天津市各地区2023年高考物理模拟（三模）题按题型分类汇编-04解答题

天津市各地区2023年高考物理模拟（三模）题按题型分类汇编-04解答题

一、解答题

1．（天津市重点校2022-2023学年高二下学期期中联考物理试题）如图所示，光滑轨道的左端为半径为R=1.8m的圆弧形，右端为水平面，二者相切，水平面比水平地面高H=0.8m，一质量为m1=0.2kg的小球A从距离水平面高h=0.45m处由静止开始滑下，与静止于水平面上的质量为m2的小球B发生弹性正碰，碰后小球B做平抛运动，落地时发生的水平位移为x=1.6m，重力加速度g=10m/s2。求：

（1）A球刚滑到圆弧最低点时受到轨道支持力的大小；

（2）碰后瞬间B球的速度大小；

（3）B球的质量。

2．（2023届天津市和平区高三下学期第三次质量检测物理试题）如图所示，间距为L、电阻不计的足够长的双斜面型平行导轨，左导轨光滑，右导轨粗糙，左、右导轨分别与水平面成α、β角，分别有垂直于导轨斜面向上的磁感应强度为B1、B2的匀强磁场，两处的磁场互不影响。质量均为m、电阻均为r的导体ab、cd与两平行导轨垂直放置且接触良好。ab棒由静止释放，cd棒始终静止不动。求：

（1）ab棒匀速运动时速度大小vm；

（2）ab棒匀速运动时cd棒消耗的电功率；

（3）ab棒速度大小为v时cd棒受到的摩擦力大小。

3．（2023届天津市和平区高三下学期第三次质量检测物理试题）如图甲所示，粒子源靠近水平极板M、N的M板，N板下方有一对长为L，间距为d=1.5L的竖直极板P、Q，在下方区域存在着垂直于纸面的匀强磁场，磁场上边界的部分放有感光胶片，水平极板M、N中间开有小孔，两小孔的连线为竖直极板P、Q的中线，与磁场上边界的交点为O，水平极板M、N之间的电压为U0；竖直极板P、Q之间的电压U随时间t变化的图像如图乙所示，磁场的磁感强度B=，粒子源连续释放初速不计、质量为m、带电量为+q的粒子，这些粒子经加速电场获得速度进入竖直极板P、Q之间的电场后再进入磁场区域，都会打到感光胶片上，已知粒子在偏转电场中运动的时间远小于电场变化的周期，粒子重力不计。求：

（1）带电粒子进入偏转电场时的动能Ek；

（2）已知带电粒子若在U=0时进入竖直极板P、Q之间的电场，在磁场中能够产生竖直方向的最大距离，求该最大距离；

（3）带电粒子打到磁场上边界感光胶片的落点范围。

4．（2023届北京市顺义区高三下学期第二次统练物理试题）如图所示，物块A从光滑轨道上的某一位置由静止释放，沿着轨道下滑后与静止在轨道水平段末端的物块B发生碰撞（轨道转弯处为光滑圆弧，物块A在圆弧处无能量损失），碰后两物块粘在一起沿水平方向飞出。已知物块A、B的质量均为，物块A的释放点距离轨道末端的高度，轨道末端距离水平地面的高度，重力加速度g取10m/s2.求：

（1）两物块碰撞之前瞬间物块A的速度大小v1；

（2）两物块碰后粘在一起的速度大小v2；

（3）两物块落地点到轨道末端的水平距离x。

5．（2023届湖南省岳阳市高三下学期教学质量监测物理试题（二））如图所示，足够长的粗糙绝缘斜面与水平面成固定在地面上，在斜面上虚线和与斜面底边平行，在、围成的区域有垂直斜面向上的有界匀强磁场，磁感应强度为；现有一质量为、边长、匝数、总电阻的正方形金属线圈，让边与斜面底边平行，从斜面上端静止释放，线圈刚好匀速穿过整个磁场区域，已知线圈与斜面间的动摩擦因数为，（取）求：

（1）线圈进入磁场区域时的速度大小；

（2）线圈释放时，边到的距离；

（3）整个线圈穿过磁场的过程中，流过线圈的电荷量及线圈上产生的焦耳热。

6．（2023届湖南省邵阳市高三上学期第一次联考物理试题）如图所示，在A处有平行于y轴的虚线，虚线左侧所有空间分布着水平向左的匀强电场，在虚线右侧所有空间分布着垂直纸面向里的匀强磁场，在O点处，某时刻有一带负电的粒子以初速度沿y轴正方向运动，粒子从A（L，2L）点进入磁场，在磁场中运动一段时间后恰好又回到O点，已知粒子的质量为m，电荷量大小为q，不计粒子重力，求：

（1）电场强度的大小和带电粒子运动到A点的速度；

（2）磁感应强度大小和带电粒子从开始运动到恰好回到O点的时间。

7．（2023届天津市北辰区高三下学期三模物理试题）如图所示，在一堆淤泥表面放置一个大爆竹，爆竹爆炸时分裂成A、两部分，A的质量为，的质量为。爆竹爆炸时部分竖直向上飞出，能上升的最大高度为，A部分陷入淤泥中的最大深度为．若爆竹的火药质量以及空气阻力可忽略不计，取重力加速度为。求：

（1）爆竹爆炸结束的瞬间，部分获得的速度大小；

（2）A部分所受淤泥的平均阻力大小。

8．（2023届天津市北辰区高三下学期三模物理试题）如图甲所示，两光滑的平行导轨与水平放置，、两点间接有电阻，导轨间距为，导轨处有两个匀强磁场区域Ⅰ、Ⅱ（分别是和），磁场方向均垂直于导轨平面竖直向上，Ⅱ区是磁感应强度为的恒定磁场区。Ⅰ区磁场的宽度为x1，磁感应强度随时间变化规律如图乙所示。一质量为、长度为、电阻也为的导体棒垂直于导轨放置在Ⅰ区磁场正中央，从时刻开始，导体棒在安培力的作用下向左运动，时刻离开Ⅰ区时速度为，最后离开Ⅱ区时速度为。求：

（1）时刻，导体棒受到的安培力大小；

（2）导体棒穿越Ⅱ区磁场的过程中，电阻上产生的焦耳热；

（3）Ⅱ区磁场的宽度。

9．（2023届天津市北辰区高三下学期三模物理试题）东方超环（EAST），俗称“人造小太阳”，是中国科学院自主研制的磁约束核聚变实验装置。该装置需要将加速到较高速度的离子束变成中性粒子束，没有被中性化的高速带电离子需要利用“偏转系统”将带电离子从粒子束剥离出来。“偏转系统”的原理简图如图所示，混合粒子中的中性粒子继续沿原方向运动，被接收器接收；而带电离子一部分打到下极板，剩下的进入磁场发生偏转被吞噬板吞噬。已知离子带正电、电荷量为，质量为，两极板间电压为，间距为，极板长度为，离子和中性粒子的重力可忽略不计，不考虑混合粒子间的相互作用。

（1）在极板间施加了一垂直于纸面向里的匀强磁场，使速度为的离子直线通过两极板，求其磁感应强度的大小；

（2）直线通过极板的离子以进入垂直于纸面向外的矩形匀强磁场区域，最后均被吞噬板吞噬。其磁感应强度，求该磁场区域的宽度应满足的条件；

（3）撤去极板间磁场，且边界足够大。若粒子束由两极板中央平行于极板射入，且离子的速度范围，其磁感应强度，有部分带电离子会通过两极板进入偏转磁场，最终被吞噬板吞噬，求离子打到吞噬板的长度。

10．（2023届湖南省岳阳市高三上学期一模模拟物理试题）如图所示，一轨道由半径为0.8m的四分之一竖直圆弧轨道AB和水平直轨道BC在B点平滑连接而成，现有一质量为0.2kg的小物块从A点无初速度释放，BC段长LBC=0.50m，小物块与BC段的动摩擦因数为μ=0.5，小物块滑离C点后恰好落在半径也为0.8m的凹形半圆面上的最底点D处，CE为凹形半圆直径且水平。求：

（1）小物块运动至C点的速度大小；

（2）经过圆弧上的B点时，小物块对B点的压力大小；

（3）小物块在圆弧轨道上克服摩擦力所做的功。

11．（2023届广西柳州市新高三（上）摸底考试物理试题）如图，平面直角坐标系xOy第一象限内存在一个矩形有界磁场（未画出），磁感应强度大小为B、方向垂直于坐标平面向里；第二象限内存在沿x轴负方向的匀强电场。一质量为m、带电量为e的电子从x轴上A点（，0）以大小v0的速度，沿y轴正方向垂直射入电场，电子恰好从y轴上C点（0，2L）进入第一象限，经矩形磁场偏转之后，电子最终从x轴上D点，以与x轴正方向成60°角穿过x轴。不考虑电子的重力，求

（1）匀强电场的电场强度E的大小；

（2）电子在矩形磁场中运动的时间t2；

（3）矩形磁场的最小面积Smin。

12．（2022届浙江省五校高三（下）联考物理试题）如图所示，边长为、质量为、电阻为的匀质正方形刚性导体线框和直角坐标系（x轴水平，y轴竖直）均处于竖直平面内。在第一象限的空间内存在垂直于纸面向里的磁场，磁感应强度在x方向均匀分布，y方向上满足（各量均采用国际单位，k为大于0的未知量）。初始时，线框的A点与坐标原点O重合，边与x轴重合（记为位置1）。现给线框一个沿着x轴正方向的速度，并且给线框一个竖直向上的恒力，当线框A点下降的高度为（记为位置2）时，可以认为线框恰好达到最大速度，且线框中的电流。此后恒力F保持大小不变，方向改为x方向，线框继续运动到位置3（位置3和位置2中A点的横坐标相距），此后轨迹是抛物线。若整个运动过程中，线框始终处于同一竖直平面内，边始终保持水平，不计空气阻力，重力加速度为g，求：

（1）k的数值；

（2）线框从位置1到位置2的时间；

（3）线框从位置2运动到位置3的竖直高度差h。

参考答案：

1．（1）；（2）4m/s；（3）0.1kg

【详解】（1）A球下滑到圆弧最低点过程有

在最低点有

解得

（2）碰后B球作平抛运动有

，

解得

（3）发生弹性碰撞

，

解得

2．（1）；（2）；（3）见解析

【详解】（1）设导体棒ab匀速运动时导体棒ab产生的感应电动势为

流过导体棒的电流大小为

导体棒ab所受安培力为

导体棒ab匀速运动，满足

解得

（2）导体棒ab匀速运动时，cd棒消耗的电功率为

（3）当导体棒ab的速度为v时，其感应电动势大小为

导体棒ab、cd串联，根据闭合电路欧姆定律有

导体棒cd所受安培力为

若mgsinβ>F2，则摩擦力大小为

若mgsinβ≤F2，则摩擦力大小为

3．（1）；（2）L；（3）见解析

【详解】（1）粒子从粒子源发出进入加速电场做匀加速直线运动，根据动能定理可得

（2）加速后的带电粒子以v1的速度进入竖直极板P、Q之间，若在U=0时进入竖直极板P、Q之间的电场，则不发生偏转，沿中心线进入磁场，所以

解得

（3）粒子运动轨迹如图所示

若t=0时进入偏转电场，在电场中匀速直线运动进入磁场时R=L，打在感光胶片上距离中心线最近为

任意电压时出偏转电场时的速度为vn，根据几何关系有

打在感光胶片上的位置和射入磁场位置间的间距（轨迹弦长）

可见该间距与偏转电压无关，在感光胶片上的落点范围宽度等于粒子在电场中的偏转距离，设带电粒子在电场中最大偏转距离y，则

所以粒子在感光胶片上落点距O点的长度范围是2L到之间。

4．（1）；（2）；（3）

【详解】（1）由机械能守恒定律

解得

v1=2m/s

（2）由动量守恒定律

解得

（3）物块做平抛运动，则

解得

5．（1）；（2）；（3），

【详解】（1）线框进入磁场前，由牛顿第二定律

解得

因为线框匀速进入磁场，由电磁感应定律及受力平衡

解得线圈进入磁场区域时的速度大小

（2）由匀加速直线运动规律

解得线圈释放时，边到的距离

（3）由，，得

又因为线框穿过磁场前后，所以；

线框全程匀速穿过磁场，则磁场宽度等于，由功能关系

解得

6．（1），，方向沿x轴正方向向上成角；（2），

【详解】（1）作出粒子运动根据，如图所示

粒子在电场中做类平抛运动，则有

，，

解得

粒子在A点时，沿x轴正方向的速度

粒子在A点的速度

方向沿x轴正方向向上成角。

（2）粒子在磁场中做匀速圆周运动则有

解得

由几何关系可知

解得

粒子做匀速圆周运动的时间，则有

，

粒子从开始运动到回到O点的时间

7．（1）；（2）26N

【详解】（1）根据

爆竹爆炸结束的瞬间，部分获得的速度大小

（2）根据动量守恒

解得爆竹爆炸结束的瞬间，A部分获得的速度大小

根据动能定理

解得，所受淤泥的平均阻力大小

f=26N

8．（1）；（2）；（3）

【详解】（1）时刻，导体棒所在回路的感应电动势

回路的电流

导体棒受到的安培力大小

解得

（2）导体棒穿越Ⅱ区磁场的过程中，产生的总的焦耳热

电阻上产生的焦耳热

（3）金属棒经过磁场Ⅱ过程中有动量定理

其中

解得

9．（1）；（2）；（3）

【详解】（1）离子能直线通过两极板，则洛伦兹力等于电场力

将代入得

（2）由洛伦兹力提供向心力

离子在偏转磁场中的运动半径为

该磁场区域的宽度应满足的条件

（3）撤去极板间磁场后，离子在极板间做类平抛运动，离子入射速度为时，能够进入磁场的离子在电场中的侧移量为，由类平抛运动的规律可得，沿极板方向做匀速直线运动，则有

沿垂直极板方向做匀加速直线运动，则有

解得

由，解得

可知离子的速度满足的带电离子会通过两极板进入偏转磁场。

设进入磁场的离子的速度为，其方向与方向夹角为，运动半径为，运动轨迹的弦长为，如图所示；离子在磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力得

又有

运动轨迹的弦长

离子打到吞噬板的位置与两极板间中轴线的距离为

令，取值范围为：，可得

由数学知识可得：在区间：，为增函数，则有的取值范围为

则离子打到吞噬板的长度

10．（1）；（2）4.25N；（3）

【详解】（1）从C到D平抛分析，由

代入数据解得

m/s

（2）从B到C分析

代入数据解得

m/s

在B点有

代入数据解得

N

根据牛顿第三定律小物块对B点的压力大小为4.25N。

（3）从A到B分析

代入数据解得

11．（1）；（2）；（3）

【详解】（1）电子从A运动到C的过程中做类平抛运动，设其运动时间为，在x方向上有

在y方向上有

联立解得

（2）在x方向上有

所以

在C点根据几何关系可知

因此

，θ = 60°

电子在磁场中

，

根据题意作出电子的运动轨迹示意图如图所示，由图中几何关系可知，电子在磁场中偏转90°

磁场中

所以

（3）图中矩形磁场面积最小，该矩形的宽为r - rcos45°，长为，即有

联立解得

12．（1）；（2） ；（3）

【详解】（1）由右手定则可知线框内电流的方向为逆时针或者，线框位于位置2时恰好达到平衡状态，设下边所在处磁感强度为，上边所在处为，则有

解得

（2）由闭合电路的欧姆定律有

解得

线框从位置1到位置2，线框所受安培力合力方向向下

安培力冲量

带入得

在y方向由动量定理得

解得

（3）线框从位置2到位置3，水平方向做匀加速运动，由牛顿第二定律

得

由运动学规律

得到

轨迹为抛物线，则y方向为匀速运动，有

从位置2到位置3，y方向列动量定理

代入数据可解得