北京市门头沟区2020届-2022届高考物理三年模拟（一模）试题汇编-解答题

这是一份北京市门头沟区2020届-2022届高考物理三年模拟（一模）试题汇编-解答题，共19页。
北京市门头沟区2020届-2022届高考物理三年模拟（一模）试题汇编-解答题1．（2022·北京门头沟·一模）如图所示，滑雪场的弯曲滑道由AB，BC两部分组成，AB段高度差H=20m，BC段高度差h=15m。质量m=60kg的运动员从A点由静止开始沿AB滑道下滑，经过B点后沿BC滑道运动。不计摩擦和空气阻力，重力加速度g取10m/s2，规定B点所在水平地面重力势能为零。（1）求运动员在A点处的重力势能Ep；（2）求运动员到达C点时速度v大小；（3）若B点的圆弧半径为R=20m，求经过B点时地面对运动员支持力N的大小。2．（2022·北京门头沟·统考一模）如图所示，虚线是速度选择器的中线，其间匀强磁场的磁感应强度为，匀强电场的场强为E，一足够大、中间有小孔的照相底片与虚线垂直，且小孔和在同一直线上，底片右侧偏转磁场的磁感应强度为。现有一个离子沿着虚线向右做匀速运动，穿过照相底片的小孔后在偏转磁场中做半径为R的匀速圆周运动，最后垂直打在底片上（不计离子重力）。（1）求该离子沿虚线运动的速度大小v；（2）求该离子的比荷；（3）如果带电量都为q的两种同位素离子，先后都沿着虚线向右做匀速直线运动，穿过小孔后，再次落在底片上的间距为d，求这两种同位素离子的质量差。3．（2022·北京门头沟·一模）如图所示，MN、PQ为足够长的平行金属导轨，匀强磁场垂直于导轨平面斜向上，一根金属杆在以的速度沿导轨匀速向下滑动，下滑过程中始终与导轨垂直，且与导轨接触良好。M、P间连接一个电阻，金属杆及导轨的电阻不计，已知导轨间距L=0.2m，磁感应强度B=0.5T。金属杆质量m=0.03kg，导轨平面与水平面间夹角，，，。（1）求电阻R中电流I的大小；（2）求金属杆与导轨间的滑动摩擦因数的大小；（3）对金属杆施加一个垂直于金属杆且沿导轨平面向上的恒定拉力F=0.2N，若金属杆继续下滑x=0.14m后速度恰好减为0，求在金属杆减速过程中电阻R上产生的焦耳热。4．（2022·北京门头沟·一模）如图甲所示，一根轻质弹簧上端固定在天花板上，已知弹簧劲度系数为k，原长为l0。（1）a.如图乙所示，在弹性限度内，用力F将弹簧由原长O位置拉至P位置，求弹簧的长度l；b.请在图丙中画出小球从O运动到P的过程中，弹簧弹力的大小随相对于O点的位移x变化的图象。根据F-x图象求：从O拉至任意位置x的过程中弹力所做的功W，以及小球在此位置时弹簧的弹性势能E弹；（2）弹簧的劲度系数k的数值与弹簧的材料，弹簧丝的粗细，弹簧圈的直径，单位长度的匝数，弹簧的原长及温度有关。 a.若在其它影响弹簧劲度系数的因素保持不变的情况下，仅将弹簧由l1处剪短为l1和l0-l1两部分，求长度为l1部分的劲度系数k'。b.上述过程中我们实际上忽略了弹簧的质量，若弹簧质量不可忽略，其质量为m0，弹簧自然悬挂后如图丁所示状态，求其总长度l。5．（2021·北京门头沟·一模）滑雪是广受师生喜欢的运动，某滑雪的滑道如图所示。斜面滑道与水平滑道由很小的圆弧平滑衔接，斜面滑道的倾角。学生乘坐滑雪板由静止开始，从滑道上高处滑下，滑上水平面后，与静止的老师所坐的滑雪板发生碰撞，碰撞后他们以共同的速度运动，碰撞前后学生的运动方向不变。已知学生和滑雪板的总质量，老师和滑雪板的总质量为，人与滑雪板均可视为质点，不计一切摩擦和阻力，取重力加速度，，。求：（1）小孩和滑雪板在斜面滑道下滑的加速度a的大小；（2）小孩和滑雪板滑到斜面底端时的速度v的大小；（3）碰撞过程中学生和老师（包括各自滑雪板）组成的系统损失的机械能。6．（2021·北京门头沟·一模）如图甲所示，平行导轨与电阻R连接，导体棒在运动中与平行导轨始终保持垂直。电阻不计的平行导轨宽，所接电阻。匀强磁场的磁感应强度，磁场方向垂直于纸面向里。导体棒的电阻，以的速度向右匀速运动。（1）判断M、N中哪个位置相当于电源的正极画出闭合电路的等效电路图；（2）求电阻R产生电热的功率P；（3）设时，穿过回路所围成面积的磁通量为，求出穿过回路的磁通量随t变化的函数关系，并在图乙中画出相应的φ—t图像。7．（2021·北京门头沟·一模）如图甲所示，两个相同的平行金属极板P、Q水平放置，高速电子在点沿中线射入，速度大小为。极板P、Q的长度为L，极板间的距离为d，电子的质量为m，电荷量为e，忽略电子所受重力和电子之间的相互作用。（1）若在极板P、Q间只加垂直于纸面的匀强磁场，电子垂直打在极板P上，求此匀强磁场的磁感应强度B；（2）若在极板P、Q间只加恒定电压，电子穿过极板P、Q时，沿竖直方向偏移的距离为，求的大小；（3）若在极板P、Q间只加一交变电压，其电压u随时间t变化的图像如图乙所示，电压的最大值为。电子在点持续均匀的沿射入，且在单位时间内射入的电子数为N，在点竖直放置一个较短的金属条，金属条长为（比小）。求该金属条上能够检测到的平均电流强度I的大小。（由于电子在P、Q板间运动时间极短，远小于交变电压的周期，电子在穿过P、Q板间时的电压认为不变）。8．（2021·北京门头沟·一模）2020年12月1日23时11分，嫦娥五号的着上组合体成功着陆在月球的预定区域。由于其着陆腿具有缓冲、吸能、防振、防倾斜等功能，确保了着上组合体稳定可靠地完成与月球的“亲密拥抱”。（1）着陆腿的工作原理可简化为：如图甲所示，附着轻弹簧的物块由静止释放，当物块在着地过程中速度减为零时，缓冲弹簧不再发生形变，物块即刻平稳地静止在地面上。设物块的质量为m，下落高度为H。①此过程中弹簧“吸收”物块的能量E是多少？②简要说明减小物块对地面冲击力的原理。（2）着上组合体在月表上方约时自主确定着陆点并开始垂直降落。关闭发动机时，它对月面高，速度。具有“吸能”功能的四个着陆腿是用特制的铝蜂窝材料做成的，图乙是在地面做模拟试验时得到的着陆腿所受冲击力随位移变化的F-x曲线。假设着上组合体在月球着陆时，着陆腿所受的冲击力随位移变化的F-x曲线与图乙相同。请你估算着上组合体的质量M（计算时，取地球和月球的半径之比，质量之比，地球表面附近的重力加速度）9．（2020·北京门头沟·一模）如图所示，竖直平面内的光滑形轨道的底端恰好与光滑水平面相切。质量M=3.0kg的小物块B静止在水平面上。质量m=1.0kg的小物块A从距离水平面高h=0.80m的P点沿轨道从静止开始下滑，经过弧形轨道的最低点Q滑上水平面与B相碰，碰后两个物体以共同速度运动。取重力加速度g=10m/s²。求：(1)A经过Q点时速度的大小；(2)A与B碰后共同速度的大小；(3)碰撞过程中，A与B组成的系统所损失的机械能ΔE。10．（2020·北京门头沟·统考一模）如图所示，虚线O1O2是速度选择器的中线，其间匀强磁场的磁感应强度为B1，匀强电场的场强为E（电场线没有画出）。照相底片与虚线O1O2垂直，其右侧偏转磁场的磁感应强度为B2。现有一个离子沿着虚线O1O2向右做匀速运动，穿过照相底片的小孔后在偏转磁场中做半径为R的匀速圆周运动，最后垂直打在照相底片上（不计离子所受重力）。(1)求该离子沿虚线运动的速度大小v；(2)求该离子的比荷；(3)如果带电量都为q的两种同位素离子，沿着虚线O1O2射入速度选择器，它们在照相底片的落点间距大小为d，求这两种同位素离子的质量差△m。11．（2020·北京门头沟·一模）如图所示，长为L的轻质细绳上端固定在O点，下端连接一个质量为m的可视为质点的带电小球，小球静止在水平向左的匀强电场中的A点，绳与竖直方向的夹角θ=37°。此匀强电场的空间足够大，且场强为E。取sin37°=0.6，cos37°=0.8，不计空气阻力。(1)请判断小球的电性，并求出所带电荷量的大小q；(2)如将小球拉到O点正右方C点（OC=L）后静止释放，求小球运动到最低点时所受细绳拉力的大小F；(3)O点正下方B点固定着锋利刀片，小球运动到最低点时细绳突然断了。求小球从细绳断开到再次运动到O点正下方的过程中重力对小球所做的功W。12．（2020·北京门头沟·一模）我们可以借鉴研究静电场的方法来研究地球周围空间的引力场，如用“引力场强度”、“引力势”的概念描述引力场。已知地球质量为M，半径为R，万有引力常量为G，将地球视为均质球体，且忽略自转。(1)类比电场强度的定义方法，写出地球引力场的“引力场强度E”的定义式，并结合万有引力定律，推导距离地心为r（r>R）处的引力场强度的表达式；(2)设地面处和距离地面高为h处的引力场强度分别为和，如果它们满足，则该空间就可以近似为匀强场，也就是我们常说的重力场。请估算地球重力场可视为匀强场的高度h（取地球半径R=6400km）；(3)某同学查阅资料知道:地球引力场的“引力势”的表达式为（以无穷远处引力势为0）。请你设定物理情景，简要叙述推导该表达式的主要步骤。
参考答案：1．（1）；（2）；（3）【详解】（1）规定B点所在水平地面重力势能为零运动员在A点处的重力势能为（2）运动员到达C点的过程中由机械能守恒定律可得代入数据，解得（3）从A到B的过程由机械能守恒定律可得则运动员经过B点时的速度大小由于B点的圆弧半径为R=20m，则有代入数据，解得2．（1）；（2）；（3）【详解】（1）离子沿虚线做匀速直线运动，合力为0，则电场力等于洛伦兹力，即解得，该离子沿虚线运动的速度为（2）在偏转磁场中做半径为R的匀速圆周运动，则有洛伦兹力提供向心力，即解得，该离子的比荷为（3）设质量较小的离子质量为，半径为，质量较大的离子质量为，半径为，依题意可得它们带电量相同，进入底片时的速度都为v，由向心力公式可得联立可解得化简可得3．（1）；（2）；（3）【详解】（1）根据感应电动势公式，感应电流公式可得电阻R中电流I的大小为（2）导体棒受到的安培力，金属棒匀速下滑，根据平衡条件可知，又有，代入数据解得（3）从施加拉力F到金属棒停下的过程中，由功能关系得代入数据解得产生的焦耳热J4．（1）a. l= l0+；b. ，，；（2）a. ；b. 【详解】（1）a. 由胡克定律F=kx得弹簧的伸长量即弹簧的长度l=l0+x=l0+b. F-x图象如下图所示  图中的图线和x轴围成的面积表示功的大小弹力做功为弹力做功与弹性势能的关系W弹 = 0 - E弹解得（2）a. 设拉伸过程中l1部分的伸长量为xˊ，总伸长量为x。拉伸弹簧过程中整根弹簧均匀拉长，内部张力处处相等。由几何关系知对整根弹簧由胡克定律F=kx对l1部分应用胡克定律F=k’xˊ联立可得即同一弹簧的劲度系数与长度成反比。b. 无重力时将弹簧分为N段（N很大），每一段长度为，劲度系数为Nk’，有重力的情况下，弹簧被拉伸，原来等分的N小段受到不同程度的拉伸将变得长度不相等，但由于小段长度很小，每小段的劲度系数可认为保持不变。自上而下：第1小段承担了下面N-1小段的重力，第二小段承担了下面N-2小段的重力……考查第i小段Nk’xi=（N-i）m0g得第i小段弹簧的长度为则弹簧的总长为当N→∞时有 5．（1）；（2）；（3）【详解】（1）小孩和滑雪板在斜面滑道下滑时的受力如图所示；根据牛顿第二定律（2）由机械能守恒定律有解得（3）碰撞过程中学生和老师（包括各自冰车）组成的系统动量守恒，设碰撞后他们相同的速度大小为v，系统损失的机械能为解得6．（1）M为正极， ；（2）；（3），【详解】（1）根据右手定则，M为正极，等效电路图（2）电动势流过电阻R的电流功率得（3）根据则图像如图7．（1）；（2）；（3）【详解】（1）电子向上偏转，由左手定则得磁感应强度方向垂直纸面向外。根据牛顿第二定律有几何关系解得（2）带电粒子在P、Q极板间沿竖直方向做匀加速直线运动，有根据牛顿第二定律有电子在水平方向上做匀速直线运动，有联立解得代入得（3）由（2）可知：P、Q极板间电压加倍，电子在竖直方向的最大位移也加倍，故此，P、Q极板间电压加图乙所示的交变电压时，所有电子穿过P、Q极板时，在竖直方向的长度范围是，且点是中心点。P﹑Q极板间电压加图乙所示的交变电压时，电子在竖直方向长度范围内是均匀扫描，设在单位时间内打在金属条内的电子数为n，则有金属条上检测到的平均电流强度求得8．（1）①，②见解析；（2）【详解】（1）①根据能量守恒定律可知此过程中弹簧“吸收”物块的能量为②物块着地过程中，根据动量定理有由于一定，加缓冲弹簧使得变大，则冲击力F变小。 （2）设地球质量和半径分别为和，月球的质量、半径和表面附近的重力加速度分别为、和。地球表面质量为m的物体所受重力近似等于万有引力，即月球表面质量为m的物体所受重力近似等于万有引力，即解得如图所示，一个着陆腿的冲击力做功的估算值为与围成的矩形（阴影部分）面积，即着上组合体减少的能量被四个着陆腿吸收，根据功能关系有解得9．(1)A经过Q点时速度的大小是4m/s；(2)A与B碰后速度的大小是1m/s；(3)碰撞过程中A与B组成的系统损失的机械能△E是6J。【详解】(1)A从P到Q过程中,由动能定理得:解得v0=4m/s(2)A、B碰撞,AB系统动量守恒,设向右为正方向,则由动量守恒定律得:解得v=1m/s(3)碰撞过程中A.B组成的系统损失的机械能为:=6J10．(1)；(2)；(3)【详解】(1)离子沿虚线做匀速直线运动，合力为0Eq=B1qv解得(2)在偏转磁场中做半径为R的匀速圆周运动，所以解得(3)设质量较小的离子质量为m1，半径R1；质量较大的离子质量为m2，半径为R2根据题意R2=R1+它们带电量相同，进入底片时速度都为v，得联立得化简得11．(1)小球带负电，；(2)；(3)【详解】(1)因为电场线水平向左，小球要平衡，需要受到向右的电场力，则小球带负电。由受力平衡可得Eq=mgtan化简(2)由动能定理得在B点受力分析得联立得(3)在断开瞬间由上式得小球水平方向先减速到0在反向加速，在水平方向求小球从细绳断开到再次运动到O点正下方的时间竖直方向做自由落体运动重力对小球所做的功12．(1)引力场强度定义式，推导见解析；(2)h=64976m；(3)推导见解析.【详解】(1)引力场强度定义式联立得(2)根据题意解得h=64976m(3)定义式引力势，式中为某位置的引力势能把某物体从无穷远移动到某点引力做的功即则当质量为m的物体自无穷远处移动到距离地球r处时，引力做功为通过计算得所以