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
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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
福建省各地区2023年高考物理模拟(二模)题按题型分类汇编-04解答题: 这是一份福建省各地区2023年高考物理模拟(二模)题按题型分类汇编-04解答题,共30页。试卷主要包含了解答题等内容,欢迎下载使用。
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