北京市丰台区2020届-2022届高考物理三年模拟（一模）试题汇编-解答题

这是一份北京市丰台区2020届-2022届高考物理三年模拟（一模）试题汇编-解答题，共20页。试卷主要包含了守恒是物理学中的重要思想，类比是研究问题的常用方法等内容，欢迎下载使用。
北京市丰台区2020届-2022届高考物理三年模拟（一模）试题汇编-解答题1．（2021·北京丰台·一模）如图所示，两根足够长的光滑金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上，两导轨间距为La一根质量为m的金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直。M、P两点间接有阻值为R的电阻，其余部分电阻不计。装置处于磁感应强度为 B的匀强磁场中，磁场方向垂直于斜面向上。让金属杆ab沿导轨由静止开始下滑，下降高度h时达到最大速度。金属杆下滑时与导轨接触良好，已知重力加速度为go求：（1）金属杆由静止释放瞬间的加速度大小；（2）金属杆最大速度的大小；（3）从静止到最大速度的过程中，电阻R上产生的热量。2．（2021·北京丰台·一模）图甲为2022年北京冬奥会国家雪车雪橇中心“游龙”总览图。赛道含长度x的水平直道出发区（图甲中1位置）和滑行区，滑行区起终点高度差为h，赛道截面为U型槽，图甲中4位置为螺旋弯道，转弯半径为ro某运动员和雪车总质量 m，在该赛道完成了一次“钢架雪车”测试赛。运动员在出发区的运动可视为由静止开始的匀加速运动，离开出发区时速度为v1；在整个滑行区滑行的路程为s，到达终点时速度为v2.已知重力加速度为g，求：  （1）运动员在出发区加速度的大小；（2）运动员和雪车在滑行区所受平均阻力的大小；（3）如图乙和丙所示，若运动员在螺旋弯某处速度为v3，求此时刻钢架雪车平面与水平面夹角θ的正切值（不计阻力）。3．（2021·北京丰台·一模）我国的东方超环（EAST）是研究可控核聚变反应的超大型科学实验装置。装置中的中性化室将加速到很高能量的离子束变成中性粒子束，注人到发生聚变反应的等离子体中，将等离子体加热到发生聚变反应所需点火温度。没有被中性化的高能带电离子对实验装置有很大的破坏作用，因此需要利用“剩余离子偏转系统”将所有带电离子从粒子束剥离出来。剩余离子电偏转系统的原理如图所示，让混合粒子束经过偏转电场，未被中性化的带电离子发生偏转被极板吞噬，中性粒子继续沿原有方向运动被注人到等离子体中。若粒子束中的带电离子主要由动能为、、 的三种正离子组成。所有离子的电荷量均为q，质量均为m，两极板间电压为U，间距为d。（1）若离子的动能Ek由电场加速获得，其初动能为零，求加速电压U0；（2）要使三种带电离子都被极板吞噬，求：a．离子在电场中运动的最长时间b．偏转极板的最短长度（3）剩余离子偏转系统还可以利用磁偏转进行带电离子的剥离。如图所示，粒子束宽度为d，吞噬板MN长度为2d。要使三种能量的离子都能打到吞噬板上，求磁感应强度大小的取值范围。4．（2021·北京丰台·一模）守恒是物理学中的重要思想。请尝试用守恒思想分析下列问题：（1）如图所示将带正电荷Q的导体球C靠近不带电的导体。沿虚线将导体分成A、B两部分，这两部分所带电荷量分别为QA、QB判断这两部分电荷量的正负及大小关系，并说明理由。（2）康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，用X光子与静止电子的碰撞模型可以解释这一现象。请在图中通过作图表示出散射后X光子的动量，并简述作图的依据。（3）波是传递能量的一种方式，传播过程能量守恒。简谐波在传播过程中的平均能量密度表示单位体积内具有的能量：，其中A为简谐波的振幅， 为简谐波的圆频率（波传播过程中不变），为介质的密度。能流密度I表示波在单位时间内流过垂直单位面积上的平均能量。a.简谐波沿直线传播的速度为v，证明波的能流密度b.球面简谐波是从波源处向空间各个方向传播的简谐波，在均匀介质中传播时振幅会发生变化。忽略传播过程中的能量损失，求波在距波源r1和r2处的振幅之比A1：A 2。5．（2022·北京丰台·一模）如图所示，足够长的平行光滑金属导轨水平放置，宽度，一端连接的电阻。导轨所在空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度。导体棒MN放在导轨上，其长度恰好等于导轨间距，与导轨接触良好。导轨和导体棒的电阻忽略不计。在平行于导轨的拉力F作用下，导体棒由静止开始沿导轨向右以的加速度匀加速运动，已知导体棒的质量。求：（1）速度时，导体棒MN中感应电流I的大小和方向；（2）请推导拉力F随时间t变化的关系式；（3）若在时撤掉拉力，求从撤掉拉力到导体棒停止运动的过程中，导体棒克服安培力所做的功W。6．（2022·北京丰台·一模）如图所示，半径为R的光滑半圆轨道固定在竖直平面内，半圆与光滑水平地面相切于最低点A。质量为m的小球以初速度从A点冲上竖直圆环，沿轨道运动到B点飞出，最后落在水平地面上的C点，重力加速度为g，不计空气阻力。（1）求小球运动到轨道末端B点时的速度大小v；（2）求A、C两点间的距离x；（3）若半圆形轨道不光滑，小球仍以初速度从A点冲上半圆轨道后，恰好能沿轨道运动到B点飞出，落在水平地面上D点。请你在图中标出D点的大致位置；并求出小球落在C点时动能与落在D点时动能的差值。7．（2022·北京丰台·统考一模）类比是研究问题的常用方法。（1）情境1：如图甲所示，设质量为的小球以速度与静止在光滑水平面上质量为的小球发生对心碰撞，碰后两小球粘在一起共同运动。求两小球碰后的速度大小v；（2）情境2：如图乙所示，设电容器充电后电压为，闭合开关K后对不带电的电容器放电，达到稳定状态后两者电压均为U；a．请类比（1）中求得的v的表达式，写出放电稳定后电压U与、和的关系式；b．在电容器充电过程中，电源做功把能量以电场能的形式储存在电容器中。图丙为电源给电容器充电过程中，两极板间电压u随极板所带电量q的变化规律。请根据图像写出电容器充电电压达到时储存的电场能E；并证明从闭合开关K到两电容器电压均为U的过程中，损失的电场能；（3）类比情境1和情境2过程中的“守恒量”及能量转化情况完成下表。情境1情境2动量守恒  损失的电场能减少的机械能转化为内能  8．（2022·北京丰台·一模）2021年4月我国空间站天和核心舱成功发射，核心舱首次使用了一种全新的推进装置——霍尔推力器。其工作原理简化如下：如图甲所示，推力器右侧阴极逸出（初速度极小）的一部分电子进入放电室中，放电室内由沿圆柱体轴向的电场和环形径向磁场组成，电子在洛伦兹力和电场力的共同作用下运动，最终大多数电子被束缚在一定的区域内，与进入放电室的中性推进剂工质（氙原子）发生碰撞使其电离；电离后的氙离子在磁场中的偏转角度很小，其运动可视为在轴向电场力作用下的直线运动，飞出放电室后与阴极导出的另一部分电子中和并被高速喷出，霍尔推力器由于反冲获得推进动力。设某次核心舱进行姿态调整，开启霍尔推力器，电离后的氙离子初速度为0，经电压为U的电场加速后高速喷出，氙离子所形成的等效电流为I。已知一个氙离子质量为m，电荷量为q，忽略离子间的相互作用力和电子能量的影响，求：（1）单位时间内喷出氙离子的数目N；（2）霍尔推力器获得的平均推力大小F；（3）放电室中的电场和磁场很复杂，为简化研究，将图甲中磁场和电场在小范围内看做匀强磁场和匀强电场，俯视图如图乙所示，设磁感应强度为B，电场强度为E。选取从阴极逸出的某电子为研究对象，初速度可视为0，在小范围内运动的轨迹如图，已知电子质量为me，电荷量为e，忽略电子间，电子与离子间的相互作用力，求电子在沿轴向方向运动的最大距离H。9．（2020·北京丰台·一模）某公园内有一个滑梯，滑板长度为L，滑板与水平地面的夹角为θ。一质量为m的儿童从顶端滑下，滑板和儿童裤料之间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g。求：（1）儿童滑到底端过程中重力做的功；（2）儿童到达滑梯底端时儿童的动能；（3）儿童下滑过程中因摩擦产生的热量。10．（2020·北京丰台·统考一模）如图所示，光滑绝缘水平面AB与竖直放置半径为R的光滑绝缘半圆弧BC在B点平滑连接，在水平面AB上方，存在电场强度的水平方向匀强电场。一可视为质点带电量为+q的小球从距B点4R的D点无初速释放，从C点飞出后落在水平面上的H点。小球质量为m，重力加速度为g。求：（1）小球运动到B点的速度大小；（2）小球运动到C点时，轨道对小球压力的大小；（3）BH的长度。11．（2020·北京丰台·一模）如图所示，一颗质量为m的子弹以一定的水平速度v0射入静止在水平地面上的质量为M的木块中，具有共同速度后，一起向前滑行一段距离x后静止。已知子弹的质量m=0.01kg，v0=100m/s，M=0.99kg，x=0.25m，子弹射入木块的深度d=1cm。取g=10m/s2。（1）甲同学认为子弹射入木块的过程中，子弹和木块组成的系统动量守恒。请按照甲同学的思路完成以下任务。a．求子弹射入木块达到相对静止时的共同速度v和木块与地面水平间的动摩擦因数μ；b．设子弹与木块间的相互作用力为恒力，求此相互作用力F的大小和子弹射入木块过程所经历的时间t。（2）乙同学认为木块与水平地面间存在摩擦力的作用，子弹射入木块过程中子弹与木块系统动量不守恒，不能应用动量守恒定律求子弹与木块的共同速度。请说说你对乙同学观点的看法。12．（2020·北京丰台·一模）物理现象的分析有宏观与微观两个视角。现讨论如下情境：在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中，两根足够长的光滑平行金属轨道MN、PQ固定在水平面内，相距为L，电阻不计。电阻为R、质量为m的金属导体棒ab垂直于MN、PQ放在轨道上，与轨道接触良好，导体棒ab的中点用轻绳经过滑轮与质量为M的物块相连。物块放在水平地面上，轻绳处于竖直方向上刚好张紧，如图1所示。MP间接有电动势为E、内阻为r的电源，其它连接导线的电阻不计，不计一切摩擦。已知：B=1T，L=0.5m，R=2Ω，E=3V，r=1Ω，M=0．02kg，m=0．01kg，g=10m/s2，电子的质量为m0，电量为e。闭合S，导体棒ab从静止开始向运动，若某时刻导体棒运动速度为v，此时回路中的电流可用公式进行计算，为回路中的总电阻。求：（1）闭合电键S瞬间，电路中的电流；（2）分析导体棒水平方向所受各力变化的情况，定性画出导体棒速度与时间的变化图像；（3）计算导体棒稳定运动后，自由电荷运动沿棒方向受到的碰撞阻力的平均值与沿棒方向的洛伦兹力大小的比值。
参考答案：1．（1）；（2）；（3）【详解】(1)杆刚释放瞬间不受安培力，由牛顿第二定律得解得(2)当杆受的安培力等于重力沿斜面的分力时，其速度最大，设为vm，则联立解得(3)由能量守恒，杆的重力势能转化为其动能和焦耳热将代入，解得2．（1）；（2）；（3）【详解】（1）以运动员和雪车整体为研究对象，匀加速过程有则（2）以运动员和雪车整体为研究对象，对滑行过程应用动能定理（3）运动员和雪车在螺旋弯运动时任意时刻在水平方向匀速圆周运动，重力和支持力合力提供向心力，由匀速圆周运动牛顿第二定律得解得3．（1）；（2）a.；b.；（3）。【详解】（1）根据动能定理解得（2）a.所有打在极板上的离子中，运动时间最长的离子偏转距离为d；，则最长时间b.要使所有高子都能被极板吞噬，上极板左边缘进入的全能量离子要恰好打到下极板的右边缘。此过程离子水平飞行的距离即为极板最短长度，根据，可得：（3）由分析可知，粒子束上边缘进入的三分之一能量离子到达吞噬板上边缘时，半径最小，磁感应强度最大，根据：；可得：粒子束下边缘进入的全能量离子到达吞噬板下边缘时，半径最大，磁感应强度最小，此时：，，得：所以，磁感应强度的取值范围为：4．（1）QA=QB；；（2）见解析；（3）a.；b.。【详解】（1）由器电感应，A部分带正电、B部分带负电，由电荷量守恒，A、B两部分电荷量的大小相等，QA=QB；（2）设散射后X光子的动量为p3，根据碰撞过程动量守恒和平行四边形定则（或三角形定则），画图如图所示（3）a．沿传播方向，任取于传播方向垂直的横截面，面积为S。在△t时间内流过S面的能量单位时间内流过垂直单位面积上的平均能量联立解得b．在第二间的基础上，△t时间内流过S1面上的能量△t时间内流过S2面上的能量由能量守恒联立解得5．（1）2A，N到M；（2）；（3）1.25J。【详解】（1）感应电动势为E=BLv=1×0.4×5V=2V根据闭合电路欧姆定律得电流方向N到M。（2）根据牛顿第二定律 E=BLv  解得（3）在时撤掉拉力，此时速度从撤掉拉力到导体棒停止运动的过程中，导体棒克服安培力所做的功6．（1）；（2）；（3），【详解】（1）选AC所在平面为零势能面，从到由机械能守恒定律得解得（2）由平抛运动的规律得联立解得（3）若轨道不光滑，小球恰好能沿轨道运动到B点飞出，在B点，重力提供向心，根据牛顿第二定律得从点飞出后，根据平抛运动规律解得在图上位置如图所示在点时，根据动能定理得落在点时。根据动能定理得解得则7．（1）；（2），证明看详解；（3）情境1中填损失的机械能为，情境2第一个空填电荷守恒，情境2第三个空填失的电场能转化为内能【详解】（1）根据动量定理，有有故两小球碰后的速度大小为。（2）a．根据题意，进行类比，有得故关系式为。b．根据图像，有损失电场能为代入U的关系式，可得因则有（3）[1]对情景1的第二个空，类比情境2中第二个空，则情境1中填损失的机械能，有，则有故该空填损失的机械能为。[2]对情境2中的第一个空类比情境1中第一个空，对情境1中第一个空，动量为，而对于情境2，C与U的乘积表示电荷，所以该空填电荷守恒。[3]类比情境1中第三个空，情境2中的三个空可填损失的电场能转化为内能。8．（1）；（2）；（3）【详解】（1）由电流定义，等效电流解得（2）以Δt内喷出的n个氙离子为研究对象，设氙离子喷出速度为v，由动能定理由动量定理，联立得由牛顿第三定律得，推力器获得推力（3）设电子运动到轴向最大距离H时的速度为vm，方向垂直于E，将任意时刻电子的速度v分解在沿E方向和垂直于E方向上，分别为v1、v2，与v1对应的洛伦兹力f2垂直E方向向上，大小为电子由静止运动到最大距离过程中，垂直E方向应用动量定理得电子由静止运动到最大距离的过程中，由动能定理得联立解得9．（1）；（2）；（3）【详解】（1）重力做功（2）由受力分析可知根据动能定理得（3）摩擦生成的热量为10．（1）；（2）；（3）【详解】（1）小球从D点到B点的过程中，由动能定理B点时的速度（2）小球从B点运动到C点的过程中，由动能定理C点时的速度小球在C点，沿半径方向由牛顿第二定律 小球在C点受到轨道的压力为（3）小球从C点飞出后，竖直方向做自由落体运动水平方向做匀减速直线运动由牛顿第二定律得BH的长度11．（1）a. 1m/s；0.2；b. 4950N；；（2）见解析.【详解】（1）a.子弹射入木块过程动量守恒，据动量守恒定律=1m/s在子弹和木块滑行过程中，据动能定理得μ=0.2b.设子弹射入木块过程中，木块的位移为x1，子弹的位移为（x1+d），子弹与木块间的相互作用力为F。子弹射入木块过程，据动能定理对子弹对木块得设经历时间为t据动量定理对子弹得（2）不同意乙同学的观点由（1）问知，子弹射入木块过程，木块受地面的摩擦力作用时间，时间极短，相互作用的内力，在子弹射入木块的过程中，可认为子弹与木块组成的系统动量守恒.12．（1）1A；（2）见解析；（3）【详解】（1）闭合电键瞬间，电路中的电流（2）由牛顿第二定律：对导体棒由牛顿第二定律：对重物可得导体棒由静止开始向做加速运动，随着速度的增大，安培力逐渐减小，加速度逐渐减小。结论：导体棒做的是加速度逐渐减小的加速运动，最后做匀速运动。速度随时间变化的图像如图所示（3）导体棒稳定后做匀速运动可得方法一：导体棒中的电子沿棒方向受力如下图所示：ab棒路端电压 ab棒内部电场的场强为由平衡关系平均阻力与沿棒方向洛伦兹力大小的比值为方法二：设自由电子沿棒方向运动的平均速度为，由微观与宏观的对应关系可知带入数据可得