上海市宝山区2020届-2022届高考物理三年模拟（二模）试题汇编-解答题

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上海市宝山区2020届-2022届高考物理三年模拟（二模）试题汇编-解答题1．（2022·上海宝山·二模）如图，让一小物体（可看作质点）从图示斜面上的点以的初速度滑上斜面，物体滑到斜面上的点后沿原路返回。若到的距离为，斜面倾角。（，，）（1）求物体沿斜面上滑时的加速度；（2）求物体与斜面间的动摩擦因数；（3）若物体从点返回时斜面变得光滑，设水平地面为零重力势能面，且物体返回经过点时，其动能恰与重力势能相等，求点相对水平地面的高度。2．（2022·上海宝山·二模）有一匀强磁场区域，区域的上下边界、与水平面平行，磁场的磁感应强度为，方向如图所示，磁场上下边界的距离为。一矩形线圈abcd位于竖直平面内，其质量为，电阻为，边长，边长，且。现令线圈从离磁场区域上边界的距离为处自由下落，当边已进入磁场，边还未进入磁场的某一时刻，线圈的速度到达最大值。线圈下落过程中边始终与磁场边界平行，试求：（1）线圈完全进入磁场前速度的最大值；（2）线圈从开始下落，到边刚到达磁场区域下边界的过程中，线圈克服安培力所做的功；（3）线圈边刚穿出磁场区域下边界时线圈的加速度。3．（2021·上海·二模）如图所示，在同一水平面内足够长的、平行光滑支架ab、cd，放在磁感应强度B=1T、方向竖直向上的匀强磁场中，导体棒MN垂直于支架放置，将它用水平细线跨过定滑轮连接重物G，支架中接有电源E（内阻不计）。已知支架宽l=40cm，图中电阻R=0.4Ω，其他部分电阻不计。(1)当重物G1=2N时MN恰好静止不动，求电源E的电动势；(2)当重物G2=4N时，MN由静止开始运动起来，求它可达到的最大速度；(3)在上面第(2)问的情况下，当MN达到最大速度以后图示系统中的能量是如何转化的？4．（2021·上海·二模）如图，将质量m=2kg的圆环套在与水平面成θ=37角的足够长的直杆上，直杆固定不动，环的直径略大于杆的截面直径，直杆在A点以下部分粗糙，环与杆该部分间的动摩擦因数=0.5（最大静摩擦力与滑动摩擦力近似相等），直杆A点以上部分光滑。现在直杆所在的竖直平面内，对环施加一个与杆成37夹角斜向上的拉力F，使环从直杆底端O处由静止开始沿杆向上运动，经4s环到达A点时撤去拉力F，圆环向上最远滑行到B处，已知AB间的距离为m。（重力加速度g=10m/s2，sin37=0.6，cos37=0.8）（1）求圆环经过A点时速度的大小；（2）求圆环在OA间向上运动的过程中直杆对圆环的弹力大小和方向；（3）以O点所在的水平面为重力势能的零势能面，求圆环在直杆上运动所具有的最大机械能；（4）若要使圆环在沿AO下滑的过程中机械能守恒，可加一恒力F′，求F′的大小和方向。5．（2020·上海宝山·二模）如图所示，平行光滑金属导轨ab、cd位于竖直平面内两导轨间距L=0.1m。在ac间接有一阻值R=0.08Ω的电阻，水平放置的导体棒PQ质量m=0.1kg、电阻r=0.02Ω，其它电阻不计。导体棒PQ由静止开始下落（始终与导轨紧密接触），当下落h=0.45m的高度时，进入方向水平且与导轨平面垂直的沿y方向逐渐减小而x方向不变的磁场，若导体棒在磁场中以9m/s2的加速度做匀加速直线运动，不计空气阻力，g=10m/s2，求：(1)导体棒进入磁场时的速度大小v0；(2)导体棒从进入磁场下落1m的过程中，电阻r上产生的热量Qr；(3)磁感强度B随y变化的函数关系。6．（2020·上海宝山·二模）如图所示，一辆质量为10t的卡车在平直的水平公路AB上正以最大速度向右行驶。水平公路的前方是长60m的坡道BD，坡顶D离水平路面的高h=6m。无论在水平公路还是在坡道上卡车行驶过程中所受的阻力（由路面和空气提供）恒为其重力的0.2倍，卡车发动机能提供的牵引力的额定功率为200kW，g取10m/s2。(1)卡车向右行驶的最大速度是多少？(2)卡车行驶到B处时，若关闭发动机，卡车能否行驶到坡顶D，请说明理由；倘若卡车到不了坡顶，则发动机至少还需要做多少功才能使卡车到达坡顶？(3)卡车行驶到B处时，若保持发动机牵引力的功率不变，坡道BD足够长，则卡车将作怎样的运动？
参考答案：1．（1），方向沿斜面向下；（2）；（3）【详解】（1）设物体沿斜面上滑时的加速度大小为，由运动学公式可得解得物体沿斜面上滑时的加速度大小为，方向沿斜面向下；（2）设物体与斜面间的动摩擦因数为，上滑过程根据牛顿第二定律可得解得（3）物体返回经过点时，其动能恰与重力势能相等，则有物体从到过程，根据动能定理可得联立可得2．（1）；（2）；（3）【详解】（1）设该最大速度大小为v1，线圈的重力和线框ab边受到的安培力F1平衡，即设此时线圈中的电流强度为I1，因为得所以解得（2）线圈达到速度v1时，线圈开始做匀速运动，直到线圈完全进入磁场。由于线圈从完全进入磁场，到cd边刚到磁场下边界的过程中，线圈中无感应电流，此过程中安培力对线且所做的功为零，所以计算线圈克服安培力做功时不必考虑此过程。由动能定理得（3）设线圈cd边刚穿过磁场下边界时的速度为v2，由于线圈从完全进入磁场，到cd边刚出磁场下边界，线圈作匀加速直线运动，所以解得线圈cd边刚出磁场时ab边切割磁感线线圈的受力如图所示由于安培力F2大于重力，所以此时的加速度方向向上。由牛顿第二定律，得而可推得3．(1)2V；(2)5m/s；(3)见解析【详解】(1)由于MN处于静止状态，所以有因为所以所以(2)当MN达到最大速度时，它处于平衡状态，所以有因为所以由于导体棒切割磁感线运动产生的电流与电源产生的电流同向，两者的电动势相加，而由闭合电路欧姆定律，得所以有(3)当MN达到最大速度以后图示系统中能量的转化情况是：重物G减少的重力势能和电源E产生的电能不断地转化为电阻R上增加的内能。4．（1）4m/s；（2）4N，方向垂直于杆向上；（3）112J；（4）16N，垂直于杆向上【详解】（1）圆环在沿AB向上运动的过程中机械能守恒，有解得（2）对于圆环沿OA向上的匀加速运动过程，有假设Fsin37°<Gcos37°，杆对圆环的弹力垂直于杆向上，由牛顿第二定律，得N＋Fsin37=mgcos37Fcos37-N-mgsin37=ma代入数据，算得F=20NN=4N>0N的解符合假设。假设Fsin37°>Gcos37°，杆对圆环的弹力垂直于杆向下，由牛顿第二定律，得N＋mgcos37=Fsin37Fcos37-N-mgsin37=ma代入数据，算得F=12NN=-8.8N<0N的解不符合假设。综合上面二种情况可知，圆环在OA间向上运动时直杆对它弹力的大小为4N，弹力的方向垂直于杆向上。（3）由于圆环在OA间向上作匀加速直线运动，所以其动能和重力势能都增加，所以在该过程中圆环的机械能增加；撤去F后，沿AB向上，再沿BA向下的运动，圆环的机械能守恒；圆环沿AO下滑时滑动摩擦力作负功，机械能减少，所以圆环在A处时机械能最大。mJ（4）恒力F′的方向垂直于杆向上，且满足这样F′不作功，圆环也不受摩擦力，只有重力对圆环作功，圆环的机械能守恒，算得5．(1)3m/s；(2)0.02J；(3)（T）【详解】(1)导体棒自由下落，根据速度位移公式得(2)导体棒在磁场中匀加速运动，重力不变，则安培力不变，根据牛顿第二定律得解得导体棒从进入磁场下落的过程中克服安培力做的功为根据功能关系可得回路中产生的焦耳热为根据焦耳定律可得电阻上产生的热量(3)根据得（）根据安培力得所以（T）6．(1)10m/s；(2)不能行驶到坡顶，发动机至少还需要做的功才能使卡车到达坡顶；(3)卡车先做加速度减小的减速直线运动，做匀速直线运动【详解】(1)卡车以最大速度行驶时，发动机达到额定功率，卡车做匀速直线运动，则牵引力和阻力大小相等，可得最大速度为(2)卡车在坡道上向上行驶，克服重力和阻力做功，上升到坡顶时，克服重力和阻力做的功为则卡车在点时，动能大小为因为则卡车到达不了坡顶；若要使卡车到达坡顶，还需要做的功为(3)卡车行驶到处时，若保持发动机牵引力的功率不变，除了阻力外，还受重力沿斜面向下的分力，则卡车受到总的阻力增大，牵引力小于总的阻力，将做减速运动，根据可知，卡车减速，牵引力增大，则减速的加速度减小，当速度减小到牵引力等于总的阻力大小时，卡车做匀速运动；则卡车先做加速度减小的减速运动，再做匀速运动。