开始运动的时间t满足U=kt的关系。

①写出U=kt式中k的单位（用国际单位制中基本单位表示）；

②分析说明棒ab在匀强磁场中的运动情况；

③求当棒ab运动到磁场中间时，所受水平力F的大小。

4．（上海市普陀区2022-2023学年高三上学期期末质量调研（一模）物理试题）如图（a），一质量为m=1.5kg的物块在沿斜面向上的恒力F作用下，从倾角为θ=37°的光滑斜面底端由静止开始运动。当恒力做功48J后撤去F，再经过一段时间后物块又返回斜面底端。已知物块沿斜面上滑和下滑所用的时间的比是2∶1。（sin37°=0.6，cos37°=0.8，重力加速度g=10m/s2）

（1）求撤去力F后物块的加速度；

（2）求物块返回到出发点时的速度大小；

（3）在图（b）中画出，物块从开始运动到返回底端过程中的速度与时间的v –t图像；

（4）求恒力F的大小。

5．（2023届上海市静安区高三下学期二模测试物理试题）如图，固定在竖直平面内半径R=0.8m的光滑圆弧轨道AB，其最低点B与足够长的粗糙水平轨道BC无缝连接，OA为圆弧轨道的水平半径。可视为质点的小物块从A点由静止释放，经B点进入水平轨道BC，小物块与BC间的动摩擦因数μ=0.2，g取10m/s2求：

（1）小物块经B点时的速度v的大小；

（2）小物块刚要到B点时加速度a的大小和方向；

（3）小物块过B点后3s内所滑行的距离s。

6．（2023届上海市静安区高三下学期二模测试物理试题）如图，MN与PQ是两条水平放置彼此平行间距L=1m的金属导轨，导轨电阻不计，导轨左端接R=1Ω的定值电阻，电压表接在电阻两端。质量m=0.2kg，电阻r=1Ω的金属杆ab置于导轨上，空间存在垂直于导轨平面的匀强磁场。t=0时刻ab杆受水平向右的拉力F作用，由静止开始做匀加速直线运动，ab杆与导轨间的动摩擦因数μ=0.2，整个过程ab杆始终与导轨接触且垂直于导轨。已知第4s末，ab杆的速度v=2m/s，电压表示数U=1V。（取重力加速度g=10m/s2.）

（1）在第4s末，ab杆产生的感应电动势E和受到的安培力F安各为多大？、

（2）若第4s末以后，ab杆做匀速运动，则在匀速运动阶段的拉力F为多大？整个过程拉力的最大值Fm为多大？

（3）若第4s末以后，拉力的功率保持不变，ab杆能达到的最大速度vm为多大？

（4）在虚线框内画出上述第（2）、（3）题中，0~6s内拉力F随时间t变化的大致图线，并标出相应的纵坐标数值。

7．（2023届上海市长宁区高三下学期二模测试物理试题）如图所示，U型玻璃细管竖直放置，底部与足够长的水平细管相连通，各部分细管内径相同。水平细管内用小活塞封有长为10cm的气体A，U型管左管上端封有长为10cm的气体B。右管上端开口并与大气相通，此时U型玻璃管左、右两侧水银面恰好相平，水银面距U型玻璃管底部为15cm。已知外界大气压强为75cmHg，忽略环境温度变化。

（1）A气体的压强是多少？

（2）将活塞缓慢向左拉，使气体B的长度变为11cm，重新平衡后气体B和A的压强各是多少？

（3）活塞向左拉动的距离是多少？

8．（2023届上海市长宁区高三下学期二模测试物理试题）如图所示，两根距离为d=1m的足够长的光滑平行金属导轨位于xoy竖直面内，一端接有阻值为R=2Ω的电阻。在y>0的一侧存在垂直纸面的磁场，磁场大小沿x轴均匀分布，沿y轴大小按规律分布。一质量为m=0.05kg、阻值为r=1Ω的金属杆与金属导轨垂直，在导轨上滑动时接触良好。金属杆始终受一大小可调节、方向竖直向上的外力F作用，使它能保持大小为a=2m/s2、方向沿y轴负方向的恒定加速度运动。t=0时刻，金属杆位于y=0处，速度大小为v0=4m/s，方向沿y轴的正方向。设导轨电阻忽略不计，空气阻力不计，重力加速度g=10m/s2。求：

（1）当金属杆的速度大小为v=2m/s时直杆两端的电压；

（2）该回路中感应电流持续的时间；

（3）当时间分别为t=3s和t=5s时，外力F的大小；

（4）电阻R的最大电功率。

9．（2023届上海市黄浦区高三下学期二模物理试题）如图，在倾角为的光滑斜坡上有20个均匀分布的减速带，减速带之间的距离均为d，每个减速带的宽度远小于d。质量为m的无动力小车（可视为质点）从距第一个减速带L处由静止下滑。小车通过减速带所损失的机械能与到达减速带时的速度有关。某同学观察发现，小车通过第17个减速带后，在相邻减速带间的平均速度不再增加。小车通过最后一个减速带后立刻进入与斜面平滑连接的水平地面继续滑行距离s后停下，小车与地面间的动摩擦因数为，重力加速度为g。

（1）小车进入水平地面时速度的大小；

（2）小车通过20个减速带共损失的机械能；

（3）小车通过第17个减速带后，每经过一个减速带损失的机械能。

10．（2023届上海市黄浦区高三下学期二模物理试题）如图，两根足够长的光滑金属轨道互相垂直地固定在水平面内，电阻不计。处于磁感应强度为B的匀强磁场中。将单位长度电阻为r的导体棒与轨道成45°放置于轨道上。时导体棒位于O点位置，在水平拉力作用下，导体棒从O点沿x轴以速度v匀速向右运动。导体棒与轨道的交点为a与b。

（1）t时刻导体棒中电流的大小I和方向；

（2）水平拉力F随时间t变化的关系式F（t）；

（3）分析说明导体棒上产生的焦耳热Q随时间t变化的规律并画出大致图像。

参考答案：

1．（1）a=gsinθ，沿斜面向上；（2）F=2mg·sinθ；（3）见解析；（4）

【详解】（1）设小球沿杆向上移动距离为x，因

Ek=Ep

即

解得

v2=2gxsinθ

结合匀变速公式可以得到加速度

a=gsinθ，沿斜面向上

（2）小球受到三个力的作用，如图

由牛顿第二定律可得

F-mg·sinθ=ma

解得

F=2mg·sinθ

（3）设撤去拉力时小球的速度为v1，小球沿杆已经上升距离s1，则此时机械能

撤去拉力后，牛顿第二定律

-mg·sinθ=ma′

解得

a′=-gsinθ，沿斜面向下

此后，小球继续沿杆上升任意距离s时的速度

动能

机械能总量

由于距离s任意，所以，撤去拉力后，小球在任意位置的机械能总量都保持不变，该过程中，杆对小球的弹力与运动方向垂直，不做功，仅有重力做功。由此可以得出结论：撤去拉力后，小球在继续上升的过程中，只有重力做功，机械能守恒。

（4）撤去拉力前，动能和重力势能始终相等，故

撤去拉力时小球获得机械能为W。撤去拉力后，机械能守恒

2．（1）0.5T；（2）I=A；（3）6.60×10-3J

【详解】（1）从图像得知：当x=0.5l=0.1m时

I=0.3A

此时

R总=0.2Ω

E=IR总=0.3×0.2V=0.06V

B===0.5T

（2）电动势

E=Blv=0.06V

R总====Ω

棒中电流

I===A

（3）ef从x1=0运动到x2=0.2m的过程中，安培力F=BIl先减小后增大，在Δx→0的微小过程中，克服安培力做功

ΔW克=BIl·Δx=Bl(I·Δx)

故全过程，克服安培力做的总功

W克=∑(ΔW克)=Bl·∑(I·Δx)

∑(I·Δx)则对应图线与x轴包围的“面积”，该“面积”约为

(20×15+30)×0.02×0.01A·m=6.60×10-2A·m

克服安培力做功

W克=Bl·∑(I·Δx)=0.5×0.2×(6.60×10-2)=6.60×10-3J

回路产生电能，并全部转化为线框中的焦耳热约为6.60×10-3J。

3．（1）；（2）①kg·m2/（A·s4）；②金属棒ab做初速度为零的匀加速运动；③

【详解】（1）根据能量守恒定律有

由于棒ab与R串联，则电阻R产生的热量为

解得

（2）①根据单位运算可知，k的单位为kg·m2/（A·s4）；

②ab切割磁感线产生的感应电动势为

E=BLv

由闭合电路欧姆定律可得，回路中的电流

由部分电路欧姆定律可得，电阻R两端电压

由题意有

U=kt

则有

由于B、L、R、r是恒定值，则金属棒的速度应随时间均匀增大。因此金属棒ab做初速度为零的匀加速运动。

③根据上述有

则有

故ab做匀加速运动的加速度

ab所受安培力

由牛顿第二定律得

F–F1=ma

解得

由于匀变速直线运动

解得ab运动到磁场中间时

因此ab运动到磁场中间时水平力F的大小为

4．（1）6m/s2，方向沿斜面向下；（2）8m/s；（3）；（4）12N

【详解】（1）撤去力F后，物块受重力和斜面的弹力作用，受力如图1所示

由牛顿第二定律得

mgsinθ=ma

解得

a=gsinθ=10×0.6m/s2=6m/s2

撤去力F后物块的加速度大小为6m/s2，方向沿斜面向下。

（2）物块从静止开始运动到返回出发点的过程中，由功与能量变化的关系可得

WF=∆Ep+∆Ek

由题意可知

∆Ep=0

∆Ek=Ekt−Ek0=Ekt

故返回到出发点时的动能

Ekt=WF=48J

又

Ekt=mv2

∴返回到出发点时的速度

（3）如图所示

（4）由（3）的图像可得撤去力F前后物块加速度的比为

aʹ∶a=1∶3

则

aʹ=a=2m/s2

物块撤去力F前受力如图2所示

由牛顿第二定律得

F–mgsinθ=maʹ

解得

F=ma'+mgsinθ=(1.5×2+1.5×10×0.6）N=12N

或因为aʹ=2m/s2，所以

sʹ=aʹtʺ2=×2×22m=4m

由WF=Fsʹ得

5．（1）4 m/s；（2）20m/s2，沿过B点的半径指向圆心；（3）4m

【详解】（1）从A到B，只有重力对小物块做功，小物块机械能守恒

代入数据得

vB=4 m/s

（2）小环刚要到B点时，处于圆周运动过程中，向心加速度

代入数据得

a=20m/s2

加速度方向沿过B点的半径指向圆心。

（3）小物块过B点后，做减速运动的加速度大小

小物块滑行至停下所用时间

小物块滑行2s停下

6．（1）2V，1N；（2）1.4N，1.5N；（3）2.08m/s；（4）见解析

【详解】（1）4s末回路中感应电流

得

由

得

4s末ab受的安培力

（2）ab杆匀速运动，受力平衡

代入数据得

整个过程中，匀加速至第4s末时拉力最大

，

代入数据得

（3）若第4s末开始，拉力的功率不变，此时

当ab达到最大速度vm时，此时拉力为F

又

联立得

（4）上述两种情况拉力F随时间t变化大致图线如图所示

在（3）情形中最终拉力为。

7．（1）90cmHg；（2）68cmHg，82cmHg；（3）10cm

【详解】（1）设大气压强为，A气体的压强为

（2）设活塞横截面积为S，活塞缓慢向左拉的过程中，气体B做等温变化，由玻意耳定律

即

解得

（3）活塞缓慢向左推的过程中，气体A做等温变化，有

即

解得

末状态时气体B和C的液面高度差为

活塞拉动的距离

8．（1）；（2）；（3）1.1N，；（4）W

【详解】（1）当金属杆的速度大小为v=2m/s时，以y轴正方向为正，此时，位移

磁场

感应电动势

金属直杆两端的电压

（2）感应电流持续的时间为从直杆开始运动到再次回到出发点的时间，即

（3）当t=3s时，速度

直杆向上运动，此时，位移

磁场

直杆受竖直向下的重力G、竖直向上的外力F、竖直向下的安培力F安，由牛顿第二定律得

当t=5s>4s时，直杆已向上离开磁场区域，此时只受重力G和外力F作用，由牛顿第二定律得

（4）电阻R的功率

其中

，

代入，得

当v2=8，即时P最大

Pm=W

9．（1）；（2）；（3）

【详解】（1）在水平地面上，小车水平方向受到摩擦力即合外力，根据牛顿第二定律

f = ma

f=μN=μmg

可得

a =μg

由公式

可得

=

（2）以水平地面为零势能面，静止下滑处小车的机械能为

通过20个减速带时小车的机械能为

小车通过20个减速带共损失的机械能为

（3）通过相邻减速带间的平均速度不再增加的大致v-t图像

或（图像不做要求）

通过第17个及之后的减速带时小车的平均速度相同，即达到减速带时小车的瞬时速度相同。

小车通过第17个减速带后，根据功能关系，每经过一个减速带损失的机械能

10．（1），方向：由b指向a；（2）；（3）Q与时间的二次方t成正比，

【详解】（1）导体棒切割磁感线产生的电动势为

回路电阻为

电路电流为

由右手定则可知，电流方向：由b指向a

（2）在t时刻，导体棒通过的位移为

根据几何关系可得导体棒切割磁感线的长度为

由匀速运动可知

联立可得

（3）t 时刻电功率为

 可得t时间内，导体棒上的热功率，所以

焦耳热为

焦耳热Q与时间的二次方t成正比，Q-t图像大致为