河北省各地区2023年高考物理模拟（二模）题按题型分类汇编-03解答题

河北省各地区2023年高考物理模拟（二模）题按题型分类汇编-03解答题

一、解答题

1．（2023届河北省衡水市部分重点高中高三下学期二模物理试题）如图所示，导热良好的密闭容器内封闭有压强为的空气，现用抽气筒缓慢从容器底部的阀门处（只出不进）抽气两次。已知抽气筒每次抽出空气的体积为容器容积的，空气可视为理想气体，求：

（1）容器内剩余空气的压强p；

（2）容器内剩余空气和抽出空气的质量之比k。

2．（2023届辽宁省抚顺市重点高中六校协作体高三下学期二模联考物理试题）2022年北京冬季奥运会冰壶比赛的水平场地如图所示，运动员推动冰壶从发球区松手后，冰壶沿中线做匀减速直线运动，最终恰好停在了营垒中心．若在冰壶中心到达前掷线时开始计时，则冰壶在第末的速度大小，在第内运动了，取重力加速度大小。求：

（1）冰壶与冰面间的动摩擦因数；

（2）营垒中心到前掷线的距离。

3．（2023届辽宁省抚顺市重点高中六校协作体高三下学期二模联考物理试题）如图所示，光滑平行轨道的水平部分（虚线右侧）存在方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场，段轨道宽度为，段轨道宽度为L，质量为m、长度为的均质金属棒Q静止在段，将另一完全相同的金属棒P从段距水平轨道高h处无初速释放，由于回路中除两金属棒外的电阻极小，段和段轨道均足够长，一段时间后两金属棒均匀速运动，重力加速度大小为g，求：

（1）金属棒P在磁场中运动的最小速度；

（2）两金属棒距离最近时金属棒Q两端的电压U。

4．（2023届河北省张家口市高三下学期第二次模拟考试物理试题）如图所示，一导热性能良好的汽缸水平放置在地面上，一质量为M的活塞将一定质量的理想气体密封在汽缸内，系统平衡时，活塞与汽缸底部之间的距离为。现有一颗质量为m的子弹以速度射向活塞并留在其中，活塞向左运动后速度变为零。已知不计活塞与汽缸间的摩擦，活塞横截面积为S，大气压强为，环境温度保持不变，汽缸始终处于静止状态，求：

（1）活塞距离汽缸底部最近时，封闭气体的压强；

（2）活塞从开始运动到活塞距离汽缸底部最近的过程中，封闭气体放出的热量。

5．（2023届河北省张家口市高三下学期第二次模拟考试物理试题）如图甲所示，地面上固定一倾角的斜面，一轻弹簧与斜面平行放置，一端固定在斜面底端。某同学将一智能手机固定在L形挡板上，现打开手机上的加速度传感器，同时让L形挡板和手机从斜面上某处由静止开始下滑。以释放处L形挡板的前端为坐标原点O，沿斜面向下建立Ox轴，通过投屏软件电脑屏幕上显示出挡板运动的加速度a与其位移x之间的部分关系如图乙所示。已知手机与L形挡板的总质量，弹簧始终处于弹性限度内，重力加速度g取，，，。求；

（1）L形挡板与斜面间的动摩擦因数与弹簧的劲度系数；

（2）弹簧的最大弹性势能，（计算结果保留两位有效数字）

6．（2023届河北省张家口市高三下学期第二次模拟考试物理试题）在半导体集成电路制造过程中需要生产出纯度很高的，可精确控制的一价硼离子束。具体流程如图甲所示，离子源腔室可产生包含有、、、和的等离子体，这些离子从一条狭缝进入吸极并把带正电的离子选出来，正离子通过吸极后垂直于磁场方向进入分析磁体控制的空间，被分析磁体选出的离子束引人到加速管调速，最终获得满足需要的离子束进入工艺腔内。吸极结构示意图如图乙所示，吸极由两个带缝隙的平行金属板（即抑制电极和引出电极）构成，引出电极接地，离子源腔体和引出电极之间的吸极电压为，抑制电极和引出电极之间的抑制电压为。分析磁体提供截面半径为R的圆柱型匀强磁场区域，磁感应强度可调。已知等离子体中的多数离子动能很接近，设为，电子的动能比较大，忽略离子所受重力，元电荷为e。

（1）求从引出电极飞出的离子的动能，以及恰好不能通过抑制电极的电子在离子源中的动能

（2）硼有两种同位素和，若离子质量为10m，在磁场中恰好偏转了90°角，求分析磁体提供的磁感应强度B的最小值。

（3）航天用集成电路要求生产芯片用的硼必须是。离子束进入磁场时并不严格平行而是有个很小的散开角θ，如图丙所示，如果θ较大将导致离开磁场时两种B+离子没有分离，请在（1），（2）问的基础上分析，为了使两种离子分离求这个散开角θ的范围。（提示：请考虑使用散开角度很小，离子轨道半径接近时的近似条件（结果可用根式表示）

7．（2023届河北省邯郸市高三下学期二模物理试题）一汽缸竖直放在水平地面上，缸体质量，活塞质量，活塞横截面积，活塞上面的气缸内封闭了一定质量的理想气体，下面有气孔与外界相通，大气压强。活塞下面与劲度系数的轻弹簧相连，当汽缸内气体温度为127℃时弹簧为自然长度，此时缸内气柱长度，取，活塞不漏气，且与缸壁无摩擦。现给封闭气体加热，求：

（1）当汽缸恰好脱离地面时，缸内气体的温度；

（2）缸内气柱长度时，缸内气体的压强。

8．（2023届河北省邯郸市高三下学期二模物理试题）如图所示，质量为的小球用长度的轻绳悬挂于点，小球对平台刚好无压力，质量为的小物块从A点以初速度的速度运动，在B点物块与小球发生弹性碰撞，已知，物块与平台间的动摩擦因数，碰后小球在竖直平面内做圆周运动，物块滑上右侧传送带，已知传送带以的速度顺时针转动，传送带与物块间的动摩擦因数也为，传送带的长度，重力加速度取。

（1）求小球运动到最高点时绳上的拉力大小；

（2）物块在传送带上从左端滑到右端的过程中，由于运输物块电动机多消耗的电能是多少？

9．（2023届河北省邯郸市高三下学期二模物理试题）如图所示，无限长且相距的光滑平行导轨固定在水平地面上，整个空间存在着与导轨平面相垂直且竖直向上的匀强磁场。导轨上放有导体棒、，导体棒固定，导体棒通过光滑定滑轮用轻绳连接物体。已知导体棒、、物体的质量均为，匀强磁场的磁感应强度，初始时系统在外力作用下处于静止状态，现将物体竖直向上移动后静止释放。已知、棒电阻相等，均为。其他电阻不计，重力加速度取。

（1）求导体棒的最大速度大小。

（2）若从绳绷紧到导体棒速度最大时经历的时间为，求导体棒向右移动的距离。

（3）若在导体棒速度最大时，剪断轻绳，同时解除导体棒的固定，当、棒稳定时再在的左侧释放一个与、相同的导体棒，从剪断轻绳到导体棒、、稳定时，求导体棒上产生的总焦耳热。

10．（2023届河北省唐山市普通高中学业水平选择性考试第二次模拟演练物理试题）公园水池底部有一盏红灯，可视为点光源，红灯正上方漂浮一不透明的球体，球体半径为R，已知池水深度为2R，球体一半没入水中，水的折射率为，试求该红灯能照亮的水面面积为多少。

11．（2023届河北省唐山市普通高中学业水平选择性考试第二次模拟演练物理试题）两根平行细杆做成如图所示轨道，水平部分和倾斜部分夹角为，两部分长度相同，两杆间的距离。需要运送的圆柱形构件的截面半径为R，构件质量分布均匀，长度远小于轨道长度。将构件从轨道最高点自由释放，到达水平轨道最左端时速度恰好减到零，若不考虑构件从倾斜轨道到水平轨道连接处的能量损失。试求：

（1）构件加速下滑时，其中一根细杆对构件的弹力与构件重力的比值；

（2）滑杆与构件间的动摩擦因数μ（结果可带根号）。

12．（2023届河北省唐山市普通高中学业水平选择性考试第二次模拟演练物理试题）如图所示，有足够长的光滑水平导轨CDC′D′和EFE′F′，各段导轨均平行，左侧部分间距为0.5m，右侧部分间距为1m，两部分导轨间有磁感应强度大小为B=10T，方向相反的匀强磁场。有两根相同的金属棒a、b，质量均为2kg且分布均匀，电阻与棒长成正比。将金属棒a、b分别垂直放在左右两部分导轨上，开始时a棒位于图中DD′位置，b棒位于EE′位置。b棒用足够长的绝缘细线绕过光滑定滑轮和一物块c相连。物块c的质量为3kg，c开始时距地面的高度为h=8.55m。物块c由静止开始下落，触地后不反弹。物块c触地时a、b两棒速率之比1:3，物块c下落过程中b棒上产生的焦耳热为30J，设两棒始终在磁场中运动，整个过程中导轨和金属棒接触良好，且导轨光滑电阻不计，g=10m/s2。求：

（1）物块c触地时，b棒的速度大小；

（2）从b棒开始运动到c落地的过程中通过棒的电荷量；

（3）从物块c触地后开始，到两棒匀速运动过程中系统产生的热量。

参考答案：

1．（1）；（2）

【详解】（1）设容器的容积为，则每次抽出空气的体积为，设第一次抽气后容器内剩余空气的压强为，有

解得

（2）假设将容器内剩余气体等温压缩到压强为时的体积为，则

解得

2．（1）；（2）

【详解】（1）假设冰壶速度减到0后冰壶可以反向退回，则冰壶的加速度大小

若冰壶以加速度减速，则冰壶在最后通过的位移

所以冰壶在第内的某瞬间已经停止运动，令，设冰壶运动所用的时间为t，则有

，

解得

（2）根据运动学公式有

解得

3．（1）；（2）

【详解】（1）金属棒P下滑刚进入磁场时，速度最大，设最大速度为，之后金属棒P在安培力作用下做减速运动，金属棒Q做加速运动，直到两金属棒产生的电动势等大、反向，回路的电流为零，设金属棒Q匀速运动时的速度大小为，整个过程中通过回路中某截面的电荷量为q，时间为，平均电流为,则有

金属棒P由动量定理

金属棒Q由动量定理

解得

（2）两金属棒在水平轨道做变速运动时，金属棒P的加速度大小始终等于金属棒Q的加速度大小的两倍。运动过程中的图像如图所示

显然图像的交点的纵坐标为，而两金属棒速度大小相等时距离最近，设此时金属棒P产生的电动势为E，金属棒Q在电路中产生的反电动势为，回路中的感应电流为I，设金属棒Q接入电路的电阻为R，则金属棒P接入电路的电阻为，则有

又Q棒未介入电路的部分也有切割电动势，则

解得

4．（1）（2）

【详解】（1）由玻意耳定律得

解得

（2）子弹击中木块时，对活塞与子弹由动量守恒定律有

活塞压缩气体的过程中，由动能定理得

由热力学第一定律得

解得

5．（1）0.5，40N/m；（2）0.24J

【详解】（1）由图乙知挡板接触弹簧前的加速度大小为

由牛顿第二定律有

解得

当时弹簧被压缩长度为

此时有

解得

（2）设弹簧的最大压缩量为克服弹簧弹力做功为

由动能定理有

弹簧的最大弹性势能

解得

6．（1），；（2）；（3）

【详解】（1）吸极电压对离子做正功

解得

离子源和抑制电极间的电场对电子做负功，对电子有

解得

（2）离子在磁场中做半径为的匀速圆周运动，当最大时，磁感应强度最小，如图所示

由几何知识可知，的最大值为

在磁场中运动时，由牛顿第二定律可得

解得

（3）离子在磁场中运动的轨迹半径为

离子在磁场中运动时由牛顿第二定律可得

又

可得离子在磁场中运动的轨速半径为

可知两离子半径相差很小，若和离子入射无偏转角时，近似认为两离子经过磁场的过程均偏转了90°，射出磁场时两离子间的距离为轨迹半径之差，如图所示。

即

当入射方向向轨迹圆外侧（向左）偏θ角时，根据几何关系可知离开磁场时偏转的距离为

同理当入射方向向轨迹圆内侧（向右）偏θ角时，离开磁场时偏转的距离为

若恰好不能单独析取时，则满足

解得

所以若能单独析取，应满足

7．（1）；（2）

【详解】（1）初始时，以活塞为研究对象受力分析，有

当汽缸刚要离开地面时，对汽缺、气体、活塞整体受力分析，有

解得

再对汽缸受力分析，汽缸内气体压强为

由理想气体状态方程可得

解得

（2）汽缸恰好离开地面时，气柱长度为

故当气柱长度为时，汽缸已经离开地面，气体在做等压膨胀，此时汽缸内气体压强为

8．（1）；（2）

【详解】（1）设物块与小球碰撞前的速度为，由动能定理得：

解得

物块与小球间的碰撞满足动量守恒，取水平向右为正方向，则有

根据能量守恒有

解得

，

设小球在最高点的速度为，小球由最低点到最高点的过程中根据动能定理有

根据牛顿第二定律有

解得

（2）假设物块滑上传送带后先做匀加速直线运动，后做匀速运动，设加速时间为，根据牛顿第二定律有

根据运动学公式有

解得

物块的位移为

解得

，故假设成立。

由于传送物块电动机多消耗的电能等于传送带克服摩擦力所做的功

因此电动机多消耗的电能为。

9．（1）；（2） ；（3）

【详解】（1）导体棒速度最大时，处于平衡状态，设的最大速度为，则有

解得

（2）物体从静止释放到绳绷紧，的机械能守恒，可知

解得

绳绷紧的瞬间导体棒与物体组成的系统满足动量守恒

从绳绷紧到速度最大，对物体

对导体棒

对导体棒与物体组成的系统

对物体和导体棒由动量定理得

即

解得

（3）从剪断轻绳到、棒稳定，系统满足动量守恒

解得

导体棒产生的焦耳热

再释放一个导体棒则系统依然满足动量守恒

解得

则导体棒产生的焦耳热

从剪断轻绳到、、稳定，导体棒上产生的总焦耳热为

10．

【详解】依题意，当从红灯处发出的光线恰好与球面相切时，设此时照射到水面光线的入射角为，由几何知识，可得

所以与球面相切的光线照射到水面时，均能发生折射射出水面，由几何知识可得此时光线射出的位置到球心的距离为

求得

当从红灯处发出的光线照射到水面时恰好发生全发射，由几何知识可得

求得该处光线到球心处的距离满足

由几何知识可得，该红灯能照亮的水面面积为

11．（1）；（2）

【详解】（1）对构件受力分析如图

N=mgcos45°

对构件在垂直轨道的平面内受力分析如图

N1=Ncos45°

则

（2）下滑时受力分析如下

则有

mgsin45°-2μN1=ma1

又有，则

a1=a2

解得

12．（1）9m/s；（2）1.2C；（3）45J

【详解】（1）设a、b棒的有效长度为L和2L，则接入电路的阻值分别为R和2R，流过两棒的电流相等，所以

根据能量守恒定律有

解得

，

（2）对a棒，根据动量定理有

解得

（3）物块c触地后，a棒向左做加速运动，b棒向右做减速运动，最终两棒匀速时回路中的电流为零，即两棒切割磁感线产生的感应电动势大小相等，即

联立解得

，

根据能量守恒定律有

解得