河北省各地区2023年高考物理模拟（三模）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（三模）题按题型分类汇编-03解答题

一、解答题

1．（2023届河北省张家口市高三下学期三模物理试题）如图所示，上端封闭的玻璃管竖直插入足够深的水银槽中，长为L的水银柱将管内的气体分隔成上、下两部分，气柱长均为L，槽内水银在玻璃管内外液面相平。现将玻璃管缓慢竖直向下按压一段距离，稳定后上部分气体长度变为初始状态的一半，已知水银的密度为ρ，重力加速度为g，外界大气压强为2ρgL，该过程中温度保持不变。求：

（1）向下按压玻璃管前，上部分气体的压强p1；

（2）向下按压玻璃管后，槽内水银在玻璃管内外液面的高度差h。

2．（2023届河北省张家口市高三下学期三模物理试题）如图所示，PQ、MN两挡板竖直正对放置，两板长度l均为1m，间距也为1m，两挡板间有垂直纸面向里、磁感应强度大小可调节的匀强磁场。挡板的上边缘P、M处于同一水平线上，在该水平线的上方区域有方向竖直向上的匀强电场，电场强度大小E=10V/m；一带负电粒子自电场中A点以一定速度水平向右发射，恰好从P点处与水平方向成45°射入磁场，从两挡板下边缘Q、N之间射出磁场，运动过程中粒子未与挡板碰撞。已知：该带负电的粒子比荷大小为1.0×105C/kg，粒子发射位置A到水平线PM的距离h=2m，不计粒子的重力。整个装置处于真空中且不考虑地磁场的影响。求：

（1）粒子从A点发射的初速度v0；

（2）求磁感应强度大小的取值范围。

3．（2023届河北省张家口市高三下学期三模物理试题）伽利略大炮是一种极为简易的机械发射装置，由伽利略于1590年左右发明。现我们共同研究伽利略大炮的实验，先将500g的弹性大球单独自由释放，落地反弹高度为下落高度的0.64倍。现在弹性大球上将弹性小球逐个叠放，并将它们从距地面0.8m高处自由释放，如图所示。已知各球相互接触且重心在同一竖直线上，每个弹性球的质量为该球下面接触球质量的一半，各球之间均发生弹性碰撞，作用时间极短，无论弹性大球上面是否叠放弹性小球及叠放几个弹性小球，弹性大球与地面碰撞过程中能量损失均保持不变，重力加速度g取，忽略空气阻力。

（1）若将弹性大球单独从距地面0.8m高处自由释放，求地面对弹性大球所做的功；

（2）若弹性大球上端只放一个弹性小球，求两球碰撞过程中弹性大球对弹性小球的冲量大小；

（3）若要使最上端的弹性小球上升高度不低于45m，求至少需要叠放多少个弹性小球？

4．（2023届河北省保定市高三下学期第三次模拟考试物理试题）如图所示，在xOy平面内存在匀强磁场，y>0区域磁感应强度大小为2B0，y<0区域磁感应强度大小为B0，在O点有一粒子源，可向yOM区域发射速率为v0的同种粒子，OM与x轴正方向夹角30°，已知粒子的质量为m，电荷量为q（q>0），不计粒子间相互作用力和重力，求：

（1）如果粒子的入射方向与y轴夹角30°，求该粒子第一次到达y轴时到O点的距离；

（2）求所有入射方向中粒子第二次经过x轴的最短时间。

5．（2023届河北省保定市高三下学期第三次模拟考试物理试题）某班王同学所用水杯的容积V=480mL，如图所示，盖上杯盖可以把一定量的空气密封在杯内，上午第一节课间向保温杯中注入水温为87℃的饮用水240mL，盖上杯盖到第二节课间时水温变成47℃，打开杯盖喝掉一半水，再盖上杯盖，设封入水杯内的空气的温度很快跟杯内饮用水的温度相同，忽略水蒸气对空气体积的影响和热水因温度变化而引起的体积变化，热力学温度与摄氏温度的关系T=273+t，大气压强为p0=1.0×105Pa，求：

（1）第二节课间打开杯盖前杯内空气的压强p（保留两位有效数字）；

（2）两次盖上杯盖保温杯内封人空气的质量之比。

6．（2023届河北省保定市高三下学期第三次模拟考试物理试题）如图所示，光滑水平面上静止放着一质量为4kg、长为4m的木板ABC，木板由两种不同材料拼接而成，拼接点为B且AB=AC，木板左端有一质量为2kg的小物块（可视为质点），木板与物块开始时均处于静止状态，物块与木板左半部分AB间的动摩擦因数μ1=0.4，与右半部分BC间的动摩擦因数μ2=0.2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10m/s2，若给小物块施加20N的水平恒力F，求：

（1）小物块在AB之间运动过程中小物块和木板的加速度各为多大？

（2）要使物块最终恰好能滑到木板的最右端C，力F需做多少功？

7．（2023届河北省邯郸市高三下学期三模（保温卷）物理试题）某实验小组查阅资料了解到交警查酒驾所用酒精测试仪实际上是由酒精气敏电阻、一个定值电阻及一个电压表组成，某气敏电阻在不同酒精气体浓度下的阻值如下表，酒精测试仪的原理图如图所示。

（1）酒精气体浓度越高，电压表的示数越大，则原理图中___________（选填“R”或“R0”）表示气敏电阻。

（2）在坐标纸上补齐数据表中所给第三组数据，并作出气敏电阻阻值随酒精气体浓度变化的关系曲线。___________

（3）若电源电动势为6V、内阻为2Ω，电压表量程0~3V、内阻非常大，定值电阻阻值为20Ω。某次检测电压表的示数为2V，则检测时酒精浓度约为___________mg/ml。（结果保留二位小数）

8．（2023届河北省邯郸市高三下学期三模（保温卷）物理试题）小明同学设计了一个用弹簧测力计测量环境温度的实验装置，如图所示。导热汽缸开口向上并固定在桌面上，用质量m=600g、截面积S=20cm2的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦，每次测量时保证活塞的位置不变。当弹簧测力计示数为F1=6N时，测得环境温度T1=300K。设外界大气压强p0=1.0×105Pa，重力加速度g=10m/s2.

（1）当弹簧测力计示数为F2=8N时，环境温度T2为多少？

（2）若测力计量程为（0~10N）该装置可测量的环境温度范围为多少？

9．（2023届河北省邯郸市高三下学期三模（保温卷）物理试题）研究高能粒子的运动时，电磁场约束可以控制带电粒子运动的轨迹。如图甲所示为相关研究装置的简化示意图。两块面积足够大的金属板MN水平放置，金属板与可调电源连接形成电场，在两板之间施加磁场。电场强度与磁感应强度随时间的变化规律如图乙所示，电场的正方向为竖直向下，磁场的正方向为垂直于纸面向外，E0与B0已知，电场和磁场交替存在的时间间隔为（持续交替存在，后续时间未画出）。t=0时刻，带正电粒子（质量m，电荷量q，不计重力）在极板M的上边缘向右水平射入，初速度大小为。

（1）若经时间后，粒子未与极板N相撞，求此时粒子速度大小。

（2）若N板的位置可调，为保证粒子在时间内不撞到N板，求MN板间的最小距离。

10．（2023届河北省邯郸市高三下学期三模（保温卷）物理试题）如图所示，长度为的水平传送带左右两端与水平轨道平滑连接，传送带以的速度逆时匀速转动；左侧粗糙轨道的长为，左端R点固定有弹性挡板；右侧光滑轨道的右端与轻质弹簧栓接，弹簧与物块A组成弹簧振子，平衡位置位于N点，PN之间的距离为，弹簧的劲度系数为。初始时物块A、B静止于N点，现缓慢移动物块A至M点后静止释放，MN之间距离为，物块A、B在N点发生弹性碰撞，碰后物块A继续向左运动，物块B向左运动至挡板处，与挡板发生弹性碰撞，碰后向右刚好运动至P点速度减为零，此时物块A刚好向右经过N点。已知物块A、B均可看成质点，物块B与传送带和左侧轨道的滑动摩擦因数均为，弹簧的弹性势能为，弹簧振子的周期公式，m为振子的质量，k为弹簧的劲度系数。

（1）物块B第一次到达Q点的速度大小；

（2）碰后物块B的速度大小范围；（结果可用根号表示）

（3）若碰后物块B的速度为，实现上述过程，求物块B的质量。（结果可用表示）

11．（2023届河北省唐山市高三下学期三模物理试题）如图所示，导热性能良好的汽缸开口向上竖直放在水平地面上，汽缸内封闭一定质量的理想气体。其中缸体质量为M，活塞质量为m，活塞面积为S，活塞距汽缸底部为，汽缸壁厚度及活塞与汽缸之间的摩擦不计。现对活塞施加竖直向上的拉力，使活塞缓慢向上移动，当汽缸底部将要离开地面时，使活塞停止移动。设定环境温度保持不变，外界大气压强为，重力加速度为g。求：

（1）未施加向上拉力之前，活塞静止时缸内气体的压强；

（2）从对活塞施加竖直向上的拉力到停止移动过程中，活塞向上移动的距离是多少。

12．（2023届河北省唐山市高三下学期三模物理试题）如图所示，为边长为L的正方形，在三角形区域内存在垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B。质量为m、电荷量为的带电粒子由Q点沿方向射入磁场，速度大小为v，经磁场偏转后由边离开正方形区域。粒子重力不计，求：

（1）粒子射入磁场的初速度的最大值；

（2）若在三角形区域加一平行边、由N指向P方向的匀强电场，电场强度大小为（E的大小随v的变化而变化），发现粒子仍由边离开正方形区域，求粒子射入磁场的初速度的范围。

13．（2023届河北省唐山市高三下学期三模物理试题）如图所示，倾角的斜面体固定在水平面上，一轻弹簧的下端固定在斜面底端的挡板上，轻弹簧处于原长时其上端位于C点，一根不可伸长的轻质细绳跨过轻质滑轮连接物体A和B，A、B的质量分别为和，均可视为质点。物体A与滑轮间的轻绳平行于斜面，与斜面间的动摩擦因数。现使物体A从距离C点处以的初速度沿斜面向下运动。物体A向下运动将弹簧压缩到最短后，恰能回到C点。弹簧始终在弹性限度内，重力加速度g取，不计空气阻力，整个过程中轻绳处于拉伸状态且物体B未与滑轮接触，不计滑轮摩擦。求：

（1）A沿斜面向下运动到C点时轻绳的拉力；

（2）整个运动过程中弹簧的最大弹性势能；

（3）物体A沿斜面向上运动过程中的最大速度。

14．（2023届河北省石家庄市高三下学期教学质量检测物理试题（三））如图所示，半径为0.5m的光滑圆弧曲面与倾角为足够长的固定粗糙斜面MN在N点平滑相接，质量为0.04kg的小物块B恰好静止在斜面上，此时物块B与N点的距离为0.25m。另一质量为0.2kg的小物块A从与圆心等高处由静止释放，通过N点滑上斜面，与物块B发生弹性碰撞。已知物块A与斜面间的动摩擦因数为0.5，重力加速度g取，两物块均可视为质点，碰撞时间极短，。求：

（1）物块A运动到N点时对曲面的压力；

（2）从物块A与B第一次碰撞到两物块再次碰撞经历的时间。

15．（2023届河北省石家庄市高三下学期教学质量检测物理试题（三））2023年2月，我国首颗超百G高通量卫星中星26号发射成功，开启卫星互联网新时代。如图所示，甲、乙卫星在地球赤道面内绕地球做匀速圆周运动，甲、乙卫星之间可直接进行无线信号通讯，由于地球遮挡甲、乙卫星之间直接通讯信号会周期性中断。已知地球的半径为R，甲卫星的轨道半径为2R，绕地球运行的周期为T，乙卫星的轨道半径为，甲、乙卫星运行方向均和地球自转方向相同。求：

（1）乙卫星绕地球运行的周期；

（2）在一个通讯周期内，甲、乙卫星直接通讯信号中断的时间（不计信号传输时间）。

16．（2023届河北省石家庄市高三下学期教学质量检测物理试题（三））如图所示，在平面直角坐标系xOy中，x轴上方区域存在垂直于纸面向外的匀强磁场。原点O处有一粒子源，可在xOy平面内的x轴上方沿各个方向均匀发射比荷为、速度大小为的带正电的粒子。一足够长的粒子收集板PQ垂直于x轴放置，底端P位于处，当粒子打到收集板时立即被吸收。当粒子沿与x轴正方向夹角为方向发射时，粒子恰好打在收集板上的P点。不计粒子重力和粒子间相互作用，粒子被吸收的过程中收集板始终不带电，已知，。

（1）求磁感应强度B的大小；

（2）在一段时间内，粒子源发射的粒子不能打到收集板PQ上的数目占粒子总数的百分比；

（3）粒子源发射的粒子中会有两个不同方向入射的粒子打在收集板PQ上的同一位置，求PQ上这种位置分布的区域长度。

参考答案：

1．（1）ρgL；（2）L

【详解】（1）设下部分气体压强为p0，对水银柱分析

解得

（2）对上部分气体，根据玻意耳定律

对水银柱分析

对下半部分气体分析

联立可得

2．（1）2×103m/s；（2）

【详解】（1）粒子在电场中做类平抛运动，则有

根据牛顿第二定律有

解得

（2）粒子在磁场运动的速度大小为

粒子在磁场中运动的临界轨迹（从Q射出）如图所示

由几何关系可知，最小半径为

粒子在磁场中做匀速圆周运动，向心力由洛伦兹力提供，即

解得磁感应强度大小的临界值为

所以磁感应强度大小的取值范围为

3．（1）；（2）；（3）弹性大球上至少叠放6个弹性小球

【详解】（1）设弹性大球与地面碰撞前的速度大小为，与地面碰撞后的速度大小为，地面对弹性大球所做的功为，由运动学规律可得，上升过程

下落过程

由动能定理可得

解得

（2）弹性小球与弹性大球发生弹性碰撞，设弹性大球碰后的速度为，弹性小球碰前与碰后的速度分别为，取向上为正方向，由动量守恒定律和能量守恒定律可得

由动量定理可得

解得

（3）由（2）可得第一个弹性小球与弹性大球碰撞之后速度为

整理可得

同理可得第二个弹性小球与第一个弹性小球碰撞之后的速度为

整理可得

……

由数学知识可得

由于要使最上端的弹性小球上升高度不低于，由运动学规律可得

则

解得时

时

故弹性大球上至少叠放6个弹性小球。

4．（1）；（2）

【详解】（1）如图所示，粒子进磁场的方向与方向夹角为．在区域经磁场偏转后进入区域，在两个区域做圆周运动，轨迹圆心为、，由几何知识知道必在轴上．

第一次到达y轴时到O的距离为y

由此可知此时到O点距离为

（2）设粒子进磁场的方向与方向夹角为，第二次经过x轴的时间为t，在区域时间为，在区域时间为

由此可知越小，用时越短

解得

5．（1）0.89×105Pa；（2）

【详解】（1）注入的饮用水，盖上杯盖，以杯内空气为研究对象水杯内空气的压强为，温度；第二节课课间打开杯盖前，空气体积不变，水杯内空气的压强，温度，根据等容变化有

解得

（2）喝水前后可认为温度不变，喝水前水杯内空气的压强，体积；喝水后水杯内空气的压强，体积，把喝水前空气体积折算成一个大气压下的体积，根据玻意耳定律有

喝水前后保温杯内空气质量比

解得

6．（1）6m/s2，2m/s2；（2）54J

【详解】（1）以物块为研究对象，根据牛顿第二定律，有

以木板为研究对象，有

解得

，

（2）设物块刚滑到B点时，撤去外力，此时物块速度为v1，木板速度为v2，此前运动时间为t，则

物块与木板达到共同速度为ⅴ，根据动量守恒定律，有

此过程中物块的位移为x1，木板的位移为x2，则

解得

所以，满足恰好滑到右端的条件，力F在物块滑到B点之前某位置就得撤去，设此位置距离B点为Δx，物块的速度为v3，木板的速度为v4，力F作用的时间为t1，则

恰好滑到右端时的共同速度为，则

物块和木板系统能量守恒

解得

在力F作用的时间内物块的位移为x3，则

力F做的功为

解得

7．     R     见图

     0.44

【详解】（1）[1]由表格数据可知当酒精气体浓度越高，酒精气敏电阻阻值越小，电路的总电阻减小，则总电流越大，所以定值电阻两端是电压会越来越大，根据闭合电路欧姆定律可知酒精气敏电阻两端电压会减小，所以当酒精气体浓度越高，电压表的示数越大，说明电压表测的是定值电阻的电压，原理图中电压表测的R0的电压，所以原理图中R表示气敏电阻；

（2）[2]气敏电阻阻值随酒精气体浓度变化的关系曲线如图所示

(3)[3]设电压表的读数为U，酒精气敏电阻两端的电压为U，干路电流为I，定值电阻为R0=20Ω，根据部分电路欧姆定律可得电路的电流为

根据闭合电路欧姆定律

气敏电阻两端的电压为

此时气敏电阻R的阻值为

由气敏电阻阻值随酒精气体浓度变化的关系曲线可读出此时的浓度为0.44mg/ml

8．（1）297K；（2）294K-309K

【详解】（1）当F1=6N时，有

则气缸内气体压强等于大气压强

当F2=8N时，设此时气缸内气体压强为，对m受力分析有

由题可知气体体积不变，则压强与温度成正比

解得

（2）环境温度越高，气缸内气体压强越大，活塞对细绳的拉力越小，当拉力为0时，此时对应的温度为可测的最高值。由

，

得

当拉力为10N时，此时对应的温度为可测的最小值。由

，

得

该装置可测量的环境温度范围为294K至309K。

9．（1）；（2）

【详解】（1）正电粒子做类平抛运动，经时间后，粒子垂直两板的分速度为

此时粒子速度大小

（2）粒子在磁场中运动周期为

则粒子在洛伦兹力作用下做完整的圆周运动后，继续在电场力的作用下做曲线运动，如图所示

时，设速度与水平方向夹角为，则

即

当第二个圆周运动的半径为

轨迹与N板相切时，MN板间距最小，则最小间距为

得

10．（1） （2） （3）

【详解】（1）设物块B第一次到达Q点的速度为，物块B从Q点到返回P点的过程，由动能定理可得

解得

（2）物块B从与A发生碰撞，到运动至P点的过程做匀速直线运动，后物块B滑上传送带。

第一种情况，若物块B在传送带上一直做匀加速直线运动，碰后物块B的速度最小，设为，由动能定理可得

解得

第二种情况，若物块B在传送带上一直做匀减速直线运动，碰后物块B的速度最大，设为，由动能定理可得

解得

碰后物块B的速度大小范围为

（3）设静止释放后物块A刚到达N点速度为，物块A、B在碰撞后速度分别为和。物块A从释放到刚到达N点，由机械能守恒定律可得

物块A、B发生弹性碰撞，由动量守恒定律和能量守恒定律可得

碰后物块A做简谐运动，物块B先在NQ    段做匀速直线，运动时间为，在左侧轨道做匀减速直线运动后与挡板碰撞，碰后一直匀减速到P点，设整个减速过程时间为，则可得

物块B运动至P点时物块A刚好向右经过N点，利用二者运动时间相等得

其中

联立解得

由于物块B的质量大于0，可得

由碰后物块A继续向左运动，可得

解得

可知，代入数据求得

11．（1）；（2）

【详解】（1）选活塞为研究对象，根据平衡条件有

解得

（2）选缸体为研究对象，当气缸底部将要离开地面时，根据平衡条件有

解得

选封闭气体为对象，根据玻意耳定律有

解得

则活塞移动的距离为

12．（1）；（2）

【详解】（1）要使带电粒子从边离开正方形区域，其偏转半径最大值为

根据

解得

（2）在三角形区域施加电场后，使带电粒子仍从边离开正方形区域，设射入最小速度为，对应半径为，根据

带电粒子进入电场后做类平抛运动，根据

，

根据

根据题意有

解得

则带电粒子射入磁场的速度范围为

13．（1）；（2）；（3）

【详解】（1）以物体B为研究对象，根据牛顿第二定律有

以物体A为研究对象，根据牛顿第二定律有

解得

（2）设弹簧最大形变量为x，此时弹簧弹性势能为。由初始位置至物体A运动到最低点过程中，选弹簧、物体A、物体B及其轻绳组成的系统为研究对象，根据能量守恒有

由物体A从最低点运动到C点过程中，选弹簧、物体A、物体B及其轻绳组成的系统为研究对象，根据能量守恒有

解得

（3）设物体A向上运动速度达最大时弹簧的形变量为，轻绳拉力为，选A为研究对象，根据平衡条件有

选B为研究对象，根据平衡条件有

解得

物体A由最低点返回到C点过程中，物体A、B轻绳组成的系统做简谐运动，由简谐运动规律有

物体A由速度最大位置返回到C点过程中，选物体A、B轻绳和弹簧组成的系统，根据能量守恒有

根据功能关系，弹簧弹性势能减小的大小为

解得

14．（1），与竖直方向夹角斜向下；（2）

【详解】（1）物块A从静止开始下滑到底端的过程中，由机械能守恒得

设物块A运动到N点时受到曲面的支持力为，由牛顿第二定律得

联立解得

由牛顿第三定律得曲面受到的压力

与竖直方向夹角斜向下;

（2）滑上斜面后，对物块A，设加速度为a，与物块B碰撞前速度为v，由牛顿第二定律可得

由运动运动学公式可得

联立解得

物块A与物块B发生弹性碰撞，碰撞后物块A速度为，物块B速度为，满足动量守恒、动能守恒，即

联立解得

因为物块B恰好静止在斜面上，碰撞后物块B匀速运动，物块A与物块B碰后，物块A以加速度a匀加速运动，设经时间t第二次碰撞，由运动学公式可得

解得

15．（1）；（2）

【详解】（1）设卫星乙绕地球运动的周期为，由开普勒第三定律

解得

（2）如图所示，由于地球遮挡甲、乙卫星之间通讯信号会周期性中断，设在一个通讯周期内，甲、乙卫星通讯中断的时间为t，有  

而

故有

由几何可知

所以

由几何关系知

故

综上可得

（或）

16．（1）；（2）；（3）

【详解】（1）当粒子沿与x轴正方向夹角为方向发射时，粒子恰好打在收集板上的P点，粒子运动轨迹如图所示

由几何关系可知粒子运动的轨道半径为

在磁场中由洛伦兹力提供向心力，则有

解得

（2）当粒子轨迹恰好和收集板相切时，粒子运动轨迹如图所示

由几何关系可知

解得粒子速度与x轴负方向的夹角

在一段时间内，粒子源发射的粒子不能打到收集板上的数目占粒子总数的百分比为

（3）粒子源发射的粒子有两个不同方向入射的粒子打在在PQ上的同一位置，临界点1：如图所示

初速度与轴成的粒子轨迹直径与PQ交于M，这是PQ上离P最远的亮点

解得

则有

临界点2，如图所示

初速度与轴成的粒子轨迹与PQ相切于N，则有

解得

则有

综合上述，所求区域长度为